Ethernet est un protocole de communication utilisé pour les réseaux informatiques filaires, exploitant la commutation de paquets. Il réalise les fonctions de la couche physique et de la couche liaison de données (couches 1 et 2) du modèle OSI. C'est une norme internationale ISO/IEC/IEEE 8802-3..
Il a été conçu au début des années 1970 pour faire communiquer des ordinateurs rattachés à un même « éther », c'est-à-dire un milieu passif capable de transférer des données, comme un câble coaxial. Depuis les années 1990, on utilise très fréquemment une transmission sur un câble de paires torsadées pour la connexion des postes clients, et sur fibre optique pour le cœur du réseau. D'abord développé pour un débit binaire inférieur à .., Ethernet est maintenant standardisé jusqu'à . et des débits plus rapides sont à l'étude. À l'origine prévu pour des transmissions sur des réseaux locaux, Ethernet est aujourd'hui utilisé sur tout type de réseau (réseau étendu, dorsale Internet, automobile…) mais aussi pour des communications sur circuit imprimé.
Ethernet divise le flux de données en petites sections appelées trames. Chaque trame consiste en un entête contenant des informations liées au message à transmettre, une charge utile contenant le message lui-même et un postambule incorporant un code de détection d'erreurs qui élimine les trames corrompues. La simplicité du protocole le rend très flexible et adaptable à d'autres technologies : c'est la raison de sa popularité. Les trames sont envoyées et reçues à l'aide d'un émetteur-récepteur qui assure la liaison entre le médium de transmission et l'équipement informatique.
Ethernet est fréquemment utilisé pour transmettre les télécommunications personnelles ou professionnelles et se combine facilement avec les technologies sans fil (protocoles Wi-Fi). Il a largement supplanté d'autres standards comme le , FDDI et ARCnet. Le protocole Internet est communément porté par le protocole Ethernet, ce qui fait de ce dernier une importante base technologique d'Internet.
Par métonymie, on parle parfois de câble Ethernet et de port Ethernet pour désigner un câble de paires torsadées avec connecteur 8P8C (appelé aussi connecteur RJ45) et du port associé, voire de connexion Ethernet pour désigner tout type de connexion filaire, même si le protocole Ethernet n'est pas forcément utilisé.
Origine du nom Dans les premiers réseaux Ethernet, le câble coaxial diffusait les données à toutes les machines connectées, de la même façon que les ondes radiofréquences parviennent à tous les récepteurs. Le nom Ethernet dérive de cette analogie. : avant le , on imaginait que les ondes se propageaient dans léther, milieu hypothétique censé baigner l'Univers. Quant au suffixe , il s'agit de l'abréviation du mot (« réseau ») en anglais. On peut écrire parfois le nom francisé Éthernet.
Modèle OSI Le protocole Ethernet réalise les fonctions de la couche physique (couche 1 du modèle OSI) et de la sous-couche contrôle d'accès au support (MAC, ). Il est possible d'ajouter des protocoles supplémentaires en les encapsulant dans la trame Ethernet. Par exemple, quand elle est implémentée, la sous-couche contrôle de la liaison logique (LLC, ), norme IEEE 802.2.., complète la couche liaison de données (couche 2 du modèle OSI). L'image ci-dessous schématise le rapport entre modèle OSI et la norme IEEE 802.3. centré|vignette|600x600px|AUI = Attachment Unit Interface, MAU = Medium Attachment Unit, MDI = Medium Dependent Interface, MII = Media Independent Interface, PCS = Physical Coding Sublayer, PLS = Physical Layer Signaling, PMA = Physical Medium Attachment, PMD = Physical Medium Dependent, RS-FEC Reed-Solomon Forward Error Correction, xMII est le terme générique pour un MII à ou plus. Par exemple, à , l'interface s'appelle MII ; à , XLGMII ; etc. Les sous-couches en bleu sont définies par IEEE 802.3.
Histoire Ethernet a été développé au Xerox Palo Alto Research Center, à Palo Alto en Californie (États-Unis), à partir de 1973., grâce aux travaux de Robert Metcalfe. s'inspirant d'ALOHAnet. Un brevet, dont les inventeurs sont Metcalfe, David Boggs, Charles Thacker et Butler Lampson, est déposé par Xerox en 1975.. L'année suivante, Metcalfe et Boggs décrivent, dans un article, un système Ethernet opérationnel pour réparties sur un kilomètre de câble coaxial.
Metcalfe quitte Xerox en 1979 et fonde l'entreprise 3Com pour promouvoir l'utilisation des ordinateurs personnels et des réseaux locaux. Il convainc Digital Equipment Corporation, Intel et Xerox de travailler ensemble. pour promouvoir Ethernet en tant que standard, au terme d'une période au cours de laquelle la réflexion des constructeurs s'oriente vers une informatique décentralisée.. 3Com deviendra une compagnie majeure du domaine des réseaux informatiques, jusqu'à son rachat par Hewlett-Packard en 2010.
La spécification Ethernet I (), surnommée « DIX » (pour « DEC Intel Xerox »), est publiée en 1980.., puis révisée en 1982 (Ethernet II).. L'Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE) s'inspire de la spécification DIX et publie la norme IEEE 802.3 en 1983... Les standards DIX et 802.3 sont interopérables.. Par la suite, les mises à jour normatives ont été formalisées par l'IEEE, et 802.3 a du reste pris officiellement en compte les aspects de DIX en 1998 (révision 802.3-1998)..
Ethernet était à l'époque en compétition avec deux systèmes propriétaires, Token ring (IBM, plus récent) et ARCnet (TRW-Matra, plus ancien) ; ces deux systèmes ont au fil du temps diminué en popularité puis disparu face à Ethernet, en raison de la baisse de coûts due à la production de masse, et aux modernisations ultérieures d'Ethernet. Ethernet avait par ailleurs moins de contraintes topologiques que le Token ring (au CeBIT de 1995, on pouvait voir à titre expérimental un simili plafond blanc utilisé comme medium Ethernet, les signaux transitant par infrarouge).
Normalisation
Au niveau de la couche MAC, le protocole Ethernet a très peu changé depuis son invention. Des protocoles supplémentaires se sont ajoutés pour pallier le manque de fonctionnalités d'Ethernet sans que le principe de base soit bouleversé. Quelques-uns sont décrits à la section Évolutions protocolaires ultérieures de cet article. Au niveau de la couche physique, au contraire, les évolutions d'Ethernet ont été nombreuses et motivées par plusieurs facteurs, dont le besoin d'un plus grand débit, l'adaptation aux structures préexistantes, le coût des équipements et du médium de transmission La section ci-dessous donne un bref résumé de quelques versions d'Ethernet les plus connues. En plus de tous ces standards officiels, plusieurs fabricants ont implémenté des versions propriétaires pour différentes raisons, par exemple pour opérer à de plus longues distances sur de la fibre optique.
Premières versions d'Ethernet sur câble coaxial Ethernet expérimental à Xerox. Ethernet I et Ethernet II (spécifications DIX). 10BASE5, aussi appelé , car le câble coaxial de type RG-8 est dit « épais ». 10BROAD36. Un standard obsolète gérant l'Ethernet sur de longues distances. Il utilisait des techniques de modulation en large bande similaires à celles employées par les modems câble, opérées sur un câble coaxial. 1BASE5. Une tentative de standardisation de solution pour réseaux locaux à bas prix. Il opère à mais a été un échec commercial. 10BASE2, aussi appelé ou car le câble coaxial de type RG-58A/U est dit « mince » et est moins cher. Pendant plusieurs années, ce fut le standard Ethernet dominant.
Ethernet sur paires torsadées ou fibre optique 10BASE-T. Fonctionne avec au minimum quatre fils (deux paires torsadées, conventionnellement les fils 1, 2 et 3, 6) sur un câble de catégorie 3 ou de catégorie 5 avec connecteur RJ45. Un concentrateur (ou ) ou un commutateur (ou ) est au centre du réseau, ayant un port pour chaque nœud. C'est aussi la configuration utilisée pour certaines versions du 100BASE-T et du Gigabit Ethernet. 10BASE-T1S & 10BASE-T1L. Fonctionne avec deux fils (1 paire torsadée), standardisé sous le nom IEEE Std 802.3cg-2019. 10BASE-T1S est orienté automobile (courte distance < 30 m, environnement bruité). 10BASE-T1L est dérivé du 100BASE-T1 et orienté bâtiment (distance < 1 km). Grâce à leurs différentes propriétés, les deux standards peuvent être utilisés dans l'IOT. FOIRL (, Lien inter-répéteur sur fibre optique). Le premier standard pour l'Ethernet sur la fibre optique. 10BASE-F. Terme générique pour la nouvelle famille d'Ethernet sur fibre optique : 10BASE-FL, 10BASE-FB et 10BASE-FP. De ceux-ci, seulement 10BASE-FL est beaucoup utilisé. 10BASE-FL. Une mise à jour du standard FOIRL. 10BASE-FB. Prévu pour connecter des concentrateurs ou commutateurs au cœur du réseau, mais maintenant obsolète. 10BASE-FP. Un standard pour réseau en étoile qui ne nécessitait aucun répéteur. Il n'a jamais eu d'applications commerciales.
Fast Ethernet () 100BASE-T. Terme générique pour les standards sur paire torsadée. Inclut 100BASE-TX, 100BASE-T4 et 100BASE-T2. 100BASE-TX. Utilise deux paires de fils sur câble de catégorie 5. 100BASE-T4. Utilise quatre paires de fils sur câble de câble catégorie 3, qui était utilisé dans les installations 10BASE-T. Ne permet seulement l'utilisation en semi-duplex. Le standard est maintenant désuet car le câble catégorie 5 ou supérieure a remplacé les câbles de catégorie inférieure. 100BASE-T2. Utilise deux paires de fils sur câble de catégorie 3 et permet le mode . Il est équivalent au 100BASE-TX sur le plan des fonctionnalités, mais supporte les câbles de catégorie inférieure. Il n'a jamais eu d'applications commerciales. 100BASE-T1. Utilise une seule paire torsadée (liaison en mode full duplex seulement), développé à l'origine sous le nom de avant sa standardisation à l'IEEE ; utilisé principalement dans les applications automobiles. 100BASE-FX. Ethernet sur fibre optique.
Gigabit Ethernet () 1000BASE-T (IEEE 802.3ab). Utilise quatre paires de fils sur câble de catégorie 5 ou supérieure, sur une longueur maximale de . Les paires sont utilisées en , chaque paire transmettant deux bits par top d'horloge, soit un octet pour l'ensemble des quatre paires, dans chaque sens. Le codage en ligne est une modulation d'impulsions en amplitude sur cinq niveaux. Le standard est compatible avec 100BASE-TX et 10BASE-T, grâce au mécanisme d'autonégociation. La topologie est toujours en étoile car il n'existe pas de concentrateurs (hubs) . On utilise donc obligatoirement des commutateurs (). 1000BASE-X (IEEE 802.3z). qui utilise des interfaces modulaires (des transceivers en anglais, appelés GBIC ou SFP selon leur technologie) adaptées au média (fibre optique multimode ou monomode, cuivre). 1000BASE-SX. Utilise une fibre optique multimode (MM) à . 1000BASE-LX. Utilise une fibre optique monomode (SM) ou multimode à . 1000BASE-LH. Utilise une fibre optique, pour une longue distance. 1000BASE-ZX. Utilise une fibre optique monomode longue distance. 1000BASE-CX. Utilise un câble de cuivre sur de courtes distances (jusqu'à ).
10 Gigabit Ethernet Ethernet (10GbE) et les standards plus rapides encore prennent seulement en charge le mode . L'utilisation de concentrateurs n'est plus possible.
Le standard a été spécifié par le groupe de travail IEEE 802.3ae, dont la première publication date de 2002, puis a été incorporé dans une révision de l'IEEE 802.3. 10GBASE-CX4 (802.3ak). Utilise un câble en cuivre de type infiniBand quad-data rate sur une longueur maximale de . 10GBASE-T (802.3an). Utilise un câble à paires torsadées catégorie 6, ou 7, en full duplex sur quatre paires avec une modulation qui dépend de la catégorie du câble et de l'immunité au bruit souhaitée, sur une longueur maximale de . Compatible avec 1000BASE-T, 100BASE-TX et 10BASE-T.