Réseau à 10 Gb/s Et Après ? Le 25 Gb/s Arrive, Le 100 Gb/s En Datacenter, Le 800 Gb/s Pour Horizon

http://fragua.org/otdr-pour-detecter-un-point-de-blocage-dans-un-cable-a-fibre-optique/

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Les réseaux à plus de 1 Gb/s tendent à se démocratiser, fruit de normes établies il y a une quinzaine d’années pour certains. La suite est déjà prête et même bien en place sur certains marchés, avec la fibre comme support. On fait le point sur ces solutions et leurs connecteurs.
Lorsqu’un appareil électronique est mis sur le marché avec des ports réseau, il s’agit dans la grande majorité des cas de RJ45 avec un débit allant jusqu’à 1 Gb/s, soit 128 Mo/s. Cela s’explique par le faible coût de ces solutions, leur gourmandise énergétique mesurée et le très large écosystème du réseau « Gigabit ».
Avec l’évolution des technologies et des besoins professionnels, il a néanmoins été nécessaire d’aller au-delà. C’est ainsi qu’est né le 10GBASE-T (802.3an) en 2006, permettant d’atteindre 10 Gb/s (1 280 Mo/s) sur un câble Ethernet en cuivre avec un connecteur 8P8C (RJ45). Il se démocratise peu à peu, même si la fibre commence à prendre le relai.
Car elle sera essentielle pour dépasser cette limite. Là encore, des normes existent de longue date pour atteindre 25 Gb/s, 100 Gb/s et même jusqu’à 400 Gb/s. Ces dernières sont surtout exploitées dans les datacenters et pour de grosses liaisons. Le marché se prépare actuellement à son prochain grand saut technologique avec le 800 Gb/s.
Mais ces normes et la fibre se répandent dans les entreprises et les « Home Lab ». Car le réseau est ainsi fait : avec la montée en débit des appareils et de leurs composants, il faut aussi revoir à la hausse la bande passante du lien montant (uplink), des serveurs qui y sont reliés et ce que peuvent encaisser les équipements.
D’autant que les fournisseurs d’accès grand public commencent à proposer des offres fibre très rapides, comme Free qui fournit 5 Gb/s par client dans le cas de la Freebox Pop et 8 Gb/s pour la Freebox Delta.
À l’arrière du Server de la Freebox Delta, une cage SFP+ (F) pour du réseau local à 10 Gb/s
Désormais, c’est le 25 Gb/s qui gagne du terrain. Scaleway le propose depuis peu sur certains de ses serveurs en bande passante publique (pour l’accès à Internet). En Belgique, Proximus travaille déjà avec Nokia à un réseau 25G PON (21 Gb/s en pratique), une première démonstration ayant été faite fin mai.
Prochaine étape : votre réseau local ?
Jusqu’à 10 Gb/s, on peut sans problème utiliser un câble réseau en cuivre équipé de connecteurs RJ45. Cela permet de transporter également du courant via le PoE (Power over Ethernet) sur des distances allant jusqu’à une centaine de mètres, avec un coût limité (36 euros pour 50 mètres). Il y a néanmoins des inconvénients.
D’abord la consommation, plus élevée avec une solution cuivre 10GBASE-T (2 à 5 watts par port en général) qu’avec de la fibre 10GBASE-SR/LR (moins d’un watt par port). Une différence qui peut devenir importante avec la multiplication des ports. Il y a aussi la latence, même si la différence sera moins sensible hors d’usages très spécifiques puisque l’on passe de 2 à 3 µs pour un câble cuivre à des dixièmes de µs en fibre.
Pour les équipements pouvant accueillir de la fibre optique, on parle de « cages » de 8,5 x 13,4 x 56,5 mm au standard Small Form-factor Pluggable (SFP), utilisé pour des liens jusqu’à 1 Gb/s. Pour du 10 Gb/s on passe au SFP+. Dans les deux cas on y insère des transceivers chargés de transformer le signal optique en signal électrique.

Une carte réseau 2x SFP+ et un DAC
Le modèle à utiliser dépend du type de fibre choisie. Il en existe deux principaux. Le multimode d’une part, fonctionnant avec du 10GBASE-SR (Short Range), qui peut atteindre plusieurs centaines de mètres. Le monomode d’autre part, avec du 10GBASE-LR (Long Range) permettant d’atteindre plusieurs près d’une centaine de kilomètres.
La différence se fait sur le type de signal optique envoyé, sa puissance, sa longueur d’ondes, mais aussi la manière dont il est transporté dans la fibre. Nous avons déjà consacré un article à ce sujet :
On trouve différents types de connecteurs, vendus sous forme de jarretières (la fibre et un connecteur à chaque extrémité). Les principaux sont de type LC (Little/Lucent Connector) et SC (Standard/Subscriber Connector). On trouve souvent les premiers pour les connexions duplex, courantes pour du réseau local (on parle alors de jarretière LC/LC). Pour la fibre telle qu’elle arrive chez les particuliers, il s’agit le plus souvent de SC simplex.
On peut également opter pour des câbles DAC (Direct Attach Copper) en cuivre intégrant des transceivers. Une solution intermédiaire, notamment en termes de coût, mais limitée en général à 7 mètres de distance. Il existe enfin des AOC (Active Optic Cables), qui prennent la forme d’une fibre avec deux transceivers, cette fois jusqu’à 30 mètres en général. Vous pouvez ainsi choisir selon votre besoin.
Pour atteindre 25 Gb/s, on passe au SFP28 (25G NRZ). Une solution qui reprend les dimensions du SFP(+), capable d’atteindre 28 Gb/s en théorie, mais limitée à 25 Gb/s en pratique en raison de l’encodage des données utilisé.
Avec un tel débit (3 200 Mo/s), on atteint les performances typiques d’un SSD milieu de gamme exploitant quatre lignes PCIe 3.0. Les composants sur le réseau peuvent ainsi offrir des performances du niveau des périphériques locaux, avec pour seule différence la latence, contrainte par la vitesse de la lumière.
Là aussi on peut utiliser des DAC, AOC et autres transceivers selon les cas. Il existe également une norme pour l’utilisation de câbles réseau de catégorie 8 (25GBASE-T), mais elle n’est presque jamais mise en œuvre.
Jusqu’à maintenant, le 25 Gb/s était limité à des équipements réseau d’entreprise, comme uplink pour des switchs avec de nombreux ports à 1 Gb/s, parfois pour « alimenter » des liens à 10 Gb/s. Comme client d’un hébergeur, il est encore très coûteux : comptez 3 000 euros HT par mois pour une telle bande passante publique sur un serveur de Scaleway par exemple. Mais il se rapproche de l’utilisateur final et les composants se démocratisent.
Ainsi, les fabricants de NAS comme QNAP et Synology s’y mettent pour accompagner leurs gros serveurs, ou leurs gammes à utiliser en SAN via iSCSI ou (le très coûteux) Fibre Channel. On trouvait également une carte Broadcom BCM57414 à 2x SFP28 dans le serveur HPE ProLiant DL365 Gen10 Plus v2 à 2x EPYC 7713 que nous avons testé.
Sur le marché du neuf, on trouve des cartes ConnectX-4 Lx de Mellanox (NVIDIA Networking) avec deux cages SFP28, gestion du SR-IOV (virtualisation hardware) ou du RDMA over Converged Ethernet (RoCE) pour 214 euros HT (un peu moins de 260 euros TTC). C’est cher, mais loin d’être inaccessible pour une entreprise ou un passionné.
Le switch Switch S5860-20SQ de FS.com
FS.com propose également un switch sous sa propre marque, équipé d’une puce Broadcom BCM56170, avec pas moins de 20 cages SFP+, 4 SFP28 et deux QSFP+ (40 Gb/s). Il est empilable (deux éléments), dispose de fonctionnalités sur la couche L3 au niveau OSI, d’une alimentation redondante, d’une interface web et CLI, gère SNMP pour la remontée d’informations, etc. Tarif de la bête : 1 158 euros HT, soit 1 390 euros TTC.
Comme nous venons de le voir, après le 25 Gb/s vient le 40 Gb/s. Là aussi il existe une déclinaison 40GBASE-T qui n’est presque jamais mise en œuvre, puisque c’est le QSFP+ qui règne. Le « Q » ajouté en début de dénomination signifie « Quad », puisqu’il s’agit en réalité de faire passer quatre signaux à 10 Gb/s dans un même connecteur.
Il est plus large mais aussi plus long : 8,5 x 18,35 x 72,4 mm. Il peut s’agit de QSFP+ aux deux extrémités, mais il existe également des adaptateurs avec du QSFP+ à la source et quatre connecteurs SFP+ à l’arrivée. Attention, cela ne veut pas dire qu’il suffit de prendre quatre fibres à 10 Gb/s pour obtenir un signal QSFP+, prenez donc garde à la compatibilité de vos appareils. La même chose existe pour le 100 Gb/s avec le QSFP28, soit quatre liens à 25 Gb/s.

1x QSFP+ à une extrêmité, 4x SFP+ à l’autre
Côté équipement, il faut pour le moment compter un peu plus de 500 euros TTC pour une carte 2x 40 Gb/s et près de 750 euros TTC pour du 1x 100 Gb/s. Autant dire que l’on touche ici à des produits encore réservés aux seuls professionnels, même si là aussi on trouve des acteurs comme QNAP à la manœuvre.
Ils sont encore souvent en amont des réseaux classiques, plus éloignés des utilisateurs, que ce soit dans les datacenters ou chez les opérateurs/FAI. Surtout dans le cas du QSFP28/100 Gb/s. On peut néanmoins trouver des serveurs ainsi équipés lorsqu’il s’agit de fournir de gros débits à un grand nombre d’utilisateurs. Pour rappel, 40 Gb/s équivaut à 5 Go/s, 100 Gb/s à 12,5 Go/s, des débits que l’on peut atteindre avec des SSD en RAID.
Ces tarifs sont d’autant plus élevés que de telles bandes passantes accompagnent en général des technologies spécifiques, comme de l’accélération matérielle pour améliorer les performances et réduire la latence, ou le support de standards pour le stockage rapide et efficace en réseau comme NVMe over Fabric (NVMe-oF).
Notez qu’il existe des connexions QSFP14 et QSFP56 (50 Gb/s PAM4), fournissant des débits de 50 et 200 Gb/s, mais qui sont plus rares, utilisées notamment pour l’Infiniband, le Fibre Channel ou même le SAS.

Reste le cas du 400 Gb/s, qui utilise des cages plus compactes QSFP-DD (Double Density). Il est en général utilisé pour des liaisons à plusieurs Tb/s avec les différents acteurs de ce qui constitue le réseau Internet.
Des capacités nécessaires avec l’explosion des débits et des usages, toujours plus importants chaque année. Selon une étude de l’IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee d’avril 2020, on atteindra l’année prochaine 400 exaoctets de trafic IP par mois, plus de la moitié venant des vidéos en ligne.
Elle pointe également que la part des serveurs livrés équipés entre 25 et 50 Gb/s devait dépasser les 50 % en 2020 et que l’on devrait dépasser les 25 % en 100 Gb/s d’ici 2023. Aller au-delà des infrastructures actuelles est donc nécessaire. C’est notamment ce qui a poussé à l’émergence d’un standard à 800 Gb/s, finalisé l’année dernière.
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