Les réseaux locaux : le protocole Ethernet

IEEE
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PLAN  Emplacement dans le modèle OSI  Rôle de la couche liaison  Organisation de la couche liaison : LLC, MAC  Exemple de protocole de la couche liaison : Ethernet (réseau local)  Service tramage  Adressage MAC  Service contrôle de flux  Service accès canal  ARCHITECTURE ET PROTOCOLES RÉSEAUX  Chapitre 4: Les réseaux locaux: le protocole Ethernet  Dr. Nejla OUESLATI 
  1. U: 2018-2019 
12/04/2019 RÉSEAU LOCAL  LAN: Local Area Network – Réseaux d’entreprise – Connectent les DTE (stations, PC, imprimantes et serveurs,...) d’une entreprise – Taille jusqu’à quelques kilomètres Quelques Mb/s jusqu’à quelques Gb/s  La gestion du transfert des données dans les LAN ( uniquement couche 1 et 2 du modèle OSI) est contrôlée par les normes IEEE 802 la norme IEEE 802 comprend plusieurs standards comme IEEE 802.3 pour les réseaux locaux filaires (LAN) ou Ethernet "VOUS ÊTES ICI 12/04/2019 LA COUCHE LIAISON DE DONNÉES  Unité d’échanges : la trame (un ensemble de bits regroupés pour être transportés.  Equipements pont (bridge): interconnecte des LAN (équipements réseau  actifs) , commutateurs (switch): interconnecte des équipements  d’extrémité (ordinateurs par exemple)...  DES SOUS-COUCHES POUR LA COUCHE LIAISON  MAC (Medium Access Control): Contrôle d'Accès au Medium :  Gestion de l’accès au média physique Dépend du médium physique  LLC (Logical Link Control): Contrôle Logique de la Liaison  12/04/2019 SOUS COUCHE MAC : RÔLES 
  1. Tramage : 
Adressage physique (adresse MAC)  Encapsulation des données  Assemblage des trames avant transmission Décodage des trames à la réception 2. Contrôle d’intégrité: Détection/Correction d'erreurs de type modification: la séquence de bits reçus est différente de celle émise 3. la gestion des accès au canal partagé Adaptation et accès au canal  gestion des collisions (-Si deux stations émettent simultanément) taille maximale de trame La couche MAC est centrale, son rôle est l’optimisation de  7 l'utilisation du canal  LA SOUS-COUCHE LLC : RÔLES  La couche LLC n'est pas toujours obligatoire, certains protocoles de niveau 3 l'utilisent, d'autre pas.  Par exemple IP, sur Ethernet, n'emploie pas, par défaut, la couche LLC (mais peut le faire, le choix se fait par paramétrage au niveau du système d'exploitation).  Dans sa version complète, la sous-couche LLC gère:  les connexions (Contrôle de la vitesse de transmission, Gestion des Ack) le contrôle de flux (Élimination de trames dupliquées,...) les erreurs de type omissions: la séquence de bits envoyée n'est pas  reçue  12/04/2019 SERVICE DE LA COUCHE LLC  trois types de services LLC fournis à la couche réseau existent :  LLC1 : service sans gestion de connexion et sans  gestion d’acquittement LLC2 : service avec gestion de connexion et avec  gestion d’acquittement LLC3 : service sans gestion de connexion et avec  gestion d’acquittement  SERVICE TRAMAGE: NOTION DE TRAME  Découpage du train de bits venant de la couche physique en trames  Une trame est une suite structurée de bits  Elle est composée de plusieurs champs de tailles différentes  Les champs et leurs tailles sont définis par les protocoles utilisés  10  12/04/2019 SERVICE TRAMAGE: DÉLIMITEURS ET SYNCHRONISATION  Une trame est caractérisée par début, longueur et fin Il existe quatre techniques pour caractériser le début et la fin d’une trame:  Comptage de caractères (ex. ATM)  Utilisation des caractères spéciaux  Utilisation des fanions (ex. HDLC, PPP) (=> transparence)  Reporter le problème à la couche physique (ex. Token Ring et les codes interdits de Manchester Différentiel)  Problème de transparence: Les données peuvent contenir les délimiteurs de trames  11  DÉLIMITEURS DE TRAME: COMPTAGE DES CARACTÈRES  Utiliser un champ dans l’entête de la trame qui indique le nombre de caractères qu’elle contient  Lorsque la couche liaison à la réception lit ce champ elle connait le nombre de caractères de la trame  Exemple:  Problème de synchronisation si la valeur du champ ajouté est modifiée au cours de la transmission.  12  12/04/2019 DÉLIMITEURS DE TRAME: MÉTHODE DES CARACTÈRES SPÉCIAUX  Délimiter chaque trame par les séquences de caractères spéciaux: DLE STX (Data Link Escape Start of TeXt) Placé au début de la trame DLE ETX (Data Link Escape End of TeXt) Placé en fin de trame  Si la station de destination perd la synchronisation, il lui suffit de chercher les séquences DLE STX et DLE ETX pour retrouver la délimitation des trames  L’émetteur ajoute un caractère de transparence DLE devant tous les DLE de données.  Le récepteur retire tous les caractères DLE ajoutés par l’émetteur Caractères de transparence  13  DÉLIMITEURS DE TRAME: LES FANIONS  Distinguer le début et la fin de la trame par une séquence particulière de bits appelée fanion ou flag Des bits de transparence sont ajoutés dans la trame données pour qu’une séquence binaire dans la trame ne corresponde accidentellement au fanion.  Exemple pour la trame HDLC (High Level Data Link Control), le caractère fanion est 01111110 A l’émission: on insère un bit de transparence 0 après 5 bits 1 consécutifs dans le contenu.  A la réception: le 0 qui succède a 5 bits 1 consécutifs est supprimé. On interdit donc l’émission de plus de 5 éléments binaires de valeur 1 sauf pour la délimitation de trames. permettre la transmission de trames de longueur variable, sans limitation  Données:  14  Trame délimitée  12/04/2019 LE STANDARD ETHERNET  Les normes Ethernet définissent à la fois les protocoles de la couche 2 et les technologies de la couche 1  Initialement conçu par Xerox sur un canal partagé  Normalisé en 1981 comme IEEE 802.3  Deux variantes incompatibles  Ethernet-II IEEE 802.3  15  MODES PARTAGÉ ET COMMUTÉS  12/04/2019 mode partagé: Ethernet classique (10 base 2)  utilisant des concentrateurs sur étoile ou répéteurs sur bus Pag e 16  Mode commuté: Ethernet commuté (XbaseT ou XbaseF Utilisation des switchs au lieu des concentrateurs  Plus cher  12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 fonctionne en broadcast half-duplex sur des câbles coaxiaux à un débit de 10 Mbit/s – Possibilité de collisions – Mauvaises performances en cas de charge élevée – Temps de transmission non déterministe – Contraintes de la taille maximale du réseau  fonctionne en point à point full-duplex sur des paires torsadées ou fibres optiques à un débit allant jusqu’à 1Gbit/s – Sans collisions – Débit de transmission dédié – Temps de transmission déterministe – Chaque terminal est directement connecté à un commutateur  12/04/2019 12/04/2019 SNAP  type>= 1536 (0x0600) Ethernet II  type<= 1500 (0x05DC) IEEE802.3  IEEE802.3  LES 2 TYPES DE TRAMES ETHERNET  6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes  S.MAC  Length  LLC  Data FCS  Deux types de formats de trame existent pour les réseaux Ethernet selon la valeur en hexa du champ « type » indiquant le protocole de la couche réseau : Ethernet II et Ethernet IEEE 802.3 la norme Ethernet II représentent la majorité de toutes les trames des réseaux Ethernet  TRAME ETHERNET II  17  12/04/2019 12/04/2019 Source MAC address.  Longueur max des données  Destination MAC address.  IP 2048 (0x0800)  0x0800  0x0800  12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 ARP 2054 (0x0806) 
  • Le type de trame Ethernet II est associé aux protocoles avec une 
valeur du champ « Type » supérieure à 1536 (0x600) 0x0806 
  • FCS (Frame Check Sequence ): séquence de contrôle d’intégrité 
18  Host A Host B    Ethernet II  D.MAC  (Frame Check Sequence ): séquence de contrôle d’intégrité  S.MAC  Data  FCS  LA SIGNIFICATION DES DIFFÉRENTS CHAMPS 
  • La taille de toute la trame (sans préambule ni délimiteur) varie entre 64 et 1518 octets 
  • La taille du champ donnée varie entre 46 et 1500 
19  Préambule : 56 bits = 7 X (1010101010), permet la ‘synchronisation de la communication entre émetteur et récepteur.  Délimiteur de début de trame (Start Frame Delimiter) : 8 bits = 10101011; permet la ‘synchronisation trame/caractère’.  Adresse (6octets) individuelle/multicast/broadcast :adresse MAC fixée par le constructeur de la carte et elle est unique  Type: 2 octets représentés sous la forme hexadécimale qui indiquent le type de protocole (de la couche réseau) véhiculé dans la trame :XX-YY ou XXYY. Exemple:  0800 protocole IP, 6DD protocole IPv6, 0806 protocole ARP, 0835 protocole RARP  20  12/04/2019 10  LES CHAMPS DUNE TRAME ETHERNET IEEE 802.3  Longueur du champ de données : valeur comprise entre 1 et 1500, indique le nombre d'octets des données  Padding : contenu sans signification complétant une trame dont la longueur des données est inférieure à 46 octets.  FCS : Frame Check Sequence : séquence de contrôle basée sur un CRC polynomial de degré 32.  La trame Ethernet ne contient pas de fanion de fin car elle est suivie d’un signal obligatoire (intervalle inter-trames IFG égal à 9,6 ms) et que sa longueur est codée dans le champ longueur.  21  TRAME IEEE802.3 
  • Pas trop utilisée 

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6 bytes 6 bytes 2 bytes 38-1492 bytes 4 bytes  22  12/04/2019 11  12/04/2019 11  12/04/2019 11  0x03 3 (0x03) 
  • Le type de trame IEEE 802.3 est associé à des protocoles 
avec une valeur de type inférieure à 1500 (0x05DC) 
  • Les réseaux locaux multi-accès basés sur Ethernet utilisent un 
adressage MAC (Media Access Control) pour distinguer et  communiquer les hôtes.  23  TRANSMISSION DE LA TRAME  D.MAC      télécharger gratuitement cours de Les réseaux locaux : le protocole Ethernet
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Les réseaux locaux : le protocole Ethernet

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PLAN  Emplacement dans le modèle OSI  Rôle de la couche liaison  Organisation de la couche liaison : LLC, MAC  Exemple de protocole de la couche liaison : Ethernet (réseau local)  Service tramage  Adressage MAC  Service contrôle de flux  Service accès canal  ARCHITECTURE ET PROTOCOLES RÉSEAUX  Chapitre 4: Les réseaux locaux: le protocole Ethernet  Dr. Nejla OUESLATI 
  1. U: 2018-2019 
12/04/2019 RÉSEAU LOCAL  LAN: Local Area Network – Réseaux d’entreprise – Connectent les DTE (stations, PC, imprimantes et serveurs,...) d’une entreprise – Taille jusqu’à quelques kilomètres Quelques Mb/s jusqu’à quelques Gb/s  La gestion du transfert des données dans les LAN ( uniquement couche 1 et 2 du modèle OSI) est contrôlée par les normes IEEE 802 la norme IEEE 802 comprend plusieurs standards comme IEEE 802.3 pour les réseaux locaux filaires (LAN) ou Ethernet "VOUS ÊTES ICI 12/04/2019 LA COUCHE LIAISON DE DONNÉES  Unité d’échanges : la trame (un ensemble de bits regroupés pour être transportés.  Equipements pont (bridge): interconnecte des LAN (équipements réseau  actifs) , commutateurs (switch): interconnecte des équipements  d’extrémité (ordinateurs par exemple)...  DES SOUS-COUCHES POUR LA COUCHE LIAISON  MAC (Medium Access Control): Contrôle d'Accès au Medium :  Gestion de l’accès au média physique Dépend du médium physique  LLC (Logical Link Control): Contrôle Logique de la Liaison  12/04/2019 SOUS COUCHE MAC : RÔLES 
  1. Tramage : 
Adressage physique (adresse MAC)  Encapsulation des données  Assemblage des trames avant transmission Décodage des trames à la réception 2. Contrôle d’intégrité: Détection/Correction d'erreurs de type modification: la séquence de bits reçus est différente de celle émise 3. la gestion des accès au canal partagé Adaptation et accès au canal  gestion des collisions (-Si deux stations émettent simultanément) taille maximale de trame La couche MAC est centrale, son rôle est l’optimisation de  7 l'utilisation du canal  LA SOUS-COUCHE LLC : RÔLES  La couche LLC n'est pas toujours obligatoire, certains protocoles de niveau 3 l'utilisent, d'autre pas.  Par exemple IP, sur Ethernet, n'emploie pas, par défaut, la couche LLC (mais peut le faire, le choix se fait par paramétrage au niveau du système d'exploitation).  Dans sa version complète, la sous-couche LLC gère:  les connexions (Contrôle de la vitesse de transmission, Gestion des Ack) le contrôle de flux (Élimination de trames dupliquées,...) les erreurs de type omissions: la séquence de bits envoyée n'est pas  reçue  12/04/2019 SERVICE DE LA COUCHE LLC  trois types de services LLC fournis à la couche réseau existent :  LLC1 : service sans gestion de connexion et sans  gestion d’acquittement LLC2 : service avec gestion de connexion et avec  gestion d’acquittement LLC3 : service sans gestion de connexion et avec  gestion d’acquittement  SERVICE TRAMAGE: NOTION DE TRAME  Découpage du train de bits venant de la couche physique en trames  Une trame est une suite structurée de bits  Elle est composée de plusieurs champs de tailles différentes  Les champs et leurs tailles sont définis par les protocoles utilisés  10  12/04/2019 SERVICE TRAMAGE: DÉLIMITEURS ET SYNCHRONISATION  Une trame est caractérisée par début, longueur et fin Il existe quatre techniques pour caractériser le début et la fin d’une trame:  Comptage de caractères (ex. ATM)  Utilisation des caractères spéciaux  Utilisation des fanions (ex. HDLC, PPP) (=> transparence)  Reporter le problème à la couche physique (ex. Token Ring et les codes interdits de Manchester Différentiel)  Problème de transparence: Les données peuvent contenir les délimiteurs de trames  11  DÉLIMITEURS DE TRAME: COMPTAGE DES CARACTÈRES  Utiliser un champ dans l’entête de la trame qui indique le nombre de caractères qu’elle contient  Lorsque la couche liaison à la réception lit ce champ elle connait le nombre de caractères de la trame  Exemple:  Problème de synchronisation si la valeur du champ ajouté est modifiée au cours de la transmission.  12  12/04/2019 DÉLIMITEURS DE TRAME: MÉTHODE DES CARACTÈRES SPÉCIAUX  Délimiter chaque trame par les séquences de caractères spéciaux: DLE STX (Data Link Escape Start of TeXt) Placé au début de la trame DLE ETX (Data Link Escape End of TeXt) Placé en fin de trame  Si la station de destination perd la synchronisation, il lui suffit de chercher les séquences DLE STX et DLE ETX pour retrouver la délimitation des trames  L’émetteur ajoute un caractère de transparence DLE devant tous les DLE de données.  Le récepteur retire tous les caractères DLE ajoutés par l’émetteur Caractères de transparence  13  DÉLIMITEURS DE TRAME: LES FANIONS  Distinguer le début et la fin de la trame par une séquence particulière de bits appelée fanion ou flag Des bits de transparence sont ajoutés dans la trame données pour qu’une séquence binaire dans la trame ne corresponde accidentellement au fanion.  Exemple pour la trame HDLC (High Level Data Link Control), le caractère fanion est 01111110 A l’émission: on insère un bit de transparence 0 après 5 bits 1 consécutifs dans le contenu.  A la réception: le 0 qui succède a 5 bits 1 consécutifs est supprimé. On interdit donc l’émission de plus de 5 éléments binaires de valeur 1 sauf pour la délimitation de trames. permettre la transmission de trames de longueur variable, sans limitation  Données:  14  Trame délimitée  12/04/2019 LE STANDARD ETHERNET  Les normes Ethernet définissent à la fois les protocoles de la couche 2 et les technologies de la couche 1  Initialement conçu par Xerox sur un canal partagé  Normalisé en 1981 comme IEEE 802.3  Deux variantes incompatibles  Ethernet-II IEEE 802.3  15  MODES PARTAGÉ ET COMMUTÉS  12/04/2019 mode partagé: Ethernet classique (10 base 2)  utilisant des concentrateurs sur étoile ou répéteurs sur bus Pag e 16  Mode commuté: Ethernet commuté (XbaseT ou XbaseF Utilisation des switchs au lieu des concentrateurs  Plus cher  12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 fonctionne en broadcast half-duplex sur des câbles coaxiaux à un débit de 10 Mbit/s – Possibilité de collisions – Mauvaises performances en cas de charge élevée – Temps de transmission non déterministe – Contraintes de la taille maximale du réseau  fonctionne en point à point full-duplex sur des paires torsadées ou fibres optiques à un débit allant jusqu’à 1Gbit/s – Sans collisions – Débit de transmission dédié – Temps de transmission déterministe – Chaque terminal est directement connecté à un commutateur  12/04/2019 12/04/2019 SNAP  type>= 1536 (0x0600) Ethernet II  type<= 1500 (0x05DC) IEEE802.3  IEEE802.3  LES 2 TYPES DE TRAMES ETHERNET  6 bytes 6 bytes 2 bytes 46-1500 bytes 4 bytes  S.MAC  Length  LLC  Data FCS  Deux types de formats de trame existent pour les réseaux Ethernet selon la valeur en hexa du champ « type » indiquant le protocole de la couche réseau : Ethernet II et Ethernet IEEE 802.3 la norme Ethernet II représentent la majorité de toutes les trames des réseaux Ethernet  TRAME ETHERNET II  17  12/04/2019 12/04/2019 Source MAC address.  Longueur max des données  Destination MAC address.  IP 2048 (0x0800)  0x0800  0x0800  12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 12/04/2019 ARP 2054 (0x0806) 
  • Le type de trame Ethernet II est associé aux protocoles avec une 
valeur du champ « Type » supérieure à 1536 (0x600) 0x0806 
  • FCS (Frame Check Sequence ): séquence de contrôle d’intégrité 
18  Host A Host B    Ethernet II  D.MAC  (Frame Check Sequence ): séquence de contrôle d’intégrité  S.MAC  Data  FCS  LA SIGNIFICATION DES DIFFÉRENTS CHAMPS 
  • La taille de toute la trame (sans préambule ni délimiteur) varie entre 64 et 1518 octets 
  • La taille du champ donnée varie entre 46 et 1500 
19  Préambule : 56 bits = 7 X (1010101010), permet la ‘synchronisation de la communication entre émetteur et récepteur.  Délimiteur de début de trame (Start Frame Delimiter) : 8 bits = 10101011; permet la ‘synchronisation trame/caractère’.  Adresse (6octets) individuelle/multicast/broadcast :adresse MAC fixée par le constructeur de la carte et elle est unique  Type: 2 octets représentés sous la forme hexadécimale qui indiquent le type de protocole (de la couche réseau) véhiculé dans la trame :XX-YY ou XXYY. Exemple:  0800 protocole IP, 6DD protocole IPv6, 0806 protocole ARP, 0835 protocole RARP  20  12/04/2019 10  LES CHAMPS DUNE TRAME ETHERNET IEEE 802.3  Longueur du champ de données : valeur comprise entre 1 et 1500, indique le nombre d'octets des données  Padding : contenu sans signification complétant une trame dont la longueur des données est inférieure à 46 octets.  FCS : Frame Check Sequence : séquence de contrôle basée sur un CRC polynomial de degré 32.  La trame Ethernet ne contient pas de fanion de fin car elle est suivie d’un signal obligatoire (intervalle inter-trames IFG égal à 9,6 ms) et que sa longueur est codée dans le champ longueur.  21  TRAME IEEE802.3 
  • Pas trop utilisée 

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6 bytes 6 bytes 2 bytes 38-1492 bytes 4 bytes  22  12/04/2019 11  12/04/2019 11  12/04/2019 11  0x03 3 (0x03) 
  • Le type de trame IEEE 802.3 est associé à des protocoles 
avec une valeur de type inférieure à 1500 (0x05DC) 
  • Les réseaux locaux multi-accès basés sur Ethernet utilisent un 
adressage MAC (Media Access Control) pour distinguer et  communiquer les hôtes.  23  TRANSMISSION DE LA TRAME  D.MAC      télécharger gratuitement cours de Les réseaux locaux : le protocole Ethernet