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Réseaux Locaux Filaires1 Les Réseaux Locaux Filaires A. Quidelleur SRC1 Meaux 2007-2008 M22.1 - Réseaux et Services sur Réseaux Matière – Infrastructure.

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1 Réseaux Locaux Filaires1 Les Réseaux Locaux Filaires A. Quidelleur SRC1 Meaux M Réseaux et Services sur Réseaux Matière – Infrastructure des Réseaux Présentation des services - infrastructure des réseaux

2 Réseaux Locaux Filaires2 Plan Les supports des réseaux filaires Les méthodes daccès au support Ethernet – La norme IEEE Les équipements dinterconnexion

3 Réseaux Locaux Filaires3 Les supports de transmission des réseaux locaux filaires La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

4 Réseaux Locaux Filaires4 Trois supports Trois supports sont utilisés dans les réseaux locaux filaires La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique Le choix du support conditionne le débit maximal et la taille du réseau. Le choix dun support détermine aussi les conditions de câblage Flexibilité du support souhaitable ou non Coût de la connectique

5 Réseaux Locaux Filaires5 Les supports de transmission des réseaux locaux filaires La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

6 Réseaux Locaux Filaires6 Constitution de la paire torsadée La paire torsadée est « un fil téléphonique ». Une paire torsadée est constituée de deux conducteurs en cuivre, isolés l'un de l'autre, qui senroulent en formant une hélice. Dans un câble à paires torsadées, plusieurs torsades sont réunies dans une même gaine. Une paire torsadée Un câble à paires torsadées

7 Réseaux Locaux Filaires7 Pourquoi transmettre sur deux fils ? La transmission différentielle annule le bruit additif.

8 Réseaux Locaux Filaires8 Pourquoi torsader ? Deux câbles côte à côte, sur lesquels a lieu une transmission électrique, se perturbent mutuellement. Une torsade crée une boucle qui génère un champ électrique. Deux torsades successives génèrent deux champs électriques opposés qui annulent les courants électriques perturbateurs.

9 Réseaux Locaux Filaires9 Protection contre le bruit Pour protéger le signal des perturbations extérieures, diverses techniques Lécrantage : Lensemble des paires ou chaque paire est entourée dun film de polyester recouvert daluminium. FTP = Foiled Twisted Pair Le blindage : contre les perturbations électromagnétiques pour chaque paire d'un câble ou pour l'ensemble à l'aide dun écran (« tube » métallisé très mince), efficace en HF. S-STP : Shielded Twisted Pair ou S-UTP : Shielded-Unshielded Twisted Pair Trois câbles à paires torsadées : Non blindéEcrantéBlindé

10 Réseaux Locaux Filaires10 Caractéristiques

11 Réseaux Locaux Filaires11 La connectique associée : RJ45 Utilisation des broches Téléphone : paires 4-5 Ethernet 10BaseT et 100BaseT : paires 1-2 et 3-6 ATM 51 Mbit/s ou 155 Mbit/s : paires 1-2, 4-5, 3-6 et 7-8

12 Réseaux Locaux Filaires12 Les catégories de paires torsadées Les plus anciennes CatégorieUsageBande passante LongueurApplication 1 & 2 Obsolètes Voix et données à faible vitesse 1MHz / 2MHz 15mServices téléphoniques 3Voix et données à 10Mbit/s 16MHz100mEthernet 10baseT 4Voix et données à 16Mbit/s 20MHz100mToken-Ring, Ethernet 10Mbit/s 5Voix et données à hautes fréquences, jusquà 100Mbit/s 100MHz100mEthernet 10Mbit/s, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet

13 Réseaux Locaux Filaires13 Les catégories de paires torsadées Les catégories supérieures présentent des bandes passantes plus élevées. CatégorieBande passante 5e1 GHz 6250 MHz 7600 MHz 7e (en cours détude) 1 GHz

14 Réseaux Locaux Filaires14 Les supports de transmission des réseaux locaux filaires La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

15 Réseaux Locaux Filaires15 Constitution du câble coaxial Deux conducteurs concentriques : le conducteur extérieur (blindage) est mis à la terre, le conducteur intérieur (âme) est isolé et centré à l'aide d'un matériau diélectrique. Meilleure BP, moins sensible aux perturbations ( plus grandes distances, plus grands débits - Gbit/s-) que la paire torsadée. Moins cher que la fibre optique. Technologie rodée. Environ 8 fois plus cher, plus lourd et moins maniable que la paire torsadée délaissé au profit de la paire torsadée. Gaine : protège de l'environnement extérieur. En caoutchouc, PVC, ou téflon) Blindage : enveloppe métallique, permet de protéger les données transmises sur le support des parasites Isolant : matériau diélectrique, évite le contact avec le blindage (court-circuit). Âme : transport des données, un seul brin en cuivre ou plusieurs brins torsadés. âme blindage isolant gaine

16 Réseaux Locaux Filaires16 La connectique des câbles coaxiaux : BNC British Naval Connector Connecteur de câble BNC : soudé ou serti à lextrémité du câble Connecteur BNC en T : relie carte réseau et câble Prolongateur BNC : relie deux segments de câble coaxial afin dobtenir un câble plus long. Bouchon de terminaison BNC : à chaque extrémité du câble dun réseau en bus pour annuler les réflexions (adaptation dimpédance)

17 Réseaux Locaux Filaires17 Les supports de transmission des réseaux locaux filaires La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

18 Réseaux Locaux Filaires18 Fonctionnement de la fibre optique Une diode électroluminescents est placée au bout de la fibre Pour transmettre un 0 : la diode est éteinte Pour transmettre un 1 : la diode émet de la lumière Cest de la modulation damplitude en tout ou rien (OOK). Un câble optique

19 Réseaux Locaux Filaires19 Pourquoi choisir une fibre optique ? Bande passante importante (débit > au Gbit/s) Insensibilité aux parasites électriques et magnétiques Faible encombrement et poids Atténuation très faible (jusqu à 0.2 dB/km) Vitesse de propagation élevée Sécurité (absence de rayonnement à lextérieur, difficulté de se mettre à lécoute)… La fibre est bon marché mais la connectique coûte cher (grande précision requise)

20 Réseaux Locaux Filaires20 Domaines dapplication des trois supports SupportBande passanteApplicationRéseau Paire torsadée> 100 kHzTéléphonie, LANEthernet, Token Ring Câble coaxial> 100 MHzTéléphonie, LAN, MAN Anciennement Ethernet, Token Bus Fibre optique> 1GHzLAN, MAN, WANInterconnexion de réseaux locaux éloignés

21 Réseaux Locaux Filaires21 Les méthodes daccès au support Larchitecture IEEE Les protocoles daccès au support

22 Réseaux Locaux Filaires22 Le modèle IEEE LIEEE est un organisme de normalisation qui a entrepris lélaboration de standards pour les réseaux locaux en Il propose un modèle darchitecture pour les couches 1 et 2 du modèle OSI. Physique Liaison Réseau Transport Session Présentation Application Physique Contrôle daccès au support (MAC) Contrôle de liaison logique (LLC) Modèle OSI Modèle IEEE Sous-couche MAC (Medium Access Control) Rôle : assurer le partage du support entre tous les utilisateurs. Gestion des adresses physiques (adresses MAC). Sous-couche LLC (Logical Link Control) Rôle : gestion des communications, liaisons logiques, entre stations. Interface avec les couches supérieures.

23 Réseaux Locaux Filaires23 La sous-couche LLC La sous-couche MAC gère laccès au médium : elle ne prévoit rien en cas de détection derreur, nassure aucun contrôle de flux Rôle de la couche LLC. La sous-couche LLC rend un service de liaison OSI : elle gère les communications entre les stations et assure linterface avec les couches supérieures. La sous- couche LLC fournit trois types de service à la couche réseau LLC type 1 ou mode datagramme – service sans connexion LLC type 2 ou mode connecté – service avec connexion LLC de type 3 ou mode datagramme acquitté – service sans connexion avec acquittement

24 Réseaux Locaux Filaires24 Ladressage IEEE Ladresse MAC identifie de manière unique une adresse dans le monde (adresse physique liée au matériel). Adresse régie par lIEEE. Format de ladresse MAC : 48 bits (6 octets) Adresse de diffusion (Broadcast Address) : FF-FF-FF-FF-FF-FF. Bit I/G = individuelle Bit I/G = de groupe (utilisé dans le cadre de la diffusion à un groupe, multicast) Bit U/L = universelle (format IEEE) Bit U/L = locale (format propriétaire - Token Ring) I/GU/L Adresse constructeur 22 bits Sous - Adresse sur 24 bits

25 Réseaux Locaux Filaires25 Les codes réservés aux constructeurs Constructeur3 premiers octets de ladresse MAC (en hexadécimal) Cisco00 : 00 : 0C 3Com00 : 00 : D8 – 00 : 20 : AF 02 : 60 : 8C – 08 : 00 : 02 Intel00 : AA : 00 IBM08 : 00 : 5A DEC08 : 00 : 2B Sun08 : 00 : 20 Cabletron00 : 00 : 1D

26 Réseaux Locaux Filaires26 Remarque : Adresse MAC / Adresse IP ??? Attention à la confusion Adresse MAC/Adresse IP !!! Ladresse MAC est le « nom de famille » de la carte réseau : elle « naît et meurt » avec ! Comme dans la vie courante, le nom de famille ne suffit pas à localiser une personne dans le monde ; sur Internet, on attribue donc une « adresse postale » aux machines pour les localiser : ladresse IP. Ladresse IP a une structure logique qui permet de la localiser sur le réseau Internet, tout comme une adresse postale est structurée de manière à localiser le pays, la ville, la rue, la maison, létage, etc. … Si lordinateur change de réseau, son adresse IP change. Ladresse IP a une portée globale (elle localise la machine dans le monde) ; ladresse MAC a une portée locale (une fois la machine localisée, on lidentifie par « son nom »).

27 Réseaux Locaux Filaires27 Les méthodes daccès au support Larchitecture IEEE Les protocoles daccès au support

28 Réseaux Locaux Filaires28 Pourquoi une méthode daccès ? Plusieurs machines se partagent un même support : il faut définir une méthode régissant laccès à ce support. Cest le rôle de la couche MAC. Il existe de nombreuses techniques centralisées ou distribuées : une station primaire est chargée de régler les conflits daccès ; ou distribution du contrôle sur lensemble des stations statiques ou dynamiques déterministes ou non (garantie dun temps daccès) équitables ou non (vis à vis des possibilités daccès au support à chacune des stations) avec ou sans contentions daccès (collisions de trames) Etude en TD des diverses méthodes

29 Réseaux Locaux Filaires29 Ethernet – La norme IEEE 802.3

30 30 Origines La norme la plus utilisée pour les réseaux locaux Origines Le protocole Aloha (interconnexion par liaison radio des îles Hawaï en 1970) : voir TD Rajout des fonctions découte de la porteuse et de détection de collision. La norme IEEE couvre la sous-couche MAC et la couche 1 du protocole quon désigne habituellement par les termes « », « CSMA/CD », ou « Ethernet » CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces with Collision Dectection) est un sigle qui caractérise la technique daccès utilisée pour attribuer le droit de parole dans le réseau. Ethernet est un nom déposé par Rank Xerox. « éther » = au XIXème siècle, lespace à travers lequel étaient censées se propager les ondes « net », abréviation de network.

31 Réseaux Locaux Filaires31 Architecture physique dEthernet Bus (ancien) Câble coaxial, connexion des stations « en parallèle » Diffusion des trames par propagation bidirectionnelle Etoile (très courant) Hub avec deux paires torsadées (Tx et Rx). Une trame reçue sur une ligne est diffusée sur toutes les autres : souplesse dinstallation : augmentation du nombre de câbles nécessaires Normalisation pour 3 supports : câble coaxial, paire torsadée et fibre optique

32 Réseaux Locaux Filaires Le protocole daccès CSMA/CD Une station souhaitant émettre écoute le support Si le support est libre, elle émet et écoute jusquà la fin de la transmission pour détecter une éventuelle collision Si le support est occupé, elle attend que le support soit libre et émet après le temps dinter-trame Cas du support libreCas du support occupé

33 Réseaux Locaux Filaires33 Pourquoi un temps dinter-trame ? Temps dinter-trame = 96 temps-bits pour réinitialiser tous les processus liés à la couche 2 et à la couche 1 assurer la stabilisation des conditions électriques du support de transmission temps S1 émetS2 émet S2 écoute Délai dintertrame

34 Réseaux Locaux Filaires34 Apparition dune collision Lécoute ne suffit pas à éviter les collisions : deux stations écoutant en même temps le support libre vont émettre au même moment. temps S1 émet S2 émet S2 écoute Collision de transmission S3 émet S3 écoute

35 Réseaux Locaux Filaires35 Gestion dune collision Trois étapes Détection de la collision Renforcement de la collision Résolution de la collision 1ère étape : Détection de la collision Elle est réalisée par le transceiver Elle est rendue possible par lintroduction dune valeur moyenne non nulle dans le signal. Remarque : code utilisé = Manchester pour le bus ; Manchester différentiel pour étoile

36 Réseaux Locaux Filaires36 Gestion dune collision 2ème étape : Renforcement de collision Les stations qui repèrent la collision émettent un jam de 32 bits But : Toutes les stations doivent détecter la collision Les stations en collision cessent très vite démettre : signal résultant très court et de faible amplitude + atténuation de la propagation sur le bus les transceivers aux extrémités du segment peuvent ne pas détecter la collision Le jam a un contenu quelconque, mais différent du préambule

37 Réseaux Locaux Filaires37 Gestion dune collision 3ème étape : Résolution de la collision Les stations en collision tirent un temps aléatoire M RTD, M étant calculé selon lalgorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff ). Elle réitèrent leur transmission au bout du temps M RTD. Lalgorithme du BEB

38 Réseaux Locaux Filaires38 La période de vulnérabilité Cest la durée pendant laquelle une trame est susceptible de subir une collision. Si t est temps de propagation dun signal entre les deux stations S1 et S2, la période de vulnérabilité est 2 t. S1S2 À t 0, S1 commence à émettre une trame S1S2 À t 0 + t -, S2 détecte le canal libre et émet une trame S1S2 À t 0 + t, S2 détecte la collision, stoppe sa transmission et envoie une séquence de bourrage S1S2 À t 0 +2 t, S1 détecte la collision

39 Réseaux Locaux Filaires39 Taille minimale de la trame Ethernet Conditions pour quune station puisse détecter toute collision qui affecte ses trames La trame doit être transmise pendant un temps au moins aussi long que le délai aller-retour (2 t) sur le bus Si le débit du bus et le délai aller-retour sur le bus sont fixés, cette condition implique une taille minimale de trame Exemple : Spécifications : 10Base5, 4 répéteurs au maximum avec des tronçons de 500 m soit une taille max. de 2.5 km Sur coaxial, vitesse = km/s. taille min. de 512 bits = 64 octets

40 Réseaux Locaux Filaires40 Le temps de retournement Le Round Trip Delay (RTD) ou temps de retournement est le temps total nécessaire à la propagation dune trame dun bout à lautre du réseau la détection dune éventuelle collision provoquée par cette trame à lextrémité du réseau la propagation en retour de linformation de collision. Exemple précédent : RTD = 512 Tb

41 Réseaux Locaux Filaires41 Résumé des paramètres du protocole CSMA/CD ParamètreSignification Valeur Slot TimeFenêtre de collision 512 temps bit* = temps de retournement = RTD Interframe GapAttente entre deux transmissions96 temps bit Attempt LimitNombre maximal de retransmission16 Backoff LimitLimite maximale de lintervalle de tirage10 Jam SizeTaille de la séquence de bourrage4 octets Max Frame SizeLongueur maximale de la trame1518 octets Min Frame SizeLongueur minimale de trame64 octets Address SizeLongueur du champ dadresse48 bits * Temps bit calculé en fonction du débit, pour Ethernet à 10 Mbit/s, 1 temps bit = 0.1 µs

42 Réseaux Locaux Filaires42 Le format des trames IEEE Sur un bus, toutes les stations voient toutes les trames chaque trame source destinataire Chaque carte Ethernet contient une adresse unique : adresse MAC 7 octets Marqueur de début 1 octet Amorce Adresse destination 2 ou 6 octets Adresse source Longueur 2 octets2 ou 6 octets Données Octets de bourrage FCS 4 octets Présente en début de trame 7octets initialisés à (permet de synchroniser les horloges des stations réceptrices) Marqueur de début de trame (Start Frame Delimiter) octet à la valeur (permet la synchronisation par caractère) 2 ou 6 octets pour locale ou non Frame Control Sequence Détection derreurs Indique la longueur effective des données (entre 0 et 1500) permet de distinguer les données d éventuels bits de bourrage) Bits de bourrage quand la taille des données < à 46 octets

43 Réseaux Locaux Filaires43 Les variantes de la norme IEEE La norme spécifie pour chaque type de médium les propriétés physiques les contraintes dinstallation, de conception éventuellement les caractéristiques dimensionnelles Un nom est attribué à chaque mode de fonctionnement sur chaque médium, de la forme : XXTTTTMM avec XX : débit de transmission en Mbit/s TTTT : technique de codage des signaux (bande de base ou large bande) MM : identification du médium ou longueur maximale dun segment en centaines de mètres. Exemples 10BASE5 : 10Mbit/s en bande de base avec des segments de 500m 10BASE2 : 10Mbit/s en bande de base avec des segments de 200m maximum (185m en réalité) 10BASE-T : 10Mbit/s en bande de base sur câble avec deux paires torsadées 10BASEF : 10Mbit/s en bande de base sur fibre optique 100BASE-TX : 100Mbit/s en bande de base, sur câble avec deux paires torsadées (RX et TX)

44 Réseaux Locaux Filaires44 Spécifications IEEE Obsolètes

45 Réseaux Locaux Filaires45 Extensions dEthernet Ethernet Commuté : Un switch analyse les adresses MAC et retransmet les trames sur le câble contenant la station de destination uniquement. Ethernet 100baseT (Fast Ethernet) : Evolution naturelle du 10BaseT, protocole identique au CSMA/CD, mais meilleur codage en ligne pour diminuer la bande passante. Topologie en étoile. Totalement compatible avec 10baseT. 100VGAnyLan : Ethernet 100 Mbit/s avec protocole MAC de type polling. Gigabit Ethernet : Protocole CSMA/CD amélioré avec la technique Carrier Extension qui consiste à allonger le temps de transmission pour les trames inférieures à 512 octets, nécessaire à cause de la vitesse de fonctionnement élevée. Voir cours RLD/RHD au S2

46 Réseaux Locaux Filaires46 Quel support pour quel Ethernet ? Ethernet 10 Mbit/s10 BASE 5Coax jaune BASE 2Coax Thin BASE TCat 5 UTP ou STP 10 BASE T4Cat 3, 4 ou 5 10 BASE FXFibre multi ou mono Ethernet 100 Mbit/s100 BASE TXCat 5 UTP ou STP 100 BASE T4Cat 3, 4 ou 5 UTP/STP 100 BASE FXFibre multi ou mono 100 VG AnyLanCat 3, 4 ou 5 UTP/STP Gigabit Ethernet1000 BASE TCat 5 UTP 1000 BASE CXCoax 1000 BASE SXFO multimode 1000 BASE LXFO monomode

47 Réseaux Locaux Filaires47 Les équipements dinterconnexion des réseaux locaux filaires

48 Réseaux Locaux Filaires48 Le répéteur Il permet détendre le réseau plus loin que les limitations dues au câble Fonctionnement dun répéteur: Transmettre les bits reçus sur un port à lautre port En cas de collision sur un port, transmettre leffet de la collision (bits aléatoires) Le répéteur nagit quau niveau physique (répétition de bits). Niveau 1 du modèle OSI. Même avec des répéteurs il y a des limitations : temps de propagation, au plus 4 répéteurs sur un chemin

49 Réseaux Locaux Filaires49 Le hub Pour les supports à base de paires torsadées Cest un répéteurs à plusieurs ports, équivalent à plusieurs répéteurs connectés à un Ethernet interne. Il joue le rôle de diffusion du bus passif. Intérêt au point de vue du câblage? Facilité de la gestion Isolation des problèmes

50 Réseaux Locaux Filaires50 Règle de câblage Pas plus de 4 hubs entre 2 postes, pas de boucles.

51 Réseaux Locaux Filaires51 Le pont et le commutateur Les ponts (bridges) sont des systèmes intermédiaires qui acheminent les paquets dotés dadresses MAC. Niveau 2 du modèle OSI. Ils séparent les domaines de collisions : plusieurs trames peuvent être transmises en parallèle sur un réseau LAN ponté. Les commutateurs fonctionnent selon le même principe mais travaillent plus rapidement.

52 Réseaux Locaux Filaires52 Remarque : Le routeur Confusion courante avec le commutateur, mais attention !!! Commutateur = niveau 2 Routeur = niveau 3. Voir cours adressage IP. Le routeur Analyse ladresse réseau des trames pour prendre une décision de routage. Gère des tables de routage port de sortie) statiques ou dynamiques. Plus complexe, lent et coûteux que le pont. Interconnexion de grands réseaux TCP/IP sur de longue distance.

53 Réseaux Locaux Filaires53 Récapitulatif Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique ROUTEUR PONT, COMMUTATEUR REPETEUR, HUB

54 Réseaux Locaux Filaires54 Câblage dun immeuble

55 Réseaux Locaux Filaires55 Câblage dun immeuble Baies de brassage Câblage horizontal Interconnexion (Dorsale) Prises

56 Réseaux Locaux Filaires56 Bibliographie Support de cours « Réseaux Locaux », C. Bernard, IUT SRC Avon, Support de cours « Réseaux Locaux », Périno, ENST Paris, 2000 Support de cours « Ethernet », J-Y Leboudec, S. Robert, EPFL Transmissions et Réseaux, S. Lohier, D. Présent, éd. Dunod Les Réseaux, A. Tanenbaum, éd. Dunod


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