ISET MAHDIA September 2010 T ronc commun 3 ème semestre - Les Réseaux Locaux -

http://www.isrinfo.fr - TI3 120/04/23

ISET MAHDIAISET MAHDIA September 2010 September 2010

T Tronc communronc commun 3 3èmeème semestre semestre-- Les Réseaux Locaux Les Réseaux Locaux - -

Les réseaux locaux

Normalisation IEEE (Modèle,adressage,câblage)

Les protocoles Ethernet et IEEE 802.3 (Accès au support ,hauts débits)

La sous-couche LLC 802.2

Interconnexion des réseaux Ethernet (Matériels,Commutation,Vlans)

Réseaux Locaux sans fil (802.11)

http://www.isrinfo.fr - TI320/04/23 2

Normalisation IEEENormalisation IEEE Le comité IEEE 802Le comité IEEE 802

Normalisation des réseaux locaux en reprenant les couches 1 et 2 du modèle OSI

Développer un standard permettant la transmission de trames d ’information entre 2 systèmes informatiques à travers un support partagé quelque soit leur architecture.


Normalisation IEEENormalisation IEEE

Comité IEEE 802 - Contraintes au niveaux des réseaux locaux

• Supporter au moins 200 stations

•Couverture d ’au moins 2 km

• Débit entre 1Mb/s et 10 Mb/s

• Adressage individuel ou en groupe des stations

• Conformité au modèle OSI

• Contrôle d ’accès au support (équité,une seule station émet à la fois,gestion de priorité,…)

• Détection et récupération d ’erreurs

• Compatibilité entre les différents constructeurs


Normalisation IEEENormalisation IEEEModèle IEEE 802Modèle IEEE 802

1

2

802.1 Higher layer interfaces

Ges

tion

d ’

adre

sses

Arc

hite

ctur

e

802.2 Logical Link Control

802.10 Secure Data Network

802.3

CSMA/CD

802.5

Anneau à jeton

802.6

MAN

802.11

Sans fils

802.12

100 Mbits/s

Media

Access

Control



Les Standards IEEE 802

802.1

802.2

802.3

802.11

Architecture générale , format des adresses,technique d ’interconnexion

Sous-couche LLC (logical Link Control) pour gérer le transfert des données

Accès au support CSMA/CD

Ethernet Sans fil



L ’adressage IEEE 802.1

I/G U/L 46 Bits

U=0 @ Universelle (équipement constructeur)L=1 @ Locale

I=0 @ Individuelle (station)G=1 @ Groupe (diffusion)

48 bits (6 octets) pour les réseaux interconnectés sinon 16 bits

Format général d ’une adresse MAC



Une adresse MAC universelle est divisée en 2 parties :

• Les 3 premiers octets identifient le constructeur (Voir ftp://ftp.isi.edu /in-notes/iana/assignements et rfc1700)

• Les 3 suivants le numéro de série dans la production du vendeur

Une adresse MAC universelle désigne de manière unique une station dans le monde.

3 premiers octets Vendeur

00 :00 :0C CISCO

08 :00 :09 HP

08 :00 :20 SUN

08 :00 :5A IBM

Le premier bit de l ’octet transmit sur le réseau est celui de poids faible . Donc pour 0x08 (0000 1000) on transmet 0001000 . C ’est important pour le Multicast (slide suivant) : 0x01 -> 1000 000 .


Normalisation IEEENormalisation IEEEAdresses MAC spécifiquesAdresses MAC spécifiques

• Adresses de broadcast

• Adresses Multicast

@ diffusion généralisée , reconnue par toutes les stations . Tous les bits sont à 1 -> FF:FF:FF:FF:FF:FF . Toutes les stations connectées au réseau lisent la trame . La couche MAC transmet la trame aux couches supérieures (Pb performances) .

@ diffusion restreinte , désigne un groupe de stations . 1er bit transmit à 1 (1er octet d ’@ impair) .

Ex: 09:00:2B:00:00:0F protocole LAT de DEC

(Voir RFC-1700 et 1112).

Si la station ne fait pas partie du groupe , le composant MAC laisse passer la trame sans la transmettre aux couches supérieures .


Ethernet et 802.3Ethernet et 802.3• Début des années1980 : Standard Ethernet 10 Mb/s version 1.0 par Digital-Intel-Xerox (DIX) .

• 1982 : Version 2.0 de DIX -> Ethernet II .

• 1983 : Ethernet est adopté comme standard par l ’IEEE et l ’ANSI : IEEE 802.3 « Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specification »

Attention : ce n ’est pas exactement la version II de DIX qui fut approuvé par l ’IEEE :

Même méthode d ’accés au support CSMA/CDTraitement par les couches hautes différent


Ethernet et 802.3Ethernet et 802.3La proposition IEEE 802.3 décrit un réseau local bande de base 10Mbit/s utilisant une méthode d ’accès de type CSMA/CD . On y définit :

• Les caractéristiques mécaniques et électriques du raccordement d ’un équipement au support de communication .

• La gestion logique des trames

• Le contrôle de l ’accès au support de communication

Plusieurs normes ISO 8802.3 ont été définies en fonction du support physique et du débit . Le mode de transmission étant la bande de base , on retrouve les appellations suivantes :

(d) Base (s)101001000

T Tiswted pairF Fibre optique2 Câble coaxial (200 m)5 Câble coaxial (500 m)


Ethernet et 802.3Ethernet et 802.3

Quelques normes de câblageQuelques normes de câblage

• Câble coaxial

Topologie en bus

Un conducteur central (âme) entouré d ’une gaine isolante

Un conducteur externe concentrique (tresse)


Ethernet et 802.3Ethernet et 802.3Quelques normes de câblageQuelques normes de câblage

• Câble coaxial

10Base5 : 75 ohms , « gros (thick) ethernet » , câble jaune , 10Mbits/s

Rép Rép RépRép

2500 m MAX

500 m MAX Segment 500 m Max sans répéteur2500 m Max entre 2 stations100 transceivers Max par segment

Transceiver

Câble Transceiver/Station 50 MaxConnecteur AUI (Attachement Unit Interface)


Ethernet et 802.3Ethernet et 802.3Quelques normes de câblageQuelques normes de câblage

• Câble coaxial

10Base2 : 50 ohms , « ethernet fin (thin) cheapernet » ,10Mbits/s

Segment 185 m Max sans répéteur

30 Stations Max par segment

4 répéteurs Max .

0,5 m Mini Connecteur BNC en T




• Câble paire de fils de cuivre torsadée (Twisted pair)

Topologie en étoile

Equip. Actif

Equip. Actif




• La Paire torsadée , différentes technologies : 3 grandes familles

• 100 ohms ATT : EIA/TIA-568A(B) -> US , IEC/ISO 11801 (Europe)

• Catégorie 3 , bande passante 16 MHz



UTP (Unshielded Twisted Pair) paires torsadées non blindées non écrantées

FTP (Foiled Twisted Pair) paires torsadées écrantées . Une feuille d ’aluminium entoure les paires torsadées ce qui permet de réduire les perturbations et rayonnements électromagnétiques.

• 150 ohms IBM (STP Shielded Twisted Pair)

• 120 ohms France Télécom




• La Paire torsadée

Connectique : prise RJ45








• La Paire torsadéeConvention de raccordement d ’un câble 4 paires catégorie 5 , Prise RJ45

1 Blanc/Orange

2 Orange

3 Blanc/Vert

4 Bleue

5 Blanc/Bleue

6 Vert

7 Blanc/Marron

8 Marron

EIA/TIA 568B

1 Blanc/Vert

2 Vert/Blanc

3 Blanc/Orange

4 Bleue/Blanc

5 Blanc/Bleue

6 Orange/Blanc

7 Blanc/Marron

8 Marron/Blanc

EIA/TIA 568A

1 Blanc/Marron

2 Blanc/Vert

3 Blanc/Orange

4 Bleue

5 Blanc/Bleue

6 Orange

7 Vert

8 Marron

USOC





Avec Ethernet seules 2 paires sont utiles :

Câble droit (Hub à PC,...) Câble croisé (Hub à Hub, PC à PC,..)

1 Tx+ -> 1 Tx+

2 Tx- -> 2 Tx-

3 Rx+ -> 3 Rx+

6 Rx- -> 6 Rx-

1 Tx+ -> 3 Rx+

2 Tx- -> 6 Rx-

3 Rx+ -> 1 Tx+

6 Rx- -> 2 Tx-

Une paire émission (Tx+,Tx-) et une paire réception (Rx+,Rx-)

-> Possibilité de Full Duplex




• La Paire torsadée10BaseT

10Mbits/s

100 m Max entre 2 équipement

Câble catégorie 3,4,5 UTPRép RépRép

Couverture 400 m MAX

100 m Max

100BaseT (Fast ethernet 802.3u)

Rép


100 m Max 100Mbits/s


Câble catégorie 5 UTP





1000BaseT (Gigabit ethernet 802.3ab)

Rép


100 m Max 1000Mbits/s


Câble catégorie 5+ UTP




• La fibre optique

Le cœur de la fibre peut-être en fibre de verre , plastique ou silice (la plus utilisée)

Avantages de la fibre optique :

Immunité au perturbation électromagnétique

Ne rayonne pas -> sécurité , ne crée pas d ’interférences

Atténuation faible

Très large bande passante (-> GHz)





Fibre Multimode

A saut d ’indice

Fibre Monomode Taille du cœur 5 à 10 microns , gaine 125 microns

Bande passante 100 Ghz

Fenêtre spectrale 1300 nm et 1550 nm

Taille du cœur 50 et 62,5 microns , gaine 125 microns

Fenêtre spectrale 850nm et 1300 nm

20 MHz/km

A gradient d ’indice 500 MHz/km , la plus utilisée (62,5/125 microns)





10BaseF : 10Mbits/s , 2000 m Maxi

100BaseFX : 100 Mbits/s , 412m Maxi sur Multimode

1000BaseSX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode 1000BaseLX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode 5km + sur monomode

Les connecteurs les plus utilisés sont de type :ST -> système de verrouillage baïonnette

SC -> système de verrouillage coulissant



Accès au support physique CSMA/CDAccès au support physique CSMA/CD

Globalement , les stations émettent des messages quand elles le désirent . Si les autres stations n ’ont rien à émettre , elles disposent entièrement du canal . Si 2 stations émettent en même temps -> collision

CSMA (Carrier Sense Multiple Access - Accès multiple après écoute de la porteuse). Avant d ’émettre la station écoute le canal :

Si libre -> émet son messageSinon -> diffère son émission

Pb: à cause des délais de propagation , il y a des risques de collisions

Distance entre les stations

Temps

Station A

Station B Collision




CD (Collision Detect)

Si une station émettrice se rend compte que son message participe à une collision, elle arrête l ’émission du message . Pour savoir si elle participe à une collision , la station compare le signal émis avec celui sur le média.

Paramètres définis pour un réseau à 10Mb/s

Time Slot (tranche de canal) : 2 fois la durée maximale de propagation d ’un message sur le câble . Pour Ethernet TS=durée d ’émission de 512 bits (64 octets) à 10Mbits/s soit 51,2 us .

La durée d ’émission des trames > Time SlotTaille mini Trame = 64 octects

Taille maxi Trame = 1518 octects pour éviter qu ’une station monopolise le canal




Si la trame < 64 octets -> Des bits de bourrage (padding) sont introduits en fin de trame

Quand une collision est détectée par une station celle-ci n ’interrompt pas immédiatement la transmission

Émission de données de brouillage (jamming) = 32 bits



Accès au support physique CSMA/CDAccès au support physique CSMA/CD Structure d ’une trame (802.3 et Ethernet) 64 à 1518 octets

Préambule SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS

Préambule SFD @ DEST @ SRC Type DATA DATA FCS

802.3802.3

EthernetEthernet

7 1 6 6 2 46-1500 4

7 1 6 6 2 46-1500 4

Niveau physique Niveau Mac




Préambule : 7 octets 10101010 -> Synchronisation des horloges

SFD : Start Frame Delimiter 10101011 -> Début d ’émission de la trame

802.3802.3 3ie champ de la partie Mac Lg DATA =< 1500

Définie la longueur des données et va être exploité par la sous-couche LLC qui est chargée de faire l ’aiguillage vers les protocoles de niveau supérieur.

EthernetEthernet 3ie champ de la partie Mac Lg DATA > 1500

Identificateur du protocole de niveau supérieur (ex: 0x800 -> IP)

Pas de couche LLC (violation du modèle en couche)

L ’élimination des bits de bourrage (padding) sera traiter pas les protocoles de niveau supérieur .



Accès au support physique CSMA/CDAccès au support physique CSMA/CD Émission d ’une trame

Si le support est libre (CSMA) , l ’émission d ’une trame commence après un silence de 9,6 us (IFG Interframe Gap). L ’entité MAC continue d ’écouter le canal pour savoir si une collision à été détecté (CD) .

Pas de collision -> compte-rendu positif à la couche supérieur .

Collision -> poursuite de la transmission pendant la période de brouillage . Ensuite nouvelle tentative d ’ émission suivant l ’algorithme du BEB .

Si nb tentative = 16 -> compte-rendu négatif à la couche supérieur .



Accès au support physique CSMA/CDAccès au support physique CSMA/CD Algorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff)

Permet de définir ce que doivent faire les stations après une collision -> départager les stations sans échange de messages .

Tirage au sort (0 ou 1)

0 -> recommence à émettre immédiatement

1-> attente de N tranche de canal (Time Slot 51,2 us) avant de recommencer à émettre. N aléatoirement de 1 à 2

Par défaut , l ’espace de tirage est doublé jusqu ’à la 10ième tentative . Au bout de 16 -> échec

m




Créer la trame

Transmission en cours

Commencer la transmission

Trop de tentatives

BrouillageCollision détectée

Calcul du délai d ’attenteBEB

émission OK

Émission abandonnée

oui non

oui

Test de la porteuseoui

non

non

Comparaison émission/réception

Émission d ’une trame




Commencer la réception

Fin de réception

oui

non

Réception d ’une trame

Trame trop courteoui

Collision

@ reconnue non

Oui @Station,broadcast,multicast

Taille correcte

Calcul CRC

Réception OK

CorrectErreur CRC

Mauvais

Erreur longueuroui

non



Ethernet vers les hauts débitsEthernet vers les hauts débits

Fast ethernet

Ethernet à 100 Mbits/s définit par la norme IEEE 802.3u

Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame .

Ce qui change :

La fenêtre de collision est réduite à 5,12 us et le silence inter-trame (IFG InterFrame Gap) à 0,96 us .

Le codage 1B/2B -> 4B/5B




Fast ethernet

Utilise la signalisation 4B/5B(16 symboles parmi 32)

1 paire émission1 paire réception

Utilise la signalisation 4B/5B(16 symboles parmi 32)

1 fibre émission 1 fibre réception

Utilise un codage de type 8B/6T(8 bits sur 3 temps d ’horloge)

3 paires transmission1 paire détection collision




Fast ethernet100BaseTX 100BaseFX 100BaseT4

câble Cat. 5 UTP 62.5/125 u

multimode

Cat. 3,4 ,5

UTP

Nb paires 2 paires 2 fibres 4 paires

Connecteur RJ45 ST/SC RJ45

Segment

Max

100 m 400 m 100 m

Diamètre

Max

200 m 400 m 200 m




Gigabit ethernet

Ethernet à 1000 Mbits/s défini par les normes IEEE 802.3z et 802.3ab

Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame .

Ce qui change (half duplex) :

La fenêtre de collision est modifié -> le slot time est étendu à 512 octets . Une extension est ajouté aux paquets < 512 bytes

Pb de performances avec les petits paquets



Ethernet vers les hauts débitsEthernet vers les hauts débitsGigabit ethernet


La sous-couche LLC 802.2La sous-couche LLC 802.2

MAC -> Mécanismes pour obtenir une exclusion mutuelle entre les stations qui partagent le même support (bus,anneau)

LLC -> Contrôle la transmission de données .

Ethernet n ’utilise pas la couche LLC .

Le 3ième champ de la partie MAC (type) de la trame IEEE 802.3 sert à coder la longueur utile de l ’information .

Ethernet

LLC

MAC

2

1



3 types de services de transmission3 types de services de transmission

LLC type 1

LLC type 2

LLC type 3

Mode datagramme . Pas de fonction de contrôle d ’erreur sur les trames . Aiguille les données vers les différents protocoles de la couche 3

Mode connecté . Fonction d ’aiguillage + contrôle d ’erreur de séquencement des données et du flux .

Mode datagramme acquitté (réseaux industriels) . Acquittement datagrammes + réponse automatique .



Format d ’une trame LLCFormat d ’une trame LLC

@dest @src Lg < 1518 DATA

DSAP SSAP Control Information

8 bits 8 bits 8/16 bits




DSAP (Destination Service Access Point)

SSAP (Source Service Access Point)

Désigne le ou les protocoles de niveau supérieur auxquels seront fournies les données .

Permet de désigner le protocole qui a émis la trame LLC

Seuls les 7 bits de poids forts servent à coder le SAP (ex: SAP 0x42 (01000010) -> Gestion du Spanning Tree.

Le premier bit sert à coder :

Pour SSAP (CR bit) : 0 -> Trame de commande , 1 -> Trame de réponse

Pour DSAP (IG bit) : 0 -> SAP unique , 1 -> Groupe de SAP




Champ control

Permet de typer les trames . Dans le LLC 2 , permet de mettre en œuvre un contrôle d ’erreur et de séquencement .

• Trames de type I (Information 16 bits) : transportent de l ’information en mode connecté (LLC 2)

• Trames de type S (Supervision 16 bits) : gestion des trames en mode connecté (LLC2) .

• Trames de type U (Unnumbered 8 bits) : gère la connexion (ouverture/fermeture) ou envoient des données en mode datagramme (LLC 1)


Interconnexion des réseaux ethernetInterconnexion des réseaux ethernet

Le répéteur

• Régénère le signal -> extension du réseau

• Fait passer tous les signaux d ’un segment sur l ’autre (erreurs comprises)

• Si collision sur un segment , génère le jamming (32 bits) sur les 2 segments

• Reforme le préambule (7 octets) si nécessaire

• Permet de changer de média (cuivre - fibre)



Le HUB (concentrateur)

• Même fonction que le répéteur -> répéteur multiport

• Utilisé sur topologie en étoile (Paire torsadée,fibre optique)

• Nombreuses interfaces disponibles (ex: 8x10BaseT + 1 AUI + 1 10BaseF …)



Le Pont (Bridge)

• Permet de réduire la charge du réseau (interconnexion de 2 réseaux) .

• équipement intelligent (mémoire , CPU)

Principe :

Écoute l ’activité de chaque sous-réseau (promiscuous) , et stocke dans sa mémoire les trames . Après traitement il les retransmet vers le (ou les) sous-réseau(x) adéquat .



Le Pont (Bridge)

Pont

Segment 1

Segment 2

A B

D

C

E F

Ex: A envoie une trame à F , le pont la retransmet sur le segment 2

B envoie une trame à C , le pont ignore la trame

D envoie une trame à B , le pont la retransmet sur le segment 1



Le Pont (Bridge)

Possède donc des fonctions de filtrage sur le trafic .

Il construit une table des @MAC (source) en écoutant le trafic sur les sous-réseaux .

Le pont agit de la façon suivante à la réception d ’une trame :

Destinataire sur le même sous-réseau : trame ignorée

Destinataire sur un autre sous-réseau : trame recopiée sur cet autre sous-réseau

Destinataire inconnu : trame recopiée sur tous les sous-réseauxDestinataire @ broadcast : trame recopiée sur tous les sous-réseaux



Le Pont (Bridge)

Les avantages :

• Apprentissage automatique -> pas de configuration , transparent pour les stations .

• Diminue la charge totale du réseau en limitant la propagation d ’un message à un sous-réseau.

• Augmente la sécurité du réseau en ne faisant pas circuler sur tous le réseau les messages émis par une station (isolement des segments)


Interconnexion des réseaux ethernetInterconnexion des réseaux ethernetInterconnexion de ponts : Spanning TreeInterconnexion de ponts : Spanning Tree

Cas complexe d ’interconnexion de ponts : Boucles

• Augmenter la fiabilité (redondance)

• équilibrer la charge réseau

• Erreur

P1 P2

A

B

R1

R2

Il faut éviter que les trames ne bouclent indéfiniment dans le réseau .

Broadcast Storm -> saturation réseau



Spanning tree

L ’interconnexion des sous-réseaux peut-être assimilée à un graphe .

Suppression des boucles -> Arbre

Si on passe par tous les arcs , on obtient un arbre de recouvrement total (Spanning Tree)

La réalisation de l ’arbre couvrant va se faire en désactivant (inhibant) certains ports du ponts .

Interconnexion de ponts : Spanning TreeInterconnexion de ponts : Spanning Tree



Les ponts vont s ’échanger des messages de changement de topologie (@ Multicast MAC) appelé BPDU (Bridge Protocol Data Unit)

Ces Messages contiennent entre autre :

• Identificateur supposé de la racine par le pont émetteur du message .

• Coût de la liaison entre pont et racine supposée (nb ponts à traverser)

• Identificateur du pont émetteur

• N° port sur lequel le message est émis




Un commutateur est choisi comme étant la racine (Root Bridge) -> processus d ’élection + confirmation élu à intervalle régulier .

Le spanning tree est construit à partir de cette racine qui permet de n ’avoir qu ’un chemin actif entre 2 ponts . Tous les ponts calculent le chemin le plus court vers la racine .

Pour chaque pont , un port devient « root port » s ’il est celui du moindre coût vers le « root bridge » , jamais bloquant car il reçoit tous les BPDU du « root bridge » .

Principe



Principes

Pour chaque segment il y a un « designated bridge » (pont avec le plus court chemin vers le « root bridge ») chargé de transmettre les trames sur chaque segment . Le « root bridge » est toujours « designated bridge » pour le segments qu ’il connecte .

Les ports du « designed bridge » connectés au segment choisi sont « designated port » , ils ne sont jamais bloquant (traffics + BPDU) .



Etats des ports

• Blocking : Pas de traffic , reçoit uniquement les BPDU

• Listening : Pas de traffic , stop les BPDU reçues

• Learning : Pas de traffic , construit sa Forwarding DB (aiguillage des trames)

• Forwarding : Traffic + BPDU



DesignatedBRIDGE

Root port

F


Designated Port

Root port

B

F F

Designated Port

RootBRIDGE

Designated port Root portF F

Designated Port

Designated Port BF



Format d ’une trame BPDU 802.1d

Encapsulation dans une trame 802.3 :

SAP 0x42

@Src : @Mac du pont

@ Dest (Multicast) : 01:80:C2:00:00:00





Protocol Identifier : 0

Version : 0

Message Type : 0 si message de configuration , 128 si chgt topologie

Flags : 1 octet -> 2 bits utiles TC (Topologie Change) , TCA (Topologie Change Acknoledge)

Root ID : Ident racine . 2 octets de priorité + 6 octets ID (@MAC)

Root Path Cost : coût du chemin jusqu ’à la racine .

Bridge ID : ID pont (même chose que Root ID)

Port ID : ID port sur lequel le message a été émis





Message Age : temps passé depuis que la racine a envoyé le message de configuration

Maximum Age : Indique quand la configuration courante doit être effacée (TTL des BPDU)

Hello Time :Fréquence à laquelle un « designated port » envoie des BPDU (2s par défaut)

Forward Delay : Indique le temps à attendre avant de passer à un nouvel état sur un changement de topologie . Etat « Listening » à « forwarding » (15 s par défaut »)




Le commutateur (switch)

Même principe de fonctionnement que le pont pour le traitement des trames .

Possède autant de ports d ’E/S que de connecteurs : la retransmission des trames est basée sur le principe de la commutation

Le switch possède une matrice de commutation permettant de traiter simultanément plusieurs trames

Bande passante dédiée pour chaque port

Les stations peuvent émettre quand elles le désirent . Elles peuvent aussi émettre et recevoir en même temps (Full Duplex) , donc plus de collision , plus besoin du CSMA/CD sauf cas particulier.




Émission d ’une trame:

Si le port de sortie est libre , la trame est envoyé vers le destinataire

Sinon elle est mise en file d ’attente .

Le switch va être confronté à des problèmes de gestion de files d ’attente et de congestion -> un serveur + n stations qui émettent des trames vers celui-ci . Une des solutions consiste à allouer plus de bande passante sur certains ports . Une autre technique consiste à envoyer des collisions sur le port émetteur .




Le switch doit s ’adapter aux équipements interconnectés sur ses ports de sortie (ce ne sont pas forcément des stations en Full Duplex) .

Exemple : Interconnexion d ’un Hub -> support partagé (collisions)

Dans ce cas pour gagner l ’accès au support , le commutateur doit dérouler l ’algorithme du CSMA/CD+BEB sur ce port de sortie.



Le commutateur (switch), Plusieurs techniques de commutation

• « À la volée » , « on the fly » ou « cut through »

Lecture de la trame jusque l ’@ du destinataire puis commutation sur le port de sortie adéquat.

Avantage : temps de latence très faible , indépendant de la longueur de la trame .

Inconvénient : retransmission des erreurs (CRC , Trame en collision -> début OK mais reste brouillé)




• « Store & Forward »

Mémorisation de la trame en entier pour traitement puis commutation sur le port de sortie adéquat si correcte .

Avantage : Traitement des erreurs (CRC, longueur,...).Possibilité de fonctionnalités avancé : VLAN , gestion de priorité ...

Inconvénient : Plus lent que « on the fly » . Temps de latence fonction de la longueur de la trame .




Quelques variantes

• « Fragment-free » : équivalent à « cut through » mais enlève les trames trop courtes (runt)

• « adaptive » : démarrage en « cut through » puis passe en « store & forward » à partir d ’un certain taux d ’erreurs (et vice-versa) .


Cut through Fragment free (64ième octect)

Store & Forward



Le commutateur (switch) , les VLANs

Les techniques de commutation permettent plus de flexibilité quant à la gestion des trames et donc de mettre en oeuvre le concept de réseaux virtuels -> VLAN (Virtual Lan) :

Réseau logique : segmentation virtuelle , communautés d ’utilisateurs

Limite les domaines de broadcast

L ’interconnexion entre VLAN ne peut se faire qu ’au niveau 3 de la couche OSI : plus de sécurité

Gestion dynamique de la mobilité géographique




sw1

sw2

sw3

Bâtiment 1

Bâtiment 2

Bâtiment 3

VLAN 1VLAN 2 VLAN 3

Trunk

Trunk




Les VLAN sont définis par la norme 802.1q qui consiste à « marquer » les trames 802.3 en y associant une étiquette .

La norme 802.1q est également construite sur la norme 802.1p qui introduit la notion de priorité donc de qualité de service .

Cette étiquette peut être implicite :

pas d ’ajout de champ dans la trame -> l ’appartenance au VLAN est basée sur l ’association (@MAC,@IP).

Ou explicite :

2 octets sont insérés dans la trame après l@ Mac src




Marquage de la trame 802.3 (insertion de 2 octects)


User Priority CFI Vlan IDentifier

3 bits 12 bits1 bit

8 niveaux de priorité

4096 identificateurs




Il existe plusieurs niveaux de VLAN :

• Niveau 1 : VLAN par port (Port-Based VLAN)

• Niveau 2 : VLAN par @MAC (Mac Address-Based VLAN)

• Niveau 3 : VLAN par @ de sous-réseau protocolaire (Network Address-Based VLAN)





WLAN - IntroductionWLAN - Introduction

Un réseau local sans fil WLAN (Wireless LAN) permet de remplacer une ou plusieurs liaisons matérielles de transmission de données par ondes radio-électriques.

Il est aussi appelé Réseau Local Radioélectrique (RLR)

Pour les utiliser , plusieurs problèmes sont à prendre en considération :

• Le choix des fréquences utilisées

• La puissance d ’émission

• La bande passante envisagée

• Le partage de la liaison par plusieurs équipements

• Interférences éventuelles

• La réglementation


WLAN - IntroductionWLAN - Introduction

Plusieurs standards ont vu le jour :

• IEEE 802.11,802.11a,802.11b : WLAN

• IEEE 802.15 : Working Group for Wireless Personnal Area Networks

• IEEE 802.16 : Working Group on Broadband Wireless Access Standards

• ETSI : HiperLAN (HIgh PERformance Radio LAN) 1,2,3,4

La tendance actuelle est à l ’étude de l ’interopérabilité entre ces réseaux comme IEEE 802.15 qui sera l ’aboutissement de la convergence entre IEEE et Bluetooth (PAN).


WLAN - Cadre légal françaisWLAN - Cadre légal françaisL ’utilisation des fréquences radioélectriques en ce qui concerne les RLAN est définie par l ’ART (autorité de régulation des télécommunications) .

Voir les dossiers sur http://www.art-telecom.fr/

Actuellement les RLAN utilisent la bande des 2,4 GHz , également utilisée par les militaires … .

La bande de fréquences harmonisée en Europe pour les RLAN est 2400-2483,5 MHz et 5150-5350 MHz

Depuis le 25 juillet 2003 2 éléments nouveaux font évoluer le régime d ’autorisation des RLAN :

- L ’assouplissement des conditions techniques de la bande des 2,4 GHz par le ministère de la défense .

- L ’entrée en vigueur des nouvelles directives européennes


WLAN - Cadre légal françaisWLAN - Cadre légal français

MétropoleGuadeloupe, Martinique,St Pierre et Miquelon, Mayotte

Idem Pour Réunion et Guyane sauf extérieur impossible de 2400 à 2420


WLAN - Cadre légal françaisWLAN - Cadre légal français

DFS : Dynamic Frequency Solution , TPC : Transmit Power Control .

-> Conformité avec les normes européennes


WLAN - TechnologiesWLAN - Technologies


WLAN -TechnologiesWLAN -Technologies


Topologie IEEE 802.11Topologie IEEE 802.11

2 Niveaux :

• Niveau BSS (Basic Service Set)

Plus petite entité au niveau topologique.

Service rendu sur une petite zone de couverture dans laquelle toutes les machines peuvent dialoguer entre-elles directement ou par l ’intermédiaire d ’un point d ’accès (Access Point).

Cette zone s ’étend sur un rayon de 30 mètres autour de l ’AP.



2 Niveaux :

• Niveau ESS ( Extended Service Set)

Permet d ’interconnecter de façon transparente (au niveau de la couche LLC) plusieurs BSS .

Un ESS est vu par les couches supérieures de l ’ISO comme un unique réseau 802.

Le standard définit également le concept de portail (Distributed System) qui permet d’interconnecter un réseau 802.11 (Inter BSS) et un réseau local 802.

Le DS est une description abstraite qui peut être vu comme un pont de translation.






Architecture IEEE 802.11Architecture IEEE 802.11

On retrouve la couche physique (adaptation au support physique) et la couche liaison de données (permet le multiplexage de plusieurs type de couches réseaux et gère l ’accès au support de transmission)

Le CCA (Clear Channel Assessment) est important pour les RLAN , la difficulté étant de savoir quand émettre tout en s ’assurant que ce que l ’on émis a bien été reçu.

La couche physique informe la sous-couche MAC si le support est libre ou non.

La sous-couche MAC décide s ’il doit y avoir transmission.



Couche PhysiqueCouche Physique

2 sous-couches

• PMD (Physical Medium Dependant) qui dépend du type de transmission

• PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) pour rendre indépendant la couche physique du medium de transmission



Couche PhysiqueCouche Physique

3 sous-couches PMD

• Infrarouge à 900 nm (vue directe entre émetteur-récepteur)

• Radio par étalement de spectre par sauts de fréquences lent (slow FHSS - Frequency Hopping Spectrum Spreading) Débits 1 ou 2Mb/s

• Radio par étalement de spectre par séquence (DSSS - Direct Sequence Spectrum Spreading) Débit 1,2,5.5 ou 11 Mb/s

Pour FHSS et DSSS utilisation d ’antennes isotropes , ne nécessite pas une vue directe entre l ’émetteur et le récepteur


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11CSMA/CACSMA/CA

On reprend la technique du CSMA du 802.3 , mais en ce qui concerne la gestion des collisions on utilise la technique du Collision Advoidance (prévention des collisions) et le principe d ’accusé de réception (Positif Acknowledge) .

Le problème avec les RLAN est qu ’il n ’est pas possible de savoir s ’il y a eu collision par soi-même (une station dialoguant avec le point d ’accès peut ne pas être entendue par d ’autres stations situés à l ’opposé du BSS) , ni de savoir ce que le point d ’accès a reçu.

Le CSMA/CD n ’est pas possible dans ce cas , le but étant d ’éviter d ’avoir trop de collisions tout en s ’assurant que les données ont bien été reçues à chaque transmission de trames.

Le support étant partagé , il y aura inévitablement des collisions .


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11CSMA/CACSMA/CA

Une station voulant émettre écoute le support :

si occupé , la transmission est différée , on attend qu ’il se libère .

Au lieu d ’émettre tout de suite après , on attend pendant une certaine durée, tout en continuant à sonder le support.

S ’il reste libre pendant une durée spécifique (DIFS -> Distributed Inter Frame Space) , la station émet -> méthode DCF (Distributed Coordination Function)

La station réceptrice vérifie le CRC en renvoie un ACK .

La réception du ACK indique à l ’émetteur qu ’aucune collision n ’a eu lieu , sinon l ’émetteur retransmet le fragment jusqu ’à ce qu ’il obtienne un ACK ou abandonne au bout d ’un certain nombre de retransmissions.


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Virtual Carrier SenseVirtual Carrier Sense

Pour réduire la probabilité d ’avoir 2 stations en collision , le standard définit le mécanisme de Virtual Carrier Sense (porteuse virtuelle) . Cela permet en quelque sorte de réserver le support.

Une station voulant émettre transmet d ’abord un petit paquet RTS (Request To Send) qui donnera la source,destination et durée de transaction.

La station destination répond (si le support est libre) avec un paquet de contrôle de réponse appelé CTS (Clear To Send) avec les mêmes infos sur la durée .

Toutes les stations recevant soit le RTS soit le CTS déclencheront leur indicateur de Virtual Carrier Sense (appelé Network Allocation Vector) pour une certaine durée qui sera utilisée pour l ’écoute du support .


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Fragmentation et réassemblageFragmentation et réassemblage

Dans un environnement RLAN , les trames doivent être plus petites (ethernet 802.3 trames 1518 octects) pour les raisons suivantes :

• Le taux d ’erreur/bit est plus important sur une liaison radio -> la probabilité de corruption d ’une trame augmente avec sa taille

• Dans le cas d ’une trame corrompue (collision ou bruit) , plus la trame est

petite moins le débit engendré par sa retransmission est important

• Dans un système à saut de fréquence , le support est interrompu périodiquement pour ce changement donc plus la trame est petite, plus le risque que la retransmission soit interrompue est faible.


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Fragmentation et réassemblageFragmentation et réassemblage

Il n ’est pas nécessaire de créer un nouveau protocole LAN incapable de traiter les trames ethernet de 1518 octets , d ’où la mise en oeuvre d ’un mécanisme de fragmentation et réassemblage .

Le mécanisme est un simple algorithme d ’envoie et d ’attente de résultat.

La station émettrice n ’est pas autorisée à transmettre un nouveau fragment tant que :

• elle n ’a pas reçu un ACK du fragment

• le fragment a été retransmis trop souvent (abandon de la transmission de la trame)


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Inter Frame SpaceInter Frame Space

4 types d ’espace inter-trame (IFS) :

• SIFS (Short IFS) : sépare les transmissions appartenant au même dialogue (ACK ou CTS) -> 28 us

• PIFS (Point coordination IFS) : utilisé par le point d ’accès pour gagner l ’accès au support avant n ’importe quelle autre station -> 78 us (Slot Time + SIFS) .

• DIFS (Distribute IFS) : utilisé par une station voulant commencer une nouvelle transmission . Temps que le support doit rester libre avant de pouvoir mettre une nouvelle trame (donnée ou RTS) -> 128 us

• EIFS (Extended IFS) : temps qu ’il faut attendre après la découverte d ’une erreur de transmission (absence de ACK ou mauvais CRC) -> 1ms


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Algorithme de Backoff ExponentielAlgorithme de Backoff Exponentiel

Même technique que dans le 802.3 . Chaque station doit attendre un certain nombre de time slot avant de pouvoir émettre à nouveau (tirage aléatoire du nombre qui augmente de façon exponentielle) .

En 802.11 l ’algorithme du Backoff est exécuter :

• Quand le support est occupé avant la première transmission

• Après chaque retransmission

• Après une transmission réussie

Le Backoff n ’est pas exécuté quand le support a été libre pour un temps supérieur au DIFS pour une nouvelle transmission.


Méthode d ’accès IEEE 802.11Méthode d ’accès IEEE 802.11Accés au supportAccés au support


Fonctionnement IEEE 802.11Fonctionnement IEEE 802.11Accès BSSAccès BSS

Quand une station veut accéder à un BSS (cellule) , elle a besoin d ’information de synchronisation de la part du point accès ou des autres stations .

2 moyens d ’obtenir les informations :• écoute passive : la station attend de recevoir une trame balise (beacon frame contenant les infos de synchronisation) qui est envoyée périodiquement par le point d ’accès.

• écoute active : La station essaie de trouver un point d ’accès en transmettant une trame de demande de sondage (Probe Request Frame) et attend la réponse du point d ’accès .

La méthode peut être choisie en fonction des performances ou de la consommation d ’energie


Fonctionnement IEEE 802.11Fonctionnement IEEE 802.11AuthentificationAuthentification

Une fois le point d ’accès trouvé et l ’accès BSS initié , un processus d ’authentification va permettre à la station et au point d ’accès de valider les droits d ’accès .

AssociationAssociation

Si l ’authentification réussie , un processus d ’association échange des informations sur les différentes cellules et stations et les points d ’accès enregistre la position actuelle de la station .

À partir de là , la station peut commencer à émettre et recevoir des données.


Fonctionnement IEEE 802.11Fonctionnement IEEE 802.11RoamingRoamingConcerne le mouvement d ’une cellule vers une autre sans fermer la connexion (similaire au « handover » des téléphones portables) :

La transition d ’une cellule à une autre doit se faire entre 2 transmissions de trames (contrairement à la téléphonie) , sinon cela peut poser des problèmes de performance à cause de la retransmission des trames par les couches supérieures

SynchronisationSynchronisationLes stations synchronisent leur horloge avec celle du point d ’accès grâce aux trames balises émises périodiquement qui contiennent la valeur de l ’horloge .

Les stations réceptrices vérifient la valeur de leur horloge et la corrige pour rester synchronisées.

Ce mécanisme évite les dérives d ’horloge qu ’il pourrait y avoir au bout de quelques heures de fonctionnement.


Trames IEEE 802.11Trames IEEE 802.11FormatFormat

Préambule En-tête PLCP Données MAC CRC

Préambule

Synch : séquence de 80 bits alternant 0 1 , utilisée par le circuit physique pour sélectionner l ’antenne (si plusieurs) et corriger l ’offset de fréquence et de synchronisation.

SFD : suite de 16 bits 0000110010111101 (début de trame)

En-tête PLCP

Contient des informations logiques utilisées par la couche physique pour décoder la trame :

Longueur du mot : nb octets que contient la trame (détecter la fin)

Champ de détection d ’erreur CRC 16 bits


Trames IEEE 802.11Trames IEEE 802.11FormatFormat

Données MAC (octets)

Ctrl Trames Durée/ID Adr1 Adr2 Ctrl séq DATA CRC

2 2 6 6 2 4

Adr3

6

Adr4

6 0-2312

En-tête MAC

Contrôle de trame (Bits)

Version Type More Frag

2 2 4 1 1

From DS

1

Retry

1

Sous-Type To DS Pwr Mgt More data WEP Order

1 1 1 1


Trames IEEE 802.11Trames IEEE 802.11FormatFormatContrôle de trame

Version : évolution futur du 802.11 (0 version courante)

Type et sous-type : 6 bits pour les types (Gestion,Contrôle,Données) et sous types (requête d ’association,réponse,balise,auth,RTS,CTS,ACK,…)

To DS : 1->trame adressée au PA qui doit faire suivre au DS, 0 sinon.

From DS : 1 quand la trame vient du DS.

More fragment : 1 si d ’autres fragments qui suivent celui en cours

Retry : retransmission du fragment précédent .

Power Mgt : indique que la station sera en mode gestion d ’énergie après la transmission de la trame (mode active/passive)


Trames IEEE 802.11Trames IEEE 802.11FormatFormatContrôle de trame

More Data : utilisé par le PA pour indiquer que d ’autres trames sont stockées pour cette station (gestion d ’énergie) .

WEP : indique que la trame est chiffrée suivant l ’algorithme WEP

Order : Indique que la trame est envoyée en utilisant la classe de service strictement ordonné .

Duree/ID

Dépend du type de trame

Si type polling (mode économie d ’énergie) -> ID station

Autres -> valeur de durée utilisée pour le calcul du NAV


Trames IEEE 802.11Trames IEEE 802.11FormatFormatChamps adresses

Jusqu ’à 4 adresses (selon ToDS et FromDS)

Adr1 : adresse destination . Si ToDS=1 -> Adr PA , sinon Adr Station

Adr2 : adresse source . Si FromDS =1 -> Adr PA , sinon Adr Station

Adr3 : Si FromDS=1 -> adresse émetteur originel , Si TODS=1 -> Adr destination

Adr4 : Trame PA à PA (ToDS=1,FromDS=1) , il faut adr émetteur originel+adr destinataire


Evolution IEEE 802.11Evolution IEEE 802.11

La plus utilisée sous le nom de Wi-Fi (Wireless-Fidelity)

Débit théorique de 1, 2, 5.5 Mbps et 11Mbps

CSMA/CA

Fréquence 2,400 à 2,483.5 MHz

Portée (11MHz) 100 mètre extérieur , 50 intérieur .

IEEE 802.11bIEEE 802.11b

IEEE 802.11gIEEE 802.11g

Fréquence bande des 2,4 GHz

Débit théorique jusque 54 Mbps

Reste compatible 802.11b



IEEE 802.11bIEEE 802.11b



Fréquence 5,150 à 5,825 MHz (5.350 MHz en France)

Débit théorique de 6, 9, 12 , 18, 24, 26, 48 et 54 Mbps

8 canaux disjoints (densité d ’utilisateurs plus élevée)

CSMA/CA

Portée 802.11b ....

IEEE 802.11a (WiFi 5)IEEE 802.11a (WiFi 5)



802.11e : QoS pour les applications multimédia .

802.11f : IAAP (Inter Access Point Protocol) Permettre l ’utilisation d ’infrastructures multi-vendeurs et éviter les normes propriétaires.

802.11h : Adoption des technologies DFS et TPC pour une conformité avec les normes européennes (5 GHz).

802.11i : Travaux sur la sécurité des transmissions sur les bandes de fréquence 2,4 GHz et 5 GHz. Amélioration de l’algorithme WEP

802.11j : Convergence des standards américain 802.11 et européen Hiperlan,tous deux fonctionnant sur la bande de fréquence des 5 GHz

IEEE 802.11 Les normes dérivées IEEE 802.11 Les normes dérivées


Autres normes ...Autres normes ...

Norme ETSI (European Telecommunications Standards Institute)

Reste à l ’état de norme

Fréquence bande des 5 GHz

Débit 20 à 25 Mbps

Méthode d ’accès TDMA

Rayon d ’action semblable au 802.11b (30 à 100m)

Hyperlan type 1Hyperlan type 1



Système de modulation et de codage proche du 802.11a (802.11h devrait être un compromis 802.11a et Hyperlan2)

Fréquence bande des 5 GHz

Débit jusque 54 Mbps

Méthode d ’accès TDMA/TDD

Rayon d ’action semblable au 802.11b (30 à 100m)

Hyperlan type 2Hyperlan type 2



Bluetooth , HomeRF , DECT plutôt usage personnel ou Bluetooth , HomeRF , DECT plutôt usage personnel ou domestiquedomestique

Mixte, voix et données1,88-1,90 GHz2 Mbps50 mDECT

Réseaux d'entreprises, données2,4 GHz11 Mbps100 mWi-Fi

Réseaux personnels, voix et données2,4 GHz1,6 Mbps50 mHomeRF

Appareils mobiles, voix et données2,4 GHz1 Mbps10 mBluetooth

Application FréquenceDébitPortéeNorme


Encombrement du spectreEncombrement du spectre

Documents

ISET MAHDIA September 2010 T ronc commun 3 ème semestre - Les Réseaux Locaux -