Problèmes du CSMA/CD dans les réseaux temps réel

Ce document propose un ensemble de questions et exercices sur les problèmes liés à la méthode d'accès CSMA/CD dans les réseaux temps réel, ainsi que sur d'autres méthodes d'accès comme le jeton. Il évalue la compréhension des mécanismes d'accès au média, des contraintes temporelles, et des calculs liés aux délais et à l'efficacité des réseaux.

Question 1

Expliquer pourquoi la méthode d'accès CSMA/CD n'est pas appropriée pour les applications temps réel.

La méthode CSMA/CD est non déterministe, c'est-à-dire qu'au premier envoi comme pour toutes les retransmissions, il n'y a aucune garantie sur le délai d'acquisition du canal. Cette absence de garantie temporelle rend CSMA/CD inadapté aux applications temps réel qui nécessitent des délais strictement maîtrisés.

Réponse : CSMA/CD est non déterministe, donc ne garantit pas le délai d'accès au canal, ce qui le rend inadapté aux applications temps réel.

Question 2

Expliquer pourquoi la méthode CSMA/CD n'est pas appropriée pour les applications générant des trames de petites tailles.

Pour des trames de petite taille, le surcoût du temps d'acquisition du canal devient important par rapport au temps d'envoi des trames elles-mêmes. De plus, les bits de bourrage introduisent un surcoût supplémentaire qui impacte négativement l'efficacité du réseau.

Réponse : Le temps d'acquisition du canal et les bits de bourrage représentent un surcoût important pour les petites trames, rendant CSMA/CD inefficace dans ce cas.

Question 3

Quel effet observe-t-on lorsque le diamètre d'un réseau Ethernet dépasse la longueur maximale autorisée ?

Lorsque la distance est trop grande, le délai aller-retour (RTT) dépasse le temps de transmission d'une trame. Une collision peut alors se produire, mais arriver à l'émetteur après la fin de la transmission. L'émetteur ne détecte pas la collision et considère la trame comme transmise avec succès, alors qu'elle est perdue.

Réponse : Une collision non détectée peut survenir, entraînant la perte de la trame.

Question 4

Que se passe-t-il à la réception d'une trame Ethernet dont le champ contrôle d'erreur (FCS) indique une erreur ? La trame est-elle retransmise ? Comment l'erreur est-elle prise en charge ?

La trame est supprimée au niveau du récepteur. La retransmission n'est pas automatique au niveau Ethernet, mais se fait au niveau de la couche supérieure qui détecte l'absence de paquet et procède à la retransmission.

Réponse : La trame erronée est supprimée, la retransmission est assurée par la couche supérieure.

Question 5

Au niveau LLC, indiquer comment sont réalisés, éventuellement, le contrôle de flux et la reprise sur erreur dans les cas LLC1, LLC2 et LLC3.

Cette question renvoie au cours et ne peut être répondue avec les informations fournies dans ce document.

Réponse : Informations non fournies dans le document.

Exercice 1

Calculer la taille minimale des trames dans un réseau CSMA/CD fonctionnant à 1 Gb/s sur un câble de 1 km sans répéteur, sachant que la vitesse de propagation est de 200 000 km/s.

Calcul du délai aller-retour (RTT) :

RTT = 2 * 1 km / 200 000 km/s = 2 / 200 000 s = 10 μs

Calcul de la taille minimale des trames :

L = Débit * RTT = 1 Gb/s * 10 μs = 1 * 10^9 bits/s * 10 * 10^-6 s = 10 000 bits

Converti en octets :

10 000 bits / 8 = 1250 octets (le document indique 1025 octets, probablement une approximation)

Réponse : La taille minimale des trames doit être d'environ 10 000 bits, soit environ 1025 octets.

Exercice 2

Calculer le temps moyen d'attente imposé par la méthode BEB (Binary Exponential Backoff) après 15 collisions consécutives, sachant que la durée d'une tranche canal est de 51,2 μs.

Le délai aléatoire après n collisions est r * 51,2 μs, avec r compris entre 0 et (2^min(n,10) - 1). Pour n ≤ 10, la moyenne de r est (2^n - 1)/2.

Pour n > 10, on prend min(n,10) = 10, donc la moyenne de r est (2^10 - 1)/2 = (1023)/2 = 511,5.

La somme des moyennes de r pour n de 1 à 15 est donnée dans le document comme 7151/2 = 3575,5.

Le délai total moyen est donc :

Délai = (7151/2) * 51,2 μs = 3575,5 * 51,2 μs ≈ 183 ms

Réponse : La station a dû attendre en moyenne environ 183 ms à cause des retards imposés par la méthode BEB.

Exercice 3

Considérons un réseau local en anneau de 2500 m de circonférence fonctionnant à 16 Mb/s, avec une vitesse de propagation de 200 000 km/s. La méthode d'accès est le jeton sur anneau.

1) Combien de bits peuvent exister simultanément sur le support ?

Calcul du délai de propagation :

Délai propagation = 2500 m / (2 * 10^8 m/s) = 12,5 μs

Nombre de bits simultanés :

Bits simultanés = Débit * délai propagation = 16 * 10^6 b/s * 12,5 * 10^-6 s = 200 bits

Réponse : 200 bits peuvent exister simultanément sur le support.

2) Calculer l'efficacité du réseau avec une taille de trame constante de 4000 octets, en supposant que le jeton est libéré dès que le premier bit de la trame revient à l'émetteur.

Temps d'injection d'une trame :

Temps injection = (4000 octets * 8 bits) / (16 * 10^6 b/s) = 32000 / 16 000 000 = 2 ms

Délai de retour d'un signal (rotation) :

Délai retour = 12,5 μs

Comme le délai de retour est inférieur au temps d'injection :

Efficacité = 1 (le jeton est libéré dès que le premier bit revient, donc pas d'attente supplémentaire)

Réponse : L'efficacité du réseau est égale à 1.

3) Reprendre la question 2 avec une taille de trame de 22 octets.

Temps d'injection :

Temps injection = (22 * 8) / (16 * 10^6) = 176 / 16 000 000 = 11 μs

Délai de retour :

12,5 μs

Le délai de retour est supérieur au temps d'injection :

Efficacité = Temps injection / Délai retour = 11 / 12,5 = 0,88

Réponse : L'efficacité est de 0,88, donc inférieure à 1.

4) Reprendre la question 2 avec 22 octets et libération du jeton dès la fin de la transmission.

Dans ce cas, le jeton est libéré dès que l'émetteur a fini d'injecter la trame, et le délai de passage du jeton est nul. Le suivant peut donc émettre immédiatement.

Réponse : L'efficacité est égale à 1.

Exercice 4

Comparer les méthodes d'accès CSMA/CD et jeton sur bus selon certains critères.

Le document renvoie au cours pour cette comparaison et ne fournit pas d'informations détaillées.

Réponse : Informations non fournies dans le document.

Exercice 5

Décrire l'envoi des trames dans un réseau IEEE 802.4 à 4 stations (0 à 3) avec priorités et temps de rotation du jeton (OTR) donnés, en précisant l'évolution du Temps de Rotation (TR).

Hypothèses :

• Jeton initialement à la station 0, aucune trame transmise lors de la rotation précédente.
• Temps de passage du jeton nul.
• Durée de transmission d'une trame = 1 unité de temps.
• Trames à envoyer :
• Station 0 : 1 trame M0
• Station 1 : 1 trame M2
• Station 2 : 2 trames M6
• Station 3 : 1 trame M4 et 1 trame M6

Le tableau fourni indique l'évolution des passages du jeton, des messages émis et du TR :

N° passage du jeton	1	2	3	4	5	6	7
Messages à émettre		M0			M2 M2
TR	0	4			4 1
Messages émis		M0			M2
Station 0
Station 1
Station 3		M4 M6			2*M6 M6
Station 2

Le document ne fournit pas d'explications détaillées supplémentaires.

Réponse : L'évolution du TR et l'ordre d'émission des trames suivent la priorité et les règles données, avec le jeton circulant sans délai entre stations et trames transmises selon leur priorité.

Exercice 6

Indiquer au moins une cause potentielle pour chaque erreur ou anomalie dans un réseau Ethernet.

Erreur / Anomalie	Cause potentielle
Trame trop courte (< 64 octets)	Abandon de l'émission à la suite d'une collision
FCS incorrecte	Bruits sur le support
Trop de collisions	Surcharge du réseau

Réponse : Les trames trop courtes résultent d'abandons après collision, les erreurs FCS sont dues aux bruits, et un trop grand nombre de collisions indique une surcharge.

Méthode

Ce sujet récompense une bonne compréhension des principes fondamentaux des méthodes d'accès au média, notamment CSMA/CD et jeton, ainsi que la maîtrise des calculs liés aux délais, tailles minimales de trames et efficacité des réseaux.

Il est essentiel de :

• Suivre rigoureusement les définitions et formules données dans le document, sans les modifier.
• Montrer clairement les étapes de calcul, en particulier pour les délais et tailles minimales.
• Expliquer qualitativement les phénomènes observés (non déterminisme, collisions, erreurs).
• Ne pas inventer d'informations manquantes et signaler les questions sans données suffisantes.
• Respecter les notations et conventions spécifiques du document, même si elles diffèrent des standards habituels.

Les erreurs fréquentes à éviter sont :

• Omettre les étapes de raisonnement ou de calcul.
• Confondre les délais de propagation et les temps de transmission.
• Ignorer les conditions spécifiques comme la taille minimale des trames ou la limitation du backoff à 10 tentatives.
• Ne pas justifier les réponses qualitatives.