MAC

R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Modèle OSI – Couche 2
Sous-couche accès à la voie
Contrôle d’Accès au Médium
« Medium Access Control »
1
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Sous-couche accès à la
voie
• Gestion des accès à une voie unique de
transmission
• Typique des réseaux locaux
• Une sous- couche appelée MAC (Medium Access
Control)
• par exception : dépendance / couche physique
• Nombreuses méthodes très différentes
• Expérimentales ou industrielles
• Plusieurs méthodes normalisées
• travaux du projet 802 de l'IEEE
2
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Classification des
méthodes d'accès au canal
Partage du canal
Multiplexage synchrone
Multiplexage asynchrone
Accès aléatoires
TDMA
Accès contrôlés
Gestion centralisée
Tranche
Vide
CSMA
Polling
Probing
Gestion décentralisée
Token
Ring
Token
Bus
3
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Multiplexage asynchrone Les accès aléatoires
• Deux méthodes :
• Sur topologie en bus
• Normalisée ISO 802.3 – CSMA/CD - Ethernet
• Utilisées en réseau local industriel (CAN)
• Sur topologie en boucle
• Pas de normalisation pour les réseaux locaux
• Méthode de la tranche vide pour les réseaux métropolitains
4
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Norme ISO 8802.3 CSMA/CD - Ethernet
• Carrier Sense Multiple Access / Collision
Detection
• Méthode d'accès à un bus supportant des signaux en
bande de base
• La station teste l'occupation de la voie
• Voie occupée -> la station attend
• Voie libre
• Attente avant émission (trou intertrame)
• Début émission
• Observation du signal de collision en permanence
• En cas de détection : émission suspendue et séquence
de bourrage
5
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Algorithme d'émission
d'une trame par CSMA/CD
Emission d'une trame
Assemblage de la trame
oui
Détection
porteuse
non
Intertrame
Collision
détectée
oui
Emission brouillage
non
Emission
non
Transmission
finie
oui
Incrémenter compteur de tentative
oui
Trop de
tentatives
non
Calcul attente
Attente
Compte rendu : Transmission réussie
Compte rendu : Echec, trop de collisions
6
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Diagramme des temps d'un
accès par CSMA/CD
t
Station 1
t
Station 2
intertrame
T1
intertrame
t
Station 3
intertrame
T2
Trame à émettre
Emission
Brouillage (JAM)
7
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Observation de la voie
- La tranche canal
Détection de collision
Début émission
Détection de fin de porteuse
Arrêt émission
Station 1
t
Station 2
t
Début émission
Détection de collision
Arrêt émission
Détection de fin de porteuse
Délai de
propagation
8
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Station 1
Transmission de trames de
longueur insuffisante
Emission vers 2
Réception
t
Collision
t
Station 2
Emission vers 1
Réception
9
R.L.I.
Format des trames 8802.3
Réseaux Locaux Industriels
Champs
Taille en
octets
PRE SFD DA SA
7
1 2ou6 2ou6
LEN
LLCDATA(données)
2
<1519
PAD FCS
<64
4
10
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Format des adresses
• Identique pour l'émetteur et le destinataire
• Identique ISO 8802.3, 8802.4, 8802.5, …
F o rm a t c o u rt : 1 6 b its
I/G
F o rm a t lo n g : 4 8 b its
I/G
A d resse
U /L
A d ress e
I/G :
0 = I= In d iv id u e lle
1 = G = G ro u p e
U /L :
0 = U = U n iv e rse lle , c ré é e à la fa b ric a tio n
1 = L = L o ca le , p ro p re a u ré se a u
Exemple : 08 00 4E 2F 74 ED
constructeur carte
11
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Évolution du format des
trames
• Trame Ethernet standard (10Mbits/s)
• Trame « Fast Ethernet » (100Mbits/s, Gigabits/s)
12
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Reconfiguration et
correction des anomalies
• La méthode CSMA/CD est totalement distribuée
• l'entrée ou la sortie d'une station dans le réseau est
donc simple et instantanée
• Le parasitage d'une trame est vu comme une
collision
• La seule anomalie grave serait créée par
l'émission délirante d'une station
• problème est résolu par une temporisation au niveau
physique
13
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Reconfiguration et
correction des anomalies
• La surcharge du réseau provoque un
écroulement du débit
• observation à l'aide d'un analyseur
• déconnexions temporaires d'applications peu
prioritaires
• L'aspect probabiliste
• considéré comme un handicap
• Mais qualités de simplicité et de fiabilité
• emploi dans un bon nombre de RLI
14
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Les accès contrôlés Gestion centralisée
• Un maître interroge les stations esclaves
• Méthode par scrutation
• La scrutation simple (polling) :
• interrogation séquentielle des esclaves
• une réponse positive => droit d'accès à durée limitée
• La scrutation adaptative (probing) :
• interrogation de l'ensemble des esclaves simultanément
• réponse éventuelle, dans des intervalles de temps qui
leur sont individuellement réservés
• allocation successive du droit d'accès aux esclaves qui
ont répondu
15
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Gestion centralisée,
avantages et inconvénients
• Avantages :
• simplicité des fonctions à mettre en oeuvre
• respect des contraintes "temps réel"
• Inconvénients :
• dépendance vis-à-vis d'un élément particulier
• rendement du mécanisme d'interrogation
• Utilisées dans les RLI
• réseaux d'automates programmables et réseaux de
terrain
• Modbus, Unitelway, Profibus (Sinec L1), FIP, Asi, …
16
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Les accès contrôlés Gestion décentralisée
• Circulation d'un droit d'accès à la voie
• JETON
• Une station qui reçoit le jeton
• émet une ou des trames (durée limitée) puis émet le
jeton
• passe le jeton immédiatement si elle n'a rien à dire
17
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Gestion décentralisée
• Durée individuelle d'émission limitée
•
•
•
•
temps maximal de rotation du jeton
temps d'attente maximal du droit d'émission
méthodes déterministes
mécanismes de priorité facilement implantables
• Deux méthodes normalisées
• sur topologie en bus : Token Bus
• sur topologie en boucle : Token Ring
18
Norme ISO 8802.4 - Token
Bus
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
• Le jeton circule
• dans le sens des adresses décroissantes
• l'adresse la plus faible transmet à la plus élevée
TS=4
PS=6
NS=3
TS=5
TS=6
PS=7
NS=4
TS=3
PS=4
NS=2
TS=8
TS=2
PS=3
NS=7
TS=7
PS=2
NS=6
19
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Tranche canal et Fenêtre
de réponse
• La tranche canal
• temps maximal d'attente d'une réponse
• valeur entière exprimée en "temps-octet"
• temps de propagation et temps de réaction des procédures
MAC
• constante, initialisée à la configuration
• Fenêtre de réponse
• durée d'une tranche canal après certaines trames
• la station s'arrête et écoute
• une réponse qui débute dans la fenêtre doit être écoutée
entièrement
20
R.L.I.
Format de la trame 8802.4
Réseaux Locaux Industriels
Champs
PRE SD
FC DA
Taille en
octets
1+
1 2ou6 2ou6
1
SA
DATA UNIT (données)
0 à 8191
FCS
ED
4
1
21
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Codage du contrôle de type
de trame 8802.4
Codage
Type de Trame
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6
Trame de
Service
du MAC
Trame de
données LLC
CLAIM_TOKEN
SOLICIT_SUCCESSOR_1
SOLICIT_SUCCESSOR_2
WHO_FOLLOWS
RESOLVE_CONTENTION
TOKEN
SET_SUCCESSOR
0
0
0
0 0 0
0
0
0
Ordinaire
Requête avec réponse attendre
Réponse à requête précédente
0 0 0
0 1 0 0 1
0 1 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
0
0
0
P P P
Trame de
Gestion
Ordinaire
Requête avec réponse attendre
Réponse à requête précédente
P P P= niveau de priorité:
111= le plus élévé
000= le plus faible
0 0 0
1 0 0 0 1
0 1 0
22
Utilisation des trames
SOLICIT_SUCCESSOR
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
2
5
7
10
15
17
Soient les stations 5,10,15 actives et 2,7,17 candidates
Emise par 10 : SOLICIT_SUCCESSOR_1 (DA=5)
Réponse de 7 seule dans la fenêtre
Emise par 5 : SOLICIT_SUCCESSOR_2 (DA=15)
Réponse de 2 dans la première fenêtre
Réponse de 17 dans la deuxième fenêtre
23
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Trames de services 8802.4
• CLAIM_TOKEN = obtention du jeton
• initialiser ou réinitialiser la boucle logique
• WHO_FOLLOWS = Qui suit ?
• pour contourner la station suivante inactive ou en
défaut
• RESOLVE_CONTENTION = Résolution du
conflit
• pour isoler un candidat à l'entrée dans la boucle
• TOKEN = Jeton
• trame jeton, DA = NS
24
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Création du jeton
• à l'initialisation de la boucle
• après la perte du jeton
• Utilisation de la trame CLAIM TOKEN
•
•
•
•
écoute de la voie
si transmission alors abandon
sinon jusqu'à N répétitions
puis génération du 1er jeton
25
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Insertion d'une station dans
la boucle
• chaque station tente périodiquement d'inclure
une nouvelle station dans la boucle
• Utisisation des trames SOLLICIT_SUCCESSOR
• trois cas possible
• aucune réponse : suite
• une seule réponse SET_SUCCESSOR, une nouvelle station
dans la bloucle
• plusieurs réponses simultanées: utilisation de
RESOLVE_CONTENTION avec quatres fenêtres de réponse
26
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Détection d'une anomalie
au passage du jeton
• après émission du jeton la station écoute le
réseau, si elle détecte
•
•
•
•
sa propre trame
du bruit
un FCS invalide
Le JETON est mal passé
• une nouvelle tentative échouée
• le successeur est en panne, il faut le contourner
• utilisation de la trame WHO_FOLLOWS
27
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Détection de la duplication
du jeton
• détectée après émission d'une trame
SOLICIT_SUCCESSOR ou WHO_FOLLOWS
• réception d'une trame autre que SET_SUCCESSOR
dans la fenêtre de réponse
• une autre station est active et possède un jeton
• la station devient passive
• son jeton est perdu.
28
Norme ISO 8802.5 - Token
Ring
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
• technique du jeton à trame unique
A
J
P
D
A
D
J
P
P
B
C
B
1
A
J
2
D
P
C
P
A
D
J
B
C
3
P
B
C
4
P
29
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Structure pas totalement
distribuée
• Stations en permanence synchronisées par un
signal
• Pas de préambule
• La station qui a gagné le droit de générer le
premier jeton
• Remplit le rôle particulier de moniteur
• Surveiller le bon fonctionnement du réseau
• Retirer de la boucle toute trame qui a fait plus qu'un tour
• Chaque trame est munie d'un bit M
30
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Rôle du moniteur
• à l'émission d'une trame, M = O
• lorsque la trame passe chez le moniteur, il
positionne M = 1
• si le moniteur reçoit une trame avec M = 1
• elle a déjà fait un tour
• il la retire donc du circuit
• Toute station est un moniteur de secours
• une défaillance du moniteur actif
• reconfiguration du réseau
• génération d'un nouveau jeton
31
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Format de la trame 8802.5
Champs
SD AC FC DA
Taille en
octets
1
1
1
SA
2ou6 2ou6
DATA UNIT (données)
0 à 4027
FCS ED
4
1
FS
1
32
Format du champs
"Contrôle d'accès"
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
PPPTMRRR
la plus élevée
P P P = Priorité du jeton 111
:
000 la plus faible
T=
jeton (Token) : 0 = libre, 1 = occupé
M=
moniteur (Monitor) : mis à 0 par l'émetteur, e
par le moniteur
R R R = réservation : permet de demander l'accroissem
de la priorité
• Trame jeton
J K 0 J K 0 0 0
P P P 0 M R R R
J K 1 J K 1 I E
33
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Format du champ de
contrôle du type de trame
Type de Trame
Codage
b0 b1 b2 b3 b4
Trames
internes
du MAC
TEST ADR. DOUBLE
EXPRESS BUFFER
BEACON
0 0 0 0 0
CLAIM TOKEN
RING PURGE
ACTIVE MONITOR PRESENT
STANDBY MONITOR PRESENT
Trame de DONNEES LLC
RESERVE
0
0
0
0
1
1
1
b5 b
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0 1 0 0 0 P P P
1 x x x x x x x
P P P= niveau de priorité de la trame
34
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Mécanisme de priorité
• jeton <=> priorité PJ et trame <=> priorité PT
• une station capte le jeton si
• une trame de priorité PT >= PJ
• et toute trame émise respecte PT >= PJ
• au vol trame jeton en trame données, PJ = PT et
mémorisation de PJ
• sinon elle demande la modification de priorité
PR
• bits de réservation du champs AC : PR = PT
35
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Mécanisme de priorité,
suite
• Le jeton est libéré si :
• plus de trame PT>=PJ
• temps maximal de détention du jeton écoulé
• Le jeton libre est émis dès le champ SA
• permet de gagner du temps
• Sa priorité est max (PR, PJ mémorisée)
• augmente constamment la priorité du jeton
• diminution
• par la station qui l'a augmentée
• si PR est aussi redescendue
36
Mécanisme de priorité et
gestion du champ AC
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Priorités des trames à émettre :
(vue par la station)
Station 1 : PT=0
Station 2 : PT=2
Station 3 : PT=4
Champs AC (Acces Control) de la trame qui circule : PJ.T.M.PR
avec: PJ = Priorité du jeton
T = jeton, =0 pour trame jeton, =1 pour trame de données
M = Monitor
PR =Priorité réservée
4.1.0.2
4.0.0.2
2.1.1.0
2.0.0.0
4.0.0.0
4.1.0.2
2.0.0.0
2.1.1.0
0.0.0.0
0.1.0.2
4.0.0.2
4.1.0.2
2.1.0.0
2.0.0.0
AC
0.1.1.2
4.0.0.2
4.1.1.2
2.1.1.0
2.0.0.0
STATION 3 PT=4
0.1.1.4
0.1.0.0
AC
MONITEUR
0.0.0.0
AC
STATION 2 PT=2
AC
STATION 1 PT=0
Sens de transfert
37
R.L.I.
Réseaux Locaux Industriels
Détection et correction des
anomalies
• détectées
• par toute station et par le moniteur
• concernent
• le simple parasitage ou la rupture de boucle
• chaque station peut réaliser son auto-test
• séquence BEACON
• déconnexion, auto-test, et reconnexion éventuelle
38