Travaux Dirigés RÉSEAUX D'ENTREPRISES

Ce document présente des exercices et problèmes dirigés sur les réseaux d’entreprise, destinés aux étudiants en informatique ou télécommunications. Il couvre des notions fondamentales telles que la période de vulnérabilité dans un réseau Ethernet, la longueur équivalente d’un bit, les techniques de commutation, l’algorithme de retransmission BEB, ainsi qu’une analyse pratique des réseaux sans-fil à partir d’une commande Linux.

Période de vulnérabilité dans un réseau Ethernet

Considérons un réseau Ethernet en bus composé de 8 stations, avec une distance moyenne de 15 mètres entre chaque station. La vitesse de propagation du signal est de 250 m/μs. La période de vulnérabilité correspond au temps pendant lequel une collision peut se produire lors de la transmission d’une trame.

La période de vulnérabilité est égale au double du temps de propagation maximal entre deux stations, soit :

Durée période de vulnérabilité = 2 × (distance maximale / vitesse de propagation)

Dans ce cas, la distance maximale entre stations est 7 × 15 m = 105 m (car 8 stations en bus, la distance maximale est entre la première et la dernière station).

Donc :

Durée période de vulnérabilité = 2 × (105 m / 250 m/μs) = 2 × 0,42 μs = 0,84 μs

Longueur équivalente d’un bit

Dans un réseau local avec un débit binaire de 5 Mbit/s et une longueur de câble de 1 km, la vitesse de propagation est de 250 m/μs. La longueur équivalente d’un bit correspond à la distance parcourue par le signal pendant la durée d’un bit.

La durée d’un bit est l’inverse du débit :

Durée bit = 1 / (5 × 10^6) = 0,2 μs

La longueur équivalente d’un bit est donc :

Longueur bit = vitesse propagation × durée bit = 250 m/μs × 0,2 μs = 50 m

Cette longueur a une influence sur la taille des messages, car un bit occupe une distance physique non négligeable sur le câble. Cela limite la taille minimale des trames pour assurer la détection des collisions dans les réseaux Ethernet.

Techniques de commutation par paquets

Considérons un réseau à commutation par paquets où un équipement A transmet un fichier de 64 koctets à un équipement B via 2 commutateurs. Les paquets comportent un en-tête de 3 octets, et le protocole LAP-B ajoute 6 octets supplémentaires. Le débit des liaisons est de 64 kbit/s. On suppose des liaisons parfaites sans erreurs ni congestion, et des délais de traitement négligeables.

Calcul du délai d’acheminement

Soit :

• S = taille des données dans un paquet (en octets)
• H = taille totale des en-têtes (3 + 6 = 9 octets)
• N = nombre de commutateurs traversés (ici 2)
• D = débit des liaisons (64 kbit/s)
• T = délai total d’acheminement

Le fichier de 64 koctets est découpé en paquets de taille S octets. Le nombre de paquets est :

Nombre paquets = 64 000 / S

Le temps d’émission d’un paquet est :

t_emission = (S + H) × 8 / D

Le délai total est la somme des temps d’émission et des temps de transmission à travers les commutateurs :

T = (Nombre paquets - 1) × t_emission + (N + 1) × t_emission

Ce qui revient à :

T = (Nombre paquets + N) × t_emission

Application aux cas spécifiques

• Cas 1 : Paquets de 64 koctets (sans limitation)
  S = 64 000 octets, Nombre paquets = 1
  t_emission = (64 000 + 9) × 8 / 64 000 = (64 009 × 8) / 64 000 ≈ 8 s
  T = (1 + 2) × 8 = 24 s
• Cas 2 : Paquets limités à 128 octets de données
  S = 128, Nombre paquets = 64 000 / 128 = 500
  t_emission = (128 + 9) × 8 / 64 000 = 137 × 8 / 64 000 ≈ 0,017125 s
  T = (500 + 2) × 0,017125 ≈ 8,6 s
• Cas 3 : Paquets limités à 16 octets de données
  S = 16, Nombre paquets = 64 000 / 16 = 4 000
  t_emission = (16 + 9) × 8 / 64 000 = 25 × 8 / 64 000 = 0,003125 s
  T = (4 000 + 2) × 0,003125 ≈ 12,5 s

Conclusion

La limitation de la taille des paquets réduit le temps d’émission d’un paquet mais augmente le nombre total de paquets à transmettre, ce qui peut allonger le délai total. Un compromis doit être trouvé entre la taille des paquets et le délai d’acheminement.

Effet du taux d’erreur sur le délai moyen

Avec un taux d’erreur bit de 10^-4, la probabilité qu’une trame soit correcte est :

P_trame_correcte = (1 - p_bit)^(taille_trame_en_bits)

où p_bit = 10^-4.

Le nombre moyen d’émissions nécessaires pour transmettre une trame est :

Nombre_moyen_emissions = 1 / P_trame_correcte

Le délai moyen de transmission est donc multiplié par ce facteur.

Algorithme de retard exponentiel binaire (BEB) dans Ethernet

Dans un réseau Ethernet local avec 4 stations A, B, C et D, la retransmission en cas de collision suit l’algorithme BEB. Le temps est mesuré en "slot time" (temps d’aller-retour). Le temps de détection de collision est égal à 1 slot. Les transmissions durent 2 slots. À t=0, A commence à transmettre. À t=5, B, C et D demandent à transmettre. La fonction de tirage aléatoire donne les valeurs suivantes :

Station	1er tirage	2nd tirage	3ème tirage
B	1	3	2
C	1	3	5
D	1	2	4

Diagramme des états de la voie

Chaque slot est marqué comme suit :

• "A" : transmission correcte par A
• "X" : collision
• "—" : absence de transmission

Le diagramme se construit en tenant compte des durées de transmission, des collisions et des retransmissions selon les tirages aléatoires.

Taux d’utilisation de la voie

Le taux d’utilisation est le rapport entre le temps total de transmission effective (sans collision) et la durée totale considérée, de t=0 jusqu’à la fin de la dernière transmission.

Collision à t=20

À t=20, B et C envoient chacun une nouvelle trame provoquant une collision. La valeur aléatoire générée par B ou C pour la retransmission doit appartenir à l’intervalle [0, 2^k - 1], où k est le nombre de collisions subies (ici k=1, donc intervalle [0,1]).

Analyse des réseaux sans-fil avec la commande iwlist

La commande Linux iwlist scan permet de scanner les réseaux sans-fil détectés par une interface. Sur la machine étudiée, les interfaces détectées sont :

• lo : ne supporte pas le scan
• eth0 : ne supporte pas le scan
• wlan0 : interface sans-fil qui a détecté plusieurs réseaux

Réseaux sans-fil détectés par wlan0

• Cell 01 : ESSID "DHOME", adresse 38:72:C0:8D:1F:22, canal 1 (2.412 GHz)
• Cell 02 : ESSID "ank", adresse 00:25:69:70:92:0B, canal 11 (2.462 GHz)

Techniques de sécurité employées

• DHOME : WPA2 (IEEE 802.11i), avec chiffrement TKIP et CCMP, authentification PSK
• ank : WPA version 1, chiffrement TKIP, authentification PSK

Réseau le plus sécurisé

Le réseau "DHOME" est le plus sécurisé car il utilise WPA2, une version plus récente et robuste que WPA version 1 utilisée par "ank".

Choix du canal pour un nouveau point d’accès

Pour déployer un point d’accès dans cette zone, il est préférable de choisir un canal différent de ceux déjà utilisés (1 et 11) pour éviter les interférences. Par exemple, le canal 6 est souvent recommandé car il est central et non occupé ici.

Glossaire des termes clés

• Période de vulnérabilité : Durée pendant laquelle une collision peut se produire dans un réseau Ethernet.
• Longueur équivalente d’un bit : Distance physique parcourue par un signal pendant la transmission d’un bit.
• Commutation par paquets : Technique de transmission où les données sont découpées en paquets pour être acheminées à travers un réseau.
• En-tête (header) : Partie d’un paquet contenant des informations de contrôle et d’adressage.
• Débit binaire : Vitesse de transmission des données, exprimée en bits par seconde (bit/s).
• Taux d’erreur bit (BER) : Probabilité qu’un bit soit erroné lors de la transmission.
• Algorithme BEB (Binary Exponential Backoff) : Algorithme de gestion des retransmissions après collision dans Ethernet, utilisant un délai exponentiel aléatoire.
• Slot time : Unité de temps correspondant au temps d’aller-retour du signal sur le réseau.
• iwlist : Commande Linux permettant de scanner les réseaux sans-fil détectés par une interface.
• ESSID : Identifiant du réseau sans-fil (nom du réseau).
• WPA / WPA2 : Protocoles de sécurité pour réseaux sans-fil, WPA2 étant plus sécurisé que WPA.
• PSK (Pre-Shared Key) : Méthode d’authentification utilisant une clé partagée à l’avance.

Points clés à retenir

• La période de vulnérabilité dans un réseau Ethernet est liée au temps de propagation maximal entre stations.
• La longueur équivalente d’un bit impose une contrainte physique sur la taille minimale des trames.
• La taille des paquets influence directement le délai d’acheminement dans un réseau à commutation par paquets.
• Un taux d’erreur élevé augmente le nombre moyen de retransmissions et donc le délai moyen de transmission.
• L’algorithme BEB permet de gérer efficacement les collisions en augmentant exponentiellement le délai de retransmission.
• La commande iwlist est un outil pratique pour analyser les réseaux sans-fil disponibles et leurs caractéristiques.
• Le choix du canal dans un réseau sans-fil doit éviter les interférences avec les réseaux existants pour optimiser la qualité du signal.
• WPA2 est une norme de sécurité plus robuste que WPA, à privilégier pour les réseaux sans-fil.