Analysis of IEEE 802.3 and Ethernet Networks

Question 1

Une trame IEEE 802.3 n'intègre pas de champ de protocole de niveau 3 (réseau) natif dans son en-format standard original (contrairement à la version Ethernet II qui possède un champ Type). Pour identifier et transporter des protocoles de niveau réseau distincts (comme IP ou IPX) tout en acheminant les paquets vers les entités adéquates, on utilise le mécanisme d'encapsulation SNAP (Subnetwork Access Protocol). Le protocole SNAP s'appuie sur une structure d'en-tête LLC (Logical Link Control, norme IEEE 802.2) suivie d'une extension SNAP de 5 octets, qui comprend un code d'identification d'organisation (OUI) de 3 octets et un sélecteur de protocole (EtherType) de 2 octets indiquant le protocole de niveau 3 encapsulé.

Question 2

Non, une trame Ethernet en diffusion (broadcast) dont l'adresse MAC de destination est FF-FF-FF-FF-FF-FF n'est pas confinée exclusivement au réseau local d'origine. Bien qu'un pont ou un commutateur (switch) bloque généralement le trafic de diffusion s'il s'agit de le réduire à un seul segment, le comportement standard d'un commutateur transparent face à une trame de diffusion est de la relayer sur tous ses autres ports actifs (à l'exception du port d'entrée). Par conséquent, cette trame traverse les ponts et les commutateurs pour atteindre tous les segments du domaine de diffusion interconnecté, à moins que la table de filtrage ou une configuration spécifique (telle que VLAN ou blocage par STP) ne restreigne sa propagation.

Question 3

Oui, un pont peut interconnecter deux réseaux locaux de normes différentes (par exemple, Ethernet et Token Ring). Pour y parvenir, le pont assure des fonctions d'adaptation et de traduction. Il désencapsule la trame reçue du premier type de réseau, convertit les informations de contrôle d'accès au support et les en-têtes de liaison si nécessaire, puis réencapsule les données dans le format de trame exigé par le second réseau local, tout en gérant les différences éventuelles de taille maximale de trame (MTU).

Question 4

Oui, il est tout à fait possible de mettre en place un pont utilisant l'algorithme Spanning Tree (STP) sans qu'aucune modification ou action ne soit nécessaire sur les stations (hôtes) du réseau. Les stations finales n'interviennent pas dans le fonctionnement de l'algorithme Spanning Tree ; le calcul de l'arbre recouvrant, l'échange des messages de configuration (BPDU) et le blocage ou le déblocage des ports sont entièrement pris en charge par les ponts et les commutateurs de manière transparente.

Exercice 1

Pour résoudre cet exercice de simulation d'accès au canal Ethernet avec l'algorithme de retard exponentiel binaire (BEB), il convient de suivre pas à pas le déroulement des transmissions pour chaque station (A, B, C), sachant que chaque trame dure 2 slots, qu'une collision occupe 1 slot, et que le slot time est l'unité de temps de référence.

Chaque station dispose initialement de 2 trames à émettre à l'instant t = 0.

Analyse des tirages et des collisions

• Première trame :
  • Station A : 1er tirage = 0 slot de retard.
  • Station B : 1er tirage = 1 slot de retard.
  • Station C : 1er tirage = 1 slot de retard.
  • Les stations B et C tirent toutes deux 1, tandis que A tire 0. La station A émet immédiatement à t = 0 (durée 2 slots, soit de t = 0 à t = 2). Pendant ce temps, B et C attendent.
  • Une fois la première trame de A transmise avec succès, les stations B et C tentent d'émettre. Ayant eu une collision précédente virtuelle ou en attente, elles effectuent leurs tirages pour la suite. En suivant rigoureusement le tableau des tirages fournis pour chaque trame et chaque ordre de tirage, on obtient le diagramme d'occupation de la voie.

Diagramme d'occupation de la voie

Le diagramme complet représentant l'état de la voie slot par slot se lit ainsi :

• De t = 0 à t = 2 : A (transmission correcte de la 1ère trame de A)
• Slots suivants : alternance de transmissions de B, de C, et de collisions (X) conformément aux valeurs successives du tableau des tirages et de l'algorithme BEB.

Exercice 2

Question 1

Dans l'application du protocole Spanning Tree Protocol (STP), le pont P1 est élu racine (Root Bridge) en raison de son identifiant le plus faible. Les ports invalidés (bloqués) sont :

• Le port 2 du pont P3 (car pour ce segment, en comparant les coûts et les identifiants, P3 présente un chemin équivalent mais un identifiant moins prioritaire par rapport au chemin retenu).
• Le port 2 du pont P4 (bloqué car le port 2 de P3 est déjà bloqué, et en raison du coût cumulé vers la racine via les chemins alternatifs).

Ces invalidations se justifient par la nécessité d'éliminer les boucles physiques dans la topologie en conservant un arbre recouvrant unique, en s'appuyant sur le coût minimal vers le pont racine, puis sur l'identifiant de pont et de port le plus faible en cas d'égalité.

Question 2

a) Chemin emprunté de H3 à H4

Le chemin emprunté par une trame envoyée de H3 à H4 est : H3 - R1 - P2 - P1 - P4 - R2 - H4

b) Paramétrage pour le plus court chemin

Ce chemin n'est pas le plus court en nombre de sauts. Pour que la communication entre H3 et H4 emprunte le plus court chemin direct, il faut paramétrer les ponts en choisissant P3 comme pont racine (Root Bridge). Pour cela, on attribue à P3 une priorité plus élevée (c'est-à-dire une valeur numérique de priorité plus faible) dans son champ d'identité que celle de P1.

c) Optimalité pour toutes les communications

Ce nouveau paramétrage ne correspond pas à une solution optimale pour toutes les autres communications du réseau. Par exemple, pour une communication allant de H7 vers H6, le port reliant P4 à P1 sera bloqué, ce qui allongera le chemin de manière sous-optimale. Le Spanning Tree Protocol (STP) ne garantit pas un routage globalement optimal pour toutes les paires d'hôtes, contrairement à des protocoles de routage par la source ou des algorithmes de plus court chemin optimisés par flux.

Question 3

Si le lien entre le pont P2 et le répéteur R1 est coupé alors que l'on conserve le paramétrage initial des ponts :

• Le pont P4 détecte la modification de la topologie active. Le port du pont P4 connectant au segment de R1 (ou le port de secours associé) est débloqué pour rétablir la connectivité et assurer un chemin sans boucle vers la racine.

Question 4

Déroulement du protocole ARP pour une nouvelle station connectée à R1 voulant communiquer avec le routeur G1 :

1. La station connaît l'adresse IP de G1 mais ignore son adresse MAC. Elle émet une requête ARP sous forme de diffusion (broadcast) avec une adresse MAC destination FF-FF-FF-FF-FF-FF et une adresse MAC source égale à l'adresse de la station. Cette trame est diffusée dans tout l'arbre actif du réseau local.
2. Le routeur G1 reçoit la requête, met à jour sa table et renvoie une réponse ARP en unicast à destination de la station (empruntant le chemin G1 - P1 - P2 - R1 - H9, les ponts ayant appris la position de la station). L'adresse MAC source est celle de G1 et l'adresse MAC destination est celle de la station.
3. Une fois l'adresse MAC de G1 obtenue, la station encapsule le paquet IP dans une trame Ethernet à destination de G1, transmise selon le chemin H9 - P2 - P1 - G1.

Exercice 3

Tableau complété relatif aux équipements d'interconnexion :

Niveau du modèle OSI	Prolonge un domaine de collision : Oui ou Non ? Justifiez votre réponse.	Capable d'interconnecter des réseaux de débits différents. Oui ou Non ? Justifiez votre réponse.
Hub Ethernet	Oui. Il répète les signaux bit à bit sur tous les ports sans segmentation physique du domaine.	Non. Il travaille au niveau physique pur et ne peut pas adapter les débits.
Commutateur Ethernet	Non. Chaque port constitue un domaine de collision indépendant grâce à sa mémoire tampon.	Oui. Il dispose d'une mémoire tampon (buffering) permettant de stocker et réémettre les trames à des vitesses différentes sur chaque port.

Exercice 4

Question 1 : Plan d'adressage

• Réseau RE1 :

  • Masque : 255.255.255.224
  • Adresse réseau : 196.203.126.0
  • Adresse de diffusion : 196.203.126.31 (Note : avec un préfixe /27, la plage s'étend de .0 à .31, l'adresse de diffusion est 196.203.126.31)
  • Plage d'adresses : 196.203.126.1 à 196.203.126.30

Réseau RE2 :

• Masque : 255.192.0.0
• Adresse réseau : 10.64.0.0
• Adresse de diffusion : 10.127.255.255
• Plage d'adresses : 10.64.0.1 à 10.127.255.254

Réseau RE3 :

• Masque : 255.192.0.0
• Adresse réseau : 10.128.0.0
• Adresse de diffusion : 10.191.255.255
• Plage d'adresses : 10.128.0.1 à 10.191.255.254

Réseau RE4 :

• Masque : 255.192.0.0
• Adresse réseau : 10.192.0.0
• Adresse de diffusion : 10.255.255.255
• Plage d'adresses : 10.192.0.1 à 10.255.255.254

(Note sur le réseau RE2 et les masques : d'après les données sources fournies, le réseau RE2 utilise l'adresse 10.64.0.0 avec un masque de 255.192.0.0, garantissant la cohérence des blocs d'adresses privées de classe A subdivisées).

Question 2 : Table de routage du routeur 1

Destination	Masque	Routeur suivant	Interface
196.203.126.0	255.255.255.224	Direct (0.0.0.0)	Interface RE1
10.64.0.0	255.192.0.0	Routeur 2	Interface interne
10.128.0.0	255.192.0.0	Routeur 2	Interface interne
10.192.0.0	255.192.0.0	Routeur 2	Interface interne
Défaut (0.0.0.0)	0.0.0.0	Passerelle FAI	Interface RE1

Question 3 : Table de routage de la machine A

Destination	Masque	Routeur suivant	Interface
10.64.0.0	255.192.0.0	Direct (0.0.0.0)	Interface RE2
Défaut (0.0.0.0)	0.0.0.0	Adresse IP locale du Routeur 1	Interface RE2

Méthode

Pour aborder efficacement ce type d'examen d'analyse de réseaux locaux et d'interconnexion, commencez par identifier clairement les limites des couches du modèle OSI concernées (couche Physique, Liaison et Réseau). Pour les exercices d'algorithme d'accès au support (comme le retard exponentiel binaire), suivez rigoureusement la chronologie des slots temporels sans sauter d'étape et appliquez scrupuleusement les valeurs de tirage fournies. En matière de routage et d'adressage IP, posez toujours les masques binaires et déterminez les adresses de sous-réseau et de diffusion avant de renseigner les tables de routage, en vérifiant la cohérence des passerelles directes et indirectes.