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Les Réseaux Locaux  
 

 
Ethernet et le haut débit
Le 100VG AnyLAN
Les réseaux locaux virtuels

Trois technologies seront traités dans ce chapitre, l’évolution d’Ethernet vers le haut débit, les réseaux 100 VG AnyLAN et les réseaux virtuels.

Ethernet et le haut débit

Pour rappel, le format d’une trame Ethernet est le suivant :

Le champ EtherType donne l’identifiant du protocole supérieur (par exemple, 2048 est IP). C’est le seul champ qui varie par rapport à la trame 802.3 où il est remplacé par le champ « Longueur des données ».

Les différentes implémentations sont le 10 base 5 (10 Mbps en bande de base sur câble coaxial d’une longueur maximale par segment de 500 mètres) qui est la version d’origine d’Ethernet, le 10 base 2 (Thin Ethernet), sa version économique avec du câble coaxial souple et fin qui permet une longueur de segment de 185 mètres pour un débit de 10 Mbps, et la version 10 base T, sur paires torsadées où la longueur maximum des brins est de 100 à 150 mètres.

Avec un débit de 10 Mégabits par seconde, Ethernet 10 base X fait déjà partie des réseaux à hauts débits. La version 100 Mégabits est une évolution du 10 base T idéal pour les réseaux locaux d’entreprise.

Fast Ethernet

La compatibilité de la vers 100 Mégabits est assurée par la reprise du protocole CSMA/CD et le maintien de la taille des trames. La topologie du réseau est la même que pour le 10 base T. Nous ne nous intéresserons, pour le Fast Ethernet, qu’à la partie interconnexion, soit le niveau physique puisqu’il n’y a que ce niveau qui change par rapport à Ethernet.

La fenêtre de collision (temps minimal pendant lequel une station émettrice doit écouter le réseau pour détecter la collision la plus tardive) est réduite à 5,12 µs, ce qui fait un silence inter-trame (IFG : InterFrame Gap) de 0,96 µs (96 bits). Ce ci induit de fortes contraintes sur le temps de propagation du signal et donc sur la distance maximale entre les deux stations les plus éloignées du réseau. La longueur d’un segment ne peut excéder 100 mètres.

Il existe deux classes de hubs différentes, le hubs de classe 1 qui régénèrent  les signaux et les diffusent sur les autres ports selon le type de port (100 base TX ou 100 base T4) et les hubs de classe 2 qui répètent immédiatement les signaux reçus et donc qui autorisent une connexion avec une et uniquement une cascade avec une distance inter-hub de 5 mètres.

La norme 100 base T prévoit l’utilisation de 3 supports différents :

Le 100 base T4 utilise un codage de type 8B/6T (8 bits sur 3 temps d’horloge). Trois paires sont utilisées pour la transmission de données, la quatrième pour la détection de collision.

Le 100 base TX et 100 base FX utilise la signalisation 4B/5B (16 symboles parmi 32) sur une paire ou fibre d’émission et une paire ou fibre de réception.

La fibre optique permet une longueur de segment de 400 mètres.

Gigabit Ethernet

Le Gigabit Ethernet est une évolution naturelle de la technologie CSMA/CD. Son architecture générale est la suivante :

Le Gigabit Ethernet fonctionne en full-duplex dans le mode switch-to-switch et dans le mode switch-to-end-station (de commutateur à commutateur ou à station) et en half-duplex pour les stations raccordées directement à un hub.

Pour maintenir un diamètre de réseau suffisant en half-duplex (200 mètres), la fenêtre de collision a été modifiée, la trame minimale étant portée à 64 octets. l’IFG reste à 96 bits.

Le Gigabit Ethernet se présente comme une solution d’attente ou un complément plutôt qu’un concurrent d’ATM.

Exemples d’architecture

Ces deux évolutions d’Ethernet sont généralement utilisés comme backbone sur les réseaux locaux. Les machines ne travaillent pas nécessairement à 100 ou 1000 Mbps mais les commutateurs qui forment la partie centrale du réseau l’utilisent.

Exemple d’architecture pour le Fast Ethernet

Exemple d’architecture pour le Gigabit Ethernet

Le 100VG Any LAN

Pendant que qu’un groupe de travail autour de Cisco crée le Fast Ethernet, Helwett-Packard, soutenu par AT&T et IBM, développe une autre possibilité d’évolution vers le 100 Mégabits qui prend en charge l’évolution des réseaux Ethernet et Token Ring. Le 100VG Any LAN sera standardisé par la spécification IEEE 802.12.

L’appellation 100VG Any LAN provient de 100 Mbps, avec de 4 simples paires torsadées de qualité vocale (Voice Grade) et de sa double compatibilité Ethernet et Token Ring (Any LAN).

La topologie est identique à celle du 10 base T : une étoile hierarchisée autorisant jusqu’à 5 niveaux, soit 4 hubs . Le hub de tête est appelé « root hub ». Les distances maximum dépendent des câbles utilisés, soit 100 mètres pour les catégorie 3 et 4 et 150 mètres pour les câbles de catégorie 5 UTP. Certains câbles particuliers autorisent des longueur de segment de 200 mètres.

Les hubs utilisés sont particuliers à la norme et s’ils sont appelés hubs dans la spécification, ils se rapprochent plus du commutateur.

Principe de l’accès par scrutation (polling)

Lorsqu’une station désire émettre, elle fait une requête auprès du hub qui lui alloue ou non le support (Demand Priority Access Method ou DPAM). Les collisions sont donc impossible et le délai d’attente du aux jetons sont supprimés.

Les stations informent le hub de leur disponibilité en lui transmettant le signal « Idle ». La station désirant émettre formule une requête avec un niveau de priorité. Les autres machines raccordées sont averties par le hub que quelqu’un va émettre et se mettent en état de recevoir (signal Incomming, INC). Lorsque toutes les stations ont cessé l’émission du Idle, cela signifie qu’elles sont prêtes à recevoir et la station émettrice transmet sa trame. Le hub l’analyse et la transmet à la station intéressée et reprend l’émission du Idle.

Les signaux de signalisation sont émis en basse fréquence (30 Mhz), ils se composent de 2 tonalités. La première tonalité correspond à la transmission de 16 bits à 1 suivis de 16 bits à 0, se qui donne un signal de 0.9375 Mhz, la seconde tonalité alternentla transmission de 8 bits à 0 et 8 bits à 1, se qui donne un signal de 1.875 MHz.

Les différents signaux de signalisation sont reproduit dans le tableau suivant :

Architecture et performances

Les 4 paires étant nécessaire, le débit sur chaque paire est ramené à 25 Mbps. L’architecture des couches 1 et 2 du modèle OSI est représenté ci-après :

Cette méthode d’accès garantit que chaque station aura accès au support. Afin d’éviter un usage abusif des données prioritaires, le hub surveille les files d’attentes de requêtes de données normales et les transforment en priorité haute à l’échéance d’une temporisation (TTT : Target Transmission Time). Les stations sont donc sûre d’émettre après n.TTT secondes où n est le nombre de stations.

Le 100VG Any LAN est actuellement un des protocoles les plus performants sur les réseaux locaux. Le Fast Ethernet a cependant les faveurs du marché en raison de la possibilité de conserver une partie du parc à 10 Mbps.

Le tableau suivant rappelle les caractéristiques du Fast Ethernet et du 100VG Any LAN :

Les réseaux locaux virtuels

Les réseaux virtuels (VLAN : Virtual Local Area Network) permettent de réaliser des réseaux axés sur l’organisation de l’entreprise en s’affranchissant de certaines contraintes techniques comme la localisation géographique. On peut ainsi définir des domaines de diffusion (domaines de broadcast) indépendamment de l’endroit où se situe les systèmes.

Les VLAN ne traduisent aucun protocole de haut débit mais sont souvent utilisés dans des réseaux locaux hauts débits. C’est à ce titre qu’ils sont rapidement évoqués dans ce cours.

Les normes 802.1Q et 802.1p décrivent respectivement les VLAN et la qualité de service associée. Quatre octets sont insérés dans la trame MAC des réseaux 802.3 juste après l’adresse source :
- le champ VPID (VLAN Protocol ID), équivalent du champ EtherType sur 2 octets
- le champ User Priority sur 3 bits (8 niveaux de priorité)
- un bit T qui indique si la trame transporte des données Token Ring
- un champ VID (VLAN ID) sur 12 bits qui identifie le VLAN destination.

Les VLAN introduisent la notion de segmentation virtuelle, qui permet de constituer des sous-réseaux logiques en fonction de critères prédéfinis comme les adresses MAC ou les numéros de ports de façon statique ou dynamique. Les échanges à l’intérieur d’un domaine sont automatiquement sécurisés, et les communications inter-domaines peuvent être contrôlées.

Il existe plusieurs niveaux de VLAN :
- Les VLAN de niveau 1 ou VLAN par port (Port-Based VLAN) qui regroupent les stations connectés à un même port du commutateur.
- Les VLAN de niveau 2 ou VLAN MAC (MAC Address-Based VLAN) qui associent des stations par leur adresse MAC selon des tables d’adresses introduites par l’administrateur.
- Les VLAN de niveau 3 ou VLAN d’adresses réseaux (Network Address-Based VLAN) qui associe des sous-réseaux IP par masque ou par adresse. Les utilisateurs sont affectés dynamiquement à un ou plusieurs VLAN.

On peut également créer des VLAN selon un protocole (IP, IPX,…), la communication ne pouvant s’établir qu’entre deux stations utilisant le même protocole, par application (n° de port TCP, par exemple), ou par mot de passe suivant le login de l’utilisateur.

Les communications intra-VLAN se déroulent comme si les machines se situaient sur le même segment IP, les commutateurs récupérant les trames de broadcast ARP pour les rediriger vers les machines du même VLAN. Après établissement d’un circuit virtuel, les échanges sont très efficaces puisque la commutation s’effectue au niveau MAC.

Pour les communications inter-VLAN, le protocole NHRP (Next Hop Resolution Protocol) a été défini. Il s’agit d’un mécanisme de résolution d’adresses entre systèmes n’appartenant pas au même VLAN. Pour se faire, la station source ou le commutateur de rattachement émet une requête NHRP vers le routeur ou serveur NHS (Next Hop Server) qui transmet la requête à la station destination après avoir effectué les contrôles d’usage. Les stations peuvent ensuite échanger directement les informations sans passer par un tiers.

 




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