La Couche Liaison achemine les trames de bits sur un médium avec une technique de transmission. Les fonctions associées sont :
- découpage de trame (framming)
- controôle d’erreur
- ordonnancement et fiabilité
- controôle de flux
- trois types de technologie pour la Couche Liaison «point-à -point
- multipoint sans diffusion - U.E. RTEL
- multipoint avec diffusion (médium partagé)
La Couche Physique est associée à la transmission du signal :
- spécification des supports et signaux
« encodage des bits, émission en bande de base ou large bande
« caractéristiques des signaux électriques, optique, radio...
« caractéristique des supports :
- impédance des cables électriques, atténuation, longueur maximum
- fibre optique multimode, monomode
Technologies supports et TCP/IP
Couches OSI+∼ Couche TCP/IP
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
- années 90 : nombreuses technologies LAN - Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM...
Actuellement (en filaire) : LAN = Ethernet
- Ethernet est aux réseaux locaux ce qu’Internet est aux réseaux mondiaux
- pourquoi ?
« apparu en avance (milieu des années 70)
« simple
« décentralisé
« autoconfigurable
- économique et évolutif
Ethernet : Ou` ?
Différents types d’Ethernet...
- deux topologies :
« bus
« étoile
- supports variés :
« cables coaxiaux
« paires torsadées
« fibres optiques
- large choix de débits :
« 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1 Gbit/s, 10 Gbit/s...
... mais toujours la màªme base :
- adresses LAN
- structure de la trame
- service non connecté non fiable
- transmission généralement bande de base (numérique)
Ethernet : Adresses LAN
Adresses de l’adaptateur (sur 6 octets) - identifiant
- aussi appelées :
- adresses Ethernet
- adresses physiques (physical address)
- adresses MAC (Media Access Control address)
- notation hexadécimale : 00:10:A4:86:2D:0B
- adressage à plat administré par l’IEEE
Délimitation de la trame :
- début
« préambule
- détection d’émission
- vérouillage temporel (synchronisation sur l’horloge de l’émetteur)
- indication du début (8ème octet)
- fin
« absence de courant pendant IFS (Inter Frame Spacing)
Adresses destination et source :
- l’adaptateur n’accepte que les trames qui lui sont destinées
Type ethernet (Ethertype) > 1500 : |
|
0x0800 = DoD Internet |
0x0806 = ARP |
0x0801 = X.75 Internet |
0x8035 = RAP |
0x0802 = NBS Internet |
0x8098 = Appletalk |
0x0803 = ECMA Internet |
0x86DD = IPv6 |
0x0804 = ChaosNet |
... |
Données :
- MTU (Maximum Transfer Unit) : taille maximum = 1500 octets - taille minimum = 46 octets
«si besoin, ajout d’octets de bourrage (transmis à la couche réseau)
CRC-32 (Cyclic Redundancy Check sur 32 bits), polynome générateur :
G(x) = x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
Service à la couche réseau :
- sans connexion
« service datagramme (identique à IP ou UDP)
« pas d’échange préalable à l’envoi de données
- non fiable
« controôle d’erreur (et élimination sans indication)
« pas de correction d’erreur
« pas d’acquittement
- l’émetteur n’a pas connaissance de la remise des données
- pas de controôle de flux (sauf commutateurs)
- pas de fenàªtre d’anticipation
- détection des pertes dans les couches supérieures (ex : TCP...)
- simplicité
Bande de base
- émission directe des signaux numériques
Codage manchester
- pour les débits à 10 Mbps
«bande passante de 20 Mhz nécéssaire (1B/2B) :
Bit stream
(a) Binary encoding
(b) Manchester encoding
- pour les débits supérieurs, 4B/5B (FDDI), 8B/10B (Fiber Channel), 64B/66B et diverses encapsulations (FR, ATM, SONET...)
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Liaisons directes émetteur récepteur - voir le cours Archi. point-à -point
Liaisons partagées :
- protocoles de partage de canal
« partage fixe de la bande passante (R/N par émetteur)
- multiplexage fréquenciel (FDM)
- multiplexage temporel (TDM)
- protocoles à partage de resource (taking-turns protocols)
« partage déterministe de la bande passante (R par émetteur)
- invitation à émettre (polling)
- passage de jeton (token-passing)
- protocoles d’accès aléatoire
« partage statistique de la bande passante (R par émetteur) mais collisions possibles
- ALOHA
- CSMA - Ethernet
Université d’Hawaii 70’
- technologie support d’un réseau radio basé sur des datagrammes
- protocole à accès aléatoire complètement décentralisé
- si collision, retransmission après un temps aléatoire
User
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 3rd edition
Amélioration de l’approche aléatoire
- détection de porteuse : CSMA (Carrier Sense Mutliple Access)
- attente avant émission
- détection de collision : CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)
- retransmission
«exemple avec une taille de trame mini de 64 octets - T détection : 64 octets à 10Mbps = 512/107 =51,2µsec
- T prop. max : 2 * 2500m à 2.108ms−1 =25µsec +8∗ trepet
(a) (b)
Noise burst gets back to A at 2Ï„
(c) Collision at (d)
time Ï„
- fonctionnement des adaptateurs :
« debut d’émission à tout moment : temps non discrétisé
« pas d’émission si détection d’une activité sur le canal : CSMA
« interruption de la transmission si autre activité : /CD
« attente aléatoire croissante avant retransmission : TBEB (Truncated Binary Exponential Backoff)
- étapes du protocole mis en Å“uvre dans les adaptateurs :
(a) si détection collision :
iii. attente exponentielle (pour la nieme collision consécutive) de int(rand()*2min(10,n))* 512 bits (exponential backoff phase) puis retour à l’étape 2.
(b) sinon continue la transmission jusqu’à la fin
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
- débit : 10 Mbps
- médium : cable coaxial jaune de 500m max et 2 bouchons (50Ω)
- stations reliées aux transceivers agrippés au coax par un cable bleu
- topologie : bus étendu (51.2µs max - 4 répéteurs : 2500m max entre 2 stations)
- débit : 10 Mbps
- médium : cable coaxial noir de 200m (185m max) et 30 stations max par segments, connecteurs BNC en â€T†et terminateurs 50Ω
- topologie : bus étendu (51.2µs max - 4 répéteurs et 925m max entre 2 stations)
- débit : 10 Mbps
- médium : paire torsadée de 100m max (UTP3), connecteurs RJ45 - topologie : étoile à partir d’un hub (concentrateur) - accès :
« half duplex - CSMA/CD
- plusieurs hubs possibles, reliés en cascade (51.2µs max)
« full duplex - point-à -point bidirectionnel simultané (sans collision)
- détection d’activité (Link Pulse toutes les 16±8 ms)
Fast Ethernet (1995)
- débit : 100 Mbps
- médium : paires torsadées de 100m max (UTP5), connecteurs RJ45
- encodage : 4B/5B (FDDI)
- topologies : étoile à partir d’un hub (concentrateur)
- accès :
« half duplex - CSMA/CD avec toujours 64 octets mini
- 2 hubs peuvent àªtre reliés (mais 5.12µs max : 210m max)
- distance limité en entreprise... voir les commutateurs
« full duplex - point-à -point bidirectionnel simultané
- détection d’activité (Fast Link Pulse : 33 impulsions / ∼ 16 ms) «FLP contient 16 bits pour l’auto-négociation
- détection des vitesses, modes et mécanismes disponibles
- plusieurs variantes :
« 100BaseT4 : 4 paires torsadées UTP3 (pas de full duplex)
« 100BaseFX : deux fibres optiques (400m max en multimode, 20km max en monomode)
Gigabit Ethernet (1998)
- débit : 1000 Mbps (1 Gbps)
- médium : paires torsadées de 100m max en UTP5+ (4 paires)
- encodage : 8B/10B (Fiber Channel)
- topologies : étoile à partir d’un hub (concentrateur)
- accès :
« half duplex - CSMA/CD avec 512 octets mini (extension de porteuse si besoin) - 4.01µs plutoôt que 0.512µs ! - 2 hubs peuvent àªtre reliés (toujours 210m max)
- performance ? burst possible pendant l’extension
« full duplex - point-à -point bidirectionnel simultané
- plusieurs variantes :
« 1000BaseCX : 2 paires torsadées blindées STP, 25m max
« 1000BaseSX : fibres optiques multimode 850nm 500m max
« 1000BaseLX : fibres optiques multimode et monomode 1300nm 5km max
Ethernet : 10GBase ?
10Gigabit Ethernet (2002)
- débit : 10 Gbps
- accès : full duplex uniquement (plus de CSMA/CD)
- médium : fibres optiques, OC192, DWDM...
- encodage : 64B/66B
- topologies : étoile à partir de commutateurs
- plusieurs variantes :
« fibres optiques (850nm, 1300nm et 1550nm) - de 65m à 40km max...
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Réseaux à diffusion Accès multiples sur un médium partagé : diffusion implicite
Transport d’IP :
- résolution d’adresses
- format d’encapsulation
Address Resolution Protocol
Diffusion explicite (utilisation d’une adresse destination de diffusion)
ARP est un protocole transporté directement dans la trame Ethernet :
- ARP request : adresse destination = diffusion (FF:FF:FF:FF:FF:FF), source = demandeur
- ARP response : adresse destination = demandeur, source = répondeur
Type ethernet (Ethertype) > 1500 :
0x0800 = DoD Internet
Données :
- MTU : taille maximum du paquet IP = 1500 octets
- taille minimum = 46 octets (mais le paquet IP peut faire moins) «si besoin, ajout d’octets de bourrage (transmis à IP)
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Concentrateur
- élément de la couche physique (niveau bit)
- répéteur multiport
«un bit arrivant sur une interface est diffusé sur les autres
- possibilité d’administration : SNMP, RMON...
Interconnexion de hubs
- linéaire
- hiérarchique avec hub fédérateur
Dans un système multi-niveau (plusieurs hubs)
- LAN = l’ensemble du réseau local = domaine de collision) - segment = les équipements reliés à un hub
- + augmente la connectivité
- + augmente la redondance (déconnexion des hubs en panne)
- limitations physiques (distance, nb machines...)
- diminution du débit par machine
- augmentation des collisions (et réduction du débit)
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Bridge
- élément de la couche liaison (niveau trame) - commutateur de trames
« filtre en fonction des adresses destinations
« une trame arrivant est transmise au port vers le destinataire «mémorisation + CSMA/CD (équipement sans adresse)
- intéràªts :
« + séparation des domaines de collision
« + multi-technologie (10Base2 avec 100BaseTX...)
« + plus de limitations physiques
Filtrage (filtering)
- détermination de l’acceptation ou du rejet d’une trame
Relayage (forwarding)
- choix de l’interface de sortie - table :
... ...
«lorsque qu’une trame avec @LANdest arrive par Ifx, la table indique comme port de sortie IFy :
- si IFx = IFy alors la trame provient du segment du destinataire - filtrage
- sinon la trame est transmise à IFy- relayage
Self-learning
- Algorithme de création de la table
(a) son @LANsource
(b) son interface d’arrivée
(c) son heure d’arrivée3. validité limitée dans le temps
- remarques :
« si @LANdest absente de la table, alors diffusion (recopie vers les autres interfaces, mémorisation + CMSA/CD) «les ponts sont dits :
- auto-adaptatifs (plug and play)
- transparents (non adressés)
Ponts : Redondance
« + chemin de secours «+ auto-configuration
« – création de boucles (duplication)
- protocole d’arbre couvrant (STP)
Spanning Tree Protocol
- réseaux pontés avec redondance ∼ graphe (nÅ“uds = ponts)
«graphe sans boucle = arbre - construction d’un arbre couvrant
- pont avec un numéro identificateur : le plus petit est la racine - échange de BPDU <idroot, dstroot, idsnd, numport>
- inhibition des ports qui n’atteignent pas la racine par le plus court chemin
Comment choisir?
Pont (couche 2) :
- commutateur de trames «+ auto-configurable
« + performance de relayage
« – toutes les trames empruntent le màªme arbre couvrant (SPF)
« – les diffusions (broadcast) sont globales
- réseau de taille limitée (→100 machines)
- recherche de simplicité
Routeur (couche 3) :
- commutateur de paquets
- + pas de boucle (TTL limitatif en période transitoire)
- + calcul du meilleur chemin (routage)
- configuration manuelle
- traitement plus long des messages
- réseau taille importante (1000→ machines)
- fonctions â€intelligentes†: isolation de trafic, filtrage...
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Ethernet Switch
- ponts à hautes performances (couche 2)
« nombreuses interfaces (∼ hubs)
« débit agrégé important - matrice de commutation
- multi-débit
« 10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps...
- full duplex
« possibilité d’éviter CSMA/CD (∼ liaison point-à -point)
Mémorisation puis transmission de la trame
- ∼ fonctionne comme un pont
- stockage complet avant retransmission (et calcul du CRC-32)
- latence mini de LF/Ri (LF taille trame, Ri débit du lien de sortie)
Transmission directe
- ∼ fonctionne comme un hub
- émission dès que le tampon de sortie est vide
- latence mini = lecture de l’adresse destination
«exemple : 100Mbps, trame de 1518 octets - gain de ∼ 120µs
- plus de controôle de la trame (CRC-32)
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 4rd edition
Infrastructure de cablage générique
- configuration logique des LAN : Virtual LAN
Table de configuration dans les ponts et commutateurs
- détermination de l’appartenance à un VLAN
« par port
« par adresse LAN
« par protocole ou réseau de la couche 3
- plusieurs VLAN par port pour le transit (Virtual STP)
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 4rd edition
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
Définition de l’architecture
CSMA/CD Token ring WLAN WPAN WMAN
Quelques normes intéressantes :
- 802.1d MAC Bridges «protocole STP...
- 802.1f MIB IEEE 802
- 802.1g MAC distant bridging
«inteconnexion de LAN avec des technologies WAN - 802.1h MAC Bridging of Ethernet V2 in IEEE 802 LAN - 802.1q Virtual Bridged LAN...
Ajout d’un identifiant de VLAN dans la trame picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 4rd edition
Evolution de la structure la trame Ethernet : 1522 octets max !
- seuls les équipements 802.1q échangent les nouvelles trames
- 4096 VLAN identifiables - 3 bits de priorité
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 4rd edition
Subdivision en 2 sous-couches de la Couche ISO Liaison
- LLC (Logical Link Control) sublayer
- MAC (Medium Access Control) sublayer
- permet le pontage direct des différents réseaux IEEE 802 :
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LLC |
MAC |
Network layer
Data link
layerMAC LLC MAC
Physical layer Network
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 4rd edition
IEEE 802.3 : CSMA/CD
Encapsulation de type SNAP/LLC :
Sous couche LLC
IEEE 802.3 : Appellations
Norme |
date |
nom |
remarque |
802.3 |
1985 |
10Base5 |
coaxial épais 50Ω |
802.3a |
1988 |
10Base2 |
coaxial fin 50Ω |
802.3b |
1985 |
10Broad36 |
coaxial TV 75Ω |
802.3i |
1990 |
10BaseT |
sur 2 paires UTP3 |
802.3j |
1993 |
10BaseF |
sur fibres MM/SM |
802.3u |
1995 |
100BaseT4 |
sur 4 paires UTP3 |
802.3x et 802.3y |
1997 |
100BaseT2 |
sur 2 paires UTP5 |
802.3z |
1998 |
1000BaseX |
module GBIC |
802.3ab |
1999 |
1000BaseT |
sur 4 paires UTP5 |
802.3ac |
1998 |
VLAN |
pour 802.3 |
802.3ad |
2000 |
Agrégation |
plusieurs liens (trunking) |
802.3ae |
2002 |
10GBaseX |
sur fibres MM/SM |
Plan
Architecture Ethernet
- protocole d’accès au médium
- technologies Ethernet
- intégration TCP/IP
- hubs Ethernet
- ponts Ethernet
- commutateurs Ethernet
- standards IEEE
- autres LAN IEEE
1 1 1
(a)
picture from Tanenbaum A. S. Computer Networks 3rd edition
Wireless Ethernet
- zone de service : cellule ou BSS (Basic Service Set)
« stations sans-fil
« station de base (fixe) ou AP (Access Point) servant de pont 802