CH13_5_Ethernet et Token Ring.pdf. Objectifs : - Etude des architectures réseaux - Structure des trames. 1] Les normes de réseaux

Transcription

1 Contexte d information Titre du document Nom du fichier Cours AMSI Ethernet et Token Ring CH13_5_Ethernet et Token Ring.pdf Objectifs : - Etude des architectures réseaux - Structure des trames 1] Les normes de réseaux Nous avons dit que nombreux sont les intérêts qui poussent à interconnecter les divers matériels informatiques, tant au niveau technique que dans l intérêt des utilisateurs, pour constituer des systèmes d information. Des normalisations importantes ont été réalisées par l IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Les plus importantes sont les normes 802, directement basées sur les techniques d accès au média. Les principales méthodes d accès au support étudiées précédemment, ont donc donné lieu à la constitution d architectures spécifiques. Les normes ainsi obtenues ont pour but de : Définir tous les paramètres propres à une architecture de réseau. Elles regroupent les spécifications de la couche physique (supports physiques utilisables, connexion à ces supports, technique de transmission de l information ) et de la sous-couche MAC (Media Access Control) pour chaque type d architecture. Elle définit donc la méthode d accès au support, assure le formatage des trames à transmettre et doit aussi assurer la remise des données entre deux stations du réseau. La sous-couche LLC (Logical Link Control), faisant partie comme la sous-couche MAC de la couche N 2, est chargée de gérer les communications en assurant le contrôle du flux de données et des erreurs. Elle communique d un côté avec la sous-couche MAC et avec la couche réseau d un autre. La norme IEEE a été reprise par l ISO sous la référence ISO et décrit les caractéristiques des réseaux Ethernet. On rencontre ainsi les principales variantes suivantes, données ici avec leurs références IEEE : Ethernet à 10 Mbits/s (IEEE 802.3) - 10 Base-2 - coaxial fin - coaxial brun dit également Thin Ethernet, portée de 185 m, - 10 Base-5 - coaxial épais - coaxial jaune dit aussi Thick Ethernet, portée de 500 m, - 10 Base-T - paire torsadée (Twisted pair), portée 100 m (non blindé) à 150 m (blindé), - 10 Base-F - fibre optique (Fiber optic), portée d environ m (peut dépasser m). Ethernet à 100 Mbits/s (IEEE 802.3u) Base-T - paire torsadée, dit aussi Fast Ethernet, portée de 100 m (non blindé) à 150 m (blindé), M. GUILLIEN Page 1 sur 15

2 - 100 Base-T4-4 paires blindé ou non catégorie 5, portée de 100 m (non blindé) à 150 m (blindé), Base-TX - 2 paires blindé ou non, portée de 100 m (non blindé) à 150 m (blindé), Base-FX - fibre optique 2 brins, portée usuelle d environ m mais pouvant dépasser 4000 m. On ne rencontre pas de carte Ethernet 100 Mbits/s offrant un port BNC qui permette de se connecter sur du câble coaxial. Ethernet à 1000 Mbits/s ou 1 GE - IEEE ab Base-T (Twisted pair), dit Gigabit Ethernet, Ethernet Mbits/s, 1 Gbits/s ou encore 1 GE sur paire torsadée UTP catégorie 5e, - IEEE z Base-LX (Long wavelength - onde longue) portée de 440 m sur fibre optique multimode 62.5µ avec une portée de 550 m sur fibre optique multimode 50µ, - IEEE z Base-SX (Short wavelength - onde courte) portée de 260 m sur fibre optique multimode 62.5µ avec une portée de 550 m sur fibre optique multimode 50µ et une portée de 5 km sur fibre optique monomode 10µ, - IEEE z Base-CX, portée de 25 m sur câble cuivre blindé Ethernet à 10 Gbits/s ou 10 GE - IEEE ae - 10 G-Base SR, portée de 65 m sur fibre multimode pour l'interconnexion d'équipements proches, - IEEE ae - 10 G-Base LX4, portée de 300 m à 10 km sur fibre optique multimode/monomode, - IEEE ae - 10 G-Base LR, portée de 10 km sur fibre optique monomode, - IEEE ae - 10 G-Base ER, portée de 40 km sur fibre optique monomode. - IEEE an - 10 G-Bas-T, portée de 100 m sur paire torsadée en cuivre, en catégorie 6a UTP, 6a F/UTP et 7 S/FTP) Ethernet radio - IEEE Ethernet de 1, 54 ou 540 Mbits/s par voie radio (802.11b, a, g et n), portée de quelques centaines de mètres suivant l environnement. 2] La structure des trames Ethernet Ethernet transporte les données sur des trames de longueur variable (de 64 octets minimum à octets selon le type). La taille des données transportées (charge utile ou payload) varie quant à elle de 46 à octets maximum par trame et ce, quelque soit le type de trame Ethernet employé. Chaque trame va comprendre sensiblement les mêmes sections : - Le préambule comporte 7 octets de valeur AAh ( ) permettant d assurer la fonction de synchronisation avec les stations réceptrices. Il est associé à un octet supplémentaire dit SFD (Start Frame Delimiter) de valeur ABh qui, se terminant par deux 1 consécutifs, sert à repérer le début de la trame (fanion), M. GUILLIEN Page 2 sur 15

3 - l adresse de destination de la trame correspond à l adresse MAC de la station à laquelle sont destinées les informations. Cette adresse MAC est codée sur 6 octets, - l adresse de source de la trame correspond à l adresse MAC de la station qui émet les informations, - les octets suivants, en nombre variable, ont un rôle différent selon le type de trame, - les données. Leur taille varie de 46 à octets par trame, - le FCS (Frame Check Sequence) est le résultat d un contrôle de type modulo destiné à savoir si la trame est arrivée en bon état. C est un contrôle de redondance cyclique CRC et on le trouve parfois sous ce nom. La trame Ethernet la plus utilisée est la version 2 : ATTENTION : Les champs préambule et SFD ne sont ici pas visibles alors qu ils sont normalement présents. Dans cette trame, deux octets suivant les adresses indiquent le type de trame, ce qui permet d identifier le protocole réseau utilisé (La valeur 0800h représente une trame IP). La trame de bourrage, qui est émise en cas de collision, est d une longueur de 32 bits. Elle est dite Jam. Emission de trame Ethernet L émission se fait selon les conditions déjà décrites lors de l étude du mode d accès CSMA/CD. Réception de trame Ethernet Elle entraîne un certain nombre de contrôles de la part de la carte réceptrice. L adaptateur réseau va tout d abord lire les octets de préambule ce qui lui permet normalement de se synchroniser. Si la trame est trop courte, c est qu il s agit probablement d un reste de collision et la trame sera donc abandonnée. Si elle est de taille correcte l adaptateur va examiner l adresse de destination. Si cette adresse est inconnue (concernant en principe une autre carte) la trame est ignorée. Par contre si l adresse est identifiée comme étant celle de la carte réseau (adresse MAC), on va vérifier l intégrité de cette trame grâce au code CRC contenu dans le champ FCS. S il est incorrect, soit la trame a été endommagée lors du transport et donc mal reçue, soit il y a eu un problème de synchronisation ce qui entraîne l abandon de la trame. Si tous ces tests se sont bien passés, le contenu de la trame est passé à la couche supérieure (désencapsulation). 3] La norme et l architecture Ethernet Les architectures Ethernet ont principalement été soutenues par les sociétés Digital, Intel et Xerox. La codification IEEE a été définie ainsi: M. GUILLIEN Page 3 sur 15

4 10 (débit en Mbs/s) base (mode de transmission) x (longueur d' un segment et type de support) 10 base 2 10 Mb/s Bande de base Câble coaxial (200 m, en fait 185) 10 base 5 10 Mb/s Bande de base Câble coaxial (500 m) 10 base T 10 Mb/s Bande de base Paire Téléphonique (100 m) 10 base F 10 Mb/s Bande de base Fibre Optique (2000 m) L'architecture 10 base 2 Nomenclature des pièces nécessaires pour un réseau 10 base 2 Par poste 1 carte réseau 10 base 2 avec prise BNC T de raccordement Disquette de configuration de la carte Support physique Un câble type RG 58 de liaison entre les UC 2 bouchons de terminaison pour le bus. Permet d éviter la réflexion du signal (impédance de 50 Ohms), ce qui entraînerait des interférences interprétées comme des collisions Remarque: la carte doit être adaptée au port sur lequel elle sera montée (ISA, PCI...). Le T de raccordement de la carte sur le bus est généralement fourni avec la carte réseau. Unité centrale + Carte réseau 10 base 2 Protocole de communication Unité centrale + Carte réseau 10 base 2 Protocole de communication Réseau en 10 base 2 Les cartes stations sont reliées directement sur le bus à l'aide de connecteurs BNC ou connecteurs en T. Le bus est un câble coaxial fin de type RG 58 - Longueur du segment 185 m A chaque extrémité du bus on positionne des bouchons de terminaison 50 ohms Réseau Ethernet 10 base 2 M. GUILLIEN Page 4 sur 15

5 La topologie employée - souvent de type bus linéaire - doit respecter la règle des qui fait qu en Ethernet fin 10 Base 2, en Ethernet épais 10 Base 5 ou en 10 Base T, on ne doit pas trouver plus de 5 segments reliés entre eux par 4 répéteurs (concentrateurs ou hub - règle qui ne s applique pas aux commutateurs) et seulement 3 de ces segments peuvent supporter des stations. Le 100 Base T déroge à cette règle qu il renforce en limitant le nombre de répéteurs à 2. Compte tenu de cette règle, un réseau 10 Base 2 ne peut géographiquement dépasser la distance de 925 m (5 fois 185 m) qui est la taille du domaine de collision. segment 1 répéteur 1 segment 2 répéteur 2 segment 3 répéteur 3 bouchon segment 5 segment 4 seuls 3 segments portent des stations répéteur 4 Cette topologie permet de prendre en charge jusqu à 30 nœud par segment, chaque nœud étant une station, un serveur ou un répéteur. La limite de cette architecture - globalement 150 postes maximum - apparaît alors rapidement et l on comprend facilement pourquoi l architecture 10 Base T ou 100 Base T avec nœuds possibles a détrôné 10 Base 2. L'architecture 10 base 5 Par poste Support physique Nomenclature des pièces nécessaire pour un réseau 10 base 5 1 carte réseau 10 base 5 avec prise AUI Disquette de configuration de la carte Une bretelle de raccordement entre la carte et la prise murale (AUI-RJ45) 1 transceiver (convertisseur) couplé à une prise vampire 1 câble de descente entre le transceiver et la prise murale Un câble coaxial épais pour l'épine dorsale (RG 11) 2 bouchons de terminaison pour le bus Remarque : Ce câble coaxial servait souvent à relier les réseaux de plusieurs étages (épine dorsal ou backbone) du fait de sa bonne immunité à la diaphonie. M. GUILLIEN Page 5 sur 15

6 Unité centrale + Carte réseau 10 base 5 + Protocole de communication Unité centrale + Carte réseau 10 base 5 + Protocole de communication Câbles de descente <= 50 m Tranceivrers Réseau en 10 base 5 Les cartes des stations sont reliées par l'intermédiaire d'un câble de descente sur une prise vampire appelée également "Transceiver". Le bus est un câble coaxial épais - distance du segment 500 m A chaque extrémité du bus on positionne des bouchons de terminaison Réseau Ethernet 10 base 5 Remarque: Les cartes réseaux sont raccordées sur le câble de descente par une prise AUI Prise DB 15 (AUI) M. GUILLIEN Page 6 sur 15

7 L'architecture 1O base T Nomenclature des pièces nécessaires pour un réseau 10 base T Par poste 1 carte Ethernet 10 base T avec prise RJ45 1 disquette de configuration de carte 1 bretelle de raccordement de la carte vers la prise murale 1 câble de liaison de la prise murale vers le concentrateur 1 câble à paires torsadées Support physique 1 concentrateur 10 base T (Anglais HUB) Concentrateur ou "HUB" Ils disposent d'options de connexion AUI, Fibre Optique, 10 base 2 - Les stations sont reliées sur des concentrateurs appelés communément "HUB" par des câbles de descentes de 100 m ou moins. - Les prises de connections sont de type RJ 45 Unité centales + cartes réseau 10 base T + Protocole de commnunication Réseau Ethernet 10 base T Prise RJ45 La topographie employée est souvent l étoile et le point de concentration est généralement un simple répéteur (concentrateur, hub) ou un commutateur (switch). Le point de concentration peut également être matérialisé par un panneau de brassage destiné à assurer les connexions physiques des différents câbles composant l infrastructure. La longueur minimale du câble est théoriquement de 2.5 m (en fait on trouve des câbles de 1 m) et sa longueur maximale ne doit pas excéder 100 m. Avec du câble STP la distance peut être portée à 150 m. On doit donc utiliser des répéteurs dès lors qu on veut étendre cette distance, dite domaine géographique de collision. Toujours dans le but d étendre géographiquement la zone de connexion des machines, il est possible de relier ces concentrateurs entre eux. On dit alors qu on «cascade» les hubs. Entre ces concentrateurs on peut utiliser d'autres médias tels que câble coaxial, fibre optique si on veut augmenter les distances. Le nombre de stations ainsi mises en relation ne doit toutefois pas dépasser La sous-couche LLC porte ici le nom d AUI (Attachment Unit Interface). En 10 Base T, on applique également la règle des 5-4-3, le rayon géographique du réseau ou le diamètre total du domaine de collision ne peut alors excéder 500 mètres en UTP ou 750 mètres en STP. M. GUILLIEN Page 7 sur 15

8 Le connecteur utilisé est de type RJ45. Il comporte 8 broches (4paires). Sur les 4 paires de fils reliés au connecteur, Ethernet peut n utiliser que 2 paires (10 base T et 100 Base TX). Avec Ethernet Gigabits, on utilise les 4 paires. Du côté des équipements (carte réseau, adaptateur, concentrateur, commutateur, routeur, ) le connecteur est souvent appelé MDI (Medium Dependant Interface) ou NIC (Network Interface Connector). Ce connecteur comporte généralement deux voyants qui indiquent si le lien est établi et si une activité sur le réseau est détectée. Une diode orange indique généralement la présence d un lien à 10 Mbits/ alors que si elle est verte il s agit en principe d un lien à 100 Mbits/ Raccordement des prises murales avec une armoire ou baie de brassage : Panneau de brassage Poste de travail 1 Carte Réseau Armoire de brassage Poste de travail 2 Carte Réseau HUB "empilables" Switch «empilables (Equivalents à un seul Hub) (équivalents à un seul switch) Poste de travail 3 Carte Réseau La goulotte murale (100x50) reçoit les prises réseau et les prises électriques Carte Réseau 3] La norme 802.3u ou et l architecture Fast Ethernet M. GUILLIEN Page 8 sur 15

9 Directement basée sur la norme 802.3, elle n est en fait qu une évolution. La classe 100 Base T4 a été créée uniquement pour les utilisateurs désirant conserver un câblage existant en paires torsadées de catégorie antérieure à 5, relativement ancien. La classe 100 Base TX constitue actuellement la plus grande part des installations en matière de réseaux Ethernet. En 100 base TX, le câblage est le même que en Ethernet base 10, seul le câble doit être de meilleure qualité (catégorie 5). Les spécifications du 100 Base-T incluent également un mode Auto Negociation Scheme ou Nway qui permet à l adaptateur réseau, au hub ou au switch répondant à la spécification de définir automatiquement son mode de fonctionnement. La couche MII admet donc les vitesses de 10 ou 100 Mbits/s. C est pourquoi on peut utiliser des cartes Ethernet 10/100 qui fonctionnent automatiquement à 10 ou 100 Mbits/s selon le réseau où elles sont implantées. Toutefois il faut considérer le fait qu avec du 100 Base-T, la distance entre deux hubs tombe à 10 m compte tenu de l augmentation de la vitesse et, qu à priori, il ne tolère que deux répéteurs entre deux stations. En effet, plus la fréquence augmente (100 Mhz pour du 100 Mbits/s), plus l atténuation augmente. La sous-couche LLC porte ici le nom de MII (Media Independant Interface). Le diamètre maximal de collision est ramené à 210 m en UTP (100 m de la station A au répéteur 1, 10 m du répéteur 1 au répéteur 2 et 100 m du répéteur 2 à la station B) et 310 m en câblage STP. Exemple d architecture Fast Ethernet : 4] La norme 802.3z et l architecture Gigabit Ethernet Cette architecture est également basée sur la norme Elle permet d atteindre 1000 Mbits/s. Gigabit Ethernet est souvent employé comme backbone sur de la fibre optique. La mise en place d un pont est indispensable pour interconnecter des équipements Ethernet, Fast Ethernet et Gigabit Ethernet. Dans de nombreux cas, le pont est intégré au matériel, qualifié de 10/100/1000 Mbits/s M. GUILLIEN Page 9 sur 15

10 Exemple d architecture Gigabit Ethernet : Remarque : Cette architecture est souvent utilisée comme «backbone» sur les réseaux locaux. Les stations ne travaillent pas à ce débit mais les commutateurs qui forment la partie centrale du réseau l utilisent. 5] Le câblage en paires torsadées : spécificités Seules deux paires sont utiles 1-2 et 3-6. Le téléphone utilise la paire 4-5. La paire 7-8 est libre. M. GUILLIEN Page 10 sur 15

11 1. Standard EIA/TIA 568A Câble droit et croisé : 2. Standard EIA/TIA 568B (standard actuel des réseaux) Câble droit et croisé : La liaison entre un poste (station de travail, serveur, imprimante, ) et un commutateur (switch) ou un répéteur ( hub) se fait avec un câble droit comme suit ( les couleurs peuvent être différentes) : A Couleur B 1 Orange-blanc 1 2 Orange 2 3 Vert-blanc 3 4 Bleu 4 5 Bleu-blanc 5 6 Vert 6 7 Marron-blanc 7 8 Marron 8 M. GUILLIEN Page 11 sur 15

12 La liaison directe entre deux postes se fait avec un câble croisé. Comme pour le brochage 568A, seules les paires 1-2 et 3-6 doivent être croisées. A Couleur B 1 Vert-blanc 3 2 Vert 6 3 Orange-blanc 1 4 Bleu 4 5 Bleu-blanc 5 6 Orange 2 7 Marron-blanc 7 8 Marron 8 Utilisation possible du câble droit ou croisé Connexion de pc à pc de switch a switch de switch a routeur de pc a swtch de pc a routeur Câble croisé croisé sauf si possibilité d utiliser une prise décroisée droit droit droit Règle de base : 1. Entre deux équipements identiques (de même types), on utilise un câble croisé. 2. Entre deux équipements de types différents, on utilise un câble droit Pourquoi? Il existe deux interfaces : 1. le MDI: coté pc et routeurs, on émet sur les fils 1 et 2 on reçoit sur les fils 3 et 6 M. GUILLIEN Page 12 sur 15

13 2. MDIX: coté hubs et switchs, on émet sur les fils 3 et 6 et on reçoit sur les fils 1 et 2 Remarque : Les équipements les plus récents s auto-adaptent en fonction du câble. 6] Half Duplex et Full Duplex Le mode de fonctionnement de base d Ethernet est le half duplex. Il suppose que le mode est partagé entre plusieurs stations et que les informations transitent dans les deux sens. C est sur ce mode que la méthode d accès CSMA/CD est basée. Malgré tout, nous avons pu remarquer que le câble possède deux fils : un pour l émission et l autre pour la réception. Le mode full ou half duplex va donc en fait dépendre des capacités de l équipement réseau connecté aux deux extrémités. Les cartes réseaux les plus récentes auto-détectent le mode utilisé. L utilisation du mode full duplex a permis de supprimer en grande partie la congestion du réseau, en éliminant le problème des collisions. ATTENTION: Le débit dans chaque sens est toujours limité par l'horloge à 100. La bande passante est donc de 100 Mbits/s et non pas 200, comme on pourrait le croire. Dans le cas half duplex, le débit sera en fait de 50 mbits (théoriques), chaque sens n'ayant accès au support que la moitié du temps. 7] La norme et l'architecture en Anneau à jeton (Token ring) 4 ou 16 Mbits/s Le principal soutien du réseau à Anneau à Jeton est la société IBM. Cette architecture créée dans les années 80 va se répandre rapidement dans les milieux industriels. Représentation de la topologie logique d'un réseau Token Ring Représentation de la topologie physique d'un réseau Token Ring Vers carte réseau TR Vers carte réseau TR Réseau Token Ring - Les stations sont reliées à des concentrateurs appelés "unités multi station" ou MAU (Multistation Access Unit). - Le concentrateur représente le chemin en forme d'anneau parcouru par le jeton. - La distance entre une station et la MAU est de: - < à 100 m sur du cable 2 paires STP blindé - < à 45 m sur du câble 2 paire UTP non blindé - Les connecteurs entre la MAU et la prise murale sont de type hermaphrodites ( Il n'y a pas de prise mâle ou femelle), ou RJ45. - Un câble relie la station entre la prise murale et la carte TR de la station. La prise sur la carte est de type trapézoïdale. Remarque: Les MAU sont empilables. Chaque unité dispose d'un port IN (entrée) et d'un port OUT (sortie) permettant de les chaîner. Une MAU type 8228 dispose de 8 ports. M. GUILLIEN Page 13 sur 15

14 Nomenclature des pièces nécessaires pour un réseau Token Ring : Par poste Support physique 1 carte Token Ring 4 ou 16 Mbits 1 disquette de configuration de la carte 1 câble de liaison de la carte vers la prise murale 1 câble de descente de la prise murale vers la MAU 1 MAU Caractéristiques de l'architecture Anneau à jeton ou Token Ring : Topologie logique/physique Type de connecteur Câblage supporté Distance mini entre 2 ordinateurs Longueur d'un segment Nombre de stations par anneau Anneau Jeton Anneau/Etoile Connecteur mâle/femelle IBM ou RJ45 Paire torsadée non blindée Paire torsadée blindée Fibre optique 2,5 m 100 m (distance poste/mau) 140 ou 260 en fonction du débit 4/16 Format de la trame : M. GUILLIEN Page 14 sur 15

15 Format de la trame Préambule: marque le début de la trame 2 - Indique la priorité de la trame (libre ou occupée) 3 - Défini le type de trame (1+2+3 codés sur 1 octet) 4 - Adresse du destinataire ( 6 octets) 5 - Adresse de l'émetteur (6 octets) 6 - Longueur du champ d'information (2 octets) 7 - Données du message (variable à 4 ou 16 Mb/s) 8 - Données de contrôle de trame ( codés sur 4 octets) 9 - Marque de fin de trame 10 - Statut de fin de trame (reconnue, copiée, adresse réceptrice disponible...) Remarque : Le type de trame spécifie si le jeton est libre ou s il est en cours d utilisation pour un transport de données Un réseau Token Ring est constitué d un ensemble de MAU reliés entre eux pour constituer un anneau principal. Le serveur équipé d un système d exploitation réseau est chargé de la création du jeton au démarrage ainsi que de sa gestion en cours de fonctionnement. M. GUILLIEN Page 15 sur 15