1. Introduction (3h) 2. Couche Physique (3h) 3. Couche Liaison (3h) 4. Couche d'accès au Médium (3h) 5. Couche Réseau (9h) 6. Couche Transport (6h)

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1 Réseaux et Transmission de Données 4 - Couche MAC Maîtrise EEA Olivier Fourmaux Basé sur la 3éme édition du livre du Pr. A. S. Tanenbaum : Computer Networks Plan du cours de RTD 1. Introduction (3h) 2. Couche Physique (3h) 3. Couche Liaison (3h) 4. Couche d'accès au Médium (3h) 5. Couche Réseau (9h) 6. Couche Transport (6h) 7. Applications (6h) Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 1 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 2 Introduction Deux types d'accès à la liaison : point-à-point diffusion (broadcast) Utilisation d'un média partagé comment gérer l'accès concurrent? ex: une audio-conférence nécessité de protocole d'accès au médium Sous-couche MAC Plan - Couche MAC Allocation du Canal Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Problèmes partie basse de la Couche Liaison Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 3 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 4

2 Allocation Statique Allocation Dynamique N utilisateurs pour 1 canal N utilisateurs = N canaux multiplexage classique Fréquenciel (FDM) Temporel (TDM) Inefficace pour le trafic de données trafic par rafales (burst) canaux vides la plupart du temps pas de récupération de bande passante Caractéristiques clés : Utilisation d'un canal unique toutes les stations sont équivalentes Gestion des collisions transmission de plus d'une trame simultanément Gestion du temps émission n'importe quand (temps continu) émission dans un intervalle (slot) (temps discrétisé) Détection de porteuse (Carrier Sense) vérification de la disponibilité du canal avant émission Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 5 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 6 Plan - Couche MAC Allocation du Canal Pure ALOHA Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Université de Hawai (1970) («Aloha» = «bonjour») initialement pour réseau radio liberté totale d'émission détection de collisions par écoute et retransmission différée avec un délai aléatoire si besoin Problèmes Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 7 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 8

3 Slotted ALOHA CSMA Capacité de transmission doublée en discrétisant le temps : Carrier Sense Multiple Access Protocoles à détection de porteuse Taux max = 1/e CSMA 1-persistent écoute du canal avec attente de libération et émission immédiate (si collision, retransmission différée) CSMA non-persistent écoute du canal, si celui-ci est occupé, écoute différée (émission sur une écoute de canal libre) CSMA p-persistent probabilité d'émission après une écoute avec attente Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 9 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 10 Comparaison CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Améliorations : arrêt d'émission immédiat si collision périodes de contention pendant lesquelles les stations tentent d'émettre (délais = 2 temps de prop.) plus de collisions pendant l'émission des données Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 11 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 12

4 Protocoles sans collisions Exemple : Basic Bit-Map période de contention = N slots réservation pour l'émission des prochaine trames Plan - Couche MAC Allocation du Canal Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Problèmes Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 13 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 14 IEEE 802 (ISO 8802) Standard IEEE pour les LAN CSMA/CD - Ethernet CSMA/CD (Ethernet) LAN basé sur 1-persistent CSMA/CD token bus Basé sur Ethernet 10Mbps token ring Xerox, DEC, Intel structure et interfaces Issu du Xerox Ethernet partie supérieure de la Couche Liaison LLC = Logical Link Control / / Couches PHY et MAC thèse de Metcalfe et Boggs (1976) CSMA/CD à 2.94Mbps sur cable coax. de 1km inspiré de ALOHA généralement et abusivement appelé Ethernet spécifique aux 3 types de LAN Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 15 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 16

5 802.3 et Cablage (1) 10Base5 sur coax épais jaune (thick coax) 500m et 100 machines par segment 10Base2 sur coax fin noir (thin coax) 200m et 30 machines par segment 10Base-T sur paires torsadées 100m et 1024 machines par segment 10Base-F sur fibre optique 2000m et 1024 machines par segment et Câblage (2) Gestion de la C.D. par un transceiver Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 17 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page et Topologie Généralisable sous forme d'arbre Pour relier plusieurs segments : répéteurs Limitation entre 2 transceivers : 2500m maximum 4 répéteurs et Codage Manchester Pour synchroniser et indiquer la présence d'un signal Utilisé dans tout les codages bande de base avec niveau bas = -0.85v niveau haut = v Nécessité de doubler la bande passante Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 19 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 20

6 802.3 et Protocole MAC (1) Préambule : 7 octets synchronisation 10Mhz pendant 5,6µsec. Début de trame : 1 octet Adresses sur 6 octets : et Protocole MAC (2) Adressage IEEE (MAC) 6 octets 3 types : unicast (0...), multicast (1...) ou broadcast (FF.FF.FF.FF.FF.FF) 2 mode global (assigné par l'ieee) uniques 23 bits pour désigner le fabricant 23 bits pour identifier le matériel de celui-ci local (assigné par l'administrateur) Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 21 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page et Protocole MAC (3) Taille min. = 64octets (51.2µsec) Efficacité à 10Mbps et avec un slot de 512bits (64octets) et Performance Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 23 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 24

7 802.3 Commuté Augmentation des performances sans changer les cartes installées Token Bus Déterministe (802.3 délai non borné) Topologie linéaire (ou arbre) sur coax. 75ohm (TV) Construction d'un anneau virtuel Échange d'une trame particulière, le jeton (token) à son voisin Seul le possesseur du jeton peut émettre (1.5 et 10Mbps) Complexe Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 25 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page et Protocole MAC 4 classes de priorité Gestion de l'anneau par envoi de trame d'interrogation Envoi de ses deux adresses adjacentes et réponse des membre intermédiaires (classement selon les adresses) Trame différentes de : Token Ring Déterministe (802.3 délai non borné) Topologie en anneau (= somme de liaisons point-à-point) Circulation du jeton (token) sur l'anneau Retrait de la trame transmise (1, 4 et 16 Mbps) par l'émetteur Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 27 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 28

8 Token Bus en Étoile Problème du maintient de l'anneau Utilisation d'un hub spécifique Reconfiguration de l'anneau en cas de problèmes avec une station et Protocole MAC Jeton de 3 octets (a) Temps de possession du jeton limité (10ms) Access Control : indique les priorités et la disponibilité du jeton Utilisation d'une station de contrôle pour superviser le jeton Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 29 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 30 Comparaison 802 Performances équivalentes le plus répendu le plus simple rajout de station à chaud pas de délais à faible charge taille mini = 64octets non déterministe pas de priorités dégradation à forte charge priorités déterministe (si pas de perte du jeton) performant à forte charge très complexe priorités déterministe détection des problèmes de câble performant à forte charge bon comportement à forte charge en partie centralisé LLC Fonctionnalités de la couche liaison voir les services de la couche liaison (fiabilité...) Masque la technologie 802.x utilisée Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 31 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 32

9 Plan - Couche MAC Allocation du Canal Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Problèmes Interconnexion de LAN Bridge utilisé au niveau de la Couche Liaison Ex: interconnexion de plusieurs LAN à un backbone pour obtenir une capacité supérieure Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 33 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 34 Pont 802.x vers 802.y (1) Pont 802.x vers 802.y (2) Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 35 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 36

10 Transparent Bridges (1) Transparent Bridges (2) Configuration automatique Sans connexions Localisation par apprentissage progressif (Backward Learning) Complexité dans les ponts Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 37 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 38 Spanning Tree Bridges Routage non optimal (élection d'un point de départ puis construction d'un arbre recouvrant) Non transparent Configuration manuelle Orienté connexion Complexité dans les hôtes Token Ring Source Routing Bridges Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 39 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 40

11 Remote Bridges Interconnexion de LAN par liaisons longue distance : Plan - Couche MAC Allocation du Canal Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Problèmes Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 41 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 42 FDDI (1) Fiber Distributed Data Interface 100 Mbps pour 1000 stations 200 km (MAN plutôt que LAN) FDDI (2) gestion avec jeton Double anneau optique avec reconfiguration Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 43 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 44

12 FDDI (3) Format de la trame FDDI codage 4 pour 5 (4B5B) IEEE 802.3u (1995) Fast Ethernet 100Base-T4 4 paire torsadée UTP Cat 3 (25 Mhz) sur 100m code 8B6T (8 bits pour 6 signaux ternaires par paires) 100Base-TX paire torsadé UTP Cat 5 (125 Mhz) sur 100m code 4B5B compatible FDDI - full duplex 100Base-F fibre optique sur 2000m - full duplex Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 45 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 46 HIPPI (1) HIPPI (2) HIgh Performance Parallel Interface Interface standard entre super-ordinateurs KISS (Keep It Simple, Stupid) 1600 Mbps (2 câbles) interface de 50 bits 32 pour les données Commutateur Crossbar HIPPI : Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 47 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 48

13 Fibre Channel Plan - Couche MAC Successeur de HIPPI beaucoup plus complexe mais fédérateur : Allocation du Canal Protocoles d'accès Standards IEEE 802 Ponts LAN Haut Débit Problèmes Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 49 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 50 CSMA/CD Pb.1 Expliquez le principe de fonctionnement du codage Manchester et Manchester différentiel Remplir un schéma correspondant à la suite de bits : Pb.2 a)a l aide d un croquis, expliquez comment une collision peut se produire avec la méthode d accès CSMA/CD. b)au bout de combien de temps et dans quelles conditions, une station émettrice peut elle s apercevoir que la trame qu elle a émise n ai pas entrée en collision? c)on considère un réseau local Ethernet sans répéteur. Calculer la distance d min de couverture du réseau suivant les hypothèses suivantes: débit=10mbit/s, temps de propagation t prop = s/km, longueur minimale de trame l min =64octets. d)si vous deviez mettre en place un réseau CSMA/CD à 1Gbps sur un câble de 1km sans répéteurs. La vitesse du signal dans la câble est de km/sec. Quelle est la taille minimale de la trame? Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 51 Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 52

14 Pb.3 On considère un réseau local comportant quatre stations désignées par A, B C et D. Chaque station accède au support en utilisant le protocole de l anneau à jeton. Elle peut transmettre au plus un trame de données. Le jeton est relâché après l émission de la trame. Sur cette station, le temps de propagation entre chaque station est de 1ms, le temps de transmission d une trame est de 4ms (entête incluse), le temps de transmission du jeton est de 1ms. On néglige le temps de traitement de chaque station. a)dessinez un diagramme des temps gradué en ms décrivant le déroulement des différentes transmissions de trames suivant le scénario suivant: A t = 0, D possède le jeton A t = 0, B veut transmettre 2 trames A t = 4, A veut transmettre 1 trame A t = 8, D veut transmettre 1 trame A t = 23, C veut transmettre 2 trames b)quelle est la durée totale de l exécution de ce scénario? c) Quel est le temps d accès moyen au support pour ce scénario? Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 53 Pb.4 Soit un anneau comportant N stations. La taille maximale d une trame est de d bits. L anneau a une longueur de L km et permet un débit binaire de D bits/s. La vitesse de propagation des ondes est de V km/s. (Valeurs numériques: L=3km, V=300000km/s, d=1000bits, N=10) a)pensez vous que cette topologie permette de transporter de la voix numérisée? Pour vous aider, calculez les données suivantes: Quel est le temps maximal de détention du jeton par une station (temps d émission d une trame et temps pendant lequel le jeton ne peut être utilisé par une autre station)? En déduire le temps maximal d attente du jeton par une station. b)que pensez vous des performances de l anneau à jeton quand l anneau s agrandit ou que le débit augmente? Pour vous aider, calculez les données suivantes: Quelle est la proportion de l anneau utilisée lors de la propagation d une trame? Que devient cette proportion si la longueur de l anneau augmente et si le débit augmente? Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 54 Analysez les trames suivantes : Pb.5 1) 2) 3) 4) ffff ffff ffff a 226e a 226e c021 b6b c021 b6b a 226e a31 974e a31 974e c021 b6b a 226e c021 b6b a31 974e a 226e be9b ce5e c021 b6b6 c021 b6b da38 c06e a0b 0c0d 0e0f a 226e a31 974e e36e b c021 b6b5 c021 b6b b da38 c06e a0b 0c0d 0e0f Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 55

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