Les réseaux. Les protocoles Ethernet et IEEE 802. Resp: S. SALVA IUT 1ere année IUT d aubiere

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1 Les réseaux Les protocoles Ethernet et IEEE 802 Resp: S. SALVA IUT 1ere année IUT d aubiere

2 Les protocoles de réseaux locaux sont des protocoles de niveau 2 (couche 2 OSI) => Créer une liaison entre stations Réseaux locaux permettent: Accéder au support Dialoguer avec une autre station sans effectuer de routage Toutes les stations peuvent lire une trame sur le réseau physique Identifier une station par une adresse Un Paquet au niveau 2 s appelle une Trame! EX: Ethernet, WIFI, Token ring,

3 Sont généralement composés de 3 sous-couches: Niveau Physique MAC (medium acces unit) Indique comment accéder au support de communication Ex: CSMA/CD pour Ethernet, CSMA/CA pour wifi LLC (Logical Link Control) permet de corriger les erreurs de transmission

4 Protocole ALOHA But: raccorder des îles avec un protocole simple utilisant les ondes radios Envoi des données, si collision=> retransmission Perte importante lors des collisions Protocoles CSMA (Carrier Sense Multiple access) But: écouter le support avant d émettre=> réduit les risques de collisions Différentes techniques: CSMA/CD pour Ethernet CSMA/CA pour wifi

5 Ethernet (net sur ether= réseau sur bus) 80% des réseaux locaux! (mais en diminution avec les protocoles type Wifi) But: Non buts: simple fiable peu coûteux priorité détecter des collisions sécurité de paquets Attention: deux protocoles a ne pas confondre : (IEEE) et Ethernet (Dec, intel Xerox) qui sont très proches. Conception originale de R. Metcalfe (1976)

6 Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique niveau de contrôle LLC niveau MAC niveau physique unité de raccordement MEDIUM IEEE 802 Ethernet

7 La trame Ethernet =Trame MAC Données ( octets) Contrôle FCS (4octets) Padding (0-46 octets) IFS?? Adresse destination : 6 octets Délimiteur de début de trame SFD : 1 octet Préambule : 7 octets Type données ex: paquet IP (2 octets) Adresse source : 6 octets

8 Preambule: suite de 0 et de 1 alternés: permet de synchroniser l emetteur et le récepteur Champ de contrôle pour code correcteur permet d assurer que la trame recue est correcte taux d erreur: 1/ 4.3 millards Un code correcteur permet de détecter une erreur mais peut aussi la corriger Ex: code de Hamming, codes polynomiaux (CRC) IFS: temps inter trame = 9.6µs temps minimum de repos du support, permet aux autres stations de prendre la main

9 ADRESSAGE Les adresses Ethernet sont codées sur 48 bits (6 octets). syntaxe : adresse individuelle : comprend le premier bit transmis à 0 (premier octet d'adresse pair) 08:00:20:09:E3:D8 ou 8:0:20:9:E3:D8 ou E3-D8 ou E3D8 Adresses spéciales: Adresse Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF Adresse Multicast: le premier bit d' adresse transmis est égal à 1 (le premier octet de l'adresse est impair) : 09:00:2B:00:00:0F, 09:00:2B:01:00:00 Chaque carte Ethernet possède une adresse propre, codée physiquement (ne peut être changée)

10 Ethernet est un protocole en constante évolution (débit de 10 Mbps à 100Gbps) Type Cable Debit Mode 10Base2 BNC 185m 10Mbps Half duplex 10Base5 BNC 500m 1OMbps Hal duplex 10BaseT Paire torsadée cat3 100m 10 Half duplex 100BaseT Fast ethernet 1000Base-T Ethernet gigabit Paire torsadée cat5 100m Paire torsadée cat5e 100m 100 Full/half duplex 1000 Full/half duplex 10GBase-LX4 Ethernet 10giga Fibre optique multimode 500M Full duplex Record: 2006 Ethernet 100Gbps sur 4000km

11 Le fonctionnement de base d Ethernet est en half duplex Depuis 1997, il existe aussi le mode full-duplex (802.3x) qui correspond à une communication point à point entre 2 stations(2 canaux de sens contraire sans partage, utilisation de paires torsadées distinctes) Débit 200Mbits/s, 100 pour chaque canal En full duplex, il n y a plus de collisions, (protocole CSMA/CD d Ethernet est inutile) Face aux divers débits et aux modes full, half duplex les stations négocient la connexion

12 Mode half duplex uniquement Pas de liaison directe entre stations Toutes les stations se partagent le support de transmission Risques de collisions Nécessité de détecter ces collisions et de retransmettre (du coup ça se complique)

13 Couche physique: RÔLE détecter l'émission d'une autre station sur le médium (emission d un signal Carrier Sense), alors que la station est en écoute transmettre et recevoir des bits sur le médium, détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (emission d un signal Collision Detect)

14 Le niveau MAC: met en oeuvre le protocole CSMA/CD est chargée de: mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission gérer la liaison avec le support en écoutant les signaux "Carrier Sense" et Collision Detection" émis par le niveau physique.

15 802 et Ethernet sont de type CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access) : 1. détecter l'émission d'une autre station sur le câble (Carrier Sense) dans ce cas ne rien envoyer! «J écoute si aucune station ne communique avant d émettre» 2. détecter une collision (Collision Detect) «J écoute pendant que j envoi un paquet pour détecter une collision» On doit avoir 1 seule trame sur le réseau a un instant t Toutes les stations peuvent accéder a la trame Inconvénient: plus il y a de transmissions, plus il y a de collisions(trames perdues), et plus le réseau se sature!!! Taux d utilisation du canal: 18%!!!!

16 COLLISION : le problème une station écoute si le câble est libre avant d émettre le délai de propagation n est pas nul => une station peut émettre alors qu une autre a déjà commencé son émission les 2 trames se percutent : c est la collision plus le réseau est grand (nombre de stations), plus la probabilité d apparition de collisions est grande

17 COLLISION : la solution détecter une collision en écoutant le support avant d émettre et pendant l envoi d un paquet Combien de temps écouter???? Si collision sur le bout du câble = temps pour 1 signal pour aller au bout et pour revenir = 2 * temps de propagation Pour un câble de 5 * 500m : temps d émission à 51.2 µs une station envoi une trame pendant 51.2 µs et écoute pendant 51.2 µs pour savoir si une collision existe On en déduit: Pour 10Mbits/s, elle doit envoyer 512 bits taille trame = 512 bits

18 COLLISION : la détection Station S1 Station S2 La collision est arrivée a S2 qui envoie des bits de bourrage Station S1 Station S2 S1 détecte ainsi la collision Station S1 Station S2

19 COLLISION : la reémission Algorithme de backoff = algorithme de reémission d une trame après collision la station attend R * 51.2 µs tel que 0 <= R < (2*i) -1 R étant un entier «Random» et i = min(n, 10) n = nombre de retransmissions déjà effectuées le nombre de réémissions est limité à 15 Algorithme simple mais ne garantit pas un temps limité pour l envoi

20 Plusieurs normes Ethernet : X BASE Y X=débit du réseau Y= type du support du réseau 10BASE5 (spécification initiale) débit 10Mbits/s sur câble coaxial de 500m (BNC) 10BASE2, 10BASE T, 10BASE F, 50BROAD36(câbleTV), etc Actuellement : Les plus répandu: Ethernet 100BaseT (fast Ethernet ) sur support paires torsades (RJ45) Giga Ethernet 1GbaseT(rj45 cat 5e ou 6) (1GbaseSX, 1GBaseLX fibre optique ) Dans le futur proche (2010?), 40 et 100giga (norme 802.3ba)! Pour une utilisation domestique, disparition d Ethernet??????????????

21 Norme 802.3i Plusieurs couches physiques: 100BaseT, 100BaseTX, 100BaseFX Débit à 100 Mbps Mode full duplex ou half duplex Mode full duplex: 1 canal attribué pour l émission et 1 canal pour la réception Plus de risque de collision plus de CSMA/CD Mais utilisation obligatoire de switchs full duplex sinon retour au mode half duplex Trame identique

22 Norme IEEE 802.3z 1998 Couche Physique 1GBASE SX, LX (>300m <600m), CX(25m) pb: vu la vitesse de transmission, il faudrait supprimer 100m de support pour utiliser les trames Ethernet classiques!! Solution: augmenter la taille min de trame tout en restant compatible => rajout d un bloc appelé carrier extension Taille de trame = 512o (au lieu de 64o)

23 Taille de trame en gigabit Ethernet=512o Si une trame provient de fast Ethernet (trame <512o) alors on ajoute des octets de bourrage dans l extension qui sont supprimés si la trame revient vers du fast Ethernet Octets de contrôle (FCS) toujours calculés sur la trame Ethernet classique (sans extension) Pb: pour des petits paquets on peut avoir jusqu à 448o de bits de bourrage=> Defficace (utilisateur) en chute libre => amélioration avec paquet bursting

24 Paquet bursting: Principe: envoyer plusieurs trames courtes avec1 seule acquisition de canal (comme si un paquet était émis) Burst timer=limitation du temps pendant le lequel l émetteur garde le droit d émettre 1ere trame placée dans un slot (doit faire 512o) les autres sont ajoutées à la suite jusqu à la fin du burst timer

25 Gigabit Ethernet en mode full duplex pas de risque de collision sur le support(1 support/sens de transmission), collisions uniquement possible dans les switchs qui utilisent de la mémoire tampon Pb: éviter la saturation des répéteurs => technique de contrôle de congestion Gigabit Ethernet en mode half duplex utilise CSMA/CD classique

26 Norme 802.3ae, Fonctionne en full duplex uniquement (plus de csma/cd optionnel) Mais supporte toujours la trame Ethernet Taille de réseau, jusqu à 40km Plusieurs Couches phy: 10G BASE T (sur cat 7 bp 500Mhz) cat6=> utilisation sur 36m cat7=> utilisation sur 100m 10G BASE SR, LR, LX4 10G BASE CX4 10G BASE W (sonet, sdh)

27 Mode half duplex niveau de performance inversement proportionnel au nombre d'acteurs Pour un réseau ou l industriel spécifie un débit de 10 Mbits, on obtient en moyenne 5 Mbits. Mode full duplex : pb de congestion des switchs Les solutions : segmenter le réseau avec des switchs identifier des raisons de charge anormale : utiliser un analyseur (analyse la charge et identifie l'auteur de la charge anormale). mesurer le taux de collisions moyen du réseau; si celui-ci est trop élevé (au delà de 10% des trames transmises), vérifier le matériel, analyser chaque segment, envisager une nouvelle segmentation.

28 dispositif actif non configurable permet d'augmenter la distance entre deux stations Ethernet reçoit, amplifie et retransmet les signaux. A B Distance Maxi(A,B) = 500m Distance Maxi(A,C) = 1000m C

29 Hub multi Protocole (3com) Répéteur/adaptateur (UNICOM) Mini hubs (Hewleet Packard)

30 dispositif actif filtrant = switch permet d'augmenter la distance maximum entre deux stations, permet de diminuer la charge du réseau. les trames A<-->B ne sont pas transmises sur le segment 2 la distance entre A et D est en théorie illimitée avec ponts et segments en cascade A Segment 1 B les collisions sont filtrées. D C Segment 2

31 Exemple d interconnexion en réseau local: HUB Si trop de stations, on obtient des collisions, donc découpage du réseau par des switchs switch Switch HUB HUB Interconnection parfaite? Ethernet commuté (full duplex)

32 Réseau A P Réseau B La passerelle P interconnecte les réseaux A et B. Le rôle de la passerelle P est de transférer sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés au réseau B et inversement. Ex: les routeurs possèdent une connexion sur chacun des réseaux: