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LES RESEAUX. Histoire du réseau ethernet

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 ) 1-Théorie réseau 802.3 10Mbits/s 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. 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- Matériel 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. 3-Usage 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 poste Présentation : On va mettre en place un réseau 10 base T entre deux PC Intel équipé du même système d’exploitation Windows XP. -Un pentium 4 3 Ghz avec une carte Ethernet 10 Mbits ISA reconnu comme compatible NE 2000. -Un amd Athlon XP 2700 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 Soft Sous Windows Xp : 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. 3-Configuration 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’administration 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. 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.