CCNA 1 - Module 07 - Technologies Ethernet

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CCNA 1 - Module 07 - Technologies Ethernet
Ethernet est la plus populaire des technologies LAN, principalement en raison de la facilité de sa mise en
œuvre. Cette réussite est également due à sa flexibilité, qui lui a permis d'évoluer en fonction des besoins et des
capacités des médias. Ce module présente de façon détaillée les principaux types de réseaux Ethernet. L'objectif est de
permettre aux étudiants de déterminer les points communs à toutes les formes de ce réseau.
Les modifications apportées au réseau Ethernet ont considérablement amélioré le réseau Ethernet 10 Mbits/s
du début des années 80. La technologie Ethernet 10 Mbits/s standard n'a pratiquement pas évolué jusqu'en 1995, lorsque
l'IEEE a présenté une norme pour un réseau Fast Ethernet 100 Mbits/s. Ces dernières années, l'évolution de la vitesse
des médias s'étant encore accrue, la technologie Gigabit Ethernet a supplanté Fast Ethernet. Et il n'aura fallu que trois
ans pour voir apparaître les normes associées à cette nouvelle technologie. Une version Ethernet plus rapide, appelée
«10 Gigabit Ethernet», est maintenant largement disponible, et des versions permettant des débits encore plus élevés
vont être élaborées.
Les adresses MAC, le réseau CSMA/CD et le format de la trame n'ont pas évolué depuis les premières versions
de la technologie Ethernet. Cependant, d'autres aspects de la sous-couche MAC, de la couche physique et du support
ont été perfectionnés. Les cartes réseau à base de cuivre de 10, 100 ou 1 000 Mbits/s sont désormais très répandues. Les
commutateurs Gigabit et les ports de routeurs deviennent la norme dans les locaux techniques. La fibre optique
permettant de prendre en charge la technologie Gigabit Ethernet s'est généralisée pour les câbles de backbone dans la
plupart des nouvelles installations.
Ce module se rapporte à des objectifs spécifiques des examens de certification CCNA 640-801, INTRO 640-821 et
ICND 640-811.
À l'issue de ce module, les étudiants seront en mesure d'effectuer les actions suivantes:
 Décrire les différences et les points communs entre 10BASE5, 10BASE2 et 10BASE-T Ethernet.
 Définir le codage Manchester.
 Énumérer les facteurs qui affectent les délais d'un réseau Ethernet.
 Énumérer les paramètres du câblage 10BASE-T.
 Décrire les principales caractéristiques et variétés d'un réseau Ethernet 100 Mbits/s.
 Décrire l'évolution d'Ethernet.
 Expliquer les méthodes MAC, les formats de trame et le processus de transmission de Gigabit
Ethernet.
 Décrire les utilisations de médias et de codage spécifiques avec la technologie Gigabit Ethernet.
 Identifier les broches et le câblage propres aux différentes mises en œuvre de Gigabit Ethernet.
 Décrire les différences et les points communs entre les technologies Gigabit et 10 Gigabit Ethernet.
 Présenter les considérations de base relatives à l'architecture des technologies Gigabit et 10 Gigabit
Ethernet.
7.1 - Ethernet 10 Mbits/s et 100 Mbits/s
7.1.1 - Ethernet 10 Mbits/s
Les technologies Ethernet 10BASE5, 10BASE2 et 10BASE-T sont considérées comme les versions initiales
d'Ethernet. Elles ont en commun quatre caractéristiques, à savoir les paramètres de synchronisation, le format de la
trame, les processus de transmission et la règle de conception de base.
La figure présente les paramètres d'Ethernet 10 Mbits/s. Ethernet 10 Mbits/s et les versions plus lentes sont
asynchrones. Chaque station de réception utilise huit octets d'informations sur la synchronisation afin de synchroniser
son circuit de réception avec les données entrantes. Les technologies 10BASE5, 10BASE2 et 10BASE-T disposent
toutes des mêmes paramètres de synchronisation. Exemple : durée d'un bit à 10 Mbits/s = 100 nanosecondes (ns) = 0,1
microseconde = un dix millionième de seconde. Cela signifie que sur un réseau Ethernet de 10 Mbits/s, le transfert d'un
bit au niveau de la sous-couche MAC dure 100 ns.

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Pour toutes les vitesses de transmission Ethernet de 1 000 Mbits/s ou plus lentes, la transmission ne peut pas
dépasser la durée définie. Cette durée est supérieure au temps théoriquement nécessaire pour aller d'une extrémité à
l'autre du domaine de collision Ethernet traditionnel le plus important, entrer en collision avec une autre transmission au
tout dernier instant et renvoyer les fragments de collision à la station émettrice afin d'être détectés.
Les normes 10BASE5, 10BASE2 et 10BASE-T présentent aussi le même format de trame.
Le processus de transmission de la version Ethernet initiale est identique jusqu'à la partie inférieure de la
couche physique OSI. Lorsque la trame passe de la sous-couche MAC à la couche physique, d'autres processus se
produisent avant que les bits ne soient déplacés de la couche physique vers le support. Le signal d'erreur de qualité de
ligne est un processus important. Il s'agit d'une transmission renvoyée au contrôleur par un émetteur-récepteur pour lui
indiquer si les circuits de collision sont opérationnels. Ce signal d'erreur est également appelé « pulsation ». Il est
destiné à résoudre le problème qui se produit dans les versions précédentes d'Ethernet lorsqu'un hôte ne sait pas si un
émetteur-récepteur est connecté. Ce signal est toujours utilisé en half-duplex. Son utilisation en full duplex est possible,
mais pas indispensable. Il est actif dans les cas suivants:
 Dans un délai de 4 à 8 microsecondes après une transmission normale pour indiquer que la trame de
sortie a été correctement transmise.
 En cas de collision sur le support.
 En cas de signal incorrect sur le support, tel qu'une erreur de message trop long, ou de réflexion due
à un court-circuit.
 Lorsqu'une transmission a été interrompue.
Toutes les formes Ethernet de 10 Mbits/s récupèrent les octets provenant de la sous-couche MAC et lancent un
processus appelé « codage de ligne ». Le codage de ligne décrit le type de signalement des bits sur le câble. Le codage
le plus simple comporte des caractéristiques de synchronisation et des propriétés électriques qui ne sont pas adaptées.

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Par conséquent, les codes de ligne ont été élaborés avec des propriétés de transmission plus appropriées. Cette
forme de codage utilisée dans les systèmes de 10 Mbits/s est appelée «codage Manchester».
Le codage Manchester utilise la transition au milieu de la fenêtre de synchronisation pour déterminer la valeur
binaire de cette période de bits. Pour le premier exemple de la figure , la valeur du signal transite vers une valeur
inférieure et est alors interprétée en tant que zéro binaire. Pour le deuxième exemple, la valeur du signal transite vers
une valeur plus élevée et est interprétée en tant que 1 binaire. Le troisième exemple présente une séquence binaire en
alternance. Lorsque les données binaires alternent, il n'est pas nécessaire de revenir au voltage précédent avant la
période de bits suivante. Les ondes du graphique indiquent que les valeurs de bits binaires sont déterminées d'après le
sens de la modification dans une période de bits. Les niveaux de voltage au début et à la fin d'une période de bits ne
sont pas utilisés pour déterminer les valeurs binaires.
Les caractéristiques de l'architecture des technologies Ethernet initiales présentent plusieurs points communs.
Les réseaux comportent généralement plusieurs types de médias. La norme permet de garantir l'interopérabilité. La
conception générale de l'architecture est plus importante dans les réseaux de médias mixtes. Il est en effet plus facile de
dépasser les délais maximums lorsque le réseau devient étendu. La synchronisation est fonction des types de paramètres
suivants:
 La longueur de câble et le délai de propagation.
 Le délai des répéteurs.
 Le délai des émetteurs-récepteurs.
 La réduction des vides intertrames.
 Les délais au sein de la station.
La fenêtre temporelle de la technologie Ethernet de 10 Mbits/s se caractérise par un ensemble pouvant
comprendre jusqu'à cinq segments séparés par un maximum de quatre répéteurs. Cette règle est appelée « règle 5-4-3 ».
Ces ensembles ne peuvent pas utiliser plus de quatre répéteurs entre deux stations. De même, trois segments maximum
peuvent être remplis entre deux stations.
7.1.2 - 10BASE5
Son intérêt réside dans le fait qu'il a été le premier support utilisé pour Ethernet. Il a également été inclus dans
la norme 802.3 d'origine. Le principal avantage du câble 10BASE5 était sa longueur. On le trouve encore dans les
anciennes installations. Il n'est pas recommandé pour les nouvelles installations. Les systèmes 10BASE5 sont peu
onéreux et ne nécessitent aucune configuration. Ils présentent toutefois deux inconvénients : les composants de base tels
que les cartes réseau sont très difficiles à trouver et ils sont sensibles à la réflexion des signaux sur le câble. Les
systèmes 10BASE5 constituent également un point de défaillance unique.
Ils utilisent le codage Manchester et comportent un conducteur central rigide. Chaque segment de câble coaxial épais
peut avoir une longueur de 500 m. Le câble est large, lourd et difficile à installer. Cependant, les limitations sur la
distance d’utilisation étaient favorables et cela a prolongé son utilisation dans certaines applications.
Lorsque le support est un câble coaxial unique, une seule station à la fois peut effectuer un transfert, afin d'éviter tout
risque de collision. Par conséquent, les systèmes 10BASE5 fonctionnent uniquement en mode half-duplex avec un débit
maximum de 10 Mbits/s.
La figure illustre une configuration d'un domaine de collision de bout en bout avec le nombre maximum de segments et
de répéteurs. N'oubliez pas que seuls trois segments peuvent être connectés à des stations. Les deux autres segments
répétés sont utilisés pour étendre le réseau.

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7.1.3 - 10BASE2
Son installation a été plus facile en raison de la taille réduite du système. Il est également plus léger et plus
flexible. La technologie 10BASE2 est toujours employée dans les réseaux existants. À l'instar de la technologie
10BASE5, cependant, elle n'est plus recommandée. Il s'agit d'un système peu coûteux et qui ne requiert pas de
concentrateur.
10BASE2 fait également appel au codage Manchester. Les ordinateurs qui ont recours à un LAN de type
10BASE2 sont liés entre eux par une série ininterrompue de câbles coaxiaux. Ces câbles sont reliés à un connecteur en
T de la carte réseau, avec des connecteurs BNC.
Les systèmes 10BASE2 comportent un conducteur central torsadé. Chacun des cinq segments d'un câble
coaxial fin peut atteindre 185 m de long et chaque station est directement connectée au connecteur BCN en T du câble
coaxial.
Une seule station à la fois peut transmettre, sous peine de collision. Les systèmes 10BASE2 utilisent aussi le
mode half-duplex. Leur débit maximal est de 10 Mbits/s.
Un segment 10BASE2 peut comporter jusqu'à 30 stations. Seuls trois des cinq segments consécutifs entre deux
stations peuvent être remplis.
7.1.4 - 10BASE-T
La technologie 10BASE-T utilisait plutôt des câbles en cuivre UTP de catégorie 3 et non des câbles coaxiaux.
Ce type de câble était en effet moins onéreux et plus facile à installer. Le câble était relié à une unité de connexion
centrale qui contenait le bus partagé. Cette unité était un concentrateur. Ce dernier était au centre d'un ensemble de
câbles reliés aux ordinateurs, tels les rayons d'une roue. C’est ce qu’on appelle la topologie en étoile. Avec l'ajout
d'ordinateurs et l'augmentation des distances, la topologie en étoile étendue est apparue. À l'origine, le système
10BASE-T était un protocole half-duplex, mais des fonctionnalités full duplex ont été ajoutées ultérieurement. La forte
popularité qu'ont connue les réseaux Ethernet entre le milieu et la fin des années 1990 a eu lieu lorsqu'Ethernet a
supplanté la technologie LAN.

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Les systèmes 10BASE-T utilisent également le codage Manchester. Un câble UTP 10BASE-T comporte un
conducteur rigide pour chaque fil. La longueur maximale de câble est de 90 m. Le câble UTP utilise des connecteurs
RJ-45 à huit broches. Bien que le câble de catégorie 3 soit adapté aux réseaux 10BASE-T, les nouvelles installations
doivent utiliser des câbles de catégorie 5e ou supérieure. L'ensemble des quatre paires de fils doit être associé à des
broches T568A ou T568B. Ce type de câblage prend en charge l'utilisation de plusieurs protocoles sans qu'un nouveau
câblage soit nécessaire. La figure illustre la configuration de broches d'une connexion 10BASE-T. La paire qui
transmet des données sur une unité est connectée à celle qui reçoit des données sur l'autre unité.
Le choix du mode half-duplex ou full duplex dépend de la configuration. La technologie 10BASE-T prend en
charge un trafic de 10 Mbits/s en mode half-duplex et de 20 Mbits/s en mode full duplex.
7.1.5 - Câblage et architecture des systèmes 10BASE-T
Une liaison 10BASE-T relie généralement une station à un concentrateur ou à un commutateur. Les
concentrateurs sont des répéteurs multiports et sont pris en compte dans la limite des répéteurs entres les stations
éloignées. Les concentrateurs ne subdivisent pas les segments de réseau en domaines de collision distincts,
contrairement aux ponts et aux commutateurs. La distance maximum entre ponts et commutateurs dépend des
restrictions imposées par les médias.
Bien qu'il soit possible d’interconnecter les concentrateurs, il est préférable d'éviter cette configuration. Dans
un réseau comportant des concentrateurs interconnectés, le délai d'attente maximum entre deux stations risque d'être
dépassé. Lorsque plusieurs concentrateurs sont utilisés, il faut les organiser selon une arborescence hiérarchisée. Pour
de meilleures performances, le nombre de répéteurs utilisés entre les stations doit être réduit.
La figure illustre un exemple d'organisation hiérarchisée. La distance séparant une extrémité du réseau à l'autre
détermine les limites de l'architecture. Il est essentiel de chercher à réduire au maximum les délais d'attente entre des
stations distantes, quels que soient l'architecture et les types de médias. Plus le délai d'attente maximum sera court,
meilleures seront les performances du système.
La longueur sans répéteur des liaisons 10BASE-T peut atteindre 100 m. Bien que cela puisse paraître long,
cette distance est courante dans le cadre du câblage d'un bâtiment.