ethernet – longue distance – comme reseau dacces
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ETHERNET – LONGUE DISTANCE – COMME RESEAU D’ACCES
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INTRODUCTION
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 2
Positionnement des réseaux d’accès:
MANRéseaux
métropolitains
Structured’interconnexionBus
LANRéseaux locaux
WANRéseaux étendus
1 m 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km
Ethernet et ses évolutions (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet)
Réseaux d’accès
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INTRODUCTION
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 3
Contraintes:
• Couverture d’au moins 10 km
• Débit entre 10 mbit/s et 10 gbit/s
• Environnement et support (perturbation)
• Conformité au modèle OSI
• Pour le transfert de données, détection et la récupération d’erreurs, la compatibilité entre différents constructeurs et la robustesse en cas de panne
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PLAN
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1. PRINCIPE
2. TRAMES
3. SUPPORT DE TRANSMISSION
1. Accès aléatoire
2. CSMA/CD
3. Collisions1. Câble coaxiale
2. Paires torsadées
3. Fibres optiques
4. Conclusion
4. STANDARDS ETHERNET
1. Old Ethernet
2. Ethernet commuté
3. Fast Ethernet
4. Giga Ethernet
5. 10 Giga Ethernet
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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L’accès aléatoire : d’Aloha au CSMA
• Le protocole Aloha laisse les utilisateurs transmettre en toute liberté ce qu’ils ont à émettre. Mais collisions….
– Performances : fonctionne bien à faible charge, instable à forte charge – Transmission réussie si aucune trame n’est transmise par une autre station
avant et pendant la trame courante
• Le protocole CSMA (Carrier Sense Multiple Access) : Principe d’Aloha avec écoute du canal réduction du nombre de collisions
• Plusieurs variantes :– CSMA persistant – CSMA non persistant – CSMA p-persistant
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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CSMA/CD
• Le protocole CSMA/CD (CSMA with Collision Detection)
- Amélioration : quand une collision est détectée, la station arrête sa transmission (gain de temps et de bande passante).
- Réduit le besoin de mécanismes de retransmission complexes (la station se rend compte que la trame qu’elle envoie n’arrive pas à destination, peut retransmettre automatiquement les trames qui ont subi une collision)
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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APPARITION DES COLLISIONS
• L’écoute ne suffit pas à éviter les collisions : deux stations écoutant en même temps le support libre vont émettre au même moment.
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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GESTIONS DES COLLISIONS
Elle se fait en trois étapes :
• Détection de la collision
- Par toutes les stations
• Renforcement de la collision
-Par toutes les stations qui l’ont détectée
- Pour avertir les stations qui ne l’auraient pas détectée
• Résolution de la collision
- Par les stations concernées par la collision
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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FORMAT DES TRAMES IEEE 802.3
• Sur un bus, toutes les stations voient toutes les trames chaque trame contient @ source et @ destinataire
• Chaque carte Ethernet contient une adresse unique : adresse MAC
7 octets
SFD
1 octet
Préambule Adresse destination
2 ou 6 octets
Adresse source
Longueur
2 octets2 ou 6 octets
Données Octets de
bourrage FCS
4 octets
• Temps d’inter-trame = 96 temps-bits
• Taille minimum d’un trame: 64 octets
• Taille maximum d’une trame: 1518 octets
temps
S1 émet S2 émet
S2 écoute
Délai d’intertrame
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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LES SUPPORTS DE TRANSMISSION
• Le support de transmission est caractérisé par :
- sa bande passante- sa technique de transmission- son atténuation- sa fiabilité- son poids et encombrement- son coût
• Trois supports sont utilisés dans les réseaux filaires
- La paire torsadée- Le câble coaxial- La fibre optique
• Le choix du support conditionne le débit maximal et la taille du réseau.
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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LE CÂBLE COAXIAL
• Deux conducteurs concentriques : le conducteur extérieur (blindage) est mis à la terre, le conducteur intérieur (âme) est isolé et centré à l'aide d'un matériau diélectrique.
Gaine : protège de l'environnement extérieur. En caoutchouc, PVC, ou téflon)
Blindage : enveloppe métallique, permet de protéger les données transmises sur le support des parasites
Isolant : matériau diélectrique, évite le contact avec le blindage (court-circuit).
Âme : transport des données, un seul brin en cuivre ou plusieurs brins torsadés.
âme
blindage
isolant
gaine
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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LA PAIRE TORSADÉE
• La paire torsadée est « un fil téléphonique ».
• Une paire torsadée est constituée de deux conducteurs en cuivre, isolés l'un de l'autre, qui s’enroulent en formant une hélice.
• Dans un câble à paires torsadées, plusieurs torsades sont réunies dans une même gaine.
Une paire torsadée
Un câble à paires torsadées
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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LES CATÉGORIES DE PAIRES TORSADÉES
Catégorie Usage Bande passante
Longueur Application
1 & 2 Voix et données à faible vitesse
1MHz 15m Services téléphoniques
3 Voix et données à 10Mbit/s
16MHz 100m Ethernet 10baseT
4 Voix et données à 16Mbit/s
20MHz 100m Ethernet 10Mbit/s
567
Voix et données à hautes fréquences
100MHz250MHz600MHz
100m Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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LA FIBRE OPTIQUE
• Bande passante importante (débit > au Gbit/s)
• Insensibilité aux parasites électriques et magnétiques
• Faible encombrement et poids
• Atténuation très faible sur de grandes distances
• Vitesse de propagation élevée
• Sécurité (absence de rayonnement à l’extérieur, difficulté de se mettre à l’écoute)…
Un câble optique
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 15
DOMAINES D’APPLICATION DES TROIS SUPPORTS
Support Bande passante Application Réseau
Paire torsadée > 100 kHz Téléphonie, LAN Ethernet
Câble coaxial > 100 MHz Téléphonie, LAN, MAN
Anciennement Ethernet
Fibre optique > 1GHz LAN, MAN, WAN Interconnexion de réseaux éloignés
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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OLD ETHERNET
• Ethernet code les signaux par le code de Manchester
- Synchronisation assurée
• Support: Câble coaxial
• Inconvénient de Manchester : occupation spectrale
Débit de 10Mbit/s 20MHz de bande passante requis
Nom Type decâblage
Long.max.d’un
segment
Nbre max.de stations/ segment
Remarques
10Base5 Coaxialépais(Thicknet)
500 m 100 Adapté aux réseaux fédérateursNbre max. de segments : 5Distance min. entre lestransceivers : 2.5 mDistance max. du câble autransceiver : 50 m
10Base2 Coaxial fin(Thinnet)
200 m 30 Système le moins cherNbre max. de segments : 5Distance min. entre lesconnecteurs en T : 0.5 m
10BaseT Pairestorsadées
100 m 1024 Maintenance facileDistance max. hub à hub ourépéteur à répéteur : 100 m
10BaseF Fibreoptique
2000 m 1024 Le plus adapté entre plusieursimmeubles
Obs
olèt
es
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 17
LES EXTENSIONS D’ETHERNET
• Accroissement du trafic sur les réseaux d’entreprise
• Nouvelles applications, consommatrices en débit (multimédia)
• La norme Ethernet est utilisée comme techniques d’accès à Internet
• Extensions destinées à améliorer les débits disponibles
- Ethernet commuté (= Ethernet Full Duplex ou Switched Ethernet)- Fast Ethernet (100 Mbit/s)- Gigabit Ethernet- 10Gigabit Ethernet
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 18
ETHERNET COMMUTÉ
• Ethernet Full Duplex ou Switched Ethernet
• Un commutateur (switch) sert de backbone au réseau
• Idée : réduire les domaines de collision
hubhub
Commutateur (switch)
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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FAST ETHERNET
• Amélioration de la norme IEEE 802.3 (addenda nommé 802.3u) en 1995
• Entièrement compatible avec 10BASE-T
• Ce sont le codage du signal et la catégorie des câbles qui changent.
• Trois standards:
- 100Base-T4
- 100Base-TX
- 100Base-FX
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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FAST ETHERNET : 100BASE-T4
• 100BASE-T4 permet des communications half-duplex uniquement.
• 100BASE-T4 utilise 4 paires torsadées non blindées de catégorie 3, 4 ou 5 (BP = 16 à 100 MHz)
• Le débit de 100 Mbit/s
• Codage MTL3 avec 4b/5b
Utilisation du codage 8B/6T : 8 bits sont codés par 6 symboles qui peuvent prendre 3 niveaux de tension
Extrait de la table de codage
t0
+V
-V
Exemple : codage de la séquence binaire 00100101
(0x25)
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 21
FAST ETHERNET : 100BASE-TX
• Utilise 2 paires torsadées UDP5 ou STP
• Communication full-duplex : 100Mbit/s sur chaque sens de transmission
• Codage
- Précodage 4B/5B : 4 bits utiles codés par 5 bits choisis
- Puis code MLT-3 : « 1 » codé successivement par +V, 0, -V ; « 0 » = absence de transition.
1/125 µs
40 ns
« 0 » « E »
5 bits transmis en 40ns = 4 bits utiles en 40ns Débit binaire (utile)= 100Mbit/s
Débit brut : 125Mbit/s
• Le pré-codage 4B/5B et le codage MLT-3
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 22
FAST ETHERNET : 100BASE-FX
• Utilise deux fibres optiques multimodes à gradient d’indice
• Système duplex : 100Mbit/s sur chaque sens de transmission
• Distance : 400m (half-duplex) ; 2km (full-duplex)
• Encodage 4B/5B puis codage NRZI (Non Return to Zero Inverted : « 1 » = transition, « 0 » = absence de transition)
• Ne supporte que des switchs, hubs inutilisables (trop grande distance pour appliquer l’algorithme de résolution de collisions)
1/125 µs
40 ns
« 0 » « E »
1 1 1 1 0 1 1 1 0 0
• Le pré-codage 4B/5B et le codage NRZI
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 23
FAST ETHERNET : SYNTHÈSE
Nom Type Longueur max segment
Mode de transmission
Codage
100Base-T4 Paire torsadéeUTP 3, 4, 5
100m Half-duplex 8B/6T
100Base-TX Paire torsadéeUTP5 ou STP
100m Full-duplex 4B/5B puis MLT-3
100Base-FX Fibre optique multimode
2000m Full-Duplex 4B/5B puis NRZI
400m Half-Duplex
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 24
GIGA ETHERNET
• Norme IEEE 802.3z, ratifiée en 1998
• Entièrement compatible avec toutes les normes Ethernet précédentes
• Paire torsadée ou fibre optique
• Mode full-duplex : utilise un commutateur
• Mode half-duplex : utilise un hub
• Quatre standards qui permettent le half-duplex et le full-duplex
Nom Type Longueur max segment
Remarques
1000Base-SX
2 fibres optiques
550m Multimode
1000Base-LX
2 fibres optiques
5000m Monomode ou multimode
1000Base-CX
STP (2 paires)
25m Paires torsadées blindées
1000Base-T
UTP (4 paires)
100m Paires torsadées non blindées catégorie 5 et plus
« 10
00B
AS
E-X
»
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 25
LES TECHNOLOGIES 1000BASE-X
• Utilisent un codage 8B/10B
• 2 fibres optiques ou 2 paires STP
- 1 fibre (1 paire STP) pour l’émission- 1 fibre (1 paire STP) pour la réception
• Débit de 1250 Mbaud/s sur chaque fibre (ou câble STP)
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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GIGA ETHERNET
• Tendances du marché : Le Gigabit sur cuivre (802.3ab)
- préserve les équipements Ethernet 10/100/1000
- économique (moins cher que la fibre)
- fonctionne sur la majorité des câbles catégorie 5 installés
- Interconnexion haut débit entre switch économique (10x la bande passante du 100 Mbit/s pour 3x de coût en plus)
- Solutions plug and play
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PRINCIPE TRAMES SUPPORT DE TRANSMISSION STANDARDS ETHERNET
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10 GIGA ETHERNET
• 10 Gigabit Ethernet Alliance : 802.3ae
• Les enjeux du 10 Gigabit Ethernet
- Elimination des trunks en Gigabit Ethernet (permet de réduire le nombre de fibres)
- Solution économique pour les accès MAN
- Extension de l’Ethernet au MAN, WAN, tout en gardant une parfaite connectivité avec le LAN
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CONCLUSION
27/03/2009 David MAUSSAND - Alexis MEILHAC - Alban THEYS 28
• Ethernet first mile
• Une seule technologie de l’abonné jusqu’au cœur du réseau
• Pas de changement d’infrastructure