Les réseaux locaux : CSMA/CD - CSMA/CA - DPAM - La méthode jeton - Ethernet - Token Ring

1 - Notions d'architecture 

Une architecture de réseau définit

         

• Une structure d‘interconnexion des stations
• Des normes
• Des protocoles permettant au réseau d‘être opérationnel.

Il existe principalement deux familles d’architecture :

     

• Ethernet pour des réseaux 10 M bps et 100 M bps
• Token-Ring offrant des débits de 4 et 16  et 100 M bps.

Une architecture de réseau local est définie par

      

• Une topologie
• Une méthode d'accès
• Une technique de transmission
• Un support de transmission.

Dans le cadre des réseaux locaux,  les travaux de normalisation au niveau international  sont conduits par le comité 802 de l'IEEE.

Exemple  de nomes de l'IEEE : 
         

             

2 - Les normes IEEE 
 
A  la  fin  des  années  70,  lorsque  les  réseaux  locaux  commencèrent  à  émerger, l'organisme IEEE  (Institute  of  Electrical  and  Electronics  Engineers)  commença  à travailler sur la  normalisation des réseaux locaux en même temps que l‘ISO  travaillait  à l'élaboration du modèle OSI.

Les normes de la catégorie IEEE 802 sont compati es avec le modèle OSI.

Elles définissent  en  particulier la  façon  dont  les équipements réseau  accèdent  aux données  et  les  transfèrent  sur  les  supports  physiques.  Cela  comprend  la  connexion,  la maintenance et la déconnexion.


Les différentes catégories des normes IEEE 802
        

802.7 et 802.8 sont des groupes fournissant des conseils aux autres comités

Les efforts de normalisation ont surtout porté sur les couches PHYSIQUE et LIAISON.

La couche li son a été divisée en deux sous-couches : 

         

• La  couche  MAC  (Medium  Access  Control)  a  pour  rôle  de  structurer  les  bits d'informations en trames adaptées au support  et  de gérer les adresses physiques des cartes réseaux (on parle d'adresse MAC).
• La couche LLC (Logical Link Control) a pour objet d'assurer le transport des trames entre deux stations. Elle ne traite pas des adresses mais des utilisateurs, c'est à dire des logiciels des couches supérieures (IPX ou IP… )

3  -  Les méthodes d'accès au support

3.1  Méthode CSM A/CD 
  

• Carrier Sense Muliple Access with Collision Detection C'est un mécanisme de dialogue basé sur la détection de collision.

         

          

• La  station  qui  veut  émettre  « écoute »  le  support  de transmission  pour voir s'il  est disponible.
• Si le support est libre, elle émet.
• Si le support est occupé, elle attend pendant un temps aléatoire et réécoute.
• Quand le support est libre, elle émet le message.
• Malgré tout, 2  stations peuvent émettre en même temps. Dans ce cas, il y a collision des 2 messages et perte d‘information.
• Les  2  stations  qui  écoutent  pour voir  le  résultat  de  leur émission,  constatent  la collision.  Elles  cessent  d‘émettre,  attendent  chacune  un  temps  aléatoire  avant  de réécouter et de ré-émettre.

3.2  Méthode CSMA/CA 

          

• Carrier Sense Muliple Access with Collision Avoidance

C'est un mécanisme de dialogue basé sur l'évitement de la collision.

      

• La station émettrice écoute le réseau jusqu'à ce qu'il soit libre pendant un certain temps
• La  station envoie un message court  précisant le destinataire,  le volume de données à transmette
• Le destinataire envoie un Ok pour recevoir
• L'émetteur envoie les données
• Le destinataire envoie un acquittement des données
• La ligne est de nouveau libre 

        
Cette méthode est utilisée pour les transmissions sans fil 802.11


3.3  La méthode du jeton

Le principe est  de gérer l'accès au  support  par un  jeton  circulant  entre les stations.
Seule la station ayant le jeton peut "parler".
Le jeton est une séquence de signaux qui représente l'autorisation d'émettre.
       

            

• Le jeton circule sur l‘anneau.
• La station B, par exemple, souhaite émettre des données.
• Le jeton  est  d‘abord  capturé par la  station  A :  elle n‘a  rien  à émettre.  Elle libère le jeton.
• Le jeton passe devant la station B : elle le capture.
• Comme  elle  a  des  données  à  émettre,  elle  place  l‘adresse  du  destinataire,  D  par exemple, et les données derrière le jeton et ré-émet le tout.
• Le jeton circule et arrive à D, destinataire du message. La station recopie les données, accuse réception du message et ré-émet le tout.
• La  station B  reçoit  le jeton et  son accusé de réception,  elle libère le jeton qui  va  de nouveau circuler librement.

3.4  La méthode de priorité de la demande (DPAM )

Cette méthode  d'accès (DPAM   =  Demand  Priority  Access Method)  a  été  conçue  pour les réseaux à 100 M b/s 100 VG-Any-Lan.

       

• VG pour Voice Grade : Priorité à la demande.
• Any-Lan :  Accepte tous les réseaux (trames Ethernet ou Token-ring)

        
Elle a été à l'initiative d'IBM  et AT&T pour concurrencer le Fast-Ethernet, et surtout assurer  une  interopérabilité Les  éléments  de  li son  sont  particuliers,  et  sont  appelés concentrateur par la nome. Ils fonctionnent en fait plus comme des commutateurs.

Schéma d'un réseau 100VG-Any-LAN
       

               
Lorsqu‘une station désire émettre, elle fait une requête auprès du concentrateur qui lui alloue ou non le support. Les collisions sont donc impossible et le délai d'attente du aux jeton est supprimé. Le séquencement est le suivant : 

• Les stations informent  le  concentrateur de  leur disponibilité  en  lui  transmettant  le signal « Idle »(signal particulier sur la ligne).
• La station désirant émettre formule une requête avec un niveau de priorité.
• Les autres machines raccordées sont  averties par le concentrateur 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 
• La station émettrice transmet sa trame.
• Le concentrateur l‘analyse, la transmet à la station intéressée et reprend l'émission du signal Idle.
• Si 2 requêtes sont reçues simultanément par un concentrateur, celle ayant la priorité la plus élevée est traitée en premier.

4  - Ethernet 
    
4.1  Historique
        
A  la  fin  des années 60,  l‘université de Hawaï  développa  un  réseau  appelé ALOHA basé sur une méthode d‘accès au support innovante : CSM A/CD. Ce réseau est à l'origine des réseaux Ethernet. Le premier produit Ethernet est lancé en 1975 par Xerox, Intel Corporation et Digital Equipement Corporation.

4.2  Trame Ethernet

Ethernet décompose les données en trames
Longueur d'une trame : de 64 octets à 1531 octets (taille des données de 46 à 1500)
  
Constitution d'une trame :  
     

• Préambule  (7  octets  composés  d‘une  suite  de  0  et  de  1)  permettant  d'assurer la synchronisation avec les stations réceptrices.
• SFD (Start Frame Delimiter) 1 octet se terminant par deux 1 consécutifs et permettant de repérer le début de la trame 
• Adresse de destination (6 octets)
• Adresse source (6 octets)
• Type (2 octets) donne l'identifiant du protocole supérieur
• Données (de 46 à 1500 octets)
• Séquence de bourrage éventuelle pour respecter la taille minimale d‘une trame
• FCS (Frame Check Sequence)  est le résultat  d‘un contrôle de type modulo destiné à savoir si la trame est arrivée en bon état (CRC Contrôle de Redondance Cyclique) (4 octets)

          
Constitution d'une trame Ethernet
 

        
4.3  Ethernet 10 Mbps
         

           
4.4  Fast-Ethernet

Fast-Ethernet  est  une  évolution  de  la  norme  Ethernet  10  M bps.  Toutes  les caractéristiques: protocole CSM A/CD, taille des trames, topologie sont conservées. Ceci a été fait pour assurer une interopérabilité des 2 vitesses de réseau.
       

        
On appelle domaine de collision un ou plusieurs segments Ethernet où les collisions pourront être détectées par les transceivers.
        

• La totalité des segments connectés au niveau 1du modèle ISO font partie du même domaine de collision (Cas des répéteurs et concentrateurs)
• Les segments séparés par un pont,  un routeur ou les ports d'un commutateur ne font pas partie du même domaine de collision (Niveau 2 et 3 du modèle OSI)

4.5  Gigabit Ethernet

La  dernière version d'Ethernet  est  celle offrant  un débit  de 1  Gbps.  Pour répondre à  cette vitesse, des aménagements ont du être réalisés : 

      

• La méthode d'accès CSM A/CD est conservé 
• Le  délai  d‘émission  des petites trames étant  trop  court  pour détecter d'éventuelles collisions, la taille minimale des trames est portée à 512 octets au lieu de 64.

       

 
5  - 100 VG Any-Lan

Contrairement  à une idée largement  répandue,  le 100  VG  Any-LAN  n'a  rien  à voir avec Ethernet Les caractéristiques principales d'un concentrateur sont : 
   

• Il n‘utilise pas la méthode d‘accès CSM A/CD.
• Il supporte les trames Ethernet et Token-Ring
• Il utilise la méthode d‘accès DPAM  qui permet d'atteindre un débit réel de 96 M bps.

 
Les distances maximales entre les nŒuds sont :

     

• 100 m sur paire torsadée cat. 3.
• 150 m sur paire torsadée cat. 5.
• 2000 m sur de la fibre optique multimode.

       
La  topologie  du  100  VG  Any-LAN  est  en  étoile  hiérarchique  avec  3  niveaux  de  cascade autorisés. Le chaînage des concentrateurs est réalisé par des ports dédiés.

6  Token-Ring 

• Introduit en 1984 par IBM  et normalisé ANSI/IEEE 802.5 en 1985
• 15% du parc des réseaux locaux
• Topologie Anneau (ring)
• Méthode d‘accès déterministe par jeton (token)
• 1 seule station parle à la fois

Caractéristiques de la li son Token-Ring  :
       

        
Constitution d'une trame Token-Ring : 

- Délimiteur de début (1 octet)     Indique le début de la trame
- Contrôle d'accès (1 octet)          Indique  la  priorité  de  la  trame  et  s'il  s'agit d‘un jeton ou d‘une trame de données 

            
- Contrôle de la trame (1 octet)   Content  des informations contrôle d'accès au support (M AC).
- Adresse récepteur
- Adresse émetteur
- Données

        
- CRC                                            Séquence de contrôle d‘erreurs
- Délimiteur de fin (1 octet)          Indique la fin de la trame
- Etat de la trame(1 octet)           Indique si la trame a été reconnue, copiée ou si l'adresse de destination était disponible
   

Connecteur Token-Ring