Introduction à Ethernet, CSMA/CD,

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1 Introduction à Ethernet, CSMA/CD,

2 Ethernet de Metcalfe Connexion de toutes les stations à un même câble

3 Ethernet et OSI Medium Access Control LLC Liaison MAC Couche 2 Physique Couche 1 La couche 2 est divisée en deux sous-couches: LLC et MAC

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

5 Support de transmission Coaxial Paire torsadé Fibre Optique

6 Traitement des erreurs Deux types d erreurs: Un ou plusieurs bits erronés suite à des perturbations Collisions lorsque plus d un noeud transmet en même temps (la transmission de la trame est alors interrompue) 6

7 Traitement des erreurs Le problème des bits erronés est géré par un CRC dans chaque trame sans retransmissions Le problème des collisions est géré par le protocole CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collition Detection 7

8 Problème des collisions HUB Jürgen Ehrensberger IICT/HEIG Cours AP-RESO Ethernet 8

9 Solutions: protocoles d accès CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/ Collition Detection) Full Duplex

10 L algorithme CSMA/CD entre humains Écouter si d autres personnes parlent Si c est le cas, se taire et continuer à écouter Si, par contre, personne ne parle, commencer à parler tout en écoutant si les autres ne parlent pas en même temps que nous Si on finit de parler et qu il n y a pas eu de «collision», considérer que ce qu on a dit a été compris par les autres Dans le cas d une «collision», arrêter de dire ce qu on disait et dire bla-bla-bla plusieurs fois Ensuite, attendre un peu de temps et réessayer dès que les autres se tairont

11 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

12 Algorithme 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 Oui Trop d'essais? Calculer délai aléatoire Non Erreur Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 12

13 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)

14 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

15 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!

16 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

17 Procédures de ligne Si des erreurs sont découvertes par le biais du CRC, pas de retransmissions Il n y a pas d acusés de réception

18 Structure des trames D abord, rappel PDU et SDU Ensuite le format de la trame Ethernet

19 Rappel: SDUs and PDUs Transport TSDU TPDU Réseau Liaison PHY Jürgen Ehrensberger IICT/HEIG Cours AP-RESO Ethernet 19

20 Rappel: SDUs and PDUs Transport Réseau NSDU NPDU Liaison PHY Jürgen Ehrensberger IICT/HEIG Cours AP-RESO Ethernet 20

21 Rappel: SDUs and PDUs Transport Réseau Liaison DLSDU DLPDU PHY Jürgen Ehrensberger IICT/HEIG Cours AP-RESO Ethernet 21

22 Ethernet et OSI LLC Liaison MAC Couche 2 Physique Couche

23 Format de la trame LLC PDU MAC Entête SDU CRC Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 23

24 Préambule et SFD (Start of Frame Delimiter) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets Synchronisation de bits Marqueur du début de la trame (Start of Frame Delimiter) Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 24

25 Adresses Source et Destination Trame Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données longueur variable CRC 4 octets a 3f 3e a ae Adresses MAC ou physiques Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 25

26 Adresse physique d une carte réseau Adresses MAC 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) L adresse ff-ff-ff-ff-ff-ff est utilisée pour la diffusion ou broadcast Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 26

27 Trame Type/Longueur Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données Données Bourrage longueur variable CRC 4 octets -Si 1500, contient le nombre d octets reçus de la sous-couche LLC -Si > 1500, contient un identifiant pour le protocole de la couche supérieur Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 27

28 Trame Données Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets DSAP SSAP contrôle Données+bourr. L entête LLC contient le protocole de niveau 3 s il n est pas dans le champs type/longueur Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 28

29 Trame Cyclic Redundancy Check (CRC) Préambule 7 octets SFD 1 octet Adr. Dest. 6 octets Adr. Source 6 octets Type/ Longueur 2 octets Données+bourr. longueur variable CRC 4 octets Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO -Codage pour la détection d erreurs -Les trames erronées sont écartées Ethernet 29

30 Equipements Ethernet NIC Répéteur / HUB Switch

31 Exercices L adresse ff-ff-ff-ff-ff-ff à qui appartient-elle? Quelle adresse ou adresses MAC peut-on mettre comme adresses de destination si l on veut s assurer qu une stations lise la trame? Quelles sont les deux méthodes d accès au canal utilisées dans 802.3? A quoi peut-on reconnaître une trame 802.3? Quelle est la topologie utilisée aujourd hui pour les réseaux Ethernet? Quelles sont les couches spécifiées dans la norme Ethernet? Décrivez la procédure CSMA/CD Quelle est le temps maximum qu un nœud doit attendre après sa troisième collision d affilé? Jürgen Ehrensberger IICT/ HEIG Cours AP-RESO Ethernet 31

32 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 32

33 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 33 Bus Bus Étoile Étoile Étoile Étoile Étoile

34 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 34

35 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 35

36 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»

37 Exercices