Introduction aux réseaux locaux

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1 Cours de réseaux informatiques Introduction aux réseaux locaux Rushed KANAWATI Département GTR - IUT de Villetaneuse, Sommaire Introduction Définition & caractéristiques, historique Le problème de l accès concurrent Problématique Solution 1 : Jeton sur anneau Solution 2 : CSMA/CD La normalisation L architecture logicielle La comité IEEE 802 1

2 3 Sommaire... La couche LLC La sous-couche SNAP Les réseaux Ethernet (802.3) Types de réseaux Ethernet La couche MAC Fast Ethernet / Ethernet haut débit Interconnexion de réseaux locaux Ponts & commutateurs L auto-négociation Les routeurs 4 Sommaire... Les réseaux locaux virtuels Motivations Méthodes de construction Les réseaux locaux sans fils Motivations La méthode d accès CSMA/CA Le rooming Aspects de sécurité Bibliographie 2

3 5 Définition & caractéristiques Rappel : Un réseau local (LAN) permet de relier un ensemble de stations réparties sur une zone géographique très limitée. Caractéristiques : Rayon de couverture : quelque centaines de mètres. Débit : jusqu au 1 Gbits/s Faible taux d erreurs (10-10 erreur/bit) Particularité : Offrir un support physique commun à l ensemble des stations connectées. 6 Un peu de vocabulaires Support physique (Medium) Segment Station A Coupleur Ex. Carte réseau Câble AUI Attachement Unit Interface MAU (Medium Access Unit) (Tranciever ) Répéteur 3

4 7 Le problème d accès au support Temps de transmission A Collision B Temps de propagation 8 Gestion de collisions Deux grandes approches : Approche optimiste Envoyer Détecter s il y a eu collision Si oui appliquer une méthode de résolution de conflit Approche pessimiste Donner à chaque machine le droit exclusif d émettre pendant une durée limitée du temps. Il faut prévoir un mécanisme de négociation de droit d émission entre les machines. 4

5 9 Jeton sur anneau Définition Un jeton est une trame particulière et unique Principe Les stations sont connectées sur un anneau logique unidirectionnel Le jeton circule d une station à une autre Une station a le droit d émettre une trame si elle possède le jeton. Une trame envoyée par station est retirée de l anneau par la station émettrice. 10 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 5

6 11 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 12 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 6

7 13 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 14 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 7

8 15 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 16 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 8

9 17 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 18 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 9

10 19 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 20 Jeton sur anneau : exemple Jeton Trame 10

11 21 Jeton sur anneau Problèmes L existence du jeton L unicité du jeton absence de famine Solution Une station particulière dite station de surveillance se charge de vérifier l existence et l unicité du jeton Des règles d échange du jeton doivent être définies afin d éviter la famine de certaines stations 22 Exemple : le protocole Réseau Token Ring d IBM (1982). Débit 4Mb/s. Normalisé en 1985 par la comité de l IEEE. Chaque trame possède, entre autres champs, un champ de contrôle Niveau de priorité P P P T M R R R Bit de surveillance Niveau de réservation T=0 : jeton T=1 : trame 11

12 : Circulation du jeton Notations On note une trame/jeton par (P,T,R) Exemples : (0,0,0) est un jeton de priorité et réservation 0 (2,1,1) est une trame de priorité 2 et de réservation 1. Pour chaque station on désigne par P m la valeur de la plus haute priorité de trame à transmettre par cette station : Principes Etat initial du réseau : circulation d un jeton (0,0,0) A chaque niveau de priorité correspond un jeton. Une trame est retirée du réseaux à sa réception par la station émettrice, sinon par la station de surveillance si le bit M=1. Une station a le droit d émettre une trame de priorité P m si elle reçoit un jeton (P,0,R) : P<=P m. La trame envoyée est alors : (P,1,0) En cas d impossibilité d émettre une trame la station remplace le champ R par max(r,pm). Lorsqu une station termine l émission de ces trames, elle remet en circulation un jeton avec la priorité de la réservation. Seule la station qui a mis en circulation un jeton peut le retirer de la circulation. Si un niveau de priorité n est plus demandé alors il faut baisser la priorité du jeton. 12

13 : Gestion de priorités Chaque station gère deux variables : JetonCréé : mémorise la priorité du jeton crée par cette station JetonCapturé : mémorise la priorité du jeton capturé par la station. Etat initial : jetoncapturé = JetonCréé = -1 Lors de la réception d une trame/jeton (P,X,R) on dit que la station réceptrice est responsable du jeton si P=jetonCréé : Circulation du jeton Cas de réception d un jeton : (P,0,R) Si Pm>=P Alors Emettre (P,1,0) Sinon Si je suis responsable du jeton Alors Je constate que le niveau P n est plus demandé Je retire le jeton de niveau P Si R> jetoncapturé Alors Emettre (R,0,0) JetonCrée=R Sinon Emettre (JetonCapturé,0,R) jetoncapturé ; jetoncréé = -1 Sinon Emettre (P,0, Max(R,Pm)) J ai le droit d émettre de trames Je met en circulation un jeton avec un niveau priorité adapté à la demande Je laisse passer le jeton mais je réserve 13

14 : Circulation du jeton Cas de réception d une trame : (P,1,R) Si je suis l émetteur de la trame Alors Je retire la trame de la circulation Si R >P Si je suis le responsable du jeton de niveau P Alors Emettre : ( Max(Pm,R), 0, 0) jetoncréé = Max(Pm,R) Sinon Je capture le jeton de niveau P (jetoncapturé = P) JetonCrée = Max (R, Pm) Emettre (Max(R,Pm), 0, 0) Sinon Sinon Si Pm >= P Alors Emettre (P, 1, 0) Sinon Emettre (P, 0, Max(R,Pm)) Retransmettre la trame reçue en réservant si possible : Exemple Station A Pm=0 Station B Pm=4 Station C Pm=6 (0,0,0) (0,0,0) (0,1,0) (0,1,4) (0,1,6) (6,0,0) (6,0,4) (6,1,0) (6,1,0) (6,1,4) (6,0,4) (4,0,0) (4,1,0) (4,1,0) (4,1,0) (4,0,0) (4,0,0) (0,0,0) (0,0,0) 14

15 29 La Méthode d accès CSMA/CD Carrier Sens Multiple Access/ Collision Detection Approche optimiste Principe : Ecouter le trafic sur le réseau Si pas de trafic Alors Emettre une trame Si la trame provoque une collision Alors Ressayer ultérieurement d'envoyer la même trame 30 CSMA/CD : l algorithme Fin de l émission Attente Non Permettre à d autres d avoir la chance d émettre Début de l émission Conflit? FIN Oui Non Brouillage Trop de collisions? Signal? Non Oui Ecouter la porteuse Comparer émission/réception Calcul du délai de retransmission Eviter de répéter le conflit 15

16 31 La méthode d accès CSMA/CD t1 : début de l émission de la trame par A t3 : fin de l émission de la trame para A C B t1 t2 t3 Temps de propagation Tp = t2-t1 Temps de transmission Tt = t3-t1 Problème : Comment garantir que chaque station puisse détecter les éventuelles collisions que peuvent subir les trames qu elle envoie. 32 La méthode d accès CSMA/CD A B t1 t2 t3 Solution : Il suffit de garantir que t3 > t4 La valeur Max. de t4 = t2+tp Donc : t3 > t2+tp On a : t2= t1+tp Donc t3 > t1+2*tp t3-t1 > 2*Tp Tt > 2*Tp t4 16

17 33 La méthode d accès CSMA/CD Conclusion : Pour détecter les collisions le temps de transmission d une trame doit être supérieur au double du temps de propagation de la trame. Généralisation : Pour détecter les collisions le temps de transmission d une trame doit être supérieur au double du temps de propagation entre les deux stations les plus éloignées sur le réseau (DAR). DAR : Délai Aller Retour. 34 La méthode d accès CSMA/CD Le DAR est une caractéristique du réseau Pour vérifier la condition Tt > DAR il faut imposer une taille minimale (Fmin) des trames à envoyer. Si la taille de trame est inférieur à Fmin on complète la trame par des données dites de bourrage. Il faut prévoir des mécanismes qui permettent de distinguer entre les données utiles et le bourrage. 17

18 35 Calcul du délai de retransmission L algorithme BEB BEB : Binary Exponential Backoff. Délai d attente = N * DAR N est un nombre aléatoire [0, 2 k -1] k est le nombre de collisions successives. pour un nombre de collisions successives entre 10 et 16, k reste fixé à 10. Si le nombre de collisions >16 alors le réseau est déclaré «hors service». 36 Les normes 1980 : début de normalisation par l IEEE Normalisation par le groupe du travail (CSMA/CD) Interface de connexion Contrôle logique de liaison (LLC) Jeton sur bus sécurité Jeton sur anneau LAN sans fils 18

19 37 LAN : Architecture logicielle Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de données Physique LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control PHY Physical Sub-layer PMD Medium Access Control 38 LAN : La couche liaison de données Découpage en 2 sous couches (802.1) LLC Logical Link Control MAC Medium Access Control But : Masquer l hétérogénéité des méthodes d accès Normalisation : But : fournir une méthode d accès 802.3, 802.3a/z, CSMA/CD Jeton sur anneau Jeton sur bus... 19

20 39 La couche LLC Fonction : offrir à la couche réseau un service de transfert de paquets. La demande d un service est fait à travers un LSAP (Link Service Access Point) Deux types de LSAP : DSAP : Point d accès au service destination SSAP : Point d accès au service source. 40 Les protocoles LLC Trois classes de protocoles : LLC 1: Protocole en mode non connecté Sans séquencement ni reprise sur erreur Adapté aux réseaux avec un très faible taux d erreurs LLC 2 : Protocole en mode connecté Similaire à LAP-B LLC 3 : Protocole en mode non connecté Sans séquencement, mais avec reprise sur erreur Chaque trame doit être acquitté. 20

21 41 Format de trames LLC DSAP SSAP Contrôle Information L/U : Locale/Universelle I/G : individuelle/groupe C/R : Commande/Réponse 7 1 ou 2 octet(s) n octets (n >=0) N(S) P/F 1 0 S S P/F 1 1 U U P/F U U U N(R) N(R) I S U 42 Les trames U UI : Information non numérotée [00], F, LLC1 & LLC 3 XID : Echange d identification [1D] P/F, LLC 1 Test : Test [07] P/F, LLC 1 SABME : Demande de connexion [1E] P, LLC2 UA : Acquittement non numéroté [06] F, LLC2 & LLC 3 DISC : Déconnexion [02] P, LLC 2 DM : Mode déconnecté [18] F, LLC 2 FRMR : Rejet de trame [02] F, LLC 2 & LLC 3 21

22 43 La sous-couche SNAP SNAP (Sub-Network Access Protocole) Objectifs S affranchir de la limite de 127 de SAP qu une trame LLC peut désigner. Permettre une meilleur alignement des données avec la couche réseau Rôle Ajouter un niveau supplémentaire d encapsulation Pas de traitement au niveau SNAP 44 Format d une trame SNAP DSAP SSAP Contrôle 3 octets 2 octets OUI Code OUI (Organizational Unit Identifier) Code : Adresse d un SAP au niveau 3 Données LLC NPDU Données SNAP 22

23 45 Les réseaux Ethernet Historique & caractéristiques Historique 1970 : 1er Ethernet par Xerox 1975 : Normalisation (Xerox, DEC & Intel) 1985 : Normalisation par l IEEE Caractéristiques Architecture logique : bus Rayon de couverture : qq KM Méthode d accès : optimiste (CSMA/CD) Débit 10Mbits/s 46 Méthode d accès CSMA/CD Carrier Sens Multiple Access/ Collision Detection Rappel : Condition pour la détection de collision Durée de transmission d une trame > DAR DAR : double temps aller/retour du signal DAR = 51,2 ms Longueur minimale de trames Ethernet 64 octets Si la trame < 64 octets on ajoute du bourrage. 23

24 47 Algorithme de transmission Non Fin de l émission Attente de 9,6 µs Permettre à d autres d avoir la chance d émettre Début de l émission Conflit? Oui FIN Non Brouillage Trop de collisions? Signal? Non Oui Ecouter la porteuse Comparer émission/réception Calcul du délai de retransmission Eviter de répéter le conflit 48 La trame /6 2/6 2 4 Préambule SFD DA SA DL LSDU Bourrage FCS MIN = 64 octets, MAX = 1518 Taille de données en octets I/G I/G U/L 1 diffusion FFFF : fanion de début x 7 diffusion FFFFFFFFFFFF 24

25 49 La trame Ethernet 7 1 2/6 2/6 2 4 Préambule SFD DA SA DL LSDU Bourrage FCS MIN = 64 octets, MAX = 1518 SAP I/G I/G U/L 1 diffusion FFFF : fanion de début (Start Frame Delimiter) x 7 diffusion FFFFFFFFFFFF 50 Pour en savoir plus L. Toutain. Réseaux locaux & Internet : des protocoles à l interconnexion. Hermés P. Rolin. Réseaux locaux. Hermès

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