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Supports Physiques - Ethernet

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Présentation au sujet: "Supports Physiques - Ethernet"— Transcription de la présentation:

1 Supports Physiques - Ethernet
ISET MAHDIA September Tronc commun 3ème semestre - Les Réseaux Locaux - Les réseaux locaux Normalisation IEEE (Modèle,adressage,câblage) Les protocoles Ethernet et IEEE (Accès au support ,hauts débits) La sous-couche LLC 802.2 Interconnexion des réseaux Ethernet (Matériels,Commutation,Vlans) Réseaux Locaux sans fil (802.11) 25/03/2017 - TI3

2 http://www.isrinfo.fr - TI3
Normalisation IEEE Le comité IEEE 802 Normalisation des réseaux locaux en reprenant les couches 1 et 2 du modèle OSI Développer un standard permettant la transmission de trames d ’information entre 2 systèmes informatiques à travers un support partagé quelque soit leur architecture. 25/03/2017 - TI3

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Normalisation IEEE Comité IEEE Contraintes au niveaux des réseaux locaux Supporter au moins 200 stations Couverture d ’au moins 2 km Débit entre 1Mb/s et 10 Mb/s Adressage individuel ou en groupe des stations Conformité au modèle OSI Contrôle d ’accès au support (équité,une seule station émet à la fois,gestion de priorité,…) Détection et récupération d ’erreurs Compatibilité entre les différents constructeurs 25/03/2017 - TI3

4 Normalisation IEEE Modèle IEEE 802 802.1 Higher layer interfaces 2
802.2 Logical Link Control Secure Data Network Gestion d ’adresses Architecture Media Access Control 802.3 CSMA/CD 802.5 Anneau à jeton 802.6 MAN 802.11 Sans fils 802.12 100 Mbits/s 1 25/03/2017 - TI3

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Normalisation IEEE Les Standards IEEE 802 802.1 802.2 802.3 802.11 Architecture générale , format des adresses,technique d ’interconnexion Sous-couche LLC (logical Link Control) pour gérer le transfert des données Accès au support CSMA/CD Ethernet Sans fil 25/03/2017 - TI3

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Normalisation IEEE L ’adressage IEEE 802.1 48 bits (6 octets) pour les réseaux interconnectés sinon 16 bits I/G U/L 46 Bits U=0 @ Universelle (équipement constructeur) L=1 @ Locale I=0 @ Individuelle (station) G=1 @ Groupe (diffusion) Format général d ’une adresse MAC 25/03/2017 - TI3

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Normalisation IEEE Une adresse MAC universelle désigne de manière unique une station dans le monde. Une adresse MAC universelle est divisée en 2 parties : Les 3 premiers octets identifient le constructeur (Voir ftp://ftp.isi.edu /in-notes/iana/assignements et rfc1700) Les 3 suivants le numéro de série dans la production du vendeur Le premier bit de l ’octet transmit sur le réseau est celui de poids faible . Donc pour 0x08 ( ) on transmet C ’est important pour le Multicast (slide suivant) : 0x01 -> 25/03/2017 - TI3

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Normalisation IEEE Adresses MAC spécifiques Adresses de broadcast Adresses Multicast @ diffusion généralisée , reconnue par toutes les stations . Tous les bits sont à 1 -> FF:FF:FF:FF:FF:FF . Toutes les stations connectées au réseau lisent la trame . La couche MAC transmet la trame aux couches supérieures (Pb performances) . @ diffusion restreinte , désigne un groupe de stations . 1er bit transmit à 1 (1er octet impair) . Ex: 09:00:2B:00:00:0F protocole LAT de DEC (Voir RFC-1700 et 1112). Si la station ne fait pas partie du groupe , le composant MAC laisse passer la trame sans la transmettre aux couches supérieures . 25/03/2017 - TI3

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Ethernet et 802.3 Début des années1980 : Standard Ethernet 10 Mb/s version 1.0 par Digital-Intel-Xerox (DIX) . 1982 : Version 2.0 de DIX -> Ethernet II . 1983 : Ethernet est adopté comme standard par l ’IEEE et l ’ANSI : IEEE « Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specification » Attention : ce n ’est pas exactement la version II de DIX qui fut approuvé par l ’IEEE : Même méthode d ’accés au support CSMA/CD Traitement par les couches hautes différent 25/03/2017 - TI3

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Ethernet et 802.3 La proposition IEEE décrit un réseau local bande de base 10Mbit/s utilisant une méthode d ’accès de type CSMA/CD . On y définit : Les caractéristiques mécaniques et électriques du raccordement d ’un équipement au support de communication . La gestion logique des trames Le contrôle de l ’accès au support de communication Plusieurs normes ISO ont été définies en fonction du support physique et du débit . Le mode de transmission étant la bande de base , on retrouve les appellations suivantes : T Tiswted pair F Fibre optique 2 Câble coaxial (200 m) 5 Câble coaxial (500 m) 10 100 1000 (d) Base (s) 25/03/2017 - TI3

11 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage Câble coaxial
Un conducteur central (âme) entouré d ’une gaine isolante Un conducteur externe concentrique (tresse) Topologie en bus 25/03/2017 - TI3

12 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage Câble coaxial
10Base5 : 75 ohms , « gros (thick) ethernet » , câble jaune , 10Mbits/s 500 m MAX Segment 500 m Max sans répéteur 2500 m Max entre 2 stations 100 transceivers Max par segment Rép Rép Rép Rép 2500 m MAX Transceiver Câble Transceiver/Station 50 Max Connecteur AUI (Attachement Unit Interface) 25/03/2017 - TI3

13 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage Câble coaxial
10Base2 : 50 ohms , « ethernet fin (thin) cheapernet » ,10Mbits/s Segment 185 m Max sans répéteur 30 Stations Max par segment 4 répéteurs Max . 0,5 m Mini Connecteur BNC en T 25/03/2017 - TI3

14 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage
Câble paire de fils de cuivre torsadée (Twisted pair) Topologie en étoile Equip. Actif Equip. Actif 25/03/2017 - TI3

15 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage
La Paire torsadée , différentes technologies : 3 grandes familles 100 ohms ATT : EIA/TIA-568A(B) -> US , IEC/ISO (Europe) Catégorie 3 , bande passante 16 MHz Catégorie 4 , bande passante 20 MHz Catégorie 5 , bande passante 100 MHz UTP (Unshielded Twisted Pair) paires torsadées non blindées non écrantées FTP (Foiled Twisted Pair) paires torsadées écrantées . Une feuille d ’aluminium entoure les paires torsadées ce qui permet de réduire les perturbations et rayonnements électromagnétiques. 150 ohms IBM (STP Shielded Twisted Pair) 120 ohms France Télécom 25/03/2017 - TI3

16 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée
Connectique : prise RJ45 25/03/2017 - TI3

17 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée
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18 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée USOC
Convention de raccordement d ’un câble 4 paires catégorie 5 , Prise RJ45 EIA/TIA 568B EIA/TIA 568A USOC 1 Blanc/Orange 2 Orange 3 Blanc/Vert 4 Bleue 5 Blanc/Bleue 6 Vert 7 Blanc/Marron 8 Marron 1 Blanc/Vert 2 Vert/Blanc 3 Blanc/Orange 4 Bleue/Blanc 5 Blanc/Bleue 6 Orange/Blanc 7 Blanc/Marron 8 Marron/Blanc 1 Blanc/Marron 2 Blanc/Vert 3 Blanc/Orange 4 Bleue 5 Blanc/Bleue 6 Orange 7 Vert 8 Marron 25/03/2017 - TI3

19 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée
Avec Ethernet seules 2 paires sont utiles : Une paire émission (Tx+,Tx-) et une paire réception (Rx+,Rx-) -> Possibilité de Full Duplex Câble droit (Hub à PC,...) Câble croisé (Hub à Hub, PC à PC,..) 1 Tx+ -> 1 Tx+ 2 Tx- -> 2 Tx- 3 Rx+ -> 3 Rx+ 6 Rx- -> 6 Rx- 1 Tx+ -> 3 Rx+ 2 Tx- -> 6 Rx- 3 Rx+ -> 1 Tx+ 6 Rx- -> 2 Tx- 25/03/2017 - TI3

20 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée 10BaseT
10Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 3,4,5 UTP 100 m Max Rép Rép Rép Couverture 400 m MAX 100BaseT (Fast ethernet 802.3u) 100 m Max 100Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 5 UTP Rép Couverture 200 m MAX 25/03/2017 - TI3

21 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La Paire torsadée
1000BaseT (Gigabit ethernet 802.3ab) 100 m Max 1000Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 5+ UTP Rép Couverture 200 m MAX 25/03/2017 - TI3

22 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La fibre optique
Le cœur de la fibre peut-être en fibre de verre , plastique ou silice (la plus utilisée) Avantages de la fibre optique : Immunité au perturbation électromagnétique Ne rayonne pas -> sécurité , ne crée pas d ’interférences Atténuation faible Très large bande passante (-> GHz) 25/03/2017 - TI3

23 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La fibre optique
Fibre Multimode Taille du cœur 50 et 62,5 microns , gaine 125 microns Fenêtre spectrale 850nm et 1300 nm A saut d ’indice 20 MHz/km A gradient d ’indice 500 MHz/km , la plus utilisée (62,5/125 microns) Fibre Monomode Taille du cœur 5 à 10 microns , gaine 125 microns Bande passante 100 Ghz Fenêtre spectrale 1300 nm et 1550 nm 25/03/2017 - TI3

24 Ethernet et 802.3 Quelques normes de câblage La fibre optique
10BaseF : 10Mbits/s , 2000 m Maxi 100BaseFX : 100 Mbits/s , 412m Maxi sur Multimode 1000BaseSX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode 1000BaseLX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode 5km + sur monomode Les connecteurs les plus utilisés sont de type : ST -> système de verrouillage baïonnette SC -> système de verrouillage coulissant 25/03/2017 - TI3

25 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Globalement , les stations émettent des messages quand elles le désirent . Si les autres stations n ’ont rien à émettre , elles disposent entièrement du canal . Si 2 stations émettent en même temps -> collision CSMA (Carrier Sense Multiple Access - Accès multiple après écoute de la porteuse). Avant d ’émettre la station écoute le canal : Si libre -> émet son message Pb: à cause des délais de propagation , il y a des risques de collisions Sinon -> diffère son émission Station A Distance entre les stations Temps Station B Collision 25/03/2017 - TI3

26 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
CD (Collision Detect) Si une station émettrice se rend compte que son message participe à une collision, elle arrête l ’émission du message . Pour savoir si elle participe à une collision , la station compare le signal émis avec celui sur le média. Paramètres définis pour un réseau à 10Mb/s Time Slot (tranche de canal) : 2 fois la durée maximale de propagation d ’un message sur le câble . Pour Ethernet TS=durée d ’émission de 512 bits (64 octets) à 10Mbits/s soit 51,2 us . La durée d ’émission des trames > Time Slot Taille mini Trame = 64 octects Taille maxi Trame = 1518 octects pour éviter qu ’une station monopolise le canal 25/03/2017 - TI3

27 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Si la trame < 64 octets -> Des bits de bourrage (padding) sont introduits en fin de trame Quand une collision est détectée par une station celle-ci n ’interrompt pas immédiatement la transmission Émission de données de brouillage (jamming) = 32 bits 25/03/2017 - TI3

28 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Structure d ’une trame (802.3 et Ethernet) 64 à 1518 octets 802.3 Préambule SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS 7 1 6 6 2 4 Ethernet Préambule SFD @ DEST @ SRC Type DATA DATA FCS 7 1 6 6 2 4 Niveau physique Niveau Mac 25/03/2017 - TI3

29 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Préambule : 7 octets > Synchronisation des horloges SFD : Start Frame Delimiter > Début d ’émission de la trame ie champ de la partie Mac Lg DATA =< 1500 Définie la longueur des données et va être exploité par la sous-couche LLC qui est chargée de faire l ’aiguillage vers les protocoles de niveau supérieur. Ethernet 3ie champ de la partie Mac Lg DATA > 1500 Identificateur du protocole de niveau supérieur (ex: 0x800 -> IP) Pas de couche LLC (violation du modèle en couche) L ’élimination des bits de bourrage (padding) sera traiter pas les protocoles de niveau supérieur . 25/03/2017 - TI3

30 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Émission d ’une trame Si le support est libre (CSMA) , l ’émission d ’une trame commence après un silence de 9,6 us (IFG Interframe Gap). L ’entité MAC continue d ’écouter le canal pour savoir si une collision à été détecté (CD) . Pas de collision -> compte-rendu positif à la couche supérieur . Collision -> poursuite de la transmission pendant la période de brouillage . Ensuite nouvelle tentative d ’ émission suivant l ’algorithme du BEB . Si nb tentative = 16 -> compte-rendu négatif à la couche supérieur . 25/03/2017 - TI3

31 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Algorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff) Permet de définir ce que doivent faire les stations après une collision -> départager les stations sans échange de messages . Tirage au sort (0 ou 1) 0 -> recommence à émettre immédiatement 1-> attente de N tranche de canal (Time Slot 51,2 us) avant de recommencer à émettre. N aléatoirement de 1 à 2 m Par défaut , l ’espace de tirage est doublé jusqu ’à la 10ième tentative . Au bout de 16 -> échec 25/03/2017 - TI3

32 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Créer la trame Transmission en cours oui Test de la porteuse non Émission d ’une trame Commencer la transmission Collision détectée oui non Brouillage Trop de tentatives Comparaison émission/réception non Calcul du délai d ’attente BEB oui émission OK Émission abandonnée 25/03/2017 - TI3

33 Ethernet et 802.3 Accès au support physique CSMA/CD
Commencer la réception Réception d ’une trame Fin de réception non oui Trame trop courte Taille correcte oui non Collision oui @ reconnue Erreur longueur non Réception OK Calcul CRC Mauvais Erreur CRC Correct 25/03/2017 - TI3

34 Ethernet et 802.3 Ethernet vers les hauts débits Fast ethernet
Ethernet à 100 Mbits/s définit par la norme IEEE 802.3u Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame . Ce qui change : La fenêtre de collision est réduite à 5,12 us et le silence inter-trame (IFG InterFrame Gap) à 0,96 us . Le codage 1B/2B -> 4B/5B 25/03/2017 - TI3

35 Ethernet et 802.3 Ethernet vers les hauts débits Fast ethernet
Utilise la signalisation 4B/5B (16 symboles parmi 32) 1 paire émission 1 paire réception Utilise un codage de type 8B/6T (8 bits sur 3 temps d ’horloge) 3 paires transmission 1 paire détection collision Utilise la signalisation 4B/5B (16 symboles parmi 32) 1 fibre émission 1 fibre réception 25/03/2017 - TI3

36 Ethernet et 802.3 Ethernet vers les hauts débits Fast ethernet
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37 Ethernet et 802.3 Ethernet vers les hauts débits Gigabit ethernet
Ethernet à 1000 Mbits/s défini par les normes IEEE 802.3z et 802.3ab Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame . Ce qui change (half duplex) : La fenêtre de collision est modifié -> le slot time est étendu à 512 octets . Une extension est ajouté aux paquets < 512 bytes Pb de performances avec les petits paquets 25/03/2017 - TI3

38 Ethernet et 802.3 Ethernet vers les hauts débits Gigabit ethernet
25/03/2017 - TI3

39 http://www.isrinfo.fr - TI3
La sous-couche LLC 802.2 MAC -> Mécanismes pour obtenir une exclusion mutuelle entre les stations qui partagent le même support (bus,anneau) LLC -> Contrôle la transmission de données . Ethernet n ’utilise pas la couche LLC . Le 3ième champ de la partie MAC (type) de la trame IEEE sert à coder la longueur utile de l ’information . Ethernet LLC 2 MAC 1 25/03/2017 - TI3

40 http://www.isrinfo.fr - TI3
La sous-couche LLC 802.2 3 types de services de transmission LLC type 1 Mode datagramme . Pas de fonction de contrôle d ’erreur sur les trames . Aiguille les données vers les différents protocoles de la couche 3 LLC type 2 Mode connecté . Fonction d ’aiguillage + contrôle d ’erreur de séquencement des données et du flux . LLC type 3 Mode datagramme acquitté (réseaux industriels) . Acquittement datagrammes + réponse automatique . 25/03/2017 - TI3

41 http://www.isrinfo.fr - TI3
La sous-couche LLC 802.2 Format d ’une trame LLC @dest @src Lg < 1518 DATA DSAP SSAP Control Information 8 bits 8 bits 8/16 bits 25/03/2017 - TI3

42 http://www.isrinfo.fr - TI3
La sous-couche LLC 802.2 Format d ’une trame LLC DSAP (Destination Service Access Point) Désigne le ou les protocoles de niveau supérieur auxquels seront fournies les données . SSAP (Source Service Access Point) Permet de désigner le protocole qui a émis la trame LLC Seuls les 7 bits de poids forts servent à coder le SAP (ex: SAP 0x42 ( ) -> Gestion du Spanning Tree. Le premier bit sert à coder : Pour SSAP (CR bit) : 0 -> Trame de commande , 1 -> Trame de réponse Pour DSAP (IG bit) : 0 -> SAP unique , 1 -> Groupe de SAP 25/03/2017 - TI3

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La sous-couche LLC 802.2 Format d ’une trame LLC Champ control Permet de typer les trames . Dans le LLC 2 , permet de mettre en œuvre un contrôle d ’erreur et de séquencement . Trames de type I (Information 16 bits) : transportent de l ’information en mode connecté (LLC 2) Trames de type S (Supervision 16 bits) : gestion des trames en mode connecté (LLC2) . Trames de type U (Unnumbered 8 bits) : gère la connexion (ouverture/fermeture) ou envoient des données en mode datagramme (LLC 1) 25/03/2017 - TI3

44 Interconnexion des réseaux ethernet
Le répéteur Régénère le signal -> extension du réseau Fait passer tous les signaux d ’un segment sur l ’autre (erreurs comprises) Si collision sur un segment , génère le jamming (32 bits) sur les 2 segments Reforme le préambule (7 octets) si nécessaire Permet de changer de média (cuivre - fibre) 25/03/2017 - TI3

45 Interconnexion des réseaux ethernet
Le HUB (concentrateur) Même fonction que le répéteur -> répéteur multiport Utilisé sur topologie en étoile (Paire torsadée,fibre optique) Nombreuses interfaces disponibles (ex: 8x10BaseT + 1 AUI BaseF …) 25/03/2017 - TI3

46 Interconnexion des réseaux ethernet
Le Pont (Bridge) Permet de réduire la charge du réseau (interconnexion de 2 réseaux) . équipement intelligent (mémoire , CPU) Principe : Écoute l ’activité de chaque sous-réseau (promiscuous) , et stocke dans sa mémoire les trames . Après traitement il les retransmet vers le (ou les) sous-réseau(x) adéquat . 25/03/2017 - TI3

47 Interconnexion des réseaux ethernet
Le Pont (Bridge) A B C Segment 1 Pont Segment 2 D E F Ex: A envoie une trame à F , le pont la retransmet sur le segment 2 B envoie une trame à C , le pont ignore la trame D envoie une trame à B , le pont la retransmet sur le segment 1 25/03/2017 - TI3

48 Interconnexion des réseaux ethernet
Le Pont (Bridge) Possède donc des fonctions de filtrage sur le trafic . Il construit une table (source) en écoutant le trafic sur les sous-réseaux . Le pont agit de la façon suivante à la réception d ’une trame : Destinataire sur le même sous-réseau : trame ignorée Destinataire sur un autre sous-réseau : trame recopiée sur cet autre sous-réseau Destinataire inconnu : trame recopiée sur tous les sous-réseaux broadcast : trame recopiée sur tous les sous-réseaux 25/03/2017 - TI3

49 Interconnexion des réseaux ethernet
Le Pont (Bridge) Les avantages : Apprentissage automatique -> pas de configuration , transparent pour les stations . Diminue la charge totale du réseau en limitant la propagation d ’un message à un sous-réseau. Augmente la sécurité du réseau en ne faisant pas circuler sur tous le réseau les messages émis par une station (isolement des segments) 25/03/2017 - TI3

50 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Cas complexe d ’interconnexion de ponts : Boucles Augmenter la fiabilité (redondance) équilibrer la charge réseau Erreur A R1 Il faut éviter que les trames ne bouclent indéfiniment dans le réseau . Broadcast Storm -> saturation réseau P1 P2 R2 B 25/03/2017 - TI3

51 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Spanning tree L ’interconnexion des sous-réseaux peut-être assimilée à un graphe . Suppression des boucles -> Arbre Si on passe par tous les arcs , on obtient un arbre de recouvrement total (Spanning Tree) La réalisation de l ’arbre couvrant va se faire en désactivant (inhibant) certains ports du ponts . 25/03/2017 - TI3

52 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Les ponts vont s ’échanger des messages de changement de topologie Multicast MAC) appelé BPDU (Bridge Protocol Data Unit) Ces Messages contiennent entre autre : Identificateur supposé de la racine par le pont émetteur du message . Coût de la liaison entre pont et racine supposée (nb ponts à traverser) Identificateur du pont émetteur N° port sur lequel le message est émis 25/03/2017 - TI3

53 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Principe Un commutateur est choisi comme étant la racine (Root Bridge) -> processus d ’élection + confirmation élu à intervalle régulier . Le spanning tree est construit à partir de cette racine qui permet de n ’avoir qu ’un chemin actif entre 2 ponts . Tous les ponts calculent le chemin le plus court vers la racine . Pour chaque pont , un port devient « root port » s ’il est celui du moindre coût vers le « root bridge » , jamais bloquant car il reçoit tous les BPDU du « root bridge » . 25/03/2017 - TI3

54 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Principes Pour chaque segment il y a un « designated bridge » (pont avec le plus court chemin vers le « root bridge ») chargé de transmettre les trames sur chaque segment . Le « root bridge » est toujours « designated bridge » pour le segments qu ’il connecte . Les ports du « designed bridge » connectés au segment choisi sont « designated port » , ils ne sont jamais bloquant (traffics + BPDU) . 25/03/2017 - TI3

55 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Etats des ports Blocking : Pas de traffic , reçoit uniquement les BPDU Listening : Pas de traffic , stop les BPDU reçues Learning : Pas de traffic , construit sa Forwarding DB (aiguillage des trames) Forwarding : Traffic + BPDU 25/03/2017 - TI3

56 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree F F Designated port Root port Root BRIDGE Designated Port F Designated Port B F F Root port Root port Designated BRIDGE Designated Port F B Designated Port 25/03/2017 - TI3

57 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Format d ’une trame BPDU 802.1d Encapsulation dans une trame : SAP 0x42 @Src du pont @ Dest (Multicast) : 01:80:C2:00:00:00 25/03/2017 - TI3

58 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Format d ’une trame BPDU 802.1d Protocol Identifier : 0 Version : 0 Message Type : 0 si message de configuration , 128 si chgt topologie Flags : 1 octet -> 2 bits utiles TC (Topologie Change) , TCA (Topologie Change Acknoledge) Root ID : Ident racine . 2 octets de priorité + 6 octets ID Root Path Cost : coût du chemin jusqu ’à la racine . Bridge ID : ID pont (même chose que Root ID) Port ID : ID port sur lequel le message a été émis 25/03/2017 - TI3

59 Interconnexion des réseaux ethernet
Interconnexion de ponts : Spanning Tree Format d ’une trame BPDU 802.1d Message Age : temps passé depuis que la racine a envoyé le message de configuration Maximum Age : Indique quand la configuration courante doit être effacée (TTL des BPDU) Hello Time :Fréquence à laquelle un « designated port » envoie des BPDU (2s par défaut) Forward Delay : Indique le temps à attendre avant de passer à un nouvel état sur un changement de topologie . Etat « Listening » à « forwarding » (15 s par défaut ») 25/03/2017 - TI3

60 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) Même principe de fonctionnement que le pont pour le traitement des trames . Possède autant de ports d ’E/S que de connecteurs : la retransmission des trames est basée sur le principe de la commutation Le switch possède une matrice de commutation permettant de traiter simultanément plusieurs trames Bande passante dédiée pour chaque port Les stations peuvent émettre quand elles le désirent . Elles peuvent aussi émettre et recevoir en même temps (Full Duplex) , donc plus de collision , plus besoin du CSMA/CD sauf cas particulier. 25/03/2017 - TI3

61 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) Émission d ’une trame: Si le port de sortie est libre , la trame est envoyé vers le destinataire Sinon elle est mise en file d ’attente . Le switch va être confronté à des problèmes de gestion de files d ’attente et de congestion -> un serveur + n stations qui émettent des trames vers celui-ci . Une des solutions consiste à allouer plus de bande passante sur certains ports . Une autre technique consiste à envoyer des collisions sur le port émetteur . 25/03/2017 - TI3

62 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) Le switch doit s ’adapter aux équipements interconnectés sur ses ports de sortie (ce ne sont pas forcément des stations en Full Duplex) . Exemple : Interconnexion d ’un Hub -> support partagé (collisions) Dans ce cas pour gagner l ’accès au support , le commutateur doit dérouler l ’algorithme du CSMA/CD+BEB sur ce port de sortie. 25/03/2017 - TI3

63 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch), Plusieurs techniques de commutation « À la volée » , « on the fly » ou « cut through » Lecture de la trame jusque du destinataire puis commutation sur le port de sortie adéquat. Avantage : temps de latence très faible , indépendant de la longueur de la trame . Inconvénient : retransmission des erreurs (CRC , Trame en collision -> début OK mais reste brouillé) 25/03/2017 - TI3

64 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch), Plusieurs techniques de commutation « Store & Forward » Mémorisation de la trame en entier pour traitement puis commutation sur le port de sortie adéquat si correcte . Avantage : Traitement des erreurs (CRC, longueur,...).Possibilité de fonctionnalités avancé : VLAN , gestion de priorité ... Inconvénient : Plus lent que « on the fly » . Temps de latence fonction de la longueur de la trame . 25/03/2017 - TI3

65 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch), Plusieurs techniques de commutation Quelques variantes « Fragment-free » : équivalent à « cut through » mais enlève les trames trop courtes (runt) « adaptive » : démarrage en « cut through » puis passe en « store & forward » à partir d ’un certain taux d ’erreurs (et vice-versa) . Préambule SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS Fragment free (64ième octect) Cut through Store & Forward 25/03/2017 - TI3

66 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs Les techniques de commutation permettent plus de flexibilité quant à la gestion des trames et donc de mettre en oeuvre le concept de réseaux virtuels -> VLAN (Virtual Lan) : Réseau logique : segmentation virtuelle , communautés d ’utilisateurs Limite les domaines de broadcast Gestion dynamique de la mobilité géographique L ’interconnexion entre VLAN ne peut se faire qu ’au niveau 3 de la couche OSI : plus de sécurité 25/03/2017 - TI3

67 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs sw1 Bâtiment 1 Trunk sw2 Bâtiment 2 Trunk sw3 Bâtiment 3 VLAN 3 VLAN 2 VLAN 1 25/03/2017 - TI3

68 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs Les VLAN sont définis par la norme 802.1q qui consiste à « marquer » les trames en y associant une étiquette . La norme 802.1q est également construite sur la norme 802.1p qui introduit la notion de priorité donc de qualité de service . Cette étiquette peut être implicite : pas d ’ajout de champ dans la trame -> l ’appartenance au VLAN est basée sur l ’association Ou explicite : 2 octets sont insérés dans la trame après Mac src 25/03/2017 - TI3

69 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs Marquage de la trame (insertion de 2 octects) Préambule SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS 3 bits 1 bit 12 bits User Priority CFI Vlan IDentifier 8 niveaux de priorité 4096 identificateurs 25/03/2017 - TI3

70 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs Il existe plusieurs niveaux de VLAN : Niveau 1 : VLAN par port (Port-Based VLAN) Niveau 2 : VLAN (Mac Address-Based VLAN) Niveau 3 : VLAN de sous-réseau protocolaire (Network Address-Based VLAN) 25/03/2017 - TI3

71 Interconnexion des réseaux ethernet
Le commutateur (switch) , les VLANs 25/03/2017 - TI3

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WLAN - Introduction Un réseau local sans fil WLAN (Wireless LAN) permet de remplacer une ou plusieurs liaisons matérielles de transmission de données par ondes radio-électriques. Il est aussi appelé Réseau Local Radioélectrique (RLR) Pour les utiliser , plusieurs problèmes sont à prendre en considération : Le choix des fréquences utilisées La puissance d ’émission La bande passante envisagée Le partage de la liaison par plusieurs équipements Interférences éventuelles La réglementation 25/03/2017 - TI3

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WLAN - Introduction Plusieurs standards ont vu le jour : IEEE ,802.11a,802.11b : WLAN IEEE : Working Group for Wireless Personnal Area Networks IEEE : Working Group on Broadband Wireless Access Standards ETSI : HiperLAN (HIgh PERformance Radio LAN) 1,2,3,4 La tendance actuelle est à l ’étude de l ’interopérabilité entre ces réseaux comme IEEE qui sera l ’aboutissement de la convergence entre IEEE et Bluetooth (PAN). 25/03/2017 - TI3

74 WLAN - Cadre légal français
L ’utilisation des fréquences radioélectriques en ce qui concerne les RLAN est définie par l ’ART (autorité de régulation des télécommunications) . Voir les dossiers sur Actuellement les RLAN utilisent la bande des 2,4 GHz , également utilisée par les militaires … . La bande de fréquences harmonisée en Europe pour les RLAN est ,5 MHz et MHz Depuis le 25 juillet éléments nouveaux font évoluer le régime d ’autorisation des RLAN : - L ’assouplissement des conditions techniques de la bande des 2,4 GHz par le ministère de la défense . - L ’entrée en vigueur des nouvelles directives européennes 25/03/2017 - TI3

75 WLAN - Cadre légal français
Guadeloupe, Martinique, St  Pierre et Miquelon, Mayotte Métropole Idem Pour Réunion et Guyane sauf extérieur impossible de 2400 à 2420 25/03/2017 - TI3

76 WLAN - Cadre légal français
DFS : Dynamic Frequency Solution , TPC : Transmit Power Control . -> Conformité avec les normes européennes 25/03/2017 - TI3

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WLAN - Technologies 25/03/2017 - TI3

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WLAN -Technologies 25/03/2017 - TI3

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Topologie IEEE 2 Niveaux : Niveau BSS (Basic Service Set) Plus petite entité au niveau topologique. Service rendu sur une petite zone de couverture dans laquelle toutes les machines peuvent dialoguer entre-elles directement ou par l ’intermédiaire d ’un point d ’accès (Access Point). Cette zone s ’étend sur un rayon de 30 mètres autour de l ’AP. 25/03/2017 - TI3

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Topologie IEEE 2 Niveaux : Niveau ESS ( Extended Service Set) Permet d ’interconnecter de façon transparente (au niveau de la couche LLC) plusieurs BSS . Un ESS est vu par les couches supérieures de l ’ISO comme un unique réseau 802. Le standard définit également le concept de portail (Distributed System) qui permet d’interconnecter un réseau (Inter BSS) et un réseau local 802. Le DS est une description abstraite qui peut être vu comme un pont de translation. 25/03/2017 - TI3

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Topologie IEEE 25/03/2017 - TI3

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Topologie IEEE 25/03/2017 - TI3

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Architecture IEEE On retrouve la couche physique (adaptation au support physique) et la couche liaison de données (permet le multiplexage de plusieurs type de couches réseaux et gère l ’accès au support de transmission) Le CCA (Clear Channel Assessment) est important pour les RLAN , la difficulté étant de savoir quand émettre tout en s ’assurant que ce que l ’on émis a bien été reçu. La couche physique informe la sous-couche MAC si le support est libre ou non. La sous-couche MAC décide s ’il doit y avoir transmission. 25/03/2017 - TI3

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Architecture IEEE Couche Physique 2 sous-couches PMD (Physical Medium Dependant) qui dépend du type de transmission PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) pour rendre indépendant la couche physique du medium de transmission 25/03/2017 - TI3

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Architecture IEEE Couche Physique 3 sous-couches PMD Infrarouge à 900 nm (vue directe entre émetteur-récepteur) Radio par étalement de spectre par sauts de fréquences lent (slow FHSS - Frequency Hopping Spectrum Spreading) Débits 1 ou 2Mb/s Radio par étalement de spectre par séquence (DSSS - Direct Sequence Spectrum Spreading) Débit 1,2,5.5 ou 11 Mb/s Pour FHSS et DSSS utilisation d ’antennes isotropes , ne nécessite pas une vue directe entre l ’émetteur et le récepteur 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE CSMA/CA On reprend la technique du CSMA du , mais en ce qui concerne la gestion des collisions on utilise la technique du Collision Advoidance (prévention des collisions) et le principe d ’accusé de réception (Positif Acknowledge) . Le problème avec les RLAN est qu ’il n ’est pas possible de savoir s ’il y a eu collision par soi-même (une station dialoguant avec le point d ’accès peut ne pas être entendue par d ’autres stations situés à l ’opposé du BSS) , ni de savoir ce que le point d ’accès a reçu. Le CSMA/CD n ’est pas possible dans ce cas , le but étant d ’éviter d ’avoir trop de collisions tout en s ’assurant que les données ont bien été reçues à chaque transmission de trames. Le support étant partagé , il y aura inévitablement des collisions . 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE CSMA/CA Une station voulant émettre écoute le support : si occupé , la transmission est différée , on attend qu ’il se libère . Au lieu d ’émettre tout de suite après , on attend pendant une certaine durée, tout en continuant à sonder le support. S ’il reste libre pendant une durée spécifique (DIFS -> Distributed Inter Frame Space) , la station émet -> méthode DCF (Distributed Coordination Function) La station réceptrice vérifie le CRC en renvoie un ACK . La réception du ACK indique à l ’émetteur qu ’aucune collision n ’a eu lieu , sinon l ’émetteur retransmet le fragment jusqu ’à ce qu ’il obtienne un ACK ou abandonne au bout d ’un certain nombre de retransmissions. 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Virtual Carrier Sense Pour réduire la probabilité d ’avoir 2 stations en collision , le standard définit le mécanisme de Virtual Carrier Sense (porteuse virtuelle) . Cela permet en quelque sorte de réserver le support. Une station voulant émettre transmet d ’abord un petit paquet RTS (Request To Send) qui donnera la source,destination et durée de transaction. La station destination répond (si le support est libre) avec un paquet de contrôle de réponse appelé CTS (Clear To Send) avec les mêmes infos sur la durée . Toutes les stations recevant soit le RTS soit le CTS déclencheront leur indicateur de Virtual Carrier Sense (appelé Network Allocation Vector) pour une certaine durée qui sera utilisée pour l ’écoute du support . 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Fragmentation et réassemblage Dans un environnement RLAN , les trames doivent être plus petites (ethernet trames 1518 octects) pour les raisons suivantes : Le taux d ’erreur/bit est plus important sur une liaison radio -> la probabilité de corruption d ’une trame augmente avec sa taille Dans le cas d ’une trame corrompue (collision ou bruit) , plus la trame est petite moins le débit engendré par sa retransmission est important Dans un système à saut de fréquence , le support est interrompu périodiquement pour ce changement donc plus la trame est petite, plus le risque que la retransmission soit interrompue est faible. 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Fragmentation et réassemblage Il n ’est pas nécessaire de créer un nouveau protocole LAN incapable de traiter les trames ethernet de 1518 octets , d ’où la mise en oeuvre d ’un mécanisme de fragmentation et réassemblage . Le mécanisme est un simple algorithme d ’envoie et d ’attente de résultat. La station émettrice n ’est pas autorisée à transmettre un nouveau fragment tant que : elle n ’a pas reçu un ACK du fragment le fragment a été retransmis trop souvent (abandon de la transmission de la trame) 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Inter Frame Space 4 types d ’espace inter-trame (IFS) : SIFS (Short IFS) : sépare les transmissions appartenant au même dialogue (ACK ou CTS) -> 28 us PIFS (Point coordination IFS) : utilisé par le point d ’accès pour gagner l ’accès au support avant n ’importe quelle autre station -> 78 us (Slot Time + SIFS) . DIFS (Distribute IFS) : utilisé par une station voulant commencer une nouvelle transmission . Temps que le support doit rester libre avant de pouvoir mettre une nouvelle trame (donnée ou RTS) -> 128 us EIFS (Extended IFS) : temps qu ’il faut attendre après la découverte d ’une erreur de transmission (absence de ACK ou mauvais CRC) -> 1ms 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Algorithme de Backoff Exponentiel Même technique que dans le Chaque station doit attendre un certain nombre de time slot avant de pouvoir émettre à nouveau (tirage aléatoire du nombre qui augmente de façon exponentielle) . En l ’algorithme du Backoff est exécuter : Quand le support est occupé avant la première transmission Après chaque retransmission Après une transmission réussie Le Backoff n ’est pas exécuté quand le support a été libre pour un temps supérieur au DIFS pour une nouvelle transmission. 25/03/2017 - TI3

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Méthode d ’accès IEEE Accés au support 25/03/2017 - TI3

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Fonctionnement IEEE Accès BSS Quand une station veut accéder à un BSS (cellule) , elle a besoin d ’information de synchronisation de la part du point accès ou des autres stations . 2 moyens d ’obtenir les informations : écoute passive : la station attend de recevoir une trame balise (beacon frame contenant les infos de synchronisation) qui est envoyée périodiquement par le point d ’accès. écoute active : La station essaie de trouver un point d ’accès en transmettant une trame de demande de sondage (Probe Request Frame) et attend la réponse du point d ’accès . La méthode peut être choisie en fonction des performances ou de la consommation d ’energie 25/03/2017 - TI3

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Fonctionnement IEEE Authentification Une fois le point d ’accès trouvé et l ’accès BSS initié , un processus d ’authentification va permettre à la station et au point d ’accès de valider les droits d ’accès . Association Si l ’authentification réussie , un processus d ’association échange des informations sur les différentes cellules et stations et les points d ’accès enregistre la position actuelle de la station . À partir de là , la station peut commencer à émettre et recevoir des données. 25/03/2017 - TI3

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Fonctionnement IEEE Roaming Concerne le mouvement d ’une cellule vers une autre sans fermer la connexion (similaire au « handover » des téléphones portables) : La transition d ’une cellule à une autre doit se faire entre 2 transmissions de trames (contrairement à la téléphonie) , sinon cela peut poser des problèmes de performance à cause de la retransmission des trames par les couches supérieures Synchronisation Les stations synchronisent leur horloge avec celle du point d ’accès grâce aux trames balises émises périodiquement qui contiennent la valeur de l ’horloge . Les stations réceptrices vérifient la valeur de leur horloge et la corrige pour rester synchronisées. Ce mécanisme évite les dérives d ’horloge qu  ’il pourrait y avoir au bout de quelques heures de fonctionnement. 25/03/2017 - TI3

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Trames IEEE Format Préambule En-tête PLCP Données MAC CRC Préambule Synch : séquence de 80 bits alternant 0 1 , utilisée par le circuit physique pour sélectionner l ’antenne (si plusieurs) et corriger l ’offset de fréquence et de synchronisation. SFD : suite de 16 bits (début de trame) En-tête PLCP Contient des informations logiques utilisées par la couche physique pour décoder la trame : Longueur du mot : nb octets que contient la trame (détecter la fin) Champ de détection d ’erreur CRC 16 bits 25/03/2017 - TI3

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Trames IEEE Format Données MAC (octets) Ctrl Trames Durée/ID Adr1 Adr2 Adr3 Ctrl séq Adr4 DATA CRC 2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4 En-tête MAC Contrôle de trame (Bits) Version Type Sous-Type To DS From DS More Frag Retry Pwr Mgt More data WEP Order 2 2 4 1 1 1 1 1 1 1 1 25/03/2017 - TI3

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Trames IEEE Format Contrôle de trame Version : évolution futur du (0 version courante) Type et sous-type : 6 bits pour les types (Gestion,Contrôle,Données) et sous types (requête d ’association,réponse,balise,auth,RTS,CTS,ACK,…) To DS : 1->trame adressée au PA qui doit faire suivre au DS, 0 sinon. From DS : 1 quand la trame vient du DS. More fragment : 1 si d ’autres fragments qui suivent celui en cours Retry : retransmission du fragment précédent . Power Mgt : indique que la station sera en mode gestion d ’énergie après la transmission de la trame (mode active/passive) 25/03/2017 - TI3

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Trames IEEE Format Contrôle de trame More Data : utilisé par le PA pour indiquer que d ’autres trames sont stockées pour cette station (gestion d ’énergie) . WEP : indique que la trame est chiffrée suivant l ’algorithme WEP Order : Indique que la trame est envoyée en utilisant la classe de service strictement ordonné . Duree/ID Dépend du type de trame Si type polling (mode économie d ’énergie) -> ID station Autres -> valeur de durée utilisée pour le calcul du NAV 25/03/2017 - TI3

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Trames IEEE Format Champs adresses Jusqu ’à 4 adresses (selon ToDS et FromDS) Adr1 : adresse destination . Si ToDS=1 -> Adr PA , sinon Adr Station Adr2 : adresse source . Si FromDS =1 -> Adr PA , sinon Adr Station Adr3 : Si FromDS=1 -> adresse émetteur originel , Si TODS=1 -> Adr destination Adr4 : Trame PA à PA (ToDS=1,FromDS=1) , il faut adr émetteur originel+adr destinataire 25/03/2017 - TI3

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Evolution IEEE IEEE b La plus utilisée sous le nom de Wi-Fi (Wireless-Fidelity) Débit théorique de 1, 2, 5.5 Mbps et 11Mbps CSMA/CA Fréquence 2,400 à 2,483.5 MHz Portée (11MHz) 100 mètre extérieur , 50 intérieur . IEEE g Fréquence bande des 2,4 GHz Débit théorique jusque 54 Mbps Reste compatible b 25/03/2017 - TI3

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Evolution IEEE IEEE b 25/03/2017 - TI3

104 http://www.isrinfo.fr - TI3
Evolution IEEE IEEE a (WiFi 5) Fréquence 5,150 à 5,825 MHz (5.350 MHz en France) Débit théorique de 6, 9, 12 , 18, 24, 26, 48 et 54 Mbps 8 canaux disjoints (densité d ’utilisateurs plus élevée) CSMA/CA Portée b .... 25/03/2017 - TI3

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Evolution IEEE IEEE Les normes dérivées 802.11e : QoS pour les applications multimédia . 802.11f : IAAP (Inter Access Point Protocol) Permettre l ’utilisation d ’infrastructures multi-vendeurs et éviter les normes propriétaires. 802.11h : Adoption des technologies DFS et TPC pour une conformité avec les normes européennes (5 GHz). 802.11i : Travaux sur la sécurité des transmissions sur les bandes de fréquence 2,4 GHz et 5 GHz. Amélioration de l’algorithme WEP 802.11j : Convergence des standards américain et européen Hiperlan, tous deux fonctionnant sur la bande de fréquence des 5 GHz 25/03/2017 - TI3

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Autres normes ... Hyperlan type 1 Norme ETSI (European Telecommunications Standards Institute) Reste à l ’état de norme Fréquence bande des 5 GHz Débit 20 à 25 Mbps Méthode d ’accès TDMA Rayon d ’action semblable au b (30 à 100m) 25/03/2017 - TI3

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Autres normes ... Hyperlan type 2 Système de modulation et de codage proche du a (802.11h devrait être un compromis a et Hyperlan2) Fréquence bande des 5 GHz Débit jusque 54 Mbps Méthode d ’accès TDMA/TDD Rayon d ’action semblable au b (30 à 100m) 25/03/2017 - TI3

108 http://www.isrinfo.fr - TI3
Autres normes ... Bluetooth , HomeRF , DECT plutôt usage personnel ou domestique Mixte, voix et données 1,88-1,90 GHz 2 Mbps 50 m DECT Réseaux d'entreprises, données 2,4 GHz 11 Mbps 100 m Wi-Fi Réseaux personnels, voix et données 1,6 Mbps HomeRF Appareils mobiles, voix et données 1 Mbps 10 m Bluetooth Application Fréquence Débit Portée Norme 25/03/2017 - TI3

109 Encombrement du spectre
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