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  2. Les centres de données
  3. Ethernet dans les centres de données
Extrait - Les centres de données Notions fondamentales (normes, fibres optiques, connectique, émetteurs-récepteurs, protocoles...)
Extraits du livre
Les centres de données Notions fondamentales (normes, fibres optiques, connectique, émetteurs-récepteurs, protocoles...)
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Ethernet dans les centres de données

Introduction

Depuis sa création en 1973 par Bob Metcalfe, le protocole Ethernet s’est déployé pour constituer un "écosystème Ethernet". Sous l’égide de l’IEEE SA (Institute of Electrical and Electronics Engineers Standards Association), plus connue sous le sigle IEEE (cf. chapitre Normalisation pour centres de données, section Organismes américains de normalisation), Ethernet a été normalisé et ses caractéristiques ont été définies dans la norme IEEE 802.3, reconnue internationalement par l’ISO et la CEI sous la référence ISO/CEI 8802.

Cette norme IEEE a suivi les évolutions d’Ethernet et, de nouveau débit plus élevé en nouveau débit encore plus élevé, de refonte des normes en re-re-re-refonte des normes, Ethernet est devenu quasiment incontournable.

Dans le domaine des centres de données, il est présent à travers ses diverses versions multigigabitaires et en support d’autres protocoles comme Fibre Channel (cf. chapitre Fibre Channel et InfiniBand, section FC over Ethernet), ou RDMA (cf. chapitre PCle, RDMA, NVMe et autres..., section RoCE.

De plus, on peut vraiment parler d’un "écosystème Ethernet" (Omnipresent Ethernet - OE), car ce protocole est employé dans quasiment tous les domaines des transmissions...

Norme IEEE 802.3-2018

1. Organisme IEEE

L’IEEE regroupe des milliers d’experts techniques, industriels ou universitaires afin de développer des normes.

C’est l’IEEE qui publie, depuis près d’un demi-siècle, les différentes évolutions de la norme IEEE 802.3 régissant l’ensemble des diverses applications du protocole Ethernet.

images/Ch11_01.png

Site internet de l’association IEEE : https://standards.ieee.org/

2. Historique de la norme IEEE 802.3

La dénomination IEEE 802.3 recouvre une famille de standards définis par l’IEEE qui regroupe toutes les variantes du protocole Ethernet, quels que soient les supports de transmission, les types de réseau et les débits. Elles sont spécifiées par des suffixes d’une ou deux lettres.

Depuis 1973 (époque du gros câble coaxial jaune, baptisé moqueusement "tuyau d’arrosage", et du 3 Mbit/s), diverses versions de la norme ont suivi les évolutions du protocole.

Au fil du temps, ceci s’est traduit par des "re-re-re-refontes" de la norme.

  • En 1985, l’IEEE, en tant qu’organisme officiel de normalisation d’Ethernet, publie la première version de l’IEEE 802.3.

  • En décembre 2008, une première refonte donne naissance à la norme IEEE 802.3-2008. Elle est découpée en cinq sections et couvre les débits...

Ethernet de 100 Mbit/s à 10 Git/s

Le schéma suivant illustre le chemin parcouru ces dernières décennies entre le Fast Ethernet à 100 Mbit/s (!) de 1980 et les Ethernet multigigabitaires à 400 Gbit/s de 2017.

images/Ch11_03.png

Évolution des débits d’Ethernet (source : Ethernet Alliance)

1. Ethernet de 100 Mbit/s à 1 Gbit/s

Pour mémoire, rappelons quelques versions aux "faibles" débits de 10 Mbit/s, 100 Mbit/s et 1 Gbit/s que l’on ne rencontre plus du tout dans les centres de données.

  • 10BASE-F, transmission à 10 Mbit/s sur une fibre optique, version détaillée dans la section 1 de la norme IEEE 802.3-2018.

  • 100BASE-xX, transmisson à 100 Mbit/s sur fibre optique, version caractérisée dans la section 2 de la norme IEEE 802.3-2018, avec les variantes suivantes :

  • 100BASE-BX10, transmission à 100 Mbit/s sur une fibre unimodale avec multiplexage de deux longueurs d’onde différentes - 1 310 nm et 1 550 nm - et deux modes - le 100BASE-BX10D (D pour Downstream, flux descendant sur 1 550 nm et flux remontant sur 1 310 nm) et le 100BASE-BX10U (U pour Upstream, flux descendant sur 1 310 nm et flux remontant sur 1 550 nm).

  • 100BASE-FX, transmission à 100 Mbit/s sur deux fibres multimodales, une pour l’émission, l’autre pour la réception, à 1 310...

Familles Ethernet à 40 Gbit/s et 100 Gbit/s

1. Famille Ethernet 40GbE à 40 Gbit/s

a. Versions 40GbE normalisées

La famille 40GbE regroupe des modalités de transmissions en Ethernet au débit de 40 Gbit/s, avec le codage 64B/66B et suivant deux types de transmission :

  • Transmission via le multiplexage par répartition en longueurs d’onde sur quatre longueurs d’onde et un débit de 10,3125 GBd par longueur d’onde, norme IEEE 802.3ba publiée en 2010.

  • Transmission en série de 41,25 GBd sur une seule longueur d’onde, norme IEEE 802.3bg publiée en 2011.

Ces deux normes se retrouvent, en 2018, dans la section 6 de la norme IEEE 802.3-2018 avec les quatre variantes suivantes :

  • 40GBASE-FR (Fiber Reach), transmission du 40GbE sur une fibre optique unimodale, via une seule longueur d’onde, jusqu’à 2 km.

  • 40GBASE-LR4 (Long Reach - 4 longueurs d’onde), transmission du 40GbE sur une fibre optique unimodale, via un encodage sur quatre longueurs d’onde multiplexées, jusqu’à 10 km.

  • 40GBASE-ER4 (Extended Reach - 4 longueurs d’onde), transmission du 40GbE sur une fibre optique unimodale, via un encodage sur quatre longueurs d’onde multiplexées, jusqu’à 40 km.

  • 40GBASE-SR4 (Short Reach - 4 fibres), transmission du 40GbE via un débit de 10 Gbit/s par fibre, sur quatre fibres optiques multimodales parallèles et sur des distances jusqu’à 100 m pour les fibres A1-OM3 ou 150 m pour les fibres A1-OM4 ou A1-OM5.

b. Autre version 40GbE

Une autre possibilité de transmettre le 40GbE sur fibres optiques multimodales est proposée en sus de celle définie dans la norme IEEE 802.3-2018 :

  • 40GBASE-eSR4 (e pour extended...

Familles Ethernet 25GbE et 50 GbE

1. Famille 25GbE à 25 Gbit/s

Origine des 25GbE

La famille 25GbE regroupe des modalités de transmissions en Ethernet au débit de 25 Gbit/s. Elle a été définie par deux groupes de travail:

Le groupe de travail IEEE P802.3by pour la normalisation de transmission sur fibres optiques multimodales, sur 100 m au minimum.

Ce groupe a publié, en août 2016, la norme "IEEE 802.3by Standard for Media Access Control Parameters, Physical Layers and Management Parameters for 25 Gbps Operation".

Le groupe de travail IEEE P802.3cc pour la normalisation de transmission sur fibres optiques unimodales.

Ce groupe a publié, en décembre 2017, la norme "IEEE Std 802.3cc-2017 - IEEE Standard for Ethernet - Amendment 11: Physical Layer and Management Parameters for Serial 25 Gb/s Ethernet Operation Over Single-Mode Fiber".

Versions des 25GbE

Les deux normes précédemment citées ont été mises à jour et regroupées, en 2018, dans la section 7 de la norme IEEE 802.3-2018.

Dans ce cadre, la famille des 25GbE se décline en trois versions :

  • 25GBASE-SR (Short Reach) sur fibres multimodales, jusqu’à 70 m en A1-OM3 ou jusqu’à 100 m en A1-OM4 ou A1-OM5.

  • 25GBASE-LR (Long Reach) sur fibres unimodales, jusqu’à 10 km.

  • 25GBASE-ER (Extended Reach) sur fibres unimodales, jusqu’à...

Familles des 200 Gbit/s et 400 Gbit/s

1. Famille 200GbE à 200 Gbit/s

a. Versions 200GbE normalisées

La famille 200GbE regroupe des modalités de transmissions en Ethernet au débit de 200 Gbit/s. Les travaux ont débuté en 2014 et l’opportunité de développement de ce débit a été actée par l’IEEE en 2016.

La norme a été discutée avec, d’une part, le même groupe de travail que celui des 50GbE et 100GbE, et d’autre part, avec le groupe de travail d’IEEE P802.3bs du 400GbE. En 2017, la norme a été officialisée sous le nom IEEE 802.3bs_2017. Puis elle a été incluse, en 2018, dans la section 8 de la nouvelle mouture IEEE 802.3-2018.

Les transmissions, en duplex intégral, s’appuient sur la base fondamentale de 50 Gbit/s et ses multiples et le codage des informations est en PAM-4. La norme caractérise les variantes suivantes :

  • 200GBASE-DR4, transmission sur quatre fibres unimodales de 4 x 50 Gbit/s en parallèle jusqu’à 500 m.

  • 200GBASE-FR4, transmission sur une fibre unimodale de 4 x 50 Gbit/s en multiplexage par répartition en longueurs d’onde, jusqu’à 2 km.

  • 200GBASE-LR4, transmission sur une fibre unimodale de 4 x 50 Gbit/s en multiplexage par répartition en longueurs d’onde, jusqu’à 10 km.

b. Autre version 200GbE

Une autre possibilité de transmettre le 200GbE sur fibres optiques est proposée en...

Autres évolutions en cours

1. Projet IEEE P802.3ck

Le groupe de projet IEEE P802.3ck définit les spécifications de la couche physique et les paramètres de gestion pour les interfaces électriques 100 Gbit/s, 200 Gbit/s et 400 Gbit/s basées sur la signalisation du 100 Gbit/s.

Ce projet consiste à spécifier les ajouts et les modifications appropriées à la norme IEEE 802.3-2018. La finalisation du projet et sa normalisation sont attendues fin 2021.

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Planification pour la création de la future norme IEEE 802.3ck

Adresse Internet : http://grouper.ieee.org/groups/802/3/ck/

2. Projet IEEE P802.3cu

Le groupe de projet IEEE P802.3cu travaille sur une nouvelle version d’Ethernet qui permettrait la transmission des débits de 100 Gbit/s et de 400 Gbit/s sur une fibre optique unimodale à 100 Gbit/s par longueur d’onde.

Le groupe doit rédiger les spécifications pour les deux objectifs suivants :

  • Définir une couche physique à 100 Gbit/s véhiculés par une seule longueur d’onde d’une fibre unimodale avec deux distances : une jusqu’à 2 km, l’autre jusqu’à 10 km.

  • Définir une couche physique à 400 Gbit/s véhiculés par quatre longueurs d’onde d’une fibre unimodale avec deux distances : une jusqu’à 2 km, l’autre jusqu’à...

Associations pro-Ethernet

Nombre d’industriels, d’intégrateurs, d’exploitants de réseaux et de très grands clients se regroupent au sein de diverses associations pour faire évoluer le protocole Ethernet ou, tout du moins, œuvrer pour le développement de solutions coïncidant avec leurs intérêts.

C’est le cas des associations présentées précédemment. Ci-après, découverte d’autres associations actives dans ce domaine…

1. Ethernet Alliance

L’Ethernet Alliance est un consortium de professionnels de l’industriel, de la distribution et du monde universitaire. Cette association se consacre à l’adoption et au déploiement des technologies Ethernet et veut être un pont entre les normes et les utilisateurs.

Ethernet Alliance ne crée pas de normes, elle les diffuse. Elle soutient diverses activités qui vont de l’incubation des nouvelles technologies Ethernet aux tests d’interopérabilité entre solutions d’industriels en passant par les démonstrations en matière d’éducation.

Adresse Internet : https://ethernetalliance.org/

2. Association 10GEA

L’association 10GEA (10 Gigabit Ethernet Alliance) est un consortium d’une trentaine d’exploitants de réseaux œuvrant pour le développement des Ethernet gigabitaires...