- TI3 127/11/2017 ISET MAHDIA September 2010 Tronc commun 3 ème 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 Interconnexion des réseaux Ethernet (Matériels,Commutation,Vlans) Réseaux Locaux sans fil (802.11)

- TI3 27/11/20172 Normalisation IEEE l Le comité IEEE 802 Þ Normalisation des réseaux locaux en reprenant les couches 1 et 2 du modèle OSI Þ Développer un standard permettant la transmission de trames d ’information entre 2 systèmes informatiques à travers un support partagé quelque soit leur architecture.

- TI3 27/11/20173 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

- TI3 27/11/20174 Normalisation IEEE Modèle IEEE Higher layer interfaces Gestion d ’adresses Architecture Logical Link Control Secure Data Network CSMA/ CD Anneau à jeton MAN Sans fils Mbits/s Media Access Control

- TI3 27/11/20175 Normalisation IEEE Les Standards IEEE 802 l l l l 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

- TI3 27/11/20176 Normalisation IEEE L ’adressage IEEE I/GU/L 46 Bits Universelle (équipement constructeur) Locale Individuelle (station) Groupe (diffusion) 48 bits (6 octets) pour les réseaux interconnectés sinon 16 bits Format général d ’une adresse MAC

- TI3 27/11/20177 Normalisation IEEE 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 Une adresse MAC universelle désigne de manière unique une station dans le monde. 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 ->

- TI3 27/11/20178 Normalisation IEEE Adresses MAC spécifiques Adresses de broadcast Adresses 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 diffusion restreinte, désigne un groupe de stations. 1er bit transmit à 1 (1er octet d 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.

- TI3 27/11/20179 Ethernet et Début des années1980 : Standard Ethernet 10 Mb/s version 1.0 par Digital-Intel-Xerox (DIX) : Version 2.0 de DIX -> Ethernet II : 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

- TI3 27/11/ Ethernet et 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 : (d) Base (s) T Tiswted pair F Fibre optique 2 Câble coaxial (200 m) 5 Câble coaxial (500 m)

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage Câble coaxial Topologie en bus Un conducteur central (âme) entouré d ’une gaine isolante Un conducteur externe concentrique (tresse)

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage Câble coaxial 10Base5 : 75 ohms, « gros (thick) ethernet », câble jaune, 10Mbits/s Rép 2500 m MAX 500 m MAX Segment 500 m Max sans répéteur 2500 m Max entre 2 stations 100 transceivers Max par segment Transceiver Câble Transceiver/Station 50 Max Connecteur AUI (Attachement Unit Interface)

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage Câble paire de fils de cuivre torsadée (Twisted pair) Topologie en étoile Equip. Actif

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée Connectique : prise RJ45

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée Convention de raccordement d ’un câble 4 paires catégorie 5, Prise RJ45 1 Blanc/Orange 2 Orange 3 Blanc/Vert 4 Bleue 5 Blanc/Bleue 6 Vert 7 Blanc/Marron 8 Marron EIA/TIA 568B 1 Blanc/Vert 2 Vert/Blanc 3 Blanc/Orange 4 Bleue/Blanc 5 Blanc/Bleue 6 Orange/Blanc 7 Blanc/Marron 8 Marron/Blanc EIA/TIA 568A 1 Blanc/Marron 2 Blanc/Vert 3 Blanc/Orange 4 Bleue 5 Blanc/Bleue 6 Orange 7 Vert 8 Marron USOC

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée Avec Ethernet seules 2 paires sont utiles : 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- Une paire émission (Tx+,Tx-) et une paire réception (Rx+,Rx-) -> Possibilité de Full Duplex

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée 10BaseT 10Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 3,4,5 UTP Rép Couverture 400 m MAX 100 m Max 100BaseT (Fast ethernet 802.3u) Rép Couverture 200 m MAX 100 m Max 100Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 5 UTP

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La Paire torsadée 1000BaseT (Gigabit ethernet 802.3ab) Rép Couverture 200 m MAX 100 m Max 1000Mbits/s 100 m Max entre 2 équipement Câble catégorie 5+ UTP

- TI3 27/11/ Ethernet et 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)

- TI3 27/11/ Ethernet et Quelques normes de câblage La fibre optique Fibre Multimode A saut d ’indice Fibre Monomode Taille du cœur 5 à 10 microns, gaine 125 microns Bande passante 100 Ghz Fenêtre spectrale 1300 nm et 1550 nm Taille du cœur 50 et 62,5 microns, gaine 125 microns Fenêtre spectrale 850nm et 1300 nm 20 MHz/km A gradient d ’indice500 MHz/km, la plus utilisée (62,5/125 microns)

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et 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 Sinon -> diffère son émission Pb: à cause des délais de propagation, il y a des risques de collisions Distance entre les stations Temps Station A Station B Collision

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Accès au support physique CSMA/CD Si la trame 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Accès au support physique CSMA/CD Structure d ’une trame (802.3 et Ethernet) 64 à 1518 octets SRCLg DATADATAFCS SRCType DATADATAFCS Ethernet Niveau physiqueNiveau Mac

- TI3 27/11/ Ethernet et 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 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.

- TI3 27/11/ Ethernet et 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.

- TI3 27/11/ Ethernet et 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 Par défaut, l ’espace de tirage est doublé jusqu ’à la 10ième tentative. Au bout de 16 -> échec m

- TI3 27/11/ Ethernet et Accès au support physique CSMA/CD Créer la trame Transmission en cours Commencer la transmission Trop de tentatives Brouillage Collision détectée Calcul du délai d ’attente BEB émission OK Émission abandonnée oui non oui Test de la porteuse oui non Comparaison émission/réception Émission d ’une trame

- TI3 27/11/ Ethernet et Accès au support physique CSMA/CD Commencer la réception Fin de réception oui non Réception d ’une trame Trame trop courte oui reconnue non Taille correcte Calcul CRC Réception OK Correct Erreur CRC Mauvais Erreur longueur oui non

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Ethernet vers les hauts débits Fast ethernet Utilise la signalisation 4B/5B (16 symboles parmi 32) 1 paire émission 1 paire réception Utilise la signalisation 4B/5B (16 symboles parmi 32) 1 fibre émission 1 fibre réception Utilise un codage de type 8B/6T (8 bits sur 3 temps d ’horloge) 3 paires transmission 1 paire détection collision

- TI3 27/11/ Ethernet et Ethernet vers les hauts débits Fast ethernet

- TI3 27/11/ Ethernet et 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

- TI3 27/11/ Ethernet et Ethernet vers les hauts débits Gigabit ethernet

- TI3 27/11/ La sous-couche LLC 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 MAC 2 1

- TI3 27/11/ La sous-couche LLC types de services de transmission LLC type 1 LLC type 2 LLC type 3 Mode datagramme. Pas de fonction de contrôle d ’erreur sur les trames. Aiguille les données vers les différents protocoles de la couche 3 Mode connecté. Fonction d ’aiguillage + contrôle d ’erreur de séquencement des données et du flux. Mode datagramme acquitté (réseaux industriels). Acquittement datagrammes + réponse automatique.

- TI3 27/11/ La sous-couche LLC Format d ’une trame LLC < 1518DATA DSAPSSAPControlInformation 8 bits 8/16 bits

- TI3 27/11/ La sous-couche LLC Format d ’une trame LLC DSAP (Destination Service Access Point) SSAP (Source Service Access Point) Désigne le ou les protocoles de niveau supérieur auxquels seront fournies les données. 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

- TI3 27/11/ La sous-couche LLC 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)

- TI3 27/11/ 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)

- TI3 27/11/ 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 …)

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Le Pont (Bridge) Pont Segment 1 Segment 2 AB D C EF 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

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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)

- TI3 27/11/ 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 P1P2 A B R1 R2 Il faut éviter que les trames ne bouclent indéfiniment dans le réseau. Broadcast Storm -> saturation réseau

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet 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. Interconnexion de ponts : Spanning Tree

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet 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 Interconnexion de ponts : Spanning Tree

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Interconnexion de ponts : Spanning Tree 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 ». Principe

- TI3 27/11/ 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).

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Designated BRIDGE Root port F Interconnexion de ponts : Spanning Tree Designated Port Root port B FF Designated Port Root BRIDGE Designated portRoot port FF Designated Port BF

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Format d ’une trame BPDU 802.1d Encapsulation dans une trame : SAP du Dest (Multicast) : 01:80:C2:00:00:00 Interconnexion de ponts : Spanning Tree

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet 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 Interconnexion de ponts : Spanning Tree

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet 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 ») Interconnexion de ponts : Spanning Tree

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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 l 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)

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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). SRCLg DATADATAFCS Cut through Fragment free (64ième octect) Store & Forward

- TI3 27/11/ 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 L ’interconnexion entre VLAN ne peut se faire qu ’au niveau 3 de la couche OSI : plus de sécurité Gestion dynamique de la mobilité géographique

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Le commutateur (switch), les VLANs sw1 sw2 sw3 Bâtiment 1 Bâtiment 2 Bâtiment 3 VLAN 1 VLAN 2 VLAN 3 Trunk

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Le commutateur (switch), les VLANs Marquage de la trame (insertion de 2 octects) SRCLg DATADATAFCS User PriorityCFIVlan IDentifier 3 bits12 bits1 bit 8 niveaux de priorité 4096 identificateurs

- TI3 27/11/ 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)

- TI3 27/11/ Interconnexion des réseaux ethernet Le commutateur (switch), les VLANs

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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).

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ WLAN - Cadre légal français Métropole Guadeloupe, Martinique, St Pierre et Miquelon, Mayotte Idem Pour Réunion et Guyane sauf extérieur impossible de 2400 à 2420

- TI3 27/11/ WLAN - Cadre légal français DFS : Dynamic Frequency Solution, TPC : Transmit Power Control. -> Conformité avec les normes européennes

- TI3 27/11/ WLAN - Technologies

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- TI3 27/11/ Topologie IEEE 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.

- TI3 27/11/ Topologie IEEE 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.

- TI3 27/11/ Topologie IEEE

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- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ Méthode d ’accès IEEE CSMA/CA On reprend la technique du CSMA du 802.3, 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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)

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ Méthode d ’accès IEEE Accés au support

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ 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.

- TI3 27/11/ Trames IEEE Format PréambuleEn-tête PLCPDonnées MACCRC 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

- TI3 27/11/ Trames IEEE Format Données MAC (octets) Ctrl TramesDurée/IDAdr1Adr2Ctrl séqDATACRC Adr3 6 Adr En-tête MAC Contrôle de trame (Bits) VersionType More Frag From DS 1 Retry 1 Sous-Type To DSPwr MgtMore dataWEPOrder 1111

- TI3 27/11/ 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)

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ 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

- TI3 27/11/ Evolution IEEE 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 b IEEE g Fréquence bande des 2,4 GHz Débit théorique jusque 54 Mbps Reste compatible b

- TI3 27/11/ Evolution IEEE IEEE b

- TI3 27/11/ Evolution IEEE 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.... IEEE a (WiFi 5)

- TI3 27/11/ Evolution IEEE e : QoS pour les applications multimédia f : IAAP (Inter Access Point Protocol) Permettre l ’utilisation d ’infrastructures multi-vendeurs et éviter les normes propriétaires h : Adoption des technologies DFS et TPC pour une conformité avec les normes européennes (5 GHz) i : Travaux sur la sécurité des transmissions sur les bandes de fréquence 2,4 GHz et 5 GHz. Amélioration de l’algorithme WEP j : Convergence des standards américain et européen Hiperlan, tous deux fonctionnant sur la bande de fréquence des 5 GHz IEEE Les normes dérivées

- TI3 27/11/ Autres normes... 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) Hyperlan type 1

- TI3 27/11/ Autres normes... 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) Hyperlan type 2

- TI3 27/11/ Autres normes... Bluetooth, HomeRF, DECT plutôt usage personnel ou domestique Mixte, voix et données1,88-1,90 GHz2 Mbps50 mDECT Réseaux d'entreprises, données2,4 GHz11 Mbps100 mWi-Fi Réseaux personnels, voix et données2,4 GHz1,6 Mbps50 mHomeRF Appareils mobiles, voix et données2,4 GHz1 Mbps10 mBluetooth ApplicationFréquenceDébitPortéeNorme

- TI3 27/11/ Encombrement du spectre