Ethernet, Token Ring

Réseaux locaux
Réseaux locaux
But : relier un ensemble d'objets sur
une zone géographique de petite
taille
 Caractéristiques

Protocoles et méthodes d’accès :
ethernet et token ring
taille : plusieurs centaines de mètres
vitesse : jusqu'à 1Gbits/s
 support commun
 fiable

Stéphane CATELOIN

Réseaux locaux
Problématique

Accès au médium : concurrence
Adressage
Format des données

Suivi des envois



Coupleur
Machine
Medium
Access Unit
Câble
Attachment Unit Interface
(Transceiver)



découpage?
reçu?
bien reçu?
Sécurité

confidentialité
MEDIUM
(bus)
Architecture logicielle
Couche LLC


LLC
Logical Link Control
Couche liaison
MAC
Medium Access Control
Permet d'homogénéiser les méthodes
d’accès
3 versions

LLC1

LLC2

LLC3
• sans connexion
• sans séquencement, ni acquittement
• avec connexion
• sans connexion
• acquittement – reprise sur erreur
1
Couche MAC


Fournit un accès (équitable) au medium
 medium : ressource partagée
 accès critique
3 types d'accès
 déterministe
Méthodes d'accès
Accès déterministe

temps divisé en périodes égales
allouées cycliquement aux machines
 quelques ms
 défauts :

• AMRT, conteneur ou jeton
• on parle quand on en a le droit

concurrent

mixte
AMRT : accès multiple à répartition
dans le temps
• chacun tente de parler quand il le veut
• on tente de parler quand on le veut, et si l'on arrive
pas s'entendre, on en revient à la méthode
déterministe
• gâchis pour les machines qui n'ont rien à
émettre
Méthodes d'accès
Méthodes d'accès
Accès déterministe
Accès déterministe

Conteneur

un message collecte les données
l'émetteur remplit le conteneur s'il
est vide
 la machine destination le vide



Jeton
 circulation d'un jeton unique
 émission conditionnée à la possession du jeton
 émission sur durée bornée (mais pas fixe)
 lorsqu'une station n'a plus besoin du jeton (ou est
arrivé au terme du délai max), elle cède le jeton à
la station suivante
 "anneau logique"
 défaut : perte du jeton?
 variante : jeton à priorité
• le jeton est émis avec une priorité
• peuvent prendre le jeton les stations ayant une
priorité supérieure ou égale
peu utilisé
• réseaux DQDB (8802.6)
Méthodes d'accès
Accès concurrent

CSMA/CD




Carrier Sense Multiple Access / Collision
Detection
les stations écoutent le canal
si le canal est libre elles peuvent émettre
collisions
• temps de propagation non nul
• émission "presque" simultanée
• attente aléatoire puis ré-émission
Normalisation
Normes IEEE – groupe 802
Découpage en 2 sous-couches : 802.1
 LLC : 802.2
 MAC


802.3 CSMA/CD (ethernet)
802.4 Bus à jeton
 802.5 Anneau à jeton
…


2
Ethernet
Réseaux locaux
Ethernet / IEEE 802.3



1970-1985
développé par Digital, Intel, Xerox (DIX)
normalisé en 1985 par la norme IEEE
(Institute of Electrical and Electronic
Engineer ) 802.3




évolutif


Caractéristiques





architecture en bus
media : 10Base5, 10 Base2, 10 BaseT,
10BaseF…
rayon : suivant medium, quelques
centaines de mètres (max. 5km)
# stations : suivant médium, jusqu'à un
millier
signalisation


synchrone
codage Manchester
Caractéristiques (3)

Buts recherchés





simplicité
faible coût
équité
pas de discrimination
Défauts



Ethernet  802.3 !
un champ diffère
attention compatibilité
2Mbits  1Gbits (10?)
medias supports
Caractéristiques (2)
sur le bus circulent des trames (trains
de bits)
 une seule trame à la fois
 une trame émise est reçue par tout
le monde
 filtrage par coupleur
 2 trames  collision
 méthode d'accès CSMA/CD

Caractéristiques (4)

Ethernet est un réseau
égalitaire
probabiliste
 sans chef d'orchestre


pas de full duplex
sécurité – confidentialité?
pas de contrôle d'erreur (LLC1 et LLC2)
3
Format trame IEEE 802.3
7 octets
1 octet 6 octets
Préambule
SFD
@DEST
Format d'une trame (2)
6 octets
2 octet
46-1500 octet
4 octets
@SCE
lg DATA
DATA
FCS
synchro.
7x 10101010
taille zone
de données
données + pad
Start Frame Delimitor
fanion de début
10101011
code
correcteur
débit 10Mbits/s
longueur max : 1526 octets
 longueur min : 72 octets (46 de
DATA)



(avec collision 64 octets)
26 octets pour le protocole
 silence inter-trames 9,6μs (12 octets)

trame Ethernet : lgDATA  TypeDATA
Format d'une trame (3)

préambule




(7x10101010)
synchronisation
10101011
indique début de la trame
Adressage

adresses sur 6 octets
écriture en héxamécimal

Adresse destinataire
 premier bit
• 0 : destinataire unique
• 1 : destinataires multiples (multicast)

broadcast

FF-FF-FF-FF-FF-FF
deuxième bit
• 0 : adresse universelle
• 1 : adresse administrée localement

 tous les bits à 1 : broadcast : envoi à tout le monde
Adresse source
 adresse de la station émetrice
 (1er bit à 0)
Adressage (2)

station

exemple
• 00-05-5D-DE-3D-F3
• 0-5-5d-de-3d-f3
• 00:05:5D:DE:3D:F3


SFD (Start Frame Delimiter)


Format d'une trame (4)

1er bit à 0
2eme bit à 0
• adresse universelle (IEEE)

groupe de stations


1er bit à 1
multicast
4
Adressage (3)

adresses universelles



Format d'une trame (5)

adresses uniques (au monde)
matériel / coupleur
distribuées par IEEE aux constructeurs:
•
•
•
•
•
Cisco
00:00:0C:XX:XX:XX
Sun
08:00:20:XX:XX:XX
HP
08:00:09:XX:XX:XX
Excelan
08:00:14:XX:XX:XX
adresses non IEEE !
• DEC
DATA (données)


• bourrage d'octets non significatifs

FCS Frame Control Sequence


AA:00:04:XX:XX:XX
Couche MAC

interface avec LLC : fonctions

Transmet-trame : requête LLC  MAC

Reçoit-trame : requête LLC  MAC

@ destinataire
@ source
taille des données
données
•
•
•
•
paramètre de retour
• statut transmission = OK ou trop de collision (>16
essais)
Transmission d'une trame


La sous-couche LLC a fait un appel "transmet-trame".
La couche MAC :
 Ajoute préambule et SFD à la trame
 Ajoute le padding si nécessaire
 Assemble les champs: @ origine, @ destinataire,
taille, données et padding
 Calcule le FCS et l'ajoute à la trame
 Transmet la trame à la couche physique :
• Si "carrier sense" faux depuis 9,6 µs au moins, la
transmission s'effectue (suite de bits).
• – Sinon, elle attend que "carrier sense" devienne faux,
elle attend 9,6 µs et commence la transmission (suite
de bits).
paramètres de retour
• – @ destinataire (= propre adresse physique ou
adresse multi-destinations)
• – @ source
• – taille des données
• – données
• – status:
paramètres d'appel
•
•
•
•
CRC (Cyclic Redundancy Check)sur 4 octets
polynôme de degré 32, fonction des champs
adresses, lgDATA, et DATA
Couche MAC (2)


46<= taille des données <=1500
padding pour les envois de moins de 46
octets
OK
Erreur de FCS
Erreur d’alignement (pas nb. entier d’octets)
Erreur de longueur (champ taille inconsistant)
Réception d'une trame


La sous-couche LLC a fait un appel " reçoit-trame".
La couche MAC est à l'écoute du signal "carrier
sense", elle reçoit tous les trains de bits qui circulent
sur le câble :
 Les limites des trames sont indiquées par le signal
"carrier sense"
 Ote le préambule, le SFD et l'éventuel padding
 Analyse l’adresse du destinataire dans la trame
 Si l'adresse destination de la trame est différente de
l'adresse de la station  poubelle
5
Réception d'une trame (2)

Si l’adresse inclut la station :
Interface MAC - Physique

• Elle découpe la suite de bits reçus en octet,
puis en champs
• Transmet à la sous-couche LLC les champs :
• @ destination , @ source, taille, données
• Calcule le FCS et indique une erreur à la
couche LLC si :
• FCS incorrect
• trame trop grande: >1526 octets (avec
préambule)
• longueur de la trame n’est pas un nombre
entier d’octets (erreur d’alignement)
• trame trop petite: < 64 octets (trame avec
collision)
Fonctions de la couche physique


Permet de recevoir et d'émettre des suites
d'éléments binaires
Détecte la transmission par une autre
station,
• pendant que la station n'émet pas: carrier sense
• pendant que la station émet: collision detection

Interface entre la couche MAC et la couche
physique :


services qu'offrent la couche physique à la
couche MAC :
3 requêtes et 3 booléens
Interface MAC-Physique
Interface MAC-Physique
Requêtes
Booléens

Transmettre un bit :


requête MAC ---> couche physique

• paramètre d'appel : 1 bit

Recevoir un bit:


Attendre :


requête MAC ---> couche physique
• paramètre d'appel : nombre de bits à attendre
Collisions

MAC <--- couche physique : Il y a du trafic
sur le câble.
Transmitting :

requête MAC ---> couche physique
• paramètre de retour : le bit
Carrier sense :
MAC ---> couche physique. Il y a des bits à
transmettre.
Collision detection :

MAC <--- couche physique. Il y a une
collision sur le câble (uniquement générée
quand la station transmet une trame)
Collisions (2)
COLLISION
COLLISION
Arrêt de l'émission
temps aller-retour : 50μs
(63 octets)
6
Collisions (3)

temps min. aller-retour d'une trame
(propagation) : 50μs (63 octets)



Emetteur :

collisions uniquement en début d'émission
acquisition du canal : durée max durant
laquelle les collisions peuvent se produire
ensuite on peut cesser d'être à l'écoute des
collisions
 limitations taille du support

Comportement à l'envoi





La couche LLC transmet une trame (suite de
bits) à la couche physique.
Pendant le début de la transmission (slot
time = 512 bits), elle teste le signal
"Collision detection" que lui fournit la
couche physique
S'il y a collision, la station commence par
renforcer cette collision en envoyant un
flot de 4 octets (jam)
écoute le signal "collision detection"
pendant 51.2 µs (64 octets) à partir du
début d'émission
s'arrête d'émettre quand il détecte une
collision en comparant le signal émis avec
le signal reçu par exemple
Récepteur :

nb et taille des segments
Collisions (5)


slot-time : 51,2μs (64 octets)


Collisions (4)
si reçoit une trame de taille inférieure à 72
octets  collision
Collisions (6)

Comportement à la réception

La couche LLC n’a pas besoin de
tester le signal "Collision detection"
• Longueur minimale d’une trame
correcte: 72 octets
• Longueur maximale d'une trame
"accidentée": 64 + 4 octets
• Donc toute trame reçue de longueur < 72
octets est rejetée
Collisions (7)

Réémission

La station attend = r x 51,2 µs
( r x "slot time")
Réseaux locaux
Token Ring / IEEE 802.5
• r entier, au hasard: 0 <= r < (2 ** k)
• k = min (n, 10), n = nb de réémissions déjà faites


Elle émet à nouveau. Au maximum, 15
réémissions.
Si la 15 ième ré-émission échoue, la couche
physique retourne le statut "Trop d'erreurs
de collision" à la couche LLC
7
Token Ring
Caractéristiques

1970-1984
développé par IBM
 premier prototype en 1981
 normalisé en 1984 par la norme IEEE
802.5



1Mbps
4Mbps
 16Mbps



Caractéristiques (2)





media : doubles paires torsadées STP (blindées)
communications point-à-point
 1 source  1 destination
topologie physique en étoile
couche LLC
 LLC1
 LLC2
 LLC3 (reprise sur erreur)
couche MAC
 accès au média par jeton sur topologie logique en anneau
 déterministe
 accès prioritaires
Architecture (logique) en anneau
débits
codage Manchester différentiel
Caractéristiques (3)

Avantages





Défauts


• chaque station a une priorité

Principe du jeton



jeton : trame particulière
 état libre/occupé
 priorité courante PPP
 priorité de réservation RRR
l’émission de données par une station est conditionnée par
la détention du jeton libre
la station A veut émettre une (ou plusieurs) trames :
 elle réserve avec le jeton occupé qui passe
 elle attend le jeton libre
 elle prend le jeton libre
 elle émet ses trames (durant un temps borné)
 elle absorbe les trames qui ont fait le tour de l’anneau
(vérification de la bonne émission)
 elle relâche le jeton libre
pas de gâchis de bande passante
performances peu dépendantes de la
charge
délai garanti
priorités entre stations
pas de full duplex
simplicité?
coût?
Principe du jeton (2)

Utilisation des priorités

réservation (lorsque le jeton est
occupé)
• si Pstation>RRR alors RRRPA
sinon jeton inchangé

relâchement du jeton après émission
• état  libre
• PPP  RRR

prise du jeton libre si Pstation = PPP
8
Principe du jeton (3)
Principe du jeton (4)
Priorités : exemple

A
PA=3
StackStations

libre / PPP=5 / RRR=0
B
PB=2
D
PD=4
occupé / source=C / PPP=5 / RRR=3
occupé / source=D / PPP=4 / RRR=5
émission d’un jeton libre :
• mémorisation locale du PPP et du RRR
• envoi jeton libre avec
PPPRRR et RRR0
• attente du retour jeton libre ayant un
PPP=RRR mémorisé
• modification du jeton
PPPPPP mémorisé
libre / PPP=5 / RRR=3

C
PC=5
Topologie logique
 réduction des priorités
Topologie Physique
Station
MSAU
Ring
IN
(MultiStation Access Unit)
Ring
IN
(MultiStation Access Unit)
MSAU
Ring
OUT
Ring
IN
(MultiStation Access Unit)
Ring
OUT
Ring
IN
(MultiStation Access Unit)
Ring
OUT
bypass switch
Station
Station
MSAU
MSAU
Ring
OUT
Station
Trame Token Ring
SD
1

AC
1
SA
6
Données



PPP : priorité courante
T : libre=0, occupé=1
M : monitoring
RRR : priorité de réservation
FC : Frame Control

FCS
4
ED
1
FS
1

DA : Destination Address

SA : Source Address



indication de début de trame
AC : Access Control : PPPTMRR


DA
6
SD : Start Delimiter


FC
1
Trame Token Ring (suite)
nature des trames
• 01000000 : trames
• 00xxxxxx : gestion de l’anneau
adresse MAC de la source
FCS : Frame Check Sequence



adresse MAC de la destination
vérification de trame
idem Ethernet
ED : End Delimiter

contient:
• un bit I (Intermediate Frame) qui indique une trame qui est première ou
intermédiaire d'une série de trames
• un bit E (Error) qui indique un non-respect du codage Manchester Differentiel

FS : Frame Status


Acquittement
deux indicateurs importants: adresse reconnue (A) et trace copiée (C).
• A = 1 et C = 1 réception normale
• A = 1 et C = 0 le destinatinataire n'a pas pu copier la trame
• A = 0 et C = 0 aucune station n’a accepté la trame
• ex : 00000011 : insertion nouveau jeton
9
Trame Token Ring
Protocole SMT

Jeton seul (libre)
Gestion centralisée

SD
1
AC
1
ED
1

élection d’un Active Monitor
les autres sont Standby Monitor
• contrôlent l’Active Monitor
• détectent les défaillances
• dans ce cas, élisent à nouveau un Active
Monitor
Protocole SMT (2)

Rôle du Active monitor



initialisation du réseau (génère le jeton)
contrôle et gestion du jeton
reprise sur erreurs (jeton/trames)
• vérification du champ AC
• absence du jeton (Timer No Token)
• purge du réseau
• création nouveau jeton
• trames erronées
• élimination et purge
Environnements et
Réseaux
Token Bus / IEEE 802.4
Token Ring
Grandeurs physiques


Timer TNT : 2,6ms
# stations/boucle



260 avec STP1
72 avec UTP3
Distance station-MSAU


100m avec STP1
45m avec UTP3
Principe






Architecture logique en anneau
Architecture physique en bus
Medium : coaxial 1,5Mbps ou 10Mbps
Jeton adressé sur bus
4 niveaux de priorité
Chaque station



connaît ses prédécesseur et successeur dans
l’anneau logique
reçoit le jeton de son prédécesseur
envoie le jeton à son successeur
10
Réseaux 2e génération

Ethernet/Token Ring commuté
topologie en étoile
 utilisation d’un commutateur à la
place d’un hub
Réseaux 2e génération (2)

• filtrage des trames
• réduction des collisions
Fast Ethernet




débit accru : 100Mbps
interconnexion
FDDI Fiber Distributed Data Interface





destiné à la mise en place de MAN
interconnexion à 10 Mbps (Ethernet et TR)
double anneau bi-directionnel
1000 stations, jusqu’à 40km
support : fibre optique
11