Introduction aux Réseaux Etendus (WAN)

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1 Introduction aux Réseaux Etendus (WAN) N. Lebedev CPE Lyon WAN / 35

2 Plan I 1 Introduction 2 Rappels sur la couche physique (L1) 3 Fonctionnalités de la couche liaison Délimitation des trames, transparence Contrôle d erreurs Contrôle de flux 4 Protocoles de liaison Famille HDLC 5 Technologies étudiées WAN / 35

3 Introduction Classification générale des réseaux étendus WAN Dedicated Switched "dial up" Leased line: BRI,PRI, DSL Circuit Switched Packet Switched Cell Switched Telephone ISDN X.25, FR, ATM, SMDS ATM SMDS WAN / 35

4 Introduction Convergence voix-données. Avant : réseaux séparés pour la voix et les données. Inefficace, cher, QoS très sommaire! RTC Réseau Téléphonique Commuté Commutation de circuits Réservation de ressources (BP) QoS : délai fixe garanti Pas de contrôle de flux ou d erreur Faible BP débit Données Réseaux de Tx de données Commutation de paquets Pas de réservation de ressources Pas de garantie QoS : délai, gigue Principe de files d attente bufferisation Acheminement : Voix Meilleur effort (IP). Circuit Virtuel (X.25, Frame Relay, ATM). WAN / 35

5 Introduction Les débits des réseaux étendus Débits sont propres à la technologie utilisée. Historiquement : WAN sont plus lents comparés LANs... mais l écart se réduit. WAN RTC modem analogique RNIS Frame Relay FDDI ATM LAN Ethernet Ethernet 56 Kb/s 128 Kb/s pour 2 canaux B T1 (24B+D) à 1,544 Mb/s, E1 (30B+D) à 2,048 Mb/s, T3 à 45 Mb/s 2 Mb/s 100 Mb/s jusqu à 622 Mb/s sur transport physique SDH. 10/100/1000 Mb/s pour de l UTP catégorie 5, 6 (BP 600 MHz) 1/10 Gb/s sur la fibre optique. WAN / 35

6 Introduction NBMA Non-Broadcast Multiple Access Access multiple dans un réseau sans diffusion propriété intrinsèque CV Circuit Virtuel est une connexion implicite liaison (L2). Chaque trame porte un ID du CV virtuel auquel elle appartient. Topologie en étoile à travers le nuage. Pb : clivage d horizon ( Split horizon ) avec des VC multiples sur la même interfaces pour les destinations différentes. Ex des technos : FR Frame Relay, ATM Asynchronous Transfer Mode. ETTD VC21 ETCD VC31 ETTD ETTD VC2 VC3 VC4 ETCD WAN VC41 ETTD WAN / 35

7 Introduction Evolution des réseaux de données NB : X.25 Frame Relay ATM. Transport de trames de bout en bout au travers le WAN. Fast Switching. Vers l interopérabilité avec IP, Ethernet. FR techno intermédiaire qui a permis de tester les concepts adoptés plus tard dans l ATM : contrôle de flux. WAN / 35

8 Rappels sur la couche physique (L1) Rappel sur ETTD et ETCD Entités fonctionnelles : DTE et DCE ETTD Equipement Terminal de Traitement de Données (DTE Data Terminal Equipment) ETCD Equipement Terminal de Communication de Données (DTE Data Communication Equipment) Interface Support physique Curcuit de données (data circuit) Liaison de données (datalink) ETTD (DTE) Inteface ETCD (DCE) Liaisons de données Support physique Circuit de données ETCD (DCE) Inteface ETTD (DTE) WAN / 35

9 Rappels sur la couche physique (L1) ETTD et ETCD ETTD équipement terminal*, source/destination des données. Ordinateur, terminal distant, *routeur du réseau d extrémité, FRAD. Géré par l utilisateur, client. ETCD adaptation des données au support de transmission : électrique, codage en ligne,... TX analogique MODEM en bande de base ou en fréquence porteuse. TX numérique CSU/DSU. Peut être administré/propriété du FAI. NB : DTE et DCE peuvent être intégrés (minitel, PC) ou séparé (PC modem). DCE fournit l horloge à DTE. WAN / 35

10 Rappels sur la couche physique (L1) Interface DTE DCE Précise l adaptation : Mécanique / physique : type de prise, nombre de broches. Fonctionnelle : signification de chaque fil. Electrique : niveau, forme et nature (électrique, optique, onde radio) des signaux, voltage, type de modulation. Procédurale : ordre d événements pendant la Tx de données. Différentes interfaces DTE DCE existent, les plus courantes sont normalisées TIA/EIA liaison série RS-232, RS-422. UIT V.24, X.21. DTE/DCE intégrés bus d interface souvent propriétaire. WAN / 35

11 Rappels sur la couche physique (L1) Transmission analogique par modem Nécessite l établissement de connexion avec modem ( 30 s). Liaisons commutées temporaires en mode circuit. Débit faible max 56 kb/s en PCM (UIT-T V.90), proche de la limite de Shannon. Emplacement : Port série (COM 1,2), carte d extension, ou intégré sur la carte mère côté utilisateur. Bloc modem pool côté CAC ou utilisateur pour les connexions LAN WAN / 35

12 Rappels sur la couche physique (L1) Transmission numérique Lignes dédiées (LD) ou liaisons spécialisées (LS) Opérateur fournit le(s) circuit(s) réservés en point-à-point. Multiplexage de plusieurs canaux numériques. Exemples : RNIS Réseaux Numériques à Intégration de Services (1988). Commércialisé en France sous le nom Numéris BRI Basic Rate Interface (2B+D) à 128 Kb/s. PRI USA : T1 (24B+D) à 1,544 Mb/s ; Europe : E1 (30B+D) à 2,048 Mb/s xdsl Ligne Numérique d Abonné Modes de transmission pour les lignes numériques : Commutation de paquets (X.25) Frame Relay (ou Relais de trames) ATM Média physique : câble, coaxial, fibre optique, faisceaux hertziens. WAN / 35

13 Rappels sur la couche physique (L1) CSU/DSU : fonctionnalités Conversion des signaux numériques, adaptation trames LAN/WAN CSU : Channel Service Unit Tx/Rx sur la liaison WAN. Rôle d une barrière à l interférence électrique des deux côtés. Mode bouclé diagnostique de la liaison par le fournisseur WAN. DSU : Data Service Unit Conversion/adaptation des trames série RS-232, RS-449 ou V.35 vers le format numérique des trames multiplexées sur le lien T1/E1 Telco. Gestion de la régénération du signal et des erreurs du timing. CSU/DSU est le plus souvent intégré au DCE. ETTD (DTE) Inteface ETCD DSU CSU Liaisons de données Support physique Circuit de données ETCD CSU DSU Inteface ETTD (DTE) WAN / 35

14 Circuit de données Rappels sur la couche physique (L1) ETCD support physique ETCD Gestion des modes de transmission : Simplex Unidirectionnelle. Half-Duplex Bidirectionnelle alternée. Full-Duplex Bidirectionnelle simultanée. Support (média) physique de transmission : Types : UTP, coaxial, fibre optique, hertzien, infrarouge, laser. TX en bande de base ou modulation (transposition en fréquence). Multiplexage en temps, fréquence, longueur d onde. Caractéristiques : Bande Passante ressource chère, limitation du débit. Sensibilité aux bruits et interférences. WAN / 35

15 Rappels sur la couche physique (L1) Liaison de données Matériel/logiciel et protocoles permettant la communication sur une liaison physique en point-à-point ou point-à-multipoints. NB : Fonctions : Délimitation des trames blocs de bits, PDU liaison de donnée. Adressage identification source, destinataire. Gestion des connexions sur un circuit de données existant. Supervision de la liaison : duplexage, symétrie, synchronisme. Contrôle (et correction) des erreurs de transmission. Contrôle de flux : gestion des congestion et des mémoires tampons. Pas toutes les technologies implémentent ces fonctionnalités. WAN / 35

16 Rappels sur la couche physique (L1) Comparaison liaison de données et transport Similitudes Connexion Contrôle d erreurs (CRC) Séquencement, numérotation des fragments Contrôle de flux par acquittements (ACK) Liaison (L2) Liaison par le canal physique Un-à-un, «à l autre bout du fil» L autre est toujours présent (sauf rupture de lien physique) Une connexion à la fois Transport (L4) Connexion à travers l inter-réseau Adresse destination obligatoire Sollicitation connexion PLS connexions simultanées Contraintes d inter-réseau : délai, arrivées désordonnées, pertes de paquets WAN / 35

17 Fonctionnalités de la couche liaison Délimitation des trames, transparence Protocole asynchrone orienté caractère Pb : l association du mécanisme de délimitation de trames avec le codage de caractères en 8 bits (ex : ASCII). WAN / 35

18 Fonctionnalités de la couche liaison Protocole synchrone orienté bit Délimitation des trames, transparence Délimitation du début/fin de trame par les fanions Repérage sans équivoque des fanion grâce aux bits de transparence si data=fanion. Transmitted frame Original data bits "1" 5 bits "1" T T Processed by receiver WAN / 35

19 Fonctionnalités de la couche liaison Contrôle d erreurs Calcul de la somme de contrôle CRC (FCS) Calcul se fait sur les champs Adresse, Contrôle et Données. Méthode la plus courante : complément à 1 de la somme des blocs de données. Addr Ctrl Data CRC CRC Frame processing Yes Calcul FCS FCS check =? No Error Addr Ctrl Data FCS WAN Addr Ctrl Data FCS WAN / 35

20 Fonctionnalités de la couche liaison Contrôle de flux Contrôle de flux Régulation de flux entre l Emetteur et le Récepteur, mais aussi dans l inter-réseau. Pb : Emetteur rapide et Récepteur lent saturation du RX. Solution : restreindre l Emetteur à adapter son débit à celui du traitement au niveau du Récepteur. Nombreuses techniques de contrôle de flux : Send and Wait, simpliste pour une TX monodirectionnelle, ReTX sur temporisateur. Mécanisme d acquittement : négatif, positif. Temporisateurs. Sliding Window, protocole dit fenêtre glissante pour une TX bidirectionnelle, N trames sont acquittées à la fois. NB : Besoin : retroaction et trames de supervision WAN / 35

21 Fonctionnalités de la couche liaison Contrôle de flux Services offerts par la couche liaison Sans connexion, sans contrôle de flux, sans ACK Protocole basique pour un support d excellente qualité (fibre optique), TEB Sans connexion, sans contrôle de flux, avec ACK Risque de de trames dupliquées existe. Avec connexion, avec le contrôle de flux, avec ACK Fiable mais complèxe. Numérotation des trames et des ACKs Différentes méthodes de gestion des ACKs : Send and Wait, peu efficace, lent. Selective Reject : demande de retransmission d une seule trame erronée. Go-Back-N : le Récepteur jete tout sans ACK après une trame erronée, l Emetteur retransmets à l expiration de temporisateur. WAN / 35

22 Fonctionnalités de la couche liaison Contrôle de flux Techniques de retransmission Go-Back-N and Selective Reject NB : Les deux méthodes cherchent un compromis bande passante/taille de la mémoire tampon WAN / 35

23 Protocoles de liaison Panorama des protocoles de la liaison de données (L2) WAN / 35

24 Protocoles de liaison Famille HDLC HDLC et ses dérivés Origine : Synchronous Data Link Control (SDLC) : IBM Derivées : High-Level Data Link Control (HDLC) : norme ISO. Link Access Procedure-Balanced (LAPB), asynchrone full-duplex. Ex : X.25. Link Access Procedure Half-Duplex (LAPX). Link Access Procedure for the D channel (LAPD) : ISDN. Link Access Procedure for FR (LAPF) : Frame Relay. Link Access Procedure for modems (LAPM) : V.42. Point-to-Point Protocol (PPP) : RFC IETF, Internet. Logical Link Control (LLC) : norme IEEE. WAN / 35

25 Protocoles de liaison Famille HDLC HDLC protocole de la couche liaison Pour une liaison synchrone full-duplex (service restreint sur half-duplex). Gestion de connexion : établissement - supervision - déconnexion. Occupation d une station (plus de place dans le tampon). Contrôle de flux avec anticipation et superposition (piggybacking). Contrôle d erreur par CRC. Reprise après l expiration d un temporisateur. Fiabilité : acquittements positifs. WAN / 35

26 Protocoles de liaison Famille HDLC Relations entre les équipements Maître-esclave Multipoint Point-à-point Adresse du secondaire dans les deux sens Command Response Pas besoin d adresse Primaire Primaire Secondaires Equilibré (ABM Asynchronous Balanced Mode) Command Response Secondaire Point-à-point Primaire Command Response Secondaire Secondaire A Response Command Primaire B WAN / 35

27 Modes de Protocoles de liaison Famille HDLC NRM Normal Response Mode ou LAP Link Access Relation maître-esclave par polling. Liaison multipoint dissymétrique. Mode Asynchrone Asymétrique ou ARM Asynchronous Response Mode Possibilité d un secondaire d émettre sans être interrogé. Un seul à la fois (évitement des collisions). Symétrique ou ABM Asynchronous Balanced Mode Mode point-à-point uniquement. Chaque station A,B est primaire en TX et secondaire en RX. Ex : LAP-B(alanced) full-duplex pour RNIS, LAP-X(half-duplex) pour télétex. WAN / 35

28 Format de trame HDLC Protocoles de liaison Famille HDLC WAN / 35

29 Types de trames HDLC Protocoles de liaison Famille HDLC I Information pour les données utiles de L3 S Supervision séquencé, pas de champ Data Contrôle de flux : RR, RNR. Contrôle d erreurs, REJ (Go-Back-N), SREJ. U Unnumbered, supervision non-séquencée, pas de champ Data Gestion de connexion Gestion des anomalies, réinitialisation. Pas de séquencement (datagrammes). WAN / 35

30 Protocoles de liaison Famille HDLC Format de trame HDLC 2 Ns compteur des trames I émises. Nr compteur des trames I reçues. C est un acquittement (ACK) positif le N de la prochaine trame attendue N=x acquitte les trames reçues jusqu à (x-1) compris. Les bits S U identifie la commande de l un des deux modes. WAN / 35

31 Protocoles de liaison Famille HDLC Recapitulatif des commandes HDLC WAN / 35

32 Protocoles de liaison Famille HDLC Exemple d échange de données normal WAN / 35

33 Protocoles de liaison Famille HDLC Gestion d erreur : perte d une trame WAN / 35

34 Protocoles de liaison Famille HDLC Contrôle de flux : tampon du RX plein WAN / 35

35 Technologies étudiées Technologies dominantes Frame Relay ADSL ATM MPLS SMDS Gigabit Ethernet, 10-Gigabit Ethernet WAN / 35