Ethernet, bases. Sébastien Jean. IUT de Valence Département Informatique. v4.4, 4 février 2013

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1 Ethernet, bases Sébastien Jean IUT de Valence Département Informatique v4.4, 4 février 2013

2 Ethernet : l essentiel Ethernet(s) En bref Transmission de trames sur un support de communication à accès multiple vers l'utilisateur Modèle en couches OSI Unicast, multicast ou broadcast Utilisé pour la construction de réseaux locaux (LANs) Regroupement de protocoles de niveaux 1 et 2 Sous-couche accès au support Sous-couche LLC (802.3) fiabilisation vers le support Liaison Physique Ethernet LLC Physique Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

3 Ethernet(s) Génèse d Ethernet : ALOHA Historique Expérimentation ALOHA, 1970 Norman Abramson [1932 -? ] Communication radio entre îles hawaïennes sur 500 km Débit d exploitation 20 kbit/s ALOHA = Technique d accès au canal radio partagé Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

4 Ethernet(s) Historique Génèse d Ethernet : DIX Ethernet Projet Ethernet, 1973 Robert Metcalfe [1946 -?] Adaptation d ALOHA pour la conception d un réseau local au Xerox PARC Communication sur câble coaxial Débit d exploitation 2,94 Mbit/s Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

5 Ethernet(s) Historique Evolution d Ethernet, normalisation Dix Ethernet, 1980 Standard ouvert Débit d exploitation 10 Mbit/s Dix Ethernet 2, 1982 IEEE 802.3, 1983 Normalisation IEEE Compatibilité avec d autres standards de réseaux locaux (802.x) Token Bus, Token Ring Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

6 La famille Ethernet Ethernet(s) Ethernets? Différents supports de transmission Câble coaxial, paires de fils de cuivres torsadées Fibre optique, air Différents débits 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s, 10 Gbit/s Différents modes de transmission Bande de base (numérique) Large bande (analogique) Différents modes d accès Partagé Commuté Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

7 Ethernet partagé Ethernet partagé Problématique Support partagé (topologie logique en bus) = segment Compatibilité avec 10Base2, 10BaseT, 100baseTX et 1000baseT Modèle de communication en diffusion physique Réception par toutes les stations Emission non concertée possibilité de collisions Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

8 Topologies physiques Ethernet partagé Topologies physiques et câblage Topologie en bus Ethernet (historique) 10Base2 sur câble coaxial BNC BNC BNC BNC BNC Bouchon BNC Câble coaxial Bouchon Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

9 Ethernet partagé Topologies physiques (fin) Topologies physiques et câblage Topologie en étoile Ethernet 10baseT, 100baseTX, 1000baseT sur paire torsadée RJ45 RJ45 concentrateur (Hub) RJ45 RJ45 RJ45 RJ45 Paire torsadée (xtp) RJ45 RJ45 Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

10 Ethernet partagé Ethernet sur paire torsadé : câblage Topologies physiques et câblage Connectique RJ45 4 paires torsadées : 1-2, 3-6, 4-5, 7-8 Différentes résistances aux perturbations UTP (non blindé), STP (tresse), FTP (feuille), SFTP (tresse+feuille) 10BaseT, 100BaseTX Paire 1 (1-2) pour l émission, paire 2 (3-6) pour la réception Câblage droit ou croisé Câblage droit Câblage croisé Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

11 Sous-couche Ethernet partagé Medium Access Control Niveau liaison, intégralement prise en charge par l interface réseau Transmission non fiable de trames 1 Accès au support physique partagé = CSMA-CD Objectif : éviter les collisions 2 Communication logique en unicast/broadcast/multicast Adressage physique des interfaces réseaux (= adresses ) données Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

12 Ethernet partagé Technique d accès au médium CSMA-CD Carrier Sense, Multiple Access, with Collision Detection Détection des collisions, par écoute pendant l émission Pas de suppression des collisions Technique non déterministe Probabilité de non émission pour une station Circulation correcte d au plus une trame à un instant donné Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

13 Ethernet partagé CSMA-CD : algorithme d émission Emission en cours? Ecoute du canal Attente Aléatoire Silence? Nombre limite d'essais non atteint? Silence Inter-trames Emission avec écoute du canal Collision? Emission de bruit Autre trame à émettre? Pas de collision? Nombre limite d'essais atteint? REUSSITE! ECHEC! Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

14 Détection de collisions Ethernet partagé t = 0 A commence à émettre une trame A B segment Distance = RTD / 2 * v RTD (Round Trip Delay) temps de trajet aller-retour Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

15 Détection de collisions Ethernet partagé t = RTD 2 ɛ B commence à émettre une trame Le premier bit de A est sur le point d arriver à B A B segment Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

16 Ethernet partagé Détection de collisions (suite) t = RTD 2 B détecte la collision B émet du bruit pour renforcer la collision A B segment Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

17 Ethernet partagé Détection de collisions (suite) La trame corrompue de B continue à circuler vers A A B segment Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

18 Ethernet partagé Détection de collisions (fin) t = RTD A peut détecter la collision Si et seulement si A est encore être en train d émettre! A B segment Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

19 Limitations Ethernet partagé RTD_MAX, fixé par la norme 51.2 µs à 10Mbit/s 5.12 µs à 100Mbit/s 4.1 µs à 1Gbit/s Taille minimale d une trame Ethernet = RTD_MAX * D A 10 Mbit/s et 100 Mbit/s 512 bits = 64 octets A 1 Gbit/s 4096 bits = 512 octets Taille maximale d une trame Ethernet = 1518 octets Pour assurer l équité entre les stations Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

20 Limitations Ethernet partagé Nombre de répéteurs 4 par segment Distance max = RTD_MAX / 2 * v (v m.s -1 ) segment Longueur d un segment Adaptation à la latence de retransmission des répéteurs RTD_MAX = 51,2 µs à 10Mbit/s 5000 m réduit à 2500 m RTD_MAX = 5,12 µs à 100Mbit/s 500 m réduit à 250 m RTD_MAX = 4,1 µs à 1Gbit/s 400 m réduit à 200 m Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

21 Ethernet partagé Retransmission des trames Binary Exponential Backoff = algorithme de retransmission Estimation du nombre (N estimé ) de machines sur le segment Avant la première collision N estimé = 1 A chaque collision N estimé = N estimé 2 A partir de la dixième collision N estimé = 1024 Tirage aléatoire de X [0, N estimé [ et attente de X RTD_MAX Nombre de retransmissions limité à 16 Nombre de stations limité à 1024 par réseau IFS (Inter Frame Silence) = temps de transmission pour 96 bits Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

22 Ethernet partagé Format des trames Ethernet Deux formats compatibles : Ethernet 2 (DIX Ethernet) 8 octets 6 octets 6 octets 2 octets 0 à 1500 octets 0 à 46 octets 4 EtherType Données Bourrage FCS 64 à 1518 octets 8 octets 6 octets 6 octets 2 octets 0 à 1500 octets 0 à 46 octets (0 à 494 octets) 4 Longueur encapsulation LLC Bourrage FCS 64 à 1518 octets (512 à 1518 octets) (valeurs entre parenthèses = 1000BaseT) Distinction sur la valeur du champs précédant les données <= = longueur de l unité de protocole LLC > 1500 DIX Ethernet 2 = type de protocole Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

23 Adresses Ethernet partagé 1 bit 1 bit 22 bits 24 bits Multicast Local OUI (Organization Unique Identifier) Product ID 48 bits OUI identification d un fabricant, d un type de carte,... Standardisation IEEE Adresses particulières : Tous les bits à 1 = diffusion dans tout le réseau Tous les bits à 0 = adresse inconnue Multicast à 1 + OUI réel = protocole de diffusion propriétaire Groupe identifié par la partie Product ID Multicast à 1 + OUI fictif = protocole de diffusion standardisé Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

24 Contrôle d erreur Ethernet partagé FCS Frame Check Sequence CRC sur 32 bits, calculé sur l ensemble de la trame (préambule exclu) Génération côté émetteur et interprétation côté récepteur optionnelles CRC Ethernet = Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

25 Filtrage des trames Ethernet partagé Filtrage par l interface réseau des trames non pertinentes Débrayable (mode promiscuous, ou monitor) Application Présentation Session Transport = multicast interface? Réseau Liaison multicast données Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

26 Ethernet partagé Conventions de sérialisation : Little-Endian Vs Big-Endian Sérialisation des octets 0 1 FF 00 Little Endian 255 = (00FF) FF Big Endian Sérialisation des bits Little Endian 23 = ( ) Big Endian Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

27 Transmission des trames Ethernet partagé Préambule = séquence de synchronisation émetteur/récepteur Alternance de 1 et de 0, terminaison par un double 1 Suppression fréquente des premiers bits par les répéteurs Reste de la trame Transmission des octets en convention Big-Endian Transmission des bits en convention Little-Endian Rem : le premier bit transmis est donc le bit de poids faible de l octet de poids fort de l adresse destination Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

28 Ethernet partagé Transmission des trames (suite) Ethernet 10 Mbit/s Codage de Manchester R = 10 MBaud, V = 2 Absence de signal en l absence de données à transmettre Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

29 Ethernet partagé Transmission des trames (suite) Ethernet 100 Mbit/s : codage 4B/5B + MLT3 5 bits transmis pour 4 bits de données R = 125 MBaud, V = 3 Transmission d un signal Idle en l absence de données à transmettre Horloge B/5B MLT3 Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

30 Ethernet partagé Fin! Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, Ethernet v4.4, 4 février / 29

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