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Réseaux et Transmission de Données

4 - Couche MAC

Maîtrise EEA

Olivier Fourmaux

Basé sur la 3éme édition du livre du Pr. A. S. Tanenbaum :

Computer Networks

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Plan du cours de RTD

1. Introduction (3h)

2. Couche Physique (3h)

3. Couche Liaison (3h)

4. Couche d'Accès au Médium (3h)

5. Couche Réseau (9h)

6. Couche Transport (6h)

7. Applications (6h)


Introduction

" Deux types d'accès à la liaison :

� point-à-point

� diffusion (broadcast)

" Utilisation d'un média partagé

� comment gérer l'accès concurrent ?

" ex: une audio-conférence

� nécessité de protocole d'accès au médium

" Sous-couche MAC

� partie basse de la Couche Liaison


Plan - Couche MAC

" Allocation du Canal

" Protocoles d'Accès

" Standards IEEE 802

" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


Allocation Statique

" N utilisateurs = N canaux

� multiplexage classique

" Fréquenciel (FDM)

" Temporel (TDM)

" Inefficace pour le trafic de données

� trafic par rafales (burst)

" canaux vides la plupart du temps

" pas de récupération de bande passante


Allocation Dynamique" N utilisateurs pour 1 canal

" Caractéristiques clés :

� Utilisation d'un canal unique

" toutes les stations sont équivalentes

� Gestion des collisions

" transmission de plus d'une trame simultanément

� Gestion du temps

" émission n'importe quand (temps continu)

" émission dans un intervalle (slot) (temps discrétisé)

� Détection de porteuse (Carrier Sense)

" vérification de la disponibilité du canal avant émission


Plan - Couche MAC




" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


Pure ALOHA

" Université de Hawai (1970) (« Aloha » = « bonjour »)

� initialement pour réseau radio

� liberté totale d'émission

� détection de collisions par écoute et retransmission différée avec un délai aléatoire si besoin


Slotted ALOHA

" Capacité de transmission doublée en discrétisant le temps :

" Taux max = 1/e


CSMA

" Carrier Sense Multiple Access

" Protocoles à détection de porteuse

� CSMA 1-persistent

" écoute du canal avec attente de libération et émission immédiate (si collision, retransmission différée)

� CSMA non-persistent

" écoute du canal, si celui-ci est occupé, écoute différée (émission sur une écoute de canal libre)

� CSMA p-persistent

" probabilité d'émission après une écoute avec attente


Comparaison


CSMA/CD

" Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

" Améliorations :

� arrêt d'émission immédiat si collision

� périodes de contention pendant lesquelles les stations tentent d'émettre (délais = 2 temps de prop.)

� plus de collisions pendant l'émission des données


Protocoles sans collisions

" Exemple : Basic Bit-Map

� période de contention = N slots

� réservation pour l'émission des prochaine trames


Plan - Couche MAC




" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


IEEE 802 (ISO 8802)

" Standard IEEE pour les LAN

� CSMA/CD (Ethernet)

� token bus

� token ring

" 802.1 structure et interfaces

" 802.2 partie supérieure de la Couche Liaison

� LLC = Logical Link Control

" 802.3 / 802.4 / 802.5 Couches PHY et MAC

� spécifique aux 3 types de LAN


802.3 - CSMA/CD - Ethernet

" LAN basé sur 1-persistent CSMA/CD

" Basé sur Ethernet 10Mbps

� Xerox, DEC, Intel

� Issu du Xerox Ethernet " thèse de Metcalfe et Boggs (1976)

" CSMA/CD à 2.94Mbps sur cable coax. de 1km

" inspiré de ALOHA

" généralement et abusivement appelé Ethernet


802.3 et Cablage (1)

" 10Base5 sur coax épais jaune (thick coax)

� 500m et 100 machines par segment

" 10Base2 sur coax fin noir (thin coax)


" 10Base-T sur paires torsadées


" 10Base-F sur fibre optique



802.3 et Câblage (2)

" Gestion de la C.D. par un transceiver


802.3 et Topologie" Généralisable sous forme d'arbre

" Pour relier plusieurs segments : répéteurs

" Limitation entre 2 transceivers :

� 2500m maximum

� 4 répéteurs


802.3 et Codage Manchester" Pour synchroniser et indiquer la présence d'un signal

" Utilisé dans tout les codages bande de base 802.3 avec� niveau bas = -0.85v

� niveau haut = + 0.85v

" Nécessité de doubler la bande passante


802.3 et Protocole MAC (1)

" Préambule : 7 octets 10101010

� synchronisation 10Mhz pendant 5,6µsec.

" Début de trame : 1 octet 10101011

" Adresses sur 6 octets :



" Adressage IEEE 802.3 (MAC)

� 6 octets

� 3 types :

" unicast (0...),

" multicast (1...) ou broadcast (FF.FF.FF.FF.FF.FF)

� 2 mode

" global (assigné par l'IEEE)� uniques� 23 bits pour désigner le fabricant

� 23 bits pour identifier le matériel de celui-ci

" local (assigné par l'administrateur)



" Taille min. = 64octets (51.2µsec)


802.3 et Performance

" Efficacité 802.3 à 10Mbps et avec un slot de 512bits (64octets)


802.3 Commuté

" Augmentation des performances sans changer les cartes installées.


802.4 - Token Bus" Déterministe (802.3 délai non borné)

" Topologie linéaire (ou arbre) sur coax. 75ohm (TV)

" Construction d'un anneau virtuel

" Échange d'une trame particulière, le jeton (token) à son voisin

" Seul le possesseur du jeton peut émettre (1.5 et 10Mbps)

" Complexe


802.4 et Protocole MAC

" 4 classes de priorité

" Gestion de l'anneau par envoi de trame d'interrogation� Envoi de ses deux adresses adjacentes et réponse des membre

intermédiaires (classement selon les adresses)

" Trame différentes de 802.3 :


802.5 - Token Ring" Déterministe (802.3 délai non borné)

" Topologie en anneau (= somme de liaisons point-à-point)

" Circulation du jeton (token) sur l'anneau

" Retrait de la trame transmise (1, 4 et 16 Mbps) par l'émetteur


802.5 - Token Bus en Étoile" Problème du maintient

de l'anneau

" Utilisation d'un hub spécifique

" Reconfiguration de l'anneau en cas de problèmes avec une station


802.5 et Protocole MAC" Jeton de 3 octets (a)

" Temps de possession du jeton limité (10ms)

" Access Control : indique les priorités et la disponibilité du jeton

" Utilisation d'une station de contrôle pour superviser le jeton


Comparaison 802

" Performances équivalentes

" 802.3 " le plus répendu

" le plus simple

" rajout de station à chaud

" pas de délais à faible charge

" taille mini = 64octets

" non déterministe

" pas de priorités

" dégradation à forte charge

" 802.4" priorités

" déterministe (si pas de perte du jeton)

" performant à forte charge

" très complexe

" 802.5 " priorités

" déterministe

" détection des problèmes de câble

" performant à forte charge

" bon comportement à forte charge

" en partie centralisé[email protected] Maîtrise EEA / RTD-4 / Page 32

LLC

" Fonctionnalités de la couche liaison

� voir les services de la couche liaison (fiabilité...)

" Masque la technologie 802.x utilisée


Plan - Couche MAC




" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


Interconnexion de LAN

" Bridge utilisé au niveau de la Couche Liaison

� Ex: interconnexion de plusieurs LAN à un backbone pour obtenir une capacité supérieure


Pont 802.x vers 802.y (1)


Pont 802.x vers 802.y (2)


Transparent Bridges (1)

" Configuration automatique

" Sans connexions

" Localisation par apprentissage progressif (Backward Learning)

" Complexité dans les ponts


Transparent Bridges (2)


Spanning Tree Bridges" Routage non optimal (élection d'un point de départ puis

construction d'un arbre recouvrant)


Source Routing Bridges" Non transparent

" Configuration manuelle

" Orienté connexion

" Complexité dans les hôtes

" Token Ring


Remote Bridges

" Interconnexion de LAN par liaisons longue distance :


Plan - Couche MAC




" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


FDDI (1)" Fiber Distributed Data Interface

� 100 Mbps pour 1000 stations

� 200 km (MAN plutôt que LAN)

� gestion avec jeton


FDDI (2)

" Double anneau optique avec reconfiguration


FDDI (3)

" Format de la trame FDDI

� codage 4 pour 5 (4B5B)


Fast Ethernet

" IEEE 802.3u (1995)

" 100Base-T4

� 4 paire torsadée UTP Cat 3 (25 Mhz) sur 100m

� code 8B6T (8 bits pour 6 signaux ternaires par paires)

" 100Base-TX

� paire torsadé UTP Cat 5 (125 Mhz) sur 100m

� code 4B5B compatible FDDI - full duplex

" 100Base-F

� fibre optique sur 2000m - full duplex


HIPPI (1)

" HIgh Performance Parallel Interface

� Interface standard entre super-ordinateurs

� KISS (Keep It Simple, Stupid)

� 1600 Mbps (2 câbles)

� interface de 50 bits

" 32 pour les données


HIPPI (2)

" Commutateur Crossbar HIPPI :


Fibre Channel

" Successeur de HIPPI

� beaucoup plus complexe mais fédérateur :


Plan - Couche MAC




" Ponts

" LAN Haut Débit

" Problèmes


Pb.1" Expliquez le principe de fonctionnement du codage Manchester et Manchester différentiel

" Remplir un schéma correspondant à la suite de bits :

� 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0


Pb.2

" CSMA/CD

� a)A l’aide d’un croquis, expliquez comment une collision peut se produire avec la méthode d’accès CSMA/CD.

� b)Au bout de combien de temps et dans quelles conditions, une station émettrice peut−elle s’apercevoir que la trame qu’elle a émise n’ai pas entrée en collision?

� c)On considère un réseau local Ethernet sans répéteur. Calculer la distance d

min de couverture

du réseau suivant les hypothèses suivantes: débit=10Mbit/s, temps de propagation t

prop=5.10−

6s/km, longueur minimale de trame lmin=64octets.

� d)Si vous deviez mettre en place un réseau CSMA/CD à 1Gbps sur un câble de 1km sans répéteurs. La vitesse du signal dans la câble est de 200000km/sec. Quelle est la taille minimale de la trame ?


Pb.3

" On considère un réseau local comportant quatre stations désignées par A, B C et D. Chaque station accède au support en utilisant le protocole de l’anneau à jeton. Elle peut transmettre au plus un trame de données. Le jeton est relâché après l’émission de la trame.

� Sur cette station, le temps de propagation entre chaque station est de 1ms, le temps de transmission d’une trame est de 4ms (entête incluse), le temps de transmission du jeton est de 1ms. On néglige le temps de traitement de chaque station.

" a)Dessinez un diagramme des temps gradué en ms décrivant le déroulement des différentes transmissions de trames suivant le scénario suivant:

� A t = 0, D possède le jeton

� A t = 0, B veut transmettre 2 trames

� A t = 4, A veut transmettre 1 trame

� A t = 8, D veut transmettre 1 trame� A t = 23, C veut transmettre 2 trames

" b)Quelle est la durée totale de l’exécution de ce scénario?

" c) Quel est le temps d’accès moyen au support pour ce scénario?


Pb.4

" Soit un anneau comportant N stations. La taille maximale d’une trame est de d bits. L’anneau a une longueur de L km et permet un débit binaire de D bits/s. La vitesse de propagation des ondes est de V km/s. (Valeurs numériques: L=3km, V=300000km/s, d=1000bits, N=10)

� a)Pensez vous que cette topologie permette de transporter de la voix numérisée? Pour vous aider, calculez les données suivantes:

" Quel est le temps maximal de détention du jeton par une station (temps d’émission d’une trame et temps pendant lequel le jeton ne peut être utilisé par une autre station)?

" En déduire le temps maximal d’attente du jeton par une station.

� b)Que pensez vous des performances de l’anneau à jeton quand l’anneau s’agrandit ou que le débit augmente? Pour vous aider, calculez les données suivantes:

" Quelle est la proportion de l’anneau utilisée lors de la propagation d’une trame ?

" Que devient cette proportion si la longueur de l’anneau augmente et si le débit augmente ?


Pb.5

" Analysez les trames suivantes :

� 1)

" ffff ffff ffff 0050 046a 226e 0806 0001 0800 0604 0001 0050 046a 226e c021 b6b6 0000 0000 0000 c021 b6b5

� 2)

" 0050 046a 226e 0010 5a31 974e 0806 0001 0800 0604 0002 0010 5a31 974e c021 b6b5 0050 046a 226e c021 b6b6 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

� 3)

" 0010 5a31 974e 0050 046a 226e 0800 4500 0054 be9b 0000 4001 ce5e c021 b6b6 c021 b6b5 0800 0393 4059 0000 2669 da38 c06e 0800 0809 0a0b 0c0d 0e0f 1011 1213 1415 1617 1819

� 4)

" 0050 046a 226e 0010 5a31 974e 0800 4500 0054 e36e 0000 8001 698b c021 b6b5 c021 b6b6 0000 0b93 4059 0000 2669 da38 c06e 0800 0809 0a0b 0c0d 0e0f 1011 1213 1415 1617 1819 0000

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