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Réseaux Locaux Filaires 1

Les Réseaux Locaux Filaires

A. QuidelleurSRC1 Meaux 2007-2008

M22.1 - Réseaux et Services sur RéseauxMatière – Infrastructure des Réseaux

Présentation des services - infrastructure des réseaux

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Plan

Les supports des réseaux filaires

Les méthodes d’accès au support

Ethernet – La norme IEEE 802.3

Les équipements d’interconnexion

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Les supports de transmission des réseaux locaux filaires

La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

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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 d’un support détermine aussi les conditions de câblage

Flexibilité du support souhaitable ou non Coût de la connectique

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Les supports de transmission des réseaux locaux filaires

La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

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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 s’enroulent 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

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Pourquoi transmettre sur deux fils ?

La transmission différentielle annule le bruit additif.

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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.

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Protection contre le bruit

Pour protéger le signal des perturbations extérieures, diverses techniques

L’écrantage : L’ensemble des paires ou chaque paire est entourée d’un film de polyester recouvert d’aluminium. FTP = Foiled Twisted Pair

Le blindage : contre les perturbations électromagnétiques pour chaque paire d'un câble ou pour l'ensemble à l'aide d’un 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 blindé Ecranté Blindé

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Caractéristiques

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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

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Les catégories de paires torsadées

Les plus anciennes

Catégorie

Usage Bande passante

Longueur

Application

1 & 2Obsolètes

Voix et données à faible vitesse

1MHz / 2MHz

15m Services téléphoniques

3 Voix et données à 10Mbit/s

16MHz 100m Ethernet 10baseT

4 Voix et données à 16Mbit/s

20MHz 100m Token-Ring, Ethernet 10Mbit/s

5 Voix et données à hautes fréquences, jusqu’à 100Mbit/s

100MHz

100m Ethernet 10Mbit/s, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet

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Les catégories de paires torsadées

Les catégories supérieures présentent des bandes passantes plus élevées.

Catégorie Bande passante

5e 1 GHz

6 250 MHz

7 600 MHz

7e(en cours d’étude)

1 GHz

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Les supports de transmission des réseaux locaux filaires

La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

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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

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La connectique des câbles coaxiaux : BNC

British Naval Connector Connecteur de câble BNC : soudé ou serti à l’extrémité du

câble Connecteur BNC en T : relie carte réseau et câble Prolongateur BNC : relie deux segments de câble coaxial

afin d’obtenir un câble plus long. Bouchon de terminaison BNC : à chaque extrémité du

câble d’un réseau en bus pour annuler les réflexions (adaptation d’impédance)

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Les supports de transmission des réseaux locaux filaires

La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique

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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

C’est de la modulation d’amplitude en tout ou rien (OOK).

Un câble optique

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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 l’extérieur, difficulté de se mettre à l’écoute)…

La fibre est bon marché mais la connectique coûte cher (grande précision requise)

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Domaines d’application des trois supports

Support Bande passante

Application Réseau

Paire torsadée > 100 kHz Téléphonie, LAN Ethernet, Token Ring

Câble coaxial > 100 MHz Téléphonie, LAN, MAN

Anciennement Ethernet, Token Bus

Fibre optique > 1GHz LAN, MAN, WAN Interconnexion de réseaux locaux éloignés

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Les méthodes d’accès au support

L’architecture IEEE

Les protocoles d’accès au support

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Le modèle IEEE

L’IEEE est un organisme de normalisation qui a entrepris l’élaboration de standards pour les réseaux locaux en 1979.

Il propose un modèle d’architecture pour les couches 1 et 2 du modèle OSI.

Physique

Liaison

Réseau

Transport

Session

Présentation

Application

Physique

Contrôle d’accès 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.

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La sous-couche LLC

La sous-couche MAC gère l’accès au médium : elle ne prévoit rien en cas de détection d’erreur, n’assure 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 l’interface 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

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L’adressage IEEE

L’adresse MAC identifie de manière unique une adresse dans le monde (adresse physique liée au matériel). Adresse régie par l’IEEE.

Format de l’adresse MAC : 48 bits (6 octets)

Adresse de diffusion (Broadcast Address) : FF-FF-FF-FF-FF-FF.

Bit I/G = 0 @ individuelle

Bit I/G = 1 @ de groupe (utilisé dans le cadre de la diffusion à un groupe, multicast)

Bit U/L = 0 @ universelle (format IEEE)

Bit U/L = 1 @ locale (format propriétaire - Token Ring)

I/G U/L Adresse

constructeur 22 bits

Sous - Adresse

sur 24 bits

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Les codes réservés aux constructeurs

Constructeur 3 premiers octets de l’adresse MAC (en hexadécimal)

Cisco 00 : 00 : 0C

3Com 00 : 00 : D8 – 00 : 20 : AF02 : 60 : 8C – 08 : 00 : 02

Intel 00 : AA : 00

IBM 08 : 00 : 5A

DEC 08 : 00 : 2B

Sun 08 : 00 : 20

Cabletron 00 : 00 : 1D

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Remarque : Adresse MAC / Adresse IP ???

Attention à la confusion Adresse MAC/Adresse IP !!!

L’adresse 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 : l’adresse IP.

L’adresse 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, l’étage, etc. …

Si l’ordinateur change de réseau, son adresse IP change.

L’adresse IP a une portée globale (elle localise la machine dans le monde) ; l’adresse MAC a une portée locale (une fois la machine localisée, on l’identifie par « son nom »).

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Les méthodes d’accès au support

L’architecture IEEE

Les protocoles d’accès au support

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Pourquoi une méthode d’accès ?

Plusieurs machines se partagent un même support : il faut définir une méthode régissant l’accès à ce support. C’est le rôle de la couche MAC.

Il existe de nombreuses techniques centralisées ou distribuées : une station primaire est

chargée de régler les conflits d’accès ; ou distribution du contrôle sur l’ensemble des stations

statiques ou dynamiques déterministes ou non (garantie d’un temps d’accès) équitables ou non (vis à vis des possibilités d’accès au

support à chacune des stations) avec ou sans contentions d’accès (collisions de trames)

Etude en TD des diverses méthodes

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Ethernet – La norme IEEE 802.3

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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 d’écoute de la porteuse et de

détection de collision.

La norme IEEE 802.3 couvre la sous-couche MAC et la couche 1 du protocole qu’on désigne habituellement par les termes « 802.3 », « CSMA/CD », ou « Ethernet »

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Acces with Collision Dectection) est un sigle qui caractérise la technique d’accès utilisée pour attribuer le droit de parole dans le réseau.

Ethernet est un nom déposé par Rank Xerox. « éther » = au XIXème siècle, l’espace à travers lequel

étaient censées se propager les ondes « net », abréviation de network.

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Réseaux Locaux Filaires 31

Architecture physique d’Ethernet

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 d’installation : augmentation du nombre de câbles

nécessaires Normalisation pour 3 supports : câble

coaxial, paire torsadée et fibre optique

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1

2

3

Le protocole d’accès CSMA/CD Une station souhaitant émettre écoute le support

Si le support est libre, elle émet et écoute jusqu’à 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 d’inter-trame

Cas du support libre Cas du support occupé

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Pourquoi un temps d’inter-trame ?

Temps d’inter-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 émet S2 émet

S2 écoute

Délai d’intertrame

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Apparition d’une collision

L’écoute 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 émetS2 écoute

Collision de transmission

S3 émet

S3 écoute

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Réseaux Locaux Filaires 35

Gestion d’une 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 l’introduction d’une valeur

moyenne non nulle dans le signal. Remarque : code utilisé = Manchester pour le bus ;

Manchester différentiel pour étoile

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Réseaux Locaux Filaires 36

Gestion d’une 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 d’émettre :

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

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Gestion d’une collision

3ème étape : Résolution de la collision Les stations en collision tirent un temps aléatoire MRTD,

M étant calculé selon l’algorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff ).

Elle réitèrent leur transmission au bout du temps MRTD.

L’algorithme du BEB

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La période de vulnérabilité

C’est la durée pendant laquelle une trame est susceptible de subir une collision.

Si t est temps de propagation d’un signal entre les deux stations S1 et S2, la période de vulnérabilité est 2t.

S1 S2

À t0, S1 commence à émettre une trame

S1 S2

À t0 +t - , S2 détecte le canal libre et émet une trame

S1 S2

À t0 +t, S2 détecte la collision, stoppe sa transmission et envoie une séquence de bourrage

S1 S2

À t0 +2t, S1 détecte la collision

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Taille minimale de la trame Ethernet

Conditions pour qu’une 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 (2t) 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 802.3 : 10Base5, 4 répéteurs au maximum avec des tronçons de 500 m soit une taille max. de 2.5 km

Sur coaxial, vitesse = 100 000 km/s.

taille min. de 512 bits = 64 octets Débit

trame.Longs10.5t2 5

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Le temps de retournement

Le Round Trip Delay (RTD) ou temps de retournement est le temps total nécessaire à 

la propagation d’une trame d’un bout à l’autre du réseau

la détection d’une éventuelle collision provoquée par cette trame à l’extrémité du réseau

la propagation en retour de l’information de collision.

Exemple précédent : RTD = 512 Tb

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Réseaux Locaux Filaires 41

Résumé des paramètres du protocole CSMA/CD

Paramètre Signification Valeur

Slot Time Fenêtre de collision 512 temps bit*

= temps de retournement = RTD

Interframe Gap Attente entre deux transmissions 96 temps bit

Attempt Limit Nombre maximal de retransmission 16

Backoff Limit Limite maximale de l’intervalle de tirage 10

Jam Size Taille de la séquence de bourrage 4 octets

Max Frame Size Longueur maximale de la trame 1518

octets

Min Frame Size Longueur minimale de trame 64

octets

Address Size Longueur du champ d’adresse 48 bits

* Temps bit calculé en fonction du débit, pour Ethernet à 10 Mbit/s, 1 temps bit = 0.1

µs

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Le format des trames IEEE 802.3

Sur un bus, toutes les stations voient toutes les trames chaque trame contient @ source et @ destinataire

Chaque carte Ethernet contient une adresse unique : adresse MAC

7 octets

Marqueur de

début

1 octet

Amorce Adresse destinatio

n

2 ou 6 octets

Adresse sourceLongueur

2 octets2 ou 6 octets

Données Octets de bourrage

FCS

4 octets

Présente en début de trame 7octets initialisés à 10101010 (permet de synchroniser les horloges des stations réceptrices)

Marqueur de début de trame (Start Frame Delimiter)

octet à la valeur 10101011 (permet la synchronisation par caractère)

2 ou 6 octets pour une @ locale ou non

Frame Control Sequence Détection d’erreurs

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

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Réseaux Locaux Filaires 43

Les variantes de la norme IEEE 802.3

La norme 802.3 spécifie pour chaque type de médium

les propriétés physiques les contraintes d’installation, 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 d’un 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)

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Réseaux Locaux Filaires 44

Spécifications IEEE 802.3

Nom Type decâblage

Long.max.d’un

segment

Nbre max.de stations/ segment

Remarques

10Base5 Coaxialépais(Thicknet)

500 m 100 Adapté aux réseaux fédérateursNbre max. de segments : 5Distance min. entre lestransceivers : 2.5 mDistance max. du câble autransceiver : 50 m

10Base2 Coaxial fin(Thinnet)

200 m 30 Système le moins cherNbre max. de segments : 5Distance min. entre lesconnecteurs en T : 0.5 m

10BaseT Pairestorsadées

100 m 1024 Maintenance facileDistance max. hub à hub ourépéteur à répéteur : 100 m

10BaseF Fibreoptique

2000 m 1024 Le plus adapté entre plusieursimmeubles

Obso

lète

s

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Réseaux Locaux Filaires 45

Extensions d’Ethernet

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

/RH

D a

u

S2

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Réseaux Locaux Filaires 46

Quel support pour quel Ethernet ?

Ethernet 10 Mbit/s 10 BASE 5 Coax jaune 5010 BASE 2 Coax “ Thin ” 5010 BASE T Cat 5 UTP ou STP10 BASE T4 Cat 3, 4 ou 510 BASE FX Fibre multi ou mono

Ethernet 100 Mbit/s 100 BASE TX Cat 5 UTP ou STP100 BASE T4 Cat 3, 4 ou 5 UTP/STP100 BASE FX Fibre multi ou mono100 VG AnyLan Cat 3, 4 ou 5 UTP/STP

Gigabit Ethernet 1000 BASE T Cat 5 UTP1000 BASE CX Coax1000 BASE SXFO multimode1000 BASE LXFO monomode

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Les équipements d’interconnexion des réseaux locaux filaires

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Réseaux Locaux Filaires 48

Le répéteur

Il permet d’étendre le réseau plus loin que les limitations dues au câble

Fonctionnement d’un répéteur: Transmettre les bits reçus sur un port à l’autre port En cas de collision sur un port, transmettre l’effet de la

collision (bits aléatoires)

Le répéteur n’agit qu’au 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

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Le hub

Pour les supports à base de paires torsadées C’est 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

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Règle de câblage

Pas plus de 4 hubs entre 2 postes, pas de boucles.

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Réseaux Locaux Filaires 51

Le pont et le commutateur

Les ponts (bridges) sont des systèmes intermédiaires qui acheminent les paquets dotés d’adresses 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.

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Réseaux Locaux Filaires 52

Remarque : Le routeur

Confusion courante avec le commutateur, mais attention !!!

Commutateur = niveau 2 Routeur = niveau 3. Voir cours adressage IP.

Le routeur Analyse l’adresse réseau (@IP) des trames pour prendre une

décision de routage. Gère des tables de routage (@réseau, port de sortie)

statiques ou dynamiques. Plus complexe, lent et coûteux que le pont. Interconnexion de grands réseaux TCP/IP sur de longue

distance.

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Réseaux Locaux Filaires 53

Récapitulatif

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

7

6

5

4

3

2

1

ROUTEUR

PONT, COMMUTATEUR

REPETEUR,

HUB

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Câblage d’un immeuble

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Réseaux Locaux Filaires 55

Câblage d’un immeuble

Baies debrassage

Câblagehorizontal

Interconnexion(Dorsale)

Prises

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Réseaux Locaux Filaires 56

Bibliographie

Support de cours « Réseaux Locaux », C. Bernard, IUT SRC Avon, 2002-2003

Support de cours « Réseaux Locaux », Périno, ENST Paris, 2000

Support de cours « Ethernet », J-Y Leboudec, S. Robert, EPFL 2002.

Transmissions et Réseaux, S. Lohier, D. Présent, éd. Dunod

Les Réseaux, A. Tanenbaum, éd. Dunod