Pré-requis - Institut Superieur d`Informatique et des Techniques de

Dr. Amine BOUFAIED
Chapitre 010
Introduction
aux
réseaux locaux
A.
Qu’est ce qu’un réseau local
C'est un ensemble de moyens autonomes de calculs reliés entre eux pour
s'échanger des informations et partager des ressources matérielles ou
logicielles.
Les moyens autonomes de calcul peuvent être :
des micro-ordinateurs,
des stations de travail,
des imprimantes, fax, …
PDA, téléphones portables, …
Les ressources matérielles partagées peuvent être :
: un serveur de fichiers,
d'impressions, de messagerie, de gestion des comptes utilisateur, de
licences, de routage sécurisé vers Internet, web ...
Un réseau local (LAN - Local Area Network) couvre en principe une surface
géographique peu étendue (étage ou bâtiment). Un Réseau Local Etendu ou
d'Entreprise (RLE) peut s'étendre sur plusieurs bâtiments ou sites.
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B. Caractéristiques et constituants d’un réseau
local
Les principales caractéristiques d’un réseau local se résume à :
- Distances courtes entre les terminaux : entre 100 m et 1 km.
- Bande passante élevée : 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s.
- Médium de communication partagé.
- Il faut gérer l'accès au médium (différentes méthodes).
- Chaque élément peut mettre des ressources à disposition des autres et/ou
accéder à des ressources distantes : les équipements et les données sont
partagés.
Un réseau local est constitué par :
Un câblage reliant les différents nœuds suivant une certaine topologie.
Une méthode d'accès au support, utilisé en mode diffusion, pour assurer
son partage.
Une méthode d'adressage pour identifier chaque entité du réseau.
Un ensemble de protocoles pour permettre la communication.
Des applications qui utilisent les protocoles de communication.
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C. Topologies des réseaux locaux
La topologie logique définit la manière comment les ordinateurs accède l’un à
l’autre et est réalisée par un protocole d'accès. Les protocoles d'accès les plus
utilisés sont :
Ethernet
Token ring
La topologie physique définie quant à elle la manière avec laquelle les
ordinateurs sont connectés. Parmi-elles on cite :
. Structure BUS :
Un réseau de type BUS se compose d'une longueur continue du câble qui
relie deux dispositifs ou plus. Un réseau de type BUS s'appelle également un
réseau Backbone.
Les messages sont reçus par l'ensemble des stations connectées (diffusion). Une
station peut accéder à tout moment au support : problème si deux stations
décident d'émettre en même temps (collision).
Norme 802.3 Ethernet (CSMA/CD) : une station vérifie avant d'émettre
qu'aucune autre station n'est déjà en train d'émettre.
Pratique : Examen et analyse de la topologie de la salle de
TP.
Norme 802.4 (Token Bus) : chaque station se voit attribuer tour à tour le droit
d'émettre (circulation d'un jeton).
. Structure STAR (Etoile) :
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Une structure de réseau de type Étoile se compose d'ordinateurs reliés à un
point central sur le réseau. Le réseau Étoile est le type le plus communément
utilisé des réseaux.
Des liaisons point à point autour d'un concentrateur qui peut éventuellement
participer à la distribution de l'accès au support. Une station qui désire émettre
peut formuler une demande au concentrateur.
. Structure RING (anneau) :
Une structure de réseau anneau se compose d’ordinateurs reliés à un
répartiteur quoi répartir un anneau sous forme d’unités temporelles aux
différentes machines.
La circulation est unidirectionnelle (même sens) du message de proche en
proche jusqu'à atteindre le destinataire.
La norme 802.5 (Token Ring) : le droit d'émettre est transmis par
l'intermédiaire d'un jeton qui circule de station en station sur l'anneau.
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D. Les principaux supports
La paire torsadée : Un câble paires torsadées décrit un modèle de câblage où
une ligne de transmission est formée de deux conducteurs enroulés en hélice l'un
autour de l'autre (connecteur RJ45).
Exemple : Ethernet.
Ce type de câble est peu coûteux, facile à mettre en place, très utilisées dans les
réseaux locaux et la téléphonie, de longueur limitée à 100 m (relativement
sensible aux perturbations électromagnétiques).
Le câble coaxial : Un câble coaxial est constitué d’une partie centrale (appelée
âme), c'est-à-dire un fil de cuivre, enveloppé dans un isolant, puis d’un blindage
métallique tressé et enfin d'une gaine extérieure.
xemple : LAN, TV, Câble, …
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Il supporte des distances plus grandes. Il est plus résistant aux perturbations,
relativement coûteux, plus difficile à installer (rigidité du câble, encombrant).
La fibre optique : est un câble possédant de nombreux avantages :
Légèreté,
Immunité au bruit,
Faible atténuation,
Tolérance à des débits de l'ordre de 100 Mbps…
Ce câble est aussi très coûteux, et est utilisé principalement dans le cœur des
réseaux
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Chapitre 020
Normalisation
des
réseaux locaux
A. Structure de réseau de l'IEEE
Les normes de fonctionnement les plus communes pour les réseaux
locaux sont définies par l'institut des ingénieurs électriques et électroniciens
(IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers). IEEE introduit des
standards au niveau des deux dernières couches du modèle OSI (Open Systems
Interconnection). Le but des normes est de produire un ensemble de normes
dans le domaine des réseaux locaux afin d’assurer la compatibilité entre des
équipements provenant de différents fabricants
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PMD - Physical Medium Dependent : assure le transfert des données (bits) sur
des supports variés. Câble coaxial, paire torsadée, fibre optique, sans fil.
PMI (PHY) - Physical Medium Independent : détection de la présence d'un
signal, codage, récupération d'horloge (synchronisation).
MAC - Medium Access Control : contrôle de l'accès partagé au support et
contrôle d'erreur.
LLC - Logical Link Control : établissement/rupture de la connexion, gestion
de la liaison logique.
La norme IEEE 802.1 : définit l’architecture générale pour les réseaux locaux,
le format d'adressage, les techniques d'interconnexion et d'administration…
L'adresse MAC IEEE 802.1 désigne de façon unique une station sur le réseau
(unicité assurée par l'IEEE). Cette adresse ne donne aucune information sur la
localisation de la machine. Elle est gravée sur la carte d'interface réseau ou
l'équipement par le fabriquant. Elle est sur 48 bits.
I/G = 0 : adresse individuelle (unicast).
I/G = 1 : multicast ou broadcast.
U/L = 0 : adresse universelle IEEE.
U/L = 1 : adresse locale (unicité garantie par l'administrateur local).
Numéro de vendeur attribué par l'IEEE : exemple : Cisco (00-00-0C), Sun (0800-20), Xerox (00-00-AA).
Numéro de série attribué par le constructeur.
Adresse de broadcast (diffusion): FF-FF-FF-FF-FF-FF.
Quelques normes du niveau Liaison de Données :
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La norme IEEE 802.2 : Définit le protocole LLC.
Le rôle de la couche LLC est de masquer aux couches supérieures le type de
réseau utilisé, de contrôler la transmission des données une fois que la station a
gagné son droit à la parole (couche MAC).
Différentes variantes de normes pour les réseaux locaux :
La norme IEEE 802.3 : décrit la méthode d'accès au réseau CSMA/CD et
concerne les sous-couches LLC et MAC pour les réseaux ETHERNET câblés.
La norme IEEE 802.4 : Les stations sont connectées suivant la topologie en
bus. Un jeton (token) se propage tout au long d’un l'anneau logique d’une
machine à l’autre donnant ainsi le droit de transmettre une trame à la machine le
possédant.
La norme IEEE 802.5 : définit un ensemble de protocoles agissant au niveau
de la couche physique et de la sous-couche MAC de la couche liaison de
données et implémente une topologie physique en étoile et une topologie
logique en anneau.
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Chapitre 030
Exemples
de
réseaux locaux
A.
Ethernet
Les caractéristiques générales d'un réseau ETHERNET sont les suivantes :
La norme IEEE 802.3,
La topologie en bus linéaire ou en bus en étoile,
La transmission des signaux en bande de base (signal est envoyé
directement dans le câble sans modulation),
La méthode d'accès au réseau CSMA/CD pour le mode partagé,
Un débit de 10 à 100 Mb/s,
Le câblage en coaxial, en paires torsadées et en fibres optiques…
a) Format de la trame Ethernet II (TCP/ IP)
. Adresse destinataire ou expéditeur :
Adresse MAC ou adresse physique.
. Protocole :
Sur 16 bits, il s'agit d'un code qui indique le protocole du réseau utilisé audessus d'Ethernet.
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Ex: 0x0800 = IPv4, 0x0806 = ARP, 0x86DD = IPv6, 0x8035 = RARP…
. Données
La taille des données est de 64 octets au moins et 1518 octets au
maximum
. FCS
Frame Check Sequence : Code détecteur d'erreurs sur 32 bits permettant de
détecter les erreurs de transmission. Il n'y a pas de retransmission en cas
d'erreur, la trame est tout simplement ignorée.
b) Les normes du réseau Ethernet
Les normes Ethernet s'expriment toutes de la même façon (« x » modulation « y
») :
Avec « x » qui exprime la vitesse en Mb/s.
Avec comme mode de transmission la modulation en Bande de Base,
raccourci à la seule expression de Base.
Avec « y » qui décrit le support de communication :
Exemple : « T » pour les câbles en paires torsadées
Un chiffre pour le câble coaxial :
« 2 » pour le coaxial fin
« 5 » pour le coaxial épais
« FL » ou « FO » pour la fibre optique
Les normes IEEE définissent les spécifications relatives à la mise en œuvre de
plusieurs types de réseaux Ethernet. On distingue différentes variantes de
technologies Ethernet suivant le type et le diamètre des câbles utilisés :
Sigle
Dénomination
Câble
Connecteur Débit Portée
10Base2
Ethernet mince Câble coaxial (50 Ohms)
(thin Ethernet) de faible diamètre
BNC
10 Mb/s 185m
10Base5
Ethernet épais Câble coaxial de gros
(thick Ethernet) diamètre (0.4 inch)
BNC
10Mb/s 500m
10Base-T
Ethernet
standard
Paire torsadée (catégorie
3)
RJ-45
10 Mb/s 100m
100Base- Ethernet rapide Double paire torsadée
TX
(Fast Ethernet) (catégorie 5)
RJ-45
100
Mb/s
100m
100
2 km
100Base- Ethernet rapide Fibre optique multimode
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FX
(Fast Ethernet) du type (62.5/125)
Mb/s
Câblage : RJ45
Le câble droit est utilisé pour connecter un ordinateur à un hub ou un switch.
En voici deux configurations :
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
Couleur
Blanc-vert
Vert
Blanc-orange
Bleu
Blanc-bleu
Orange
Blanc-marron
Marron
Blanc-orange
Orange
Blanc-vert
Bleu
Blanc-bleu
Vert
Blanc-marron
Marron
Le câble croisé est utilisé pour connecter directement deux ordinateurs. En voici
les deux bouts d’un tel câble :
Nº
1
2
3
4
5
6
7
8
Couleur
Blanc-vert
Vert
Blanc-orange
Bleu
Blanc-bleu
Orange
Blanc-marron
Marron
Blanc-orange
Orange
Blanc-vert
Blanc-marron
Marron
Vert
Bleu
Blanc-bleu
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c) Principe de transmission pour le mode partagé
Tous les ordinateurs d'un réseau Ethernet sont reliés à une même ligne de
transmission, et la communication se fait à l'aide d'un protocole appelé
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect).
Avec ce protocole toute machine est autorisée à émettre sur la ligne à n'importe
quel moment et sans notion de priorité entre les machines. Cette communication
se fait de façon simple :
Chaque machine vérifie qu'il n'y a aucune communication sur la
ligne avant d'émettre.
Si deux machines émettent simultanément, alors il y a collision.
Les deux machines interrompent leur communication et attendent
un délai aléatoire, puis la première ayant passé ce délai peut alors
réémettre (couche MAC).
d) Principe de transmission pour le mode commuté
Dans ce mode, les terminaux sont connectés à un commutateur et il ne
peut y avoir de collision. Les trames doivent donc être mémorisées dans les
commutateurs.
Le commutateur communique avec la station sur la même liaison en mode fullduplex.
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e) Le Fast Ethernet
Evolution du 10baseT vers le 100 Mbit/s (IEEE 802.14).
Hub et cartes avec ports 10/100Mbitps (auto-négociation).
Le port et la carte s'auto-configurent sur le plus grand dénominateur
commun (permet la mixité 10/100).
Pratique : observation des caractéristiques de la salle de
TP.
B. L’anneau à jeton (Token-Ring IEEE 802.5)
Dans un réseau local en anneau, chaque station est reliée à sa suivante et sa
précédente par un support unidirectionnel (liaison simplex).
La communication se fait tour à tour, c'est-à-dire que chaque ordinateur du
réseau a la possibilité de parler à son tour. C'est un jeton (un paquet de données),
circulant en boucle d'un ordinateur à un autre, qui détermine quel ordinateur a le
droit d'émettre des informations. Lorsqu'un ordinateur est en possession du jeton
il peut émettre pendant un temps déterminé, après lequel il remet le jeton à
l'ordinateur suivant.
a) Exemple
Hypothèses de départ :
B, C, D) sur un anneau.
.
.
Etape 1 :
(jeton non
adressé).
message (@Dest=D, @src=B, data).
.
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Etape 2 :
.
message ne lui est
pas destiné donc le répète.
Etape 3 :
.
message (le
message continue de circuler sur l'anneau).
Etape 4 :
.
Etape 5 :
B reconnaît son adresse source (@src) dans l'en-tête du message, enlève
ce dernier de l'anneau et réémet un jeton libre (T=0) sur le support.
Remarque : le temps de détention du jeton est limité (à environ 10 ms).
b) Format de la trame IEEE 802.5
AC - Access Control - P P P T M R R R :
bit T (Token) : état du jeton (libre si T=0).
bit M (Monitor) : mis à 1 par la station Moniteur pour détecter les trames
qui feraient plus d'un tour.
bits PPP et RRR : 8 niveaux de priorité du jeton (3 bits), PPP : priorité du
jeton, RRR : niveau de réservation.
FC - Frame Control :
définit le type de la trame (trames de gestion de l'anneau, trames
d'information).
ED - Ending Delimitor - J K 1 J K 1 I E :
bit I=1 signifie qu'une trame du même émetteur suit celle reçue.
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bit E=0 positionné par l'émetteur ; si une station détecte une erreur, elle
positionne le bit E à 1.
les bits J et K n'ont aucune signification.
FS - Frame Status - A C r r A C r r :
octet de statut de la trame.
non protégé par le FCS -> A C r r dupliqué.
bits r r réservés à un usage ultérieur.
le bit A est positionné par la station destinataire quand elle s'est reconnue.
le bit C est positionné quand la station destinataire a correctement recopié
la trame (accusé de réception).
RI - Routing Information
validé par le bit I/G de l'adresse MAC source.
indications permettant le routage de la trame.
c) Comparaison Token Ring/Ethernet
les performances de Token Ring sont moins bonnes que 802.3 à faible
charge et sont meilleures à forte charge.
Les infrastructures sont équivalentes (distance couverte et câblage
similaires).
Le succès d'Ethernet est dû à la simplicité de ses mécanismes (CSMA/CD) et à
son évolution des débits plus rapides avec une certaine portabilité (cohabitation
nouvelles/anciennes technologies 10/100).
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