L'infrastructure du réseau dans le centre de données subit d'énormes changements, en raison des besoins croissants en matière de bande passante et de performances du réseau. Le 10 Gigabit Ethernet est devenu la norme de facto dans les centres de données. Cependant, le 40 GbE est également de plus en plus courant. Alors qu'il existe déjà des normes pour la fibre monomode 40 GbE et la fibre multimode basée sur le MPO, les organismes de normalisation travaillent actuellement sur les spécifications pour l'Ethernet 40 GBASE-T sur des systèmes de câblage en cuivre à paires torsadées. Ces vitesses de transmission élevées imposent des exigences tout aussi élevées aux composants et aux systèmes de câblage. Cet article met en évidence les défis à relever pour garantir une performance adéquate du câblage installé et accorde une attention particulière aux mesures de réception sur le terrain.

Ethernet 40 Gigabits  

En raison de sa longue portée et de ses performances de transmission supérieures, le SMF est spécifié pour le transport de données à 40 Gbit/s jusqu'à une distance de 10 km (40 GBASE-LR4). La transmission s'effectue avec des composants électroniques et optiques via quatre canaux de 10 Gbit/s chacun à des longueurs d'onde différentes. Le SMF est le choix préféré lorsque le budget n'est pas un facteur limitant ou lorsque des distances de transmission plus longues sont nécessaires.

Fibre optique multimode (MM)

La fibre multimode avec l'interface optique parallèle MPO est aujourd'hui le support le plus populaire pour l'Ethernet 40 Gbits/s (40 GBASE-SR4). Les composants du réseau sont moins chers que la fibre monomode (SM) et toutes les longueurs de liaison habituelles dans un réseau de centre de données (jusqu'à 100 m pour les fibres OM3 et 150 m pour les fibres OM4) sont couvertes

Câble Twinax

Pour les courtes distances jusqu'à 7 m, la norme 40 GBASE-CR4 définit l'utilisation de câbles en cuivre coaxiaux. En général, les dispositifs de réseau adjacents sont directement connectés les uns aux autres.

Paires torsadées

Les derniers développements indiquent que les systèmes de câblage structuré en cuivre continueront à s'affirmer sur le marché et deviendront également une alternative importante aux connexions en fibre optique pour l'Ethernet à 40 Gbits/s. Selon toute probabilité, le câble à paires torsadées en cuivre conservera son avantage de coût par rapport à la fibre optique - au moins pendant les prochaines années. On s'attend à ce que les câbles en cuivre soient plus faciles à poser et à entretenir. Parmi les autres avantages majeurs, citons la rétrocompatibilité et la possibilité de négocier automatiquement les normes du réseau BASE-T sur un câble à paires torsadées. Cela permet aux entreprises d'améliorer progressivement leurs réseaux pour atteindre des vitesses de transmission plus élevées et donc de mieux contrôler leurs CapEx (dépenses d'investissement).

L'ISO/CEI a lancé un projet similaire spécifiant deux variantes de systèmes de câblage supportant 40 GBASE-T. Ces nouveaux systèmes de câblage sont appelés Classe I (avec des composants de type CAT 6A plus performants), et Classe II (avec des composants de type CAT 7A plus performants).

En outre, l'ISO/CEI définit des recommandations pour une application 40 GBASE-T avec des systèmes de câblage existants tels que la classe FA

Largeur de bande de transmission pour le câblage à paires torsadées avec le 40GBASE-T

L'une des tâches essentielles dans la définition de la norme Ethernet est de déterminer la largeur de bande RF appropriée pour la communication. Par exemple, 10 GBASE-T fonctionne avec une largeur de bande de 400 MHz, ce qui signifie que chaque hertz du spectre RF transmet environ 25 bits de données binaires.

Cela signifie que l'utilisation du canal est de 25 bits/Hz. Avec des méthodes de modulation plus complexes et d'ordre supérieur, la capacité du canal peut être mieux utilisée. Toutefois, il existe une limite supérieure au débit de données, appelée capacité Shannon. Cette limite est déterminée par les interférences électromagnétiques dans le canal de transmission. Ces interférences proviennent de l'extérieur et de l'intérieur du câble. La diaphonie et la perte de retour sont des exemples de sources d'interférence dans les paires de fils. Sur le plan physique - au niveau des appareils - des méthodes sophistiquées de traitement des signaux sont utilisées pour détecter et éliminer les effets négatifs des sources internes d'interférence et ainsi augmenter encore la capacité de transmission réalisable. Cependant, le prix à payer est une consommation d'énergie plus élevée, qui entraîne une augmentation de la production de chaleur.

La réponse apportée par la norme 10 GBASE-T

La forte consommation d'énergie a été la raison décisive pour laquelle, contrairement à toutes les prévisions, l'acceptation par le marché de la norme 10 GBASE-T après la publication de la norme en 2006 a été plutôt lente. Grâce aux innovations en matière de conception et aux progrès de la technologie des semi-conducteurs, ces problèmes ont été largement surmontés. Sur la base des expériences négatives avec la norme 10 GBASE-T, les experts participant au développement de la norme 40 GBASE-T n'ont pas de désir particulier d'augmenter de manière significative l'utilisation de la capacité des canaux.
40 G transmet quatre fois plus de données que 10 G. Une façon d'extraire encore plus de données sans modifier de manière significative la densité de modulation (utilisation des canaux) est d'augmenter la largeur de bande. Dans ce cas, cela signifie une augmentation de 400 MHz à 1 600 MHz - et c'est exactement ce que semble viser la norme 40 GBASE-T..

Malheureusement, l'augmentation de la largeur de bande des câbles à paires torsadées pose un problème : avec des fréquences plus élevées, le signal est rapidement atténué. Cela signifie que le signal reçu est considérablement plus faible à 1 600 MHz qu'à 100 MHz. Ce phénomène entraîne des limitations quant à la longueur du câble. Avec un câble de 100 mètres, le signal reçu serait littéralement perdu dans le bruit. Il est donc essentiel de faire un compromis sur la longueur maximale du câble.
Le résultat de ces considérations est le suivant :

• Pour le 40GBASE-T, un spectre de bande passante de 1 MHz à environ 1 600 MHz peuvent être utilisés
• La longueur maximale du câble sera d'environ 30 m
• Le conduit de câblage est "spécifié" avec 2 connecteurs

La bonne nouvelle est que la plupart des connexions dans le centre de données ne dépassent pas cette limite de 30 m. Des études ont montré que plus de 80 % des longueurs de liaison dans le centre de données sont de 30 m ou moins et qu'il est donc possible de profiter des avantages de 40 GBASE-T.

Essais sur le terrain d'un câblage en cuivre de 40 Gbits/s

Si les technologies de câblage et les semi-conducteurs peuvent assurer les bases structurelles nécessaires à la prise en charge de l'Ethernet 40 Gigabit sur des câbles en cuivre à paires torsadées, l'acceptation générale du marché dépend encore d'autres facteurs. L'un des facteurs clés est la disponibilité d'équipements de mesure pour une utilisation sur le terrain afin de caractériser et de certifier le câblage installé en ce qui concerne son aptitude à la transmission à 40 GbE.

La largeur de bande de mesure appropriée

Tout comme une boisson  de 300 ml nécessite une bouteille de 400 ml pour que la boisson puisse être contenue, les systèmes de câblage qui garantissent la transmission des données à 1 600 MHz seront spécifiés à 2 000 MHz. Les testeurs sur le terrain supportent généralement des largeurs de bande de mesure encore plus élevées. Parmi les nombreux paramètres pour 40 GBASE-T, qui sont tous encore à un stade précoce de développement, la technologie de mesure sur le terrain est une exception notable. Le WireXpert de Psiber Data est un exemple de testeurs sur le terrain qui disposent d'une bande passante de mesure suffisante pour qualifier un câblage de 40 GBASE-T pendant les phases de rédaction de la norme et aussi après la fin de la normalisation. Cet instrument a déjà été utilisé pour réaliser un certain nombre d'études de l'IEEE et de l'ISO/CEI sur les performances RF des systèmes de câblage..

Conclusion

Lors de la planification d'une infrastructure à utiliser au cours des 15 à 20 prochaines années, il convient de noter que, selon toute probabilité, 40 systèmes GBASE-T seront spécifiés et seront omniprésents dans 5 à 10 ans. Faire face à des débits de données aussi élevés impose des exigences particulières à la technologie. L'un des plus grands défis réside dans la complexité des appareils au niveau physique. Afin de créer un écosystème complet et fonctionnel pour la mise en œuvre de technologies telles que le 40 GBASE-T, l'industrie a besoin de systèmes de câblage, de dispositifs de réseau, de normes et aussi de testeurs sur le terrain qui soient adaptés à cette technologie. Dans le passé, les essais sur le terrain sur une plus large bande passante étaient limités en raison de plusieurs facteurs. Toutefois, il existe actuellement au moins un testeur de terrain disponible dans le commerce capable de certifier le câblage sur des largeurs de bande de plus de 2 000 MHz, ce qui permettra de garantir les exigences de mesure sur le terrain pour les futurs systèmes 40 GBASE-T.

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