Qu’est-ce qu‘Ethernet (IEEE 802.3) ?

Ethernet est une technologie pour les réseaux de données câblés qui connecte les logiciels et/ou les éléments matériels entre eux. Cela se fait généralement via des câbles LAN, c’est pourquoi Ethernet est souvent appelé technologie LAN. Ethernet permet ainsi l’échange de données entre terminaux. Il peut s’agir d’ordinateurs, d’imprimantes, de serveurs, de distributeurs, etc. Lorsqu’ils sont combinés dans un réseau local, ces appareils établissent des connexions via le protocole Ethernet et peuvent échanger entre eux des paquets de données. Le protocole actuel et le plus largement utilisé est IEEE 802.3.

Ethernet a été développé au début des années 1970, mais le système réseau a d’abord été utilisé en interne chez Xerox. Ce n’est qu’au début des années 1980 qu’Ethernet est devenu un produit standardisé. Cependant, ce n’est qu'au milieu de la décennie qu’Ethernet a été largement utilisé, lorsque plusieurs fabricants ont commencé à travailler avec Ethernet et des produits connexes. La technologie a largement contribué à la révolution de l’ordinateur personnel dans le monde du travail. La norme IEEE 802.3 est largement utilisée aujourd'hui dans les bureaux, les foyers, les conteneurs et les transporteurs.

Alors que la première version de la technologie n’était rapide qu’à 3 mégabits par seconde, les protocoles Ethernet permettent aujourd’hui des vitesses allant jusqu’à 1 000 mégabits par seconde. Dans le passé, les réseaux Ethernet étaient limités à un seul bâtiment, aujourd’hui Ethernet peut couvrir jusqu’à 10 kilomètres via la fibre optique. Au cours de son développement, Ethernet a pris une place prépondérante parmi les technologies LAN et a surpassé de nombreux concurrents. De plus, l’Ethernet en temps réel est maintenant la norme de l’industrie pour les applications de communication.

Définition

Ethernet désigne une technologie qui permet aux dispositifs des réseaux de données câblés de communiquer entre eux. Les appareils connectés dans un réseau Ethernet peuvent former un réseau et échanger des paquets de données. De cette façon, un réseau local (LAN) est créé via des connexions Ethernet.

Comment fonctionne Ethernet ? Autrefois et aujourd’hui

Chaque appareil d’un réseau Ethernet dispose de sa propre adresse MAC (48 bits). Les membres de ce réseau partagé peuvent transmettre des messages à haute fréquence. Ethernet utilise des techniques de bande de base et de multiplexage. L’algorithme CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) est utilisé pour communiquer entre eux. La topologie réseau d’Ethernet est logique, de sorte que la structure peut être implémentée en bus ou en étoile par exemple.

La communication avec cet algorithme s’apparente à une série de discussions au cours de laquelle chaque participant laisse parler l’autre. Si deux messages entrent en collision, les participants tentent une nouvelle transmission à des intervalles aléatoires. Dans la mesure où une communication réussie nécessite à la fois l’émission et la réception, il ne doit pas y avoir d'encombrement des données, par exemple si un message transmis est trop fort alors que la réception est plutôt faible. Sinon, les données risquent d'être perdues. La vitesse du signal et la vitesse de transmission contrôlent la bonne communication en définissant des règles pour les trames de données.

Afin d’éviter une collision de données, un signal d'interférence correspondant doit arriver au récepteur avant le paquet de données. Cependant, comme la plupart des réseaux fonctionnent aujourd'hui en mode duplex intégral, ce problème est rarement rencontré. Cependant, il était essentiel pour le développement précoce de la technologie Ethernet.

À l’origine, tous les messages envoyés au sein d’un réseau étaient destinés à tous les terminaux. Ils devaient ensuite filtrer les données reçues et décider si elles étaient pertinentes pour eux. Ce bus commun permettait de diffuser des messages, mais aussi d’enregistrer l'ensemble du trafic de données pour chaque membre ; ceci constitue clairement une faille de sécurité pour le premier Ethernet. Bien que les données puissent être cryptées, le trafic de données lui-même ne pouvait pas être contrôlé individuellement. Même les plaques tournantes ne peuvent combler cette lacune en matière de sécurité. Dans les réseaux modernes, les ponts et les commutateurs qui peuvent être utilisés pour segmenter un Ethernet constituent une bonne alternative.

Cependant, même ces techniques ne résolvent pas tous les problèmes. Une mauvaise utilisation, par exemple MAC Flooding ou MAC Spoofing, continue de menacer la stabilité du réseau et la sécurité des paquets de données communiqués. Travailler en toute sécurité dans un réseau Ethernet nécessite donc l’utilisation sérieuse de tous les systèmes connectés et une analyse régulière des données (par exemple une analyse LAN), afin de détecter les cas théoriques d’abus et de dysfonctionnements.

Tant que la quantité de données n’utilise pas Ethernet, il fonctionne bien. Toutefois, la congestion des données peut survenir lorsque l’utilisation de la capacité dépasse 50 %. Dans le cadre du développement technique des ordinateurs personnels et de l'augmentation constante du volume de données, les réseaux Ethernet ont également dû être développés afin de suivre l’évolution de la technologie. Les commutateurs, par exemple, assurent une distribution plus efficace des paquets de données et réduisent le risque de collision. Les technologies modernes de câble telles que la paire torsadée et la fibre optique ont des taux de transmission plus élevés qui répondent aux exigences modernes d'un réseau.

Une autre innovation est l’Ethernet Flow Control. Grâce à ce mécanisme, la transmission des données peut être interrompue temporairement et complètement afin de faciliter la circulation des données ailleurs. En mode full duplex, c’est particulièrement pratique lorsqu’un réseau dessert un nombre relativement important d’appareils finaux. Le contrôle des flux coupe alors temporairement certains membres du réseau afin d’optimiser la fiabilité globale du réseau. Cependant, cela peut entraîner une perte de vitesse, qui peut ensuite être contenue par d’autres mécanismes tels que le protocole de contrôle de transmission.

Ethernet utilisait largement des câbles coaxiaux conventionnels. Aujourd’hui, cependant, les câbles à paires torsadées en cuivre et les câbles à fibres optiques constituent la norme dans l’industrie et permettent des vitesses de transmission beaucoup plus rapides et des portées plus longues. Un autre avantage est que les câbles en cuivre peuvent également alimenter en courant les appareils connectés. Ce processus, également connu sous le nom de Power over Ethernet(PoE), permet la mise en place de réseaux plus énergétiques et est défini dans la norme IEEE 802.3af.

L’histoire d’Ethernet

Ethernet est issu du réseau ALOHAnet, un réseau radio de l’université d’Hawaii. Au Xerox Palo Alto Research Center, le visionnaire Robert Metcalfe travaillait déjà sur une première version du protocole Ethernet filaire au début des années 1970. Ce protocole était initialement destiné à faciliter le travail interne de l’entreprise et à être activement testé dans le processus. La phase de test a culminé en 1976 dans un article scientifique publié par Metcalfe en collaboration avec David Boggs. Il décrivait les réseaux locaux d’ordinateurs personnels connectés.

En 1979, Metcalfe fonde sa propre société 3com, afin de promouvoir le développement des ordinateurs et des réseaux locaux et pour faire de l’Ethernet un standard. Sa percée a eu lieu en 1980 avec l’adoption d’Ethernet 1.0, qui a été développé par l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Ce processus a mené à l’invention d’autres techniques, dont le protocole CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), plus tard connu sous le nom IEEE 802.3. Les protocoles révolutionnaires Token Bus (802.4) et Token Ring (802.5) ont également été développés.

Entre 1983 et 1986, les innovations Cheapernet, Ethernet-on-Broadband et StarLAN ont été ajoutées, avant que la norme Ethernet ne reçoive une attention accrue de la part de nombreux fabricants. En conséquence, certaines petites entreprises ont commencé à utiliser les réseaux Ethernet sur le lieu au travail, mais toujours par le biais de lignes téléphoniques à quatre fils. Ce n’est qu’au début des années 1990 que les connexions Ethernet ont été développées sur des câbles à paires torsadées et à fibre optique, pour aboutir à l'introduction de la norme 100 Mbps pour Ethernet IEEE 80.2.3u en 1995. En parallèle, une norme pour les réseaux locaux sans fil (802.11) a été adoptée. 1995 est donc considérée comme l’année de la naissance de l'Internet moderne.

Vue d’ensemble : techniques et concepts Ethernet

Technique/Concept

Description

LAN (Local Area Network)

Réseau informatique qui connecte plusieurs systèmes localement les uns aux autres.

Switching

Le switching contrôle le chemin d’un paquet de données dans le réseau ; l’entrée et la sortie des paquets sont déterminées en fonction de l’émetteur et du récepteur.

Ethernet Flow Control

La transmission de données dans Ethernet est temporairement arrêtée ; l’objectif est de réduire les pertes de données et d’accroître l’efficacité.

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)

Méthode d’accès au média qui détermine quels systèmes d’un réseau peuvent accéder à un support de transmission ; empêche les collisions.

Trame Ethernet/Trame de données

Unité de protocole qui contient des informations importantes pour la transmission des données, y compris l’adresse MAC.

MAC-Adresse/Adresse matérielle

Adresse assignée unique d’un dispositif dans le réseau informatique.

PoE (Power over Ethernet)

Le câble Ethernet peut alimenter l’appareil cible.

Câble coaxial

Câble bipolaire, jusqu’à 10 Mbp/seconde (technologie obsolète).

Paire torsadée

Câble à paires torsadées, permet PoE, jusqu'à 10 Gbp/seconde.

Fibre optique

Fibres optiques, grande portée, énormes débits de transfert possibles (théoriquement jusqu'à environ 70 70 Terabit/seconde.)

Mode half-duplex

La communication n’est possible qu’alternativement dans un seul sens (technologie obsolète).

Mode full-duplex

La communication est possible simultanément dans les deux sens.

Vue d’ensemble : normes Ethernet

Norme Ethernet

Description

Vitesse

Câblage

Année de publication

802.3

10Base5

10 Mbit/s

Câble coaxial

1983

802.3a

10Base2

10 Mbit/s

Câble coaxial

1988

802.3i

10Base-T

10 Mbit/s

Paire torsadée

1990

802.3j

10Base-FL

10 Mbit/s

Fibre optique

1992

802.3u

100Base-TX

100Base-FX

100Base-SX

100 Mbit/s

Paire torsadée, Fibre optique

1995

802.3z

1000Base-SX

1000Base-LX

1 Gbit/s

Fibre optique

1998

802.3ab

1000Base-T

1 Gbit/s

Paire torsadée

1999

802.3ae

10GBase-SR

10GBase-SW

10GBase-LR

10GBase-LW

10GBase-ER

10GBase-EW

10GBase-LX4

10 Gbit/s

Fibre optique

2002

802.an

10GBase-T

10 Gbit/s

Paire torsadée

2006

 


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