Le Gigabit Ethernet est, pour l’instant, le dernier avatar d’une méthode de transmission aléatoire (CSMA/CD) à détection de collision mise au point dans les années soixante-dix. Comparable à un tapis roulant à grande vitesse, ce protocole est le plus proche de la couche physique du réseau, constituée par les câbles et les adaptateurs, commutateurs ou routeurs, qui génèrent ou répètent le signal électrique. Au départ inférieure à 1 Mbit/s, la vitesse de ce tapis roulant n’a cessé d’augmenter. Le Gigabit (1 000 Mbit/s) n’est d’ailleurs lui-même qu’une étape : 70 constructeurs se sont réunis au sein de l’alliance 10 Gigabit Ethernet (dont Intel et 3Com), pour promouvoir un nouveau standard qui multipliera encore par dix le débit des réseaux Ethernet.
Comme avec Ethernet, l’adaptateur Gigabit Ethernet, ou le port Gigabit d’un routeur ou d’un commutateur, envoie ses informations sur le réseau sans se soucier des autres émissions en cours. À ce niveau de l’architecture d’un réseau, le protocole ne tient compte ni du routage ni du contenu des données qu’il transporte. D’une certaine façon, les protocoles de la famille Ethernet ne connaissent que la ligne droite, d’un point A vers un point B. Chacune des deux extrémités est visible par l’autre grâce à son adresse physique (MAC). Chaque trame Ethernet émise est, par défaut, envoyée à tous les destinataires potentiels, c’est-à-dire à tous les adaptateurs qui partagent, directement ou par un concentrateur, un même câble Ethernet. À charge pour chaque destinataire d’une trame Ethernet de reconna”tre si elle lui est destinée ou non.
Réduire les collisions sans nuire aux performances
Pour éviter les collisions, c’est-à-dire la superposition de deux signaux lorsque deux adaptateurs communiquent en même temps, la méthode CSMA/CD oblige l’émetteur à écouter la ligne avant et pendant l’émission (voir schéma). Il commence à émettre dès que la ligne est libre et s’interrompt dès qu’une collision est détectée par l’un des destinataires, qui renvoie alors une alarme. Cette méthode permet de réduire fortement le nombre de collisions sans nuire aux performances, mais a dû être largement remaniée. Pour passer d’Ethernet (10 Mbit/s) à Fast Ethernet (100 Mbit/s), il avait suffi d’augmenter la vitesse de calcul en optimisant l’algorithme grâce auquel l’adaptateur écoute et est informé des collisions. Les progrès réalisés dans la miniaturisation des circuits spécialisés, y ont largement contribué. La taille des trames – 64 octets – pouvait rester inchangée, de même que la longueur du ” silence ” indiquant que la ligne est disponible pour une nouvelle émission. C’est précisément en jouant sur ces deux paramètres que les débits du Gigabit Ethernet ont pu être atteints. Le délai d’attente avant l’émission, ou la réémission, a été augmenté, pour laisser le temps à une alarme de collision de revenir à l’émetteur avant que l’envoi ne soit terminé. En contrepartie, la capacité de la trame Ethernet a été étendue de 64 à 512 octets.
Les distances varient selon la nature du support
Dans la pratique, l’adaptateur attend huit fois plus longtemps, avant de transmettre jusqu’à huit fois plus d’informations simultanément, mais à une fréquence, et donc à un débit, nettement plus élevé. Selon que le support physique du lien Gigabit Ethernet soit en cuivre (câble de catégorie 5 UTP – Unshielded Twisted Pair), ou en fibre optique (multimode ou monomode) la longueur du segment, ou la distance entre deux adaptateurs, commutateurs ou concentrateurs, varie fortement. Les premiers travaux sur le Gigabit Ethernet visaient à réutiliser les infrastructures de fibres existantes, surtout les réseaux FDDI construits au début des années quatre-vingt-dix ainsi que les composants Fibre Channel. Dans sa version optique, le Gigabit Ethernet utilise d’ailleurs la méthode d’encodage de Fibre Channel (8B/10B), pour des distances allant de 200 mètres en fibre multimode (le signal est alors transmis sur deux canaux d’une même fibre) à 5 km en fibre monomode. Pour adapter le Gigabit Ethernet aux câbles en cuivre non blindés (UTP) et offrir une portée d’environ 100 mètres, contre les 25 mètres permis par l’encodage 8B/10B, il a été nécessaire de définir un nouveau mécanisme d’encodage : 1000Base-T (IEEE 802. 3ab).
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