Ethernet - Définition

Mode LAN et mode WAN

10 Gigabit Ethernet supporte seulement le mode full duplex, beaucoup de liens sont en mode point à point bien que du routage à ce débit commence à apparaître. Le mode LAN fonctionne à un débit ligne, au niveau de la fibre, de 10,3 Gbit/s ce qui représente en fait le débit MAC de 10 Gbit/s pondéré par 66/64 rapport lié à l'encodage de la couche PCS utilisant un code 64B66B. Nous noterons l'efficacité de cet encodeur (3 %) par rapport à celui du mode Gigabit Ethernet (8B10B) qui apporte quant à lui un sur débit de 25 %.

L'importance du mode WAN PHY est incontestable et permet de transporter les trames Ethernet 10 Gigabits sur des liens SDH ou SONET actuellement en place dans beaucoup de réseaux. Le mode WAN PHY opère à un débit légèrement inférieur à 10Gbe, à savoir 9 953 280 kbit/s (ce qui correspond au débit STM64/OC192). Le conteneur virtuel 64c ou 192c véhicule des codes 64B66B.

Les modules optiques : couche PMD (PHY).
Des fabricants comme Fiberxon, sumitomo, Finisar ou bien d'autres, proposent des modules XFP qui sont normalisés par MSA permettant une compatibilité entre eux. Ces modules permettent de convertir le signal optique en un signal électrique, c'est donc l'équivalent de la couche PHY au niveau PMD du modèle OSI. Un lien électrique différentiel est ensuite disponible au débit de 10,3 Gbit/s.

Les serdes : couche PMA (PHY).
Ce signal de 10 Gb/s, trop rapide, ne peut pas être traité directement, il faut donc le paralléliser, en général sur 64 bits. Des circuits dédiés spécialisés permettent cette conversion.
Le mot serdes vient de l'anglais pour serialiser/deserialiser.

L'encodage 64B66B : couche PCS (PHY)
Le code en ligne utilisé 64B66B transforme le format XGMII (64 bits de données plus 8 bits de contrôle) en mots de 66 bits. L'objectif est multiple :

• apporter une dispersion d'énergie et éviter de longues suites consécutives de '0' ou '1' que les XFP peuvent ne pas trop apprécier.
• ceci apporte donc des transitions afin de faciliter les mécanismes de récupération d'horloge.

Le code 66 bits est composé de deux bits de synchronisation suivis de 64 bits de donnée.

• Si la synchro est '01', les 64 bits sont de type donnée
• Si la synchro est '10', les 64 bits contiennent au moins un octet de contrôle
• Les préambules '00' et '11' ne sont pas utilisés.

Les 64 bits de données sont embrouillés par un embrouilleur auto synchronisé.

À ce niveau-là nous retrouvons un format équivalent MII, les couches suivantes : data link (MAC), 'network (IP), 'transport (TCP/UDP) fonctionnant de façon similaire à gigabit Ethernet.

Variétés d'Ethernet

La section ci-dessous donne un bref résumé de tous les types de média d'Ethernet. En plus de tous ces standards officiels, plusieurs vendeurs ont implémenté des types de média propriétaires pour différentes raisons—quelquefois pour supporter de plus longues distances sur de la fibre optique.

Quelques anciennes variétés d'Ethernet

• Xerox Ethernet -- L'implémentation originale d'Ethernet, qui a eu deux versions, la version 1 et 2, durant son développement. La version 2 est encore souvent utilisée.
• 10BASE5 (aussi appelé Thick Ethernet) -- Ce standard de l'IEEE publié très tôt utilise un câble coaxial simple dans lequel on insère une connexion en perçant le câble pour se connecter au centre et à la masse (prises vampires). Largement désuet, mais à cause de plusieurs grandes installations réalisées très tôt, quelques systèmes peuvent encore être en utilisation.
• 10BROAD36 -- Obsolète. Un vieux standard supportant l'Ethernet sur de longues distances. Il utilisait des techniques de modulation en large bande similaires à celles employées par les modems câble, opérées sur un câble coaxial.
• 1BASE5 -- Une tentative de standardisation de solution pour réseaux locaux à bas prix. Il opère à 1 Mbit/s mais a été un échec commercial.

Ethernet 10 Mbit/s

• 10BASE2 (aussi appelé ThinNet ou Cheapernet) -- un câble coaxial de 50 Ohms connecte les machines ensemble, chaque machine utilisant un adaptateur en T pour se brancher à sa carte réseau. Requiert une terminaison à chaque bout. Pendant plusieurs années, ce fut le standard Ethernet dominant.
• 10BASE-T -- Fonctionne avec 4 fils (deux paires torsadées) sur un câble CAT-3 ou CAT-5 avec connecteur RJ45. Un concentrateur (ou hub) ou un commutateur (ou switch) est au centre du réseau, ayant un port pour chaque nœud. C'est aussi la configuration utilisée pour le 100BASE-T et le Gigabit Ethernet (câble CAT-6). Bien que la présence d'un nœud central (le hub) donne une impression visuelle de topologie en étoile, il s'agit pourtant bien d'une topologie en bus - tous les signaux émis sont reçus par l'ensemble des machines connectées. La topologie en étoile n'apparaît que si on utilise un commutateur (switch).
• FOIRL -- Fiber-optic inter-repeater link (lien inter-répéteur sur fibre optique). Le standard original pour l'Ethernet sur la fibre optique.
• 10BASE-F -- Terme générique pour la nouvelle famille d'Ethernet 10 Mbit/s : 10BASE-FL, 10BASE-FB et 10BASE-FP. De ceux-ci, seulement 10BASE-FL est beaucoup utilisé.
• 10BASE-FL -- Une mise-à-jour du standard FOIRL.
• 10BASE-FB -- Prévu pour inter-connecter des concentrateurs ou commutateurs au cœur du réseau, mais maintenant obsolète.
• 10BASE-FP -- Un réseau en étoile qui ne nécessitait aucun répéteur, mais qui n'a jamais été réalisé.

Fast Ethernet (100 Mbit/s)

• 100BASE-T -- Un terme pour n'importe lequel des standards 100 Mbit/s sur paire torsadée. Inclut 100BASE-TX, 100BASE-T4 et 100BASE-T2.
• 100BASE-TX -- Utilise deux paires et requiert du câble CAT-5. Topologie en bus en utilisant un concentrateur (hub) ou en étoile avec un commutateur (switch), comme pour le 10BASE-T, avec lequel il est compatible.
• 100BASE-T4 -- Permet le 100 Mbit/s (en semi-duplex seulement) sur du câble CAT-3 (qui était utilisé dans les installations 10BASE-T). Utilise les quatre paires du câble. Maintenant désuet, comme le CAT-5 est la norme actuelle.
• 100BASE-T2 -- Aucun produit n'existe. Supporte le mode full-duplex et utilise seulement deux paires, avec des câbles CAT-3. Il est équivalent au 100BASE-TX sur le plan des fonctionnalités, mais supporte les vieux câbles.
• 100BASE-FX -- Ethernet 100 Mbit/s sur fibre optique.

Gigabit Ethernet (1 000 Mbit/s)

• 1000BASE-T -- 1 Gbit/s sur câble de paires torsadées de catégorie 5 (classe D) ou supérieure (selon NF EN 50173-2002), sur une longueur maximale de 100 m. Utilise les 4 paires en full duplex, chaque paire transmettant 2 bits par top d'horloge, à l'aide d'un code à 5 moments. Soit un total de 1 octet sur l'ensemble des 4 paires, dans chaque sens. Compatible avec 100BASE-TX et 10BASE-T, avec détection automatique des Tx et Rx assurée. La topologie est ici toujours en étoile car il n'existe pas de concentrateurs 1 000 Mbps. On utilise donc obligatoirement des commutateurs (switch).
• 1000BASE-X -- 1 Gbit/s qui utilise des interfaces modulaires (appelés GBIC) adaptées au média (Fibre Optique Multi, Mono-mode, cuivre).
• 1000BASE-SX -- 1 Gbit/s sur fibre optique multimodes à 850 nm.
• 1000BASE-LX -- 1 Gbit/s sur fibre optique monomodes et multimodes à 1 300 nm.
• 1000BASE-LH -- 1 Gbit/s sur fibre optique, sur longues distances.
• 1000BASE-ZX -- 1 Gbit/s sur fibre optique monomodes longues distances.
• 1000BASE-CX -- Une solution pour de courtes distances (jusqu'à 25 m) pour le 1 Gbit/s sur du câble de cuivre spécial.

(cf. cercle CREDO)

Ethernet 10 gigabit par seconde

Le nouveau standard Ethernet 10 Gigabits entoure sept types de média différents pour les réseaux locaux, réseaux métropolitains et réseaux étendus. Il est actuellement spécifié par un standard supplémentaire, l'IEEE 802.3ae dont la première publication date de 2002, et va être incorporé dans une révision future de l'IEEE 802.3. La version Ethernet 10 Gbit/s est 10 fois plus rapide que Gigabit Ethernet ; ceci est vrai jusqu'au niveau de la couche MAC seulement.

• 10GBASE-CX4 (cuivre, câble infiniband, 802.3ak) -- utilise un câble en cuivre de type infiniband 4x sur une longueur maximale de 15 mètres.
• 10GBASE-T -- transmission sur câble catégorie 6, 6 A ou 7 (802.3an), en full duplex sur 4 paires avec un nombre de moments de codage qui sera fonction de la catégorie retenue pour le câble (et de l'immunité au bruit souhaitée), sur une longueur maximale de 100 mètres. Devrait être compatible avec 1000BASE-T, 100BASE-TX et 10BASE-T
• 10GBASE-SR (850 nm MM, 300 mètres, dark fiber) -- créé pour supporter de courtes distances sur de la fibre optique multimode, il a une portée de 26 à 82 mètres, en fonction du type de câble. Il supporte aussi les distances jusqu'à 300 m sur la nouvelle fibre multimode 2 000 MHz.
• 10GBASE-LX4 -- utilise le multiplexage par division de longueur d'onde pour supporter des distances entre 240 et 300 mètres sur fibre multimode.
• 10GBASE-LR (1 310 nm SM, 10 km, dark fiber) et 10GBASE-ER (1 550 nm SM, 40 km, dark fiber) -- Ces standards supportent jusqu'à 10 et 40 km respectivement, sur fibre monomode.
• 10GBASE-SW (850 nm MM, 300 mètres, SONET), 10GBASE-LW (1 310 nm SM, 10 km, SONET) et 10GBASE-EW (1 550 nm SM, 40 km, SONET). Ces variétés utilisent le WAN PHY, étant conçu pour inter-opérer avec les équipements OC-192 / STM-64 SONET/SDH. Elles correspondent au niveau physique à 10GBASE-SR, 10GBASE-LR et 10GBASE-ER respectivement, et utilisent le même type de fibre, en plus de supporter les mêmes distances. (Il n'y a aucun standard WAN PHY correspondant au 10GBASE-LX4.)

L'Ethernet 10 Gigabits est assez récent, et il reste à voir lequel des standards va obtenir l'acceptation des compagnies.