Network technologies

Technologies réseau et Ethernet

Le câblage à paires torsadées inclut quatre paires de fils torsadés, normalement connectées à une prise RJ-45.

Un réseau local est un groupe d’ordinateurs reliés ensemble dans un périmètre défini afin de pouvoir communiquer et partager des ressources, telles que des imprimantes. Les données sont envoyées sous la forme de paquets, et différentes technologies sont employées afin de réguler la transmission des paquets. La technologie de réseau local la plus couramment utilisée est
Ethernet ; elle est spécifiée dans une norme appelée IEEE 802.3. (Parmi les autres technologies de réseau local existantes, on peut citer Token Ring et FDDI).

Ethernet utilise une topologie en étoile dans laquelle les différents noeuds (périphériques) sont mis en réseau à l’aide d’un équipement réseau actif, par exemple des switchs. Le nombre de périphériques mis en réseau dans un réseau local peut aller de deux à plusieurs milliers.

Le support de transmission physique d’un réseau local câblé inclut des câbles, principalement à paires torsadées ou en fibre optique. Un câble à paires torsadées est constitué de huit fils formant quatre paires de fils de cuivre torsadés ; on l’utilise avec des prises et des fiches de type RJ-45. La longueur de câble maximale d’une paire torsadée est de 100 m, tandis que pour la fibre optique la longueur maximale est comprise entre 10 km et 70 km, en fonction du type de fibre. Selon le type de paire torsadée de câbles en fibre optique utilisé, les débits de données sont aujourd’hui compris entre 100 Mbits/s et 10 000 Mbits/s.

Il est toujours préférable de concevoir un réseau avec une capacité supérieure à celle actuellement requise. De manière générale, il convient de concevoir le réseau de sorte que seuls 30 % de sa capacité soient utilisés. Le nombre d’applications exécutées sur des réseaux étant de plus en plus élevé de nos jours, les performances réseau requises sont également de plus en plus élevées. Bien que les switchs réseau (voir la discussion ci-dessous) soient faciles à mettre à niveau après quelques années, le câblage est généralement beaucoup plus difficile à remplacer.

Types de réseaux Ethernet

Il est possible de couvrir de longues distances avec des câbles en fibre optique. La fibre est généralement utilisée pour la connexion réseau elle-même, et non pour des noeuds tels que les caméras réseau.

Fast Ethernet

Le terme Fast Ethernet fait référence à un réseau Ethernet capable de transférer des données à une vitesse de 100 Mbits/s et utilisant un câble à paires torsadées ou un câble en fibre optique. (Les réseaux Ethernet plus anciens à 10 Mbits/s sont toujours installés et utilisés, mais ces réseaux ne procurent pas la bande passante nécessaire à certaines applications de vidéo sur IP.)

La plupart des périphériques connectés à un réseau, tels que les ordinateurs portables ou les caméras réseau, sont équipés d’une interface Ethernet 100BASE-TX/10BASE-T, plus couramment appelée interface 10/100, qui prend en charge les réseaux 10 Mbits/s et Fast Ethernet. Le type de câble à paires torsadées qui prend en charge Fast Ethernet porte le nom de câble Cat-5.

Gigabit Ethernet

Les réseaux Gigabit Ethernet, qui peuvent également être basés sur un câble à paires torsadées ou en fibre optique, délivrent un débit de 1 000 Mbits/s (1 Gbit/s) et sont de plus en plus populaires. La norme Gigabit Ethernet est appelée à remplacer Fast Ethernet comme norme de facto.

Le type de câble à paires torsadées qui prend en charge Gigabit Ethernet est un câble Cat-5e, dans lequel les quatre paires de fils torsadés du câble sont utilisés pour atteindre les débits de données élevés. Pour les systèmes de vidéo sur IP, il est recommandé d’utiliser des catégories de câble Cat- 5e ou plus. La plupart des interfaces Gigabit Ethernet offrent une compat¬ibilité descendante avec Ethernet 10 et 100 Mbits/s et sont couramment appelées interfaces 10/100/1000.

Pour la transmission sur de longues distances, des câbles optiques tels que 1000BASE-SX (jusqu’à 550 m) et 1000BASE-LX (jusqu’à 550 m avec fibre optique multimode et jusqu’à 5 000 m avec fibre en mode unique) peuvent être utilisés.

10 Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet est la norme de dernière génération ; elle est capable de délivrer un débit de 10 Gbits/s (10 000 Mbits/s) avec un câble à paires torsadées ou en fibre optique. Les normes 10GBASE-LX4, 10GBASE-ER et 10GBASE-SR basées sur un câble en fibre optique peuvent être utilisées pour couvrir des distances allant jusqu’à 10 km. Avec une solution à paires torsadées, un câble de très haute qualité (Cat-6a ou Cat-7) est nécessaire. La norme 10 Gbits/s Ethernet est principalement utilisée dans les applications de haut niveau qui requièrent des débits élevés.

Switch

Lorsque seuls deux périphériques doivent communiquer directement par le biais d’un câble à paires torsadées, on peut utiliser un câble croisé. Ce type de câble croise simplement la paire émettrice à une extrémité du câble avec la paire réceptrice à l’autre extrémité.

Pour relier plusieurs périphériques sur un réseau local, un équipement réseau tel qu’un switch réseau est nécessaire. Avec un switch réseau, on utilise un câble réseau standard plutôt qu’un câble croisé. La principale fonction d’un switch réseau est de transférer les données d’un périphérique à un autre sur le même réseau. Il opère de manière efficace puisque les données peuvent être dirigées d’un périphérique à un autre sans affecter les autres périphériques du réseau.

En voici le principe de fonctionnement : un switch inscrit les adresses MAC (Media Access Control) de tous les périphériques qui y sont raccordés. (Chaque périphérique réseau possède une adresse MAC unique, composée d’une série de chiffres et de lettres définie par le fabricant ; cette adresse est souvent imprimée sur l’étiquette du produit.) Lorsqu’un switch reçoit des données, il les transfère uniquement au port connecté à un périphérique ayant l’adresse MAC de destination appropriée.

Les switchs indiquent en général leurs performances en « débit par port » et en « débit interne » (à la fois en bits par seconde et en paquets par seconde). 

Les débits des ports indiquent les débits maximum sur des ports spécifiques. Cela signifie que la vitesse d’un switch, par exemple 100 Mbits/s, correspond souvent aux performances de chaque port.

Un switch réseau prend normalement en charge différents débits simultanément. Les débits les plus couramment utilisés étaient jadis 10/100, avec une prise en charge 10 Mbits/s et Fast Ethernet. Toutefois, les switchs 10/100/1000 sont aujourd’hui de plus en plus répandus, prenant ainsi en charge les normes 10 Mbits/s, Fast Ethernet et Gigabit Ethernet.

La vitesse et le mode de transfert entre un port sur un switch et un périphérique connecté sont normalement définis par un processus de négociation automatique, durant lequel la vitesse de transfert la plus élevée commune et le meilleur mode de transfert commun sont utilisés. Un switch permet également à un périphérique connecté de fonctionner en mode duplex intégral, c’est-à-dire d’envoyer et de recevoir des données simultanément, ce qui accroît les performances.

Les switchs peuvent proposer différentes fonctionnalités. Certains incluent la fonction routeur. Un switch peut également prendre en charge la fonctionnalité Alimentation par Ethernet ou la Qualité de Service, qui contrôle la quantité de bande passante utilisée par différentes applications.

Avec un switch réseau, le transfert de données est géré de manière très efficace car le trafic de données peut être dirigé d’un périphérique à un autre sans affecter les autres ports sur le switch.

Alimentation par Ethernet

La fonctionnalité Alimentation par Ethernet (PoE, Power over Ethernet) permet d’alimenter des périphériques connectés à un réseau Ethernet à l’aide des câbles utilisés pour les communications de données. On l’utilise notamment pour alimenter des téléphones IP, des points d’accès sans fil et des caméras réseau sur un réseau local.

Le principal avantage de PoE est l’économie de coûts inhérente, car il n’est nul besoin de louer les services d’un électricien pour installer une ligne d’alimentation distincte. Ceci constitue un atout, notamment dans les zones difficiles d’accès. Le fait qu’il ne soit pas nécessaire d’installer de câble d’alimentation permet d’économiser (en fonction de l’emplacement des caméras) plusieurs centaines d’euros par caméra. En outre, cela facilite l’ajout ou le déplacement des caméras dans un système de vidéosurveillance.

PoE permet également d’accroître la sécurité d’un système vidéo. Un système de vidéosurveillance avec PoE peut être alimenté depuis la salle des serveurs, qui est souvent secondée par une Alimentation sans coupure. Cela signifie que le système de vidéosurveillance peut demeurer opérationnel même durant une coupure d’alimentation.

Au vu de tous ces avantages, il est recommandé d’utiliser PoE avec le plus grand nombre de périphériques possible. L’alimentation disponible à partir du switch ou injecteur PoE doit être suffisante pour les périphériques connectés et ceux-ci doivent prendre en charge la classification d’alimentation.

Norme af et High PoE

La plupart des périphériques vendus aujourd’hui sont conformes à la norme IEEE 802.3af, publiée en 2003. Celle-ci utilise des câbles Cat-5 ou supérieur et garantit que le transfert des données ne subit aucun impact négatif. Dans la norme, le périphérique qui fournit l’alimentation porte le nom d’équipement de source d’alimentation (PSE, Power Sourcing Equipment). Il peut s’agir d’un switch ou injecteur PoE. Le périphérique qui reçoit l’alimentation porte le nom de périphérique alimenté (PD, Powered Device). La fonctionnalité PoE est généralement intégrée à un périphérique réseau tel qu’une caméra réseau, ou fournie par le biais d’un séparateur autonome..

La compatibilité descendante avec les périphériques réseau non compatibles PoE est également garantie. La norme inclut une méthode permettant de reconnaître automatiquement si un périphérique prend en charge PoE ; c’est seulement dans ce cas que le périphérique sera alimenté. Cela signifie également que le câble Ethernet raccordé à un switch PoE ne fournit aucune alimentation s’il n’est pas connecté à un périphérique PoE. Cela permet d’éviter tout risque de choc électrique lors de l’installation ou de la modification du câblage réseau.

Un câble à paires torsadées contient quatre paires de fils torsadés. PoE peut utiliser les deux paires de fils « inutilisées » ou superposer le courant sur les paires de fils utilisées pour la transmission des données. Les switchs avec PoE intégré fournissent souvent l’alimentation par le biais des deux paires de fils utilisées pour le transfert des données, alors que les injecteurs utilisent normalement les deux paires inutilisées. Un périphérique alimenté prend en charge les deux options.

Selon la norme IEEE 802.3af, un PSE fournit une tension de 48 V DC avec une puissance maximale de 15,4 W par port. Si l’on prend en compte la perte de puissance due au câble à paires torsadées, on peut estimer la puissance disponible pour un périphérique alimenté à 12,95 W. La norme IEEE 802.3af spécifie différentes catégories de performances pour les périphériques alimentés.

Les PSE tels que les switchs et injecteurs fournissent normalement une puissance donnée, souvent comprise entre 300 W et 500 W. Sur un switch avec 48 ports, cela signifie entre 6 W et 10 W par port si tous les ports sont raccordés à un périphérique qui utilise PoE. À moins que les périphériques alimentés ne prennent en charge la classification d’alimentation, l’intégralité des 15,4 W doit être réservée pour chaque port qui utilise PoE, ce qui signifie qu’un switch de 300 W ne peut alimenter que 20 des 48 ports. Toutefois, si tous les périphériques signalent au switch qu’ils appartiennent à la Classe 1, les 300 W seront suffisants pour alimenter les 48 ports.

Classe Puissance minimale au PSE Puissance maximale utilisée par le périphérique alimenté Utilisation
0 15.4 W 0.44 W - 12.95 W Par défaut
1 4.0 W 0.44 W - 3.84 W Facultatif
2 7.0 W 3.84 W - 6.49 W Facultatif
3 15.4 W 6.49 W - 12.95 W Facultatif
4 Traiter comme Classe 0   Réservé pour utilisation future

 

Classifications d’alimentation selon IEEE 802.3af.

La plupart des caméras réseau fixes peuvent être alimentées via PoE avec la norme IEEE 802.3af et sont normalement identifiées comme périphériques de Classe 1 ou 2. Avec la norme préliminaire IEEE 802.3at ou PoE+, la limite de puissance sera augmentée à au moins 30 W par le biais de deux paires de fils provenant d’un PSE. Les spécifications finales n’ont pas encore été déterminées et cette nouvelle norme devrait être ratifiée durant l’été 2009.

Entre temps, les injecteurs et séparateurs IEEE 802.3at (High PoE) peuvent être utilisés pour des périphériques tels que les caméras PTZ et caméras dômes PTZ avec contrôle motorisé, ainsi que les caméras équipées de chauffages et ventilateurs, qui nécessitent davantage de puissance que celle disponible avec la norme IEEE 802.3af.

Injecteurs et séparateurs

Les injecteurs et séparateurs (également appelés séparateurs actifs) sont des appareils qui permettent à un réseau existant de prendre en charge la fonctionnalité Alimentation par Ethernet. L’injecteur, qui ajoute l’alimentation à un câble Ethernet, est placé entre le switch réseau et les périphériques alimentés. Pour s’assurer que le transfert de données n’est pas affecté, il est important de se souvenir que la distance maximale entre la source de données (par exemple le switch) et les produits de vidéo sur IP ne doit pas être supérieure à 100 m. Cela signifie que l’injecteur et le(s) séparateur(s) actif(s) doivent être placés à moins de 100 m.

Un système existant peut être mis à niveau avec la fonctionnalité PoE à l’aide d’un injecteur et d’un séparateur.

Un séparateur permet de séparer l’alimentation et les données d’un câble Ethernet en deux câbles distincts, qui peuvent ensuite être raccordés à un périphérique qui n’offre pas de prise en charge intégrée de la fonctionnalité PoE. Étant donné que PoE ou High PoE ne fournit que 48 V DC, un autre rôle du séparateur consiste à réduire la tension à un niveau adapté au périphérique (par exemple 12 V ou 5 V). Axis propose à sa clientèle des injecteurs et séparateurs PoE et High PoE.

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