Architecture Ethernet

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1 Architecture Ethernet 2. Introduction Caractéristiques principales 3. Lestrames802.3etEthernet_II 4. EthernetetlemodèleOSI 5. Lacouchephysique 6. LacoucheLiaison(sous couchesmacetllc) 7. Concentrateur(hub)etcommutateur(switch) 8. VLAN 9. Exemplesderéseaux 10. GigabitEthernet 1. ArchitectureEthernet 2009 tv

2 Introduction Miseaupointdanslesannées80parXEROX,InteletDEC, l'architectureethernetpermetl'interconnexiondematériels diversavecdegrandesfacilitésd'extension. Lesdifférentesnormes: Ethernetà10Mbits/s:10BASET,10BASE5,10BASE2et10BASEF (802.3) FastEthernetà100Mbits/s:100BASET(802.3u) GigabitEthernet(Gig E)à1Gbits/s:1000BASE LX,1000BASE SX, 1000BASE CX,1000BASE LH(802.3z)et1000BASE T(802.3ab) DécagigabitEthernetà10Gbits/s(10GigabitEthernet)estdéjàà l étude... ArchitectureEthernet

3 Caractéristiques principales Débitde10Mbits/s,100Mbits/s,1Gbits/s, Transmissionbandedebase Topologiephysique(câblage)enétoile(ouenbuspourlecoaxial) Câblescuivre(coaxialoupairestorsadées)oufibreoptique (monomodeoumultimode). Méthoded'accèsCSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) Longueurdestramescomprisesentre64et1518octets Topologielogiqueenbus Gestiondescouches1etpartiellement2dumodèleOSI ArchitectureEthernet

4 Sigle Débit 10 BASE T 10 bits/s Type de média paire Torsadée Type de transmission BASE : Bande de BASE 10BASE5:Ethernet 10 Mbits/s standard coaxial (Thick) 5:longueurmax.dusegment500m 10BASE2:Ethernet fin à 10 Mbits/s coaxial (Thin) 2:longueurmax.dusegment185m ArchitectureEthernet

5 Trame (Frame 802.3) 64à1518octets PREAMBULE DEDEBUTDE DESTINATION TRAME 7OCTETS 1OCTET Lafindupréambule indiqueledébutdela lecturedelatrame SOURCE LONGUEUR DUCHAMP DATA 6OCTETS 2OCTETS DATA FCS 46à1500 4OCTETS OCTETS Octetslusetdécodésparlacarteréseau Lepréambule,composéd'unesuccessionde0etde1,assurelasynchronisationdurécepteursurlatrame émise. Ledélimiteurdetramepermetdetrouverledébutduchampd'adresses. Uneséquencedecontrôle(FrameCheckSequence)calculéesuivantuncodederedondancecyclique (CRC). ArchitectureEthernet

6 Trame Ethernet_II 64à1518octets PREAMBULE DEDEBUTDE DESTINATION TRAME 7OCTETS 1OCTET Lafindupréambule indiqueledébutdela lecturedelatrame SOURCE TYPE 6OCTETS 2OCTETS DATA CRC 46à1500 4OCTETS OCTETS DELIMITEUR DEFINDE TRAME 1OCTET Octetslusetdécodésparlacarteréseau Letypedeprotocoledecouchesupérieuresur2octets(Ex:0800=IP). LeMTU(MaximalTransferUnit)estunparamètrevariable(46à1500)quireprésentelataillemaximaled'un paquetquelatramepeuttransporter.lacouchesupérieureréaliseraunefragmentationsic'estnécessaire. Ondistinguelesdeuxtramesdelamanièresuivante:six<=1500alorstrame802.3avecLLC(et éventuellementsnap),sinonsix>1500alorstrameethernetii ArchitectureEthernet

7 Ethernet et le modèle OSI ModèleOSI Couchesbasses IPX 3. RESEAU 2. LIAISON 1. PHYSIQUE IP LLC LLC MAC Ethernet BASET Ethernet_II Couche logicielle multi-protocole Couche matérielle Réseau LanormeEthernetcouvrepartiellementlacouche2dumodèleOSIquiest,enfait,découpéeen2sous couches: Lasous couchemac(mediumaccesscontrol) Lasous couchellc(logicallinkcontrol) Lasous couchemacd Ethernetgèrel'accèsausupportetoffreunensembledeservicesàlasous couchellc (LogicalLinkControl). ArchitectureEthernet

8 Couche Physique (niveau 1 du modèle OSI) Lesfonctionsréalisés,surlesupport,parletransceiversontlessuivantes: émissionetréceptiondesignauxsuivantuncodage(ex:manchester). détectiondeprésencedesignaux. détectiondecollisions Lescodagesenbandedebasevontessentiellementavoirpourrôlede diminuerlalargeurdebandedusignalbinaire(moinsperturbée),de transposercelle civersdesfréquencesplusélevées(lesmoinsaffaiblies)et d'utiliserlestransitionsdusignalafind'assurerunetransmissionsynchrone (quipermettrontaurécepteurdesynchronisersaproprehorloge). Ladétectiondecollisionsefaitparécoutedusupport.Lorsquelatensionsur lecâbleestplusélevéequelatensionmaximalepouvantêtregénéréepar unseultransceiver,unecollisionestdétectée(voroscillogramme). ArchitectureEthernet

9 Codage Manchester (10 MBits/s) Horloge Signal Binaire Signal Codé Principe : Une opération XOR (ou exclusif) est réalisée entre l'horloge et les données, d'où une transition systématique au milieu de chaque bit du signal binaire. ArchitectureEthernet

10 FastEthernet : codage 4B/5B NRZI ou MLT3 (100 MBits/s) 100BASET:4B/5BpuisMLT3 AveclecodageMLT3,seulsles1fontchangerlesignald'état. Les0sontcodésenconservantlavaleurprécédemment transmise.les1sontcodéssuccessivementsurtroisétats:+v, 0et V. LeprincipalavantageducodageMLT3estdediminuer fortementlafréquencenécessairepourundébitdonnégrâceà l'utilisationde3états.pour100mbpsdedébit,unefréquence maximaledusignalde25mhzseulementestatteinte. 100BASEFX:4B/5BpuisNRZI AveclecodageMLT3,onproduitunetransitiondusignalpour chaque1,pasdetransitionpourles0. Codage4B/5B: Leslonguesséquencesde0peuvententraîneruneperteouun déphasagedel'horlogedurécepteur.pourévitercela,onutilise uncodage4b/5bquiintroduitaumoinsdeuxtransitionspour unesériede5bits(voirtabledecorrespondance). ArchitectureEthernet

11 Câblage Lecâblecatégorie5(ouCat5)sertdemoyendeliaisonpourlatransmissiondedonnéesà desfréquencesjusqu'à100mhzetàdesdébitsnedépassantpas100mbits/ssur100m danslecâblagederéseauxinformatiquesutilisant,àlafois,unetopologieenétoileetla technologieethernet. Lacatégorie5estcomposéeàlabasededeuxtypesdecâblesàquatrepairestorsadées nonblindéesd'impédance100ohms:lecâbleutp(unshieldedtwistedpair)quiestleplus utiliséoulecâbleftp(foiledtwistedpair)quiestécranté(unfeuillardd'aluminiumenroulant lesquatrepairestorsadées).cesdeuxtypesdecâblageontétédéfinisàl'origineparla normeusansi/eia/tia 568.LapriseutiliséeestlaRJ45. Lorsd'uncâblageinformatiqueen10/100Mbit/s,seuleslesbroches1 2(paireémission)et3 6(paireréception)sontutiliséespourtransmettrelesinformations.Lorsd'uncâblage informatiqueen1000mbit/s(1gbit/s)les8brochessontutilisées. Lecâbledroitestutilisépourconnecterunappareilàunhubouunswitch:PC huboupc switch.lecâblecroiséestutilisépourconnecterdeuxappareilsidentiquesensemble:pc PCouhub hubouswitch switch. CertainséquipementsréseauxmodernessontcependantcapabledefaireduMDI/MDI X, c'est à diredu(dé)croisementautomatique. EIA/TIA 568:Normedecâblagedebâtimentspourlatélécommunication(utilisénotamment pourlesconnexionsethernet).lanormeeia/tia 568BremplacelanormeEIA/TIA 568A ArchitectureEthernet désormaisobsolète.

12 La couche Liaison (sous-couches MAC et LLC) PourlesnormesIEEE802,lasous couchellc(ieee802.2)est indépendantedestroisimplantationspossiblesdelasous couchemac quisont: CSMA/CD(IEEE802.3), TokenBus(IEEE802.4)et TokenRing(IEEE802.5). Lasous couchellcpermetnotammentl aiguillagedesdonnéesvers lacouchesupérieure. Danslecasd unetrameethernet_ii,lasous couche LLCestvide. ArchitectureEthernet

13 Méthode d'accès CSMA/CD Laméthoded'accèsutiliséesurlesréseauxEthernetest CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/Collision Detection).Surcetypederéseau,ilestpossibleque2ou plusieursstationsdétectentlesupportlibre,décidentde transmettreenmêmetempsetcequiprovoqueunecollision: cettesituationposeproblème.leréseauethernetadécidéde s'enaccommoderenmettantenplaceunmécanismede détectionetreprisedecollision(arrêtdelatransmissiondes stationsimpliquées,attented'untempsaléatoireetreprisede laprocédurenormale).evidemment,onnepeutprévoirla présenceetlenombredecollisionsquivontexistersurcetype deréseau.onqualifiecetypederéseaudeprobabiliste (non déterministe). Autresparamètres: latailledujam(signalderenforcementdecollision)est fixéeà32bits times(contenuquelconque). ledélaiminimuminter trames(ouifs)estde9,6µssoit96 bits times ArchitectureEthernet

14 Round Trip Delay Unparamètreintervientpourlagestioncorrectedescollisions:latailleduréseauou plusexactementleroundtripdelay(rtdoutb). Ilcorrespondautempsnécessaire: àlapropagationd unetramed unboutàl autreduréseau(propagationaller); àladétectiond uneéventuellecollisionàl extrémitéduréseau; àlapropagationenretourdel informationdecollision(propagationretour). Lavaleurthéoriquemaximaleduroundtripdelayestde498.9bits times.lanorme utiliseenfait512bits times(puissancede2supérieure). Lebit timeestl unitédetempsemployéparlanorme802.3etcorrespondautemps nécessaireàlareprésentation(émission)d unbit. Doncpourunréseauà10Mbits/s,leroundtripdelayde512bits timesdonne51,2µs. Danslecasd'unréseauà100MBits/s,leRTDseraalorsde5,12µs. Pourassurerunegestioncorrectedescollisions,ilfautqueletempsd émission d unetrameethernetsoitsupérieurouégalauroundtripdelay,cequidéfinit doncunetailledetrameminimumde64octets. ArchitectureEthernet

15 Visualisation des collisions ArchitectureEthernet

16 LLC Elleoffreàlacoucheréseau(niveau3dumodèleOSI)troistypesde services: leservicesansconnexionetsansacquittement,ditdetype1(oumode datagramme):utiliséparethernet leserviceavecconnexion,ditdetype2.uneconnexionestétablieentreémetteuret récepteuravanttoutenvoidedonnées.lestramessontnumérotéesafinquellc puissegarantirquetouteslestramessontarrivéesàdestinationdanslebonordre. (TokenRing802.5) unautreserviceexiste,utiliséessentiellementdanslesréseauxindustriels:leservice sansconnexionavecacquittement,ditdetype3(oumodedatagrammeacquitté). Danstouslescas,LLCréaliseuncontrôledeflux.Cecontrôlepermet aurécepteurdecommanderl envoidestramesissuesdel'émetteur,afin d évitersapropresaturation. ArchitectureEthernet

17 Aiguillage LLC LechampDSAP(Destination ServiceAccessPoint)8bits: Couche Réseau permetdedésignerleoules protocolesdeniveausupérieur auxquelsserontfourniesles donnéesdelatramellc. fonction du DSAP DSAP SSAP CTRL Données LLC Sous-couche LLC fonction du champ type trame ETHERNET_II trame LechampSSAP(SourceService AccessPoint)8bits: Sous-couche MAC permetdedésignerleprotocole Couche Physique Type ou lg 0x06 IP EquivalentEthernet_II:0x800 0x7E X25niveau3 EquivalentEthernet_II:0x805 0xE0 IPX EquivalentEthernet_II:0x8137 ArchitectureEthernet Données MAC

18 Concentrateur (hub) et commutateur (switch) Unconcentrateur(hub)estlenoeudcentrald'unréseauinformatique.Ils'agit d'undispositifélectroniquepermettantdecréerunréseauinformatiquelocal detypeethernet. Cetappareilpermetlaconnexiondeplusieurséquipementssurunemême lignedecommunication,enrégénérantlesignal,etenrépercutantles donnéesémisesparl'unverstouslesautres.c'estdoncunsimplerépéteur dedonnéesparoppositionaucommutateurréseau(switch),quidirigeles donnéesuniquementverslamachinedestinataire. Uncommutateurréseau(switch)estunéquipementquirelieenétoile plusieurssegments(câblesoufibres)dansunréseauinformatique.ils'agitle plussouventd'unboîtierdisposantdeplusieursportsethernet:ilalamême apparencequ'unconcentrateur(hub). Contrairementàunconcentrateur(hub),uncommutateurnesecontentepas dereproduiresurtouslesportschaquetramequ'ilreçoit.ilsaitdéterminer surquelportildoitenvoyerunetrame,enfonctiondel'adressemacà laquellecettetrameestdestinée.lescommutateurssontsouventutilisés pourremplacerdesconcentrateurs: unhub100mbits/spartagerasabandepassanteentrechaqueport unswitch100mbits/spermettradedisposerdecettebandepassante ArchitectureEthernet pourchaqueport Concentrateur(HUB) CâblageenETOILE TopologieenBUS ETHERNET10/100BASET Commutateur(switch) parsonfonctionnement,onlui associeunetopologieenetoile

19 Virtual LAN Unréseauvirtuel,communémentappeléVLAN(pourVirtualLAN),estunréseauinformatiquelogique indépendant.denombreuxvlanpeuventcoexistersurunmêmecommutateurréseau(switch).les VLANfonctionnentauniveaudelacouche2dumodèleOSI. CréationdeVLAN: VLANparport(Port basedvlan):onaffectechaqueportàunvlan VLANparadresseMAC(MACaddress basedvlan):onaffectedesadressemacàunvlanetleswitch >VLAN. VLANparadressedeniveau3:onaffecteuneadressedeniveau3àunVLAN(lecommutateurdoitdonc accéderàcesinformationsetcelaprovoqueunfonctionnementmoinsrapidequelesvlanparportoupar MAC). IntérêtdesVLAN: Segmentation :réduirelatailled'undomainedediffusion(broadcast) Flexibilité :Possibilitédetravaillerauniveau2(coucheliaison)(AdresseMAC)ouauniveau3(IP).Fonctionnant normalementauniveaudelacouche2dumodèleosi,unvlanpeutêtreconfigurépourseconnecterdirectement àunréseauip,cequidonnel'impressiondetravaillerplutôtauniveaudelacouche3(commutateurdeniveau3). Sécurité :permettredecréerunensemblelogiqueisolépouraméliorerlasécurité.leseulmoyenpour communiquerentredesmachinesappartenantàdesvlandifférentsestalorsdepasserparunrouteur. ArchitectureEthernet

20 Exemples de réseaux ArchitectureEthernet

21 Gigabit Ethernet GigabitEthernetrespectelescontraintesetobjectifssuivants: undébitde1gbit/s conserverleformatdetrameieee802.3 préserverlatailleminimumetmaximumdestramesieee802.3 fonctionnerenhalf duplexcommeenfull duplex conserverunetopologiephysiqueenétoile utiliserlaméthoded accèscsma/cd gérerundomainedecollisiondontlediamètreestégalà200mètres restercompatibleavecversionsprécédentesfastethernet(ieee802.3u)et Ethernet(IEEE802.3). Lesconstructeursd'équipementsGigabitEthernetsesontregroupésau seindelagigabitethernetalliance( ethernet.org). ArchitectureEthernet

22 Les différentes spécifications Gigabit Ethernet Ilexisteenfaitdeuxspécifications: 802.3z(juin1998):1000BASE LX,1000BASE SXet1000BASE CX(fibreoptique) 802.3ab(juin1999):1000BASE T(cuivre) Lesdifférentesspécifications: 1000BASE LX(Longwavelength):fibreoptiquedetypemonomodeoumultimode (1350nm).Distances:monomode(5000m)etmultimode(550m). 1000BASE SX(Shortwavelength):fibreoptiquedetypemultimode(850nm). Distancesmaximales:220à550m. 1000BASE LH(LongHaul):noncouverteparl'IEEE.Distances:de10à40km. Compatibleavec1000Base LXdupointdevuedesconnecteurs. 1000BASE CX:pairestorsadéesblindées(STP)d'impédance150ohms.Distance: limitéeà25m(utilisationlimitéeauxliaisonsdebrassage).utiliseuncodage8b/10b NRZI. 1000BASE T(IEEE802.3ab):pairestorsadéesdeCat.5nonblindée(UTP),cat.6et 7.Distance:entre25et100m.Utiliseles4pairesenparallèleetenfull duplex(250 Mbit/ssurchaquepaire).Codageà5niveauxappeléPAM 5(PulseAmplitude Modulation). ArchitectureEthernet

23 Gestion des collisions pour le Gigabit Ethernet Iln yapasdeproblèmesdecollisionsenfull duplex. Parcontreenhalf duplex,lagestiondescollisionsestassuréeparleprotocole CSMA/CD.Or,pourassurerungestioncorrectedescollisions,unestationdoit émettrependantuneduréeaumoinségaleautempsdepropagationalleret retourdusignalsurtoutelalongueurdubus(roundtripdelay). Cettecontrainteadéterminélatailleminimaledelatrame:unetramede64 octetscorrespondàunelongueurdebusde2500mètres(àl'origine5 segments10base5). Cettelongueurestaussiqualifiéedediamètredudomainedecollision. Enaugmentantledébit,ondiminueletempsd'émission.Parexemple,avec undébitde100mbits/s,letempsd'émissionestdivisépar10.ilfautréduirela longueurdubusà250mètres.avecundébitde1000mbits/s,ilfaudrait réduireencorecettelongueurà25mètres. ArchitectureEthernet

24 Domaine de collisions pour le Gigabit Ethernet LegroupedetravailduGigabitEthernets estdoncfixécommeobjectif d avoirundiamètrededomainedecollisionde200mètres.commele diamètreestmultipliéparunfacteur8,lenombredebitsàémettredoit maintenantêtreégalà512octets(8x64)pourpouvoirdétecterla collision. Plutôtqued'ajouterdesoctetsdebourrageetdereformaterlestramesà chaquechangementdedébit,deuxtechniquesontétédéveloppées: l'extensiondeporteuseoucarrierextension lepipeliningdetransmissionouframebursting ArchitectureEthernet

25 Carrier extension Laduréed'émissionminimaleliéeàlalongueurdudomainedecollisionest courammentappeléeslottime.pourlesréseauxethernetà10et100mbits/s,il estégalà512bit time. Pourgérerundomainedecollisionde200mètresavecundébitde1Gbit/s,ilfaut augmenterleslot timede512bit timebità512byte time(facteurde8). Uneextensionestdoncajoutéeaprèschaquetrame,afind'atteindresinécessaire 512octets.CetteextensionvientseplaceraprèsleFCS(FrameCheck Sequence)ouCRC. LatrameEthernetn'estdoncpasmodifiée. Lorsdupassaged'unsegmentà1Gbit/sversun segmentàplusfaibledébit,lecarrierextension n'estpasconservéafindenepassurcharger inutilementlesbrins. ArchitectureEthernet

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