Les câbles optiques et les liaisons fibre optique
1. Introduction à la fibre optique
1.1. Qu'est-ce que la fibre optique ?
La fibre optique est un médium de transmission de données composé d'un cœur en verre ou en plastique, à travers lequel des signaux lumineux (généralement laser ou LED) sont propagés.
Ce support permet d'atteindre des débits très élevés (plusieurs dizaines voire centaines de Gbit/s) et des distances de transmission longues (plusieurs kilomètres) avec de faibles pertes de signal.
1.2. Avantages de la fibre optique par rapport au cuivre
- Bande passante : Plus élevée, permettant des débits nettement supérieurs à ceux du cuivre.
- Atténuation (perte de signal) : Beaucoup plus faible que sur un câble cuivre, permettant des liaisons longue distance.
- Immunité électromagnétique : La fibre est insensible aux interférences électromagnétiques (EMI) et aux perturbations radio.
- Sécurité : Difficile de "capter" un signal sur une fibre sans la sectionner physiquement, ce qui réduit les risques d'écoute.
- Isolation électrique : Absence de courant électrique, donc pas de risques d'étincelles ou de surcharges.
1.3. Inconvénients de la fibre optique
- Coût d'installation initial : Généralement plus élevé que pour des câbles cuivre, notamment dans les environnements où la fibre est absente.
- Fragilité : Les câbles optiques (surtout en verre) peuvent être plus fragiles que les câbles cuivre.
- Maintenance : Les opérations de raccordement (soudure/épissure, polissage) nécessitent du matériel et des compétences plus pointues.
2. Types de câbles et de connecteurs
2.1. Monomode (SMF) vs Multimode (MMF)
- Monomode (Single-Mode, SMF) :
- Utilise un cœur très fin (~9 µm) pour un trajet lumineux rectiligne.
- Permet des distances beaucoup plus longues (jusqu'à des dizaines de kilomètres).
- Souvent utilisé pour les réseaux longue distance (WAN), liaisons inter-bâtiments, opérateurs télécoms.
- Multimode (MMF) :
- Cœur plus large (50 µm ou 62,5 µm).
- Plusieurs modes de propagation de la lumière.
- Plutôt adapté aux courtes distances (quelques centaines de mètres), usage LAN/datacenter.
2.2. Principaux types de connecteurs
- LC (Lucent Connector) : Petit facteur de forme (souvent appelé "petit SC"), très utilisé sur les équipements récents et les modules SFP/SFP+.
- SC (Subscriber Connector) : Connecteur plus ancien, relativement gros, encliquetable.
- ST (Straight Tip) : À verrouillage par baïonnette, plus ancien.
- MPO/MTP : Connecteurs multifibres (8, 12, 24 fibres) utilisés dans les réseaux très hauts débits (40G, 100G, etc.) et dans les datacenters.
3. Modules SFP, SFP+ et transceivers
3.1. Qu'est-ce qu'un SFP/SFP+ ?
- SFP (Small Form-Factor Pluggable) : Module enfichable permettant de convertir un signal électrique (au niveau du switch ou routeur) en signal optique (au niveau du câble fibre) ou inversement.
- SFP+ : Évolution du SFP, supportant des débits jusqu'à 10 Gbit/s (voire plus : 16 Gbit/s en Fibre Channel).
- Autres variantes :
- QSFP (Quad SFP) : Pour les débits 40 Gbit/s et plus (QSFP+ ou QSFP28 pouvant aller à 100 Gbit/s).
- XFP : Ancien standard 10 Gbit/s (moins répandu aujourd'hui).
3.2. Transceivers fibre-RJ45
Certains modules SFP ou SFP+ sont "copper" (cuivre) et permettent de connecter une interface RJ45 directement sur un port SFP/SFP+ d'un switch. On trouve également des media converters (ou convertisseurs de médias) qui se présentent comme de petits boîtiers ayant :
- D'un côté un port fibre (SFP, LC, SC, etc.),
- De l'autre côté un port RJ45 (Cuivre).
Ils permettent ainsi de convertir une liaison fibre en liaison cuivre (Ethernet).
3.3. Distinctions entre SFP et transceivers RJ45
- Les SFP (optique) permettent des débits jusqu'à 1 Gbit/s (SFP) et 10 Gbit/s (SFP+), avec différentes portées selon qu'il s'agisse de modules monomode ou multimode.
- Les modules SFP RJ45 (aussi appelés SFP cuivre) sont pratiques pour convertir un port fibre d'un switch en port RJ45 ; cependant, leur portée reste généralement limitée à 100 m (standard cuivre) et ils peuvent chauffer plus (car la conversion est effectuée dans un module de petite taille).
4. Coûts et considérations économiques
4.1. Coût des câbles et transceivers
- Les fibres monomodes et multimodes ont un coût à l'achat souvent plus élevé que le cuivre (CAT5e, CAT6, etc.), surtout si l'infrastructure fibre n'existe pas déjà.
- Les transceivers SFP/SFP+ peuvent varier du simple au triple en fonction de la marque (Cisco, HP, Juniper, compatibles "génériques"...) et du type (SR, LR, ER...).
- Les modules SFP/SFP+ génériques (OEM) sont souvent moins chers que ceux vendus par les constructeurs (Cisco, HP...) mais peuvent nécessiter certaines manipulations (compatibilité firmware, etc.).
4.2. Coût d'un commutateur optique vs commutateur Ethernet
- Commutateur Ethernet classique : Ports RJ45 intégrés, généralement moins cher, surtout pour des débits de 1 Gbit/s.
- Commutateur avec ports SFP (ou SFP+) : Plus onéreux, car il nécessite des transceivers en plus et il est souvent orienté vers des usages pro/industriels ou datacenter.
- Pour le 10 Gbit/s et au-delà, la fibre devient souvent moins chère sur le long terme (moins de câbles encombrants, meilleure évolutivité), bien que l'investissement initial puisse être plus élevé.
4.3. Exemple de prix indicatifs (évolutifs)
- Switch 1 Gbit/s simple (24 ports RJ45 + 2 SFP) : de 200 à 600 EUR pour du milieu de gamme.
- Switch 10 Gbit/s avec ports SFP+ (8 à 12 ports) : de 600 à 2000 EUR pour du milieu/haut de gamme.
- Transceiver SFP+ (10 Gbit/s) : 40-60 EUR pour du générique, 200-400 EUR pour du constructeur officiel.
- Module SFP cuivre : 30-100 EUR en générique, plus cher en constructeur officiel.
Tout dépend, bien entendu du niveau de fonctionnalités des commutateurs choisis.
Pour des commutateurs non gérés (impossibles à administrer -> Imposant une topologie en étoile), les tarifs en optique sont généralement très abordables (8 ports SFP+ = 90€)
5. Marques principales et écosystème
5.1. Équipements réseaux (commutateurs, routeurs)
- Cisco : Leader historique, large gamme (Catalyst, Nexus...).
- Juniper : Présent surtout dans les environnements opérateurs et datacenters.
- HP/Aruba : Gamme professionnelle (Aruba 2930, 3810, etc.).
- Arista : Spécialisé datacenter haut de gamme.
- Dell (PowerSwitch) : Propose du matériel compétitif pour entreprise.
- Ubiquiti : Pour PME et environnement prosumers, tarifs attractifs.
5.2. Fabricants de transceivers
- Finisar (II-VI), Avago (Broadcom), Intel, Mellanox (NVIDIA), Fiberstore (FS), OEM génériques : Fournissent des transceivers compatibles avec la plupart des constructeurs.
5.3. Compatibilité et "verrouillage"
Certains constructeurs (ex. Cisco) implémentent des check firmware (ID EEPROM) pour valider que le transceiver est "officiel". Les transceivers OEM "100% compatibles" existent, mais il faut vérifier la compatibilité logicielle.
6. Avantages et inconvénients d'un réseau fibre
6.1. Avantages
- Capacité élevée : Permet des débits allant jusqu'à 10 Gbit/s, 40 Gbit/s, 100 Gbit/s, et même au-delà.
- Longue distance : Moins de limitations que le cuivre, possibilités de liaisons à plusieurs kilomètres.
- Fiabilité et sécurité : Sensible uniquement aux coupures physiques, bonne protection contre les interférences.
6.2. Inconvénients
- Coût initial : Déploiement plus cher, besoin de switchs équipés (ports SFP/SFP+, QSFP, etc.).
- Complexité de mise en œuvre : Outils de soudure/épissure, besoin d'un personnel formé.
- Fragilité : Les câbles en verre doivent être manipulés avec soin.
7. Points clés à retenir
- Choisir le bon type de fibre : Monomode pour les longues distances, multimode pour les courtes distances (datacenter, campus).
- Identifier les besoins en débit : 1 Gbit/s, 10 Gbit/s, 40/100 Gbit/s...
- Vérifier la compatibilité des transceivers : Marque constructeur ou OEM, attention aux firmware.
- Tenir compte de l'infrastructure existante : Budget, distance, environnement (perturbations EMI).
- Considérer la maintenance et l'évolution : La fibre est un investissement à long terme, surtout pour les débits élevés.
8. Plan d'étude / Approfondissement
- Comprendre la physique de la fibre (réflexion, réfraction, modes de propagation).
- Étudier les normes Ethernet sur fibre : 100BASE-FX, 1000BASE-SX/LX, 10GBASE-SR/LR/ER, 40G, 100G...
- Se familiariser avec le câblage : Boîtes de raccordement, jarretières optiques, épissures.
- Pratiquer la manipulation et la soudure (épissure de fibre, utilisation d'une cliveuse et d'une soudeuse).
- Exploiter les outils de diagnostic (photomètre, OTDR -- Optical Time Domain Reflectometer -- pour mesurer la perte et localiser les défauts).
- Comparer les solutions cuivre/fibre selon les projets (TCO -- Total Cost of Ownership).
En résumé
La fibre optique constitue un choix de prédilection pour les infrastructures réseau nécessitant des débits élevés et une grande fiabilité sur des distances significatives. Les modules SFP, SFP+ et autres transceivers offrent une flexibilité pour adapter les ports d'un switch à différents types de fibres ou au cuivre. Bien que l'investissement initial soit souvent plus élevé qu'en cuivre, la capacité d'évolution, la performance et la robustesse de la fibre en font une solution pérenne dans le monde professionnel et les datacenters.
En résumé, pour aborder la fibre optique dans les meilleures conditions, il est essentiel de :
- Définir clairement ses besoins (débit, distance, environnement),
- Choisir le type de fibre approprié (SMF ou MMF),
- Vérifier la compatibilité des transceivers,
- Tenir compte des coûts (matériel, installation, maintenance),
- Et anticiper la montée en charge future du réseau.