Le guide ultime de l'Ethernet Gigabit 100G

L’évolution actuelle du monde des réseaux s’oriente vers une approche axée sur les données afin de répondre aux demandes croissantes en matière de réseaux. Pour le backbone de l’Ethernet de nouvelle génération, le 100 Gigabit Ethernet (100 GbE) est actuellement le plus largement disponible, et le développement de ce réseau stimule la croissance continue de la capacité des fournisseurs de réseaux, l’adoption de réseaux exigeant une bande passante élevée, ainsi que l’évolution du TDM vers le transport par paquets dans les réseaux métropolitains. Cet article décrit ce qu’est le 100 GbE, son parcours d’évolution, les avantages qu’il apporte et les secteurs dans lesquels il est utilisé.

Qu’est-ce que le 100G Gigabit Ethernet ?

100GbE fait référence à 100 Gigabit Ethernet, une norme de mise en réseau haut débit, un protocole réseau de transfert de données à 100 gigabits par seconde (Gbps), une technologie qui est l’un des types les plus courants de la famille Ethernet, et qui constitue la base de la communication pour la majorité des réseaux locaux (LAN) et des réseaux étendus (WAN) dans le monde. Par rapport à ses prédécesseurs, 10GbE et 40GbE, elle offre des améliorations significatives en matière de vitesse et de capacité.

Pour répondre au besoin de réseaux à large bande passante, l’IEEE a créé le HSSG (Higher Speed Study Group) en 2006 afin d’élaborer une norme pour l’Ethernet 100G, qui a été officiellement transformé en groupe IEEE802.3ba en 2007. Celui-ci spécifie la norme Ethernet 40G/100G, dont le 40Gbps est principalement destiné aux applications informatiques, tandis que le 100Gbps est destiné aux services de cœur de réseau et d’agrégation. Les principales technologies actuelles des interfaces Ethernet 100G incluent l’agrégation de canaux de la couche physique (PHY) et la technologie de multiplexage en longueur d’onde (WDM). Il existe des techniques de codage et de modulation d’ordre supérieur, telles que la modulation par déplacement de phase en quadrature (QPSK) et la modulation d’amplitude en quadrature (QAM). Par rapport à la technologie Ethernet 10G, l’Ethernet 100G offre une meilleure uniformité des normes d’interface et des performances de bande passante, ainsi que de meilleures performances en matière d’atténuation et de dispersion.

Bien que 100GbE soit pratiquement identique à son prédécesseur en termes de protocoles et de principes Ethernet utilisés, il atteint des efficacités de transfert de données allant jusqu'à 100Gbps grâce à une technologie plus avancée. Cette efficacité a contribué à faire de 100GbE l'épine dorsale des centres de données, des infrastructures réseau et du calcul haute performance, un composant essentiel des réseaux modernes.

100G Ethernet est la vitesse Ethernet la plus rapide prise en charge sur un seul canal.IEEE 802.3ck est devenue la troisième génération de 100G Ethernet utilisant un seul canal 100G Gb/s en décembre 2022, ainsi que 200G et 400G Ethernet utilisant respectivement deux et quatre de ces canaux, et spécifie l’utilisation de câbles twinaxiaux pour transmettre 100GBASE-CR et 100GBASE-CR à l’aide de câbles twinaxiaux sur des distances allant jusqu’à 2 mètres. En plus de 100GBASE-CR, qui spécifie une distance de transmission maximale de 2 mètres sur câble twinaxial, et de 100GBASE-KR, qui utilise un fond de panier électrique, le 100GBASE-ZR La norme prend en charge l’Ethernet 100G sur une distance maximale de plus de 80 kilomètres grâce à l’utilisation d’une architecture multicanal ainsi qu’à l’utilisation d’un système DWDM à longueur d’onde unique. Si la rentabilité est une priorité, une configuration à quatre canaux utilisant des SerDes NRZ 25G peut également constituer un support de transmission fiable.

Introduction à l’évolution de l’Ethernet 100G

Ethernet, la technologie LAN la plus largement utilisée aujourd’hui, est née en 1973 au Xerox Palo Alto Research Center en Californie. Elle a été initialement développée pour transmettre des données entre des postes de travail informatiques, des serveurs et des imprimantes.

Il s’agissait d’une réalisation révolutionnaire pour l’époque, car les ordinateurs centraux importants et coûteux dominaient auparavant les réseaux informatiques.

La vitesse de connexion initiale d’Ethernet n’était que de 2,85 mégabits par seconde (Mbps). En 1980, un consortium de fournisseurs composé de Digital Equipment Corporation, Intel et Xerox a publié la norme DIX Ethernet, une norme Ethernet à 10 Mbps. Par conséquent, Ethernet a été limité à une vitesse maximale de 10 Mbps jusqu’aux années 1980.

En 1995, les systèmes Fast Ethernet à 100 Mbps ont été introduits, comprenant une variété de systèmes de supports à paires torsadées et à fibre optique. Quatre ans plus tard, l’Ethernet à 1 000 Mbps (1 GbE) a été introduit.

La transition de 1 GbE à 10 GbE a pris environ 7 ans, mais la transition de 10 GbE à 40 GbE n’a pris que 4 ans.

Par la suite, à mesure que les centres de données ont progressivement abandonné le 40 GbE, le coût des équipements réseau 100 GbE a commencé à baisser, puis l’adoption généralisée des réseaux 100 GbE a suivi.

Norme IEEE 100 Gigabit

Le groupe de travail IEEE 802.2 est responsable de la maintenance et de l’extension des normes de communication de données Ethernet ; lorsque nous examinons une réglementation particulière, nous constatons que les ajouts à des normes spécifiques sont généralement nommés par une ou deux lettres. Par exemple, le groupe de travail 802.3z a défini la version originale de la norme Gigabit Ethernet.

Voici 3 normes IEEE essentielles pour l’Ethernet 100G :

Dans la section précédente, nous avons mentionné IEEE 802.3ba, un groupe de travail achevé en 2010 pour prendre en charge des débits supérieurs à 10 Gbit/s. Ce protocole spécifie des débits de 40 et 100 Gbit/s, correspondant au besoin de prendre en charge l’agrégation des points d’extrémité et des liaisons. Cette norme a été le premier protocole IEEE à spécifier des débits 100G. Voici quelques-uns des protocoles les plus importants liés au 100G.

La norme IEEE 802.3cu est un amendement aux paramètres de la couche physique Ethernet et de gestion qui permet une transmission de données à haut débit de 100Gb/s et 400Gb/s sur fibre monomode.802.3cu est une révision de la norme de base 802.3 approuvée par l’IEEE en février 2021, répondant à la demande croissante de données à haut débit. La norme vise à permettre des interfaces en fibre monomode rentables et économes en énergie pour l’Ethernet 100G et 400G, en utilisant des optiques 100G afin de réduire les coûts et d’augmenter la densité.

IEEE 802.3ck, qui spécifie principalement les interfaces électriques 100G, 200G et 400G, a été soumis au vote en septembre 2022 en vue de son adoption. Une fois finalisée, la norme est destinée à permettre des interfaces électriques 100Gbps et à soutenir le développement d’interfaces électriques à plus haute densité ou à moindre coût pour Ethernet 100, 200 ou 400G. Cette spécification est également une spécification de correction d’erreurs : en établissant un ensemble de spécifications techniques, elle peut réduire considérablement les taux d’erreurs binaires (BER) et les erreurs de transmission, améliorant ainsi à la fois la qualité et l’efficacité de la transmission des données, comme les techniques de codage FEC (Forward Error Correction), la synchronisation d’horloge, etc.

IEEE 802.3ct, qui spécifie principalement le fonctionnement 100G sur des systèmes DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), a été achevé et fait l’objet d’un examen final avant publication. Cette norme est importante car il s’agit de la première spécification Ethernet pour la technologie DWDM cohérente prenant en charge des longueurs de connexion 100G d’au moins 80 kilomètres.IEEE P802.3cw, portant sur le fonctionnement 400G sur des systèmes DWDM, est toujours en cours, étendant la spécification Ethernet pour la technologie DWDM cohérente au 400G.

L’avantage de l’Ethernet 100GbE

L’adoption du 100 GbE apporte de nombreux avantages au monde des réseaux et des datacom. Voici quelques-uns des principaux bénéfices :

Avantages significatifs en matière de vitesse : Fournit des vitesses de transfert de données plus élevées et améliore les vitesses d'accès aux fichiers dans les réseaux d'entreprise, en particulier dans les centres de données et les salles de serveurs.

Répond aux exigences complexes du réseau : S’adapte à la croissance du trafic Internet et aux requêtes complexes provenant des serveurs virtuels et des appareils dans les centres de données, assurant des mises à jour en temps réel et un traitement efficace.

Compatibilité descendante : Il prend en charge la compatibilité avec l’infrastructure existante, permettant de réutiliser les câbles existants en remplaçant les émetteurs-récepteurs ou les modules. Cela simplifie le déploiement et réduit les exigences en matière d’alimentation et d’espace, ce qui se traduit par des économies de coûts.

Large prise en charge des produits : Une large gamme de produits compatibles 100GbE, tels que des cartes d’interface réseau, des serveurs, des commutateurs, etc., est déjà disponible, réduisant le nombre de nœuds et de connexions, améliorant les performances et abaissant le coût total de possession.

Soulage la charge réseau : 100GbE contribue à réduire les conflits et le risque de surcharge du réseau central dans les réseaux fédérateurs.

Prend en charge les technologies émergentes : Pour les organisations adoptant Remote Direct Memory Access (RDMA) et d’autres technologies émergentes, renforçant la flexibilité pour la croissance future.

Application Ethernet Gigabit 100G

Grâce à ses excellentes performances à haut débit, le 100GbE a été largement utilisé dans divers secteurs. Voici quelques applications critiques de l’Ethernet gigabit 100G.

Centres de données : Les centres de données constituent l’épine dorsale de l’architecture du monde des données, hébergeant et traitant de grands volumes de données. Le 100GbE permet une collaboration plus efficace entre les serveurs, le stockage et les périphériques réseau, ce qui fait une différence significative pour les réseaux de centres de données. En s’appuyant sur le centre de données, le traitement des données est plus rapide, les performances sont plus élevées et les goulets d’étranglement du réseau deviennent moins nombreux.

Infrastructure cloud : Avec le développement rapide de l’intelligence artificielle ces dernières années, AWS, Azure et Google Cloud, un service de cloud computing, ont été vigoureusement développés ; la puissance de calcul devient également imminente, et les performances à haut débit du 100GbE peuvent aider ces fournisseurs de services à se connecter plus rapidement aux clients, tout en apportant une aide précieuse au transfert rapide de données entre les applications et les bases de données.

Calcul haute performance (HPC) : Pour les clusters HPC à grande échelle qui partagent des mégadonnées et mènent des recherches et des simulations scientifiques, les réseaux ultra-rapides sont également essentiels pour traiter plus efficacement de grands ensembles de données. 100GbE devient également de plus en plus l'architecture dorsale dans les environnements HPC.

Divertissement et médias : Les besoins réseau les plus importants de l’industrie des médias et du divertissement sont une faible latence et une bande passante élevée. Le 100GbE permet de créer des plateformes pour la diffusion de médias en streaming, la création de contenu et les fichiers vidéo et audio haute résolution afin de permettre un transfert de données en temps réel, offrant aux consommateurs une meilleure expérience vidéo en ligne.

Comme vous pouvez le constater, la plupart de ces scénarios d’application reposent sur les performances de bande passante élevée et de faible latence du 100GbE, et ces centres de données grand public sont bien adaptés pour répondre à la demande, en particulier pour les centres de données avec des charges de travail traditionnelles mais avec un degré de virtualisation plus élevé.

Conclusion

En bref, avec l’émergence du 100GbE, les centres de données ont connu une croissance considérable, et le paysage réseau a changé en conséquence. Les réseaux Ethernet 100G gigabit à bande passante élevée et à faible latence ont constitué une dorsale essentielle pour les infrastructures de calcul haute performance et de télécommunications. À mesure que les réseaux évoluent, le 100GbE prendra une importance encore plus grande dans les communications de données afin de permettre des transferts de données plus rapides et plus efficaces, au bénéfice des entreprises comme des consommateurs.