Introduction à et LLC. Adapté en partie de J. Ehrensberger

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1 Introduction à et LLC Adapté en partie de J. Ehrensberger

2 Les objectifs Pouvoir reconnaître et utiliser les différents noms donnés aux réseaux Connaître les principales normes 802.x Être à même de donner la structure du protocole des réseau Ethernet (PHY, MAC, LLC) Pouvoir donner les trois types de services offerts par LLC Adapté en partie de J. Ehrensberger

3 Objectifs Être à même de donner les fonctions de la couche MAC dans Ethernet Être à même d expliquer les deux méthodes d accès (CSMA/CD ou Half-Duplex, et Full Duplex) Être à même d utiliser correctement les termes CSMA/CD, half-duplex, full-duplex Connaître la structure et les différences entre les trames Être à même d expliquer la significations des champs dans les trames Ethernet II et

4 Ethernet 1973: Robert Metcalfe (Xerox) invente Ethernet 1980: DEC, Intel et Xerox développent une spécification appelée le DIX bluebook 1985: La norme IEEE est publiée Ether: imaginée au XVIII e siècle pour expliquer la propagation des ondes électromagnétiques Adapté en partie de J. Ehrensberger

5 Pour décrire un type de réseau La terminologie Les topologies physiques La architecture des couches Les protocoles Les procédures Les formats des trames Adapté en partie de J. Ehrensberger

6 Noms des réseaux Ethernet Ethernet CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection) Adapté en partie de J. Ehrensberger

7 Les normes: Projet 802 de l IEEE Groupe : Protocoles de couches supérieures dans les réseaux locaux Architecture de réseaux 802 LAN/MAN et leur interconnexion Norme 802.1D : ponts LAN (Interconnexion de réseaux LAN) Norme 802.1Q : réseaux LAN virtuels. Comprend la norme 802.1p (classes de trafic et priorités dans les réseaux LAN) Groupe : LLC Groupe : Ethernet Développement de normes pour les réseaux LAN utilisant CSMA/CD. Norme : Ethernet (10 Mb/s Ethernet, FastEthernet, Gigabit-Ethernet et 10Gb/s Ethernet) Groupe : Token Ring Groupe : Réseaux locaux sans fil Norme a : Réseaux sans fil jusqu à 54 Mb/s dans la bande de 5 GHz Norme b : Réseaux sans fil jusqu à 11 Mb/s dans la bande de 2.4 GHz Norme e : Qualité de service dans les réseaux Norme i : Sécurité Norme g : Extension de b pour un débit de 54Mb/s Norme n : Extension de pour inclure technologie MIMO Groupe : Demand Priority Norme a : 100VG-AnyLAN Groupe : Réseaux PAN (Personal Area Networks) sans fil Norme : Bluetooth Adapté en partie de J. Ehrensberger

8 Topologies Nœuds, hôtes, stations Étoile En arbre Bus Adapté en partie de J. Ehrensberger Anneau

9 Les couches dans Logical Link Control Medium Access Control LLC Liaison MAC Couche 2 Physique Couche 1 Adapté en partie de J. Ehrensberger

10 Les protocoles LAN LLC (Logical link control): Fonctions de contrôle indépendantes de la technologie sous-jacente MAC (Medium Access Control): Entre autre: Gestion de l accès au média physique Adapté en partie de J. Ehrensberger

11 Norme LLC 1 (unacknowledged connectionless service) Souvent appelé LLC Utilisée dans les réseaux Ethernet Tient compte du faible taux d erreur du support physique Transmission de blocs isolés sans connexion Sans acquittement Sans contrôle de l ordre des trames Format de la trame permet de détecter des erreurs bit Suppression de trames erronées Retransmission initiée par les couches supérieures Adapté en partie de J. Ehrensberger A PDU PDU PDU Diagramme en flèche B

12 Norme LLC 2 (connection mode service) Service orienté connexion Utilisation d acquittements A PDU B Retransmission de trames erronées Élimination de trames dupliquées PDU ACK Contrôle de l ordre des trames PDU ACK Service fiable réalisé à la couche 2 au lieu des couches supérieures comme dans LLC 1 ACK Adapté en partie de J. Ehrensberger

13 Norme LLC 3 (acknowledged connectionless service) Service sans connexion Utilisation d acquittement A PDU B contrôle de flux: «envoyer et attendre» (stop and go): ACK Transmission d une trame après la réception de l acquittement de la trame précédente PDU Utilisée dans les réseaux industriels ACK L ordinateur central transmet des informations aux équipements périphériques PDU Mémoire limitée des équipements périphériques Adapté en partie de J. Ehrensberger

14 Encapsulation d une PDU LLC Une PDU LLC est encapsulée dans une trame MAC PDU LLC En-tête MAC En-tête LLC PDU (couche réseau) En-queue MAC Trame MAC Adapté en partie de J. Ehrensberger

15 Format d une PDU LLC Utilisé par les trois normes LLC Adresse DSAP (Destination Service Access Point) et SSAP (Source Service Access Point) Identifient le type de données transmises Bit de diffusion: Indique s il s agit d une adresse DSAP individuelle ou multipoint Bit P/F: PDU de commande ou de réponse Utilisation du champ de contrôle dépend de la norme LLC Bit de diffusion utilisée Bit P/F Adresse DSAP Adresse SSAP Zone de contrôle Information Adapté en partie de J. Ehrensberger 1 octet 1 octet 1 ou 2 octets Jusqu'à 8 Mo

16 Exercices Quelles topologies connaissez-vous pour interconnecter des stations dans un réseau local? Quels sont deux autres noms données aux réseaux Ethernet? Quelles sont les couches du modèle OSI spécifiées pour les réseaux Ethernet? Quel types de services la sous-couche LLC offret-elle aux couches supérieures? Quelles sont les deux sous-couches dans lesquelles la couche de liaison est divisée dans les réseaux Ethernet? Adapté en partie de J. Ehrensberger

17 Etoile Bus Topologie NIC Répéteur HUB Equipements Switch Coax Support de Tx Paire torsadée Arbre Type de réseau local F.O. Autonégociation Protocoles Procédures de ligne Full-duplex Structure en couches Structure des trames CSMA/CD + TBEB

18 Equipements NIC Répéteur / HUB Switch

19 Câbles Coaxial Paire torsadé Fibre Optique

20 Etoile Bus Topologie NIC Répéteur HUB Equipements Switch Coax Support de Tx Paire torsadée Arbre Type de réseau local F.O. Autonégociation Protocoles Procédures de ligne Full-duplex Structure en couches Structure des trames CSMA/CD + TBEB

21 Ethernet et OSI Medium Access Control LLC Liaison MAC Couche 2 Physique Couche

22 Protocoles MAC CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Full Duplex

23 Topologie en Bus La machine transmet vers l imprimante Problème Si un autre nœud transmet: Collisions

24 Topologie en Etoile «Hubée» HUB Problème: collisions

25 L algorithme CSMA/CD Écouter le canal Si un signal est présent (une autre station transmet), continuer à écouter Si le canal est libre, envoyer la trame et regarder pendant la transmission s il y a une collision S il n y a pas de collision, considérer que la trame a été livrée Dans le cas d un collision, arrêter la transmisssion de la trame et envoyer un signal de jam de 32 bits Attendre un temps aléatoire selon la méthode TBEB avant de retransmettre la trame une nouvelle fois

26 CSMA/CD Écouter la porteuse Attendre délai aléatoire Libre? Non Oui Initier transmission Non Collision détectée? Oui Envoyer jam Fin de la transmission? Non Augmenter le no. d'essais Transmission OK Trop d'essais? Erreur Oui Non Calculer délai aléatoire

27 On utilise aussi le terme Half-Duplex pour décrire le mode CSMA/CD dans les réseaux Ethernet

28 Exemple d un collision A B A observe le canal, le trouve libre et commence à transmettre A détecte la collision, arrête la transmission et envoie 32 bits de jam B observe le canal, le trouve libre et commence à transmettre B détecte la collision, arrête la transmission et envoie 32 bits de jam Temps

29 Paramètres d IEEE Pour que chaque station détecte correctement ses collisions : Temps de propagation aller-retour maximal : 512 bits (51.2 µs 10 Mbps, 5.12 µs à 100 Mbps ) Taille minimum d une trame : 512 bits A B A observe le canal, le trouve libre et commence à transmettre A détecte la collision, arrête la transmission et envoie 32 bits de jam B observe le canal, le trouve libre et commence à transmettre B détecte la collision, arrête la transmission et envoie 32 bits de jam Explication au tableau noir Temps

30 Gestion de collisions Dès qu une collision est détectée, arrêter la transmission de la trame et envoyer le signal de jam de 32 bits Le but est que l autre station responsable de la collision sache ce qui s est passé Ensuite attendre un temps aléatoire en utilisant le Truncated Binary Exponential Backoff (TBEB)

31 Truncated Binary Exponential Back-off (TBEB) Un slot = 512 bits Temps aléatoire est un nombre de slots NxS N choisi entre 0 et 2 i -1 i est le nombre de collisions consécutives ou 10 Après la première collision, i=1 et N = 0 ou 1 Après la deuxième collision, i=2 et N = 0, 1, 2 ou 3 Après la cinquième collision? Apres 10 collisions, i n aumente plus A la 16eme collision, on abandonne la transmission

32 Full-duplex Un grand nombre de cartes Ethernet peuvent travailler en mode full-duplex Transmissions simultanées dans les deux sens sur un lien point à point Pas de collisions Pas de retransmission Pas de CSMA/CD!

33 Avantages du full-duplex Double la bande passante d un lien point à point Pas d attente avant d émettre La limitation de la longueur d un segment due à CSMA/CD tombe Délai aller-retour n est plus important L atténuation limite la taille d un segment mais elle peut être compensée à l aide de répéteurs

34 Régulation de flux en mode full-duplex En full duplex, les trames peuvent être envoyées à une grande cadence Si une station n arrivent pas à suivre lo flot de trames d une autre, elle peut envoyer une trame spéciale appelé PAUSE Elle contient un temps mesuré en unités de 512 bits pendant lequel la station ne désire recevoir aucune trame La station peut utiliser un temps égale à zéro si elle est prête à recevoir des trames à nouveau

35 La trame PAUSE 2 Bytes 2 Bytes MAC Control Opcode PAUSE Opcode = 0x0001 pause_time pause_time = 0x0002 Préambule SFD Adr. Dest. PAUSE C Adr. Source Type MAC Control 0x8808 Données CRC

36 Le format de la trame MAC Il y a deux types de trames MAC: Ethernet II (ou DIX) Elles sont essentiellement identiques On peut ajouter d autres types de trames si l on considère aussi les différentes entêtes LLC (trame SNAP, trame «Raw 802.3»)

37 Format de la trame Entête Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets SDU CRC Adr. Source 6 octets IFG Longueur 2 octets = 96 bits Données longueur variable CRC 4 octets 37

38 Format de la trame Ethernet II Entête SDU CRC Préambule 8 octets Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets Préambule 7 octets SFD 1 octet Longueur 2 octets

39 Trame Préambule et SFD (Start of Frame Delimiter) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets Synchronisation de bits Marqueur du début de la trame (Start of Frame Delimiter)

40 Trame Ethernet II Préambule Préambule 8 octets Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets Identique au préambule et SFD des trames

41 Trame Adresses Source et Destination Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets a 3f 3e a ae Adresses MAC ou physiques

42 Transmission d adresses MAC La transmission des octets s éffectue de gauche à droite F0-2E-15-6C-77-9B La transmission des bits commence par le bit le moins significatif

43 Adresses MAC Adresse physique d une carte réseau Unique : Toutes les cartes de réseaux ont une adresse différente Fixe: configurée dans la mémoire ROM de la carte Longueur: 48 bits (2 48 = adresses) 3 premiers octets : Identification du constructeur (définie par l IEEE) C-xx-xx-xx: Cisco xx-xx-xx: Sun xx-xx-xx: HP 3 derniers octets : Identification de la carte (gérée par le constructeur) Bit le moins significatif du premier octet 0 = Addresse unicast 1 = Addresse de groupe Deuxième bit le moins significatif du premier octet 0 = Addresse globalement unique 1 = Addresse gerée localement

44 Adresses de groupe Broadcast (diffusion) Adresse FF-FF-FF-FF-FF-FF Les cartes réseau écoutent cette adresse et les stations doivent traiter les trames reçues Commutateurs et ponts : transmettent une trame reçue sur tous les ports Applications ARP : conversion adresses IP --> MAC) Multicast 1er bit transmis de l adresse vaut 1 (1er octet de l adresse est impair) Exemple : B E Une station doit configurer la carte réseau pour écouter une adresse multicast Applications : Configuration automatique de l acheminement dans un LAN (Spanning Tree Protocol) Tous les ponts font partie d un groupe multicast

45 Trame Longueur Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données Données Bourrage longueur variable CRC 4 octets -Contient le nombre d octets reçus de la sous-couche LLC -Si cette longueur est plus petite que le minimum de 46, des octets de bourrage sont ajoutés par MAC -Longueur

46 Trame Ethernet II Type Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets -Identifie le protocole de la couche 3 -Toujours plus grand que

47 Trame Données Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets DSAP SSAP contrôle Données+bourr. L entête LLC contient le protocole de niveau 3 Les octets de bourrage sont ajoutés par MAC

48 Trame Ethernet II Données Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets Données et octets de bourrage ajoutés par MAC pour atteindre le nombre minimum de 46 octets

49 Trame Cyclic Redundancy Check (CRC) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets -Codage pour la détection d erreurs -Les trames erronées sont écartées

50 Ethernet II (le plus utilisée) Préambule 8 octets Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type 2 octets Données+bourr. 46 à 1500 CRC 4 octets Raw (Novell IPX dans le passée) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données+bourr. 46 à 1500 CRC 4 octets (encapsulation LLC) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets DSAP 1 octet SSAP 1 octet Contrôle 1 octet Données+bourrage 43 à 1497 SNAP (Sub-Network Access Protocole Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Longueur 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets DSAP 1 octet SSAP 1 octet Contrôle 1 octet aa aa 03 Organization Code 3 octet Ethernet type 2 octet Données+bourrage 38 à 1492

51 Etoile Bus Topologie NIC Répéteur HUB Equipements Switch Coax Support de Tx Paire torsadée Arbre Type de réseau local F.O. Autonégociation Protocoles Procédures de ligne Full-duplex Structure en couches Structure des trames CSMA/CD + TBEB

52 Ethernet et OSI LLC Liaison MAC Couche 2 Physique Couche

53 Objectifs Être à même de donner les caractéristiques principales des médias et connecteurs utilisés dans les réseaux Ethernet (coaxial thick, thin, N, bnc), paires torsadées (UTP, STP, catégories, RJ45), fibres optiques (monomode, multimode, ST, SC, MIC) Être à même d interpréter les noms donnés aux différents couches physiques dans les réseaux Ethernet (10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T, etc.)

54 Câble coaxial Très bonne protection électromagnétique Utilisé principalement dans les réseaux de télédiffusion Premières réseaux LAN sur câble coaxiaux Largeur de bande: p.ex. 800 MHz sur plusieurs km Cœur en cuivre Enveloppe isolante Tresse métallique Gaine de protection en plastique Adapté de J. Ehrensberger 54

55 Connecteurs Type N Type BNC Adapté de J. Ehrensberger 55

56 Câbles à paires torsadées Paire torsadée: deux conducteurs en cuivre, isolés l un de l autre, enroulés de façon hélicoïdale Avantage: meilleure protection électromagnétique Câble à paires torsadées: Comprend plusieurs paires torsadées Avec écran ou non Adapté de J. Ehrensberger 56

57 Types de câbles torsadés UTP (Unshielded Twisted Pair) Comprend 4 paires torsadées non écrantées Longueur jusqu à 100 m Avantages: moins cher et plus flexible Différentes catégories: Cat. 3: jusqu à 10 Mb/s Cat. 5: jusqu à 100 Mb/s Cat. 5e, 6: Gigabit-Ethernet STP (Shielded Twisted Pair) Paires individuelles et câble complet sont écrantées Longueur jusqu à 100 m Attenuation plus faible Inconvénient: cher et difficile à installer (mise à terre) Adapté de J. Ehrensberger 57

58 Connecteur RJ-45 Raccordement normalisé pour 10Base-T Seulement deux paires (émission et réception) du câble sont utilisées Broche Signal 1 Transmission + 2 Transmission 3 Réception + 4 Non utilisé en 10Base-T 5 Non utilisé en 10Base-T 6 Réception 7 Non utilisé en 10Base-T 8 Non utilisé en 10Base-T Adapté de J. Ehrensberger 58

59 Types de fibres optiques Fibre multimode Diamètre épais (62,5 ou 50 µm) Le signal se propage avec plusieurs angles (modes) différents L interférence entre les modes limite la distance de transmission (dispersion modale) Fibre monomode Diamètre plus petit (10 µm) Un seul mode est possible Très bonnes caractéristiques de transmission Plus chère Adapté de J. Ehrensberger 59

60 Connecteurs optiques Connecteur duplex SC Connecteur MIC Connecteur ST Adapté de J. Ehrensberger 60

61 Types de réseau Ethernet La norme définit toute une famille de technologies basées sur CSMA/CD Premiers réseaux Ethernet: 10 Mb/s sur un câble coaxial comme médium partagé Évolution de la norme: Technologies plus performantes (100 Mb/s, 1 Gb/s, ) Noms des technologies Exemple: 10Base-5 Débit Modulation Médium/ Longueur du segment Adapté de J. Ehrensberger 61

62 Types d Ethernet Type Débit Codage Longueur max. d un segment 10Base-5 10 Mb/s Bande de base 500 m 10Base-2 10 Mb/s Bande de base 185 m 10Base-T 10 Mb/s Bande de base 100 m 100Base-TX 100Base-FX 100 Mb/s 100 Mb/s Bande de base Bande de base 100 m 2000 m 1000Base -T 1 Gb/s Bande de base 100 m 1000Base -?X (plusieurs normes) 1 Gb/s Bande de base m Média Câble coax. épais Câble coax. fin UTP cat. 3, 2 paires UTP cat. 5, 2 paires 2 fibres multimodes UTP cat. 5 e, 4 paires 2 fibres optiques Topologie Adapté de J. Ehrensberger 62 Bus Bus Étoile Étoile Étoile Étoile Étoile

63 10Base-5 (Thicknet) Premier mode défini et utilisé Configuration en bus sur un câble coaxial partagé Débit de transmission : 10 Mb/s Transceiver (MAU Medium Attachment Unit) Circuit électronique pour la transmission et réception Détection de collisions Câble AUI (Attachment Unit Interface) Relié à la carte réseau Câble de 5 paires torsadées Long. max. 50 m Adapté de J. Ehrensberger 63

64 Topologie en bus Utilise câble coaxial jaune Prises vampire 10Base Adapté de J. Ehrensberger 64

65 Segment 10Base-5 Segment: câble partagé auquel les stations sont connectées Câble coaxial Diamètre: 1 cm Impédance caractéristique: 50 ohms Terminaisons de 50 ohms des deux bouts, dont une mise à terre Coefficient de vélocité : 0,77 Longueur maximale d un segment : 500 m Distance des stations: multiples de 2,5 m Nombre maximal de stations par segment : 100 stations Adapté de J. Ehrensberger 65

66 Utilisation de 10Base-5 Inconvénients majeurs Rigidité, diamètre et coût du câble Pratiquement plus utilisé Emploi est réservé aux sites nécessitant un segment long ou une bonne protection contre les interférences électromagnétiques Adapté de J. Ehrensberger 66

67 10Base-2 Aussi appelé Thinnet ou Cheapnet ou Cheapernet Utilise un câble coaxial moins encombrant et plus souple (RG-58) Débit de transmission: 10 Mb/s Diamètre du câble: 0,48 cm Impédance caractéristique: 50 ohms Coefficient de vélocité: 0,65 Longueur maximale d un segment: 185 m Nombre maximal de stations par segment: Adapté de J. Ehrensberger 67

68 Éléments d un réseau 10Base Adapté de J. Ehrensberger 68

69 10Base-T Configuration en étoile Problème des réseaux en bus: localisation de ruptures, Nœud central: hub Câbles à paires torsadées Possibilité d utiliser le câblage existant dans les bâtiments Une des configuration les plus répandues actuellement Câbles UTP Hub Adapté de J. Ehrensberger 69

70 Spécifications Câbles 10Base-T Paramètre Média physique Câble à paires torsadées Impédance caractéristique 100 ohms Coefficient de vélocité 0,585 Débit de transmission 10 Mb/s Longueur maximale d un segment 100 m Nombre de stations par segment 2 La norme n exige pas un type de câble précis mais permet l utilisation de différents types Adapté de J. Ehrensberger 70

71 Croisement La paire d émission de la source doit être la paire de réception du destinataire Croisement des paires nécessaire Les hubs effectuent souvent un croisement interne au niveau des ports Pour la connexion direct hub-hub, PC-PC: câble Station Hub croisé T R Câble droit T R Hub Hub T R Câble croisé T R Adapté de J. Ehrensberger 71

72 Ethernet C A x 1x 8x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet C A C A 7x 1x x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 7x 1x 8x 2x 8x 2x 9x 3x B 9x 3x 10x 4x A 11x 5x 10x 4x 12x 6x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet C A x 1x 8x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet C A x 1x 8x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet C A x 1x 8x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet Interconnexion de hubs (10Base-T) Pour augmenter le nombre de ports Pour relier des stations distantes Même règle que dans 10Base-5 et 10Base-2: Au maximum 4 répéteurs/hubs entre deux stations Distance maximale avec des segments 10Base-T: 500 m Pour couvrir des distances plus grandes: Segment 10Base-5 comme épine dorsale Ethernet C A x 1x 8x 2x 9x 3x A 10x 4x 11x 5x 12x 6x 7x 1x 8x 2x 9x 3x B 10x 4x 11x 5x 12x 6x Ethernet Adapté de J. Ehrensberger 72

73 La regle S applique aux systèmes 10 Mbps Segments répéteurs Segments peuplés

74 FastEthernet Débit de transmission: 100 Mb/s Couche MAC similaire à Ethernet à 10 Mb/s Même format de trame CSMA/CD comme méthode d accès Seule modification: réduction de la durée de transmission d un bit Conséquences: Ø Diamètre maximum d un domaine de collision: 200 m (10Base-5> 2km) Bonne compatibilité au niveau logiciel des stations Paramètre Délai aller-retour maximal 512 temps bit (= 5.12 µ s) Longueur du signal jam 32 bits Interframe gap 0,96 µ s Taille minimale d une trame 64 octets et matériel (p.ex. hubs avec ports 10 Mb/s et 100 Mb/s) Adapté de J. Ehrensberger 74

75 Normes FastEthernet 100Base-TX (1995) Utilise deux paires torsadées d un câble UTP cat Base-FX Requiert deux fibres optiques multimode 100Base-T4 (1995) Requiert quatre paires d un câble UTP cat. 3, 4 ou 5 Ne permet pas la transmission full-duplex 100Base-T2 (1997) Utilise deux paires torsadées d un câble UTP cat. 3 Pas de support de câbles coaxiaux Seulement 100Base-TX et 100Base-FX sont utilisées Adapté de J. Ehrensberger 75

76 100Base-TX et 100Base-FX 100Base-TX Similaire aux réseaux 10Base-T Câblage en étoile (UTP cat. 5!) avec un hub/switch comme nœud central Longueur maximale d un segment: 100 m 100Base-FX Utilise un câble à deux fibres optiques multimodes Le croisement est effectué au niveau du câble Longueur maximale d un segment: 400 m Connecteurs: Connecteur duplex SC Connecteur MIC Connecteur ST Adapté de J. Ehrensberger 76

77 Interconnexion de segments FastEthernet Répéteur/hub FastEthernet : Peut interconnecter des segments 100Base-TX avec 100Base-FX Au maximum deux répéteurs dans un chemin Configurations maximales Configuration 100Base -TX 100Base -FX Longueur maximale d un segment 100 m 412 m Réseaux avec un répéteur 200 m 320 m Réseaux avec deux répéteurs 205 m 228 m 5 m de paire torsadée pour relier les deux répéteurs Adapté de J. Ehrensberger 77

78 Sur cuivre 1000Base-T (802.3ab) Dernière norme Gigabit Utilise 4 paires UTP 5e Longueur max. d un segment: 100 m 1000Base-CX Sur câble STP spécial Principalement pour le patching entre deux switches dans une armoire Longueur max d un segment: 25 m Gigabit-Ethernet Adapté de J. Ehrensberger Sur fibre optique 1000Base-LX (Lambda=1300 nm) Sur une paire de fibres (multimode ou monomode) Longueur max d un segment : Half Duplex: 316 m FD sur fibre multimode: 550 m FD sur fibre monomode: 5000 m 1000Base-SX (Lambda=850 nm) Sur une paire de fibres multimodes Moins cher que 1000Base-LX Longueur max d un segment : Half Duplex: 316 m FD, fibre multimode, 62,5 m: 275 m FD, fibre multimode, 50 m : 500 m

79 CSMA/CD dans Gigabit-Ethernet La norme exige qu un commutateur Gigabit-Ethernet soit capable de travailler en half-duplex Ø Utilisation de CSMA/CD Problème en half-duplex : Débit 10 Mb/s Délai aller retour max. 51,2 µs Étendue max m 100 Mb/s 5,12 µs 200 m 1000 X Mb/s 512 ns 20 m? Solutions: Ne pas utiliser CSMA/CD (half-duplex) Agrandir la trame avec du padding plus long Ø Prolonger la durée de transmission d une trame courte Adapté de J. Ehrensberger 79

80 Carrier extension (Half Duplex) Ajout d octets de bourrage à la fin d une trame courte Min.: 64 octets 512 octets Ø Durée de transmission minimum d une trame 4 µs (512 octets) Ø Étendue maximale du réseau similaire à FastEthernet Exemple du débit de transmission en half duplex: Charge utile de la trame : 60 octets (Voix sur IP) FastEthernet: 100 Mb/s * 60 octets / 86 octets = 69 Mb/s Gigabit-Ethernet: 1 Gb/s * 60 octets / 520 octets = 117 Mb/s

81 Etoile Bus Topologie NIC Répéteur HUB Equipements Switch Coax Support de Tx Paire torsadée Arbre Type de réseau local F.O. Autonégociation Protocoles Procédures de ligne Full-duplex Structure en couches Structure des trames CSMA/CD + TBEB

82 Objectifs Être à même d expliquer l utilité des équipements réseau Pouvoir expliquer le principe de fonctionnement d un Répéteur / HUB A quelle couche correspond-il? Traitement des collisions Mode de fonctionnement (half duplex) Pouvoir expliquer le principe de fonctionnement d un Switch ou Commutateur Apprentissage des adresses Domaines de collision et de broadcast Pouvoir expliquer le fonctionnemen de l autonégociation

83 Répéteurs Interconnectent plusieurs segments pour : couvrir des distances plus longues que 500 m connecter plus de 100 stations dans un LAN Répéteur Segment 1 Segment Adapté de J. Ehrensberger 83

84 Fonctions d un répéteur Travaille au niveau de la couche 1 Transmet bit par bit sans décoder les trames Régénère le signal Transmission sur une distance plus élevée Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Gestion de collisions 1. Collisions causées par d autres éléments du réseau: Propage la collision reçue vers les autres segments 2. Collisions causées par le répéteur Arrête la transmission et envoie le signal jam Ne ré-émet pas la trame Physique Station Répéteur Segment 1 Répéteur Segment 2 Physique Station Adapté de J. Ehrensberger 84

85 Hubs Réseaux 10Base-T : câblage en étoile mais une topologie logique en bus Hub: bus logique Hub = répéteur multi-port Travaille au niveau de la couche physique (niveau des bits) Reçoit et régénère les signaux reçus sur chaque port Adapté de J. Ehrensberger 85

86 Fonctions avancées Auto-partition: Permet d isoler des segments défectueux Arrêt de toute transmission d un segment en faute vers les autre ports Trafic des autres ports continue à être envoyé sur le segment défectueux Segment est considéré défectueux Après 30 collisions consécutives Lors d une collision permanente Cause classique d un segment défectueux: Oubli de la terminaison de 50 ohms lors de l installation d un segment coaxial Adapté de J. Ehrensberger 86

87 Domaine de collision Domaine de collision : Ensemble des stations et systèmes intermédiaires d un LAN dont les transmissions peuvent entrer en collision Exemples Un seul segment 10Base-5 Plusieurs segments interconnectés par un répéteur Ø Un répéteur élargit le domaine de Adapté de J. Ehrensberger collision Segment 1 Répéteur Segment 2 87

88 Interconnexion de réseaux locaux A l aide de ponts et de commutateurs Évitent les problèmes de l interconnexion par des hubs Pont/bridge: Souvent réalisé en logiciel Peu de ports (normalement 2) Lent Commutateur/switch: Réalisé en hardware Beaucoup de ports

89 Switch transparents Transparence Ø Le switch doit fonctionner sans aucune configuration ou modification du réseau 1. Apprentissage dynamique de la table de filtrage Adresse MAC Port de sortie C-E1-F EE-02-3A AC Résolution automatique de boucles dans la topologie 1. Protocole de l «arbre recouvrant»

90 Acheminement et filtrage des trames Hub: Une trame reçue est diffusée sur tous les ports Switch Apprentissage des stations atteignables sur chaque port Filtering Database: Adresse MAC destinataire à Port de sortie Une entrée apprise est valable pendant 5 min (par défaut) Destinataire inconnu: diffusion sur tous les ports Ø Diminue la charge du réseau Ø Augmente la sécurité Ø Mais les trames de broadcast se propagent à travers le LAN entier Ø Un seul domaine de broadcast

91 Commutation Port: composé d un récepteur et d un émetteur Connecté à une matrice de commutation Les ports sont indépendants l un de l autre Plusieurs trames peuvent être commutées simultanément Pas de collisions entre les trames de différents ports Chaque port représente un domaine de collision Réception Matrice de commutation Emission

92 Techniques de commutation: Store and forward Technique 1. Réception de la trame complète 2. Analyse et contrôle d erreurs 3. Commutation vers le port de sortie Avantages Adapté aux configurations asymétriques (10/100 Mb/s) Trames incorrectes sont filtrées Inconvénients Temps de latence élevé Nécessite une mémoire tampon de grande taille

93 Techniques de commutation: Cut-through switching Technique 1. Le commutateur attend les premiers octets de l en-tête 2. Décodage de l adresse du destinataire 3. Réception et transmission de la trame en même temps Avantages Temps de latence très court et constant Mémoire tampon faible Inconvénients Contrôle d erreurs n est pas possible Ne permet pas de conversion de la vitesse

94 Techniques de commutation: Adaptive error free Combine store and forward avec cutthrough Le commutateur travaille en mode cut-through Le contrôle d erreurs est effectué pour chaque trame Ne permet pas de filtrer des trames incorrectes Le commutateur change en mode store and forward après plusieurs erreurs consécutives

95 Inconvénients d Ethernet commuté Gestion d adresses Nécessaire pour le filtrage de trames Nécessite une quantité non-négligeable de mémoire Peut ralentir la commutation de trames Contrôle de flux nécessaire Congestion d un switch possible (contrairement à un hub) Configuration asymétrique: 100 Mb/s --> 10 Mb/s Concentration du trafic sur un port de sortie

96 Autonégociation La fonction d autonégociation permet aux cartes réseau de communiquer à la vitesse la plus élevée possible et sélectionner le mode full duplex si celui-ci est supporté par les deux cartes Si une carte 10BASE-T est connectée à une carte 100BASE- TX, par exemple, la communication doit s établir à 10 Mbps full-duplex (si supporté par les deux cartes) Utilise des séquences d impulsions de test de lien (link test pulse) Rafales de 33 impulsions avec 16 bits de codage Une carte non-compatible les interprète comme test de lien

97 Autonégociation D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 D13 D14 D15 S0 S1 S2 S3 S4 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 RF Ack NP Bit A0 (D5) A1 (D6) A2 (D7) A3 (D8) A4 (D9) A5 (D10) A6 (D11) Technology 10BASE-T 10BASE-T full-duplex 100BASE-TX 100BASE-T full-duplex 100BASE-T4 PAUSE operation for flow control Reservé Remote Le Page même Fault message Suivante Indicator Ethernet reçu 3 fois A7 (D12) Reservé

98 Exercice

99 La redondance crée des boucles A A demande: Où est B B

100 Boucles Les messages broadcast et les boucles de niveau 2 peuvent être une combinaison dangereuse Les trames Ethernet n ont pas de TTL Une fois qu une trame Ethernet commence a tourner en boucle, elle va probablement continuer jusqu à ce qu un des switchs soit éteint ou la liaison soit interrompue

101 Mais Les switchs sont normalement installés en configurations redondantes Fiabilité Que faire?

102 Spanning Tree Protocol Le STP est un protocole de prévention de boucles Permets aux dispositifs de niveau 2 de communiquer pour faciliter la découverte de boucles physiques Spécifie un algorithme qui peut être employé par les dispositifs de niveau 2 pour créer une topologie logique libre de boucles Crée une structure en arbre avec des branches et des feuilles, libre de boucles, qui couvre la totalité du réseau de niveau

103 Spanning Tree Algorithm Le STA trouve un point de référence appelé «root» (racine) L algorithme trouve les chemins disponibles pour arriver à la racine Si il y en a plusieurs, le STA sélectionne le meilleur et bloque les autres

104 Bridge Protocol Data Unit (BPDU) Tous les switchs qui utilisent STP échangent des BPDU avec les autres Envoyés par défaut toutes les 2 secondes. Ce temps s appel le «Hello Time»

105 BPDU - Structure Protocol ID Version Type Flags Root BID Root Path Cost Sender BID Port ID Message Age Max Age Hello Time Forward Delay 2 bytes 1 byte 1 byte 1 byte 8 bytes 4 bytes 8 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes Protocol ID et Version toujours 0 Type : Configuration ( ) ou changement ( ) de topologie Flags : Utilisé dans le changement de topologie Root BID : L identificateur du pont désigné comme racine Root Path Cost : Le coût cumulatif de tout le chemin pour arriver à la racine Sender BID : L identificateur du pont qui a créé la BPDU actuelle

106 BPDU - Structure Protocol ID Version Type Flags Root BID Root Path Cost Sender BID Port ID Message Age Max Age Hello Time Forward Delay 2 bytes 1 byte 1 byte 1 byte 8 bytes 4 bytes 8 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes 2 bytes Port ID : Identifie le port par lequel est sorti la BPDU Message Age : Le temps qui s est écoulé depuis que la BPDU est sortie du root (la racine met 0 et chaque pont y ajoute 1) Max Age : Le temps avant de se rendre compte qu une faute indirecte s est produite (temps de vie de l info dans un BPDU = Max Age (sec) Message Age) Hello Time : Temps entre BPDU périodiques Forward Delay : Temps des états Listening et Learning

107 Blocking Listening Learning Forwarding Disabled Etats des Ports

108 Qu est-ce qu un BID? Bridge Priority MAC 2 bytes Range : Defautl : bytes Fabriquant Utilisé pour élire un pont comme root (racine) Le Bridge ID le plus bas est le root Si tous les dispositifs ont la même priorité, le pont avec l adresse MAC la plus basse devient le root

109 Election d un pont racine Au démarrage, un switch suppose qu il est root. Dans les BPDU, il annonce son propre BID comme le Root BID Si le switch reçoit un Root BID plus bas que le sien, il commence à l annoncer dans ses BPDU

110 Root Port Chaque switch doit trouver son port root La sélection est basée sur : (1) Chemin dont le coût est le plus bas (2) Le BID le plus bas (3) La priorité/numéro de port la ou le plus bas ou basse

111 (1) Le coût du chemin Calcule basé sur : La vitesse du lien Le nombre de liens jusqu au root Si un port a le coût le plus bas, il est mis en état de forward et il est élu le root port

112 (1) Le coût du chemin Bande passante Coût STP 4 Mbps Mbps Mbps Mbps Mbps Mbps Mbps 6 1 Gbps 4 10 Gbps

113 (2a) Le BID Pour déterminer le Root Port: Si touts les chemins ont des coûts identiques, le switch utilise les Bridge IDs des voisins pour déterminer le Root Port Le port qui reçoit le Bridge ID le plus bas sera choisi comme Root Port

114 (2b) Le BID Pour déterminer le Port Désigné: Si deux switchs dans un segment ont des coûts identiques, le Port Désigné est celui du switch avec le Bridge IDs le plus bas

115 (3a) Priorité/numéro de port Pour déterminer le Root Port Si touts les coûts et les BID des Switchs voisins sont identiques (dans quel cas?), le switch utilise la priorité des ports des voisins pour choisir le Root port La priorité la plus basse gagne Si touts les ports du switch voisin ont la même priorité, le port local dont le numéro de port est le plus bas devient le Root port

116 (3b) Priorité/numéro de port Pour déterminer le Port Désigné Si deux switchs dans un segment ont des coûts identiques, le switch utilise la priorité des ports pour choisir le Root port La priorité la plus basse gagne Si touts les ports ont la même priorité, le port dont le numéro de port est le plus bas devient le Port Désigné

117 A la fin des échanges de BPDU Un switch est élu le root La distance la plus courte jusqu au root pour chaque switch a été calculée Un port root est sélectionné pour chaque switch Des ports désignés sont sélectionnés par segment

118 Je suis le root Je suis le root 8 Je suis le root 3 45 Je suis le root Je suis le root 20 Je suis le root 5 Je suis le root Je suis le root

119 RP 8 RP 3 5 RP RP RP 70 RP 16 RP

120 RP 8 DP DP 3 DP RP 5 RP DP RP 20 DP DP 45 DP BP RP 70 BP DP RP RP 16 DP

121 RP 8 DP DP 3 DP RP 5 RP DP RP 20 DP DP 45 DP BP RP 70 BP DP RP RP 16 DP

122 Exercice F0/2 BID=39 F0/1 La priorité de chacun des ports est 128 F0/2 BID=3 F0/1 F0/3 F0/1 F0/1 BID=1 F0/2 F0/2 BID=42 F0/

123 Virtual LAN Qu est-ce qu un LAN et un VLAN? Types de Virtual LANs La norme IEEE 802.1Q

124 Qu est-ce qu un LAN Serveur Client 1 Client 2 Pont Client n Router LAN 1 LAN 2 Router LAN : Un seul domaine de broadcast Pas de routage entre membres d un LAN Routage nécessaire entre LANs

125 Qu est-ce qu un VLAN Utilisateurs HUBs Serveurs Switches Vue Physique Routers Vue Logique LAN Marketing LAN Ingénierie LAN Fabrication Router

126 Virtual LAN Virtual LAN = Broadcast et Multicast vont seulement vers les noeds dans le VLAN L appartenence au LAN définie par l administrateur de réseau à Virtuel

127 VLAN : Pourquoi? Virtuel est meilleur que réel Independence de la localisation LAN Marketing peut être partout dans le bâtiment Les utilisateurs peuvent se déplacer sans changer de LAN Trafic entre-lans est routé Trafic inter-lan est switché Performance améliorée Sécurité améliorée

128 Types de Virtual LANs Couche 1 = Ports physiques Couche 2 = Adresses MAC Couche 3 = IP Port 0/1 0/2 0/3 0/4 0/5 VLAN 1 2 VLAN 1 VLAN 2 A1B D C FF B C F A A CCDF1211 VLAN VLAN

129 VLAN de Niveau 1 Segment LAN 1 Segment LAN 4 Segment LAN 5 Segment LAN 2 Segment LAN 3 } VLAN 1 } VLAN 2 Appelé aussi «port switching» Peut être utilisé pour fournir la sécurité et l isolement Ne permet pas la mobilité d utilisateurs Utilisateur déplacé à un nouveau subnet à nouvelle adresse IP à Doit peut-être traverser un router pour avoir accès a l ancien serveur

130 VLAN de Niveau 2 LANs définis par une liste d adresses MAC Fournit une mobilité totale à l utilisateur Clients et serveurs toujours dans le même LAN malgré l emplacement physique Problème : Trop d adresses doivent être introduites et gérées! C46523 c était un noeud marketing ou quoi?

131 La Trame 802.1Q Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC

132 La Trame 802.1Q Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC

133 La Trame 802.1Q Adr. Dest. Adr. Source Tag VLAN Longueur /Type Données CRC TPID 16 bits Priorité 3 bits CFI 1 bit VID 12 bits TPID (Tag Protocol Identifier) : Identifie la trame come une trame tag 802.1Q. Sa valeur est 0x8100 Priorité : Permets d indiquer le niveau de priorité de la trame (Voir 802.1p - QoS) CFI (Canonical Format Indicator) : 0 indique que l adressage MAC se fait en format canonique. 1 indique que le format non-canonique est utilisé VID (VLAN Identifier) : Identifie à quel VLAN appartient la trame

134 Interconnection de Switchs Le Trunk VLAN 1 Trunk : VLAN VLAN 3 VLAN VLAN 2 VLAN 1

135

136 Étiquettes VLAN (Tag) Adr. Dest. Adr. Source Tag VLAN Longueur /Type Données CRC Le premier switch ajoute une étiquette contenant l ID VLAN à toutes les trames entrantes Le dernier switch enlève les étiquettes de toutes les trames sortantes

137 La Trame ISL (Inter-Switch Link) ISL HEADER Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC ISL FCS DA 40 bits Type 4 bit User 4 bit SA 48 bit LEN 16 bit AAAA03 24 bits 26 oct HSA 24 bit VLAN 15 bit BPDU 1 bit INDEX 16 bit RES 16 bit DA : Identifie la trame come une trame ISL. Valeur : C ou C Type : Type de trame encapsulé (Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM). Le Type a une valeur de 0000 pour Ethernet User : Extension du champs Type. Pour Ethernet, les deux bits les moins significatifs sont utilisés pour définir 4 priorités SA : Identifie l adresse MAC source de la trame ISL 128

138 La Trame ISL ISL HEADER Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC ISL FCS DA 40 bits Type 4 bit User 4 bit SA 48 bit LEN 16 bit AAAA03 24 bits HSA 24 bit VLAN 15 bit BPDU 1 bit INDEX 16 bit RES 16 bit LEN : Longueur totale de la trame moins 18 octets (DA, Type, User, SA, LEN, FCS ne sont pas considérés) AAAA03 : Valeur constante (SNAP) HSA : (High bits of SA), portion de l'adresse MAC identifiant le constructeur. Doit contenir la valeur C (Cisco) VLAN : Ce champ contient le VLAN ID de la trame 128

139 La Trame ISL ISL HEADER Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC ISL FCS DA 40 bits Type 4 bit User 4 bit SA 48 bit LEN 16 bit AAAA03 24 bits HSA 24 bit VLAN 15 bit BPDU 1 bit INDEX 16 bit RES 16 bit BPDU : 1 si la trame transporte des BPDU pour le protocole STP INDEX : L index du port de sortie de la trame. Seulement utilisé pour le diagnostique, ce champ peut avoir n importe quelle valeur RES : Réservé pour Token Ring et FDDI. Vaut 0 pour Ethernet FCS : Frame Check Sequence. CRC

140 Étiquettes VLAN 802.1Q (Tag) Adr. Dest. Adr. Source Tag VLAN Longueur /Type Données CRC Le premier switch ajoute une étiquette contenant l ID VLAN à toutes les trames VLAN entrantes et recalcule le CRC Le dernier switch enlève les étiquettes de toutes les trames sortantes et remet le CRC à son état original 130

141 Étiquettes VLAN ISL (Tag) Tag VLAN Adr. Dest. Adr. Source Longueur /Type Données CRC FCS Le premier switch encapsule toutes les trames Ethernet entrantes avec un header contenant l ID VLAN et un CRC Le dernier switch enlève l encapsulation de toutes les trames sortantes 130