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Les Réseaux Locaux Filaires. A. Quidelleur SRC1 Meaux 2007-2008 M22.1 - Réseaux et Services sur Réseaux Matière – Infrastructure des Réseaux Présentation des services - infrastructure des réseaux. Plan. Les supports des réseaux filaires Les méthodes d’accès au support - PowerPoint PPT Presentation
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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
Réseaux Locaux Filaires 2
Plan
Les supports des réseaux filaires
Les méthodes d’accès au support
Ethernet – La norme IEEE 802.3
Les équipements d’interconnexion
Réseaux Locaux Filaires 3
Les supports de transmission des réseaux locaux filaires
La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique
Réseaux Locaux Filaires 4
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
Réseaux Locaux Filaires 5
Les supports de transmission des réseaux locaux filaires
La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique
Réseaux Locaux Filaires 6
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.
Réseaux Locaux Filaires 8
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.
Réseaux Locaux Filaires 9
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
Réseaux Locaux Filaires 10
Caractéristiques
Réseaux Locaux Filaires 11
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
Réseaux Locaux Filaires 12
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
Réseaux Locaux Filaires 13
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
Réseaux Locaux Filaires 14
Les supports de transmission des réseaux locaux filaires
La paire torsadée Le câble coaxial La fibre optique
Réseaux Locaux Filaires 15
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
Réseaux Locaux Filaires 16
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)
Réseaux Locaux Filaires 17
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
Réseaux Locaux Filaires 19
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)
Réseaux Locaux Filaires 20
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
Réseaux Locaux Filaires 21
Les méthodes d’accès au support
L’architecture IEEE
Les protocoles d’accès au support
Réseaux Locaux Filaires 22
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.
Réseaux Locaux Filaires 23
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
Réseaux Locaux Filaires 24
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
Réseaux Locaux Filaires 26
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 »).
Réseaux Locaux Filaires 27
Les méthodes d’accès au support
L’architecture IEEE
Les protocoles d’accès au support
Réseaux Locaux Filaires 28
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
Réseaux Locaux Filaires 29
Ethernet – La norme IEEE 802.3
30
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.
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
Réseaux Locaux Filaires 32
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
Réseaux Locaux Filaires 33
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
Réseaux Locaux Filaires 34
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
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
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
Réseaux Locaux Filaires 37
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
Réseaux Locaux Filaires 38
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
Réseaux Locaux Filaires 39
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
Réseaux Locaux Filaires 40
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
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
Réseaux Locaux Filaires 42
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
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)
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
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
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
Réseaux Locaux Filaires 47
Les équipements d’interconnexion des réseaux locaux filaires
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
Réseaux Locaux Filaires 49
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
Réseaux Locaux Filaires 50
Règle de câblage
Pas plus de 4 hubs entre 2 postes, pas de boucles.
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.
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.
Réseaux Locaux Filaires 53
Récapitulatif
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison
Physique
7
6
5
4
3
2
1
ROUTEUR
PONT, COMMUTATEUR
REPETEUR,
HUB
Réseaux Locaux Filaires 54
Câblage d’un immeuble
Réseaux Locaux Filaires 55
Câblage d’un immeuble
Baies debrassage
Câblagehorizontal
Interconnexion(Dorsale)
Prises
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