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RESEAUX LAN
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PCSD
Universit Kasdi Merbah OuarglaDpartement Mathmatique et informatique
CH2
Rappel sur les Rseaux Locaux
1 re Master Informatique Fondamentale
Avril 2013
Master informatique fondamentale PCSD 1
Remerciements Les transparents sont bass sur des supports de cours de :
Olivier GLCK (Universit LYON 1 / Dpartement Informatique)
Shivkumar KALYANARAMAN (RPI/ECSE)
Cyril Pain-Barre- IUT Informatique Aix-en-Provence
Safa YAHI safa.yahi@univ-amu.fr
Des figures sont issues des livres Rseaux , 4ime dition, Andrew Tanenbaum, Pearson Education, ISBN 2-
7440-7001-7
Rseaux et Tlcoms , Claude Servin, Dunod, ISBN 2-10-007986-7
Internet
Master informatique fondamentale PCSD 2
Rappel sur les rseaux locaux - LANs Gnralits sur les rseaux locaux
dfinitions, caractristiques et constituants d'un LAN
normalisation
Etude gnrale des couches 1 et 2
services physiques
couche MAC
couche LLC
Les rseaux accs alatoires (CSMA/CD)
principe du CSMA/CD
format des trames Ethernet/IEEE 802.3
Diffrentes versions d'Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 3
Gnralits sur les rseaux locaux
Dfinitions, caractristiques et constituants d'un LAN
Normalisation
Master informatique fondamentale PCSD 4
Gnralits sur les rseaux locaux (1) Qu'est ce qu'un rseau local ?
C'est un ensemble de moyens autonomes de calculs relis entre euxpour s'changer des informations et partager des ressourcesmatrielles ou logicielles
Moyens autonomes de calcul micro-ordinateurs stations de travail imprimantes, fax, PDA, tlphones portables,
Ressources matrielles partages imprimantes, photocopieurs, scanners, graveurs espaces disque, ...
Ressources logicielles partages programmes, fichiers, ... bases de donnes Messagerie
Master informatique fondamentale PCSD 5
Gnralits sur les rseaux locaux (2)
On trouve gnralement dans un rseau local
un serveur de fichiers, d'impressions, de messagerie, de gestion des comptes utilisateur, de licences, de routage scuris vers Internet, web ...
LAN - Local Area Network
un rseau local couvre en principe une surface gographique peu tendue (tage ou btiment) dans la classification LAN/MAN/WAN
RLE - Rseau Local Etendu ou d'Entreprise
un rseau local qui peut s'tendre sur plusieurs btiments ou sites
abstraction de la notion d'tendue gographique
Master informatique fondamentale PCSD 6
Evolution des rseaux informatiques (1)
Deux problmes majeurs dans les rseaux informatiques
O s'effectuent les traitements (excution des programmes) ?
Quelle est la politique d'accs au rseau ?
Les premiers rseaux informatiques
un ordinateur central qui effectue tous les traitements
des terminaux passifs dots d'aucune puissance de calcul mais qui permettent uniquement de lancer certains programmes sur l'ordinateur central -> partage du temps CPU de l'ordinateur central entre les diffrents terminaux
l'ordinateur central contrle les changes et les accs des terminaux secondaires (relation matre/esclave)
Master informatique fondamentale PCSD 7
Evolution des rseaux informatiques (2)
Les rseaux locaux
des serveurs mettent disposition des clients certaines ressources partages
les postes client (ou stations) disposent d'une puissance de calcul -> ils excutent certains programmes en local et mettent des requtes vers les serveurs pour disposer d'un service particulier non disponible localement
le contrle d'accs au rseau est dcentralis
il est maintenant frquent que chaque station mettent disposition des autres un certain nombre de ressources (on parle alors de systme peer-to-peer, chaque poste est la fois client et serveur).
Master informatique fondamentale PCSD 8
Evolution des rseaux informatiques (3)
Master informatique fondamentale PCSD 9
Caractristiques d'un rseau local
Distances courtes entre les terminaux
entre 100 m et 1 km
Bande passante leve
10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s
Mdium de communication partag
il faut grer l'accs au mdium (diffrentes mthodes)
Environnement distribu
chaque lment peut mettre des ressources disposition des autres et/ou accder des ressourcesdistantes
les quipements et les donnes sont partages
Master informatique fondamentale PCSD 10
Constituants d'un rseau local
Un cblage reliant les diffrents nuds suivant une certaine topologie
Une mthode d'accs au support pour assurer son partage
Une mthode d'adressage pour identifier chaque entit du rseau
Un ensemble de protocole pour permettre la communication
Des applications qui utilisent les protocoles de communication
Master informatique fondamentale PCSD 11
Les couches 1 et 2 des LAN (1)
LAN / OSI
OSI : mode point point au niveau des couches 1 et 2
LAN : un support unique en mode diffusion
Master informatique fondamentale PCSD 12
Les couches 1 et 2 des LAN (2)
PMD - Physical Medium Dependent
assure le transfert des donnes (bits) sur des supports varis
cble coaxial, paire torsade, fibre optique, sans fil
PMI - Physical Medium Independent
dtection de la prsence d'un signal, codage, rcupration d'horloge (synchronisation)
MAC - Medium Access Control
contrle de l'accs partag au support et contrle d'erreur
LLC - Logical Link Control
tablissement/rupture de la connexion, gestion de la liaison logique
Master informatique fondamentale PCSD 13
L'adressage
OSI : adressage au niveau de la couche rseau (3)
LAN : un niveau d'adressage supplmentaire
chaque interface (point d'accs au rseau) est distingue par une adresse physique ou adresse MAC
Master informatique fondamentale PCSD 14
Normalisation (1)
fvrier 1980 : groupe de travail 802 de l'IEEE charg de dfinir des standards relatifs aux LAN
1998 : l'ISO normalise la plupart de ces standards
Les sous-groupes du groupe 802
802.1 : architecture gnrale des rseaux locaux, format d'adressage, techniques d'interconnexion et d'administration
802.2 : protocole LLC-Logical Link Control divis en trois classes de services
LLC1 : mode non connect (pas de reprise sur erreur, pas de contrle de squencement et de duplication)
LLC2 : mode connect proche d'HDLC
LLC3 : mode non connect mais avec acquittement (dtection d'erreur)
Master informatique fondamentale PCSD 15
Normalisation (2)
Les sous-groupes du groupe 802
802.3 802.6 et 802.11 802.14 : spcifications des diffrentes mthodes d'accs
802.7 et 802.8 : coordination des autres sous groupes pour les besoins large bande (802.7) et fibre optique (802.8)
802.9 : intgration de la voix et des donnes
802.10 : scurit des transmissions (chiffrage des
donnes)
802.11 : sans fil (WLAN) infrarouge ou hertzien
802.15 : Bluetooth
Master informatique fondamentale PCSD 16
Normalisation (3)
Master informatique fondamentale PCSD 17
Etude gnrale des couches 1 et 2
Services physiques
Couche MAC
Couche LLC
Master informatique fondamentale PCSD 18
Topologies et mthodes d'accs (1)
La mthode d'accs utilise dpend de la topologie du rseau sous-jacent
Topologie en bus
les messages sont reus par l'ensemble des stations connectes (diffusion)
une station peut accder tout moment au support
problme si deux stations dcident d'mettre en mme temps (collision)
802.3 (Ethernet) : une station vrifie avant d'mettre qu'aucune autre station n'est dj en train d'mettre
802.4 (Token Bus) : chaque station se voit attribuer tour tour le droit d'mettre (circulation d'un jeton)
Master informatique fondamentale PCSD 19
Topologies et mthodes d'accs (2)
Topologie en anneau
circulation unidirectionnelle du message de proche en proche jusqu' atteindre le destinataire
802.5 (Token Ring) : le droit d'mettre est transmis par l'intermdiaire d'un jeton qui circule de station en station sur l'anneau
Topologie en toile
N liaisons point point autour d'un concentrateur qui peut ventuellement participer la distribution de l'accs au support
Une station qui dsire mettre peut formuler une demande au concentrateur (802.12)
Master informatique fondamentale PCSD 20
Topologies et mthodes d'accs (3)
Rcapitulatif des mthodes d'accs accs alatoires avec coute du canal (802.3/Ethernet)
protocole trs simple mettre en uvre (pas d'change d'information entre les quipements pour grer le droit de parole) -> peu coteux
accs contrls
gestion centralise par un concentrateur (802.12)
gestion dcentralise : systmes jeton
jeton adress (Token bus) - protocole complexe qui garantit une borne maximale pour le temps d'mission
jeton non adress (Token ring) - circulation plus simple du jeton
Master informatique fondamentale PCSD 21
Topologie physique/logique (1)
La topologie physique indique comment les diffrentes stations sont physiquement raccordes (cblage)
La topologie logique dcrit comment est distribu le droit d'mettre
Master informatique fondamentale PCSD 22
Topologie physique/logique (2)
Dans un anneau, si une station tombe en panne, tout l'anneau est interrompu
Utilisation d'un concentrateur MAU (Multiple Access Unit) qui dtecte les stations hors service
Master informatique fondamentale PCSD 23
Les diffrents types de cble (1)
Paires torsades (ex. Ethernet)
peu coteux, facile mettre en place
trs utilises dans les rseaux locaux et la tlphonie
longueur limite 100 m (relativement sensible aux perturbations lectromagntiques)
Master informatique fondamentale PCSD 24
Les diffrents types de cble (2)
Cble coaxial (ex. LAN, TV, Cble, )
supporte des distances plus grandes,
plus rsistant aux perturbations
relativement coteux, plus difficile installer (rigidit du cble, encombrant)
Fibre optique
trs coteux, faible attnuation, trs grande BP
utilise principalement dans le cur des rseaux
multimode (~1km) et monomode (~60km)
Master informatique fondamentale PCSD 25
Isolant gaine/blindage
BruitProtectionisolante
La couche MAC
Gestion de l'accs au support, problmes d'adressage (adresse MAC), contrle d'erreurs (FCS)
Les mthodes d'accs alatoires (ou contention)CSMA -Carrier Send Multiple Access (accs multiple avec coute de la porteuse)
CSMA/CA - Collision Avoidance (AppleTalk, 802.11, )
prvention de collision
AppleTalk obsolte : 230,4 kbit/s pour le partage d'imprimantes
CSMA/CD - Collision Detection (Ethernet)
dtection de collision
normalis par IEEE 802.3 et ISO 8802.3
Master informatique fondamentale PCSD 26
L'adressage MAC IEEE 802.1 (1)
L'adresse MAC dsigne de faon unique une station sur le rseau (unicit assure par l'IEEE)
Adressage plat : l'adresse ne donne aucune information sur la localisation de la machine
Elle est grave sur la carte d'interface rseau ou l'quipement par le fabriquant
adresse longue sur 48 bits pour les rseaux interconnects Reprsentation hexadcimale
En gnral, on regroupe par deux chiffres hexadcimaux quon spare par : (sous linux) ou par - (sous Windows).
Exemple : 0:00:694:25:51:4B (linux)
00-60-94-25-51-4B (windows)
0060.9425.514B (cisco)
Master informatique fondamentale PCSD 27
L'adressage MAC IEEE 802.1 (2)
Numro de vendeur attribu par l'IEEE (RFC 1340)
ex: Cisco (00-00-0C), Sun (08-00-20), Xerox (00-00-AA)
Numro de srie attribu par le constructeur
Adresse de Broadcast : FF-FF-FF-FF-FF-FF
utilise par les protocoles de rsolution d'adresses
Master informatique fondamentale PCSD 28
Le contrle d'erreur
La trame MAC contient une en-tte et en-queue spcifiques chaque type de rseau
L'en-queue contient 4 octets pour le champ CRC ou FCS normalis par l'IEEE : le contrle derreur est de type CRC, le polynme gnrateur est le mme quelque soit le rseau utilis
x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + 1
La couche MAC rejette les trames errones mais ne fait pas de reprise sur erreur (ventuellement ralise par les couches suprieures)
Master informatique fondamentale PCSD 29
La couche LLC - IEEE 802.2
Rle : masquer aux couches suprieures le type de rseau utilis, contrle de la transmission des donnes une fois que la station a gagn son droit la parole (couche MAC)
Sous-ensemble (parfois trs rduit) d'HDLC
Master informatique fondamentale PCSD 30
La trame LLC (1)
Format gnral de la trame LLC
SAP (Service Access Point) permet de dsigner la (ou les) couche(s) suprieure(s) destinataire(s) (DSAP) et la couche suprieure mettrice (SSAP)
permet de faire cohabiter plusieurs protocoles sur une mme interface rseau (IP/IPX/NETBIOS/X.25/)
7 bits de poids fort = @ du SAP (RFC 1700)
le bit de poids faible (C/R ou I/G)
SSAP : trame de commande (C/R=0) ou de rponse (C/R=1)
DSAP : trame destine un SAP unique (I/G=0) ou un groupe (I/G=1)
Master informatique fondamentale PCSD 31
La trame LLC (2)
Le champ commande de la trame LLC champ commande similaire celui d'HDLC
trames (I) et (S) sur 2 octets, trames (U) sur 1 octet
trames (S) 4 bits sont rservs pour un usage futur (mis 0)
3 types : RR, RNR et REJ
trames (U) : SABME, DISC, UA, DM, FRMR, UI
Master informatique fondamentale PCSD 32
Quelques valeurs de SAP
Master informatique fondamentale PCSD 33
Les rseaux accs alatoires
Rseaux IEEE 802.3 et Rseaux
Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 34
La petite histoire d'Ethernet 1970 : protocoles contention pour des accs radio
l'universit d'Hawaii
1973 : premire version d'Ethernet (Xerox) -3Mbit/s sur cble coaxial
1980 : Ethernet DIX (Digital/Intel/Xerox) 10Mbit/s
1982 : spcifications dfinitives d'Ethernet V2
1985 : IEEE 802.3 10Base5
1989 : ISO 8802.3
Aujourd'hui, Ethernet=90% des rseaux locaux et dveloppement du 802.11
Master informatique fondamentale PCSD 35
Principe du CSMA/CD (1) Rappel : un instant donn, une seule trame circule
sur le cble pas de multiplexage, pas de full-duplex (pendant l'mission,
la paire de rception sert l'coute du canal)
diffusion des messages toutes les stations
avant d'mettre, une station coute le rseau pour s'assurer que le support est libre
si deux stations mettent simultanment car elles ont dtect un silence sur le support, il y a collision : chaque message est pollu par l'autre
en cas de collision, une station cesse ses missions et essaie d'mettre ultrieurement
la couche MAC ralise la reprise sur collisionMaster informatique fondamentale PCSD 36
Principe du CSMA/CD (2) Principe de la dtection de collision
chaque station coute son propre message et compare les niveaux lectriques du message qu'elle a mis et du message cout
L'Algorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff ) dtermine le dlai alatoire T, T = K * FenetreDeCollision, avec :
K nombre alatoire compris entre 0 et 2n-1
n nombre de collisions successives (abandon aprs 16 essais)
Master informatique fondamentale PCSD 37
La dtection de collision Fentre de collision : temps minimal pendant lequel une station doit
mettre pour dtecter une ventuelle collision
Il y a une taille minimale de trame qui dpend
du dbit du rseau
de la distance maximale entre deux stations (diamtre du rseau)
512 bits (64 octets) pour 10Mbit/s et 2500m
Pour assurer la compatibilit entre les diffrentes versions et ne pas pnaliser les performances, la taille minimale est fixe 64 octets
-> il faut ajuster le diamtre du rseau en consquence
10Mbit/s 2500m 51,2s
100Mbit/s 250m 5,12s
1000Mbit/s 25m 0,512s
Master informatique fondamentale PCSD 38
http://wps.aw.com/aw_kurose_network_2/0,7240,227091-,00.html.
CSMA/CD mthode d'accs probabiliste et non dterministe
ne convient pas aux applications temps rel et aux transferts isochrones (voix/donnes)
CSMA/CD efficace sur un rseau peu charg, pas adapt aux rseaux chargs
Rseau Token-Ring (mthode daccs Jeton): Dterministe et peut garantir une bande passante minimale
Master informatique fondamentale PCSD 39
Trames IEEE 802.3 et Ethernet (1)
Prambule : 7 fois 10101010 pour la synchronisation bit
SFD (Start Frame Delimitor) : 10101011 pour la synchronisation octet
Bourrage si Lg < 46 octets pour dtection collision
FCS sur 4 octets pour la dtection d'erreur
Diffrence IEEE 802.3/Ethernet : champ Lg/Type
Master informatique fondamentale PCSD 40
Trames IEEE 802.3 et Ethernet (2) Le champ Lg/Type et compatibilit
802.3 : le champ Lg dsigne la longueur des donnes utiles (sans le padding) et Lg < 1500
Ethernet : le champ Type dsigne le type des donnes (i.e. le protocole qui il faut dlivrer les donnes)
exemples : IP=0x0800, ARP=0x0806, IPX=0x8137
la couche suprieure vhicule la longueur des donnes
Compatibilit assure par le fait que le champ Type ne commence la numrotation des protocoles qu' partir de la valeur dcimale 1500
Master informatique fondamentale PCSD 41
Compatibilit IEEE/Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 42
Diffrentes versions dEthernet
Ethernet
Fast Ethernet
Gigabit Ethernet
10 Gigabit Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 43
Diffrentes versions d'Ethernet
Pourquoi diffrentes versions ? Protocoles volutifs
2Mbit/s, 10Mbit/s, 100Mbit/s, 1Gbit/s
coaxial, paires torsades, fibres optiques
Les appellations normalises IEEE 802.3 sont dsignes par un code qui indique
le dbit
le type de modulation (bande de base ou large bande)
la longueur maximale d'un segment pour un cble coaxial ou une lettre donnant le type du support (T pour la paire torsade, F pour la fibre optique)
Exemple : 10Base5 = 10Mbit/s en bande de base sur cble coaxial d'une longueur maximale par segment de 500m
Master informatique fondamentale PCSD 44
Ethernet pais, IEEE 802.3 10base5 (1)
Premire version d'Ethernet normalise (1985) Pratiquement plus utilise 10Mbit/s en bande de base sur cble coaxial d'une
longueur maximale par segment de 500m Matriel
codage Manchester topologie physique = bus cble coaxial pais (10mm), cble de liaison,
bouchons de terminaison (limite chos), connecteur DB15, rpteurs entre deux segments
transceiver (ou MAU) : conversion des signaux, dtection collisions
carte Ethernet : gre l'algorithme CSMA/CD,
Master informatique fondamentale PCSD 45
Ethernet pais, IEEE 802.3 10base5 (2)
Master informatique fondamentale PCSD 46
Ethernet fin, IEEE 802.3 10base2 (1)
Moins coteux et plus facile d'installation Architecture la plus conomique pour des petits
rseaux (dizaines de stations) Matriel
codage Manchester topologie physique = bus cble coaxial fin (5mm), bouchons de terminaison
(limite chos), connecteur BNC en T, rpteurs entre deux segments (30 stations max par segment)
longueur maximale d'un segment : 185m distance minimum entre 2 nuds : 0,5m transceiver intgr la carte Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 47
Ethernet fin, IEEE 802.3 10base2 (2)
Master informatique fondamentale PCSD 48
Ethernet en paires torsades Rutilisation du cblage tlphonique (AT&T)
Topologie physique en toile
Connecteurs RJ45
Un Hub mule un bus
concentrateur/rpteur
diffusion des messages sur tous les ports
dtection des collisions (le signal de collision est retransmis l'ensemble des stations)
LED de status + test du lien toutes les 8 secondes
Liaison Hub/Station ou Hub/Hub en paires torsades (1 pour l'mission, 1 pour la rception)
Nombre de niveaux limits par la fentre de collisionMaster informatique fondamentale PCSD 49
Ethernet, IEEE 802.3 10baseT Longueur d'un maximale d'un brin (liaison hub/
station ou hub/hub) : 100m ou 150m
2 paires torsades UTP catgorie 5
3 niveaux de Hub au maximum
Master informatique fondamentale PCSD 50
Rcapitulatif Ethernet 10 Mbit/s
Source : Rseaux locaux et Internet, des protocoles l'interconnexion , 3ime dition, Laurent Toutain, Hermes Science, ISBN 2-7462-0670-6
Master informatique fondamentale PCSD 51
Fast Ethernet Evolution du 10baseT vers le 100 Mbit/s (IEEE 802.14)
Commutateur Switch et cartes avec ports 10/100Mbitps (auto-ngociation)
le port et la carte s'auto-configurent sur le plus grand dnominateur commun (permet la mixit 10/100)
Plusieurs versions
100baseT4 (4 p. cat. 3,4,5) , 100baseT2 (2 p. cat. 3,4,5) , 100baseTX (2 p. cat. 5), 100baseFX (fibre)
Master informatique fondamentale PCSD 52
Gigabit Ethernet (1) Avec un commutateur Gigabit Ethernet
Modle de type point--point : pas de diffusion, pas de dtection de collision (pas CSMA/CD)
Gnralement utilis pour l'interconnexion de rseaux 10 ou 100 Mbit/s
Un quipement Gigabit Ethernet contient gnralement des ports 10, 100 et 1000 avec des ports pour la fibre optique
Les diffrents types : 1000baseCX, 1000baseT : en paires torsades (STP, UTP)
1000baseSX : fibre optique courte longueur d'onde sur 260/550m -> interconnexion l'intrieur d'un btiment
1000baseLX : fibre optique grande longueur d'onde sur 3km (monomode) -> interconnexion sur un campus
Master informatique fondamentale PCSD 53
Gigabit Ethernet (2)Utilisation typique actuellement
Master informatique fondamentale PCSD 54
10 Gigabit Ethernet
Master informatique fondamentale PCSD 55
Ethernet 10Gbit/s en cours uniquement sur fibre avec technique de multiplexage en frquences
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