ETHERNET – LONGUE DISTANCE – COMME RESEAU DACCES

ETHERNET – LONGUE DISTANCE – COMME RESEAU D’ACCES

INTRODUCTION

27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 2

Positionnement des réseaux d’accès:

MANRéseaux

métropolitains

Structured’interconnexionBus

LANRéseaux locaux

WANRéseaux étendus

1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km

Ethernet et ses évolutions (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet)

Réseaux d’accès

INTRODUCTION


Contraintes:

• Couverture d’au moins 10 km

• Débit entre 10 mbit/s et 10 gbit/s

• Environnement et support (perturbation)

• Conformité au modèle OSI

• Pour le transfert de données, détection et la récupération d’erreurs, la compatibilité entre différents constructeurs et la robustesse en cas de panne

PLAN


1. PRINCIPE

2. TRAMES

3. SUPPORT DE TRANSMISSION

1. Accès aléatoire

2. CSMA/CD

3. Collisions1. Câble coaxiale

2. Paires torsadées

3. Fibres optiques

4. Conclusion

4. STANDARDS ETHERNET

1. Old Ethernet

2. Ethernet commuté

3. Fast Ethernet

4. Giga Ethernet

5. 10 Giga Ethernet

PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET


L’accès aléatoire : d’Aloha au CSMA

• Le protocole Aloha laisse les utilisateurs transmettre en toute liberté ce qu’ils ont à émettre. Mais collisions….

– Performances : fonctionne bien à faible charge, instable à forte charge – Transmission réussie si aucune trame n’est transmise par une autre station

avant et pendant la trame courante

• Le protocole CSMA (Carrier Sense Multiple Access) : Principe d’Aloha avec écoute du canal réduction du nombre de collisions

• Plusieurs variantes :– CSMA persistant – CSMA non persistant – CSMA p-persistant



CSMA/CD

• Le protocole CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)

- Amélioration : quand une collision est détectée, la station arrête sa transmission (gain de temps et de bande passante).

- Réduit le besoin de mécanismes de retransmission complexes (la station se rend compte que la trame qu’elle envoie n’arrive pas à destination, peut retransmettre automatiquement les trames qui ont subi une collision)



APPARITION DES COLLISIONS

• L’écoute ne suffit pas à éviter les collisions : deux stations écoutant en même temps le support libre vont émettre au même moment.



GESTIONS DES COLLISIONS

Elle se fait en trois étapes :

• Détection de la collision

- Par toutes les stations

• Renforcement de la collision

-Par toutes les stations qui l’ont détectée

- Pour avertir les stations qui ne l’auraient pas détectée

• Résolution de la collision

- Par les stations concernées par la collision



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

SFD

1 octet

Préambule Adresse destination

2 ou 6 octets

Adresse source

Longueur

2 octets2 ou 6 octets

Données Octets de

bourrage FCS

4 octets

• Temps d’inter-trame = 96 temps-bits

• Taille minimum d’un trame: 64 octets

• Taille maximum d’une trame: 1518 octets

temps

S1 émet S2 émet

S2 écoute

Délai d’intertrame



LES SUPPORTS DE TRANSMISSION

• Le support de transmission est caractérisé par :

- sa bande passante- sa technique de transmission- son atténuation- sa fiabilité- son poids et encombrement- son coût

• Trois supports sont utilisés dans les réseaux filaires

- La paire torsadée- Le câble coaxial- La fibre optique

• Le choix du support conditionne le débit maximal et la taille du réseau.



LE 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.

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



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



LES CATÉGORIES DE PAIRES TORSADÉES

Catégorie Usage Bande passante

Longueur Application

1 & 2 Voix et données à faible vitesse

1MHz 15m Services téléphoniques

3 Voix et données à 10Mbit/s

16MHz 100m Ethernet 10baseT

4 Voix et données à 16Mbit/s

20MHz 100m Ethernet 10Mbit/s

567

Voix et données à hautes fréquences

100MHz250MHz600MHz

100m Fast Ethernet, Gigabit Ethernet



LA FIBRE OPTIQUE

• Bande passante importante (débit > au Gbit/s)

• Insensibilité aux parasites électriques et magnétiques

• Faible encombrement et poids

• Atténuation très faible sur de grandes distances

• Vitesse de propagation élevée

• Sécurité (absence de rayonnement à l’extérieur, difficulté de se mettre à l’écoute)…

Un câble optique



DOMAINES D’APPLICATION DES TROIS SUPPORTS

Support Bande passante Application Réseau

Paire torsadée > 100 kHz Téléphonie, LAN Ethernet

Câble coaxial > 100 MHz Téléphonie, LAN, MAN

Anciennement Ethernet

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



OLD ETHERNET

• Ethernet code les signaux par le code de Manchester

- Synchronisation assurée

• Support: Câble coaxial

• Inconvénient de Manchester : occupation spectrale

Débit de 10Mbit/s 20MHz de bande passante requis

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

Obs

olèt

es



LES EXTENSIONS D’ETHERNET

• Accroissement du trafic sur les réseaux d’entreprise

• Nouvelles applications, consommatrices en débit (multimédia)

• La norme Ethernet est utilisée comme techniques d’accès à Internet

• Extensions destinées à améliorer les débits disponibles

- Ethernet commuté (= Ethernet Full Duplex ou Switched Ethernet)- Fast Ethernet (100 Mbit/s)- Gigabit Ethernet- 10Gigabit Ethernet



ETHERNET COMMUTÉ

• Ethernet Full Duplex ou Switched Ethernet

• Un commutateur (switch) sert de backbone au réseau

• Idée : réduire les domaines de collision

hubhub

Commutateur (switch)



FAST ETHERNET

• Amélioration de la norme IEEE 802.3 (addenda nommé 802.3u) en 1995

• Entièrement compatible avec 10BASE-T

• Ce sont le codage du signal et la catégorie des câbles qui changent.

• Trois standards:

- 100Base-T4

- 100Base-TX

- 100Base-FX



FAST ETHERNET : 100BASE-T4

• 100BASE-T4 permet des communications half-duplex uniquement.

• 100BASE-T4 utilise 4 paires torsadées non blindées de catégorie 3, 4 ou 5 (BP = 16 à 100 MHz)

• Le débit de 100 Mbit/s

• Codage MTL3 avec 4b/5b

Utilisation du codage 8B/6T : 8 bits sont codés par 6 symboles qui peuvent prendre 3 niveaux de tension

Extrait de la table de codage

t0

+V

-V

Exemple : codage de la séquence binaire 00100101

(0x25)



FAST ETHERNET : 100BASE-TX

• Utilise 2 paires torsadées UDP5 ou STP

• Communication full-duplex : 100Mbit/s sur chaque sens de transmission

• Codage

- Précodage 4B/5B : 4 bits utiles codés par 5 bits choisis

- Puis code MLT-3 : « 1 » codé successivement par +V, 0, -V ; « 0 » = absence de transition.

1/125 µs

40 ns

« 0 » « E »

5 bits transmis en 40ns = 4 bits utiles en 40ns Débit binaire (utile)= 100Mbit/s

Débit brut : 125Mbit/s

• Le pré-codage 4B/5B et le codage MLT-3



FAST ETHERNET : 100BASE-FX

• Utilise deux fibres optiques multimodes à gradient d’indice

• Système duplex : 100Mbit/s sur chaque sens de transmission

• Distance : 400m (half-duplex) ; 2km (full-duplex)

• Encodage 4B/5B puis codage NRZI (Non Return to Zero Inverted : « 1 » = transition, « 0 » = absence de transition)

• Ne supporte que des switchs, hubs inutilisables (trop grande distance pour appliquer l’algorithme de résolution de collisions)

1/125 µs

40 ns

« 0 » « E »

1 1 1 1 0 1 1 1 0 0

• Le pré-codage 4B/5B et le codage NRZI



FAST ETHERNET : SYNTHÈSE

Nom Type Longueur max segment

Mode de transmission

Codage

100Base-T4 Paire torsadéeUTP 3, 4, 5

100m Half-duplex 8B/6T

100Base-TX Paire torsadéeUTP5 ou STP

100m Full-duplex 4B/5B puis MLT-3

100Base-FX Fibre optique multimode

2000m Full-Duplex 4B/5B puis NRZI

400m Half-Duplex



GIGA ETHERNET

• Norme IEEE 802.3z, ratifiée en 1998

• Entièrement compatible avec toutes les normes Ethernet précédentes

• Paire torsadée ou fibre optique

• Mode full-duplex : utilise un commutateur

• Mode half-duplex : utilise un hub

• Quatre standards qui permettent le half-duplex et le full-duplex

Nom Type Longueur max segment

Remarques

1000Base-SX

2 fibres optiques

550m Multimode

1000Base-LX

2 fibres optiques

5000m Monomode ou multimode

1000Base-CX

STP (2 paires)

25m Paires torsadées blindées

1000Base-T

UTP (4 paires)

100m Paires torsadées non blindées catégorie 5 et plus

« 10

00B

AS

E-X

»



LES TECHNOLOGIES 1000BASE-X

• Utilisent un codage 8B/10B

• 2 fibres optiques ou 2 paires STP

- 1 fibre (1 paire STP) pour l’émission- 1 fibre (1 paire STP) pour la réception

• Débit de 1250 Mbaud/s sur chaque fibre (ou câble STP)



GIGA ETHERNET

• Tendances du marché : Le Gigabit sur cuivre (802.3ab)

- préserve les équipements Ethernet 10/100/1000

- économique (moins cher que la fibre)

- fonctionne sur la majorité des câbles catégorie 5 installés

- Interconnexion haut débit entre switch économique (10x la bande passante du 100 Mbit/s pour 3x de coût en plus)

- Solutions plug and play



10 GIGA ETHERNET

• 10 Gigabit Ethernet Alliance : 802.3ae

• Les enjeux du 10 Gigabit Ethernet

- Elimination des trunks en Gigabit Ethernet (permet de réduire le nombre de fibres)

- Solution économique pour les accès MAN

- Extension de l’Ethernet au MAN, WAN, tout en gardant une parfaite connectivité avec le LAN

CONCLUSION


• Ethernet first mile

• Une seule technologie de l’abonné jusqu’au cœur du réseau

• Pas de changement d’infrastructure

Documents

ETHERNET – LONGUE DISTANCE – COMME RESEAU DACCES