Cours_rseaux_locaux

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S. ASSOUL [email protected]

Réseaux Locaux & Interconnexion

S. ASSOUL

[email protected]

Édition 2010- 2011

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Plan

I. Définition & caractéristiques

Définition

Caractéristiques

Applications des LAN

Normalisation des LANs

II. Couche physique & câblage

Topologies des LAN

Supports physiques

Bruits & performance des câbles

Principes de câblage : normes TIA/EIA 568A/B

III. Couche 2: méthodes d’accès

Méthodes statiques

Méthodes dynamiques aléatoires : CSMA

Méthodes dynamiques déterministes : Token Ring et Token Bus

IV. L’adressage physique

V. La couche LLC

VI. Famille d’Ethernet

Ethernet standard

Fast Ethernet

Ethernet commuté

VII. Interconnexion de LAN

Equipements d’interconnexion

Spanning Tree (STP)

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Bibliographie

Pierre Rolin. Réseaux locaux, normes et

protocoles Hermes 1991.

Jean-Luc MONTAGNIER . Réseaux

d’entreprise par la pratique.. Eyrolles 2004.

C.SERVIN. Réseaux & Télécoms. Dunod

2006.

A.Tanenbaum. Réseaux, architectures,

protocoles, applications. Inter Editions 2003

Laurent Toutain. Réseaux locaux et Internet.

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Chapitre I

Définitions & caractéristiques

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Définition d’un LAN

Les réseaux locaux informatiques(LAN ou RLE) sont destinés

principalement aux communications locales, au sein d’une même

entité(entreprise, administration, école, etc.) sur de courtes

distances(qq Km).

Les infrastructures réseau peuvent considérablement varier

selon :

- la taille de la zone couverte ;

- le nombre d’utilisateurs connectés ;

- le nombre et les types de services disponibles.

Les LAN offrent des débits de l’ordre de Mbps: 10Mbps,

100Mbps et Gigabit aujourd’hui.

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Applications des LAN(1)

On distingue 2 grands domaines d’application des

LAN:

L’informatique

L’industrie

LAN Informatique

Dans un environnement informatique, un LAN sert à

relier les équipements tels les terminaux, les PC, les

imprimantes, les unités de stockage, …

Exigence en débit élevés

Des contraintes de temps souple

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Applications des LAN(2)

LAN industriels

Les LAN sont aussi l’élément clé dans des environnements

industriels automatisés ou FAO(Fabrication assistée par

ordinateur). Dans ce cas, ils sont utilisés surtout pour

interconnecter divers équipements de contrôle et de

mesure(capteurs, robots,…).

Exigence en temps réel: pour pouvoir transmettre les mesures

et commandes à temps

Les débits sont plus réduits: information de petite taille

La fiabilité: un facteur important car il est difficile d’assurer

la fiabilité dans un milieu très perturbé

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Objectifs des LAN

Les réseaux locaux répondent donc à 3 besoins

majeurs:

Les besoins liés à l’informatique(pour les réseaux

bureautiques): partage de ressources et accès à distance

aux serveurs de données, partage de logiciels, etc…

Les besoins liés à l’automatique: la commande de

machines(échange avec des capteurs et actionneurs),

télésurveillance de machines, chaînes de production,…

Les besoins liés à la communication et productivité:

messagerie interne, travail collaboratif, …

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Caractéristiques des LAN(1)

Les LAN se distinguent des WAN par 3 caractéristiques:

Gestion autonome: ils sont privés

choix du matériel, installation et administration

plusieurs solutions sur le marché

Réseau à diffusion et support partagé

diffusion des informations sur le même support

conflit d’accès: si plusieurs stations émettent en même temps?

Transmission en bande de base

Le mode de transmission est en général en bande de base

La codage utilisé est Manchester ou codes par blocs.

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Les différentes solutions de LAN se distinguent

par 3 choix techniques:1. Le type de topologie physique

2. Le type de support physique

3. La technique d’accès au support (topologie logique)

1+2+3 = un LAN particulier

Exemple: Ethernet, Token Ring, FDDI, Token bus,…

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Ces 3 choix techniques vont définir d’autres

propriétés techniques:1. La capacité binaire(débit): 1; 10; 100; 1000 Mbps

2. La fiabilité: taux d’erreurs, temps réel, équité,…

3. La configuration: insertion,retrait de stations,

connectivité, distances maximales,…

Exemple:

Ethernet: 10BaseT; 100BaseT, 10Base2, 100BaseF,

1000BaseT/F

Token Ring: 1Mbps, 4 Mbps, 16 Mbps, FDDI à 100Mbps

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Les constituants d’un LAN

• Un LAN offre une architecture informatique dédiée à l’échange d’information et au partage de ressources physiques. Un LAN est essentiellement constitué par:

– Un câblage reliant les différents nœuds selon une certaine topologie;

– Une méthode d’accès au support pour assurer son partage et une méthode d’adressage pour identifier chaque noeud,;

– Un ensemble cohérent de protocoles pour permettre la communication;

– Un système d’exploitation spécifique(NOS) capable de prendre en charge les périphériques distants partagés et d’en contrôler l’utilisation (Redirecteur);

– Une couche intermédiaire pour faire fonctionner les cartes réseau avec une pile multi protocoles. Cette couche masque aux couches supérieures les différentes implémentations des cartes. Les NBI les plus courantes sont: ODI(Open Data link Interface) de Novell et NDIS(Network Driver Interface Specification) de Microsoft.

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Les constituants d’un LAN

NOS

Protocoles de

communication

Méthode d’accès+

couche physiqueSupport partagé

NBI(Network Binding

Interface)

Carte

réseau

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Normalisation des LAN

Deux organismes s’intéressent aux normes des LAN:

IEEE

Création du comité 802 en 1980 pour la normalisation des LAN

Normes: IEEE 802.x (x: 1 à 17)

ISO

En 1988, l’ISO a repris la plupart de ces normes pour les normaliser et en faire des normes internationales

Série ISO 8802.x

EIA/TIA( Electronics/Telecommuications Industries Alliance)

Normes de câblage

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Normes IEEE802

IEEE ne s’intéresse qu’aux spécifications

techniques des couches basses:

Physique

Liaison de données

La couche liaison est subdivisée en 2 sous-

couches

MAC(Medium Access Control): assurer le partage

équitable du support entre toutes les stations

LLC(Logical Link Control): gestion de la liaison entre

2 stations et assurer l’interface avec la couche réseau.

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Normes IEEE802

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Normes IEEE802

• Le comité 802.1: définit l’architecture générale des réseaux et détermine le format d’adressage et l’authentification, VLAN;

• Le comité 802.2: précise les fonctionnalités de la couche liaison de données(sous-couche LLC);

• Les comités 802.3 à 802.6(dissous) et 802.9(dissous) et 802.12: qui spécifient les méthodes d’accès(sous-couche MAC) et les couches physiques correspondantes;

• Les comités 7 et 8 qui assurent la coordination des autres comités dans les domaines large bande(802.7 dissous) et fibre optique(802.8);

• Le comité 802.10: sécurité des LAN

• Les comités 802.11, 802.15 et 802.16: qui étudient les réseaux sans fils

• Le comité 802.17: Resilient Packet Rings (RPR) Réseaux de fibres optiques en anneau …etc

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Architectures LAN(1)

Égal à égal ou poste à poste(peer to

peer ou P2P): les stations jouent le

même rôle. Une station peut être client

et serveur à la fois). Chaque utilisateur

contrôle ses ressources (groupe de

travail)

Exp: windows 3.11, win95, Win for WS

Client serveur: les services sont sur un

ordinateur dédié

Gestion centralisée des ressources

Exp: Windows NT/2000/XP

- Architecture 2-tiers;

- Architecture 3-tiers;

- Architecture n-tiers;

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Chapitre II

Topologies et Médias

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Topologie & câblage

• Topologies physiques

• Supports

– Fils de cuivre

• Câbles symétriques

• Câbles asymétriques

– Fibre optique

• Monomode et multi mode

• Câblage, définitions, principes

• Câblage « haut-débit »

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Les Topologies LAN(1)

Il faut distinguer :

• Topologie physique qui présente

– Des facilités intrinsèques (gaines, passage de câble),

– Des contraintes (distances maximales imposées par les Support de Trx, type bâtiment)

• Topologie logique

– Ce que le logiciel (protocole) laisse voir du réseau physique sous-jacent.

– Possibilité de construire une architecture logique en anneau sur une topologie physique différente

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Trois topologies de base ont été normalisées: Bus: stations reliées directement au câble:

o Circuit ouvert: il faut des terminaison ou bouchon

o Sur les cartes mettre des connecteurs en T

o Les stations émettent sur le bus, qui diffuse l’information

o Câble: le coaxial

Etoile: stations reliés par un concentrateurs(hub)o Chaque station est reliée directement au hub par un câble de

liaison;

o Hub possède plusieurs ports( 8, 16, 24, 32,…)

o Les informations sont diffusées par le hub

o Câbles: paire torsadée ou fibre optique

Anneau : Les stations sont reliées entre elles selon un sens unique de transmission

o Un seul sens de transmission

o Topologie physique en étoile autour d’un MSAU ou AWC

o Câbles: paire torsadée ou fibre optique

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Critères de choix

Coût

le bus est probablement la

topologie la moins chère (pas de

concentrateurs)

Longueur de câble

le bus utilise le moins de câble

Pérennité

l'étoile permet aisément l'ajout de

nouveaux nœuds

Type de câble utilisé

le câble le plus répandu est la

paire UTP qui est le plus souvent

utilisée avec l'étoile

en pratique : souvent l'étoile

- armoire de brassage

- située dans un local technique

- sur laquelle arrivent les UTP

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Supports filaires

• Il existe deux types de supports filaires:

– Les supports à base de conducteur optiques : fibre

optique

– Les supports à base de conducteur électrique:

câble en cuivre

• Câble symétrique

– Conducteurs de même nature

– Paire torsadée

• Câble asymétrique

– Conducteurs de nature différentes

– Câble coaxial et twinaxial.

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Câble asymétrique (1)

• Câble coaxial

– un conducteur central (âme) entouré d'une gaine isolante en PVC

– un conducteur externe concentrique (tresse).

– 2 types:

• à 75Ω: le CATV, avec dist max= 3600m avec 400 Mhz de BP

• À 50 Ω: le fin et l’épais avec 100 Mhz de BP

• Exemples : Ethernet 10Base 2 et 10Base5

• Câble twinaxial

– deux conducteurs centraux entourés d'une gaine isolante en PVC

– un conducteur externe concentrique (tresse).

• Exemples : Raccordement périphériques IBM AS400, Local talk .

• Non normalisé

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Prise AUI

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Câble symétrique

• La paire torsadée

– Est constituée de deux conducteurs torsadés L’entrelacement des brins de cuivre permet de limiter les interférences extérieures (moteur, relais, transformateur, …)

– Câble caractérisé par l'impédance en ohms (Ω)

• Valeur caractéristique d'un milieu traversé par une onde électromagnétique (100 Ω, 120 Ω, 150 Ω)

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Câble symétrique :Types et protections

• Écrantage

– L'écrantage consiste à entourer l'ensemble des paires ou

chacune des paires d'un même câble d'un film de polyester

recouvert aluminium.

• Blindage

– Le blindage consiste à entourer l'ensemble des paires,d'une

tresse métallique pour renforcer l'effet de l'écran.

• Constitution

– Un câble est formé de 4 paires torsadées

– Selon les protocoles on utilise soit 2 paires soit 4 paires.

– 2 normes de câblage: TIA/EIA 568A ou 568B

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Câble symétrique : Exemples

UTP FTP S-FTP

écranblindage

Paire

torsadée

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Câbles UTP : Catégories

Catégorie 1(classe A d’ISO)

Fil téléphonique UTP traditionnel pouvant transmettre la voix mais pas des données.Avant 1983, la plupart des fils téléphoniques appartenaient à la catégorie 1 (qq 100Khz).

Catégorie 2

Câble UTP. avec 1Mhz. . 4 paires torsadées.

Catégorie 3

Câble UTP. avec 16 Mhz. 4 paires torsadées

Catégorie 4

Câble UTP avec 20 Mhz. Mbps. 4 paires torsadées

Catégorie 5/ 5E

Câble UTP avec 100/125Mhz. . 4 paires torsadées

Catégorie 6

Câble UTP avec 250 Mhz. 4 paires torsadées.

Catégorie 7

Câble SFTP avec 600 Mhz. 4 paires torsadées: protection paire par paire par unécran(protection contre les hautes fréquences) et une protection de l’ensemble des pairespar un véritable blindage(protection contre les basses fréquences). Il existe desconnecteurs TERA à 1, 2 et 4 paires pour qu’une seule prise 4 paires prenne en chargeplusieurs applications sans adaptateur supplémentaire.

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Connecteurs catégorie7

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Câbles UTP : Catégories

ISO/IEC & Cenelec

ISO/IEC 11801 Fréquence Description Application Typique

Catégorie 3

Classe C Jusqu'à 16 MHz

100 Ohm

UTP

10BaseT, IBM 3270,

3X, AS/400, ISDN,

Téléphone Analogue

Catégorie 5 et 5e

Classe D 1995

(D2000)

Jusqu'à 100 MHz 100 Ohm

UTP et FTP

10BaseT, 100BaseT

155 Mbps ATM

1000BaseT

Catégorie 6

Classe E Jusqu'à 200 MHz

100 Ohm

UTP et FTP

1000BaseTX acc.

EIA 854

Catégorie 7

Classe F Jusqu'à 600 MHz

100 Ohm

S-FTP

10Gb

Classe F

150 Ohm

STP

STP Type 1A

Jusqu'à 300 MHZ

150 Ohm

STP

16 Mpbs Token-Ring

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Types de câbles de liaisonCâble droit: connecte les cartes

de PC aux équipements réseau

(ETTD vers ETCD)

Câble croisé:: connecte les

équipements communs: switch-

switch, pc-pc, hub-switch;

routeur-routeur (ETTD- ETTD ou

ETCD- ETCD)

N.B. Aujourd’hui, le croisement

se fait au niveau des connecteurs

des cartes réseaux ou des switch

Câble console(complètement

inversé): connecte les

équipements switch, routeur au

port console du PC

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Câblage droit/ Câble croisé

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Câblage inversé

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Paires utilisées Prise RJ45

Protocoles 1 2 3 4 5 6 7 8

Téléphone Analogique X X

Téléphone numérique X X

Liaison Spécialisée 2 fils X X

Liaison Spécialisée 4 fils X X X X

Numéris S0 X X X X

Numéris S2 X X X X

10 Base T X X X X

100 Base TX X X X X

100 Base T4 X X X X X X X X

Token Ring X X X X

100 Base VG Anylan X X X X X X X X

ATM 25 X X X X

ATM 155 X X X X

TP-PMD X X X X

Vidéo Bande de base X X X X

1000 Base TX (802.3z) (25m) X X X X

1000 Base TX (802.3ab) (100 m) X X X X X X X X

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Bruits

• Un bruit= signaux parasites qui perturbent les signaux de données(toute énergie électrique dans un câble qui rend difficile l’interprétation des données par le récepteur)

• Tout système de communication implique une certaine quantité de bruit, il faut alors réduire au maximum ces bruits

• Sources de bruit:

– Câbles proches acheminant des signaux de données

– Interférences radioélectriques provenant de signaux tiers proches

– Interférences électromagnétiques provenant d’une source électrique proche

– Bruits de laser provenant de sources optiques

• Deux types de bruits:

– Bruit blanc: qui affecte toutes les fréquences de transmission. Le rapport Signal sur bruit doit être le plus élevé(S/B)

– Interférence à bande étroite: qui affecte une petite gamme de fréquences(non continu)

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Affaiblissement d’insertion

• L’atténuation: affaiblissement de l’amplitude du signal le long d’une liaison. Elle dépend de la fréquence et de la longueur du câble(en dB par Km ou 100m) et due à:

– Résistance du câble qui convertit une partie de l’énergie électrique en chaleur (effet Joule)

– Perte d’énergie dans l’isolation du câble

– Discontinuité d’impédance: si connecteur n’est pas correctement installé sur un câble

• Le rapport S/B(ACR: Attenuation to Cross Ratio) exprime le rapport entre la puissance du signal sur celle du bruit dans la paire torsadée

• Un affaiblissement d’insertion est obtenu par la combinaison de l’atténuation du signal et des discontinuités d’impédance sur une liaison.

• La perte de retour (Return Loss). : il s’agit de l’énergie re-émise vers la source, due aux discontinuités d’impédance. Elle exprime en dB, le rapport entre l'énergie émise et l'énergie reçue en retour sur la même paire.

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Sources de Bruits sur Paire torsadée

Un câble Paire torsadée est généralement formé de plusieurs paires de fils torsadés. La transmission des signaux sur un fils provoque sur l’autre fils un bruit appelé diaphonie, surtout sur des fréquences très élevées. La diaphonie est souvent due aux câbles mal raccordés

Trois types de diaphonie:

Diaphonie locale ou paradiaphonie: NEXT(Near End Cross-Talk): bruit induit en entrée par la réflexion du signal sur la paire voisine

Diaphonie distante ou télédiaphonie: FEXT(Far End Cross-Talk): niveau de bruit en sortie sur une paire voisine.

Diaphonie locale totale: PSNEXT(Power Sum NEXT): effet cumulé d’une diaphonie locale provenant de toutes les paires d’un câble (dans le cas où on utilise simultanément les 4 paires;

Le pas de torsade des fils permet de réduire la diaphonie

La marge active (ACR = Attenuation to Cross Talk Ratio) est la différence entre les mesures en dB de paradiaphonie et de l’affaiblissement.

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Rappel

• Le décibel(dB) est une unité de mesure utilisée pour décrire des signaux. Le dB représente la perte(négatif) ou le gain(positif) d’une onde

• A(dB) = 10log10(Pfinale/Pref) P= V2/R; R: résistance

• A(dB) = 20log10(Vfinale/Vref)

• P : correspond à la puissance de sortie/entrée mesurée en watts. La 1ère formule est souvent utilisée pour mesurer les ondes lumineuses dans les fibres optiques ainsi que les ondes radioélectriques dans l’air

• V: correspond à la tension de sortie/entrée mesurée en volts. La 2ème formule est utilisée pour mesurer les ondes électromagnétiques dans les câbles en cuivre.

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Calcul des affaiblissements

NEXT= 20log10(Ve2/Ve1)

FEXT= 20log10(Vs2/Ve1)

ACR= 20log10(Vs1/Vs2) = NEXT - Affaiblissement

Paire 1

Paire 2

Ve1

Ve2

Vs1

Vs2

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Performance d’un câble

• Plus l’affaiblissement est faible,

• Plus la diaphonie est élevée,

• Plus le rapport ACR est élevé,

Meilleures sont les performances du câble

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Types de diaphonie

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Câblage catégorie 5: courbes limites

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Normes de test de câblage

• La norme TIA/EIA 568B préconise 3 tests fondamentaux des câbles en paire torsadée:

– Un test du schéma de câblage: permet de vérifier le raccordement des fils aux 2 extrémités du câble : connexion des fils aux broches correspondantes, pas de circuit ouvert, pas de fils inversés

– Un test d’affaiblissement d’insertion: test de diaphonie, d’atténuation et discontinuité d’impédance

– Un test de délai de propagation: mesure le temps de propagation du signal le long du câble( en cm/ns ou en Km/s).

• ce temps dépend de la longueur du câble et de ses propriétés électriques et du nombre de torsades par mètre. Ce test permet aussi de détecter les court-circuit(situer les points de connexion défaillants).

• Les délais de propagation des différentes paires d’un câble peuvent être différents. La différence de délai entre les paires est appelée distorsion de délai(très important pour les réseaux à haut débit car envoi sur toutes les paires.

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Test de câblage en cuivre

• Testeur : clavier + afficheur (câblomètre)

– Le Fluke 620

• Injecteur : boîtier simple

• Synthèse des résultats : cahier de recette

– Impédance, longueur, affaiblissement

– Réglage du type de câblage à tester

– Valeur mesurée et valeur limite

Testeur Injecteur

Panneau

de prises

RJ45cordon de test

≈ 2mPrise

RJ45

muralePartie Fixe

du câblage

(LIEN) en test

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Fibre optique : Constitution

• Cœur : Milieu diélectrique intérieur (conducteur de lumière).

– Silice très pure . Ajout de dopants (germanium, phosphore) qui augmentent l'indice de réfraction.

• Gaine : Silice d'indice légèrement moins élevé que le cœur

– Baisse d'indice par l'ajout de dopants (bore,fluor)

– Réflexion presque totale des rayons lumineux sur la gaine

• Revêtement : Cœur + Gaine entouré d'un revêtement de plastique, pour fournir une protection mécanique. (évite principalement la cassure en cas de courbure).

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Fibre

(Cœur + Gaine)tube renfort gaine extérieure

rayon

incident rayon réfléchi

rayon réfracté

i

r

Schéma d'une fibre optique

Pour guider la lumière, la fibre

optique comprend ainsi deux

milieux : le cœur, dans lequel

l'énergie lumineuse se trouve

confinée, un second milieu, la

gaine, dont l'indice de réfraction est

plus faible.

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Fibre optique : Caractéristiques

Indice : Rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la

vitesse de la lumière C dans un matériau considéré (> 1) (1

référence dans le vide).

Réfraction : Déviation de la lumière quand celle ci traverse deux

milieux transparents, l'angle de réfraction dépend de la nature des

milieux et de l'angle d'incidence.

• Bande passante utilisable des fibres optiques

- Déterminée par la quantité de lumière qu'elle peut transporter.

- La silice est un bon support pour les longueurs d ’onde suivantes

850 nm, 1300 nm et 1550 nm

La longueur d’onde = Vitesse de transmission/ fréquence

Hausse => Hausse prix émetteur

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Types de fibre optique

• Les rayons lumineux introduits dans la FO qui

remplissent la condition de réflexion (angle

d’incidence) sont acheminés dans le cœur de la

FO.

• Les FO sont distinguées en fonction du mode

de propagation, de leur ouverture numérique et

du mode de variation des indices entre le cœur

et le manteau.

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Fibre optique monomode

• Taille du cœur (5 à 10 µm), de la gaine (125 µm).

• Propagation axiale seulement des rayons lumineux (un seul mode) avec comme source une diode laser

• Dispersion faible

• Longueur d’onde : 1300 nm à 1550 nm

• Elle permet une bande passante très large (qq Ghz)

• Elle est utilisée par les opérateurs pour les grandes distances

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Fibre optique MM à saut d'indice

• Taille du cœur : 50 µm à 100 µm

• Variation d’indice entre n1 et n2 est brutale

• Propagation multi directionnelle des rayons lumineux avec comme source une diode LED d’où une dispersion modale du signal

• Réflexion totale à l’interface cœur/gaine

• Bande passante < 100 MHz.

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Fibre optique MM à gradient d'indice

• Taille du cœur : 50 à 100 µm.

• Propagation multi directionnelle des rayons lumineux

• Indice du cœur varie avec la distance radiale, suivant une loi

parabolique,

• Bande passante < 3000 MHz/km.

• Fibre multimode (62.5/125µm) à gradient d'indice est la

plus utilisée dans les réseaux locaux.

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Processus de fabrication de la FO

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Fibre optique : Caractéristiques

• La qualité d’une fibre optique dépend de 3 paramètres:

– Le mode de propagation de la lumière: monomode ou multimode

– Le diamètre du cœur et de la gaine: 62,5/125µm ou 50/125µm pour la multimode

– De la matière la composant: silice pur, composite ou plastique

• La qualité du signal sur la fibre dépend de:

– la longueur d’onde: 850, 1330 et 1550 nm

– La source de lumière: une diode LED ou laser

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Connecteurs fibre optique

Nombreux types de connecteurs : ST, SC, MTRJ, LC, FC, etc …

Connecteur SC est retenu par la norme ISO 11801

Le connecteur ST est autorisé pour extension d'un câblage existant

Connecteur FDDI (MIC)

Connecteur SC

Connecteur ST1

Connecteur ST2

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Principe du câblage

• Principes de base

• Câblage horizontal

• Répartiteur

• Câblage vertical

• Le brassage

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• Pré ou Post Câblage = Recherche d'économie financière

(mélange téléphonie et informatique) et de facilité

d'exploitation

– Optimisation des coûts d'installation et d'exploitation

• Á terme, le pré-câblage est plus économique

– Souplesse d'exploitation et sécurité

• Pas d'intervention sur la partie fixe du câblage

– Conformité aux normes internationales,

• Offres supérieures aux normes dues à la forte évolution de la demande

– Câbler pour l'avenir (10 à 15 ans).

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• Mettre en place un système de câblage permanent

– Fixe et stable dans le temps

– Evolutif: s’adapte aux besoins présents et futurs

• Topologie de distribution en étoile à la base

– C'est la plus ouverte

– Totalement adaptée à la téléphonie et à l’informatique

• Respect des règles de conception et d'installation,

• Répondre à l'ensemble des besoins des utilisateurs

– Diversités des flux (numérique, analogique)

– Diversités des protocoles (fréquences variables)

– Performances (surdimensionnement des besoins en débit)

– Mobilité (surdimensionnement des besoins en prise)

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Les composants principaux sont :

• Les répartiteurs (général ou sous répartiteur d'étage)– Concentration capillaire du câblage

• L'ensemble du câblage est constitué de 2 sous parties :– Le câblage vertical (liaison inter-étage) (dorsale)

• Liaison Répartiteur Général - Sous Répartiteur d'étage

– Le câblage horizontal (liaison d'étage)• Liaison Sous Répartiteur d'étage - Équipement terminal

• Les Rocades (partie informatique) sont des câbles de regroupement de forte capacité reliant les répartiteurs entre eux.– Chaque répartiteur est relié à un ou plusieurs répartiteurs si on désire une

topologie maillée.

– Le maillage permet l'accès de tous les nœuds de brassage par le chemin le plus court et offre la possibilité de séparer le cheminement des flux informatiques (en cas de saturation de certaines rocades) ou de procurer un chemin d'accès de secours.

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Infrastructure de câblage

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Recette technique

• Opération qui permet de garantir que l’installation

répond à l’expression du besoin initial en respectant :

– les normes

– Les règles de l’art

• Lors de la procédure de test, ce ne sont pas les

composants qui sont testés mais l’ensemble

fonctionnel du câblage

– Composants + mise en œuvre

• Il est recommandé de faire appel à un organisme

indépendant

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Chapitre III

Topologie logique/ Méthode d’accès

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La couche MAC

• Le but du protocole de gestion d’accès au canal(MAC) est de régler les conflits qui peuvent se produire si on laisse les stations émettre sans aucune règle

• 2 familles de techniques d’accès ont été proposées:

– Allocation statique:

• TDMA(Time Division Multiple Access)

• FDMA(Frequency Division Multiple Access)

– Allocation dynamique:

• avec accès aléatoire

• avec accès déterministe

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Allocation dynamique

•L’allocation de toute ou une partie de la BP à une

station n’est effectuée qu’à la demande de celle-ci.

Une meilleure utilisation de la BP

Technique réellement utilisée dans les LAN

•Suivant la façon dont la sollicitation d’accès est gérée,

on distingue 2 approches:

• Aléatoire: le délai d’accès n’est pas borné

•Déterministe: une seule station qui émet à la fois, le

délai d’accès peut être borné.

___________________________________________________


Allocation dynamique aléatoire

•L’intégralité de la BP est disponible pour toutes les stations

• Libre accès à la transmission sur le support

• Conflit d’accès: collisions

• Il existe plusieurs méthodes:

Aloha

CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision

Detection)

CSMA/CA(CSMA with Collision Avoidance)

___________________________________________________


ALOHA [Abramson 70]

• Utilisée dans le réseau Hertzien à Hawaï (entre les îles)

•Principe:

Emetteur

-Station émet dès qu’elle a une information à envoyer

- Déclenchement d’1 timer et attente d’1 ACK

-Si aucune réponse:

- Si nbre de tentatives de retransmission dépassé

Alors arrêter la transmission

-Sinon retransmission de l’information

Récepteur

- Traitement de l’information

- Si trame correcte, envoi d’un ACK

___________________________________________________


CSMA(1)•Principe:

• Le temps d’émission d’une trame > temps de propagation

• Alors toute émission de trame peut être détectée par toutes les stations

quasi instantanément.

• D’où écoute préalable du canal

Emetteur

Ecoute du canal avant l’envoi

Si canal libre

Alors transmission de la trame

Sinon reporter la transmission

Récepteur

- Traitement de l’information reçue

- Si trame correcte, envoi d’un ACK

___________________________________________________


CSMA(2)

•Variantes lors du report de la transmission

• CSMA non- persistant

• Attente pdt un délai aléatoire avant de retransmettre

• Exemple CSMA/CA dans les réseaux sans fils

• CSMA persistant

• Prolongation de l’écoute du canal jusqu’à ce qu’il soit

libre

• Exemple CSMA/CD dans Ethernet

• Avec détection d’une collision par la station émettrice

• Avec prévention de collision, gestion des priorités

___________________________________________________


CSMA/CD• Principe:

• Après émission, la station continue d’écouter le canal

• Temps d’émission de la trame >= 2* temps de propagation(aller-retour)

• Utilisée dans Ethernet et normalisée: IEEE 802.3

Emetteur

- Ecoute du canal avant l’envoi

- Si canal libre

Alors transmission de la trame et écoute simultanée du canal

Si collision détectée

Alors

- arrêt immédiat de la transmission et alerte des autres stations

- retransmission après un temps calculé

Sinon reporter la transmission

Récepteur

- Traitement de l’information reçue

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CSMA/CA

• Même principe que CSMA/CD

• A la fin d’une transmission, une station doit attendre un délai avant de transmettre à nouveau

• Ce délai dépend de la position de la station dans une liste de file d’attente logique (priorité)

• Non normalisée, utilisée dans AppleTalk, puis en 90, elle a été modifiée pour s’adapter à l’interface radio sur les LAN sans fils– une station écoute le canal avant de transmettre ;

– elle attend jusqu’a ce que le canal soit libre pendant un temps SIFS, DIFS, ou PIFS avec SIFS<PIFS<DIFS(trafic asynchrone ordinaire)

– elle attend ensuite un délai aléatoire, calculé comme suit : time-slot * N, N [0,CW] avec CW qui double à chaque collision jusqu’à la valeur CWmax ;

– transmission (si elle réussit, CW est remis à CWmin).

___________________________________________________


Allocation dynamique

• L’intégralité de la BP est disponible pour toutes les stations

• Permission d’accès à la transmission sur le support

• Une seule station transmet à la fois; complexité de gestion de la

permission d’accès.

• 2 méthodes:

• Accès par polling (scrutation centralisée)

• Accès par jeton.

___________________________________________________


Le polling

• Politique d’attribution de permission d’accès centralisée

• Une station primaire

• S’occupe de la gestion des accès au support selon une table de scrutation

• Relayage des trames vers les stations de destination sur une topologie en

étoile

• Une station secondaire

• Transmission des trames si autorisée par la SP

• Réception des trames

• EXP: Liaison SDLC, protocole 100VG ANY LAN, IEEE 802.12

___________________________________________________


Allocation avec jeton

• Permission d’accès au moyen d’une trame spéciale : le jeton

• Seule la station qui détient le jeton peut émettre

• Le jeton doit être passé à la station suivante selon 2 façons:

• jeton non adressé sur anneau

• Un seul sens de transmission, topologie anneau

• Une station émet le jeton ou la trame à la station suivante

• Gestion de l’anneau: centralisée ou distribuée

• Jeton adressé sur bus

• Pas de sens de transmission

• Diffusion de l’information sur le support

• Anneau logique

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Jeton non adressé sur anneau

• Principe:

– Le jeton circule librement sur l’anneau

– Émetteur

• Acquérir le jeton

• Transmission de la trame

• Attente du retour de la trame pour la retirer de l’anneau

• Libérer le jeton

– Récepteur

• Vérifie si l’information lui est destinée

• Si oui la copier et positionner les bits A et C

• Retransmettre l’information sur l’anneau

– Token Ring, IEEE 802.5, FDDI(Fiber Distributed Data Interface)

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Jeton adressé sur bus

• Principe:

– Le jeton passe d’une station à l’autre selon un ordre bien défini(liste

ordonnée des stations)

– Emetteur

• Gestion des @ des stations (prédécesseur, successeur)

• Attente de la possession du jeton du prédécesseur

• Transmission de la trame sur le bus

• Envoyer le jeton au successeur

– Récepteur

• Vérifie si l’information lui est destinée

• Si oui la copier

– Token bus , IEEE 802.4

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Chapitre IV

Adressage physique

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Adressage MAC(1)

Comment reconnaître une station particulière sur le

support?

– Chaque station doit avoir une @, qui lui est propre

– Cette @ doit être incluse dans la trame (champs: DA et

SA de la trame)

– Les stations examinent les @ dans les trames et copient

la trame portant leur adresse

– Les trames sont physiquement diffusées, ce qui permet

d’avoir des destinations multiples

___________________________________________________


Adressage MAC(2)

• Le comité IEEE 802.1 a défini un format d’adressage commun à tous les protocoles LAN

• Les adresses sont plates (pas de hiérarchie)

• OUI(Organizationaly Unique Identifier): numéro affecté par l’IEEE aux constructeurs de cartes réseau

• Numéro de série: identificateur complété par le constructeur pour distinguer ses cartes– EXP: 00 00 0C: cisco; 08 00 09: HP

• syntaxe : @ sur 48 bits ou 6 octets ou 12 chiffres hexadécimaux:• Représentation canonique : bits de poids faible en premier (ex Ethernet). Ex:

08-00-20-09-E3-D8

• Représentation non canonique (écriture naturelle en bits)

U/L I/G OUI Numéro de série

24 bits 24 bits

1er octet

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Adressage MAC(2)

• Le bit I/G indique:

– 0: @ d’une station unique (unicast)

– 1: @ de groupe (multicast):

Les @ multicast se définissent en fonction des @

multicast IP :

• Le préfixe @ MAC + 3 octets de l’@IP Multicast

@ dans la plage: 01-00-5E-00-00-00 à 01-00-5E- FF-FF-

FF)

– Si tous les bits sont à 1, @ de diffusion à toutes les

stations (broadcast)

Adresse_destination= FF-FF-FF-FF-FF-FF

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Adressage MAC(3)

• Le bit U/L indique:– 1: @ administrée localement (@ relative)

Gérée localement par l’administrateur réseau pour optimiser le plan d’adressage

– 0: @ administrée globalement (@ absolue unique)

une adresse de station individuelle est administrée soit localement soit globalement : localement : adresse significative pour le réseau sur lequel elle

est connectée; le second bit d'adresse transmis est égal à 1 : le premier octet de l'adresse est égal à 02, 03, 06, 07, 0A, 0B, 0E, 0F ,12, etc.

globalement : cette adresse est dite universelle et est attribuée par l'organisme IEEE; le second bit d'adresse transmis est égal à 0 : le premier octet de l'adresse est égal à : 00, 01, 04, 05, 08, 09, 0C, 0D, 10, etc.

___________________________________________________


Chapitre V

La LLC(802.2)

___________________________________________________


La LLC IEEE 802.2(1)

• Le but de la LLC est de fournir une garantie de livraison des trames,

la détection et la reprise sur erreurs.

• Elle assure un service comparable à celui offert par la couche liaison

du modèle de référence. Elle masque à la couche supérieure le type

de réseau physique utilisé

• Sous couche commune aux protocoles MAC

• Trame similaire à la trame HDLC

• Propose 3 types de services:

– LLC1: service sans connexion et sans acquittement, la plus

utilisée dans les LAN informatiques;

– LLC2: service avec connexion et avec acquittement. Ce mode

interdit la diffusion et donc service très peu utilisé;

– LLC3: service sans connexion et avec acquittement destiné aux

LAN industriels

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La LLC IEEE 802.2(2)

• Offre l’interface d’accès à la couche liaison

– Primitives sans connexion:

• L. DATA.request()

• L.DATA. Indication

– Primitives avec connexion:

• L.connect.request/indication/response/confirm()

• L. data.request/indication()

• L.disconnect.request/indication()

• L.reset.request/indication/response/confirm()

• L. flow_control.request/indication()

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Trame LLC

• DSAP et SSAP permettent d’identifier les protocoles de niveau supérieur: ox06: IP; 0xE0: IPx; 0x42: STP. Cette adresse permet la cohabitation de protocoles différents sur une même carte réseau

• 1 bit du champ DSAP est réservé pour la diffusion

• 1 Bit du champ SSAP indique s’il s’agit d’une trame Commande ou réponse

• Contrôle : indique le type de la trame: S, I ou U

• Pas de fanion: car cette trame sera encapsulée dans une trame MAC

• Pas de FCS car définit au niveau MAC

DSAP SSAP Contrôle Donnée

1 octet 1 octet 1 octet

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Types de trames

Type

LLC

Champ Contrôle

en héxa

Interprétation

03 UI : trame d’info non numérotée

1D XID : trame de test de présence

d’une station

1

07 TEST : tester un lien

1E SABME : trame d’ouverture de

cnx

06 UA : ACK de trame U

02 DISC : trame de fermeture de cnx

18 DM

11 FRMR

03 RR

01 REJ

2

10 RNR

03 UI

06 UA

3

02 FRMR

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Chapitre VI

La technologie Ethernet

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Historique

• Origine : Système ALOHA Ethernet V1 (1976)

Conçus et mis en œuvre par XEROX (Professeur

MetCalf)

– Débit : 3 Mb/s (Experimental Ethernet)

– Médium : Coaxial de 1000 mètres

– Nombre maximum de stations : 100

• Ethernet V2 (1980) DIX (Digital - Intel - Xerox)

– Débit : 10 Mb/s

– Base de travail à la recommandation IEEE 802.3

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Normes IEEE 802.3

• 1985 : 10 Base 5 (802.3)

• 1988 : 10 Base 2 (802.3b)

• 1990 : 10 Base T (802.3i)

• 1993 : 10 Base F (802.3j)

• 1995 : 100 Base X (802.3u)

• 1998 : 1000 Base LX,SX et CX (802.3z)

• 1999 : 1000 Base T (802.3ab)

• 2002 : 10000 Base F (802.3ae)

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Avantages d’Ethernet

Le succès d’Ethernet est dû à plusieurs facteurs:

Simplicité et facilité de maintenance

Fiabilité

Faible coût d’installation et de mise à niveau

Évolutivité

La technologie Ethernet regroupe une famille de

technologies: Ethernet standard à 10 Mbps, le FastEthernet à 100 Mbps et le Gigabit Ethernet à 1 et 10 Gbps

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Principes (3)

• Un coupleur est à l'écoute de la totalité des trames qui

circulent sur le câble(envoi sur une paire et écoute sur

l’autre paire)

– Si une trame lui est destinée :

• Adresse destinataire = Sa propre adresse physique

• Il la prend, la traite et la délivre à la couche supérieure

– Sinon, le coupleur ne fait rien

• Modes de fonctionnement:

– Half duplex: utilisé dans la version Ethernet en mode

partagé(sur bus ou en étoile autour de hub)

– Full duplex: pour Ethernet commuté: émission sur une paire

et réception sur l’autre paire.

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Préambule

Taille du Champ en octet

7 1 6 6 2 de 46 à 1500 4

SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS

Format d'une trame IEEE 802.3

• Débit d'émission / réception : 10 Mb/s

• 10 bits par µs

• Longueur des trames (sans préambule et SFD) :

• 18 octets réservés au protocole

• Longueur minimale : 64 octets

• Longueur maximale : 1518 octets

___________________________________________________


Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500

4SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS

Trame IEEE 802.3 : Préambule

• Taille : 7 octets identiques (10101010) <=> Simple

suite continue de bit à 0 et de bit à 1

• Assez long pour servir à la synchronisation de

l'horloge locale

• Pas de fin de trame

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Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500


Trame IEEE 802.3 : SFD

• SFD : Start Frame Delimitor

• Marque le début de la trame

• Taille : 1 octet

• SFD = 10101011

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Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500


Trame IEEE 802.3 : Adresses

• L'adresse destinataire peut donc représenter :

• L'adresse physique d'une machine locale

• Toutes les machines du réseau local (broadcast)

• L'adresse source représente seulement :

• L'adresse physique de la station émettrice

___________________________________________________


Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500


Trame IEEE 802.3 : Longueur

• Taille : 2 octets (valeur ≤ 1500)

• Donne le nombre d'octets utilisés par les données

dans la trame

• Type de protocole (Valeur > 1518) dans la version

Ethernet original

• Ethernet II est le format de trame Ethernet utilisé

dans les réseaux TCP/IP.

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Valeurs du champs protocole

Valeur en Héxa Valeur en

décimal

Protocole

0800 2048 IPv4

0806 2054 ARP

4200 16896 STP

86dd 34525 IPv6

809b 32923 Apple Talk

___________________________________________________


Préambule

Taille du Champs en octet

7 1 6 6 2 de 46 à 1500 4

SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS

Trame IEEE 802.3 : Données

• 46 < Taille du champs de données utiles < 1500octets

• Padding : Ajout d'octet(s) (PAD) sans signification pour envoyer moins de 46 octets de données

=> Longueur minimale de la trame : 64 octets

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Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500


Trame IEEE 802.3 : FCS

• FCS : Frame Check Sequence

• Contrôle à la réception de la trame par calcul• Calcul = CRC (Cyclic Redundancy Check) (Division

polynomiale)

• CRC sur champs destination, source, longueur et données

• Taille : 4 octets

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MAC : Transmission d'une trame

• La sous-couche LLC a fait un appel "transmet-trame".

• La couche MAC :

– Ajoute préambule, SFD, padding si nécessaire

– Assemble les champs : @source, @destinataire, taille,

données et padding

– Calcule le FCS et l'ajoute à la trame

– Transmet la trame à la couche physique :

• Si "écoute porteuse" faux depuis 9.6 µs au moins, la transmission

s'effectue.

• Sinon, elle attend que "écoute porteuse" devienne faux,

• Attend 9.6 µs et commence la transmission (suite de bits).

___________________________________________________


MAC :

Transmission

d'une trame

Créer la trame

Transmission en cours ?

Commencer la transmission

Détection Collision ?

Transmission finie ?

Brouillage

Comptabiliser la tentative

Trop de tentatives ?

Calcul du délai

Attente

Transmission réussie

OUI

NON

NON

NON

OUI

Abandon

Trop de tentatives

OUI

OUI

NON

Silence pdt IFS

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Caractéristiques de CSMA/CD

– période de vulnérabilité• intervalle de temps pendant lequel une station éloignée peut détecter le canal libre et

transmettre à son tour

• égale au maximum à un temps de propagation entre les 2 stations les plus éloignées sur le support

– fenêtre de collision ou tranche canal (time-slot)• délai maximum qui s'écoule avant que l'on détecte une collision ou encore délai après

lequel une station est certaine d'avoir réussi sa transmission

• égale à deux fois le temps de propagation d'un signal sur le support.

• TC= 51,2µs

c'est l'unité de temps du protocole

– séquence de brouillage (jam sequence)• séquence de brouillage envoyée par une station dès qu'elle a détecté une collision, afin

de la rendre détectable par l'ensemble des stations impliquées

– délai inter-trame (interframe Silence)• silence minimum entre 2 trames successives

• IFS= 9,6µs

– algorithme de calcul du délai aléatoire d'attente• détermine l'instant de retransmission d'une trame qui a subi une collision

• calcule la durée aléatoire D avant retransmission

• l’intervalle croît avec le nb de collisions subies

• lorsque n atteint 16, il y a abandon de la transmission

___________________________________________________


Paramètres d’Ethernet 10Mbps

Un domaine de collision Ethernet est défini par la règle 5-4-3-1

Un domaine de collision Ethernet est défini par

la règle 5-4-3-1

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LAN de 2ème Génération

Fast Ethernet

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LAN à 100 Mb/s

• 1993 : 3 approches concurrentes

– Fast Ethernet (CSMA/CD) => IEEE 802.3u

• Alliance de 40 sociétés pour élaborer la norme

– 100 VG Anylan => IEEE 802.12

• Solution mise en place par HP,IBM,…

– FDDI I et II : mais utilisé plutôt comme MAN

• 1997 : 1 Vainqueur Fast Ethernet (IEEE 802.3u )

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Fast Ethernet

• Proposé par un consortium de constructeurs dont 3COM et puis normalisée par IEEE 802.3u

• Topologie en étoile autour d'un hub

• Protocole identique à CSMA/CD

• Même format de la trame, taille min=64 octets

• Durée d ’émision min TC=5,12 s et inter-trame(IFS ou IFG) = 0,96 s

• Diminution de la distance du support

• codage par bloc : mB/nB : 4B/5B, 8B/6T,5B/6B, …

• utilisée pour le raccordement des stations dans un environnement de bureau.

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Fast Ethernet

• Fast Ethernet = Ethernet 10 Mb/s en 10 fois plus rapide avec le soucis principal la compatibilité avec l’existant– 802.3u <=> extension de 802.3

– Câblage structuré existant pérennisé (pour fibres et paires torsadées)

– Par contre disparition du coaxial (non liée aux performances)

• Évolution du CSMA/CD à 100 Mb/s– Reste simple, efficace, mais non déterministe

– Gestion des collisions, format et longueur de trames identiques

– Slot Time à 5.12 µs et Inter-trames 0.96 µs (96 temps bit)

– Full-Duplex : Plus de contrainte du CSMA/CD(Pont,switch): la transmission est synchrone

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Fast Ethernet

• Trois types de support sont utilisés:

– 100Base TX utilise la paire torsadée téléphonique(UTP5 ou STP1 sur une long max de 100m avec codage 4B/5B+MLT-3

• 125 Mhz * 4/5 = 100 Mbps

• 100 Mhz * 4/5 = 80 Mbps

– 100 Base T4 utilise des câbles composés de 4 paires torsadées(UTP3, 4 ) sur 100m au max avec codage 8B/6T

• Envoi sur 3 paires simultanément et une paire pour les collisions• Informations codées en ternaire (0, +V, -V)• 25 Mhz *3 = 75 * 8/6 = 100 Mbps

– 100 Base FX utilise la fibre optique multi-mode sur une longueur de 400m avec codage 4B/5B+NRZI

___________________________________________________


Codage 4B/5B

- Codage pour réseaux à haut débit

-Substitution d’une séquence de n bits par une séquence de m bits

- Le choix de 2n valeurs (symboles) parmi 2m permet de résoudre le problème

de composante continue, de largeur de spectre et parfois autorise une

autocorrection.

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Fast Ethernet

• Les hub utilisés sont de 2 catégories:

– hub de classe I : ne supporte qu'un seul hub entre

2 équipements terminaux; utilisé entre segments

de type différents : 100BTx, 100BT4,...

– hub de classe II : accepte 2 hub au max raccordés

ensemble, avec une distance max entre 2 stations

de 205m. Utilisé pour relier 2 segments de même

type : 100BT4; 100BFx et 100BTx

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Paramètres d’Ethernet 100Mbps

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Fast Ethernet : Auto-négociation (1)

• Mécanisme de détection du mode de fonctionnement du matériel connecté (issu de National SemiConductor)

– Optionnel, mais très répandu

– Recommandé par la norme, les constructeurs conseillent le + possible de fixer les paramètres

– Uniquement pour paires torsadées

• Débit fixe (100 Mb/s) pour la fibre optique

• Ne reconnaît pas le type de câble (catégorie)

– Sélection vitesse/mode d'échange : 10/100Mb/s, full/half duplex (auto sense)

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Fast Ethernet : Auto-négociation (2)

• Permet de détecter par ordre de priorité :1 : 100 Base TX Full Duplex,

2 : 100 Base TX, Sinon pas de connexion

3 : 10 Base T Full Duplex,

4 : 10 Base T

• Auto-négociation aux 2 extrémités : 2 Matériels 100

• Auto-négociation à 1 extrémité : Matériel 100 avec

Matériel 10

• Avantages : Pas de connexion non négociable possible

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Réseaux Locaux & Interconnexion

PART IV : Interconnexion

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Plan

• Les différents matériels que l'on peut trouver

sur un réseau LAN:

– Répéteur, répéteur multi-ports (étoile, hub)

– Pont, commutateur

– Routeur et passerelle

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Equipements d’interconnexion

Pont/Switch

Répéteur/Hub

Routeur

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Répéteur *(2 ports)

• Fonctions principales :– Régénération

– Duplication du signal • Augmente la distance entre 2 stations en reliant 2 segments Ethernet

• Augmente le nombre de machines connectable au réseau

– Partitionnement en cas de collisions excessives (30 à la suite)

– Ne regarde pas le contenu de la trame

– N'a pas d'adresse Ethernet

• Types de répéteurs:– Répéteur local si distance < 100 m

– Répéteur distant si distance > 100m: il faut un câble IRL pour relier 2 répéteurs distants

• Avantages : sans aucune fonction d'administration

• Désavantages : ne diminue pas la charge et ne filtre pas les collisions (augmente la taille du Domaine de Collision)

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Concentrateur ≈ Hub

• Souvent appelé hub, multi-répéteur ou

concentrateur:

– Fonction de répéteur avec une structure en étoile

– Les multi-répéteurs n'ont pas d'adresse MAC

– Permet de changer de média,

• Avec éléments modulables ou non

• Avec un type de carte par média

– Fonction de partitionnement pour chacun des ports

• Segment en faute automatiquement coupé

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Exemple multi-répéteur simple (1)

• 16 ports 10/100BaseTX + 1 Port 10 base2 + 1 AUI

• Coût faible (en permanente diminution!)

• Manière économique de conversion de média

• Bouchon 50 Ω électronique sur port 10 base2

• Utilisation AUI nécessite l'achat d'un transceiver

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Domaines de collision

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Interconnexion : Pont (1)

• Aussi appelé pont filtrant ou "bridge"

– Base : 2 ports comme un répéteur de base, avec CPU

et mémoire

• Buts :

– Diminuer la charge des réseaux en coupant en 2

segments le domaine de collision

– Augmente aussi la distance maximale entre 2 stations

• Niveau de la couche liaison de données

– Adresse Ethernet

– Transparent par rapport aux stations

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– Le pont par auto apprentissage des adresses des machines sait qui se trouve sur chacun des réseaux physiques

– Fonctions de filtrage (sauf à l'initialisation) :

• Les trames A <---> B ne vont pas sur Réseau Physique 2

• Les trames C <---> D ne vont pas sur Réseau Physique 1

– Le pont permet l’interconnexion de segments de même type ou différents (Ethernet et Token Ring)

A B

C DPONT

Réseau Physique

N°1

Réseau Physique

N°2

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• Trois modes de fonctionnement– Par table figée avec les adresses des stations (administration sévère de bas

niveau)

– Ou mixte avec des filtres manuels

– Par auto apprentissage (sans administration)– Les @ sources sont apprises quand elles émettent;

– Les @ de destination sont apprises par diffusion si elles n’existent pas dans la table.

– Les entrées de la table sont horodatées (aging timer)

• Avantages :– Assure un débit de pratiquement 10 Mb/s ou 100Mb/s

– Filtrage des trames inutiles et les collisions

– Pas de limite de distance sauf règle 5-4-3-1

– Peu d'administration

• Désavantages :– Ne filtre pas les broadcast ou multicast

– Latence élevée

• Remplacé par les commutateurs (pont multi-ports)

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Commutateurs

• Très souvent appelé aussi switch

• Plan :

– Justification

– Principes et architecture

– Critères de choix

– Algorithme de spanning tree

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Commutateurs : Justification

• Accroissement important des besoins en débits

– Augmentation du parc informatique (micro

puissants)

– Évolution des applications (bande passante),

nouveaux serveurs internet

• Problèmes à résoudre sur les LANs

– Charge croissante (multimédia)

– Collisions, broadcast et multicast

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Switched LAN

• Une technologie qui conserve un débit d'accès à 10/100Mbps pour chaque utilisateur et donc améliore l'utilisation de la BP

• Le hub est remplacé par un commutateur rapide, qui établit un CV commuté entre 2 correspondants

• l'utilisateur ne modifie pas les cartes sur les stations

• Les paires torsadés raccordées au commutateur sont utilisées en Full duplex avec le même débit d'accès dans chaque sens.

• très peu de collisions, limité au cas où 2 stations veulent émettre vers un même destinataire.

• Les mises en œuvre Ethernet commuté à des débits de 100 Mbits/s et supérieurs, sont dites synchrones

• 1 port = 1 domaine de collision

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Switch vs Hub

Hub: = diffusion

Switch = CV vers le destinataire

Débit = N/2 * Débit, N : nbre de stations

Le switch ne fait pas de diffusion sur tous les ports

Le switch diminue le nombre de collisions

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Composants d’un switch

• Une mémoire tampon(MT)– par port pour stocker les trames reçues et qui isole le port

du trafic envoyé au même moment sur d’autres ports

• Une table d’adresses(TA ou FDB: Forwarding Data Base)– pour stocker les adresses des stations connectées; alimentée

par auto apprentissage

• Une matrice de commutation– permet de router toute trame reçue sur un port vers

n’importe quel autre port. Elle définit des chemins de données multiples. Les ports sont reliés à la matrice de commutation

• Circuits ASIC + processeurs RISC pour les commutateurs fédérateurs

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• La table de commutation est construite dynamiquement. A chaque fois qu’une trame est reçue, le switch met à jour des informations dans sa table de commutation. Les informations ajoutées sont la correspondance entre le port source et l’adresse MAC source de la trame. Les informations contenues dans la table de commutation sont enregistrées de façon temporaire, pouréviter les erreurs.

• Pour retransmettre les trames il y a deux cas de figure :

• L’adresse MAC destination est renseignée dans la table de commutation. Le

• switch envoie alors la trame uniquement sur le port correspondant.

• L’adresse MAC destination n’est pas renseignée dans la table de commutation ou

• une adresse de broadcast. Le switch se comporte alors comme un HUB et envoie

• la trame sur tous ces ports sauf le port source.

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Méthodes de commutations

• 3 types principaux– A la volée(On-fly ou cut-through)

• dès que l’@destination est reçue , la trame est commutée

• Commutation symétrique: les ports doivent avoir le même débit

• Avtge: le temps de latence est réduit

• Incvt: transmission des trames erronées et collisions

– Par validation(store & Forward ou buffered)

• une trame est reçue et stockée avant d’être commutée

• Commutation asymétrique: les ports sont de débits différents

• Avtge: les trames erronées et collisions sont filtrées

• Incvt: le temps de latence est plus important

– Fragment Free

• attend de recevoir les 64 premiers octets d’une trame pour la transmettre en sortie

• Avtge: évite de transmettre les collisions

• Incvt: transmission des trames erronées

– Adaptative: commutation hybride qui combine le mode en fly et le mode store & forward (par logciel): initialement, le commutateur démarre en mode on fly, si le taux d’erreurs atteint un seuil prédéterminé, le commutateur bascule en mode store & forward.

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Commutation : Récapitulatif

Cut Through

Préambule


7 1 6 6 2 de 46 à 1500


Fragment free

Commutation après

le 64ième octet

Store & Forward

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Utilisation des switch

• Pour réorganiser un réseau

– en déplaçant les stations consommatrice de BP des Hub

classiques aux switch

– pour supprimer les collisions générées par des

communications vers des serveurs distincts(isoler les

serveurs)

• Pour remplacer une épine dorsale

– passage d’une architecture distribuée à une architecture

centralisée

• Pour segmenter des réseaux

– améliorer les performances de Token Ring avec le switch

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Gamme de switchs Ethernet

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Switch et sécurité

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PoE IEEE 802.3af

• Le Power Over Ethernet est défini par le standard IEEE802.3af

• Cette technologie permet de transférer le courant et les données sur les paires torsadées, de longueur limitée à 100m et de catégorie >= 5

• L’Ethernet utilise en général uniquement les fils 1, 2, 3 et 6 pour transporter les données, pour le courant ce seront donc les fils 4, 5, 7 et 8 qui seront utilisées.

• Le module PSE (Power Source Equipement) devra identifier si le terminal est compatible avec la norme. S’il ne l’est pas, le courant peut passer par les paires 1, 2, 3 et 6 et ainsi corrompre les données.

• Lors de coupures d'électricité, le PoE assure un fonctionnement continu des appareils connectés: les téléphones IP, les points d'accès et les caméras de sécurité IP, lorsqu'elle est utilisée conjointement avec une alimentation électrique centralisée sans interruption (UPS).

• il permet d’économiser près de 50% des coûts globaux d'installation, évitant ainsi l’installation d’un câblage électrique et de prises de courant séparées.

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Configuration d’un switch

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Domaine de broadcast

- Multicast, broadcast, et destinations inconnues deviennent des évènements globaux !

- Solution: découpage en sous- domaines de broadcat: VLAN

Serveur A

ARPARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

ARP

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Architecture avec switch ou pont

• Existence d’un chemin unique entre les équipements

• Si un lien tombe en panne, plus de communication

vers un segment du réseau

• La solution est la création de chemins redondants:

ajout de liens physiques pour augmenter la fiabilité;

ou par erreur;

• Mais cette redondance crée un dysfonctionnement lors

du transfert des trames:• Tempête de broadcast

• Trames multiples

• Table d’adresses MAC non cohérente (pour les ponts)

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Problèmes de la redondance

1. Que se passe-t-il quand A envoie

une trame unicast vers B?

2. Que se passet-il quand A envoie

une trame de broadcast?

3. Que doit-on faire pour résoudre

ce problème?

- Instabilité de la table MAC

- Tempête de broadcast

- Multiplicité de copies

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Station A

Station B

2/2

2/11/1

1/2

Segment A

Segment B

• Le STP: protocole de construction d’un arbre recouvrant

STP: Spanning Tree Protocol

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Spanning Tree (802.1D) : Rôle

• Protocole de communication Inter-Switchs(Ponts) dans

le but de :

– Éliminer automatiquement les boucles dans le réseau en

désactivant les ports qui engendrent les boucles,

– Contrôler en permanence la disponibilité des ports actifs,

– En cas de défaillance d’un port actif, de basculer le trafic

vers un port mis en sommeil

• 1 chemin unique possible entre 2 machines du réseau

local

– Ceci est réalisé en inhibant de(s) port(s) de Switchs)

– Le spanning tree permet une reconfiguration automatique en

cas de changement de topologie

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Spanning Tree : Principes

• Communication entre switchs pour

avoir une topologie sans boucle.

• Echange Basé sur la diffusion de

BPDU (Bridge Protocol Data Unit) BPDU ≈ [ID racine, ID émetteur, N° de port]

• L’adresse de diffusion Multicast est: 0180-C200-0000

• Protocole normalisé: IEEE 802.1D et IEEE 802.1w

pour RSTP (STP rapide)

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STP: Root Bridge

1. Processus D’élection d’un pont racine : Au démarrage chaque switch émet une BPDU avec

son ID signalant qu’il est racine

Tout switch qui reçoit une BPD avec un ID inférieur au sien, cesse ses émissions et rediffuse la BPDU reçue

A la fin, le switch racine continue à émettre son ID, il est alors élu comme racine

Celui qui a le plus bas SwitchID (8 Octets) :

• Bridge Priority (2 octets de 1 à 65535 configurable, par défaut 32768.)

• MAC Address (6 octets)

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STP: Root Bridge (Exemple)

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STP: Les Root Ports

2. Election d’un port root

Chaque switch (non racine) désigne un Root Port : ( Le port vers le root)

– Chaque port des switch a un coût (configurable en fonction de la vitesse)

– Coût du port : alloue un coût à un port, pour privilégier un port par rapport à un autre et la transmission de trame

• Transmis dans les BPDU

• Stratégie Cisco : 1000 / Débit_LAN

– Le chemin ayant le coût le faible est celui qui est actif

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STP: Les Root Ports

Débit Coût IEEE

802.1w

Coût IEEE

802.1D

10 Gbps 2 1

1 Gbps 4 1

100 Mbps 19 10

10 Mbps 100 100

Le plus court chemin est basé sur les coûts des liaisons

commutées, qui dépend du débit de la liaison

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STP: Les Root Ports ( Exemple)

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STP: Les Designated Ports

3. Un fois le Root Switch Élu et les Root ports

identifiés:

• Choix d’un port qui va transférer le trafic

de et vers chaque segment : Designated

port en se basant sur la priorité du port

– Priorité du port : associé au coût du chemin

optimal pour atteindre le Root Bridge

– Critères:– 1 : Le coût du chemin vers la racine est le plus faible

– 2 : L'identificateur de pont émetteur est le plus petit

– 3 : Le N° de port est le plus petit

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STP: Les Designated Ports Exemple

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Structure d’une BPDU

Champs Taille() Valeur

Protocol Identifier 2 0x00

Protocol version 1 0xver

BPDU_type

(configuration/information)

1 0x00/

0x80(Config/Hello)

Flags 1 0x00

Root Identifier 8 Priorité+@MAC

Root Path cost 4 19

Bridge Identifier 8 Priorité+@MAC

Port Identifier 2 N°port

Message Age 2 50

Max Age 2 20

Hello Time 2 2

Forward Delay 2 15

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Spanning Tree : Paramètres

• Paramètres configurables : les timers

– Hello Time : intervalle entre chaque envoi de trames (hello) par le Root Bridge (1 à 10 s, 2 s recommandé) (test liaison)

– Max Age : temps maximum d'attente pour qu'un switch considère la topologie caduque (re-calcul de la topologie) (6 à 40 s, 20 s recommandé). Pas de BPDU du Root

• Trop petit : re-calcul risque d'être trop fréquent

• Trop grand : augmente les temps de convergence

• Équivalent d'un TTL pour les BPDU

– Forward Delay: délai max de passage d’un état à un autre; temps de traitements des BPDU (15s) à l’état d’écoute et d’apprentissage

– Message Age: le temps total de convergence de STP: 50s ou temps écoulé depuis que le pont racine a envoyé une BPDU

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Spanning Tree : état des ports (1)

• Un port de pont peut connaître les 5 états suivants :– Bloqué (blocking) : à l’initialisation pour ne pas créer de boucle le

port n’écoute que les BPDU (20 s).

– Écoute (listening) : 2ème étape après l’initialisation, le port ne transmet et ne reçoit toujours pas des données, mais peut transmettre et recevoir des BDPU (15 s).

– Apprentissage (learning) : après une période (Forward Delay) le port ne transmet toujours pas les trames, mais commence la mise à jour de sa table d'adresse. (15s)

– Transmission (forwarding) : fonctionnement normal du port du pont avec mise à jour continue des tables d'adresses

– Etat Shutdown (disabled) par l’administrateur ou suite à un problème sur le port ( Pas de STP)

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Spanning Tree : état des ports (2)

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Interconnexion : Routeur (1)

• Fonction d'aiguillage (routage) des paquets des protocoles de la couche réseau (OSI 3)

– IP, IPX, Appletalk, DECNET…

• Fonction de pontage possible :

– Pour les protocoles non routables: LAT, Token-ring

• Beaucoup d'intelligence

– CPU et mémoire jusqu'à 128 Mo (voire plus)

– Matériel dédié ou non (station)

– Matériels connus : Cisco, 3Com, Bay Networks, Cabletron ...

• Possède en général au moins 2 coupleurs réseau

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• But : connecter 2 réseaux (ou 2 sous

réseaux) au niveau 3 de l'OSI

• Exemple IP :

Rq : Réseau physique

quelconque

Station AStation B

Station C Station D

Routeur

Réseau IP N°1

Réseau IP N°2

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• Avantages:

– Filtrage : Ne laisse pas passer les trames inutiles, les collisions,

les broadcasts et les multicasts de niveau 2

– Sécurité : gestion possible de filtres au niveau 3,4

(IP,TCP,UDP…)

– Sépare 2 administrations ou deux entités (dorsale, labo, DMZ)

– Erreur au niveau d'Ethernet d'un coté n'affecte pas l'autre coté

– Équipement connu par les protocoles de niveau 3

• Désavantages

– Performances : Switch when you can, route when you must

– Coûts élevés et configuration pas toujours aisée

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Interconnexion : Passerelle (1)

• Connue aussi sous le nom de Gateway

• Traduction d'un protocole de niveau ≥ 3 dans

un autre

• Tout ce qui n'est pas un répéteur, un pont ou un

routeur et qui permet l'interconnexion de

réseaux

• Permet à 2 mondes ≠ de communiquer

– Souvent avec de légères pertes de fonctionnalités

– On ne peut pas s'en passer

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Interconnexion : Passerelle (2)

• Conversion de protocole de niveau 3 :• DECNET-IP

• LocalTalk AppleTalk-Ethernet IP

• D'applications :• FTP COPY

• SMTP X400

• Matériel dédié ou application sur une station

• Demande beaucoup d'administration (tables ...)

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Équipements d'interconnexion

récapitulatif

Niveau OSI

Répéteur, Hub, ConcentrateurTrains de Bits 1

2 Pont, bridge, commutateur, switchTrames

3 RouteurPaquets

Datagrammes

7

Passerelle, Gateway

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Domaine de broadcast

Domaine de Broadcast Domaine de collision

Les répéteurs ne séparent pas les domaines de collision.

Les Ponts, les commutateurs et les routeurs oui.

Les répéteurs, ponts et commutateurs ne séparent pas

les domaines de broadcast. Les Routeurs OUI !

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Conception d’un LAN

• Débits allant de 100 Mbi/s à 10 Gbit/s

• Distances géographiques d'au plus 1 km

• Plusieurs centaines de nœuds

• Simplicité

• Fiabilité

• Dépendance minimale vis-à-vis d'un composant central

• Utilisation efficace des ressources partagées, en particulier du réseau lui-même

• Stabilité sous forte charge

• Accès équitable pour tous les nœuds

• Facilité d'installation pour un petit réseau et évolution sans remise en cause de l'existant

• Facilité de reconfiguration et de maintenance

• Coût peu élevé

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Conception d’un LAN

• Technologies des réseaux d’accès locaux

– Ethernet s’est imposé comme la technologie prédominante

• Ethernet 10 Base T avec des hubs (half-duplex), ou avec des commutateurs (half ou full-duplex) pour l’existant assez ancien

• Ethernet 100 base T full-duplex avec des commutateurs : le plus courant actuellement

• Ethernet 1000 base T full-duplex apparaît maintenant dans le réseau d’accès, même si il n’y est pas très utile, voire même nuisible (il est souvent bridé)!

• La fibre optique est actuellement peu utilisée dans le réseau d’accès

– Les réseaux locaux sans fil de type 802.11 complétent les réseaux Ethernet filaires

• Pour les utilisateurs mobiles (exemple : locaux de stockage)

• Pour les utilisateurs occasionnels (visiteurs, commerciaux, …)

• Pour les salles de réunions

• Pour les locaux sans installation de câblage ou avec difficultés de câblage

– Les réseaux d’accès en anneau (token ring) ou de type ATM ont disparu ou sont en train de disparaître du réseau d’accès

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