2A-SI - Réseaux : Méthodes d adressage et d accès aux réseaux locaux

Transcription

1 2A-SI - Réseaux : Méthodes d adressage et d accès aux réseaux locaux Stéphane Vialle Stephane.Vialle@supelec.fr 1 Méthodes d adressage et d accès aux réseaux locaux 1. Méthodes d adressage dans les réseaux 2. Principes d accès aux réseaux locaux 3. Méthode à contention : Ethernet 4. Méthode à jeton : Token-Ring et FDDI 5. Autres méthodes d accès a des réseaux locaux 6. Evolution des normes 2 1

2 Réseaux 1 - Méthodes d adressage dans les réseaux 3 Adressage : différentes adresses Toute entité sur le réseau, ainsi que ses services, est identifiée par une adresse (au sens large) Une carte réseau (NIC) une adresse physique MAC Une station sur le réseau une adresse logique IP Une appli. en env TCP/IP un numéro de canal (TCP ou UDP) Une page HTML sur le Web une URL 4 2

3 Adressage : adresses physiques Adresses physiques : - Adresses des cartes d interface réseau (NIC) - Adresses MAC OSI niveau 2 - Une adresse unique par carte (ttes différentes) - Adresses NON recyclées - Adresse sur 48 bits : adresses possibles - Adresses pour carte Ethernet ou Token-Ring Certaines cartes permettent de redéfinir leur adresse MAC!!! souvent Les adresses MAC sont réparties par fabricants, par tranches: Après rachat d une autre société! 5 Adressage : logique Adresse logique : - Adresses sur le réseau - Adresses IP OSI niveau 3 - Une adresse unique par machine - Adresses recyclées - Adresse sur 32 bits : Traduction physique logique : - Protocole ARP (Address Resolution Protocol) : IP MAC Broadcast une adresse IP attend la réponse de la station qui se reconnaît : - Protocole RARP (Reverse ARP) : MAC IP plus complexe 6 3

4 Réseaux 2 - Principes d accès aux réseaux locaux 7 Principes d accès : vue générale Similaire à la prise de parole dans une assemblée Des idées de solution, inspirés de la vie réelle et de l expérience et des réalisations: Méthodes aléatoires / émission libre et collisions / à contention Méthodes déterministes / circulation de jetons et des méthodes hybrides 8 4

5 Principes d accès : idées Solutions envisagées : Présidence: - un président de séance donne le droit de parole comme il veut Plages temporelles: - chaque orateur doit répartir son discours sur une ou plusieurs plages temporelles Droit de parole planifié: - un droit de parole circule (jeton) selon un (Token-Ring) ordre prédéterminé (Token-Bus) - pour parler il faut avoir le jeton - à la fin de son discours on passe le jeton 9 Principes d accès : idées Solutions envisagées : Règle d impolitesse : - on prend la parole dés que l on veut parler! - si cacophonie : - on répète en suivant des règles de priorité - on répète au bout d un délais aléatoire Règle de politesse : - on ne coupe pas la parole à un orateur (CSMA/CA) - mais difficile à réaliser : - délais de transmission sur les supports on croit que le support est libre! - si cacophonie : - on répète en suivant des règles de priorité (CSMA/CR) - on répète au bout d un délais aléatoire (CSMA/CD) 10 5

6 Réseaux 3 - Méthodes à Contention : Ethernet 11 Méthodes d accès : Ethernet Ethernet: Méthode d accès à contention (collisions) Epouse l idée de «politesse» : - Tout le monde peut parler (pas de droit à obtenir) Protocole de base CSMA : Carrier Sense Multiple Access - Mais chacun n émet que si la ligne est libre Protocole réel CSMA/CA : Collision Avoidance Mais prend en compte les collisions inévitables dues au temps de propagation des signaux dans les supports (on croit la ligne libre) - Tout le monde détecte des collisions et réagit Protocole final CSMA/CD : Collision Detection Rmq : autre protocole imaginé : CSMA/CR : Contention Resolution basée sur l introduction de priorités entre les stations 12 6

7 Méthodes d accès : Ethernet Ethernet : Méthode d accès à contention (collisions) Stratégie LBT : - Listen Before Talk, émet si la ligne est libre Protocole CSMA/CD : - Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection Collision possible / fréquentes : - Détection : détection de surtensions (signe de collision!!) - Réaction : tentative de ré-émission après un délai aléatoire Normes : 1983 : IEEE (Ethernet) en 1987 : OSI : IEEE 802.3u (Fast-Ethernet) 1998 : IEEE 802.3z (GigabitEthernet sur Coax et Fibre Opt.) 1999 : IEEE 802.3ab (GigabitEthernet sur paire torsadée) 13 Méthodes d accès : Ethernet Ethernet : Détail d une communication avec collision: A émet une trame Pour A le réseau est libre A B Propagation de la trame de C : A détecte une collision Timeout-A Après son timeout A voit le réseau libre: il ré-émet sa trame C Pour C le réseau est libre C émet une trame Timeout-C Propagation de la trame de A : C détecte une collision Time-LBT Après son timeout C voit le réseau occupé: il attend qu il soit libre Fin de propag. de la trame de A : réseau libre, C émet à nouveau 14 7

8 Méthodes d accès : Ethernet Ethernet : Performances des communications Ethernet 10 Mbit/s : - seuil d écroulement inférieur à 50% du débit théorique - croissance exponentielle du nbr de collisions au delà du seuil de saturation - seuil exact fonction du trafic (de la taille des trames) 10 Mbit/s 3 à 4 Mbit/s 0 10 Mbit/s Fast-Ethernet 100Mbit/s : - 18% - 40% du débit théorique est souvent considéré comme le maximum réellement atteignable 15 Réseaux 4 - Méthodes à Jeton : Token-Ring et FDDI 16 8

9 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : méthode d accès au réseau Une station ne peut émettre que si elle possède le «jeton» Au bout d un temps limité elle doit passer le jeton à la suivante (un flag à 1 dans la dernière trame envoyée) Chaque station ré-amplifie le signal et le ré-émet La méthode garantie : «des temps de parole planifiés» - un accès équilibré dans le temps - des temps de réponse pré-déterminés parle next parle 17 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Variantes de communication du jeton Token-Ring à 4 Mbit/s : - la station émettrice reçoit son propre message - puis envoie son jeton (pendant qu elle reçoit l entête) Token-Ring à 16 Mbit/s : - la station émettrice envoie son jeton alors qu elle n a pas encore reçu son propre message 4Mbit/s 16Mbit/s puis parle parle parle 18 9

10 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Introduction de priorités Priorité par nombre de trames variables : - selon sa priorité une station peut émettre plus ou moins de trames (parler plus ou moins longtemps) quand elle possède le jeton - sa priorité peut varier au cours du temps Priorité par saut de jeton : - une station peut envoyer le jeton à une station précise - ou à une station qui l a demandé lors du trafic précédent Le protocole Token-Ring permet de garantir des temps de paroles, mais possède aussi de la souplesse dynamique. 19 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Station maîtresse et tolérance aux pannes Des erreurs peuvent survenir : - ex: si une station tombe en panne quand qu elle possède le jeton l anneau est coupé et son jeton a disparu! Pour surveiller le réseau : la première station mise sous tension en devient le moniteur actif (les autres stations sont des moniteurs en attente). Le moniteur actif envoie toutes les 7s un message sur l anneau et surveille s il lui revient de l autre coté! S il ne revient pas : - un message plus complexe est envoyé qui permettra de savoir jusqu où il va, et donc où est coupé le réseau - les stations et le concentrateur étoilé tenteront alors de reconstituer un anneau! 20 10

11 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Station maîtresse et tolérance aux pannes Avec un double anneau on peut tolérer UNE panne (FDDI) : Avec un anneau étoilé tout dépend du concentrateur en anneau : Concentrateur Token-Ring Concentrateur Token-Ring 21 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Variantes de réalisation Les anneaux ne sont pas toujours de vrais anneaux: - Token-Ring : anneau étoilé - ARCNet : anneau étoilé, bus étoilé ou bus - FDDI : double anneau en fibre optique Le calcul de la longueur maximale du réseau (de l anneau) est fonction (complexe) de : - la taille des câbles, - du nombre de stations, de répéteurs, de cartes d administration, -et d abaques constructeur!! déploiement et évolution difficile 22 11

12 Méthodes d accès : Token-Ring Token-Ring : Performances Versions à 4 et 16 Mbit/s avec anneau étoilé (concentrateur token-ring) Puis version FDDI : 100Mbit/s (double anneau en fibre optique) Garantie des contraintes de temps permet de faire du temps-réel Comparaison à Ethernet (par contention) : Plus rapide : on atteint réellement le débit prévu Permet du Temps-Réel (du respect de contraintes de temps) Plus de câbles et plus de complexité de câblage Plus cher à réaliser et à faire évoluer 23 Réseaux 5 - Autres méthodes d accès à des réseaux locaux 24 12

13 AppleTalk: Autres protocoles : AppleTalk Réseau des ordinateurs Macintosh d Apple Câblage «LocalTalk» - Accès CSMA/CA Les Mac ont des adresses dynamiques affectés lors de leur mise en marche sur le réseau Un Mac qui veut émettre : - attend que la ligne soit (semble) libre, - envoie un paquet d avertissement empêche les autres d émettre ce qui évite presque toujours les collisions Inconvénient : trafic élevé du aux messages d intention 25 Autres protocoles : ARCNet ARCNet: Créé en 1977 par Datapoint Corporation Passage de Jeton dans un anneau logique Mais: - pas de contrainte de connexion : bus, étoile, bus-étoilé - données diffusées dans tous le réseau (comme en Ethernet) - un jeton est nécessaire pour émettre sur le réseau - le jeton est passé à la station de «numéro» supérieur le plus proche (au lieu de la suivante dans l ordre d un anneau) Abandonné car : - numéro de station à configurer manuellement (sur les NIC) - débit limité à 2.5Mbit/s 26 13

14 Autres protocoles : Myrinet & Infiniband Myrinet Pour les clusters (la référence aujourd hui) Infiniband Pour l intérieur du PC Pour les périphériques Puis pour les clusters S inspirer des technologies des réseaux (Internet) «router» les données, avec des routeurs même au sein d un cluster Rmq : nécessaire d avoir des comms. rapides entre la mémoire et la carte réseau si on ne veut pas gâcher les perfs du clusters. 27 Réseaux 6 - Evolution des normes 28 14

15 Evolution des normes Evolution des normes Ethernet: février «802»!! : Fonctionnement inter-réseau : décompose la couche OSI-2 en 2 sous-parties : Ethernet - accès au support par CSMA/CD u :Fast-Ethernet z : Gigabit-Ethernet sur Coax et Fibre Optique ab : Gigabit-Ethernet sur paire torsadée 29 Evolution des normes Normes réseaux IEEE : ACTIVE WORKING GROUPS High Level Interface (HILI) Working Group CSMA/CD Working Group Wireless LAN (WLAN) Working Group Wireless Personal Area Network (WPAN) Working Group Broadband Wireless Access (BBWA) Working Group Resilient Packet Ring (RPR) Radio Regulatory Technical Advisory Group Coexistence Technical Advisory Group Mobile Wireless Access Working Group 30 15

16 Evolution des normes Normes réseaux IEEE : HIBERNATING WORKING GROUPS (standards published, but inactive) Logical Link Control (LLC) Working Group Token Bus Working Group Token Ring Working Group Metropolitan Area Network (MAN) Working Group BroadBand Technical Adv. Group (BBTAG) Integrated Services LAN (ISLAN) Working Group Standard for Interoperable LAN Security (SILS) Working Group Demand Priority Working Group 31 Evolution des normes Normes réseaux IEEE : DISBANDED WORKING GROUPS (did not publish a standard) Fiber Optics Technical Adv. Group (FOTAG) Cable-TV Based Broadband Communication Network Working Group 32 16