Chapitre VIII RESEAUX LOCAUX Ethernet

1. Chapitre VIIIRESEAUX LOCAUXEthernet Les Réseaux Informatiques

2. Sommaire Les Réseaux Informatiques • INTRODUCTION • Le modèle OSI et le modèle IEEE • ETHERNET 3.1 ADRESSAGE 3.2 TRAME ETHERNET 3.3 MÉTHODE D’ACCÈS • 3.4 RÈGLES ET LOIS POUR LE RÉSEAU ETHERNET

3. INTRODUCTION

4. Qu'est-ce qu'un réseau Local? Un réseau local est un ensemble de moyens autonomes de calcul (micro-ordinateurs, stations de travail ou autres) reliés entre eux pour s’échanger des informations et partager des resources matérielles (imprimantes, espace disque,…) et logicielles (Programmes, base de données…). Le terme de réseau local (LAN: Local Area Network) définit un système de communication entre unités centrales sur une étendue géographique limitée.

5. LANcaractéristiques • fonctionnent dans une région géographique limitée • permettent à de nombreux utilisateurs d'accéder à des médias à haut débit • offrent aux utilisateurs le partage des accès à des périphériques ou à des applications, l’échange de fichiers et la communication par le biais du courrier électronique ou d’autres applications • interconnectent physiquement des unités adjacentes

7. Le modèle OSI et le modèle IEEE

8. Le modèle IEEE Les Réseaux Informatiques • travaux de normalisation des réseaux locaux ont débuté en 1979 • initiés par l’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) • But • adapter les couches 1 et 2 du modèle OSI (Open System • Interconnection) aux particularités des réseaux locaux • et métropolitains • En février 1980, le groupe de travail a pris le nom de groupe 802 (80 indiquant l’année et 2 indiquant le mois) • But du comité IEEE 802 • développer un standard permettant la transmission de • trames d’information entre deux systèmes différents via • un support partagé

9. Le modèle OSI et le modèle IEEE l ’OSI est un modèle d'interconnexion normalisé à 7 couches, mais l'IEEE ne définit que les 2 premières couches ( physique et liaison). En effet, il n ’existe qu ’un seul chemin possible entre 2 stations. Aucun routage (couche 3) n ’est donc nécessaire dans le réseau local. Par contre, l'OSI peut prendre en compte, à partir de la couche 3, l'interconnexion de réseaux locaux, considérés comme des sous-réseaux.

10. La couche Physique : Le niveau de Signalisation Physique assure l'encodage des données, détection de présence de signal, récupération de l’horloge (synchronisation) ... Le niveau d'Accès Physique au médium (MAU) assure la transmission et la réception des données codées au niveau du bit (par exemple la détection des collisions ). Ce niveau dépend du médium et définit l'interface entre le signal physique et le connecteur . La couche logique (liaison de données) : Le Contrôle de Liaison Logique (LLC): Remplit les fonctions traditionnellement dévolues à la couche liaison (établissement d’un lien logique) Le contrôle d 'accès à la voie (MAC) : Contrôle l’accès partagé au support et le contrôle d’erreur

11. Les Réseaux Informatiques Le modèle IEEE Normes principales IEEE 802 802.1architecture générale du réseau 802.2 Logical Link Control 802.3 CSMA/CD Ethernet 802.4 Token Bus (le bus à jeton) 802.5 Token Ring (LAN IBM) (l’anneau à jeton) 802.6traite les cas des réseaux MAN (1990) 802.7 et 802.8 ne sont pas des normes mais des documents techniques fournis par le TAG (Technical Advisory Group) • aider aux bons choix technologiques • le premier concerne l’utilisation des supports large bande le second concerne la fibre optique 802.9 Integrated Service LAN (IsoEthernet), pour isochrone (temps réel) 802.10 LAN Security (SILS : Standard for Interoperable LAN Security) 802.11 Wireless LAN ou réseau sans fils 802.12 Demand Priority LAN (100VG AnyLAN) 802.14 Cable TV MAN 802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN), bluetooth 802.16 Fixed Broadband Wireless Access (sans fil large bande) Les travaux ayant abouti au sein des sous comité 802.x ont donné lieu à des normes ISO de la série 8802.x (IS 8802.x)

12. ETHERNET

13. ETHERNET Les Réseaux Informatiques

14. ETHERNET Les Réseaux Informatiques • XEROX PARC (Palo Alto Research Center) Conception originale de B. Metcalfe (1976) • PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT : l N stations sur le même support l une station écoute avant d’émettre l si deux stations émettent simultanément, il y a collision l une seule trame à un instant donné l toutes les stations reçoivent la trame émise

15. Rôle de la couche physique • Elle assure 2 fonctions : • Une fonction de connexion décrite par le MAU (Medium Acces Unit) et réalisée par une prise qui dépend essentiellement du support, et du connecteur de la carte interface. • une fonction d'adaptation décrite par le niveau de signalisation physique (Physical Signalling Layer), et réalisée par une interface NIC (Network Interface Controler) qui transforme les signaux logiques binaires, en signaux électriques, optiques … afin de les rendre transportables par le support. Naturellement, cette adaptation est assurée aussi dans l'autre sens. • Suivant la méthode d'accès, elle peut aussi réaliser d'autres fonctions telles que: • détecter l'émission d'une autre station sur le médium (Carrier Sense:détection de la porteuse), alors que la station est en écoute • détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (Collision Detect)

16. Rôle de la couche liaisonTrame • Elle assure aussi 2 fonctions décrites par les 2 sous-couches de l'architecture IEEE : • Une fonction de contrôle d'accès au support décrite dans la sous-couche MAC ( Medium Access Control) et réalisée par un coupleur, qui contrôle les transmissions sur le support, et qui gère la procédure d'accès au support, le formatage des trames, et la détection des erreurs. • Une fonction de contrôle logique, décrite dans la sous-couche LLC (Logic Link Control layer) qui met en oeuvre la procédure d'échange de trames (configuration de la liaison, reprises sur erreurs, contrôle de flux …).

17. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Format des adresses MAC ou adresse physique. • Le constructeur reçoit une adresse dont : - les trois premiers octets sont fixés, code fabricant (Vendor Code) ouOUI (Organizationally Unique Identifier) - les trois suivants étant laissés à sa libre utilisation (numéro du coupleur chez ce constructeur) • Ces adresses Ethernet sont alors unique dans le monde. - Les adresses étaient attribuées par le consortium (DEC, INTEL, XEROX) - C'est maintenant l'IEEE qui distribue ces adresses (1000 $ pour 224 adresses) l 00:00:0C:XX:XX:XX Cisco l 08:00:20:XX:XX:XX Sun l 08:00:09:XX:XX:XX HP

18. • 224 adresses (16 777 216) par fabricant (750 fabricants en 1997) Les adresses IEEE 802.3 ou Ethernet sont codées sur 48 bits (6 octets). l Syntaxe : • 08:00:20:09:E3:D8 ou 8:0:20:9:E3:D8 l Adresse Broadcast(diffusion générale: émettre vers tout le monde): FF:FF:FF:FF:FF:FF l Adresse Multicast: le premier bit d'adresse transmis est égal à 1 (le premier octet de l'adresse est impair) : • 09:00:2B:00:00:0F, 09:00:2B:01:00:00 l Adresse individuelle : comprend le premier bit transmis à 0 (premier octet d'adresse pair) : • 08:00:20:09:E3:D8 ou 00:01:23:09:E3:D5 Une adresse de station individuelle est administrée soit localement soit globalement (U/L:Universally/Localy): l localement : adresse significative que pour le réseau sur lequel elle est connectée; le second bit d'adresse transmis est égal à 1; les 46bits qui suivent sont choisis par l’utilisateur, et ne sont pas nécessairement les numéros du constructeur et du coupleur l globalement : cette adresse est dite universelle et est attribuée par l'organisme IEEE; le second bit d'adresse transmis est égal à 0.

19. (Parenthèse)MODES DE COMMUNICATION Les Réseaux Informatiques Adresse correspondant à un unique destinataire (unicasting) : bit I/G(Individual/Group) à 0 Adresse pour la diffusion générale (broadcasting) : tous les bits à 1 Adresse pour la diffusion restreinte (multicasting:adresse de groupe) : bit I/G à 1

20. INTRODUCTION Les Réseaux Informatiques

21. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Adresses MAC Notion de trame • Chaque station reçoit toutes les données: Le champ de donnée contient le paquet de niveau LLC. Le champ est vu comme une suite de 46 à 1500 octets. Si moins de 46 octets sont fournis par la couche supérieure, le champ de donnée est complété par le PAD (séquence de bourrage) • Emetteur d’une trame ? • Destinataire d’une trame ? • Ajout d’un bordereau d’envoi • Entête de trame • Adresse destination (6 octets) • Adresse source (6 octets) • Notion de trame structurée @ Destination @ Source Données

22. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Reconnaissance des trames • Reconnaître le début de trame? • Synchronisation récepteur/émetteur • Nécessité d’un préambule (de niveau physique) • Ensemble d’octets connus (dénué de toute information spécifique) • Permet de synchroniser les horloges Préambule @ Destination @ Source Données 7 octets

23. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Le préambule • Réception du préambule en cours de route • Déjà commencé (transitoires) • Depuis quand ? • Nécessité de marquer la fin du préambule • Insertion d’un « Start Frame Delimitor » • Caractère spécial • Suit le préambule • Précède les données (permet au récepteur de savoir le début de la trame (le champs significatif)) Préambule SFD @ Destination @ Source Données 1 octets

24. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Reconnaissance des trames • Comment reconnaître la fin de trame ? • Solutions • Longueur de trame: indique aussi si le champ de données contient un PAD, et quelle est la longueur de celui-ci (obtenue par soustraction) • Norme 802.3 • Dans le standard ethernet pour indiquer le type de protocole de niveau 3 employé pour transporter le message 2 octets Préambule SFD @ Destination @ Source Données Long/ Type

25. ETHERNET Les Réseaux Informatiques Le problème des erreurs • Ajout de bruit au signal • Modifie les données • Réductible, mais inévitable •  Ajout de redondance avant émission • Code détecteur d’erreur (CRC) (4 octets) • Recalcul à la réception • Différence  modification données •  destruction de la trame endommagée •  Silence inter – trames de 9,6μs: le temps laissé entre une chute du signal occupant le média et le début de la trame émise (ce délai correspondrait au temps d’émission de 12 octets ) • Impossible de mélanger deux trames Norme Ethernet Préambule SFD @ Destination @ Source Type /long Données CRC

26. La sous-couche MAC elle met en oeuvre le protocole CSMA/CD : elle est chargée de mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission et de gérer la liaison canal en écoutant les signaux "Carrier Sense" et "Collision Detection" émis par la couche physique. • Transmission d'une trame : • La couche MAC reçoit de la couche LLC des données à émettre; son rôle consiste à: • ajouter préambule et SFD aux données de la couche LLC, • ajouter le padding si nécessaire, • ajouter les champs adresse source, adresse destinataire, longueur des données, • calculer le CRC et l'ajouter à la trame, • si le signal "Carrier Sense" est faux depuis au moins 9.6μs (ce silence permet de récupérer l’état de repos du média, et permet aux autres station de prendre la main), transmettre la trame bit à bit à la couche physique, • sinon attendre que le signal "Carrier Sense" soit faux, attendre 9.6 μs et transmettre bit à bit à la couche physique.

27. Réception d'une trame : • La couche MAC reçoit de la couche LLC une requête de réception de données: • écoute du signal "Carrier Sense", • réception des bits depuis la couche physique, • élimine le préambule, le délimiteur de début de trame (SFD), • élimine éventuellement le padding, • examine l'adresse destination dans la trame et si celle-ci inclut la station : • reconstruit les champs de la trame adresses source et destination, longueur des données et données, • transmet les champs reconstruits à la couche LLC, • calcule la séquence de contrôle et indique une erreur : • si la séquence est erronée, • si la trame n'est pas un nombre entier d'octet (misaligned), • si la trame > 1526 octets: Le Jabber (préambule/SFDcompris) • si la trame < 72 octets: Le Runt (trame victime de collision).

28. La sous couche LLC (Logic Link Control) Fonctions de contrôle Les protocoles ressemblent au protocole de liaison HDLC, avec plusieurs versions suivant les services attendus (mode non connecté, ou connecté, avec établissement et rupture de connexion, contrôle d'erreurs de transmission ou non … ).

29. Méthode d’accès: CSMA/CD Les Réseaux Informatiques

30. Principe de CSMA-CD – Je commence à émettre lorsque plus personne ne parle , et j’écoute pendant l’émission – Si j’ai fini d’émettre et que je n’ai entendu personne, la transmission est correcte – Si j’ai encore des trames à émettre, j’attend au moins un temps minimal (9,6 μs: est égal au temps de transmission de 96 bits), ce délai entre deux émissions successives est appelé silence inter-trames – Si j’entend quelqu’un pendant l’émission (= collision)

31. Méthode d’accès: CSMA/CD Les Réseaux Informatiques • Détection de la collision par écoute de la « porteuse »: La détection de collision au cours de la transmission se fait en comparant le message que l’on voit sur le média et celui que l’on cherche à émettre (superposition des signaux, réception au cours d’émission ) • Émission de bruit (Jam) (pour renforcer la collision) 4 octets, et cesse toute émission, en attendant que le média redevienne libre • Algorithme BEB (Binary Exponential BackOff) pour déterminer le temps d’attente aléatoire (pour ne pas redémarrer simultanément avec son concurent) • tente à nouveau d’envoyer le message et boucle sur la même procédure d’émission précédente • Réémissions : le nombre de tentatives est limité à 16 Éliminer la trame à émettre des buffers aprés 16 essais infructueux

33. Le problème d’accès au support

35. Condition de détection de collisions • • Couverture maximale d’un réseau Ethernet • – Longueur maximale du lien (segment) entre 2 machines sans répéteur : 500 m • – 4 répéteurs au maximum dans un réseau local • – La distance entre 2 machines est donc d’au plus 2500 mètres • • La norme Ethernet limite le temps maximum de propagation A/R d’une trame (Round Trip Delay) entre 2 stations à 50 μs • • Une collision ne peut plus intervenir après ce délai, on dit alors que l’émetteur a acquis le canal • • La norme Ethernet définit la valeur dans cette tranche canal à 51,2μs, ce qui revient à 512 bits à 10 Mbit/s soit 64 octets • Limite de détection de collision • – À t = 0, A commence à émettre • – À t = RTD / 2 - , B commence à émettre (il n’a pas encore reçu le 1er bit de A) • – Comme A ne peut détecter une collision que pendant qu’il émet, il faut qu’il émette encore lorsque le 1er bit de B lui parvient

36. La méthode d’accès CSMA/CD

37. Méthode d’accès: CSMA/CD Les Réseaux Informatiques L’algorithme du BEB Le BEB (Binary Exponentiel Backoff) ou encore algorithme de ralentissement exponentiel, détermine le délai aléatoire d’attente avant que la station ne réessaie, aprés collision, une émission. Aprés une collision, une station ne peut émettre qu’aprés un délai définit par T= K . TimeSlot = K . 51,2μs K est un nombre aléatoire entier généré par l’émetteur et compris dans l’intervalle: K=[0,2n - 1] avec n<=10 Où n représente le nombre de collisions successives détectées par la station pour l’émission d’un même message (nombre de retransmissions déjà effectuées). Après 16 tentative l’émetteur abandonne l’émission

38. Algorithme CSMA/CD + BEB pour l'émission Algorithme du CSMA/CD en réception

39. Les différentes versions d’Ethernet

40. 10 Base 5 : • -10Mbits/s en bande de base(code Manchester) sur Câble coaxial d’une longueur maximale de 500m • - Chaque station est équipé d’une interface: NIC assure l’adaptation physique et gère l’algorithme CSMA/CD • - Le câble coaxial épais: impédance de 50Ω, diamètre : 2.14 mm • - MAU (Medium Attachment Unit) (Transceiver), contient l’électronique d’émission et réception, il assure la détection des collisions qu’il signal à la station, se racorde au coaxial par un système dit de prise vampire • - AUI (Attachment Unit Interface) ou Drop cable: câble pour connecter MAU et NIC avec un connecteur DB15 de longueur max 50m. • Station pour chaque segment: 100 Maximum active par segment de 500m, • Distance minimum entre deux stations: 2,5 m • Distance maximum entre deux stations : 500 m • - MAU: 2,5m Maximum • - Diamètre de réseau: 2500m (c'est la distance la plus longue entre deux machines sur le réseau)

41. Transceiver ou MAU Cette version d’Ethernet n’est pratiquement plus utilisée que dans des environnements compromis ( rayonnement électromagnétique), lorsque l’on veut garantir la confidentialité des échange. Le câblage en bus est moins volumineux qu’un câblage étoile, cette version trouve encore son utilité à chaque fois que des problèmes d’encombrement se pose.

42. 10 Base 2 : • - Câble coaxial fin (Thin): impédance de 50Ω, diamètre : 0.89 mm • -NIC (Network Interface Card): La Carte avec le port BNC • MAU intégré à la carte • Le bus coaxial est connecté directement sur les cartes par l’intermédiaire d’un T vissé BNC Contraint: - Segment du réseau: 30 stations, y compris un répéteur. - Chaque segment doit être connecté par 2 terminateurs (T-Terminator) et un des 2 terminateurs doit être connecté à la masse (Ground) - Distance entre 2 stations (station-station) : 2.5 m au moins. - Longueur maximale d’un segment set de 185m

43. 10 Base T : • le 10BaseT emploie le câble UTP/STP qui peut transférer l'information à la vitesse de 10 ou 100 megabits par second (10/100 Mbps). Le câble STP qui peut transférer l'information à 100 Mbps s'appelle également "100BaseT". • - UTP ou STP: (Unshield Twisted Pair) ou (Shield Twisted Pair), Catégories 3, 4, 5 et 6 • - HUB, SWITCH pour 10 Base T • - Connecteur RJ45 • - NIC avec le port RJ45 • - Distance Max entre deux HUBs ( HUB-HUB) : 100m • - Distance Max entre HUB et Station de travail (HUB-Station) : 100m • - Câble pour connecter HUB et Station: câble droit ( straight cable) • Câble pour connecter HUB et HUB: câble croisé (cross cable) • - Réseau détente : HUB en 4 séries. • Distance Max entre deux machines: 500m • Connecter 1024 machines