Cnam Lille 1999
ETHERNET
10Mbits/s
AERNOUTS
Ludovic
Systèmes
et Réseaux Informatiques
ETHERNET
Théorie et mise en pratique
I-Histoire
du réseau Ethernet
II-Ethernet
( Le réseau )
1-Théorie
réseau 802.3
2-Matériel
3-Usage
III-Mise
en place d’un réseau poste à poste
1-Installation
Hard
2-Installation
Soft
3-Configuration
4-Outil
d’administration
IV-Simulation
d’envois de trame.
Bibliographie
I- Histoire
du réseau Ethernet retour
au sommaire
L’origine du réseau Ethernet 802.3 est lié
au système ALOHA conçu pour effectuer des communications
par radio entre des machines éparpillées sur les îles
Hawaii .Le système fut amélioré par Xérox à
PaloAlto dans son centre de recherche où fut utilisé
le premier réseau Ethernet CSMA/CD ( avec correction des collisions)
fonctionnant à 2.94 Mbits/s sur un câble de 1000 m permettant
de connecter 100 stations. Ce système tient son nom de l’ETHER,
espace à travers lequel on pensait au 19ème siécle
que les ondes electromagnétique se propageaient.
La réussite du projet Xerox poussa, en 1980,
INTEL, DIGITAL et XEROX, a signé un accord finalisant le développement
du réseau ETHERNET version 1.0, afin de tenter d'en finir avec les
réseaux à basses vitesses traditionnels imposés par
certains constructeur, donc propriétaires et non interconnectables.
Ils produirent un document définissant les
caractéristiques de transport du signal et illustré par un
schéma (voir ci-après) qui résume la manière
de lier ensemble les différents composants .
Caractéristiques
principales d'Ethernet V1.0:
Vitesse de transmission 10Mbits/s, pas de noeud prioritaire
sur le réseau, câble coaxial passif d'une impédance
de 50 Ohms, couplage physique des éléments au moyen de Transceivers,
Gestion des collisions par CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection)
Par la suite, l'IEEE a finalisé Ethernet par
la norme 802.3.
Schéma
original d'Ethernet V1.0 d'INTEL, DEC et XEROX
Chaque
segment de câble jaune à une longueur maximum de 500m
Les
noeuds sont connectés au câble jaune par des éléments
actifs appelés Transceivers et un Drop Cable
Un
maximum de 100 transceivers peuvent êtres connectés au câble
et ceci à un minimum de 2,5m de distance les uns par rapport aux
autres
Pour
connecter deux segments ensemble, on utilisera un élémet
actif appelé répéteur.
Pour
connecter deux segments éloignés, on utilisera des répéteurs
pour fibre optique (max 1000m)
Deux
noeuds auront entre-eux au plus quatre répéteurs, leur distance
n'excédera pas 2800m
II-
Ethernet ( Le réseau )retour
au sommaire
1-Théorie
réseau 802.3 10Mbits/sretour
au sommaire
Ethernet est basé sur une topologie logique de type BUS : les trames
émises sont diffusés en parallèle à
tous les nœuds (toutes les machines) du réseau.
La méthode (ou protocole) d’accès utilisée est non
déterministe, c’est CSMA/CD. La vitesse théorique est de
10 Mbits/s ; le débit d’informations réel est en réalité
beaucoup plus faible, à cause du temps perdu à attendre que
le réseau soit libre ou qu’une collision ait été gérée
( ce qui croit avec le trafic ) et à cause de la longueur des câbles.
L’architecture Ethernet standard est donc très performante en présence
d’un trafic faible. Elle se revele vite très lente dès lors
que le trafic devient trop important .Les trames émises dépendent
de la sous couche MAC de la couche n°2 du modèle OSI ; dans
le cas d’Ethernet, elle respectent le standard 802.3 de l’IEEE.<!doctype
html public "-//w3c//dtd html 4.0 transitional//en">
Structure
d'un Paquet Ethernet:
Chaque
trame Ethernet débute par un Préambule qui a pour
but de synchroniser les récepteurs des appareils connectés
et d'effectuer le test de collision
La
fin du préambule est identifiée par deux bits à "1"
appelé Start
Suivent
les adresses de Destination et de Source codées sur
48 bits et attribuées par licence de Xerox. On obtient ainsi une
adresse unique au monde (48 bits = plus de 140 trillion d'adresses!). L'adresse
contient le code du constructeur de l'adaptateur Ethernet, qui est écrit
dans une ROM
Après
la Source, le Type qui donne sur 8 bits le protocole utilisé
dans les données (802.3)
Les
Données contiennent en plus l'adresse propre au protocole
choisis (Ex: Adresse IP)
Le
CRC Circle Redundant Check qui est le OU exclusif des tranches de 32 bits
calculé de l'adresse de destination à la fin des données.
Ce même calcul sera effectué par la carte réseau du
récepteur pour valider le paquet
Le
temps entre deux paquets Interframe Spacing ne doit pas être
inférieur à 9.6 uS
Codage du signal:
Le signal Ethernet à 10 Mbits/s est codé
"Manchester".
C'est le signe du flanc de transition qui donne l'état
"1" ou "0".
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection:
Dans la version 1.0 d'Ethernet, la détection
de collision s'effectuait par chaque nœud, en "écoutant" en permanence
le câble: Ce que je reçois doit être équivalent
à ce que j'émets, si c'est différent, c'est qu'il
y a collision.
En cas de collision, chacun doit cesser immédiatement
d'émettre puis:
Faire
une pose, calculée par un nombre aléatoire
Ecouter
le câble
Si
celui-ci est silencieux, émettre un préambule
Si, par hasard il y a un autre nœud qui a suivi le
même processus, il aura collision dans le préambule, ce
qui ne constitue pas une erreur!
Par contre, si la collision a lieu après le
Start, c'est une erreur - Late collision
NB: Les versions suivantes d'Ethernet
ont défini que le mécanisme de détection de collision
a lieu dans le Transceiver, en détectant un changement d'amplitude
du signal:
Si
deux stations émettent ensemble, on double la tension sur le câble
Si le câble est ouvert,
on aura augmentation de la tension du signal par manque d’absorption d'une
ou des deux résistances de terminaison et par addition du signal
réfléchi
S'il
y a un défaut grave du câblage, le signal réfléchi
s'additionnera au signal émis
2-
Matérielretour
au sommaire
On va prendre en compte
le matériel nécessaire en 10 base T
Le câble défini
pour Ethernet est de type paire torsadés (d’où la lettre
T de 10 base T ) qui convient aussi à d’autres types de réseaux
physiques.
Les réseaux Ethernet 10 base Tutilisent
une topologie en bus et sa topologie physique est l’étoile , on
dit alors que sa topologie globale est le bus étoilé.
En fait les machines sont
reliées individuellement aux entrées ou ports d’un concentrateur,
appelé HUB, qui simule intérieurement le bus. Pour les immeubles
précablés, il faut passer par une prise murale et par une
armoire de brassage avant d’arriver aux hubs.
Les connecteurs utilisés
en 10 Base T tant sur les ports des Hubs que sur les adaptateurs réseaux
des machines, portent la référence RJ 45. Ceux ci supportent
4 paires de fils.
Le standard 10 base T est
normalement basé sur des câbles à deux paires torsadées
non blindées dits UTP. Les câbles blindés à
paires torsadées, qui sont équipés de connecteur RJ45,
sont couramment appelés FTP, pour Foiled Twisted Pair. Ils ne sont
protégés que des parasites extérieurs on parle alors
plus d’écran que de blindage.
Exemple
: Ethernet bande de base sur paire torsadée non blindée 10
BASE T
Généralités
* un segment < 100m
* une seule station par segment
* câble 4 paires (2 paires utilisées, une paire émission
+ une paire réception)
Caractéristiques 10 BASE T :
- topologie étoile.
- code Manchester.
- Auto partitionnement (si une station est déconnectée
: pas de communication sur la branche).
- signal de test sur la paire réception (correction et détection
automatique de polarité).
- pas d'information de contrôle sur la paire émission.
- vitesse de propagation du signal : 0,59C.
- temps de propagation sur le segment : 1000 ns.
- taux d'erreurs : 1 bit sur 108 bits transmis. Sur un câble
de bonne qualité la longueur du segment peut être étendue
à 250 m
Le câble standard
en France a un diamètre de 6/10 mm, aux Etats Unis il mesure environ
5/10 mm. D'autre part à cette fréquence le signal se propage
aussi dans le diélectrique (en France le diélectrique est
plus épais qu'aux Etats Unis)
- Atténuation sur
100 : 9,7 à 10,45 dB à 10 MHz
6,5 à 7,05 dB à
5 MHz
Le transceiver (MAU Médium
Access Unit) ou transmetteur.
Le transceiver est divisé
en deux parties dont une dépend du support (Médium) : MDI
(Médium Dépendant Interface)
La norme sur les transceiver
prévoit 2 types :
- ceux qui signalent la
collision même s'ils n'ont pas participé à la génération
de celle-ci
- ceux qui ne la signalent que si ils en sont responsables.
Dans la norme 10 BASE T
c'est le premier cas qui est utilisé (TRANSMIT COLLISION MODE)
Le transceiver assure l'émission
et la réception des données, la protection contre le babillage
(Jabbering) [il y a coupure de l'émission si le signal dure plus
de 15ms] et signale la présence du Link Status.
Caractéristiques
électriques du câble
La gigue de phase doit
être 15 ns
- Atténuation 5
- 10 MHz 11,5 dB.
Sur un câble de bonne
qualité l'atténuation varie de 50 à 40 dB/Km, Une
perte de 11,5 dB correspond dans ce type de câble à une distance
de 165 à 230 m donc bien supérieure à 100 m.
- Diaphonie : c'est le
couplage inductif ou capacitif entre paire émission et paire réception.
Elle doit être 34,5 dB à 5 Mhz et 30dB à10 MHz.
Elle dépend du nombre
de paires utilisées dans les câbles
Si 4 paires :
Connecteur ISO 8877 ou
RJ45 (Téléphone Américain, Numeris)
Impédance caractéristique :
Considérations
pratiques
Les contacts 1 et 2 d'une
part et les contacts 3 et 6 d'autre part doivent être connectés
aux deux conducteurs d'une même paire. Certains câbles "pré
câblés" du commerce ne respectent pas cette contrainte et
introduisent la diaphonie sur le segment.
Entre deux équipements
terminaux la paire émission de l'un doit être connectée
à la paire réception de l'autre. Pour éviter l'utilisation
de câbles "croisés" ce croisement est effectué à
l'intérieur du répéteur, la connexion entre un équipement
terminal (DTE) et un répéteur est donc réalisé
avec un câble "droit".
Pour éviter qu'une
machine, ignorant que la paire réception de son transceiver est
défectueuse, n'émette sans respect du CSMA et provoque des
collisions, un signal est émis (lorsque le segment est inactif)
pour valider le lien ce signal est nommé "Idle" ou "Link Test Pulse".
C'est un pic de fréquence 5 MHz émis toutes le 16 ms. En
général un voyant est associé à ce signal,
si ce voyant est éclairé sur les deux MAU connectés
cela signifie que le segment est correct (ce voyant est désigné
par "LINK").
Un segment 10 BASE T est
défini comme un segment de liaison (Link segment) lui même
défini comme un segment point à point "full duplex" qui connecte
seulement 2 MDI. Dans ce contexte "full duplex" signifie simplement qu'il
y a 2 supports physiques distincts pour l'émission et la réception.
(La méthode d'accès CSMA/CD est par définition "half
duplex".)
Pour constituer un réseau
de plusieurs segments on connecte ceux-ci par l'intermédiaire de
répéteurs multiports ou étoiles (hubs).
Sur Ethernet paire torsadée
les collisions sont détectées par la présence simultanée
de signal sur les paires et émissions et réceptions, une
diaphonie excessive peut déclencher le circuit de détection
de collisions et créer ainsi des "collisions fantômes". Il
est donc très important d'utiliser des câbles avec paires
torsadées et des connecteurs correctement câblés.
L'utilisation de répéteurs
10 BASE T permet de gérer certaines fonctions de sécurité
impossibles à mettre en oeuvre en 10 BASE 5 et 10 BASE 2 (Câble
coaxial, topologie BUS) :
* Test d'intrusion
Le répéteur
peut vérifier l'adresse Ethernet de chacune des machines connectées
et ne transmettre que les paquets correspondant à une adresse donnée,
cela évite l'insertion des stations "pirates" sur le réseau,
il peut signaler toute adresse illégale à une station d'administration
et verrouiller le lien.
* Redondance
Le répéteur
en cas de coupure d'un lien, peut transmettre sur un autre lien défini
auparavant.
* Full duplex
En désactivant le système de
détection de collision on peut travailler en full duplex, portant
ainsi la capacité théorique d'Ethernet à 20 Mb/s entre
2 stations. Cela ne remet pas en cause l'infrastructure existante mais
il faut remplacer le répéteur 10 BASE T par un commutateur
Ethernet.
III-
Mise en place d’un réseau poste à posteretour
au sommaire
Présentation : On va mettre en place un réseau 10 base T
entre deux PC Intel équipé du même système d’exploitation
Windows 98.
Un pentium 100 MHz avec une carte Ethernet 10 Mbits ISA reconnu comme compatible
NE 2000.
Un celeron 450 MHz avec une carte Realtek RTL 8029
Ethernet adaptateur ou compatible PCI.
Un hub 5 Nexland ainsi
que deux câbles de 15 m à terminaison RJ 45.
1-Installation
Hard
Pour installer la partie matériel du
réseau, il faut :
1-Ouvrir
les PC
2-Installer
les cartes
3-Brancher
le hub sur le courant
4-Relier
les câbles entre les cartes et le Hub
Hub 5 et cartes
ethernet
2-Installation
Softretour
au sommaire
Sous Windows 98 : la carte est prise en compte
automatiquement sur le PC, et une nouvelle icône apparaît sur
le bureau se nommant : « voisinage réseau ».
On doit alors définir
l’identification de la machine sur le réseau en lui fournissant
un nom, un domaine et une description de l’ordinateur.
On doit se rendre dans le panneau de configuration
puis sur l’icône réseau pour activer : « le partage
de fichiers et des imprimantes », puis on redémarre la machine.
Il faut alors se rendre
sur l’icône du poste de travail pour définir le partage des
disques durs et lecteur CD.
Il faut également
déclarer un client pour le réseau Microsoft dans le menu
réseau du panneau de configuration.
On définit les autorisation
d’accès aux fichiers avec ou sans mot de passe, en lecture, ou en
lecture et écriture.
On définit un réseau utilisant
le protocole TCP/IP avec adressage dynamique des machines mais on pourrait
très bien utiliser un adressage manuel, ou bien d’utiliser IPX/SPX
ou d’autres choses encore.
4-Outil
d’administrationretour
au sommaire
Avec
l'Observateur réseau, vous pouvez surveiller et tester tout ce qui
se passe sur le réseau. Vous pouvez reconnaître les connexions
actuelles, afficher les dossiers partagés et même influer
sur la connexion. Si malgré l'appel de ce programme utilitaire,
rien ne s'affiche dans la fenêtre correspondante, cela ne signifie
pas que votre réseau ne fonctionne plus, mais que vous devez régler
votre observateur de manière a rendre possible les affichages nécessaires.
Par
le menu
Administration et la commande Sélectionner un
serveur (ou le premier symbole dans la barre de menu), vous sélectionnez
le poste de travail que vous voulez analyser avec l'Observateur réseau.
En règle générale, ce sera le poste de travail sur
lequel vous travaillez. Rien ne s'oppose a ce que vous orientiez votre
observateur vers d'autres postes de travail du réseau.
Par
le menu
Affichage vous pourrez sélectionner les modes d'affichage
selon plusieurs modes
*Par
connexions montre les connexions actives
*Par
dossier partagés montre les dossiers partagés par le
serveur sélectionné
*Par
fichiers ouverts montre les fichiers qui sont ouverts sur ce serveur.
Vous
pouvez choisir grâce au menu Affichage et à la commande
Détails Si vous voulez visualiser les informations complémentaires.
L’affichage sera rafraîchi.
A
intervalles réguliers. Si vous voulez néanmoins une situation
immédiate, vous pouvez sélectionner l'option correspondante
dans ce menu.
Vous
pouvez également rompre des connexions grâce à l'observateur
de réseau. Pour cela il vous suffit de sélectionner les connexions
en question dans la liste de l'observateur et d'activer la commande Déconnecter
l'utilisateur dans le menu
Administration.
Les
fichiers peuvent aussi être fermés de cette manière.
Après avoir sélectionné des fichiers ouverts (Affichage/Par
fichiers ouverts), choisissez le menu Administration
et la commande
Fermer le fichier. Il est aussi possible, de cette manière,
de rompre le partage de certains dossiers.
IV-Simulation
d’envois de trame. retour
au sommaire
On va réaliser une simulation d’envois de trames avec et sans correction
d’erreur.
Pour cela on va réaliser deux taches qui
enverront des mots.
Si l’on considère que le délai d’affichage
est aléatoire, on pourra très bien avoir des collisions représentées
par la suite de deux mots sur la même ligne.
Le petit programme ci dessous simule l’envoi d’informations
par deux stations sans vérifier si la voie est libre et sans vérifier
les collisions.
with Text_Io;
use Text_Io;
procedure Trameis
task station2;
task station1;
task
body station1 is
begin
for i in 1..6 loop
put_line("station
1");
end
loop;
end station1;
task
body station2 is
begin
for i in 1..6 loop
put_line("station
2");
end
loop;
end station2;
begin
null;
end Trame;
Il faut ensuite simuler l’envoi avec élimination
des collisions et « écoute » de la voie pour envoyer
les informations
On passera ici par une simulation utilisant le principe
d’un délai aléatoire (ici prédéterminé
comme le plus petit délai permettant d’éviter les collisions
mais en favorisant une tache par rapport à une autre). Cela simule
un principe ou l’on choisirai de favoriser un émetteur par rapport
aux autres. Le fait d’avoir un délai aléatoire diminue la
probabilité d’avoir une collision.
with Text_Io;
use Text_Io;
procedure Trameis
task station2;
task station1;
task
body station1 is
begin
for i in 1..6 loop
put_line("station
1");
end
loop;
end station1;
task
body station2 is
begin
delay 0.000000001;
for i in 1..6 loop
put_line("station
2");
end
loop;
end station2;
begin
null;
end Trame;
Pour résoudre le cas des collisions il faut
placer les messages dans un tableau vérifiant l’arrivé d’un
seul message à la fois et en cas de collision ré-emettre
le message perdu en appliquant un délai aléatoire pour de
la même manière que précédemment diminuer la
probabilité de collision.
Bibliographie
Le
guide des réseaux Locaux de G.Mourier
Réseaux
de A.Tannenbaum
Télécoms
et réseaux de M.Maiman
Le
réseau poste à poste
Vers
ADA 95 par l’exemple
Remerciement
particulier :
aux
cours réseaux du CNRS et de l’ENMN accessible via Internet
aux
auditeurs du CNAM de Grenoble
