Département Electronique, Signal et Télécommunications
Ethernet (longue distance) comme
réseau d'accès
Carte Interface Réseau 100Mbit Ethernet
1
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
Sommaire
1.
Introduction ..................................................................................................................................... 3
2.
Principes .......................................................................................................................................... 3
3.
Algorithme et Equipments .............................................................................................................. 4
a.
CSMA/CD ..................................................................................................................................... 4
b.
Répéteur et hubs ......................................................................................................................... 5
c.
Pont et commutation .................................................................................................................. 6
d.
Hub à deux vitesses ..................................................................................................................... 7
e.
Réseaux plus avancés .................................................................................................................. 8
4.
Auto-négociation et discordance de duplex ................................................................................... 9
5.
Couche Physique ............................................................................................................................. 9
6.
Trames Ethernet ............................................................................................................................ 10
a.
Format de Trame ....................................................................................................................... 11
b.
Synchronisation des horloges.................................................................................................... 12
c.
Trames Erronées........................................................................................................................ 12
7.
Codage des trames Ethernet ......................................................................................................... 13
a.
Codage Manchester .................................................................................................................. 13
b.
Codage NRZI .............................................................................................................................. 13
c.
Codage MLT3 ............................................................................................................................. 14
d.
Codage nB/mB ........................................................................................................................... 14
8.
8.
Les différentes standards d’Ethernet ............................................................................................ 15
a.
Anciennes .................................................................................................................................. 15
b.
Ethernet 10Mbs ......................................................................................................................... 16
c.
Fast Ethernet ............................................................................................................................. 16
d.
Gigabit Ethernet ........................................................................................................................ 17
e.
10-gigabit Ethernet (10GbE) ...................................................................................................... 18
f.
Ethernet First Mile ..................................................................................................................... 19
Conclusion ..................................................................................................................................... 20
Bibliographie.......................................................................................................................................... 21
2
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
1. Introduction
Ethernet est une famille de technologies de réseau informatique pour les LANS mais qui peut être
étendu à un WAN, il est basé sur la commutation de paquet. Il définit une série de standards de
connexion et de signalisation pour la couche physique, par moyen de réseau d’accès au niveau de la
sous-couche MAC (Media Access Control) et la couche de liaison de donnée, et avec un format
d’adressage commun.
L’objectif de ce document est de présenter le fonctionnement d’Ethernet, et les évolutions des
équipements et des standards qui ont été réalisé afin d’optimiser le débit et la distance d’utilisation.
2. Principes
Ethernet a été développé à Xerox PARC de 1973 à 1975 par Robert Metcalfe, David Boggs, Chuck
Thacker et Butler Lampson. L’Ethernet expérimenté à l’époque avait un champ d’adresse source et
destination de 8 bits, différent des adresses MAC utilisées de nos jours. Les 16 bits se trouvant après
le champ d’adressage compose un champ de type paquet sans préciser le protocole étant utilisé.
En 1979 Metcalfe convint DEC, Intel et Xerox de promouvoir l’Ethernet comme standard ce qui
aboutira au standard DIX (Digital/Intel/Xerox) avec un débit de 10Mbs, un adressage source et
destination sur 48 bits, et un champ type de 16 bits. Ce standard était en compétition avec deux
systèmes propriétaires, Token Ring et ARCNET, qui furent rapidement dépassé par Ethernet.
Au début Ethernet était basé sur l’idée d’avoir des ordinateurs communiquant sur un même câble
coaxial agissant comme un moyen de transmission. A partir de ce concept l’Ethernet évoluât vers une
technologie de réseau complexe aujourd’hui utilisée par la plupart des LANs. Le câble coaxial est
remplacé par des liens poste à poste, connecté par des hubs et des commutateurs afin de réduire les
coûts d’installation, augmenter la fiabilité et permettre une gestion et un dépannage poste à poste.
Au-dessus de la couche physique, des stations Ethernet communiquent entre elles en s’envoyant des
paquets de données, qui sont envoyés et livrés individuellement. Chaque station a une adresse MAC
unique codé sur 48 bits, qui est utilisé pour spécifié la destination et la source de chaque paquet de
donnée. Ainsi les cartes d’interface réseau (NIC) n’acceptent pas les paquets adressés à d’autres
stations Ethernet.
Malgré des changements significatifs d’Ethernet d’un câble coaxial avec un débit de 10Mbs à des
liens poste-à-poste à un débit de 1 Gb/s, toutes les générations partage le même format de trame, et
sont interconnectables. Aujourd’hui, dût au monopole du standard, les cartes Ethernet sont
directement implanté sur les cartes mères des ordinateurs, évitant l’installation d’une carte réseau
séparée.
3
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
3. Algorithme et Equipments
a. CSMA/CD
A ces débuts Ethernet utilise un câble coaxial partagé et connecté à toute les machines. Une combine
permet de contrôler la façon que les ordinateurs partagent le canal : CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Acces with Collision Detection).Lorsqu’un ordinateur veut envoyer des informations, il
utilise l’algorithme suivant :
1. Si le média n'est pas utilisé, commencer la transmission, sinon aller à l'étape 4
2. [transmission de l'information] Si une collision est détectée, continue à transmettre jusqu'à
ce que le temps minimal pour un paquet soit dépassé (pour s'assurer que tous les postes
détectent la collision), puis aller à l'étape 4
3. [fin d'une transmission réussie] Indiquer la réussite au protocole du niveau supérieur et sortir
du mode de transfert.
4. [câble occupé] Attendre jusqu'à ce que le fil soit inutilisé.
5. [le câble est redevenu libre] Attendre pendant un temps aléatoire, puis retourner à l'étape 1,
sauf si le nombre maximal d'essais de transmission a été dépassé.
6. [nombre maximal d'essais de transmission dépassé] Annoncer l'échec au protocole de niveau
supérieur et sortir du mode de transmission.
On peut résumer cet algorithme de la façon suivante : avant d’envoyer une trame, l’ordinateur
attend que le canal ce libère. Si deux ordinateurs veulent envoyer une trame en même, ils s’arrêtent
et attendent un moment aléatoire avant de réessayer un envoi, en espérant qu’ils ne choisissent pas
le même intervalle de temps aléatoire. Lorsqu’il y a plus d’un échec de transmission on utilise des
temps d’attente exponentiels afin de diminuer la probabilité que deux ordinateurs essayent de
transmettre en même temps.
Comme toutes les communications passent par le même câble, chaque information envoyée par un
ordinateur est reçu par tous les autres, même si cette information est destinée à un seul. Les
ordinateurs connectés sur l’Ethernet doivent donc filtrer ce qui leur est destiné ou non. La carte
réseau permet d’ignorer les informations qui ne lui sont pas adressés, sauf si elle est mise en
« promiscuous mode ». Ce mode est une configuration de la carte réseau où toutes les trames reçues
sont envoyés vers le CPU. Cette propriété où « tout le monde parlent, tout le monde écoutent » est
l’une des faiblesses de l’Ethernet. En effet un nœud sur le réseau peut « sniffer » le trafic sur le câble.
De plus la bande passante sur le câble est partagée par tous les utilisateurs, donc le réseau peut être
facilement saturé lors de problèmes ou de redémarrages simultanés des postes. De même plus il y a
de poste, plus il y a de données envoyés, et donc la probabilité de collision devient importante. Le
réseau devient congestionné au-delà de 50% de sa capacité.
La détection des collisions impose une distance maximale à un réseau CSMA/CD. En raison de
l'affaiblissement du signal, la détection des collisions n'est pas efficace au-delà de 2 500 mètres. Si
plusieurs ordinateurs transmettent simultanément, il y a collision des données et donc altération de
celles-ci.
4
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
b. Répéteur et hubs
Pour des raisons de dégradation du signal et de timing, les segments coaxiaux Ethernet ont une
longueur limitée. Par exemple les câbles coaxiaux du 10BASE5, présenté plus loin, avait une longueur
maximum de 500 mètres. De plus ces segments doivent avoir à leurs extrémités une résistance, qui si
elle se casse ou soit mal installé crée un signal équivalent à une collision, ainsi empêchant tout
communication.
Un répéteur permet d’augmenter cette longueur limite. Il prend le signal depuis un câble Ethernet
afin de le répéter sur un autre câble. Si une collision est détectée, le répéteur transmet un signal
« jam », qui informe les stations qu’elles ne peuvent pas transmettre, sur tous les ports. Les
répéteurs peuvent différencier entre une terminaison mal installée et une collision. Ceci permet de
réduire le problème de rupture de câble : lorsqu’un segment coaxial casse, tout les équipements sur
ce segment sont incapable de communiquer, mais le répéteur permet aux autres équipements se
trouvant sur d’autres segments de fonctionner normalement.
Avec la reconnaissance de l’avantage des topologies de câblages en étoile ; la majorité des vendeurs
ont créé des répéteurs à plusieurs ports, ainsi réduisant le nombre de répéteurs requis au centre de
l’étoile. Ces répéteurs Ethernet à plusieurs ports sont plus connus sous le nom de hubs Ethernet. Les
premiers hubs de DEC permirent la création d’un segment Ethernet séparé sans l’utilisation d’un
câble coaxial.
Figure 1: Répéteur Ethernet
Les câbles Ethernet UTP (Unshielded twisted-pair) ont tout d’abord été utilisés sur StarLAN, ou
1BASE5 qui a un débit de 1Mbs. Ils sont désignés pour des liens nœuds-à-nœuds et leurs extremités
sont construit directement sur les équipements. Ceci oblige l’utilisation d’un hub pour tous les
réseaux avec des pairs torsadés et plus de deux postes. Les réseaux Ethernet deviennent ainsi plus
fiables, en évitant qu’un défaut sur un port ou sur ces câbles associés, affecte d’autre équipement du
réseau.
Figure 2: Hub Ethernet
5
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
c. Pont et commutation
Bien que les répéteurs et les hubs permettent d’isoler certain problème des segments Ethernet, ils
envoient toujours tout le trafic vers tous les équipements Ethernet. Ceci limite le nombre de machine
qui peuvent communiquer entre eux sur le réseau. De plus chaque hôte doit être capable de détecter
une collision n’importe où sur le réseau, et le nombre de répéteur entre les nœuds les plus éloignés
est limité. Finalement les segments connectés par un répéteur doivent fonctionner à la même
vitesse, empêchant ainsi des améliorations progressives.
Pour réduire ces problèmes, on utilise des ponts pour communiquer au niveau de la couche liaison
de donnée tout en isolant la couche physique. Avec des ponts, seulement les paquets correctement
construit sont envoyés d’un segment Ethernet à un autre, en isolant les collisions et les erreurs de
paquet. Les ponts « apprennent » où se trouvent les équipements, en regardant les adresses MAC, et
permettent de filtrer les paquets en n’envoyant les paquets à travers un segment lorsqu’ils savent
que l’adresse destination se trouve dans cette direction. Seul le trafic broadcast est envoyé vers tous
les segments du réseau. Les ponts permettent de délimiter le nombre de segment entre deux postes,
et l’utilisation de vitesse différente.
Figure 3: Pont Ethernet
Les premiers ponts regardaient les paquets un par un en utilisant un programme sur un CPU, ce qui
les rendaient plus lent que les hubs, surtout lorsqu’ils avaient plusieurs port à gérer en même temps.
Ceci était en partie dût au fait que la totalité du paquet était tout d’abord lue dans un tampon, puis
l’adresse de destination était comparée avec une table des adresses MAC connues par le pont, et
finalement ce dernier décidé si il envoyé le paquet vers un autre segment, ou s’il le filtrait.
Afin de remédier à ce problème la compagnie Kalpana introduisît le premier commutateur Ethernet
en 1989. A la différence d’un pont Ethernet, le commutateur lit seulement l’en-tête du paquet
arrivant avant de le filtrer ou de l’envoyer sur un autre segment. Ceci permet de réduire la latence
d’envoie, et la charge de traitement. Un des inconvénients est que les paquets qui sont corrompus
après l’en-tête peuvent encore être propagés dans le réseau. La solution est de faire lire le paquet
dans un tampon du commutateur, afin de vérifier son checksum puis l’envoyer.
Figure 4: Commutateur Ethernet
6
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
d. Hub à deux vitesses
Les hubs à deux vitesses sont apparus au début du Fast Ethernet, lorsque les commutateurs Ethernet
étaient encore trop chers. En effet, s’il y avait un équipement fonctionnant en 10BASE-T, tout le
système devait donc marcher avec un débit de 10Mbit. Un compromis entre un hub et un
commutateur a donc été mis en place. Le hub à deux vitesses avait un commutateur interne de deux
ports, séparant les segments 10BASE-T, et 100BASE-T. Ceci évite donc de passer d’un réseau tout
10BASE-T à un réseau tout 100BASE-T. Avec la baisse du coût d’un commutateur, et la modification
de certain standard Ethernet, l’utilisation de ces hubs est devenue obsolète.
7
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
e. Réseaux plus avancés
Les réseaux Ethernet à commutation simple ont encore plusieurs inconvénients :



Si un lien tombe en panne, certain équipements sont incapable de communiquer, et donc si
le lien qui tombe a une localisation centrale dans le réseau plusieurs utilisateurs peuvent être
coupé des ressources qu’ils leurs sont nécessaires.
Il est possible d’obliger des commutateurs ou des postes d’envoyer des données vers une
machine même si n’est pas prévu pour recevoir ce genre de donnée.
Un trafic important de broadcast peut congestionner les liens ou et les systèmes plus lent
car :
- Tous les postes peuvent congestionner le réseau avec un broadcast formant une
attaque de dénie de service contre les postes tournant à une vitesse égal ou
inférieur.
- Plus le réseau grandit, plus les broadcasts normaux utilisent de la bande passante.
- Si les commutateurs ne sont pas multicast, le trafic multicast sera considéré comme
un broadcast dût au fait que le trafic est destiné à une adresse MAC non associé à un
port.
- Si les commutateurs découvrent plus d’adresse MAC qu’ils ne peuvent stocker,
certaine adresse doivent obligatoirement être effacées et le trafic vers ces adresses
seront traité comme du trafic vers des adresses inconnus, ce qui équivalent à du
broadcast.
- Certain nœuds peuvent devenir congestionné si une grand quantité de trafic est
forcé vers un seul lien.
Certain commutateur offre plusieurs outils pour réduire ces problèmes :





STP (Spanning-Tree Protocol) évite l’envoi en boucle de broadcast au niveau de la couche de
liaison de donnée tout en laissant des boucles au niveau de la couche physiques pour la
redondance.
Plusieurs outils de protection de port. En effet, un piratage a plus de change de se trouver
sur un port à l’extrémité du système que sur un lien entre deux commutateurs.
Des VLANs pour garder différentes classes d’utilisateurs séparés tout en utilisant la même
infrastructure.
Du routage sur des couches plus élevées pour router entre ces VLANs.
L’agrégation de lien pour ajouter de la bande passante aux liens surchargés et fournir de la
redondance.
8
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
4. Auto-négociation et discordance de duplex
L’Autonégociation est une procédure Ethernet qui permet à deux équipements connectés de choisir
des paramètres de transmission communs, comme la vitesse et le mode duplex. Pour cela les
équipements partagent leurs capacités et choisissent le mode de transmission le plus rapide que tout
deux peuvent supporter.
Le standard d’autonégociation contient un mécanisme lui permettant de détecter la vitesse d’un port
Ethernet qui n’utilise pas l’autonégociation, mais ne lui permet pas de déterminer son mode duplex.
Lorsqu’un équipement ne répond pas à une requête d’autonégociation, l’équipement ayant fait la
demande assume par défaut qu’il marche en half duplex. Or, si l’équipement « appelé » marche en
full duplex, cela génère une discordance de duplex. Bien que le réseau puisse toujours marché, sa
vitesse de transmission est beaucoup plus lente, et la génération de collision est beaucoup plus
élevée. Pour éviter cela, la règle est de jamais forcer la configuration d’une extrémité d’une
connexion en full duplex et l’autre extrémité en autonégociation.
5. Couche Physique
Les premiers réseaux Ethernet, 10BASE5. L’Ethernet 10BASE2 utilisé des câbles coaxiaux, avec des
connecteurs BNC, comme médium CSMA/CD de partage. L’appariation de pairs torsadés vient avec le
StarLAN 1BASE5 et le 10BASE-T. Elles sont connectées à des hubs Ethernet des connecteurs
modulables 8P8C. Aujourd’hui le 10BASE-T, 100BASE-TX et le 1000BASE-T utilisent des pairs de
câbles avec un connecteur 8P8C, souvent appelé RJ45. Ils ont un débit de 10Mbs, 100Mbs et 1Gbs
respectivement.
Figure 5: câble Ethernet
Figure 6 : Adaptateur 8P8C
Des variances d’Ethernet sur fibre optique sont souvent utilisées dans des applications de câblage
structuré, dans les centres de données d’entreprises, mais rarement pour la connexion d’utilisateur
particulier. Les avantages des fibres optiques reposent sur sa performance, son isolation électrique et
sa distance.
9
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
Un paquet de donnée sur un câble est appelé une trame. Les hardwares ont besoin de « voir » un
préambule et un flag permettant délimiter une trame. Ces champs sont enlevé par l’adapter Ethernet
avant d’être passé vers un poste.
6. Trames Ethernet
Il y a plusieurs types de trame Ethernet:




Trame Ethernet II, appelée trame DIX est la plus répandue aujourd’hui, car directement
utilisé sur IP.
Une variation de la trame IEEE 802.3 sans en-tête IEEE 802.2 LLC : Trame Novell.
Trame IEEE 802.2 LLC (sous-couche LLC)
Trame IEEE 802.2 LLC/SNAP (sous-couche LLC)
En plus, les quatre types de trames Ethernet peuvent contenir une étiquette IEEE 802.1Q pour
identifier le VLAN d’où elle vient et sa priorité IEEE 802.1p pour du QoS. Cette encapsulation
augmente la taille maximum de la trame de 4 octet.
Ces différents types de trame ont des formats et des valeurs de MTU différents mais peuvent
coexister sur un même médium physique.
Les versions 1.0 et 2.0 de DIX avait un label de 16 bit indiquant l’EtherType, pour indiquer le
protocole encapsulé dans la trame de donnée. La spécification IEEE 802.3 le replaçât par un champ
de 16 bit avec une en-tête MAC suivit d’une en-tête IEEE 802.2 LLC (logical link control), indiquant les
mécanismes de control de flux et de multiplexage permettant la coexistence de plusieurs protocole
réseau sur un même médium physique. La taille maximum d’une trame DIX et IEEE 802.3, sans
onglet, est de 1518 octets. Si la valeur du champ est entre 64 et 1522, la trame est une IEEE 802.3,
tandis qu’une valeur au-dessus de 1536 indique une trame DIX avec un champ EtherType. Ceci
permet la coexistence de ces deux trames sur le même médium physique.
L’en-tête d’une trame 802.2 LLC détermine si elle est suivit d’un champ SNAP (subnetwork access
protocol), qui est un mécanisme de multiplexage. Certain protocole fonctionne au-dessus du 802.2
LLC, qui fournit un datagramme et des services de réseau orienté connexion. L’en tête LLC inclut deux
champs d’adresses sur 8 bits en plus, appelés SAP (Service Access Point). Si ces deux champs ont pour
valeurs 0xAA, une requête de service SNAP est effectuée. Le champ SNAP permet l’utilisation de
valeur d’EtherType avec tous les protocoles IEEE 802, et le support d’espace d’identification pour les
protocoles privés.
Le format de la trame Novell 802.3 est une variation de l’IEEE 802.3. Elle a été crée pour
l’implémentation du protocole réseau IPX sur Ethernet. Cette trame est a utilisé jusqu’au milieu des
années 90, lorsque la majorité du trafic Ethernet marché sur IPX, et non IP.
MAC OS utilise la trame 802.2/SNAP pour le protocole AppleTalk, et la trame DIX pour TCP/IP.
10
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
a. Format de Trame
Figure 7: Trame Ethernet
Une trame Ethernet est composée des champs suivant :






Préambule sur 7 octets: suite de 0 et de 1 alternés, permettant à l’horloge du récepteur de se
synchroniser sur celle de l’émetteur.
Adresses MAC : composé de deux champs de 6 octets chacun. Le premier identifie le
destinataire de la trame, et le deuxième la source.
Champ Longueur/Type : sur 2 octets. Dans le standard Ethernet II ce champ indique le type
de protocole de niveau 3 utilisé pour la transmission du message. Dans la normalisation
originale ce champs indiqué la longueur en octet du champ de donnée.
Données : de 46 à 1500 octets. Sur une trame Ethernet II, la couche 2 est complète avec ce
format. Les données sont directement transmises au niveau réseau, et aucune séquence de
bourrage n’est prévue bien que le nombre minimum de données soit de 46 octets. Sur une
IEEE802.3 ce champ contient l’entête de la sous-couche LLC en plus des données. Au niveau
MAC ce champ est vu comme une suite de 46 à 1500 octets que l’on n’interprète pas. Si le
nombre de données n’atteint pas 46 octets, le champ est complété par une séquence de
bourrage.
Séquence de contrôle : le FCS (Frame Check Sequence) sur 4 octets permet de valider
l’intégrité de la trame à 1 bit près. Ainsi le récepteur peut décider si la trame est correcte et
doit être transmise à la couche supérieure.
Temps inter-trame : Une machine ne peut émettre toutes les trames qu’elle a à transmettre
les unes à la suite des autres. Le délai inter-trame normalisé est de 96 bits, soit 9,6 µs à
10Mbps. Avec le gigabit, ce champs a été agrandir afin d’assurer une trame d’une taille
minimum de 512 octets.
11
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
b. Synchronisation des horloges
Difficile sans l’utilisation de signaux de contrôle
 Utilisation de symboles « Idle » (sans occupation)
» Symboles particuliers transmis pendant les silences inter-trames
» Permet de conserver la synchronisation des horloges
» Permet de détecter des coupures de liaison
 Utilisation également de symboles de début et fin de trames
» Laisse le temps de synchroniser les horloges
c. Trames Erronées
A la suite d’incidents des trames non cohérentes peuvent apparaître :
 RUNT : trames trop courtes (moins de 64 octets). Cette taille minimum a été fixée pour
assurer une détection correcte des collisions. Elles sont généralement le résultat d’une
collision.
 JABBER : trames trop longues (plus de 1518 octets). Il existe deux causes : soit la trame n’a
plus de structure, et elle est émise par un composant qui reste continuellement en émission.
Soit il y a superposition de deux trames sans détection de collision. Dans les deux cas, ce type
de défaut indique un disfonctionnement important dans le réseau, et entraîne une
dégradation rapide des performances.
 MISALINGED FRAME : trame dont le nombre de bits n’est pas divisible par 8. Elles sont
facilement repérables, car la séquence de contrôle indique qu’elles ne sont pas cohérentes.
 BAD FCS : trame complète dont un bit n’a pas été transmise correctement.
Les 1500 octets (données) n’ont pas été choisies au hasard mais cette valeur a été le meilleur
compromis à l’époque de sa création (optimale). Si l’on en met moins on n’utilise pas
correctement la bande passante et si l’on met plus on risque de ralentir le débit due aux
réémission des trames erroné. Au départ cette valeur était fixe et établie à partir de la formule
suivante :
L =longueur du câble réseau (km)
c = 200.000 km/s (vitesse du courant)
taux = temps de propagation = L/c
F = Frame size (bits)
B = vitesse de transfert (bits/s)
T = durée de transmission d'une trame = F/B
a = portion de risque d'une trame lorsqu'on l'émet sur le canal = taux/T (ex: 1%)
F = LB/ca
12
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
7. Codage des trames Ethernet
Les différents codages mis en place pour l’encodage des trames Ethernet ont permis d’augmenter le
débit, tout en limitant la bande passante nécessaire. Ceci a permis l’évolution d’Ethernet tout en
gardant les mêmes infrastructures, et minimiser les coûts. Il existe quatre types de codage utilisé par
les différents standards Ethernet.
a. Codage Manchester
Le codage Manchester est utilisé sur les standards Ethernet « lent » tel que 10BASE-5, 10BASE-2,
10BASE-T et 10BASER-FL.
Le principe du codage Manchester est de provoqué une transition du signal pour chaque bit transmis.
Un 1 est représenté par le passage d’une tension positive à une tension négative, tandis qu’un 0 est
représenté par un passage d’une tension négative à une tension positive :
Figure 8: Chronogramme du Codage Manchester
La synchronisation des échanges entre émetteur et récepteurs est toujours assurée, même lors de
l’envoi de longues séries de 0 ou de 1. De plus, un bit 0 ou 1 étant caractérisé par une transition du
signal, et non par un état, ce code est très peu sensible aux erreurs de transmission.
L’inconvénient du codage Manchester est qu’il nécessite une bande passante deux fois plus grande
que le débit désiré : une transmission à 10Mbs nécessite une bande passante de 20MHz. Pour des
débits plus élevés ce code devient difficilement utilisable, car ils nécessiteraient des fréquences
maximales trop importante et incompatible pour les câblages et les normes sur les comptabilités
électromagnétiques.
b. Codage NRZI
Le codage NRZI (Non Return to Zero Inverted) est utilisé sur le standard Fast Ethernet 100BASE-FX.
Le principe de ce codage est de produire une transition du signal pour chaque bit à 1, et pas de
transition pour les bits à 0 :
13
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
Figure 9: Chronogramme du Code NRZI
Une erreur de lecture d’un 1 n’affecte pas la suite du décodage. L’avantage de ce code est que le
débit est le double de la bande passante : un débit de 100Mbs demandera une bande passante de
50MHz.
c. Codage MLT3
Le codage est utilisé sur les standards Fast Ethernet 100BASE-TX et 100BASE-T4.
Le principe de ce codage est que le signal change d’état pour chaque bit à 1. Les 0 sont codés en
conservant la valeur précédemment transmise, tandis que les 1 sont codés successivement sur trois
états : tension positif, 0 et tension négatif :
Figure 10: Chronogramme du Code MLT3
Grâce à l’utilisation de trois états, la bande passante nécessaire pour le débit désiré est fortement
diminuée : par exemple, un débit de 100Mbs nécessite une bande passante de 25MHz. Mais des
longues séquences de 0 peuvent entraîner une perte, ou un déphasage de l’horloge du récepteur.
d. Codage nB/mB
Le Fast Ethernet utilise le codage 4B/5B, tandis que le Gigabit Ethernet le codage 8B/10B. Les
derniers standards Ethernet, 10 Gigabit Ethernet, utilisent le code 64b/66b.
Il s’agit d’un code par bloc. Une table de transcodage est utilisée pour coder un groupe de n bits en m
bits. Ce code est utilisé simultanément avec un codage de type NRZI ou MLT3, afin d’avoir une mise
en ligne des bits.
14
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
Afin d’expliquer le fonctionnement prenons l’exemple du code 4B/5B :
Tableau 2: Table de transcodage 4B5B
Si on utilise un code 4B/5B la suite binaire 1000 0101 111 utilisé dans les chronogrammes précédents
est découpée en groupes de 4 bits, puis la table de transcodage permet de transformer chaque
groupe en groupe de 5 bits. Ainsi on obtient la suite suivante : 10010 01011 1110. La suite à
transmettre ne comporte pas plus de deux 0 consécutifs, permettant une transmission plus facile
une fois codée en NRZI ou MLT3.
Lorsqu’on utilise le codage 4B/5B et un codage MLT3 on obtient une bande passante de 31,25MHz
pour un débit de 100Mbs. Tandis qu’avec un codage NRZI, on obtient une bande passante de
62,5MHz pour le même débit.
8. Les différentes standards d’Ethernet
a. Anciennes



10BASE5 : est le standard original, utilisant un câble coaxial simple qui est percé pour se
connecter au centre et à la masse. Il est aujourd’hui obsolète, bien que dût à son large
déploiement au début d’Ethernet certain système doit encore les utiliser.
10BROAD36 : un des premiers standard supportant Ethernet sur des plus longues distances,
opérant sur un câble coaxial. Il utilise des techniques de modulation haut débit, similaire à
celle utilisé dans les systèmes de modem câble.
1BASE5 : est une tentative de standardisation pour une solution LAN à bas prix. Il opère à un
débit de 1Mbs. Ce standard a été un échec commercial.
15
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
b. Ethernet 10Mbs




10BASE2 (ThinNet ou Cheapernet) : un câble coaxial de 50 ohms connecte toute les
machines, chacun utilisant un adaptateur en T pour être connecter à sa carte d’interface
réseau, et opère à un débit de 10Mbs. Ce standard fut le plus répandu pendant plusieurs
années.
10BASE-T : fonctionne avec quatre fils (deux paires torsadées) sur un câble CAT 3 ou CAT 5.
Un hub ou un commutateur se trouve au milieu du réseau et a un port pour chaque nœud.
Cette configuration est aussi utilisée pour le 100BASE-T et le gigabit Ethernet.
FOIRL (Fiber-optic inter-repeater link) : est le standard original pour Ethernet sur fibre
optique.
10BASE-F : inclut les standards 10BASE-FL, qui est mise à jour du standard FOIRL, le 10BASEFB, qui est prévu interconnecte des hubs et des commutateurs au cœur du réseau et
aujourd’hui obsolète, et le 10BASE-FP qui est un réseau en étoile n’utilisant aucun répéteur
mais qui n’a jamais était implenté.
c. Fast Ethernet
Fast Ethernet est un terme qui désigne plusieurs standards Ethernet qui ont un débit de 100Mbs. Le
plus répandu est le 100baseTX et qui est supporté par la majorité des équipements Ethernet en
production.
Il existe trois standards, regroupé dans le 100BASE-T, opérant sur des fils en cuivres :



100BASE-TX : marche sur deux paires de fils à l’intérieur d’un câble CAT 5. Il est à une
topologie en bus si on utilise un hub, ou en étoile si on utilise un commutateur.
100BASE-T4 : est une implémentation plus ancienne de Fast Ethernet, fonctionnat en half
duplex. Il marche sur quatre paires en cuivres sur un câble CAT 3. Une paire est réservée pour
transmettre, une autre pour recevoir, et les dernières changent de direction.
100BASE-T2 : marche sur deux paires de fils en cuivre sur un câble CAT 3. Equivalent au
100BASE-TX dans sa fonctionnalité, mais supporte des câbles plus anciens.
Il existe trois standards fast Ethernet opérant sur de la fibre optique :



100BASE-FX : marche sur une fibre optique multi-mode à gradient d’indice. Il utilise une
longueur d’onde de 1300 nm via deux brins de fibre optique, l’une pour recevoir, et l’autre
pour transmettre. Pour une connexion en half duplex la distance maximale d’utilisation est
de 400 mètres, ou de deux kilomètres en full duplex.
100BASE-SX : marche sur une fibre optique multi-mode, utilisant deux brins de la même
manière que le 100BASE-FX. Il utilise une longueur d’onde plus courte, coûtant ainsi moins
cher que les fibres pour le 100BASE-FX, mais limitant sa distance d’utilisation à 300 mètres.
Le fait d’utiliser la même longueur d’onde que le 10BASE-FL permet la compatibilité de ces
deux standards.
100BASE-BX : marche sur un brin d’une fibre optique monomode, avec un multiplexage en
longueur d’onde permettant de séparer le signal en transmission et réception. Les deux
longueurs d’ondes utilisés sont soit 1310/1550 nm soit 1310/1490 nm, et permettent d’avoir
une distance d’utilisation maximale de 10, 20 ou 40 km.
16
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
d. Gigabit Ethernet
Le terme Gigabit Ethernet décrit les différentes technologies utilisées pour implémenter le standard
Ethernet à des débits de 1Gbs. Il opère sur trois différents médiums : fibre optique, paires torsadés,
et câble en cuivre.
Il existe deux standards sur fibre optique, plus deux types d’Ethernet non-standardisés utilisés dans
l’industrie :




1000BASE-LX : est un standard utilisant un support laser grandes ondes (de 1270 à 1355 nm).
Sur fibre monomode, la distance maximale d’utilisation est de 5km. Sur fibre multimode
cette distance est réduite à 550m.
1000BASE-SX : est un standard utilisant des petites longueurs d’ondes sur fibre optique
multi-mode (770 à 860 nm), destiné au câblage intra-muro. La distance maximale
d’utilisation est entre 220 et 550 mètres.
1000BASE-LH est non-standardisé. Il utilise une longueur d’onde de 1300 nm, et peut
atteindre une distance d’utilisation de 10km sur fibre monomode, tout en étant compatible
avec le standard 1000BASE-LX.
1000BASE-ZX : est non-standardisé. Il utilise une longueur d’onde de 1550 nm, permettant
d’atteindre une distance d’utilisation maximale de 70 km sur fibre monomode.
Il existe encore deux autres standards :


1000BASE-CX : est un standard qui opère sur câble en cuivre, avec pour distance maximale
de 25 mètres. Il est de moins en moins utilisé.
1000BASE-T : est le standard gigabit le plus répandu, opèrant sur paires torsadés, et à une
distance d’utilisation maximale de 100 mètres.
17
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
e. 10-gigabit Ethernet (10GbE)
Le terme 10GbE désigne versions Ethernet fonctionnant à un débit de 10Gbs. Le standard 10GBASE-R
regroupe les standards fonctionnant sur un support fibre optique. Il en existe six :






10GBASE-SR (Short Range) : est un standard utilisant un support laser à petites ondes (850
nm). Sur des fibres optiques multimodes il peut atteindre des distances d’utilisation ent re 26
et 82 mètres dépendant du câble.
10GBASE-LR (Long Range): est un standard utilisant un support laser à grandes ondes (1310
nm). Sur des fibres monomodes, il peut atteindre des distances d’utilisation entre 10 et 25
km.
10GBASE-LRM (Long Reach Multimode) : est un standard utilisant une longueur d’onde de
1310 nm, sur fibre optique multimode et peut atteindre une distance d’utilisation de 260
mètres.
10GBASE-ER (Extended Range) : est un standard utilisant un support laser sur une longueur
d’onde de 1550 nm, et atteind un distance d’utilisation de 40 km.
10GBASE-ZR : est non-standardisé, mais en utilisant en encapsulation SDH/SONET ce
standard permet d’atteindre une distance de 80 km.
10GBASE-LX4 : est un standard utilisant un multiplexage en longueur d’onde sur fibre
optique multimode qui permet d’avoir une distance maximale de 240 à 300 mètres. En
utilisant une fibre optique monomode on peut atteindre 10km.
Les standards 10GBASE-X et 10GBASE-T regroupent les standards utilisant comme support le cuivre
sur des câbles cat6a et twin-ax. Il en existe trois:



10GBASE-CX4 : est un standard opèrant sur quatre lignes de cuivre, ce qui le rends le plus
économique des standards 10gigabit, mais à une distance d’utilisation de seulement 15
mètres.
SFP + Direct Attach : est un standard opèrant sur un câble twin-ax, et une distance
d’utilisation de 10 mètres.
10GBASE-T: est un standard opèrant sur paires torsadés, avec une distance d’utilisation de
100 mètres. Son avantage est de pouvoir fonctionner sur des infrastructures du standard
10GBASE-T et ainsi faire une mise à jour graduelle du réseau.
18
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
f. Ethernet First Mile
Ethernet in the First Mile (IEEE 802.3) est un standard définissant Ethernet dans le réseau d’accès. Il
définit trois types de liaison :



Point-à-point sur cuivre simple paire :
- 2BASE-TL : débit de 2Mbs, distance maximum de 2700 mètres.
- 10PASS-TS : débit de 10 Mbs, distance maximum de 750 mètres.
Point-à-point sur fibre optique :
- 100BASE-LX10 : sur paire de fibre monomode, débit de 100Mbs, distance maximum
de 10km.
- 100BASE-BS10 : sur fibre monomode, débit de 100 Mbs, distance maximum de
10km.
- 1000BASE-LX10 : sur paire de fibre monomode, débit de 1 Gbs, distance maximu de
10km.
- 1000BASE-BX10 : sur fibre monomode, débit de 1Gbs, distance maximum de 10 km.
Point-à-multipoint avec fibre optique sur PON, qui permet un type de débit modulable :
- 1000BASE-PX10 : débit de 1 Gbs , distance maximale de 10 km.
- 1000BASE-PX20 : débit de 1 Gbs, distance maximale de 20 km.
19
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
8. Conclusion
L’introduction d’équipements comme les ponts et les commutateurs ont permis d’augmenter le
nombre d’utilisateurs, et de fiabilisé les réseaux Ethernet. Grâce à l’utilisation de la fibre optique,
l’amélioration des émetteurs et récepteurs, le débit et la distance d’utilisation des réseaux Ethernet
ont était considérable augmenté.
Un des aboutissements de ce développement est le succès d’une liaison Ethernet entre Tokyo et
Osaka (soit 600 km) avec un débit de 100 Gbs, qui repose sur un réseau en fibre optique dont
certains équipements utilisent une technologie basés sur des circuits intégrés photoniques et la
virtualisation de bande passante, qui n’ont pas été énoncé dans ce document.
Sigle
Dénomination
Câble
Connecteur
10Base2
Thin Ethernet
Câble coaxial (50 Ohms) de faible
diamètre
10Base5
Thick Ethernet
Câble coaxial de gros diamètre (0.4
BNC
inch)
10Base-T
Ethernet standard Paire torsadée (catégorie 3)
BNC
RJ-45
Débit
Portée
10 Mb/s
185m
10Mb/s
500m
10 Mb/s
100m
100Base-TX Fast Ethernet
Double paire torsadée (catégorie 5) RJ-45
100 Mb/s
100m
100Base-FX Fast Ethernet
Fibre optique multimode du type
(62.5/125)
100 Mb/s
2 km
1000Base-T Ethernet Gigabit
Double paire torsadée (catégorie 5e) RJ-45
1000 Mb/s 100m
1000BaseLX
Ethernet Gigabit
Fibre optique monomode ou
multimode
1000 Mb/s 550m
1000BaseSX
Ethernet Gigabit
Fibre optique multimode
1000
Mbit/s
550m
10GBase-SR
Ethernet
10Gigabit
Fibre optique multimode
10 Gbit/s
500m
10GBaseLX4
Ethernet
10Gigabit
Fibre optique multimode
10 Gbit/s
500m
Tableau 1: Récapitulatif des Standards les plus Répandus
20
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Département Electronique, Signal et Télécommunications
Bibliographie






http://fr.wikipedia.org/wiki/Ethernet
http://www.ieee802.org/3/
http://www.commentcamarche.net/contents/technologies/ethernet.php3
http://djoume.taket.org/reseau/ethernet.pdf
http://grouper.ieee.org/groups/1394/c/20031216/Sync_Ethernet_039a_draft.pdf
http://www.linux-france.org/prj/inetdoc/articles/ethernet/ethernet.ieee.html
21
MAUSSAND David – MEILHAC Alexis – THEYS Alban
Téléchargement

Au-dessus de la couche physique, des stations Ethernet