Ethernet est une technologie universelle qui dominait déjà les réseaux locaux bien avant le développement
de l'Internet. La clé de la longévité de cette technologie, c'est sa simplicité. Souvent critiquée, elle a
toujours été plus facile à utiliser et à mettre en oeuvre que ses concurrentes. Cet article est à la fois une
introduction aux normes (IEEE 802.3 - 10Mbps, Fast Ethernet - 100Mbps, Gigabit Ethernet - 1Gbps,
10Gbps) et une aide à la conception et la réalisation de réseaux locaux.
. Ethernet : les raisons du succès
. Ethernet : les raisons du succès
1. Quelques principes simples
•Toutes les stations sont égales vis-à-vis du réseau : il n'y a pas d'équipement maître de contrôle du réseau.
•La méthode d'accès employée est distribuée entre tous les équipements connectés.
•Le mode de transmission est de type bidirectionnel alterné : les signaux transitent dans les deux sens, mais
pas simultanément.
•on peut relier ou retirer une machine du réseau sans perturber le fonctionnement de l'ensemble.
Ces principes ont montré qu'il était plus facile de concevoir les réseaux et les équipements correspondants
avec Ethernet qu'avec d'autres technologies aux définitions plus complètes. De nombreuses technologies
réseaux «mieux définies» au départ comme Token Ring (IEEE 802.5) par exemple, se sont avérées très peu
évolutives au fil du temps.
Ces principes ont été formalisés au début des années soixante-dix. Aujourd'hui, seul le mode de transmission
bidirectionnel alterné est de moins en moins employé. Le déploiement de la commutation de niveau 2
étant généralisé, les transmissions se font sur des paires cuivre ou fibre optique dédiées à chaque sens de
communication. On parle alors de mode
full duplex
.
2. Ethernet a été intégré dans le modèle OSI
Ethernet était à l'origine un standard développé par les laboratoires Xerox au tout début des années
1970. Ce standard a d'abord évolué jusqu'à la version Ethernet II aussi appelée DIX ou encore v2.0 avec
l'association regroupant Digital Equipment Corporation, Intel et Xerox. Par la suite, Ethernet a été inclu dans
les travaux sur la modélisation OSI au début des années 1980. Depuis cette époque, la technologie Ethernet
est totalement indépendante des constructeurs ; c'est un des facteurs importants de sa popularité.
Les éléments de la couche physique (couche 1 OSI) sont définis par les normes IEEE des sous-comités 802.3
et la méthode d'accès CSMA/CD correspond à partie MAC de la couche liaison (couche 2 OSI).
Comme dans le cas des principes énoncés ci-avant, la généralisation de la commutation simplifie la méthode
d'accès en éliminant toute la partie consacrée à la gestion des collisions. On attache aujourd'hui beaucoup
plus d'importance aux méthodes de codage employées au niveau de la couche physique.
3. Une évolution constante
La simplicité de la méthode d'accès et la simplicité de l'interconnexion avec les autres technologies ont fait
d'ethernet une technologie évolutive à des coûts acceptables pour toutes les catégories d'utilisateurs.
Même si les évolutions des débits ont entraîné l'abandon de supports bon marché (câbles coaxiaux lors du
passage de 10 à 100Mbps), la mise en oeuvre est restée simple. Les infrastructures existantes progressent
vers les technologies multimédias sans réinvestissements lourds.
C'est une des grandes leçons de l'histoire des réseaux de télécommunications sur les trente dernières années.
Toutes les technologies de transmission qui on cherché à qualifier les flux réseau au plus près du matériel
n'ont pas su évoluer simplement. L'exemple de la technologie ATM est caractéristique. Faire évoluer les
équipements actifs ATM pour adapter les débits est excessivement plus coûteux qu'avec des équipements
Ethernet.
Au début des années 1970 :
Le premier réseau local Ethernet expérimental a été développé au centre de recherche Xerox de Palo
Alto (PARC) pour interconnecter des ordinateurs et des imprimantes laser à un débit de 2.94Mbps. En
juillet 1976, les deux concepteurs de ce réseau Bob Metcalfe et David Boggs publièrent le document de
référence
Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Network
En Septembre 1980 :
Le premier standard Ethernet est publié. Les sociétés Intel et Digital Equipment Corporation (DEC) ont
rejoint Xerox pour produire un standard utilisable par tous. On a baptisé ce standard
DIX standard
correspond à la version 10Base5 ou Ethernet «épais». Voir
Section 4.1.1, « Ethernet standard »
. Les premières cartes Ethernet sont apparues avec la version 2.0 du standard DIX en Novembre 1982 : le
standard Ethernet II.
En 1983 :
La première norme Ethernet est publiée par l'
Institute of Electrical and Electronic Engineers
5
(IEEE) ;
plus précisemment par le sous-comité
IEEE 802.3
6
. C'est à cette époque qu'est apparue la double
4. Normalisations IEEE 802.3
Il existe de nombreux suppléments à la norme IEEE 802.3 initialement publiée qui décrivent les différents supports utilisables.
Le câble standard a été défini à l'origine pour des connexions avec transceivers à piquage (vampire) puis
étendu à la connectique de type N-BNC
signification d'un champ dans le format de la trame Ethernet : le champ Type/Longueur. Cette différence
entre normalisation et standard n'a jamais eu d'effet sur l'exploitation des réseaux locaux Ethernet. Voir
Section 9, « Format de trame »
.
En 1985, l'IEEE publia la norme
IEEE 802.3a
correspondant à l'Ethernet «fin». En 1987, l'utilisation des
fibres optiques devint effective avec la norme
IEEE 802.3d
.
En 1990 :
La première norme utilisant les câbles de paires torsadées cuivre sur une topologie étoile est publiée :
IEEE 802.3i
. C'est à partir de cette étape que les autres technologies de réseaux locaux ont décliné
rapidement.
En 1993, la norme
IEEE 802.3j
est venue étendre l'application de la topologie étoile sur fibres optiques.
En 1995 :
Nouvelle étape majeure dans l'évolution d'Ethernet : le passage à 100Mbps avec l'introduction de la
norme
IEEE 802.3u
. Cette version d'Ethernet est connue sous le nom
FastEthernet
En 1997 :
La norme
IEEE 802.3x
a défini le mode «full-duplex» qui permet de reserver une paire cuivre ou fibre
optique par sens de communication. Associée à la généralisation de l'utilisation des commutateurs, cette
norme marque la fin de l'utilisation de la méthode d'accès historique d'Ethernet :
CSMA/CD
.
En 1998 :
Les débits ont à nouveau été multipliés par 10 avec la sortie du
Gigabit Ethernet
. La norme
correspondante est l'
IEEE 802.3z
.
Cette première définition a été complétée en 1999 avec la norme
IEEE 802.3ab
qui définit l'utilisation
du Gbps sur les câbles en paires torsadées UTP de catégorie 5.
En 2002 :
Une fois de plus, les débits ont été multipliés par 10 pour atteindre les 10Gbps avec la publication de la
norme
IEEE 802.3ae
. Cette catégorie de débit marque l'avènement de l'exploitation d'Ethernet sur les
dorsales des réseaux étendus.
De même qu'avec le Gigabit Ethernet, une définition d'Ethernet 10Gbps sur paires torsadées cuivre
devrait voir le jour prochainement. La norme devrait être publiée avec l'appelationIEEE 802.3an
L'Institute of Electrical and Electronic Engineers a mis à disposition en ligne les normes du comité 802 :
Get IEEE 802
Ce document est construit à partir des 4 familles de débits d'Ethernet :
Ethernet à 10Mbps
: la définition d'origine à partir de la constitution du sous-comité IEEE 802.3.
Ethernet à 100Mbps ou FastEthernet
Ethernet à 1Gbps ou GigabitEthernet
Ethernet à 10Gbps ou 10GigabitEthernet
A l'intérieur de chaque famille, il existe de nombreuses déclinaisons. Les plus utilisées sont décrites ci-après. Du point de vue conception, les câblages en paires torsadées cuivre sont habituellement utilisés pour la «desserte» des postes de travail à des débits allant de 10Mbps à 1Gbps. Ensuite, les câblages en fibres optiques sont utilisés pour les dorsales réseau.
Bien que cela ne corresponde à aucune normalisation, on rencontre de plus en plus souvent un découpage en 3 couches lors de la conception des réseaux locaux Ethernet : accès, distribution et coeur. Ce découpage a surtout pour but de faciliter le classement des équipements dans les catalogues constructeurs.
3. Définitions IEEE 802.3
Correspondance entre le modèle OSI et les définitions IEEE 802.3
Cette vue met en évidence les éléments introduits pour faire évoluer les débits.
Les acronymes :
•AUI : Attachment Unit Interface
•MDI : Media Dependant Interface
•MII : Media Independant Interface : reconnaissance des vitesses 10/100/1000 Mbps
•PCS : Physical Coding Sublayer
•PLS : Physical Layer Signaling
•PMA : Physical Media Attachment sublayer
•PMD : Physical Media Dependant sublayer
4. Normalisations IEEE 802.3
Il existe de nombreux suppléments à la norme IEEE 802.3 initialement publiée qui décrivent les différents supports utilisables.
4.1. Ethernet IEEE 802.3
C'est le point de départ de la normalisation. La première définition est la plus proche du
Standard Ethernet
IIpublié par DEC, Intel et Xerox.
La topologie utilisant des câbles coaxiaux est toujours de type BUS. Cette topologie était avantageuse lorsque
le nombre et la disposition des stations changeaient. Aujourd'hui, les câbles coaxiaux sont systématiquement
abandonnés au profit des câbles en paires torsadées cuivre ou des fibres optiques. Le coût de la connectique
des câbles coaxiaux est devenu supérieur à celui de la connectique RJ45 utilisée avec les paires torsadées.
4.1.1. Ethernet standard
Le câble standard a été défini à l'origine pour des connexions avec transceivers à piquage (vampire) puis