© Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p1 Ethernet - Pratique SOPRA. / IUT GTR Éric Aimée.

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1 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p1 Ethernet - Pratique SOPRA. / IUT GTR Éric Aimée

2 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p2 Introduction (1)  Réseau Local (LAN)  Développé par Digital, Intel & Xérox (DIX)  ethernet 1980 => IEEE 802.3  Bande de Base  signal électrique transmis sans modification de rythme et occupant la totalité de la bande passante  Basé sur la méthode d’accès CSMA/CD  CSMA : accès multiple et écoute de la porteuse  CD : détection de collision

3 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p3 Introduction (2)  Buts énoncés dans le document DIX  Simple - Faible coût  Peu de fonctions optionnelles  Pas de priorité  On ne peut pas faire taire son voisin  Débit : 10 Mb/s  Performances peu dépendantes de la charge

4 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p4 Présentation  Notation Ethernet 10 BASE... 10 MHzBande de base

5 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p5 Définitions  Bande Passante (Hz) :  Caractérise tout support de transmission, c’est la bande de fréquences dans laquelle les signaux sont correctement reçus  W = Fmax - Fmin  Débit binaire qui caractérise une liaison (bits/s ou bps) : formule de Shannon  est une fonction directe de la bande passante (W) :  D = W log2 (1 + S/N) S/N = signal/bruit  c ’est la quantité maximale d ’information transmissible sur une voie

6 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p6 Transmissions Numériques (1)  Un signal en bande de base (BdB) ne subit pas de transposition en fréquence  Utilisable seulement sur les supports n’introduisant pas de décalage en fréquence  Le signal occupe toute la bande passante disponible  Avantages : simplicité et faible coût  (pas de phase de modulation / démodulation)

7 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p7 Transmissions Numériques (2)  La transmission directe de la suite des symboles binaires n’est pas possible :  il faut transmettre le rythme d’horloge pour pouvoir reconstituer la séquence des données reçues  la déformation des signaux transmis augmente avec la largeur de la bande de fréquence utilisée  Les fonctions de codage permettent d’adapter le signal au support de transmission

8 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p8 Codage du Signal (1)  C'est le résultat de la combinaison entre l'horloge et les données. Le signal Ethernet est codé "Manchester".  Pour éliminer les composantes continues dans le signal, on introduit des transitions au milieu de chaque intervalle i avec par exemple un front montant quand la donnée a i vaut 0 et un front descendant quand elle vaut 1 :  "1" : 1/2 période haut suivie d'1/2 période bas,  "0" : 1/2 période bas suivie d'1/2 période haut.

9 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p9 Codage du Signal (2)  Exemple de codage Manchester 0 1 0 T HORLOGE DONNEES Code MANCHESTER 1 1

10 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p10 Transmission Coaxiale (1) Coefficient de réflexion :  IMPEDANCE (Z c ) :  50 W pour Ethernet et en électronique;  75 W en télévision. R, L, C 0 xx

11 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p11 Transmission Coaxiale (2)  Z c défini l'impédance du câble exprimée en W  R est l'impédance de charge exprimée en W   est appelé coefficient de réflexion  = R -  c R +  c

12 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p12  R = ,  = 1 l ’onde revient  L'onde  1 arrive en bout de câble  L'onde repart selon la formule  2 =  1 *  Transmission Coaxiale (3)

13 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p13 Transmission Coaxiale (4)  R = 0,  = -1 l'onde revient en opposition de phase

14 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p14 Transmission Coaxiale (5)  Afin d'éliminer toute réflexion, on ajoute en bout de câble une résistance (charge) entre l'âme et la masse du coaxial, de valeur égale à l'impédance du câble. 11 R =  c = 50   = 0

15 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p15 Transmission Coaxiale (6)  Conclusion : Il ne faut jamais ouvrir un câble coaxial sur une topologie en bus. Tresse RR R =  c = 50  Ame

16 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p16 Ethernet / Matériels  Un réseau Ethernet peut être formé de plusieurs segments, raccordés par des répéteurs  2 types de segments  câble coaxial (câble jaune, gros Ethernet)  segment de liaison (liaison point à point)  Les stations sont connectées uniquement sur les segments coaxiaux  Entre station (un coupleur Ethernet) et coaxial  câble de transceiver (câble de descente, drop cable)  transceiver

17 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p17 Ethernet / Topologie  Le plus long chemin entre 2 stations :  3 segments de coaxial  2 segments de liaison  4 répéteurs  2.5 km (si réseau tout en coaxial)  Temps total de propagation aller et retour de la trame :  RTD < 500 bit times (50 µs)

18 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p18 Ethernet / Segment (1)  Délai de propagation de trame<21.65 bit times  Longueur < 500 m (conséquence du délai de propagation et atténuation)  100 transceivers max / segment  Problème de réflexion :  à chaque extrémité du segment : une terminaison (bouchon)  câble marqué par un cercle tous les 2,5 m  plusieurs sections de câble coaxial :  reliées par des connecteurs qui peuvent introduire une réflexion du signal.

19 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p19 Ethernet / Segment de Liaison  Aussi appelé IRL (Inter Repeater Link)  Cf FOIRL pour la Fibre Optique  Liaison point à point (entre 2 segments Ethernet)  Pas de station sur ce segment  Délai de propagation de trame<25.64 bit times  Un répéteur à chaque extrémité  Si utilise du coaxial : longueur < 500 m

20 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p20 Ethernet / Tranceiver (1)  Appelé MAU : Medium Attachment Unit  Permet de raccorder :  une station par un "drop" cable au segment coaxial  un répéteur  Alimentation électrique par la station  Vampire (sur un segment coaxial)  boîtier avec 2 pointes qui percent le câble  1 qui va jusqu'à l'âme (véhicule les données)  1 qui va jusqu'à la protection (référence)

21 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p21 Ethernet / Tranceiver (2)  Fonctions du transceiver  transmettre et recevoir des bits  détecter les collisions  moniteur (optionnelle)  2 modes de fonctionnement  normal : reçoit et transmet tous les bits  moniteur (ou isolé) :  pour tests ou pour isoler une station  ne transmet pas les bits venant du coupleur  reçoit les bits venant du câble  détecte les collisions

22 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p22 Ethernet / Drop Cable (1)  AUI: Attachment Unit Interface  Câble de descente, drop cable, câble AUI...  Relie le transceiver et le coupleur Ethernet  Câble protégé constitué de 4 ou 5 paires torsadées avec une protection (paire = 3 fils)  Longueur maximale de 50 m  Terre de protection  A chaque extrémité : connecteur 15 points  Male côté coupleur, femelle côté transceiver

23 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p23  3 ou 4 signaux (1 signal / paire)  données en sortie : coupleur => transceiver  données en entrée : transceiver => coupleur  contrôle en entrée : transceiver => coupleur  transceiver prêt à transmettre  transceiver non prêt à transmettre (optionnel)  erreur de qualité du signal  contrôle en sortie: coupleur => transceiver (optionnel). Ordonne au transceiver de:  s'isoler du câble (mode moniteur)  passer en mode normal (après reset ou isolation)  se mettre prêt à transmettre  une paire pour l’alimentation.

24 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p24 Ethernet 10BASE5 (1)  10 comme 10 Mb/s, Base = Baseband, 5 = 500 m  Gros câble, câble jaune, Thick Ethernet, Ethernet standard  Lg max : 500 m et nb de stations max : 100  Distance entre les stations : multiple de 2.5 m  Topologie bus, transceiver vampire

25 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p25 Ethernet 10BASE5 (2)  Avantages :  très bien normalisé, depuis longtemps  pas de perturbation quand on ajoute une station  peu dépendant des "erreurs" des utilisateurs  Désavantages :  coût  difficilement maniable  perte de matériel quand on enlève une station

26 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p26 Ethernet 10BASE2 (1)  10Base2 (2 comme 200 m) : Thin Ethernet, Ethernet fin, CheaperNet  Lg max : 185 m et nb de stations max : 30  Topologie bus, stations en série (séparées d'au moins 0.5 m)  Transceiver en T (possibilité de raccord BNC)

27 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p27 Ethernet 10BASE2 (2)  Avantages :  le moins cher  très maniable  beaucoup de cartes Ethernet intégrent le transceiver  Désavantages :  si on enlève un transceiver (volontairement pour ajouter une station ou "involontairement"), on arrête le réseau  sensible aux perturbations électromagnétiques  limité en distance et nombre de stations

28 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p28 Ethernet 10BASE5 / 10BASE2  Il est possible de raccorder un câble fin à un câble épais, à condition de respecter la condition suivante :  3,28 * lg câble fin + lg câble épais < 500 m

29 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p29 Ethernet 10BASET (1)  10BaseT (T comme Twisted Pair)  Une double paire torsadée est suffisante  Lg maximale entre une station et un "hub" : 100 m  Topologie en étoile (concentrateur, noeud, hub), une station en bout de branche  Prise RJ45 en bout des fils  Transceiver paire torsadée

30 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p30 Ethernet 10BASET (2)  Avantages :  câble universel  insensible aux erreurs de manipulation des utilisateurs  centralisation des équipements  Désavantages:  limitations en distance

31 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p31 Ethernet 10BASET / Hub (1)  Équipement électronique qui simule les signaux du câble Ethernet et la connectique associée (Tranceiver + AUI) à l ’ordinateur qu ’il raccorde  Boîtier autonome alimenté électriquement  du point de vue du coupleur interne d ’une station, il apparaît comme fonctionnellement équivalent à un tranceiver

32 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p32 Ethernet 10BASET / RJ45 (1) 1234567812345678 Paire 2 : EMISSION Paire 3 : RECEPTIONPaire 1 Paire 4 Embase RJ45 femelle Connecteur RJ45

33 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p33 Ethernet 10BASET / RJ45 (2)

34 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p34 Ethernet 10BASET / Câblage Croisé 1 TD+ 2 TD- 3 RD+ 6 RD- TD+ 1 TD- 2 RD+ 3 RD- 6 Connexion point à point de transceiver 10BaseT

35 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p35 Fibre Optique (1)  Utilisée pour les "backbones"  Tous types de fibres  la plus utilisée est la fibre multimode 62.5/125 µm  Utilisable en point à point (segment de liaison) ou en étoile avec un transceiver en bout de branche (étoile optique au centre)  Un transceiver optique assure la transformation optique-électrique  Distance max : 1.5 km, 1 fibre émission, 1 fibre réception

36 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p36 Fibre Optique (2)  Avantages :  insensible aux perturbations  longues distances (réseau Ethernet jusqu'à 4.5 Km)  Désavantages :  coût  pas de coupleur sur station pour Ethernet

37 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p37 Ethernet 10BASEF (3)  FOIRL (Fiber Optic Inter-Repeater Link) : segment de liaison limité à 1000m entre deux répéteurs,  10Base-FL (Fiber Link) : remplace la spécification FOIRL; lien full duplex jusqu'à 2000 m; limité à 1000 m si utilisé avec un segment FOIRL; peut être utilisé entre 2 stations ou entre une station et un répéteur.

38 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p38 Ethernet 10BASEF (3)  10Base-FB (Fiber Backbone): segment de liaison entre hubs 10Base-FB; le segment <= 2000 m et est généralement utilisé dans les grands backbones,  10Base-FP (Fiber Passive), relie plusieurs stations à une fibre optique sans répéteur; ce segment est limité à 500 m. Généralement une étoile 10Base-FP relie 33 stations.

39 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p39 Supports / Bilan  Sauf besoin ponctuel, ne plus installer de gros coaxial  Utiliser le thin Ethernet si vous avez peu de moyen, peu de stations et des utilisateurs responsables  Utiliser la paire torsadée en pré-câblage, à l'intérieur des bâtiments  Entre des bâtiments, utiliser la fibre optique  Tous les supports peuvent être mixés  Ethernet est un jeu de construction

40 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p40 Cartes Réseau (1)  Carte d'extension  carte électronique qui fournit des services variés (vidéo, réseau, modem, etc...)  Interface d ’extension  interface standard qui permet le raccordement de carte d ’extension à la carte mère de l ’ordinateur

41 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p41 Cartes Réseau (3)  Interfaces d'extension (compatible Intel)  ISA (Industry Standard Architecture) crée par IBM au début des années 80 est un bus 16 bits / 8Mhz  EISA (Extended ISA) extension du bus à 32 bits / 32Mhz  PCI (Principal Component Interconnect) autorise des transferts à 132 Mo/s maximum.

42 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p42 Cartes Réseau (4) Les ordinateurs Macintosh :  les Macintosh disposent de deux types de slots : Nubus et PCI  Nubus : ancienne machine à base de 68000  PCI : sur Macintosh 4 équipés du processeur Power PC de Motorola.

43 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p43 Cartes Réseau (4) Les ordinateurs UNIX :  Les constructeurs normalisent leurs cartes réseau au format PCI :  IBM RS/6000 (PCI)  Sun (SBUS)  HP  DEC (turbochannel, Future bus+, XMI)

44 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p44 Cartes Réseau (6)  Un serveur peut compter plusieurs cartes réseau, permet de multiplier la bande passante disponible  Redondance, accroissement de la fiabilité et apporter une solution à la tolérance de panne  Répartition de charge sur plusieurs segments de réseau

45 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p45 Cartes Réseau (7)  Installation d'une carte réseau :  paramétrage par jumpers  paramétrage par logiciel  Deux paramètres :  les adresses d'entrée/sortie ( I/O ) $200 à $380  Les requêtes d'interruption ( IRQ ) ( 0 à 15 )

46 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p46 Cartes Réseau (8)  Driver : 3 standards de driver  NDIS de Microsoft.  ODI de Novell ( Open Data Link Interface )  FTP Software Paquet Driver  NDIS et ODI deviennent de standards de fait.

47 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p47 Protocole ARP (1)  Address Resolution Protocol  Permet d'établir la correspondance entre une adresse logique (IP par exemple) et une adresse physique Ethernet  @IP indépendant @MAC et inversement

48 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p48 Protocole ARP (2)  Problème  une station connaît l'adresse IP d'une autre station sur le réseau  elle ne connaît pas l'adresse physique de l'adaptateur réseau et ne peut donc pas lui envoyer de trames  Solution  protocole ARP  donne l'adresse physique à partir de l'adresse IP

49 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p49 Protocole ARP (3)

50 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p50 Protocole ARP (5)  On cherche à établir une communication entre les stations A (émettrice) et B (destinataire).  A émet une trame de broadcasting (adresse physique destinataire = $FF-FF-FF-FF-FF-FF)  On cherche à obtenir l'adresse physique AdrEth(b) du destinataire à partir de son adresse IP AdrIP(b). $FF.FF.FF.FF.FF.FF.FFAdrEth (a) $0806Infos ARPFCS

51 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p51 Protocole ARP (6)  Toutes les stations du réseau reçoivent la trame ARP.  La station dont l’adresse IP est Adr. IP(b) retourne une trame ARP de réponse $0806Infos ARPFCS AdrEth (a) AdrEth (b)

52 © Sopra, 1999 / Date / Nom doc / p52 Protocole ARP (7)  Pour que ARP soit efficace, chaque ordinateur enregistre les associations adresse physique/adresse IP dans une mémoire cache  la mémoire cache permet d’éviter la plupart des diffusions de demande ARP