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CNAM-Réseaux – B1 Partie I – Les réseaux locaux

Support de cours 1/

LES RESEAUX LOCAUX

r LAN (Local Area Network) ou RLE (Réseau Local d'Entreprise) r Normalisé par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

• 802.3 décrit les réseaux avec une topologie en bus et une méthode d’accès aléatoire CSMA/CD (Ethernet).

• 802.4 décrit les réseaux avec une topologie en bus et une méthode d’accès à jeton (Token Bus).

• 802.5 décrit les réseaux avec une topologie en anneau et une méthode d’accès à jeton (Token Ring).

r Couvre les couches 1 et 2 du modèle OSI

• La couche physique • Sous-couche MAC (Medium Access Control)

r Synoptique

LLC

MAC

réseau

Physique

RESEAU

LIAISON

PHYSIQUE

802.2

802.3 CSMA/

CD

X3T9.5 ANSI

802.5 Token Ring


Support de cours 2/

LES RESEAUX LOCAUX

r une infrastructure de communications qui

• relie des équipements informatiques • permet de partager des ressources communes • Est limitée à quelques centaines de mètres.

r Caractéristiques La méthode d'accès

• décrit l’organisation de la communication entre stations • (ordre, temps de parole, organisation des messages).

Dépend étroitement de la topologie Le câblage constitue l'infrastructure physique

• paire téléphonique • câble coaxial • Fibre optique.


Support de cours 3/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE MAC Présentation

Elle a pour but de gérer les accès au réseau

Qui émet, comment et quand ? r Pourquoi ?

Plusieurs stations sur le réseau

Nécessité de définir des critères pour accorder les temps de parole.

r Solutions normalisées par IEEE

• Anneau à jeton • Bus à jeton • DPA • CSMA/CD

r Caractéristiques

• Chaque carte est identifiée par une adresse physique • Toute trame émise comporte l’adresse de l’émetteur et du

récepteur


Support de cours 4/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE MAC L'adressage

r Adressage physique des stations r Objectifs de l'adressage MAC

• Adressage local à la diligence de l'administrateur • Adressage universel

Adressage unique r Deux formats d'adresses définis par IEEE

Format long sur 48 bits (universel) Format court sur 16 bits (local)

r Format général

• Bit I/G : Unicast (0) ou broadcast (1) • Bit U/L : adressage global (0) adressage local (1)

I/G U/L Adresses

14 ou 46 bits


Support de cours 5/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE MAC L'adressage

r Format Long Définit un adressage global

• Les 3 premiers octets identifient le constructeur • La RFC 1340 définit les numéro affecté aux

constructeurs • Exemples :

00-00-0C : Cisco 00-00-AA: Xerox

r L'adresse de broadcast

• Valeur FF:FF:FF:FF:FF:FF • Correspond à une diffusion générale sur le réseau • Utilisée par ARP pour associée une adresse IP à une

adresse MAC r L'adresse multicast

• Adresse de groupe • Diffusion sur un nombre restreint d'équipements (vidéo)

r L'adresse unicast : adresse de la station

I/G 0 Numéro constructeur Numéro fourni par le constructeur

3 octets 3 octets


Support de cours 6/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE MAC

Format de la trame MAC

r synoptique

r Le préambule MAC contient

• Des bits de synchronisation • Les adresses MAC sources et destination

r Le champ données contient

• La trame de la sous-couche LLC • Les données des protocole de niveau supérieur

r Le contrôle MAC

• Contient le champ contrôle FCS • Polynôme générateur

X32 + X16 + X23 + X22 + X16 + X12 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + 1

Préambule Données Trame MAC Champ contrôle


Support de cours 7/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE LLC Présentation de LLC

r Logical Link Control r Rôle de la couche 2 du modèle OSI r Masque au service supérieur le type de réseau utilisé r Les sous-couches LLC échanges des LPDU similaire à HDLC r La sous-couche LLC est accessible à partir d'un point d'accès au service (LSAP)

• Le LSAP identifie le protocole de niveau 3 • Exemple : 06H Internet ARP (IP)

Couche Réseau (IP)

Sous-couche LLC

Sous-couche MAC

Couche Réseau (IP)

Sous-couche LLC

Sous-couche MAC

Trame IP

LPDU

Trame MAC

Interface


Support de cours 8/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE LLC Format des trames LLC

r Format général des LDPU

r Le bit I/G indique si le type de LSAP destination

• 0 LSAP individuel • 1 LSAP de groupe

r Le bit C/R indique s'il s'agit d'une commande ou d'une réponse

• 0 trame de commande • 1 trame de réponse

r Le champ contrôle identifie le type de LDPU

• Trame I (information) sur 8 ou 16 bits • Trame S (supervision) sur 8 ou 16 bits • Trame U (non numérotée) sur 8 bits

r LLC offre trois services qui reposent sur un usage différent de ces trames

Préambule MAC

I/G

@LSAP Destination

C/R

@LSAP Source

Données Contrôle MAC

Contrôle


Support de cours 9/

COUCHE LIAISON - LA SOUS COUCHE LLC Les services LLC

r Le service LLC de type 1 – LLC1

• Service sans connexion et sans acquittement (datagramme)

• Pas d'acquittement, pas de contrôle de flux ou d'erreur • LLC1 offre seulement l'identification du protocole de

niveau 3 (champs LSAP) • Utilisé sur Ethernet


• LLC2 : service avec connexion et acquittement. • Assure l'acquittement, le contrôle de flux, la reprise sur

erreur • Les paquets sont numérotés • Une connexion est établie


• Service sans connexion et avec acquittement. • Chaque trame envoyée est acquittée. • Réseaux industriels temps réels


Support de cours 10/

LA COUCHE PHYSIQUE - ETHERNET

r Les fonctions (rappel)

• Codage du signal • Raccord d’une station au média • Le média et sa topologie

r Synoptique des composants r PLS : Physical Link Signaling. Couplage logique et fonctionnel entre MAU et couche 2 => codage des signaux. r AUI : Attachment Unit Interface r MAU : Medium Attachment Unit. C’est le tranceiver.

PLS

MAU

CABLE COAXIAL

AUI

MAC

LLC



ETHERNET – TERMINOLOGIE r Ethernet :

• nom déposé par XEROX • Issu du système ALOHA • Développé dans les années 70 à Hawaï

r CSMA/CD : technique d’accès utilisée

• CS : Carrier Sense (écoute de la porteuse) • MA : Multiple Access (accès multiple) • CD : Collision Detection (détection de collision)

r 802.3 : norme qui spécifie les réseaux en bus et la technique d’accès sur ces réseaux r Différence 802.3 et Ethernet

• 2 versions d'Ethernet V1 et V2 • Essentiellement au niveau de la trame MAC et des fonctions du

Tranceiver



ETHERNET – METHODE D'ACCES

Principe de fonctionnement r Topologie en bus physique ou logique

r Fonctionnement général

1. Diffusion de la trame sur le réseau 2. Ecoute du média par l’ensemble des stations 3. Synchronisation sur le préambule des trames MAC 4. Lecture de l’adresse MAC Destination par toutes les

stations 5. L’adresse Destination correspond : MAC récupère les

bits et les transmet à LLC. L’adresse de destination ne correspond pas : la trame est ignorée

r Gestion des collisions

• deux stations peuvent émettrent simultanément • Nécessité d'un algorithme de gestion des collisions

Station B Station A



ETHERNET – METHODE D'ACCES La gestion des collisions

r 3 cas différents peuvent apparaître

1) Le réseau est silencieux : la station A émet.

2) Le réseau est occupé : la station A émet. B veut émettre. Elle doit attendre.

3) Le réseau est silencieux : les stations A et B émettent

Station B Station A

Station B Station A

Station B Station A

COLLISION



ETHERNET – METHODE D'ACCES La gestion des collisions : mécanisme général

r Elle est réalisée en trois temps 1) Détection de la collision ð Par le tranceiver (DCE) ð Qui en informe sa station ð Concerne toutes les stations connectées au réseau

2) Emission de bits de renforcement de collisions (jam) ð par les stations en causes ð les autres stations reçoivent ces bits de renforcement ð Concerne les stations responsables de la collision

3) Arrêt de toute émission ð Attente pendant un temps aléatoire ð N’importe quelle station peut ré-émettre ð Concerne toutes les stations connectées au réseau

4) Ré-émission ð Ré-émission après un temps aléatoire ð Rien ne garantit qu'il n'y aura pas une nouvelle collision



ETHERNET – METHODE D'ACCES La gestion des collisions

Round Trip Delay et taille de la trame

r La station A située à une extrémité du réseau émet. La station B située à l’autre extrémité du réseau émet à son tour r 2 cas peuvent se présenter 1er cas La station A reçoit l’information de collision pendant qu’elle est en train d’émettre. Elle est sûre d’être impliquée dans la collision. 2ème cas : la station A reçoit l’information après qu’elle a cessé d’émettre. La collision la concerne-t-elle ? Impossible à déterminer.

Seul le premier peut-être géré. r Le Round Trip Delay. Temps nécessaire à

• La propagation d’une trame d’un bout à l’autre du réseau et à la propagation en retour d’un signal de collision la concernant

• Egal à 498,9 bits times r Conséquences

• La trame doit avoir une taille minimale telle que son temps d’émission soit supérieur à 498,9 bits times.

• Taille minimale est de 512 bits (puissance de 2 immédiatement supérieure à 498,9 bits times)



ETHERNET – PARAMETRE DE BASES r Taille du réseau : 4 répéteurs maxi entre deux stations

• Nombre de répéteurs entre deux stations à 10 Mbits/s • Attention : il peut y avoir plus de 4 répéteurs sur un

réseau ! • Seulement 1 ou deux répéteurs à 100 Mbits/s

r Round trip delay : 512 bits times

• déduit de la valeur théorique 489,9 bits-times • identique pour réseaux 10 et 100 Mbits/s • 51,2 micro-secondes à 10 Mbits • 5,12 micro-secondes à 100 Mbits

r Taille du JAM : 32 bits

• bits de renforcement de collision • valeur binaire quelconque

r 16 ré-émissions de la trame en cas de collisions successives

• Après ces 16 ré-émissions, MAC cesse d'émettre • Remonte le problème aux couches supérieures

r Intervalles de tps de ré-émission

• égal à 512 bits times après la 1ere collision • égal à 5 milli secondes après la dixième



ETHERNET – PARAMETRE DE BASES r Taille minimale d’une trame Ethernet

• liée au round trip delay • égale à 64 octets • bits de bourrage si trame inférieure à cette taille

r Délai inter-trames

• 96 bits Times • 9,6 micro secondes à 100 Mbits/s • 0,96 micro secondes à 100 Mbits/s • délai nécessaire à l'interprétation correcte des signaux

r 1024 adresses maximum sur un même réseau

• valeur rarement atteinte • classe C IP : 254 adresses logiques

r Débit : 10, 100 Mbits/s ou 1 GigaBits/s le 100 Mbits/s

PréambuleMAC

I/G

@LSAP Destination

C/R

Donnéesutiles

ContrôleMAC

Contrôle@LSAP Source

Bourrage



ETHERNET – LA COUCHE PHYSIQUE Transmission du Signal

r Elle est réalisée essentiellement en bande de base (excepté le 10 broad 36) r Rappel Le codage bande de base est un signal carré

r Le codage Manchester est utilisé pour les différents réseaux Ethernet 10 Mbits/s

r les codages complexes sont utilisés pour les réseaux Ethernet haut débit.

codage 8B6T pour 100 Base T4 codage 4B5B pour le 100 Base X



ETHERNET – LA COUCHE PHYSIQUE Le média

r 3 types de média essentiellement utilisé r Le coaxial

• Gros coaxial. Connectique SUB D • Coaxial fin. Connectique T BNC • Coaxial TV. Connectique TV. • Topologie en bus

r La fibre optique

• 10 Mbits • 100 Mbits • topologie en étoile

r La paire torsadée

• 10 Mbits • 100 Mbits (100 base T4 ou 100 base TX) • Connectique RJ 45 • Topologie en étoile.



LES RESEAUX ETHERNET Les principaux médias

r 802.3 couvre la couche 1 physique et une partie de la couche 2 (sous couche MAC). La couche 1 spécifie pour chaque type de média les caractéristiques physiques et contraintes d’installation. r Dans 802.3, un nom est attribué pour chaque type de média. r Il est de la forme DD CCC MM DD Débit de transmission CCC Technique de codage des signaux Bande de base (Base) ou Large Bande (Broad) MM Distance maximum ou type de média r Exemples 10Base 5 = 10Mb/s, bande de base, segments de 500mètres 10 Base 2 = 10Mb/s, bande de base, segments de 200mètres 10 Base T = 10Mb/s, bande de base, paire torsadée 100 Base T = 100Mb/s, bande de base, paire torsadée.



ETHERNET – LA COUCHE PHYSIQUE Le tranceiver

r Emission et réception des données émises par le DTE r Détection des collisions

• Significative sur Ethernet 10 Mbits/s • Superposition de tensions sur coaxial • Emission simultanée en émission et réception sur autres

médias (fibre et paire torsadée) r Fonction Jabber

• Détection d'une station "bavarde" • Coupure de la transmission par le Tranceiver

r Signal SQE

• Signal Quality Error • Signal envoyé du tranceiver au DTE lors

o De l'activation de la fonction Jabber o D'une détection de collision o Pour test (optionnel)

• Possibilité de désactiver le test SQE



ETHERNET Comparaison Ethernet - 802.3

r Fonctions du tranceiver

• Test SQE optionnel en Ethernet V2 • Détection de collision en transmission seule pour

Ethernet V2 o Signal SQE après collision envoyé au DTE : o Après 5 bits times pour Ethernet V2 o Après 9 bits times pour 802.3

r Format de la trame

• Trame Ethernet V2 ou DIX (Digital, Intel, Xerox)

Type > 1500

• Trame 802.3

Type < 1500

Préambule @ MAC DST

@ MAC SRC

Type 2 octets

Données 46 à 1500 octets

FCS

Préambule @ MAC DST

@ MAC SRC

Longueur 2 octets

Données 46 à 1500 octets

FCS



LES RESEAUX ETHERNET

le 10 BASE 5

r 10 Mbits/S en bande de base sur câble coaxial d'une longueur maximale par segment de 500 mètres

r Caractéristiques

• Impédance de 50 + 2 Ω • Longueur maximum d’un segment est de 500 M • 4 Répéteurs maxi (5 segments) • Câble de couleur Jaune • 2,5 Mètres en 2 tranceivers • 100 tranceivers par segment

r Usages

• Environnement perturbé par IEM • confidentialité des échanges (pas de rayonnement du

câble coaxial) • limité par la rigidité du câble

Câble coaxial Tranceiver (prise vampire) Bouchon de terminaison

Drop cable



LES RESEAUX ETHERNET 10 base 2 ou coaxial fin

r10 Mbits/S en bande de base sur câble coaxial d'une longueur maximale par segment de 200 mètres rversion économique (Thin Ethernet)

r Caractéristiques

• Impédance de 50 + 2 Ω • Longueur maximum d’un segment est de 185 M • Câble de couleur noire • 0,5 Mètres entre 2 stations • 30 stations par segment

r usages

• réseaux de petites dimensions • pratiquement abandonné

T BNC Bouchon terminal

Bouchon terminal



LES RESEAUX ETHERNET 10 base 2 : le câblage

r Câblage volant

r Pré-cablage BNC

r Pré-câblage avec prises auto-shunt



LES RESEAUX ETHERNET 10 base T

r 10 Mbits/s sur paire torsadée r Conçue pour s’adapter aux câbles en paires téléphoniques r Pas spécifique à Ethernet (à l’inverse de 10BASE5 et 10BASE2) r Topologie physique en étoile r Définit plusieurs niveaux de performances en fonction de la qualité du câble r 5 Catégories Catégories 1 et 2. Câbles pour voix et transmission de données à faible vitesse (ex : RS232 à 9600 bauds sur 15 mètres) Catégorie 3. câbles pour voix et données avec des spécifications jusqu’à 16 Mhz. (ex : Ethernet 10Mbits/s) Catégorie 4. câble à faibles pertes pour voix et données avec des spécifications jusqu'à 20 MHZ pour un usage à 16Mbits/s (ex : token ring). Catégorie 5. Câble à faibles pertes et fréquences élevées avec des spécifications jusqu’à 100 MHZ. (ex : 100BASE TX).



LES RESEAUX ETHERNET 10 base T : le câblage

r répéteur multiport ou hub

• 8, 12, 16, 24, 48 ports disponibles • Possibilité de chaîner les hubs (cascade ou pile) • Etat du lien (Link Status)

r Topologie en étoile autour du concentrateur (hub)

r Cascade de hub

• Jusqu'à 4 hubs prévus • Connexion des hubs via un port spécial MDI

r Les hubs stackables

• Pile de hubs • Connecté via un bus haute vitesse particulier (non

normalisé) • Possibilité d'empiler plusieurs hubs



LES RESEAUX ETHERNET L’Ethernet rapide

r Compatibilité 10 base T assuré avec la reprise du protocole CSMA/CD

r Le Fast Ethernet se décline en trois normes selon le support utilisé

• le 100 base TX qui fonctionne sur 2 paires d’un câble catégorie 5 ou 150 ohms (STP, Shielded Twisted Pair)

• la 100 base FX qui fonctionne sur un câble fibre optique

multimode

• le 100 base T4 qui fonctionne sur 4 paires d’un câble catégorie 3, 4 ou 5

o une paire en émission (1 et 2), o une paire en réception (3 et 6) o 2 paires bi-directionnelles (4,5 et 7,8)

r Auto-négotiation sur les hubs

• Fonction Link Detection (signal fast link pulse) • Ordre de négociation

o 100Base-TX (Full duplex) o 100Base-T4 o 100base-TX o 10baseT (Full duplex) o 10baseT



LES RESEAUX ETHERNET 100 base T : le câblage

r Topologie identique au 10 base T r Conséquence de l'augmentation du débit

• Round trip delay ramené à 5,12 micro secondes (512 bits times à 100 Mbits/s)

• Conséquence sur la distance entre deux stations r Deux types de hubs

• Hub de classe I

Regénération du signal en fonction du type (100 base TX ou T4)

• Hub de classe II

Pas d'hétérogénéité des ports Deux Hubs en cascade sur un lien <= 5 m

100 m 100 m

100 m 100 m 5 m



LE CABLAGE r Composante essentielle du réseau r Les locaux techniques

• Local Nodal (salle des machines par exemple) • LTE (Local technique d’étage) • LTE irrigués par des rocades

r Cheminement de câble

• Cheminements principaux (Rocades et distribution) • Cheminement de bureau

r Cheminement principaux

• Bonne protection mécanique (chemin de câbles) et électromagnétique

• Séparation courant fort/ courant faible • Câble FTP catégorie 5

r Cheminement de bureau

• Goulotte • Faux plafond • Faux plancher (> 30 cm du sol) • Câble UTP



ETHERNET Tableau récapitulatif

Norme Codage Média Caractéristiques 10Base 5 Manchester Coaxial 50 Ù Topologie bus

Longueur maximum d’un segment : 500m Nb maximum de répéteurs par réseau : 4 Nb maximum de tranceivers / segment : 100 Long. maximum d’un câble tranceiver : 50m Distance minimum entre 2 tranceivers : 2,5m

10Base 2 Manchester

Coaxial 50 Ù (Thin Ethernet)

Topologie bus Longueur maximum d’un segment : 185m Nb maximum de répéteurs par réseau : 4 Nb maximum de tranceivers / segment : 100 Long. maximum d’un câble tranceiver : 50m Distance minimum entre 2 tranceivers : 0,5m

10 Base T (UTP)

Bande de Base (Manchester)

Paires torsadées C5

Topologie étoile 100m / branche Nb max de hubs en cascade : 4 Catégorie 3 : Usage à 10Mbps (10Base T) Catégorie 4 : Usage à 16Mbps (10Base T, Token ring) Catégorie 5 : Usage à 100Mbps (10Base T, Ethernet, Fast Ethernet, 100VG, TPDDI)

10Base F Bande de Base (Manchester)

Fibre multimode

2 Km / branche Topologie étoile (liaisons point à point) Nb maximum de hubs logiques : 2

100 Base T4 8B/6T Paires torsadées C3, C4, C5

Topologie en étoile 100m / branche Répéteur de classe I ou II

100 Base TX 4B/5B Paires torsadées C5

Topologie en étoile 100m / branche Répéteur de classe I ou II

1000 Base LX

8B/10B Fibre multimode ou monomode

Topologie en étoile Environ 500 m 3 km sur monomode

1000 Base TX

PAM-5 Paires torsadées C6

Topologie en étoile 100m / branche



AUTRES RESEAUX LOCAUX- TOKEN RING Méthode d’accès

r La norme IEEE 802.5 spécifie un réseau local en boucle r chaque station est reliée à sa suivante et à sa précédente par un support unidirectionnel.

r Le droit à la parole est matérialisé par un jeton rr Le temps au bout duquel une station finit par avoir le droit de parler est déterminé en fonction du nombre de stations et la longueur du câble. r Méthode d’accès déterministe



AUTRES RESEAUX LOCAUX- TOKEN RING Mécanisme général

r Le droit d'émettre est matérialisé par une trame particulière " le jeton ou Token ". r Le jeton circule en permanence sur le réseau. r Une station qui reçoit le jeton peut émettre une ou plusieurs trames (station maître). r Si elle n'a rien à émettre, elle se contente de répéter le jeton (station répéteur). r Chaque station du réseau répète ainsi le jeton ou le message émis par la station maître, il n'y a pas de mémorisation du message, un bit reçu est immédiatement retransmit. Le temps alloué à une station pour la répétition d'un bit correspond à un temps bit (Possibilité de modifier bit à bit le message). Chaque station provoque ainsi un temps bit de retard dans la diffusion du message. r Notons que le jeton n'a nullement besoin de contenir l'adresse d'un destinataire, le destinataire est la station qui suit physiquement celle qui le détient (technique du jeton non adressé).



AUTRES RESEAUX LOCAUX- TOKEN BUS Présentation

r La norme IEEE 802.4 spécifie un réseau à réservation sur une topologie en bus r peut-être perçu comme une synthèse de 802.3 et 802.5

• Topologie physique en bus identique à Ethernet • Gestion d'un jeton identique à Token ring

r Synoptique

r Norme complètement dépassée

Bus physique

Anneau logique



AUTRES RESEAUX LOCAUX - 100bVG AnyLan

r N’est pas un réseau ETHERNET à proprement parlé r Ne repose ni sur le CSMA/CD ni sur la technique du round robin r Supporte cependant les trames 802.3 et 802.5. r Comment ?

• concentrateur 100bVG • méthode d’interrogation DPAM • protocole déterministe propre aux transferts des flux

isochrones (voix, vidéo)

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