CH2 Rappels Lan

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 [email protected]

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


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


Gnralits sur les rseaux locaux

Dfinitions, caractristiques et constituants d'un LAN

Normalisation


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


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


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)



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).


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


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


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


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


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


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)


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


Normalisation (3)


Etude gnrale des couches 1 et 2

Services physiques

Couche MAC

Couche LLC


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)



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)



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


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


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


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)


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)


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


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)


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


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)


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


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)


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


Quelques valeurs de SAP


Les rseaux accs alatoires

Rseaux IEEE 802.3 et Rseaux

Ethernet


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


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)


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


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


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


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


Compatibilit IEEE/Ethernet


Diffrentes versions dEthernet

Ethernet

Fast Ethernet

Gigabit Ethernet

10 Gigabit Ethernet


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


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,


Ethernet pais, IEEE 802.3 10base5 (2)


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


Ethernet fin, IEEE 802.3 10base2 (2)


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


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


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)


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


Gigabit Ethernet (2)Utilisation typique actuellement


10 Gigabit Ethernet


Ethernet 10Gbit/s en cours uniquement sur fibre avec technique de multiplexage en frquences

Documents

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