10 Gigabit Ethernet - 10 Gigabit Ethernet

Routeur avec 10 ports Ethernet Gigabit et trois types de modules de couche physique

10 Gigabit Ethernet ( 10GE , 10GbE ou 10 GigE ) est un groupe de technologies de réseau informatique permettant de transmettre des trames Ethernet à une vitesse de 10  gigabits par seconde . Il a d'abord été défini par la norme IEEE 802.3ae-2002 . Contrairement aux normes Ethernet précédentes, l'Ethernet 10 Gigabit ne définit que des liaisons point à point en duplex intégral qui sont généralement connectées par des commutateurs réseau ; Le fonctionnement CSMA/CD sur support partagé n'a pas été repris des normes Ethernet des générations précédentes, de sorte que le fonctionnement en semi-duplex et les concentrateurs de répéteur n'existent pas en 10GbE.

La norme 10 Gigabit Ethernet englobe un certain nombre de normes de couche physique (PHY) différentes. Un périphérique réseau, tel qu'un commutateur ou un contrôleur d'interface réseau, peut avoir différents types PHY via des modules PHY enfichables, tels que ceux basés sur SFP+ . Comme les versions précédentes d'Ethernet, le 10GbE peut utiliser un câblage en cuivre ou en fibre. La distance maximale sur un câble en cuivre est de 100 mètres, mais en raison de ses exigences en matière de bande passante, des câbles de qualité supérieure sont nécessaires.

L'adoption de 10 Gigabit Ethernet a été plus progressive que les révisions précédentes d' Ethernet : en 2007, un million de ports 10GbE ont été livrés, en 2009, deux millions de ports ont été livrés et en 2010 plus de trois millions de ports ont été livrés, avec environ neuf millions de ports. en 2011. En 2012, bien que le prix par gigabit de bande passante pour 10 Gigabit Ethernet était d'environ un tiers par rapport à Gigabit Ethernet , le prix par port de 10 Gigabit Ethernet empêchait toujours une adoption plus généralisée.

Normes

Au fil des ans, le groupe de travail 802.3 de l' Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a publié plusieurs normes relatives au 10GbE.

Modules de couche physique

Gros plan d'un émetteur-récepteur XFP Ethernet 10 Gigabit

Pour implémenter différentes normes de couche physique 10GbE, de nombreuses interfaces se composent d'un socket standard dans lequel différents modules de couche physique (PHY) peuvent être branchés. Les modules PHY ne sont pas spécifiés dans un organisme de normalisation officiel mais par des accords multi-sources (MSA) qui peuvent être négociés plus rapidement. Les MSA pertinents pour 10GbE incluent XENPAK (et X2 et XPAK associés), XFP et SFP+ . Lors du choix d'un module PHY, un concepteur prend en compte le coût, la portée, le type de support, la consommation électrique et la taille (facteur de forme). Une seule liaison point à point peut avoir différents formats enfichables MSA à chaque extrémité (par exemple XPAK et SFP+) tant que le type de port optique ou cuivre 10GbE (par exemple 10GBASE-SR) pris en charge par le module enfichable est identique.

XENPAK était le premier MSA pour 10GE et avait le plus grand facteur de forme. X2 et XPAK étaient plus tard des normes concurrentes avec des facteurs de forme plus petits. X2 et XPAK n'ont pas eu autant de succès sur le marché que XENPAK. XFP est venu après X2 et XPAK et il est également plus petit.

La norme de module la plus récente est l' émetteur - récepteur enfichable à petit facteur de forme amélioré , généralement appelé SFP+. Basé sur l' émetteur-récepteur enfichable à petit facteur de forme (SFP) et développé par le groupe de canaux de fibres ANSI T11 , il est encore plus petit et consomme moins que XFP. SFP+ est devenu le socket le plus populaire sur les systèmes 10GE. Les modules SFP+ n'effectuent que la conversion optique-électrique, pas d'horloge ni de récupération de données, ce qui alourdit davantage l'égalisation des canaux de l'hôte. Les modules SFP+ partagent un facteur de forme physique commun avec les modules SFP existants, permettant une densité de ports plus élevée que XFP et la réutilisation des conceptions existantes pour 24 ou 48 ports dans une lame de rack de 19 pouces de largeur.

Les modules optiques sont connectés à un hôte par une interface XAUI , XFI ou SerDes Framer Interface (SFI). Les modules XENPAK, X2 et XPAK utilisent XAUI pour se connecter à leurs hôtes. XAUI (XGXS) utilise un canal de données à quatre voies et est spécifié dans IEEE 802.3 Clause 47. Les modules XFP utilisent une interface XFI et les modules SFP+ utilisent une interface SFI. XFI et SFI utilisent un canal de données à voie unique et le codage 64b/66b spécifié dans IEEE 802.3 Clause 49.

Les modules SFP+ peuvent en outre être regroupés en deux types d'interfaces hôtes : linéaires ou limitantes. Les modules de limitation sont préférables, sauf pour les applications à longue portée utilisant des modules 10GBASE-LRM.

Fibre optique

Un routeur Foundry Networks avec des interfaces optiques 10 Gigabit Ethernet (émetteur-récepteur XFP). Les câbles jaunes sont des connexions à fibre optique duplex monomode.

Il existe deux types de base de fibre optique utilisés pour 10 Gigabit Ethernet : monomode (SMF) et multimode (MMF). Dans le SMF, la lumière suit un seul chemin à travers la fibre, tandis que dans le MMF, elle emprunte plusieurs chemins, ce qui entraîne un retard de mode différentiel (DMD). SMF est utilisé pour les communications longue distance et MMF est utilisé pour des distances inférieures à 300 m. SMF a un noyau plus étroit (8,3 m) qui nécessite une méthode de terminaison et de connexion plus précise. Le MMF a un noyau plus large (50 ou 62,5 m). L'avantage du MMF est qu'il peut être piloté par un laser à émission de surface à cavité verticale (VCSEL) à faible coût pour de courtes distances, et les connecteurs multimodes sont moins chers et plus faciles à terminer de manière fiable sur le terrain. L'avantage du SMF est qu'il peut fonctionner sur de plus longues distances.

Dans la norme 802.3, il est fait référence à la fibre MMF de qualité FDDI. Celui-ci a un cœur de 62,5 m et une bande passante modale minimale de 160 MHz·km à 850 nm. Il a été initialement installé au début des années 90 pour les réseaux FDDI et 100BASE-FX . La norme 802.3 fait également référence à ISO/IEC 11801 qui spécifie les types de fibres optiques MMF OM1, OM2, OM3 et OM4. OM1 a un noyau de 62,5 m tandis que les autres ont un noyau de 50 m. A 850 nm, la bande passante modale minimale d'OM1 est de 200 MHz·km, d'OM2 de 500 MHz·km, d'OM3 de 2000 MHz·km et d'OM4 de 4700 MHz·km. Le câble de qualité FDDI est désormais obsolète et les nouvelles installations de câblage structuré utilisent un câblage OM3 ou OM4. Le câble OM3 peut transporter 10 Gigabit Ethernet sur 300 mètres en utilisant des optiques 10GBASE-SR à faible coût. OM4 peut gérer 400 mètres.

Pour distinguer les câbles SMF des câbles MMF, les câbles SMF sont généralement jaunes, tandis que les câbles MMF sont orange (OM1 & OM2) ou aqua (OM3 & OM4). Cependant, dans les fibres optiques, il n'y a pas de couleur uniforme pour une vitesse ou une technologie optique spécifique, à l'exception du connecteur physique angulaire (APC), il s'agit d'une couleur verte convenue.

Il existe également des câbles optiques actifs (AOC). Ceux-ci ont l'électronique optique déjà connectée en éliminant les connecteurs entre le câble et le module optique. Ils se branchent sur des prises SFP+ standard. Ils sont moins coûteux que les autres solutions optiques car le fabricant peut adapter l'électronique à la longueur et au type de câble requis.

10GBASE-SR

Un émetteur-récepteur SFP+ 10GBASE-SR

10GBASE-SR ("courte portée") est un type de port pour fibre multimode et utilise des lasers à 850 nm. Sa sous-couche de codage physique (PCS) est 64b/66b et est définie dans la clause 49 de l'IEEE 802.3 et sa sous-couche dépendante du support physique (PMD) dans la clause 52. Elle fournit des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 Gbd.

La portée dépend du type de fibre multimode utilisée.

MMF a l'avantage sur SMF d'avoir des connecteurs à moindre coût ; son noyau plus large nécessite moins de précision mécanique.

L'émetteur 10GBASE-SR est implémenté avec un VCSEL à faible coût et à faible consommation d'énergie. Les câbles optiques OM3 et OM4 sont parfois décrits comme optimisés pour le laser car ils ont été conçus pour fonctionner avec les VCSEL. 10GBASE-SR offre les modules optiques les moins chers, les moins gourmands en énergie et les plus compacts.

Il existe une variante moins coûteuse et moins gourmande en énergie, parfois appelée 10GBASE-SRL (10GBASE-SR lite). Ceci est interopérable avec 10GBASE-SR mais n'a qu'une portée de 100 mètres.

10GBASE-LR

10GBASE-LR (longue portée) est un type de port pour fibre monomode et utilise des lasers à 1310 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans IEEE 802.3 Clause 49 et sa sous-couche PMD dans Clause 52. Il délivre des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 GBd.

L'émetteur 10GBASE-LR est implémenté avec un laser Fabry-Pérot ou Distributed Feedback (DFB). Les lasers DFB sont plus chers que les VCSEL, mais leur puissance élevée et leur longueur d'onde plus longue permettent un couplage efficace dans le petit cœur de la fibre monomode sur de plus grandes distances.

La longueur maximale de la fibre 10GBASE-LR est de 10 kilomètres, bien que cela varie en fonction du type de fibre monomode utilisé.

10GBASE-LRM

10GBASE-LRM, (multimode longue portée) spécifié à l'origine dans IEEE 802.3aq est un type de port pour fibre multimode et utilise des lasers 1310 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans IEEE 802.3 Clause 49 et sa sous-couche PMD dans Clause 68. Il délivre des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 GBd. 10GBASE-LRM utilise la compensation de dispersion électronique (EDC) pour l'égalisation de la réception.

10GBASE-LRM permet des distances allant jusqu'à 220 mètres (720 pieds) sur une fibre multimode de qualité FDDI et la même portée maximale de 220 m sur les types de fibre OM1, OM2 et OM3. La portée 10GBASE-LRM n'est pas aussi étendue que l'ancienne norme 10GBASE-LX4. Certains émetteurs-récepteurs 10GBASE-LRM autorisent également des distances allant jusqu'à 300 mètres (980 pieds) sur une fibre monomode standard (SMF, G.652), mais cela ne fait pas partie des spécifications IEEE ou MSA. Pour garantir que les spécifications sont respectées sur les fibres de qualité FDDI, OM1 et OM2, l'émetteur doit être couplé via un cordon de raccordement de conditionnement de mode. Aucun cordon de raccordement de conditionnement de mode n'est requis pour les applications sur OM3 ou OM4.

10GBASE-ER

10GBASE-ER (portée étendue) est un type de port pour fibre monomode et utilise des lasers à 1550 nm. Son PCS 64b/66b est défini dans IEEE 802.3 Clause 49 et sa sous-couche PMD dans Clause 52. Il délivre des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 GBd.

L'émetteur 10GBASE-ER est implémenté avec un laser à modulation externe (EML) .

10GBASE-ER a une portée de 40 kilomètres (25 mi) sur des liaisons techniques et de 30 km sur des liaisons standard.

10GBASE-ZR

Plusieurs fabricants ont introduit une autonomie de 80 km (50 mi) sous le nom de 10GBASE-ZR. Ce PHY de 80 km n'est pas spécifié dans la norme IEEE 802.3ae et les fabricants ont créé leurs propres spécifications basées sur le PHY de 80 km décrit dans les spécifications OC-192 / STM-64 SDH / SONET .

10GBASE-LX4

10GBASE-LX4 est un type de port pour fibre multimode et fibre monomode. Il utilise quatre sources laser distinctes fonctionnant à 3,125 Gbit/s et un multiplexage grossier en longueur d'onde avec quatre longueurs d'onde uniques autour de 1310 nm. Son PCS 8B10B est défini dans l'article 48 de la norme IEEE 802.3 et sa sous-couche dépendant du support physique (PMD) dans l'article 53.

10GBASE-LX4 a une portée de 10 kilomètres (6,2 mi) sur SMF . Il peut atteindre 300 mètres (980 pieds) sur un câblage multimode de qualité FDDI, OM1, OM2 et OM3. Dans ce cas, il doit être couplé via un cordon de raccordement de conditionnement de mode de lancement décalé SMF .

10GBASE-PR

10GBASE-PR spécifié à l'origine dans IEEE 802.3av est un PHY Ethernet 10 Gigabit pour les réseaux optiques passifs et utilise des lasers 1577 nm dans le sens aval et des lasers 1270 nm dans le sens amont. Sa sous-couche PMD est spécifiée à l'article 75. L'aval fournit des données sérialisées à un débit de ligne de 10,3125 Gbit/s dans une configuration point à multipoint.

10GBASE-PR a trois budgets d'alimentation spécifiés comme 10GBASE-PR10, 10GBASE-PR20 et 10GBASE-PR30.

Monobrin bidirectionnel

Plusieurs fournisseurs ont introduit une optique monobrin bidirectionnelle à 10 Gbit/s capable d'une connexion par fibre monomode fonctionnellement équivalente à 10GBASE-LR ou -ER, mais utilisant un seul brin de câble à fibre optique. Analogue à 1000BASE-BX10 , ceci est accompli en utilisant un prisme passif à l'intérieur de chaque émetteur-récepteur optique et une paire d'émetteurs-récepteurs assortis utilisant deux longueurs d'onde différentes telles que 1270 et 1330 nm. Les modules sont disponibles avec des puissances d'émission variables et des distances de portée allant de 10 à 80 km.

Le cuivre

10 Gigabit Ethernet peut également fonctionner sur un câblage double axial, un câblage à paires torsadées et des fonds de panier .

10GBASE-CX4

Connecteur SFF-8470

10GBASE-CX4 a été la première norme de cuivre 10 Gigabit publiée par 802.3 (sous le nom de 802.3ak-2004). Il utilise le PCS à 4 voies XAUI (clause 48) et un câblage en cuivre similaire à celui utilisé par la technologie InfiniBand avec les mêmes connecteurs SFF-8470. Il est spécifié pour fonctionner jusqu'à une distance de 15 m (49 pi). Chaque voie transporte 3,125 Go de bande passante de signalisation.

10GBASE-CX4 a été utilisé pour empiler des commutateurs. Il offre les avantages d'une faible consommation, d'un faible coût et d'une faible latence , mais présente un facteur de forme plus important et des câbles plus volumineux que la nouvelle norme SFP+ à voie unique, et une portée beaucoup plus courte que la fibre ou le 10GBASE-T. Ce câble est assez rigide et considérablement plus coûteux que la catégorie 5/6 UTP ou fibre.

Les applications 10GBASE-CX4 sont désormais couramment réalisées à l'aide de SFP+ Direct Attach et à partir de 2011, les livraisons de 10GBASE-CX4 ont été très faibles.

Attachement direct SFP+

La carte réseau à double port Qlogic QLE3442-CU SFP+ , qui peut utiliser des câbles DAC SFP+ ou des émetteurs-récepteurs optiques SFP+

Également connu sous le nom de connexion directe (DA), cuivre à connexion directe (DAC), 10GSFP+Cu, 10GBASE-CR ou 10GBASE-CX1. Les câbles courts à connexion directe utilisent un ensemble de câblage twinax passif tandis que les câbles plus longs, parfois appelés câbles optiques actifs (AOC), utilisent des optiques à courte longueur d'onde. Les deux types se connectent directement dans un boîtier SFP+. La connexion directe SFP+ a un câble de longueur fixe, jusqu'à 15 m pour les câbles en cuivre ou jusqu'à 100 m pour l'AOC. Comme 10GBASE-CX4, DA est à faible consommation d'énergie, à faible coût et à faible latence avec les avantages supplémentaires d'utiliser des câbles moins encombrants et d'avoir le petit facteur de forme SFP+. L'attachement direct SFP+ est aujourd'hui extrêmement populaire, avec plus de ports installés que 10GBASE-SR.

Fond de panier

L'Ethernet de fond de panier , également connu sous le nom du groupe de travail qui l'a développé, 802.3ap , est utilisé dans les applications de fond de panier telles que les serveurs lames et les équipements de réseau modulaires avec des cartes de ligne évolutives . Les implémentations 802.3ap sont nécessaires pour fonctionner sur jusqu'à 1 mètre (39 pouces) de carte de circuit imprimé en cuivre avec deux connecteurs. La norme définit deux types de port pour 10 Gbit/s ( 10GBASE-KX4 et 10GBASE-KR ) et un seul type de port 1 Gbit/s (1000BASE-KX). Il définit également une couche facultative pour la correction d'erreur directe , un protocole de négociation automatique de fond de panier et une formation de liaison pour 10GBASE-KR où le récepteur règle un égaliseur de transmission à trois prises. Le protocole d'autonégociation sélectionne entre les opérations 1000BASE-KX, 10GBASE-KX4, 10GBASE-KR ou 40GBASE-KR4.

10GBASE-KX4

Celui-ci fonctionne sur quatre voies de fond de panier et utilise le même codage de couche physique (défini dans IEEE 802.3 Clause 48) que 10GBASE-CX4.

10GBASE-KR

Cela fonctionne sur une seule voie de fond de panier et utilise le même codage de couche physique (défini dans IEEE 802.3 Clause 49) que 10GBASE-LR/ER/SR. Les nouvelles conceptions de fond de panier utilisent 10GBASE-KR plutôt que 10GBASE-KX4.

10GBASE-T

Intel X540-T2 10GBASE-T double port NIC

10GBASE-T , ou IEEE 802.3an-2006 , est une norme publiée en 2006 pour fournir des connexions 10 Gbit/s sur des câbles à paires torsadées non blindés ou blindés, sur des distances allant jusqu'à 100 mètres (330 pieds). La catégorie 6A est requise pour atteindre la distance totale et la catégorie 6 peut atteindre jusqu'à 55 mètres (180 pi) selon la qualité de l'installation. L'infrastructure de câble 10GBASE-T peut également être utilisée pour 1000BASE-T permettant une mise à niveau progressive à partir de 1000BASE-T en utilisant la négociation automatique pour sélectionner la vitesse à utiliser. En raison de la surcharge de codage de ligne supplémentaire , 10GBASE-T a une latence légèrement plus élevée (2 à 4 microsecondes) par rapport à la plupart des autres variantes 10GBASE (1 microseconde ou moins). En comparaison, la latence 1000BASE-T est de 1 à 12 microsecondes (selon la taille du paquet).

10GBASE-T utilise les connecteurs modulaires IEC 60603-7 8P8C déjà largement utilisés avec Ethernet. Les caractéristiques de transmission sont maintenant spécifiées à 500 MHz . Pour atteindre cette fréquence, des câbles à paires torsadées symétriques de catégorie 6A ou mieux spécifiés dans l' amendement 2 ISO/IEC 11801 ou ANSI/TIA-568-C.2 sont nécessaires pour transporter 10GBASE-T jusqu'à des distances de 100 m. Les câbles de catégorie 6 peuvent transporter 10GBASE-T pour des distances plus courtes lorsqu'ils sont qualifiés conformément aux directives ISO TR 24750 ou TIA-155-A.

La norme 802.3an spécifie la modulation au niveau du fil pour 10GBASE-T afin d'utiliser le précodage Tomlinson-Harashima (THP) et la modulation d'amplitude d'impulsion avec 16 niveaux discrets (PAM-16), codés dans un motif en damier à deux dimensions appelé DSQ128 envoyé sur la ligne à 800 Msymboles/sec. Avant le précodage, le codage de correction d'erreur directe (FEC) est effectué à l'aide d'un code de contrôle de parité basse densité [2048,1723] ₂ sur 1723 bits, avec la construction de la matrice de contrôle de parité basée sur un Reed-Solomon généralisé [32,2, 31] sur GF (2 ⁶ ). 1536 autres bits ne sont pas codés. Dans chaque bloc 1723+1536, il y a 1+50+8+1 bits de signalisation et de détection d'erreurs et 3200 bits de données (et occupent 320 ns sur la ligne). En revanche, PAM-5 est la technique de modulation utilisée dans 1000BASE-T Gigabit Ethernet .

Émetteur-récepteur 10GBASE-T SFP+

L'encodage de ligne utilisé par 10GBASE-T est la base des normes 2.5GBASE-T et 5GBASE-T plus récentes et plus lentes , mettant en œuvre une connexion à 2,5 ou 5,0 Gbit/s sur un câblage de catégorie 5e ou 6 existant. Les câbles qui ne fonctionneront pas de manière fiable avec 10GBASE-T peuvent fonctionner avec succès avec 2.5GBASE-T ou 5GBASE-T s'ils sont pris en charge par les deux extrémités.

10GBASE-T1

10GBASE-T1 est destiné aux applications automobiles et fonctionne sur une seule paire équilibrée de conducteurs jusqu'à 15 m de long, et est normalisé en 802.3ch-2020.

WAN PHY (10GBASE-W)

Au moment où la norme 10 Gigabit Ethernet a été développée, l'intérêt pour le 10GbE en tant que transport de réseau étendu (WAN) a conduit à l'introduction d'un WAN PHY pour 10GbE. Le WAN PHY a été conçu pour interagir avec les équipements SDH/SONET OC-192/STM-64 en utilisant une trame SDH/SONET légère fonctionnant à 9,953 Gbit/s. Le WAN PHY fonctionne à un débit de données légèrement plus lent que le PHY du réseau local (LAN). Le WAN PHY peut gérer des distances de liaison maximales jusqu'à 80 km selon la norme de fibre utilisée.

Le WAN PHY utilise les mêmes PMD optiques 10GBASE-S, 10GBASE-L et 10GBASE-E que les LAN PHY et est désigné comme 10GBASE-SW, 10GBASE-LW ou 10GBASE-EW. Son PCS 64b/66b est défini dans la clause 49 de l'IEEE 802.3 et ses sous-couches PMD dans la clause 52. Il utilise également une sous-couche d'interface WAN (WIS) définie dans la clause 50 qui ajoute une encapsulation supplémentaire pour formater les données de trame afin qu'elles soient compatibles avec SONET STS- 192c.

Remarques

Voir également

Les références

Liens externes

• Texte intégral de la norme IEEE 802.3
• Groupe de travail Ethernet IEEE 802.3
• Site Web de l'Alliance Ethernet
• Laboratoire d'interopérabilité de l'Université du New Hampshire Consortium 10 Gigabit Ethernet
• Première étude de test comparatif 10GBASE-T indépendante au monde
• Description de la carte réseau de serveur SFP+ Direct Attach dans le concept de dessus de rack