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1 Chapitre VIII Chapitre VIII RESEAUX LOCAUX Ethernet Les Réseaux Informatiques.

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2 1 Chapitre VIII Chapitre VIII RESEAUX LOCAUX Ethernet Les Réseaux Informatiques

3 2 Sommaire 1.INTRODUCTION 2.Le modèle OSI et le modèle IEEE 3.ETHERNET 3.1 ADRESSAGE 3.2 TRAME ETHERNET 3.3 MÉTHODE DACCÈS 3.4 RÈGLES ET LOIS POUR LE RÉSEAU ETHERNET

4 3 INTRODUCTION

5 4 Qu'est-ce qu'un réseau Local? Un réseau local est un ensemble de moyens autonomes de calcul (micro-ordinateurs, stations de travail ou autres) reliés entre eux pour séchanger des informations et partager des resources matérielles (imprimantes, espace disque,…) et logicielles (Programmes, base de données…). Le terme de réseau local (LAN: Local Area Network) définit un système de communication entre unités centrales sur une étendue géographique limitée.

6 5 LAN caractéristiques fonctionnent dans une région géographique limitée permettent à de nombreux utilisateurs d'accéder à des médias à haut débit offrent aux utilisateurs le partage des accès à des périphériques ou à des applications, léchange de fichiers et la communication par le biais du courrier électronique ou dautres applications interconnectent physiquement des unités adjacentes

7 6 POURQUOI LES RÉSEAUX Pour faciliter et sécuriser le stockage ou léchange des données dun poste de travail à un autre, en évitant par exemple, dutiliser des disquettes. Lutilisation dun réseau facilite la maintenance du parc informatique: on peut effectuer depuis le serveur la mise à jour des logiciels. Avec le partage des ressources, les coûts de revient sont réduits ou limités par lutilisation de méthodes de communication rentables : plusieurs stations de travail peuvent utiliser une même imprimante. Améliorer la productivité et linteraction des employés par le partage de linformation : une base de données disponible pour tous. Faciliter la gestion de linformation en réduisant la duplication et en y améliorant laccessibilité. Faciliter la communication entre des ordinateurs personnels et des gros ordinateurs (Mainframe) reliés entre eux par des liaisons à grande capacité.

8 7 Le modèle OSI et le modèle IEEE

9 8 Les Réseaux Informatiques travaux de normalisation des réseaux locaux ont débuté en 1979 initiés par lIEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) But adapter les couches 1 et 2 du modèle OSI (Open System Interconnection) aux particularités des réseaux locaux et métropolitains En février 1980, le groupe de travail a pris le nom de groupe 802 (80 indiquant lannée et 2 indiquant le mois) But du comité IEEE 802 développer un standard permettant la transmission de trames dinformation entre deux systèmes différents via un support partagé Le modèle IEEE

10 9 Le modèle OSI et le modèle IEEE l OSI est un modèle d'interconnexion normalisé à 7 couches, mais l'IEEE ne définit que les 2 premières couches ( physique et liaison). En effet, il n existe qu un seul chemin possible entre 2 stations. Aucun routage (couche 3) n est donc nécessaire dans le réseau local. Par contre, l'OSI peut prendre en compte, à partir de la couche 3, l'interconnexion de réseaux locaux, considérés comme des sous- réseaux.

11 10 La couche Physique : Le niveau de Signalisation Physique assure l'encodage des données, détection de présence de signal, récupération de lhorloge (synchronisation)... Le niveau d'Accès Physique au médium (MAU) assure la transmission et la réception des données codées au niveau du bit (par exemple la détection des collisions ). Ce niveau dépend du médium et définit l'interface entre le signal physique et le connecteur. La couche logique (liaison de données) : Le Contrôle de Liaison Logique (LLC): Remplit les fonctions traditionnellement dévolues à la couche liaison (établissement dun lien logique) Le contrôle d 'accès à la voie (MAC) : Contrôle laccès partagé au support et le contrôle derreur

12 11 Les Réseaux Informatiques Normes principales IEEE architecture générale du réseau Logical Link Control CSMA/CD Ethernet Token Bus ( le bus à jeton) Token Ring (LAN IBM) ( lanneau à jeton ) traite les cas des réseaux MAN (1990) et ne sont pas des normes mais des documents techniques fournis par le TAG (Technical Advisory Group) aider aux bons choix technologiques le premier concerne lutilisation des supports large bande le second concerne la fibre optique Integrated Service LAN (IsoEthernet), pour isochrone (temps réel) LAN Security (SILS : Standard for Interoperable LAN Security) Wireless LAN ou réseau sans fils Demand Priority LAN (100VG AnyLAN) Cable TV MAN Wireless Personal Area Network (WPAN), bluetooth Fixed Broadband Wireless Access (sans fil large bande) Le modèle IEEE Les travaux ayant abouti au sein des sous comité 802.x ont donné lieu à des normes ISO de la série 8802.x (IS 8802.x)

13 12 ETHERNET

14 13 Les Réseaux InformatiquesETHERNET

15 14 Les Réseaux InformatiquesETHERNET XEROX PARC (Palo Alto Research Center) Conception originale de B. Metcalfe (1976) PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT : l N stations sur le même support l une station écoute avant démettre l si deux stations émettent simultanément, il y a collision l une seule trame à un instant donné l toutes les stations reçoivent la trame émise

16 15 Rôle de la couche physique Elle assure 2 fonctions : Une fonction de connexion décrite par le MAU (Medium Acces Unit) et réalisée par une prise qui dépend essentiellement du support, et du connecteur de la carte interface. une fonction d'adaptation décrite par le niveau de signalisation physique (Physical Signalling Layer), et réalisée par une interface NIC (Network Interface Controler) qui transforme les signaux logiques binaires, en signaux électriques, optiques … afin de les rendre transportables par le support. Naturellement, cette adaptation est assurée aussi dans l'autre sens. Suivant la méthode d'accès, elle peut aussi réaliser d'autres fonctions telles que: détecter l'émission d'une autre station sur le médium (Carrier Sense:détection de la porteuse), alors que la station est en écoute détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (Collision Detect)

17 16 Rôle de la couche liaisonTrame Elle assure aussi 2 fonctions décrites par les 2 sous- couches de l'architecture IEEE : Une fonction de contrôle d'accès au support décrite dans la sous-couche MAC ( Medium Access Control) et réalisée par un coupleur, qui contrôle les transmissions sur le support, et qui gère la procédure d'accès au support, le formatage des trames, et la détection des erreurs. Une fonction de contrôle logique, décrite dans la sous- couche LLC (Logic Link Control layer) qui met en oeuvre la procédure d'échange de trames (configuration de la liaison, reprises sur erreurs, contrôle de flux …).

18 17 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Format des adresses MAC ou adresse physique. Le constructeur reçoit une adresse dont : - les trois premiers octets sont fixés, code fabricant (Vendor Code) ou OUI (Organizationally Unique Identifier) - les trois suivants étant laissés à sa libre utilisation (numéro du coupleur chez ce constructeur) Ces adresses Ethernet sont alors unique dans le monde. - Les adresses étaient attribuées par le consortium (DEC, INTEL, XEROX) - C'est maintenant l'IEEE qui distribue ces adresses (1000 $ pour 2 24 adresses) l 00:00:0C:XX:XX:XX Cisco l 08:00:20:XX:XX:XX Sun l 08:00:09:XX:XX:XX HP

19 adresses ( ) par fabricant (750 fabricants en 1997) Les adresses IEEE ou Ethernet sont codées sur 48 bits (6 octets). l Syntaxe : 08:00:20:09:E3:D8 ou 8:0:20:9:E3:D8 l Adresse Broadcast(diffusion générale: émettre vers tout le monde): FF:FF:FF:FF:FF:FF l 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 l Adresse individuelle : comprend le premier bit transmis à 0 (premier octet d'adresse pair) : 08:00:20:09:E3:D8 ou 00:01:23:09:E3:D5 Une adresse de station individuelle est administrée soit localement soit globalement (U/L:Universally/Localy): l localement : adresse significative que pour le réseau sur lequel elle est connectée; le second bit d'adresse transmis est égal à 1; les 46bits qui suivent sont choisis par lutilisateur, et ne sont pas nécessairement les numéros du constructeur et du coupleur l globalement : cette adresse est dite universelle et est attribuée par l'organisme IEEE; le second bit d'adresse transmis est égal à 0.

20 19 Les Réseaux Informatiques (Parenthèse)MODES DE COMMUNICATION Adresse pour la diffusion générale (broadcasting) : tous les bits à 1 Adresse pour la diffusion restreinte (multicasting:adresse de groupe) : bit I/G à 1 Adresse correspondant à un unique destinataire (unicasting) : bit I/G(Individual/Group) à 0

21 20 Les Réseaux InformatiquesINTRODUCTION

22 21 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Notion de trame Chaque station reçoit toutes les données: Le champ de donnée contient le paquet de niveau LLC. Le champ est vu comme une suite de 46 à 1500 octets. Si moins de 46 octets sont fournis par la couche supérieure, le champ de donnée est complété par le PAD (séquence de bourrage) Emetteur dune trame ? Destinataire dune trame ? Ajout dun bordereau denvoi Entête de trame Adresse destination (6 octets) Adresse source (6 octets) Notion de trame structurée Destination Adresses MAC

23 22 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Reconnaître le début de trame? Synchronisation récepteur/émetteur Nécessité dun préambule (de niveau physique) Ensemble doctets connus (dénué de toute information spécifique) Permet de synchroniser les horloges DestinationPréambule Reconnaissance des trames 7 octets

24 23 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Le préambule Réception du préambule en cours de route Déjà commencé (transitoires) Depuis quand ? Nécessité de marquer la fin du préambule Insertion dun « Start Frame Delimitor » Caractère spécial Suit le préambule Précède les données (permet au récepteur de savoir le début de la trame (le champs significatif)) DestinationPréambuleSFD 1 octets

25 24 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Reconnaissance des trames Comment reconnaître la fin de trame ? Solutions Longueur de trame: indique aussi si le champ de données contient un PAD, et quelle est la longueur de celui-ci (obtenue par soustraction) Norme Dans le standard ethernet pour indiquer le type de protocole de niveau 3 employé pour transporter le message DestinationPréambuleSFD Long/ Type 2 octets

26 25 Les Réseaux InformatiquesETHERNET Le problème des erreurs Ajout de bruit au signal Modifie les données Réductible, mais inévitable Ajout de redondance avant émission Code détecteur derreur (CRC) (4 octets) Recalcul à la réception Différence modification données destruction de la trame endommagée Silence inter – trames de 9,6μs: le temps laissé entre une chute du signal occupant le média et le début de la trame émise (ce délai correspondrait au temps démission de 12 octets ) Impossible de mélanger deux trames DestinationPréambuleSFD Norme Ethernet Type /long CRC

27 26 La sous-couche MAC elle met en oeuvre le protocole CSMA/CD : elle est chargée de mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission et de gérer la liaison canal en écoutant les signaux "Carrier Sense" et "Collision Detection" émis par la couche physique. Transmission d'une trame : La couche MAC reçoit de la couche LLC des données à émettre; son rôle consiste à: ajouter préambule et SFD aux données de la couche LLC, ajouter le padding si nécessaire, ajouter les champs adresse source, adresse destinataire, longueur des données, calculer le CRC et l'ajouter à la trame, si le signal "Carrier Sense" est faux depuis au moins 9.6μs (ce silence permet de récupérer létat de repos du média, et permet aux autres station de prendre la main), transmettre la trame bit à bit à la couche physique, sinon attendre que le signal "Carrier Sense" soit faux, attendre 9.6 μs et transmettre bit à bit à la couche physique.

28 27 Réception d'une trame : La couche MAC reçoit de la couche LLC une requête de réception de données: écoute du signal "Carrier Sense", réception des bits depuis la couche physique, élimine le préambule, le délimiteur de début de trame (SFD), élimine éventuellement le padding, examine l'adresse destination dans la trame et si celle-ci inclut la station : reconstruit les champs de la trame adresses source et destination, longueur des données et données, transmet les champs reconstruits à la couche LLC, calcule la séquence de contrôle et indique une erreur : si la séquence est erronée, si la trame n'est pas un nombre entier d'octet (misaligned), si la trame > 1526 octets: Le Jabber (préambule/SFDcompris) si la trame < 72 octets: Le Runt (trame victime de collision).

29 28 La sous couche LLC (Logic Link Control) Fonctions de contrôle Les protocoles ressemblent au protocole de liaison HDLC, avec plusieurs versions suivant les services attendus (mode non connecté, ou connecté, avec établissement et rupture de connexion, contrôle d'erreurs de transmission ou non … ).

30 29 Les Réseaux Informatiques Méthode daccès: CSMA/CD

31 30 Principe de CSMA-CD – Je commence à émettre lorsque plus personne ne parle, et jécoute pendant lémission – Si jai fini démettre et que je nai entendu personne, la transmission est correcte – Si jai encore des trames à émettre, jattend au moins un temps minimal (9,6 μs: est égal au temps de transmission de 96 bits), ce délai entre deux émissions successives est appelé silence inter-trames – Si jentend quelquun pendant lémission (= collision)

32 31 Les Réseaux Informatiques Méthode daccès: CSMA/CD Détection de la collision par écoute de la « porteuse »: La détection de collision au cours de la transmission se fait en comparant le message que lon voit sur le média et celui que lon cherche à émettre (superposition des signaux, réception au cours démission ) Émission de bruit (Jam) (pour renforcer la collision) 4 octets, et cesse toute émission, en attendant que le média redevienne libre Algorithme BEB (Binary Exponential BackOff) pour déterminer le temps dattente aléatoire (pour ne pas redémarrer simultanément avec son concurent) tente à nouveau denvoyer le message et boucle sur la même procédure démission précédente Réémissions : le nombre de tentatives est limité à 16 Éliminer la trame à émettre des buffers aprés 16 essais infructueux

33 32

34 33 Le problème daccès au support

35 34

36 35 Condition de détection de collisions Couverture maximale dun réseau Ethernet – Longueur maximale du lien (segment) entre 2 machines sans répéteur : 500 m – 4 répéteurs au maximum dans un réseau local – La distance entre 2 machines est donc dau plus 2500 mètres La norme Ethernet limite le temps maximum de propagation A/R dune trame (Round Trip Delay) entre 2 stations à 50 μs Une collision ne peut plus intervenir après ce délai, on dit alors que lémetteur a acquis le canal La norme Ethernet définit la valeur dans cette tranche canal à 51,2μs, ce qui revient à 512 bits à 10 Mbit/s soit 64 octets Limite de détection de collision – À t = 0, A commence à émettre – À t = RTD / 2 -, B commence à émettre (il na pas encore reçu le 1er bit de A) – Comme A ne peut détecter une collision que pendant quil émet, il faut quil émette encore lorsque le 1er bit de B lui parvient

37 36 La méthode daccès CSMA/CD

38 37 Les Réseaux Informatiques Méthode daccès: CSMA/CD Lalgorithme du BEB Le BEB (Binary Exponentiel Backoff) ou encore algorithme de ralentissement exponentiel, détermine le délai aléatoire dattente avant que la station ne réessaie, aprés collision, une émission. Aprés une collision, une station ne peut émettre quaprés un délai définit par T= K. TimeSlot = K. 51,2μs K est un nombre aléatoire entier généré par lémetteur et compris dans lintervalle: K=[0,2 n - 1] avec n<=10 Où n représente le nombre de collisions successives détectées par la station pour lémission dun même message (nombre de retransmissions déjà effectuées). Après 16 tentative lémetteur abandonne lémission

39 38 Algorithme CSMA/CD + BEB pour l'émission Algorithme du CSMA/CD en réception

40 39 Les différentes versions dEthernet

41 40 10 Base 5 : -10Mbits/s en bande de base(code Manchester) sur Câble coaxial dune longueur maximale de 500m - Chaque station est équipé dune interface: NIC assure ladaptation physique et gère lalgorithme CSMA/CD - Le câble coaxial épais: impédance de 50Ω, diamètre : 2.14 mm - MAU (Medium Attachment Unit) (Transceiver), contient lélectronique démission et réception, il assure la détection des collisions quil signal à la station, se racorde au coaxial par un système dit de prise vampire - AUI (Attachment Unit Interface) ou Drop cable: câble pour connecter MAU et NIC avec un connecteur DB15 de longueur max 50m. - Station pour chaque segment: 100 Maximum active par segment de 500m, -Distance minimum entre deux stations: 2,5 m - Distance maximum entre deux stations : 500 m - MAU: 2,5m Maximum - Diamètre de réseau: 2500m (c'est la distance la plus longue entre deux machines sur le réseau)

42 41 Transceiver ou MAU Cette version dEthernet nest pratiquement plus utilisée que dans des environnements compromis ( rayonnement électromagnétique), lorsque lon veut garantir la confidentialité des échange. Le câblage en bus est moins volumineux quun câblage étoile, cette version trouve encore son utilité à chaque fois que des problèmes dencombrement se pose.

43 42 10 Base 2 : - Câble coaxial fin (Thin): impédance de 50Ω, diamètre : 0.89 mm -NIC (Network Interface Card): La Carte avec le port BNC -MAU intégré à la carte -Le bus coaxial est connecté directement sur les cartes par lintermédiaire dun T vissé BNC Contraint: - Segment du réseau: 30 stations, y compris un répéteur. - Chaque segment doit être connecté par 2 terminateurs (T-Terminator) et un des 2 terminateurs doit être connecté à la masse (Ground) - Distance entre 2 stations (station-station) : 2.5 m au moins. - Longueur maximale dun segment set de 185m

44 43 10 Base T : le 10BaseT emploie le câble UTP/STP qui peut transférer l'information à la vitesse de 10 ou 100 megabits par second (10/100 Mbps). Le câble STP qui peut transférer l'information à 100 Mbps s'appelle également "100BaseT". - UTP ou STP: (Unshield Twisted Pair) ou (Shield Twisted Pair), Catégories 3, 4, 5 et 6 - HUB, SWITCH pour 10 Base T - Connecteur RJ45 - NIC avec le port RJ45 - Distance Max entre deux HUBs ( HUB-HUB) : 100m - Distance Max entre HUB et Station de travail (HUB-Station) : 100m - Câble pour connecter HUB et Station: câble droit ( straight cable) -Câble pour connecter HUB et HUB: câble croisé (cross cable) - Réseau détente : HUB en 4 séries. -Distance Max entre deux machines: 500m -Connecter 1024 machines


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