Post on 19-Dec-2021
Les réseaux
Technologies IP
Les protocoles Ethernet et IEEE 802
Resp: S. SALVA IUT 1ere année IUT d’aubiere
Réseaux – technologies IP Ethernet et 802.3 2
Les protocoles de réseaux locaux sont des protocoles de niveau 2 (couche 2 OSI)=> Créer une liaison entre stations
Réseaux locaux permettent:Accéder au supportDialoguer avec une autre station sans effectuer de routage
Toutes les stations peuvent lire une trame sur le réseau.Identifier une station par une adresse
Un Paquet au niveau 2 s’appelle une Trame !
EX: Ethernet, WIFI, Token ring, …
•Sont généralement composés de 3 sous-couches:
•Niveau Physique
•MAC (medium acces unit)
Indique comment accéder au support de communication
Ex: CSMA/CD pour Ethernet, CSMA/CA pour wifi
•LLC (Logical Link Control) permet de corriger les erreurs de transmission
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Protocole ALOHA
But: raccorder des îles avec un protocole simple utilisant les ondes radios
Envoi des données, si collision=> retransmission
ÞPerte importante lors des collisions
Protocoles CSMA (Carrier Sense Multiple access)
But: écouter le support avant d’émettre=> réduit les risques de collisions
Différentes techniques:
CSMA/CD pour Ethernet
CSMA/CA pour wifi
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Ethernet (net sur ether= réseau sur bus)80% des réseaux locaux ! (mais en diminution avec les protocoles type Wifi)
Ø But:
simple
peu coûteux
détecter des collisions
de paquets
Attention: deux protocoles a ne pas confondre : 802.3 (IEEE) et Ethernet (Dec, intel Xerox) qui sont très proches.
Conception originalede R. Metcalfe (1976)
Non buts:fiable
priorité
sécurité
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Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison
Physique
niveau de contrôleLLC
niveau MAC
niveau physique
unité de raccordement
802.2
802.3
MEDIUM
IEEE 802 Ethernet
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? ?
Préambule : 7 octetsDélimiteur de début de trame SFD : 1 octet
Adresse destination : 6 octetsAdresse source : 6 octets
Type données ex: paquet IP (2 octets)
Données (0-1500 octets)
Padding (0-46 octets)Contrôle FCS (4octets)La trame Ethernet
=Trame MAC
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IFS
Preambule: suite de 0 et de 1 alternés: permet de synchroniser l’emetteur et le récepteur
Champ de contrôle pour code correcteur
permet d’assurer que la trame recue est correcte
taux d’erreur: 1/ 4.3 millards
Un code correcteur permet de détecter une erreur mais peut aussi la corriger
Ex: code de Hamming, codes polynomiaux (CRC)
IFS: temps inter trame = 9.6µs
temps minimum de repos du support, permet aux autres stations de prendre la main
ADRESSAGELes adresses Ethernet sont codées sur 48 bits (6 octets).
syntaxe :adresse individuelle : comprend le premier bit transmis à 0 (premier octet d'adresse pair)
08:00:20:09:E3:D8 ou 8:0:20:9:E3:D8 ou 08-00-20-09-E3-D8 ou 08002009E3D8
Adresses spéciales:
Adresse Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FFAdresse 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
Chaque carte Ethernet possède une adresse propre, codée physiquement (ne peut être changée)
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RÔLE
détecter l'émission d'une autre station sur le médium (emission d’un signal Carrier Sense), alors que la station est en écoute
transmettre et recevoir des bits sur le médium,
détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (emission d’un signal Collision Detect)
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elle met en oeuvre le protocole CSMA/CD
elle est chargée de:
Ø mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission
Ø gérer la liaison avec le support en écoutant les signaux "Carrier Sense" et “Collision Detection" émis par le niveau physique.
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802 et Ethernet sont de type CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access) :
1. détecter l'émission d'une autre station sur le câble (Carrier Sense) dans ce cas ne rien envoyer !
– « J’écoute si aucune station ne communique avant d’émettre »
2. détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (Collision Detect)
– « J’écoute pendant que j’envoi un paquet pour détecter une collision »
On doit avoir 1 seule trame sur le réseau a un instant t
Toutes les stations peuvent accéder a la trame
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Inconvénient: plus il y a de transmissions, plus il y a de collisions(trames perdues), et plus le réseau se sature !!! Taux d’utilisation du canal: 18% !!!!
COLLISION : le problème
une station écoute si le câble est libre avant d’émettre
le délai de propagation n’est pas nul => une station peut émettre alors qu’une autre a déjà commencé son émission
les 2 trames se percutent : c’est la collision
plus le réseau est grand (nombre de stations), plus la probabilité d’apparition de collisions est grande
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COLLISION : la solution
Ødétecter une collision en écoutant le support avant d’émettre et pendant l’envoi d’un paquet
Þ Combien de temps écouter ????
Pour un câble de 5 * 500m :temps de propagation aller-retour d’une trame (Round Trip Delay ou RTD) limité à 50 µs
Þ IEEE 802 et Ethernet définissent un « Slot Time » = temps d’émission à 51.2 µs
Øune station envoi une trame pendant 51.2 µs et écoute pendant 51.2 µs pour savoir si une collision existe
On en déduit:Pour 10Mbits/s, elle doit envoyer 512 bits Þ taille trame = 512 bits
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COLLISION : la détection
Station S1 Station S2
Station S1 Station S2
Station S1 Station S2
La collision est arrivée a S2 qui envoie des bits de bourrage
S1 détecte ainsi la collision
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COLLISION : la reémission
Algorithme de backoff= algorithme de reémission d’une trame après collision
la station attend R * 51.2 µs tel que 0 <= R < (2*i) -1
R étant un entier « Random » et i = min(n, 10)n = nombre de retransmissions déjà effectuéesle nombre de réémissions est limité à 15
Algorithme simple mais ne garantit pas un temps limité pour l’envoi
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Transmission d'une trame :
Le niveau MAC reçoit les données à émettre;
son rôle consiste à:1. ajouter préambule et SFD aux données de Le niveau LLC,2. ajouter le padding si nécessaire,3. ajouter les champs adresse source, adresse destinataire,
longueur des données,4. calculer le CRC et l'ajouter à la trame,5. envoyer la trame si pas de signal Carrier Sense
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Réception d'une trame :
Si pas de collision:
1. réception des bits depuis Le niveau physique,
2. élimine le préambule, le délimiteur de début de trame (SFD),
3. élimine éventuellement le padding,
4. examine l'adresse destination dans la trame et si celle-ci inclut la station :reconstruit les champs adresses et données transmet les champs reconstruits à Le niveau LLC,calcule la séquence de contrôle et indique une erreur si la séquence est erronée
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Plusieurs normes Ethernet :X BASE Y X=débit du réseau Y= type du support du réseau
10BASE5 (spécification initiale) débit 10Mbits/s sur câble coaxial de 500m (BNC)
10BASE2, 10BASE T, 10BASE F, 50BROAD36(câbleTV), etc
Actuellement :Les plus répandu:
Giga Ethernet 1GbaseT(rj45 cat 5e, 6, 7) (1GbaseSX, 1GBaseLX fibre optique )
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Le fonctionnement de base d’Ethernet est en half duplex
Depuis 1997, il existe aussi le mode full-duplex (802.3x) qui correspond à une communication point à point entre 2 stations(2 canaux de sens contraire sans partage, utilisation de paires torsadées distinctes)
ÞDébit 200Mbits/s , 100 pour chaque canal
En full duplex, il n’y a plus de collisions, CSMA/CD est inutile
Full-duplex total uniquement avec des switchs full duplex(ethernet commuté)
Face aux divers débits et aux modes full, half duplex les stations négocient la connexion
MAIS en full duplex, d’autres pb se posent comme la congestion des switchs
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Norme IEEE 802.3z 1998
Couche Physique 1GBASE SX, LX (>300m <600m), CX(25m)
Couche MAC = CSMA/CD avec tailles min et max de trames conservées
pb: vu la vitesse de transmission, il faudrait supprimer 100m de support !!
Solution: augmenter la taille min de trame tout en restant compatible = carrier extension
Taille du slot= 512o
MAIS pour rester compatible il faut garder le format et la taille min de l’ancienne trame=> ajout d’une extension
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Taille de trame en gigabit Ethernet=512o
Si une trame provient de fast Ethernet (trame <512o) alors on ajoute des octets de bourrage dans l’extension qui sont supprimés si la trame revient vers du fast Ethernet
Octets de contrôle (FCS) toujours calculés sur la trame Ethernet classque (sans extension)
Pb: pour des petits paquets on peut avoir jusqu’à 448o de bits de bourrage=> Defficace proche de fast Ethernet=> paquet bursting
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Paquet bursting:Principe: envoyer plusieurs trames courtes avec1 seule acquisition de canal (comme si un paquet était émis)
Burst timer=limitation du temps pendant le lequel l’émetteur garde le droit d’émettre
1ere trame placée dans un slot (doit faire 512o) les autres sont ajoutées à la suite jusqu’à la fin du burst timer
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Gigabit Ethernet full duplex
pas de risque de collision (1 support/sens de transmission), collisions uniquement possible dans les répéteurs/switchs qui utilisent de la mémoire tampon
Pb: éviter la saturation => contrôle de congestion
Gigabit Ethernet half duplex
utilise CSMA/CD classique
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Norme 802.3ae, 2002-20012
Fonctionne en full duplex uniquement (plus de csma/cd optionnel)
Mais supporte toujours la trame Ethernet 802.3
Taille de réseau, jusqu’à 40km
Plusieurs Couches phy:
10G BASE T (sur cat 7 bp 500Mhz)
cat6=> utilisation sur 36m
cat7=> utilisation sur 100m
10G BASE SR, LR, LX4
10G BASE CX4
10G BASE W (sonet, sdh)
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Groupe IEEE 802.3ba travaille sur normes 40 à 100 Gbps sur fibre et cuivre
Normes approuvées entre 2010 et 2013
• 40 Gigabit Ethernet, ou 40GbE, (trame 802.3 préservée)
• 100 Gigabit Ethernet, ou 100GbE, (trame 802.3 préservée)
• 200 et 400GBps (IEEE 802.3bs)• 2025: 800Gbps prévu
• =>Standard de trames preservé (format, tailles mini et maxi), full-duplex
• De nouveaux connecteurs et types de cables
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•Ethernet = réseau à diffusion et à débit fixe
•niveau de performance inversement proportionnel au nombre d'acteurs
•plus on est nombreux à parler, plus le réseau est dégradé jusqu'à l'écroulement possible.
•Pour un réseau ou l’industriel spécifie un débit de 10 Mbits, on obtient en moyenne 5 Mbits.
Les solutions :
•segmenter le réseau avec des switchs•identifier des raisons de charge anormale : utiliser un analyseur (analyse la charge
et identifie l'auteur de la charge anormale).•mesurer le taux de collisions moyen du réseau; si celui-ci est trop élevé (au delà
de 10% des trames transmises), vérifier le matériel,analyser chaque segment, envisager une nouvelle segmentation.
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La passerelle P interconnecte les réseaux A et B.
• Le rôle de la passerelle P est de transférer sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés au réseau B et inversement.
• Ex: les routeurs possèdent une connexion sur chacun des réseaux:
PRéseau A Réseau B
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Les passerelles applicatives :
(en anglais "gateways") sont des sysèmes matériels et logiciels permettant de faire la liaison entre deux réseaux, servant notamment à faire l'interface entre des protocoles différents.
la passerelle crée un pont entre deux réseaux.
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Utilisation de jpcap:
liste des interfaces:Jpcap.getDeviceDescription();ouverture: Jpcap Capture = Jpcap.openDevice(Jpcap.getDeviceList()[1],
1024, false, 20);capture: Capture.loopPacket(-1, this); (-1 infiniement))
Lecture des trames TCP:
if (arg0 instanceof TCPPacket){TCPPacket tcppckt = (TCPPacket) arg0;if ( !tcppckt.dst_ip.toString().equalsIgnoreCase(interfaceIpAdress) && tcppckt.syn && !tcppckt.ack ) {
System.out.println("Connection being initiated from ["+tcppckt.src_ip+"] ->" +" ["+tcppckt.dst_ip+"] on port["+tcppckt.dst_port+"]");}}
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import jpcap.*;public class EthernetDumper implements JpcapHandler{
finalString interfaceIpAdress = "10.0.0.1";// adresse Ip de notre interface réseau
public Jpcap Capture ;public JpcapWriter writer ;
publicEthernetDumper(){
}private boolean init() {try{Capture=Jpcap.openDevice(Jpcap.getDeviceList()[1], 1024, false, 20);Capture.loopPacket(-1,this);return true;}catch(java.io.IOException e1) {
System.err.println("Unable to dump !!!");return false;}}
public void handlePacket(Packet arg0) {
if(arg0 instanceof TCPPacket){
TCPPacket tcppckt = (TCPPacket) arg0;
if(!tcppckt.dst_ip.toString().equalsIgnoreCase(interfaceIpAdress)&&tcppckt.syn && !tcppckt.ack ){
System.out.println("Connection being initiated from ["+tcppckt.src_ip+"]->"+["+tcppckt.dst_ip+"] on port["+tcppckt.dst_port+"]");
}
}}public static void main(String[] args) {EthernetDumperDump_1 = new EthernetDumper();if(!Dump_1.init()){System.exit(1);}
}}
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