Ethernet
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Les RESEAUX Réseau ETHERNET Présentation • Le réseau Ethernet prend ses origines dans le RESEAU ALOHA à la fin des année 60. • Réseau radio développé au sein l'université d'Hawaï par Norman Abramson et son équipe pour la communication entre les îles. • Système développé par METCALFE et BOGGS sous le nom d'ETHERNET au sein de Xerox. (METCLAFE futur fondateur de 3COM) Yonel GRUSSON 3 Présentation – Réseau local initialement conçu par Xerox en 1970, puis par le groupe DIX (Digital, Intel, Xerox) en 1978 pour sa diffusion – Plusieurs versions • Ethernet V1 en 1980 • Ethernet V2 en 1982 • Normalisation IEEE 802.3 (1985) – Evolutions des spécifications de départ • câblage (coaxial épais, coaxial fin, paire torsadée –2 puis 4 paires, fibre optique) • débit (10 Mbs –en perte de vitesse-, 100 Mbs – actuellement le plus utilisé-, 1 Gbs –l'avenir procheet 10 Gbs) • Du Half-Duplex vers le Full-Duplex Yonel GRUSSON 4 Plan • • • • Les éléments de l'Ethernet initial Les différents Ethernet à 10 Mbit/s Les débits supérieurs à 10 Mbit/s Les spécifications techniques d'un réseau Ethernet • Ethernet et la norme IEEE 802.3 • Les matériels d'interconnexion Yonel GRUSSON 5 ETHERNET 1- Les éléments de l'Ethernet initial Éléments du réseau • Le réseau est organisé en segments • Segment Ethernet câble jaune transceiver Bouchon de Câble coaxial Câble de liaison terminaison Yonel GRUSSON 7 Raccordement des segments Répéteur Yonel GRUSSON 8 Raccordement des segments Segment de câble Coaxial épais Transceiver (MAU) Connecteur 15 broches Répéteur Carte d'interface Ethernet Yonel GRUSSON Câble de transceiver (AUI) 9 Éléments du réseau Couche Physique – Ligne de communication = le BUS • câble coaxial (câble jaune) • bouchons de terminaison – ferme le coaxial sur son impédance caractéristique – évite les réflexions d'onde Yonel GRUSSON 10 Éléments du réseau Couche Physique – Raccordement au bus • carte réseau Ethernet sur la station • câble de liaison (AUI = Attachment Unit Interface) - Indépendant du support – relie la carte réseau Ethernet au TRANSCEIVER (attachement AUI) – comprend 4 paires (émission, réception, collision, alimentation) Yonel GRUSSON 11 Éléments du réseau Couche Physique – Raccordement au bus • TRANSCEIVER (MAU = Medium Access Unit) pour générer le signal sur le réseau – connexion au câble coaxial par prise vampire – envoie sur le coaxial les données présentes sur la ligne émission du câble de liaison Yonel GRUSSON 12 Éléments du réseau Couche Physique – Raccordement au bus • TRANSCEIVER – reçoit les données transmises sur le coaxial et les fournit sur la ligne réception du câble de liaison – détecte les collisions (superposition de signaux) et en informe la station sur la ligne collision du câble de liaison Yonel GRUSSON 13 Éléments du réseau Couche Physique – Connectique • câble de liaison (Drop cable) :prise DB 15 • câble coaxial :prise vampire – Transmission en bande de base (code Manchester) Yonel GRUSSON 14 Éléments du réseau Mais… • Pas de notion de priorité • Pas de gestion des erreurs • Pas de Full-Duplex • Pas de contrôle de séquencement • Pas de régénération du signal par les stations • Non déterministe Yonel GRUSSON 15 Éléments du réseau Couche Liaison – Chaque station a une adresse unique = @ MAC – Méthode d'accès à compétition • écoute du canal: CSMA = Carrier Sense Multiple Access • détection de collisions: CD = Collision Detection – Protocole utilisé • sans connexion • sans acquittement • sans contrôle de flux Yonel GRUSSON 16 Évolution • Cette configuration initiale a évoluée vers : – Le coaxial fin – la paire torsadée – la fibre optique On parlera de "Topologie Physique" • Quelque soit le support les principes initiaux de la signalisation ont été conservés. On parlera de "Topologie de signalisation" Yonel GRUSSON 17 ETHERNET 2 - Les différents Ethernet à 10 Mbit/s Dénomination des différents Ethernet • <V> <T> <D> Distance ou type de support Transmission (Base = Baseband) Vitesse de transmission en Mbit/s • 10 Base 5 : Thick Ethernet • 10 Base 2 : Thin Ethernet (ou cheapernet) • 10 Base T : Ethernet sur paires torsadées • 10 Base FL : Ethernet sur fibre optique Yonel GRUSSON 19 Thick Ethernet 10 Base 5 Yonel GRUSSON • 10 Mbit/s sur topologie en bus • raccordement des stations au câble coaxial par : – câble de liaison (50 m max.) – transceiver (émetteurrécepteur) • longueur maximale d’un segment 500m • distance minimale entre deux transceivers = 2,5 m • 100 transceivers par segment • 3 segments maximum avec 2 liaisons inter-répéteurs (IRL) sans aucune station. • distance maximale entre deux stations = 2500 m si les IRL sont en coaxial 20 Thick Ethernet 10 Base 5 • câble coaxial RG8 dit câble jaune – impédance = 50 – 10 mm – rayon de courbure = 25 cm – atténuation 8,5 dB/100m à 10 Mhz • câble de liaison: – connecteurs DB15 (prise AUI) – 4 paires torsadées (émission, réception, collision, alimentation) – raccordement sur câble coaxial par prise vampire • bouchon de terminaison 50 Yonel GRUSSON 21 Thin Ethernet 10 Base 2 • 10 Mbit/s sur topologie en bus • transceiver intégré dans la carte • distance minimale entre deux stations = 0,5m • longueur maximale d’un segment = 185m • 30 transceivers par segment • 3 segments maximum avec 2 liaisons inter-répéteurs (IRL) sans aucune station • distance maximale entre deux stations de deux segments différents = 925 m Yonel GRUSSON 22 Thin Ethernet 10 Base 2 • • • • • • • Yonel GRUSSON câble RG58 simple ou double blindage impédance = 50 4,6 mm rayon de courbure = 5 cm atténuation 4,6 dB/100m à 10 Mhz connecteurs BNC: – raccord droit – raccord en T – prise à souder ou à sertir – bouchon de terminaison 50 23 Ethernet 10 Base T • 10 Mbit/s • Topologie physique arborescente • Topologie logique en bus avec un CONCENTRATEUR (Hub) • Topologie en étoile avec un COMMUTATEUR (Switch) –très rare à cette vitesse- • Distance maximale d’une station au hub = 100 m (ou entre 2 Hubs) • Liaison de la station au hub en paires torsadées (T pour twinax) blindées (STP) ou non blindées (UTP pour Unshielded Twisted Pair) - 2 paires Yonel GRUSSON • Règle du 5 – 3 - 2 24 Ethernet 10 Base T • Interconnexion des hubs – en cascade par un port RJ 45 de cascade, ou par un port RJ 45 normal avec fils croisés (nombre de cascades limité 4) – sur un backbone en coaxial (sortie AUI ou BNC); le hub compte alors pour un transceiver • Hub manageable (agent SNMP) – surveillance et configuration à distance • Hubs empilables ("stackables") – interconnectés par un bus propriétaire – ne comptent que pour un seul Yonel GRUSSON 25 Ethernet 10 Base T • Câble de paires torsadées (Cat. 3) – une paire en transmission – une paire en réception – blindées ou non (UTP) – torsadées pour limiter la diaphonie • impédance = 100 • 0,4 à 0,6 mm pour chaque conducteur • atténuation 11,5 dB/100m entre 5 et 10 Mhz • connecteur RJ45 Yonel GRUSSON 26 Ethernet sur fibre optique • FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link): • Liaison point à point uniquement entre 2 équipements optiques actifs: – entre répéteurs: IRL (Inter Repeater Link) – entre ponts – entre un répéteur et un transceiver – entre deux transceivers • cœur = 62,5 m et gaine = 125 m • Longueur d'onde 850 m • Atténuation max. de 4 dB/km à 850 m • Une fibre pour chaque sens de transmission • Portée de 1 Km • Connecteurs de type ST Yonel GRUSSON 27 Ethernet sur fibre optique • 10 Base FL: – norme du comité 802.3 de l'IEEE – remplace la norme FOIRL – spécifications identiques à FOIRL mais longueur d'un segment point à point portée à 2 km Yonel GRUSSON 28 Petit Résumé Désignation Long. Maxi. du segment Nbre Maxi. de nœuds par segment Type de câble Connecteur Yonel GRUSSON Ethernet épais Ethernet Fin Ethernet Paire Torsadée Ethernet Fibre Optique 10 Base 5 10 Base 2 10 Base T 10 Base FL 100 m 500 m 185 m (200 m avec cat. 5 haute qualité) 1000/2000 m 100 30 2 2 RG58 Coaxial Paire torsadée non blindée Cat. 3 Fibre Multimode 62,5/125 BNC RJ-45 ST RG8 Coaxial 29 ETHERNET 3 - Les débits supérieurs à 10 Mbit/s Ethernet rapide • Réseaux à grande vitesse – Les limites de Ethernet 10 Mbit/s sont maintenant atteintes en entreprise : • Émergence de nouvelles applications consommatrices de bande passante: clientserveur, intranet, applications multimédia et terminal/serveur, etc. • Le nombre de machines connectées augmentent (extension du domaine de collision) • La segmentation avec des ponts s'avère parfois insuffisante. Yonel GRUSSON 31 Ethernet rapide Plusieurs solutions haut débit proposées Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet (IEEE 802.3u) Giga Ethernet (IEEE 802.3z et IEEE 802.3ab) 10 Giga Ethernet (IEEE 802.3ae) Yonel GRUSSON 32 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Cet Ethernet utilise les mêmes principes qu’Ethernet 10 Mbits/s mais 10 fois plus vite (voir plus loin) : Temps bit 10 ns 0,96 µs d ’IFS Durée de la trame >= 5,12 µs • Mais le codage Manchester n'est plus utilisable pour des vitesses supérieures à 10 Mb/s. Yonel GRUSSON 33 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Plusieurs types de supports sont possibles (abandon du coaxial) : 100 Base T4 : Câble UTP de catégorie 3 et 4. La transmission se fait sur 4 paires (au lieu de 2 en 10 base T). Permet d'utiliser du câble 10 base T en 100 base T. Yonel GRUSSON 34 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Plusieurs types de supports sont possibles : 100 Base TX : câble UTP de catégorie 5. La transmission se fait sur 2 paires. 100 Base FX (Fibre optique) : Cette norme exige le même matériel que le 10 Base FL sauf que la longueur du segment est portée à 412 mètres. • 100 Base TX et 100 Base FX sont regroupées sous l'appellation commune 100 Base X. Yonel GRUSSON 35 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Ethernet 100 Mbits/s sur Paires Torsadées • Méthode d'accès CSMA/CD • Connecteurs RJ45 • Autorise un mode full-duplex avec un câblage 100 Base TX (émission et réception en même temps). Attention tous les équipements connectés doivent supporter ce mode. Suppression des collisions (voir plus loin). • Adaptateurs 10/100 Mbit/s • 100 % compatible avec Ethernet 10 Mbit/s Yonel GRUSSON 36 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Ethernet 100 Mbits/s sur fibre Optique • Liaison point à point • Full-duplex – émission et réception séparée – pas de collision (car point à point) • Distance atteinte – avec fibre multimode : Émission à quelques kilomètres sans régénérer le signal. – avec fibre monomode : Émission à plusieurs dizaines de kms. • Connecteur ST • Méthode d'accès CSMA/CD Yonel GRUSSON 37 Petit résumé Type 10 Base T câblage UTP 2 paires UTP 2 ou 4 paires UTP 4 paires catégorie 3,4,5 5 3,4,5 Norme 802.3 802.3u 802.3u débit 10 Mbit/s 100 Mbit/s 100 Mbit/s méthode d'accès CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD Yonel GRUSSON 100 Base TX 100 Base T4 38 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Problèmes posés par les débits élevés : Les longues suites de 0 posent le problème du maintien d'un signal clair et discriminant. La synchronisation devient difficile sur la simple observation du signal. Yonel GRUSSON 39 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Solutions proposées : Utilisation du signal à plusieurs niveaux (MLT-3 par exemple) Codage par bloc nB/mB (4B/5B par exemple ) – Les bits à transmettre sont découpés en blocs de n bits. – A chaque bloc de n bits est associé un bloc de m bits (avec m > n) – Il est ainsi possible de maîtriser les séries de 0 et 1 transmises. 40 Yonel GRUSSON Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Codage bloc 4B/5B suivi d'un signal : – NRZI pour Ethernet 100 Mb/s FX – MLT-3 pour Ethernet 100 Mb/s TX • Codage bloc 8B/6T – Utilisé par Ethernet 100 Mb/s T4 Yonel GRUSSON 41 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Le codage 4B/5B : Pour éviter les longues suites de 0 on utilise la technique du transcodage 4B/5B (extrait) Groupe de 4 bits 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 Yonel GRUSSON Symbole 5 bits 11110 01001 10100 10101 01010 01011 01110 01111 Groupe de 4 bits 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Symbole 5 bits 10010 10011 10110 10111 11010 11011 11100 11101 42 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Transcodage 4B/5B • La suite binaire à transmettre ne comporte pas plus deux 0 consécutifs, ce qui la rend plus facile à transmettre un fois codée en NRZI ou MLT3. Ce type de codage apporte donc la garantie de ne pas avoir à transmettre plus de deux 0 successifs. Par ailleurs ce type de codage laisse un nombre important de mots de 5 bits inutilisés (25 - 24), il reste donc des mots pouvant être utilisés pour le contrôle de la transmission. Yonel GRUSSON 43 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Exemple de mots utilisés pour le contrôle de la transmission. 1 1 1 1 1 - Bourrage 1 1 0 0 0 - Délimiteur 1 0 0 0 1 - Délimiteur 0 0 1 1 1 - Reset 1 1 0 0 1 - Set 0 1 1 0 1 - Délimiteur Yonel GRUSSON 44 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Le transcodage 4B/5B peut être suivi par un signal NRZI ou MLT-3 (MultiLevel 3 encoding) • Rappel NRZ : Yonel GRUSSON 45 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Principe du NRZI • On produit une transition du signal pour chaque 1, pas de transition pour les 0. Avec le codage NRZI, on voit que la transmission de longues séries de 0 provoque un signal sans transition sur une longue période ce qui peut provoquer une perte de synchronisation. Yonel GRUSSON 46 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet • Principe du NRZI Yonel GRUSSON 47 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Principe du MLT3 • Dans ce codage, seuls les 1 font changer le signal d’état. Les 0 sont codés en conservant la valeur précédemment transmise. Les 1 sont codés successivement sur trois états : +V, 0 et –V. Le principal avantage du codage MLT3 est de diminuer fortement la fréquence nécessaire pour un débit donné grâce à l’utilisation de 3 états. Pour 100Mbps de débit, une fréquence maximale du signal de 25Mhz seulement est atteinte. Yonel GRUSSON 48 Ethernet 100 Mbits/s ou Fast Ethernet Principe du MLT3 Dans ce codage peuvent apparaître également de longues séries de 0. Yonel GRUSSON 49 Giga Ethernet (1000 Mbits/s) Norme Ethernet Gigabit IEEE 802.3z – 1000 Base X IEEE 802.3ab – 1000 Base T Buts proposer un backbone fédérateur d'accès très rapide concurrencer ATM conserver la méthode d'accès CSMA/CD Yonel GRUSSON 50 Giga Ethernet (1000 Mbits/s) IEEE 802.3z – 1000 Base X Le 1000 base-SX (1000 Mbits/s Short Wave) s’appuie sur un signal laser à onde courte qui autorise une portée de 550 m sur de la fibre multimode. Le 1000 base-LX (1000 Mbits/s Long Wave) opère sur les grandes ondes et étend la portée de 3 à 5 km (distance maximale) sur de la fibre monomode, 440 mètres sur une fibre multimode. Le 1000 base-CX exploite des paires torsadées blindées et limite la distance entre deux nœuds à 25m. Yonel GRUSSON 51 Giga Ethernet (1000 Mbits/s) IEEE 802.3ab – 1000 Base T Une quatrième version, élaborée par le groupe de travail 802.3ab de l’IEEE, fonctionne sur des câbles en paire torsadée non blindée (UTP) de catégorie 5, 5e et 6. Appelée 1000 base-T, elle assure la compatibilité avec la base installée des réseaux Ethernet 10 base-T et des réseaux Fast Ethernet 100 base-T. La portée maximale est de 100 m. Yonel GRUSSON 52 ETHERNET 4 - Les spécifications techniques Technique de transmission • Bande de base en codage Manchester – 1 binaire codé avec front montant – 0 binaire codé avec front descendant – Pour chaque octet: bit de poids faible en tête • 10 Mbit/s : 1 temps bit = 0,1 µs (100 ns). • A 100 Mbit/s : 1 temps bit = 0,01 µs (10 ns) mais avec un codage différent 0 1 + 0,7v + 0,7v - 0,7v - 0,7v 50 ns Yonel GRUSSON 100 ns 54 Format d'une trame Ethernet préambule @ destination @ source type données FCS Yonel GRUSSON Préambule 7 Octets à AAh et un octet à ABh @ MAC du destinataire sur 6 octets @ MAC de la source sur 6 octets identifie sur 2 octets le protocole de niveau 3 champ de données 46 octets minimum (bourrage si nécessaire) 1500 octets maximum séquence de contrôle sur 4 octets 55 Paramètres de transmission Taille du champ de données : – Minimum : 46 octets (utilisation de bits de bourrage si nécessaire "padding") – Maximum : 1500 octets Donc … Longueur d'une trame : – Minimum : • 64 octets = 6 + 6 + 2 + 46 + 4 sans le préambule • 72 octets = 8 + 6 + 6 + 2 + 46 + 4 avec le préambule Yonel GRUSSON 56 Les champs d'une trame Ethernet Donc … Longueur d'une trame : – Maximum : • 1518 octets = 6 + 6 + 2 + 1500 + 4 sans préambule • 1526 octets = 8 + 6 + 6 + 2 + 1500 + 4 sans préambule Le Préambule (8 octets) Octets utilisés pour la synchronisation 7 octets : 10101010 (AA)h 1 octet délimiteur : 10101011 (AB)h Yonel GRUSSON 57 Les champs d'une trame Ethernet Adresses MAC (6 octets) Chaque station possède une @ MAC – Unique et figée par le constructeur de la carte Ethernet – Chaque constructeur se voit attribuer une plage d'@ MAC La trame contient – L'@ MAC de la station destinatrice – L'@ MAC de la station émettrice Adresse particulière de diffusion ("broadcast") – lorsqu'une trame est destinée à toutes les stations du réseau – Valeur utilisée: FF:FF:FF:FF:FF:FF Yonel GRUSSON 58 Les champs d'une trame Ethernet Le champ type (2 octets) Identifie le protocole de niveau 3 utilisateur de la trame Exemples de Valeurs fixées par le RFC 1700 "Assigned Number" – (0800)h IPv4 – (86DD)h IPv6 – (0806)h ARP – (8035)h RARP – (809B)h Apple Talk Yonel GRUSSON 59 Les champs d'une trame Ethernet Le champ données (de 46 à 1500 octets) Une longueur minimum de 46 octets est fixée pour que le signal reste assez longtemps sur le réseau afin que toutes les stations puissent le réceptionner. Contient la PDU du protocole de niveau 3 (Unité de données de protocole). Utilisation de bits de bourrage sans signification (padding) si taille de la PDU < 46 octets. Il n ’y a pas d'interférence au niveau 3, car la PDU contient un champ longueur utile Yonel GRUSSON 60 Les champs d'une trame Ethernet Le champ FCS (4 octets) Frame Check Sequence Reste de la division polynomiale (CRC) des champs : – @ MAC destination et @ MAC source – type – données (avec bits de bourrage s'il y en a) Par le polynôme générateur de degré 32 X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5 +X4+X2+X+1 Le préambule est exclu du calcul Yonel GRUSSON 61 La méthode d'accès CSMA/CD Principes généraux • Toute station doit attendre le silence sur le bus avant d'émettre. CS = Carrier Sense • Le bus est une ressource commune à toutes les stations MA = Multiple Access • Il peut y avoir dans certains cas des collisions, c'est-àdire superposition de signaux CD = Collision Detection • Tout le monde écoute tout le monde • Les stations se disputent le droit d'émettre • En cas de collision: attente d'un temps aléatoire Yonel GRUSSON 62 Principe d'émission d'une trame • La station doit s'assurer que le bus est libre depuis 9,6 µs (ou 0,96 µs à 100 Mb/s) • 9,6 µs (ou 0,96 µs) correspond au Silence Inter Trame (IFS : Inter Frame Spacing). Trame N Trame N + 1 9,6 µs (0,96 µs) Yonel GRUSSON 63 Principe d'émission d'une trame • Si le bus est déjà occupé par une autre communication (présence d'un signal), la station attend jusqu'à ce qu'il redevienne libre. • Si le bus est libre, la station émet la trame Toutes les stations reçoivent la trame Seule la station qui reconnaît son adresse dans le champ @MAC destination traite la trame reçue Yonel GRUSSON 64 Principe d'émission d'une trame • MAIS ….. le délai de propagation du signal n'est pas nul • Une station peut donc détecter le bus "libre" alors qu'une autre trame est en train d'arriver sur le bus COLLISION POSSIBLE Yonel GRUSSON 65 Collision Station A COLLISION Station B Yonel GRUSSON 66 Domaine de Collision Désigne un système Ethernet unique dont les éléments (câble, répéteur, interface de station, etc...) font tous partie du même domaine de signalisation Répéteur Segment A Station Segment B Station Un seul domaine de Collision Yonel GRUSSON 67 Domaine de Collision Concentrateur -Hub Concentrateur -Hub Station Station Station Concentrateur -Hub Concentrateur -Hub Station Station Un seul domaine de Collision Yonel GRUSSON 68 Domaine de Collision L'étendue et l'impact du domaine de collision change avec l'apparition : Les commutateurs L'utilisation du full-duplex (voir plus loin) Yonel GRUSSON 69 Collision • Lorsqu'une collision a été détectée Les stations émettrices arrêtent d'émettre Renforcement de la collision par une séquence de "jam" 32 bits de renforcement minimum et 48 bits maximum permet d'avertir toutes les stations qu'il y a une collision Attente d'un temps aléatoire avant de réémettre (algorithme de repli). Yonel GRUSSON 70 Collision • Algorithme de repli Temps d'attente sera R * 51,2 µs avec R = nombre aléatoire tiré dans [0, 2k[ ou k = min(N,10) ; k prend une valeur égale à la plus petite valeur entre 10 et le nombre de tentatives d'émission de la trame (N). N est limité à 16. k =10 pour les 6 dernières tentatives. Après 16 tentatives l'émission est abandonnée. (cf. plus loin pour le coefficient 51,2 µs) Yonel GRUSSON 71 Collision • Cas limite de détection d'une collision – On considère 2 stations A et B les plus éloignées du réseau. – A émet – B émet juste avant que le trame de A ne lui arrive. Une collision intervient entre les 2 trames. B A Trame de A Yonel GRUSSON Trame de B 72 Collision B A Trame de A Trame de B • B détecte la collision et la renforce à l'aide à l'aide d'un séquence de jam. • La trame brouillée revient vers la station A. Pour que A soit concernée par cette collision, il faut qu'elle n'est pas terminé de transmettre. En effet une fois la transmission terminée une station n'a plus aucune raison d'observer le support. Yonel GRUSSON 73 Collision A B Trame de A Trame de B • La collision doit donc être détectée avant que la station A n'est transmis intégralement sa trame B A Trame de A Trame de B • Ici la station A est encore à l'écoute du support et perçoit la collision. Yonel GRUSSON 74 Collision • Le temps de propagation d'une trame doit donc être supérieure à 2 fois le temps de propagation nécessaire pour que la trame atteigne l'autre extrémité du câble. • Pour un LAN ayant une longueur maximum de 2500 mètres composé de 4 répéteurs (spécification 802.3 cf. 10 Base 2), l'observation a montré que le temps de propagation aller-retour d'une trame, compte tenu de la propagation au travers des répéteurs, était de 51,2 µs. Yonel GRUSSON 75 Collision • Le temps au bout duquel une station est sûre qu'il n'y a pas eu de collision est appelé le "SLOT TIME" = 51,2 µs (5,12 µs à 100 Mb/s) . SLOT TIME = DELAI D'INSERTION • Ce temps correspond à la propagation ALLER et RETOUR de 512 bits soit 64 octets, taille minimum d'un trame sans préambule (72 - 8) • Débit = 10 Mbit/s • Taille minimale d'une trame sans préambule : 64 octets • 64 * 8 /10000000 = 0,0000512 s soit 51,2 µs Yonel GRUSSON 76 Principe de réception d'une trame • Toutes les stations reçoivent la trame circulant sur le bus • pour chaque station: si la trame est trop courte (collision) ignorer la trame si l'@MAC destination de la trame reçue est incorrecte ( @broadcast ET @MAC station) ignorer la trame Yonel GRUSSON 77 Principe de réception d'une trame • Pour la station destinatrice Si le champ FCS est incorrect Alors ignorer la trame Si la longueur de la trame reçue est incorrecte ( > 1518 sans préambule OU d'un nombre entier d'octets) Alors ignorer la trame Sinon décoder la trame : – la couche Ethernet fournit à la couche supérieure : » soit données transmises » soit un statut d'erreur. Yonel GRUSSON 78 ETHERNET 5 - Ethernet et norme IEEE 802.3 Comité 802 de l'IEEE • IEEE : Institut for Electrical & Electronics Engineers • Normalisation des réseaux locaux – Token Ring 802.5 – Token Passing Bus 802.4 – Ethernet 802.3 Yonel GRUSSON 80 Comité 802 de l'IEEE et les Réseau Locaux Il distingue 2 sous-couches pour la couche 2 du modèle OSI Couche MAC : Medium Access Control Elle gère l'accès au médium qui est propre à chaque type de réseau. Chaque station a une adresse unique @MAC Couche LLC : Logical Link Control Elle définit la classe de protocole de communication Elle est indépendant du type de réseau (norme IEEE 802.2) Yonel GRUSSON 81 La norme 802.3 Apparue en 1985 bien après le document DIX de 1978. S'appuie sur les spécifications d'Ethernet Mais apporte quelques modifications format de la trame Champ type remplacé par un champ longueur des données. Encapsule une trame LLC type 1 dans champ de données Yonel GRUSSON 82 La norme 802.3 Couche Liaison (normalisation IEEE) Couche MAC (Medium Access Control) »méthode d'accès à compétition »écoute du canal: CSMA = Carrier Sense Multiple Access »détection de collisons: CD = Collision Detection Couche LLC (Logical Link Control) Protocole LLC type 1 sans connexion sans acquittement sans contrôle de flux Yonel GRUSSON 83 La norme 802.3 Trois types de service de transmission sont offerts par la sous-couche LLC – LLC Type 1 : Aucune fonction de contrôle d'erreur sur les trames n'est effectuée. La couche LLC aiguille les trames vers les protocoles de la couche 3. – LLC Type 2 : Type 1 + contrôle d'erreur + contrôle de séquencement et de flux (identique à HDLC). – LLC Type 3 : Datagramme acquitté. Permet l'acquittement et la réponse automatique. Yonel GRUSSON 84 La trame IEEE 802.3 • Le champ «type de protocole» est remplacé par le champ «longueur» en nombre d'octets du champ de données Longueur minimum : 0 (car padding non compris) soit 0000h Longueur maximum 1500 octets soit 05DCh (voir rfc. 1700) Pas de problème de compatibilité avec une trame Ethernet, en effet, si le champ Type/Long > 1500 nous sommes en présence d’une trame Ethernet sinon il s ’agit d’une trame 802.3. Yonel GRUSSON 85 La trame IEEE 802.3 Ethernet encapsule directement la PDU de niveau 3 dans le champ de données ; Alors que 802.3 encapsule dans le champ de données une trame LLC de type 1 qui va contenir la PDU de niveau 3 Yonel GRUSSON 86 La trame LLC type 1 DSAP 1 octet SSAP 1 octet Commande 1 ou 2 octets Données ou remplissage (46 oct.) • DSAP (Destination Service Access Point): identifie sur un octet le protocole de niveau 3 auquel seront fournies les données de la trame LLC (Type en DIX). • SSAP (Source Service Access Point): identifie sur un octet le protocole de niveau 3 qui a émis la trame LLC. Yonel GRUSSON 87 La trame LLC type 1 DSAP 1 octet SSAP 1 octet Commande 1 ou 2 octets Données ou remplissage (46 oct.) • Commande : Ce champ identifie sur un octet les trames LLC. • Informations : Ce champ contient les données à transmettre avec la PDU du niveau 3 Taille totale trame LLC : compris entre 46 et 1500 octets Yonel GRUSSON 88 La trame LLC type 1 • Valeurs des champs SAP formalisées par l'IEEE, par exemple : • 06h : IP en binaire 00000110 (équivalent Ethernet 0800h) • FEh : ISO X25 en binaire 01111110 (équivalent Ethernet 0805h) • E0h : IPX en binaire 11100000 • Valeurs définies dans RFC 1340 • Valeurs du champ commande En type 2 on retrouve les trames HDLC (trames d'information I, de supervision S et non numérotées U). Yonel GRUSSON 89 La trame LLC type 1 En type 1, le champ de commande est sur 1 octet et correspond à des trames non numérotées pouvant contenir seulement 3 valeurs : • 03h : Trame LLC UI (Unnumbered Information) – Trame qui permet d'envoyer une PDU de niveau 3. Il s'agit donc d'une trame d'information Yonel GRUSSON 90 La trame LLC type 1 En type 1, le champ de commande est sur 1 octet et correspond à des trames non numérotées pouvant contenir seulement 3 valeurs : • F3h : Trame LLC TEST – Trame qui permet de tester un chemin entre deux sous couche. – Elle implique une réponse par une trame TEST • BFh : Trame LLC XID (eXchange Identification) – Trame qui permet de savoir quel service SAP est valable – Elle implique une réponse par une trame XID Yonel GRUSSON 91 Schéma Récapitulatif Couche 1 - Niveau Physique 7 fois 10101010 1 fois 10101011 Silence Inter Trame : 9,6 µs Données MAC IFS : Inter Frame Spacing Couche 2 - Niveau Liaison - Sous couche MAC @MAC @MAC destination Source 6 octets 6 octets Yonel GRUSSON Durée >= 51,2 µs Long. Data 2 oct. C Données R C Bourrage à 46 octets mini. 92 Schéma Récapitulatif Couche 2 - Niveau Liaison - Sous couche MAC @MAC @MAC destination Source 6 octets 6 octets Long. . Data 2 octets C Données C Couche 2 - Niveau Liaison - Sous couche LLC DSAP 1 octet Yonel GRUSSON SSAP 1 octet Commande 1 ou 2 octets Données ou remplissage (46 oct.) 93 802.3 et ETHERNET (DIX) Couche Réseau LLC DSAP MAC Type = DIX SSAP Commande Données Long = IEE 802.3 @MAC @MAC destination Source 6 octets 6 octets Long. Data 2 octets Données Couche Physique Yonel GRUSSON 94 ETHERNET 6 - Matériel d'interconnexion Matériels d'interconnexion Les matériels d’interconnexion servent à ETENDRE la portée des réseaux locaux. L’extension peut concerner : • Le même type de réseau local (interconnecter deux segment Ethernet par exemple). • Des types différents (Une partie Ethernet et un réseau Token-Ring). • Des réseaux locaux par l’intermédiaire de WAN. Yonel GRUSSON 96 Matériels d'interconnexion • LES REPETEURS Relient 2 segments donc augmentent la longueur du réseau. N'ont pas d'ADRESSE MAC Régénèrent et amplifient le signal Reforment si nécessaire le préambule de la trame. N'effectuent aucun filtrage, étendent le domaine de collision. En cas de collision, ils renforcent la collision sur les 2 segments (comme le font les stations) 97 Yonel GRUSSON Matériels d'interconnexion • LES REPETEURS 4 répéteurs maximum entre 2 stations. Peuvent être empilables (compte pour un seul répéteur dans le chemin du signal) Aucune administration Isole un tronçon défaillant - PARTITIONNING (Câble ouvert par exemple) Utilisés actuellement pour interconnecter des médias Ethernet différents (PT à Thin-PT à FB-…) Les segments interconnectés font partie du même domaine de collision. Yonel GRUSSON 98 Matériels d'interconnexion • LES REPETEURS Description dans la : • clause 9 de la norme IEEE 802.3 pour les répéteurs à 10 Mbs • clause 27 de la norme IEEE 802.3 pour les répéteurs à 100 Mbs Les répéteurs fonctionnent au niveau 1 du modèle OSI Yonel GRUSSON 99 Matériels d'interconnexion • LES CONCENTRATEURS (HUBS) Sont des répéteurs destinés à une topologie en bus. Sont multi-ports (4, 6, 8, 12, 16 ou 24 ports). Sont multi-médias (RJ45, BNC, AUI, Fibre). Une trame émise sur un des ports est répercutée sur tous les autres ports. La bande passante est partagée. Peuvent être administrables (agent SNMP) pour effectuer des mesures de trafic et d’erreur. Yonel GRUSSON 100 Matériels d'interconnexion • LES CONCENTRATEURS (HUBS) Sont empilables (Stackables) au moyen d’un câble parallèle. Compte dans ce cas pour un seul répéteur. Les ports peuvent être à 10 Mbits/s ou à 100 Mbits/s sur des hubs différents ou le même hub. Dans les versions les plus évoluées, les hubs sont autocommutables 10/100 Mbits/s (adaptation automatique). Tous les hubs interconnectés (et les stations s’y rattachant) font partie du même domaine de collision. 101 Yonel GRUSSON Matériels d'interconnexion • LES CONCENTRATEURS en 100 Base T Du fait des différences de signalisation entre les réseaux 100 base TX, FX et T4 les hubs sont classés en 2 catégories : CLASSE I Ils sont conçus pour gérer des segments ayant des types de signalisation différents. Ils traduisent le signal entrant dans un format commun puis les retraduisent dans le format sortant. Cette opération allonge les délais de propagation. Yonel GRUSSON 102 Matériels d'interconnexion • LES CONCENTRATEURS (HUBS) CLASSE I Il ne peut y avoir qu'un seul concentrateur de classe I entre deux nœuds. CLASSE II Ces appareils ne supportent qu'un seul type de signalisation. Il peut y avoir 2 concentrateurs de classe II entre deux nœuds mais tous les segments doivent être du même type. Les HUBS fonctionnent au niveau 1 du modèle OSI Yonel GRUSSON 103 Matériels d'interconnexion • LES PONTS Permettent de relier deux segments Ethernet ou deux réseaux locaux de topologie différents. Apprennent manuellement ou automatiquement (learning) les @MAC des stations raccordées afin de filtrer les trames pour les répercutées ou non sur le segment opposé. Séparent les domaines de Collision (filtrent les collisions - pas de propagation d'un réseau sur l'autre) Yonel GRUSSON 104 Matériels d'interconnexion • LES PONTS @MAC 10 PONT Table @MAC 20 Port 1 Port 2 @MAC 60 Yonel GRUSSON @MAC 30 @MAC 70 Station Port 10 20 30 60 70 80 1 1 1 2 2 2 @MAC 80 105 Matériels d'interconnexion • LES PONTS En cas de non correspondance dans table la trame est transmise sur tous les ports. Sont multi-protocoles au niveau 2 (802.3 et 802.5 par exemple). Possèdent une @MAC (transparente pour les stations). Le pont peut envoyer des trames. Sont administrables à distance. Les «Remote Bridge» permettent de coupler 2 segments distants au moyen d’un modem. Les 2 réseaux reliés forment le même sous réseau IP Yonel GRUSSON 106 Matériels d'interconnexion • LES PONTS Utilisent un algorithme Spanning Tree (d'arbre en expansion) pour éviter dans les réseaux complexes l'apparition de boucles qui entraîneraient une retransmission continuelle du même message. La norme IEEE 802.1D limite à 7 le nombre ponts dans le chemin entre deux stations quelconques. Les PONTS fonctionnent au niveau 2 du modèle OSI Yonel GRUSSON 107 Matériels d'interconnexion • LES COMMUTATEURS (SWITCHS) Peuvent être considérés comme des Ponts Multiports. Apprend dynamiquement les @Mac des appareils qui sont connectés sur ses ports. Forme un domaine de collision séparé sur chacun de ses port. Ne partage pas la bande passante Yonel GRUSSON 108 Matériels d'interconnexion • LES COMMUTATEURS (SWITCHS) – Les commutateurs adaptent la vitesse (10/100) et le mode de fonctionnement (half ou full-duplex) de ses ports aux appareils connectés. Auto-négociation avec l'interface réseau des stations Les COMMUTATEURS fonctionnent au niveau 2 du modèle OSI Yonel GRUSSON 109 Matériels d'interconnexion • LES COMMUTATEURS (SWITCHS) La commutation consiste à analyser l'@MAC du destinataire de la trame 802.3 reçue et à l'aiguiller sur le port correspondant en sortie Deux techniques de commutation: • «one the fly»: le commutateur n'analyse la trame que jusqu'au champ @MAC destination mais transmet même les trames erronées • «store and forward»: le commutateur analyse toute la trame et la commute ensuite si elle est bonne mais augmente le temps de latence Yonel GRUSSON 110 Les réseaux commutés On appellera réseau Ethernet commuté un réseau local "construit" autour de commutateurs (switchs) Commutateur – Switch Commutateur – Switch Station Commutateur – Switch Commutateur – Switch Station Station Station Station Yonel GRUSSON 111 Les réseaux commutés L'apparition des commutateurs a permis : de résoudre la multiplication des collisions apparue avec l'extension du parc de construire des réseaux plus étendus en "supprimant" les domaines de collision et en se libérant du slot-time. de mettre en place des VLAN d'optimiser le trafic avec le mode fullduplex Yonel GRUSSON 112 Les réseaux commutés Le mode full-duplex : • Ce mode n'est possible qu'avec un support qui n'est plus partagé (point à point*) entre 2 points du réseau (station – switch) • La transmission est en réception et émission simultanée sur des canaux distincts (paires torsadées ou fibres optiques) • Ce mode double le débit nominal (200 MBs, 2Gbs,…) * Attention : Ethernet reste un réseau en diffusion. Les switchs n'ont pas de fonction de routage Yonel GRUSSON 113 Matériels d'interconnexion • LES ROUTEURS Sont conçus pour relier plusieurs technologies de réseau ; Sont utilisés par les WAN. Séparent totalement l'administration des différents réseaux. Travaillent au niveau du réseau (couche 3 de l'OSI). N'utilisent pas les @MAC mais des adresses logiques (Adresse IP par exemple). Yonel GRUSSON 114 Matériels d'interconnexion • LES ROUTEURS – Possèdent des fonctions de routage (statique ou dynamique) – Sont multi-protocole au niveau 3 et 4 (TCP/IP, IPX/SPX, X25, etc.) – Sont Administrables à distance (agent SNMP : Simple Network Management Protocol) Les ROUTEURS fonctionnent au niveau 3 du modèle OSI Yonel GRUSSON 115 Matériels d'interconnexion • LES ROUTEURS fonctionnent point à point Réseau A Réseau 1 ROUTEUR ROUTEUR ROUTEUR Réseau 3 Yonel GRUSSON ROUTEUR ROUTEUR Réseau B Réseau 2 116 Matériels d'interconnexion • LES PONTS-ROUTEURS – Réunissent l'avantage des deux : interconnexion de LAN (802.3, 802.5) et interconnexion de WAN (X25, Frame Relay, RNIS, ATM) – Travaillent en mode pont ou en mode routeur suivant le trafic à acheminer – De la même manière, il existe également des «Commutateurs-Routeurs» Yonel GRUSSON 117 ETHERNET FIN Yonel GRUSSON 119 Yonel GRUSSON 120 Yonel GRUSSON 121 Yonel GRUSSON 122 Yonel GRUSSON 123 Yonel GRUSSON 124 Yonel GRUSSON 125 Yonel GRUSSON 126
