FastEthernet et GigaBit Ethernet. F. Nolot

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1 FastEthernet et GigaBit Ethernet F. Nolot 1

2 FastEthernet et GigaBit Ethernet Rappel sur Ethernet F. Nolot 2

3 Ethernet? Regroupe 4 familles Ethernet et IEEE : définition d'origine à 10 Mbps Fast Ethernet : extension à 100Mbps Gigabit Ethernet : extension à 1000Mbps 10 Gigabit Ethernet : extension à 10 Gbps F. Nolot 3

4 Pourquoi Ethernet? Ethernet est utilisé par environ 85 % des ordinateurs Fonctionnement facile à comprendre, à administrer,... Implémentation peu coûteuse Grande souplesse de la topologie réseau lors de l'installation Garantie quant à la réussite de l'interconnexion quelque soit le fabricant F. Nolot 4

5 Les composants d'un réseau Ethernet DTE (Data Terminal Equipement) Soit la source, soit la destination des trames de données DCE (Data Communication Equipement) Dispositifs intermédiaires qui reçoivent et transmettent les trames F. Nolot 5

6 La topologie L'interconnexion point à point Entre un DTE et un DTE Entre un DTE et un DCE Entre un DCE et un autre DCE L'interconnexion en bus Utilisé par le 10Base5 et 10Base2 (câble coaxial) L'interconnexion en étoile Au centre du réseau se trouve un répéteur multiport (hub) ou un commutateur (switch) Dans une connexion en étoile, toutes les connexions sont des liaisons point à point F. Nolot 6

7 Transmission half duplex : CSMA/CD Protocole CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) dévellopé à l'origine pour permettre à 2 stations de partager un même média dans un environnement sans commutation, sans utiliser d'ar bitrage central (un moyen de designer la personne qui peut utiliser le média) Les règles d'accès du protocole Carrier Sense : Ecoute continuellement le trafic pour déterminer si la voie est libre Multiple Access : Possibilité de transmettre chaque fois que le réseau est libre Collision Detect : Chaque station émettrice doit être capable de détecter une collision, avant d'avoir fini de transmettre sa trame F. Nolot 7

8 Détecter une collision? Pire des cas : Une station émet juste avant de recevoir une trame d'une autre station Temps maximal pour détecter une collision ( slot time ou fenêtre de collision ) est donc égal à 2 fois le temps de propagation d'un signal entre les 2 stations les plus éloignées Le slot time est donc lié au diamètre d'un domaine de collision et à la taille minimale d'une trame Toutes ces données ont bien fonctionné en 10 Mbit/s. Mais avec le 100Mbit/s, le 1 Gbit/s,...? F. Nolot 8

9 Transmission full duplex Fonctionnalité optionnelle MAC Transmission dans les 2 sens sur des liaisons point à point Oblige l'implémentation des fonctionnalités optionnelles de contrôle de flux La sous couche MAC du récepteur envoie à la sous couche de l'émetteur l'ordre d'arrêter l'envoi de trames pendant un bref laps de temps, ou de reprendre l'émission F. Nolot 9

10 FastEthernet et GigaBit Ethernet FastEthernet F. Nolot 10

11 Introduction Peut on passer la limite des 10 Mbit/s en Ethernet? Mais conserver la compatibilité avec Ethernet 10 Mbit/s Possibilité d'inter connecter du 10 Mbit/s et du 100 Mbit/s? Fast Ethernet extension à 100 Mbit/s du réseau Ethernet à 10 Mbit/s Le groupe de travail IEEE 802.3u en est à l'origine Problème majeur Le système de câblage peut il supporter de tel débit? F. Nolot 11

12 Principe Trames transportées identiques à Ethernet 10 Mbit/s Diamètre maximal de collision entre 2 DTE : 100 m en UTP, 412 m en câble optique Diamètre maximal de collision avec des répéteurs : 205 m Nombre maximal de répéteurs dans le chemin réseau : 2 Taille minimale de 64 octets à une vitesse de 100 Mbit/s Technique d'accès CSMA/CD à 100 Mbit/s En Ethernet 10Mbit/s : Round Trip Delay de 51,2 µs A 100Mbit/s : le Round Trip Delay doit donc être de 5,12 µs Support physique En paire torsadée 100 basetx : 2 paires non blindées (UTP) cat. 5 ou 2 paires blindées (STP) de type baset4 : 4 paires non blindées de cat. 3, 4 et 5 En cable optique 100baseFX : 2 fibres optiques F. Nolot 12

13 Modèle générique des cartes La couche physique est divisée en sous couches indépendantes du type de média en sous couches spécifiques au type de média ou du codage des signaux F. Nolot 13

14 Interfaces PLS LLC MAC Réconciliation Réconciliation Liaison Transceiver AUI MDI PMA MII AUI MDI PLS PMA MII PCS PMA PMD Auto négociation MDI Medium Medium Medium Physique 1 Mbit/s 10 Mbit/s 100 Mbit/s PLS Physical Layer Signalling MII Media Attachement Unit PCS Physical Coding Sublayer MAU Media Attachement Unit PMD Physical Medium Dependant MDI Media Independant Interface MII Connecteur 40 broches équivalent à AUI du 10 base 5 F. Nolot 14

15 Descriptif des sous couches (1) La sous couche Réconciliation et l'interface optionnelle indépendante du média MII en 10 Mbit/s et 100 Mbit/s, GMII en Gigabit Ethernet Fournissent la connexion logique entre la couche MAC et les différents ensembles de couches dépendants du média La sous couche PCS (Physical Coding Sublayer) Dépendante du média Fournit la logique pour le codage, le multiplexage et la synchronisation des flux de symboles sortants l'al ignement des codes des symboles, le démultiplexage et le décodage des données entrantes F. Nolot 15

16 Descriptif des sous couches (2) La sous couche PMA (Physical Medium Attachment) Contient les émetteurs et récepteurs (transceivers) des signaux, la logique de synchronisation pour les flux de données réçus L'interface dépendante du médium MDI (Medium Dependent Interface) Connecteur de câble entre les transceivers et la liaison F. Nolot 16

17 La sous couche Autonégociation Mécanisme optionnel de détection des modes de fonctionnement du partenaire connecté origine NSC 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s : adaptation automatique sur le port Ne reconnaît pas le type de câble Informer le partenaire de ses propres mécanismes Sélection dans l'ordre suivant : Base T Full duplex Base T Half duplex Base T2 Full duplex Base TX Full duplex Base T2 Half duplex Base T4 Half duplex Base TX Half duplex 8. 10Base T Full duplex 9. 10Base T Half duplex Plusieurs cas Auto négociation aux deux extrémités : commutateur station Auto négociation à une extrémité : hub station F. Nolot 17

18 Comparatif des caractéristiques Version Câblage Full duplex Ethernet 10Base T 2 paires de câble UTP Supporté cat 3 ou supérieur 100Base TX 2 paires de câble UTP Supporté cat 5 ou STP de type 1 100Base T4 4 paires de câble UTP Non supporté cat 3 ou supérieur 100Base T2 2 paires de câble UTP Supporté cat 3 ou supérieur 100Base FX fibre optique multimode Supporté 62.5/125, connect. ST ou SC F. Nolot 18

19 Les répéteurs Répéteurs de Classe I Répètent les signaux entre segments de «types» différents Exemple : 100 Base TX et 100 Base T4 100 Base FX et 100 Base T4 Un seul répéteur dans un même domaine de collision Répéteurs de Classe II Relient les segments utilisant le même type de signal Exemple : 100 Base TX et 100 Base TX 100 Base FX et 100 Base FX Deux répéteurs maximum dans un même domaine de collision F. Nolot 19

20 Le brochage du 100 Base TX (utilise 2 paires) Le câble droit 1 TX+ 2 TX 3 RX RX 7 8 Le câble croisé 1 et 3 2 et 6 3 et 1 6 et 2 F. Nolot 20

21 Le brochage du 100 Base T4 (utilise 4 paires) Le câble droit 1 TXD1+ 2 TXD1 3 RXD2+ 4 BID3+ 5 BID3 6 RXD2 7 BID4+ 8 BID4 Le câble croisé 1 et 3 2 et 6 3 et 1 6 et 2 4 et 7 5 et 8 7 et 4 8 et 5 F. Nolot 21

22 Règles topologiques 100 Base FX 412 m maximum Fibre MultiMode 62,5/125, 1350 nm, perte 11Db Max Connecteurs SC, ST, FDDI type M (Mic) Si un répéteur, longueur maximun entre 2 DTE 320 m pour une classe II 272 m pour une classe I 228 m si deux classe II F. Nolot 22

23 Règles topologiques (2) Diamètre maximum (en m) des domaines de collisions DTE DTE Répéteur Répéteur Répéteur DTE DTE DTE DTE Type Cuivre Fibre T4 & TX TX & FX DTE DTE Classe I * 260,8 1 Classe II ** 308,8* 2 Classe II ** 216*** * avec 100 m de lien cuivre et fibre optique ** impossible de mélanger T4 et FX sur un répéteur de classe II *** avec 105 m de cuivre et une fibre optique F. Nolot 23

24 Migration vers le 100 Mbit/s Installation dans un réseau 10 Mbit/s classique d'une station 10/100 Mbit/s Connexion au hub 10 Mbit/s et auto négociation impérative Nouvelle station F. Nolot 24

25 Migration vers le 100 Mbit/s Remplacement d'un hub 10Mbit/s par un commutateur 10/100 Nouvelle station F. Nolot 25

26 Migration vers le 100 Mbit/s Remplacement d'un hub 100 Mbit/s et d'un commutateur 10/100 Nouvelle station F. Nolot 26

27 Migration vers le 100 Mbit/s Réalisation d'un backbone 10/100 Mbit/s Nouvelle station F. Nolot 27

28 Les commutateurs (1) Accroissement important des besoins en débuts Evolution des applications Nouveaux services Habitudes des utilisateurs Augmentation du parc informatique Problèmes à résoudre sur les LANs Charge Collision Broadcasts F. Nolot 28

29 Les commutateurs (2) Réponses par les technologies classiques Ponts Routeurs Pont routeurs Réponses par les «nouvelles technologies» Commutateurs LAN ATM Ethernet haut débit Les réseaux virtuels F. Nolot 29

30 Les commutateurs Fonctionnement Fonctionnement type «ponts» Processeurs spécialisés Ports avec bande passante «dédiées» et non partagée Commutation port à port parallèles entre elles F. Nolot 30

31 Les commutateurs Les types de commutations «On the fly» ou «Cut throught» 1. Arrivée de la trame 2. Lecture des premiers octets (début en tête Ethernet) 3. Commute la trame vers le dest. en fonction de l'adresse dest. Avantages temps de latence faible (15 micro secondes) Indépendant de la longueur de la trame Inconvénients Retransmission des erreurs CRC, fragments de collision Impossibilité de commuter 10/100/uplink ATM F. Nolot 31

32 Les commutateurs Les types de commutations La commutation «Store & Forward» Principe 1. Arrivée de la trame 2. Stockage de la trame 3. Commutation vers le port de sortie Avantages Traitement des erreurs Possibilité de traitements particuliers sur la trame Adaptée aux commutateur 10/100/uplink ATM Inconvénients Plus lents que la commutation «On the fly» Temps de latence fonction de la longueur de la trame F. Nolot 32

33 Les commutateurs Les types de commutations Variantes Méthode «Fragment free» Équivalent du «cut through» mais en enlevant les trames trop courtes Méthode au choix de l'administrateur Fixe la méthode par administration du switch Méthode «adaptative» Démarrage en mode «cut through» Passage en «store & forward» à partir d'un certain seuil du taux d'erreurs paramétrable ou non Retour au mode «cut through» en dessous de ce seuil F. Nolot 33

34 Critères de choix (1) Architecture «switch fabric» Matrice de commutation (Crossbar, Batcher Banyan) Mémoire partagée Bus partagé (TDM) Bande passante globale Actuellement de 500 Mbit/s à 4 Gbit/s Taille des buffers pour les ports I/O En entrée En sortie Partages F. Nolot 34

35 Critères de choix (2) Performances Débit Vitesse maximale à laquelle le commutateur peut transmettre des paquets sans perte Taux de perte Pourcentage de trames envoyées mais non retransmises par le commutateur dans une fenêtre de temps prédéterminée Temps de latence En «Cut through» : égale à 1er bit entrée 1er bit sortie En «Store & Forward» : dernier bit entrée 1er bit sortie F. Nolot 35

36 Critères de choix (3) Nombre d'adresses «MAC» gérées par port Commutateurs de segments Commutateurs de stations Mécanisme de contrôle de congestion En général «back pressure» Génération de collision sur le port émetteur Parfois controversé car arrête toute communication sur le port concerné Conformité à SNMP Présence de ports 100 Mbit/s Coût par port F. Nolot 36

37 FastEthernet et GigaBit Ethernet GigaBit Ethernet F. Nolot 37

38 Spécifications 2 spécifications principales 1000 Base T sur câblage UTP en cuivre 1000 Base X sur câblage STP en cuivre et sur fibres optiques monomodes ou multimodes Toutes deux supportent le full duplex F. Nolot 38

39 Configurations supportées 1000Base LX laser grandes ondes sur fibre optique multimodes et monomode destiné aux artères de campus long. max : 3km 1000Base SX laser ondes courtes sur fibre optique multimodes destiné aux artères intra muros long. max : 500m 1000Base CX câble en paires torsadées blindées 150 Ohms destiné aux connections entre serveurs dans le même local long. max : 25m F. Nolot 39

40 Le 1000BaseT Permet d'utiliser du Gigabit Ethernet dans la majorité des installations actuelles Utilisation au minimum de câbles FTP catégorie 5, au maximum de leur spécification Limiter au maximum le brassage dans les armoires de câblage Longueur maximale : 100m F. Nolot 40

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