ethernet.ppt

http://www.isrinfo.fr - TI3 1
09/11/2023
ISET MAHDIA September 2010
Tronc commun 3ème semestre
- Les Réseaux Locaux -
Les réseaux locaux
Normalisation IEEE (Modèle,adressage,câblage)
Les protocoles Ethernet et IEEE 802.3 (Accès au support ,hauts débits)
La sous-couche LLC 802.2
Interconnexion des réseaux Ethernet (Matériels,Commutation,Vlans)
Réseaux Locaux sans fil (802.11)

http://www.isrinfo.fr - TI3
09/11/2023 2
Normalisation IEEE
 Le comité IEEE 802
 Normalisation des réseaux locaux en reprenant
les couches 1 et 2 du modèle OSI
 Développer un standard permettant la
transmission de trames d ’information entre 2
systèmes informatiques à travers un support
partagé quelque soit leur architecture.

09/11/2023 3
Normalisation IEEE
Comité IEEE 802 - Contraintes au niveaux des réseaux locaux
• Supporter au moins 200 stations
•Couverture d ’au moins 2 km
• Débit entre 1Mb/s et 10 Mb/s
• Adressage individuel ou en groupe des stations
• Conformité au modèle OSI
• Contrôle d ’accès au support (équité,une seule station émet à la
fois,gestion de priorité,…)
• Détection et récupération d ’erreurs
• Compatibilité entre les différents constructeurs

09/11/2023 4
Normalisation IEEE
Modèle IEEE 802
1
2
802.1 Higher layer interfaces
Gestion
d
’adresses
Architecture
802.2 Logical Link Control
802.10 Secure Data Network
802.3
CSMA/
CD
802.5
Anneau
à jeton
802.6
MAN
802.11
Sans fils
802.12
100 Mbits/s
Media
Access
Control

09/11/2023 5
Normalisation IEEE
Les Standards IEEE 802
 802.1
 802.2
 802.3
 802.11
Architecture générale , format des adresses,technique
d ’interconnexion
Sous-couche LLC (logical Link Control) pour gérer le
transfert des données
Accès au support CSMA/CD
Ethernet Sans fil

09/11/2023 6
Normalisation IEEE
L ’adressage IEEE 802.1
I/G U/L 46 Bits
U=0 @ Universelle (équipement constructeur)
L=1 @ Locale
I=0 @ Individuelle (station)
G=1 @ Groupe (diffusion)
48 bits (6 octets) pour les réseaux interconnectés sinon 16 bits
Format général d ’une adresse MAC

09/11/2023 7
Normalisation IEEE
Une adresse MAC universelle est divisée en 2 parties :
• Les 3 premiers octets identifient le constructeur (Voir ftp://ftp.isi.edu /in-
notes/iana/assignements et rfc1700)
• Les 3 suivants le numéro de série dans la production du vendeur
Une adresse MAC universelle désigne de manière unique une station dans le monde.
3 premiers octets Vendeur
00 :00 :0C CISCO
08 :00 :09 HP
08 :00 :20 SUN
08 :00 :5A IBM
Le premier bit de l ’octet transmit sur le réseau est celui de poids faible .
Donc pour 0x08 (0000 1000) on transmet 0001000 . C ’est important pour
le Multicast (slide suivant) : 0x01 -> 1000 000 .

09/11/2023 8
Normalisation IEEE
Adresses MAC spécifiques
• Adresses de broadcast
• Adresses Multicast
@ diffusion généralisée , reconnue par toutes les stations . Tous
les bits sont à 1 -> FF:FF:FF:FF:FF:FF . Toutes les stations
connectées au réseau lisent la trame . La couche MAC transmet
la trame aux couches supérieures (Pb performances) .
@ diffusion restreinte , désigne un groupe de stations . 1er
bit transmit à 1 (1er octet d ’@ impair) .
Ex: 09:00:2B:00:00:0F protocole LAT de DEC
(Voir RFC-1700 et 1112).
Si la station ne fait pas partie du groupe , le composant MAC
laisse passer la trame sans la transmettre aux couches
supérieures .

09/11/2023 9
Ethernet et 802.3
• Début des années1980 : Standard Ethernet 10 Mb/s
version 1.0 par Digital-Intel-Xerox (DIX) .
• 1982 : Version 2.0 de DIX -> Ethernet II .
• 1983 : Ethernet est adopté comme standard par l ’IEEE
et l ’ANSI : IEEE 802.3 « Carrier Sense Multiple Access
with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method
and Physical Layer Specification »
Attention : ce n ’est pas exactement la version II de DIX qui fut
approuvé par l ’IEEE :
Même méthode d ’accés au support CSMA/CD
Traitement par les couches hautes différent

09/11/2023 10
Ethernet et 802.3
La proposition IEEE 802.3 décrit un réseau local bande de base
10Mbit/s utilisant une méthode d ’accès de type CSMA/CD . On y
définit :
• Les caractéristiques mécaniques et électriques du raccordement
d ’un équipement au support de communication .
• La gestion logique des trames
• Le contrôle de l ’accès au support de communication
Plusieurs normes ISO 8802.3 ont été définies en fonction du support
physique et du débit . Le mode de transmission étant la bande de base , on
retrouve les appellations suivantes :
(d) Base (s)
10
100
1000
T Tiswted pair
F Fibre optique
2 Câble coaxial (200 m)
5 Câble coaxial (500 m)

09/11/2023 11
Ethernet et 802.3
Quelques normes de câblage
• Câble coaxial
Topologie en bus
Un conducteur central (âme) entouré d ’une gaine isolante
Un conducteur externe concentrique (tresse)

09/11/2023 12
Ethernet et 802.3
• Câble coaxial
10Base5 : 75 ohms , « gros (thick) ethernet » , câble jaune , 10Mbits/s
Rép Rép Rép
Rép
2500 m MAX
500 m MAX Segment 500 m Max sans répéteur
2500 m Max entre 2 stations
100 transceivers Max par segment
Transceiver
Câble Transceiver/Station 50 Max
Connecteur AUI (Attachement Unit Interface)

09/11/2023 13
Ethernet et 802.3
• Câble coaxial
10Base2 : 50 ohms , « ethernet fin (thin) cheapernet » ,10Mbits/s
Segment 185 m Max sans répéteur
30 Stations Max par segment
4 répéteurs Max .
0,5 m Mini Connecteur BNC en T

09/11/2023 14
Ethernet et 802.3
• Câble paire de fils de cuivre torsadée (Twisted pair)
Topologie en étoile
Equip. Actif
Equip. Actif

09/11/2023 15
Ethernet et 802.3
• La Paire torsadée , différentes technologies : 3 grandes familles
• 100 ohms ATT : EIA/TIA-568A(B) -> US , IEC/ISO 11801 (Europe)
• Catégorie 3 , bande passante 16 MHz
 UTP (Unshielded Twisted Pair) paires torsadées non blindées
non écrantées
 FTP (Foiled Twisted Pair) paires torsadées écrantées . Une
feuille d ’aluminium entoure les paires torsadées ce qui permet de
réduire les perturbations et rayonnements électromagnétiques.
• 150 ohms IBM (STP Shielded Twisted Pair)
• 120 ohms France Télécom

09/11/2023 16
Ethernet et 802.3
• La Paire torsadée
Connectique : prise RJ45

09/11/2023 17
Ethernet et 802.3

09/11/2023 18
Ethernet et 802.3
Convention de raccordement d ’un câble 4 paires catégorie 5 , Prise RJ45
1 Blanc/Orange
2 Orange
3 Blanc/Vert
4 Bleue
5 Blanc/Bleue
6 Vert
7 Blanc/Marron
8 Marron
EIA/TIA 568B
1 Blanc/Vert
2 Vert/Blanc
3 Blanc/Orange
4 Bleue/Blanc
5 Blanc/Bleue
6 Orange/Blanc
7 Blanc/Marron
8 Marron/Blanc
EIA/TIA 568A
1 Blanc/Marron
2 Blanc/Vert
3 Blanc/Orange
4 Bleue
5 Blanc/Bleue
6 Orange
7 Vert
8 Marron
USOC

09/11/2023 19
Ethernet et 802.3
Avec Ethernet seules 2 paires sont utiles :
Câble droit (Hub à PC,...) Câble croisé (Hub à Hub, PC à PC,..)
1 Tx+ -> 1 Tx+
2 Tx- -> 2 Tx-
3 Rx+ -> 3 Rx+
6 Rx- -> 6 Rx-
1 Tx+ -> 3 Rx+
2 Tx- -> 6 Rx-
3 Rx+ -> 1 Tx+
6 Rx- -> 2 Tx-
Une paire émission (Tx+,Tx-) et une paire réception (Rx+,Rx-)
-> Possibilité de Full Duplex

09/11/2023 20
Ethernet et 802.3
10BaseT
10Mbits/s
100 m Max entre 2 équipement
Câble catégorie 3,4,5 UTP
Rép Rép
Rép
Couverture 400 m MAX
100 m Max
100BaseT (Fast ethernet 802.3u)
Rép
100 m Max 100Mbits/s
Câble catégorie 5 UTP

09/11/2023 21
Ethernet et 802.3
1000BaseT (Gigabit ethernet 802.3ab)
Rép
100 m Max 1000Mbits/s
Câble catégorie 5+ UTP

09/11/2023 22
Ethernet et 802.3
• La fibre optique
Le cœur de la fibre peut-être en fibre
de verre , plastique ou silice (la plus
utilisée)
Avantages de la fibre optique :
Immunité au perturbation électromagnétique
Ne rayonne pas -> sécurité , ne crée pas d ’interférences
Atténuation faible
Très large bande passante (-> GHz)

09/11/2023 23
Ethernet et 802.3
Fibre Multimode
A saut d ’indice
Fibre Monomode
Taille du cœur 5 à 10 microns , gaine 125 microns
Bande passante 100 Ghz
Fenêtre spectrale 1300 nm et 1550 nm
Taille du cœur 50 et 62,5 microns , gaine 125 microns
Fenêtre spectrale 850nm et 1300 nm
20 MHz/km
A gradient d ’indice 500 MHz/km , la plus utilisée (62,5/125 microns)

09/11/2023 24
Ethernet et 802.3
10BaseF : 10Mbits/s , 2000 m Maxi
100BaseFX : 100 Mbits/s , 412m Maxi sur Multimode
1000BaseSX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode
1000BaseLX : 1000Gbit/s , 300 à 550+ m sur Multimode
5km + sur monomode
Les connecteurs les plus utilisés sont de type :
ST -> système de verrouillage baïonnette
SC -> système de verrouillage coulissant

09/11/2023 25
Ethernet et 802.3
Accès au support physique CSMA/CD
Globalement , les stations émettent des messages quand elles le désirent . Si les
autres stations n ’ont rien à émettre , elles disposent entièrement du canal . Si 2
stations émettent en même temps -> collision
CSMA (Carrier Sense Multiple Access - Accès multiple après écoute de
la porteuse). Avant d ’émettre la station écoute le canal :
Si libre -> émet son message
Sinon -> diffère son émission
Pb: à cause des délais de propagation ,
il y a des risques de collisions
Distance
entre les
stations
Temps
Station A
Station B
Collision

09/11/2023 26
Ethernet et 802.3
CD (Collision Detect)
Si une station émettrice se rend compte que son message participe à une
collision, elle arrête l ’émission du message . Pour savoir si elle participe à
une collision , la station compare le signal émis avec celui sur le média.
Paramètres définis pour un réseau à 10Mb/s
Time Slot (tranche de canal) : 2 fois la durée maximale de propagation d ’un
message sur le câble . Pour Ethernet TS=durée d ’émission de 512 bits (64
octets) à 10Mbits/s soit 51,2 us .
La durée d ’émission des trames > Time Slot
Taille mini Trame = 64 octects
Taille maxi Trame = 1518 octects pour éviter qu ’une station
monopolise le canal

09/11/2023 27
Ethernet et 802.3
Si la trame < 64 octets -> Des bits de bourrage (padding)
sont introduits en fin de trame
Quand une collision est détectée par une station celle-ci
n ’interrompt pas immédiatement la transmission
Émission de données de brouillage (jamming)
= 32 bits

09/11/2023 28
Ethernet et 802.3
Structure d ’une trame (802.3 et Ethernet) 64 à 1518 octets
Préambule SFD @ DEST @ SRC Lg DATA DATA FCS
Préambule SFD @ DEST @ SRC Type DATA DATA FCS
802.3
Ethernet
7 1 6 6 2 46-1500 4
7 1 6 6 2 46-1500 4
Niveau physique Niveau Mac

09/11/2023 29
Ethernet et 802.3
Préambule : 7 octets 10101010 -> Synchronisation des horloges
SFD : Start Frame Delimiter 10101011 -> Début d ’émission de la trame
802.3 3ie champ de la partie Mac Lg DATA =< 1500
Définie la longueur des données et va être exploité par la sous-couche LLC qui
est chargée de faire l ’aiguillage vers les protocoles de niveau supérieur.
Ethernet 3ie champ de la partie Mac Lg DATA > 1500
Identificateur du protocole de niveau supérieur (ex: 0x800 -> IP)
Pas de couche LLC (violation du modèle en couche)
L ’élimination des bits de bourrage (padding) sera traiter pas les
protocoles de niveau supérieur .

09/11/2023 30
Ethernet et 802.3
Émission d ’une trame
Si le support est libre (CSMA) , l ’émission d ’une trame commence après un
silence de 9,6 us (IFG Interframe Gap). L ’entité MAC continue d ’écouter le
canal pour savoir si une collision à été détecté (CD) .
Pas de collision -> compte-rendu positif à la couche supérieur .
Collision -> poursuite de la transmission pendant la période de brouillage .
Ensuite nouvelle tentative d ’ émission suivant l ’algorithme du BEB .
Si nb tentative = 16 -> compte-rendu négatif à la couche supérieur .

09/11/2023 31
Ethernet et 802.3
Algorithme du BEB (Binary Exponentiel Backoff)
Permet de définir ce que doivent faire les stations après une
collision -> départager les stations sans échange de messages .
Tirage au sort (0 ou 1)
0 -> recommence à émettre immédiatement
1-> attente de N tranche de canal (Time Slot 51,2 us) avant
de recommencer à émettre. N aléatoirement de 1 à 2
Par défaut , l ’espace de tirage est doublé jusqu ’à la 10ième
tentative . Au bout de 16 -> échec
m

09/11/2023 32
Ethernet et 802.3
Créer la trame
Transmission
en cours
Commencer la transmission
Trop de tentatives
Brouillage
Collision détectée
Calcul du délai d ’attente
BEB
émission OK
Émission abandonnée
oui non
oui
Test de la porteuse
oui
non
non
Comparaison
émission/réception
Émission d ’une trame

09/11/2023 33
Ethernet et 802.3
Commencer la réception
Fin de réception
oui
non
Réception d ’une trame
Trame trop courte
oui
Collision
@ reconnue non
Oui
@Station,broadcast,multicast
Taille correcte
Calcul CRC
Réception OK
Correct
Erreur CRC
Mauvais
Erreur longueur
oui
non

09/11/2023 34
Ethernet et 802.3
Ethernet vers les hauts débits
Fast ethernet
Ethernet à 100 Mbits/s définit par la norme IEEE 802.3u
Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame .
Ce qui change :
La fenêtre de collision est réduite à 5,12 us et le silence inter-
trame (IFG InterFrame Gap) à 0,96 us .
Le codage 1B/2B -> 4B/5B

09/11/2023 35
Ethernet et 802.3
Fast ethernet
Utilise la signalisation 4B/5B
(16 symboles parmi 32)
1 paire émission
1 paire réception
Utilise la signalisation 4B/5B
(16 symboles parmi 32)
1 fibre émission
1 fibre réception
Utilise un codage de type 8B/6T
(8 bits sur 3 temps d ’horloge)
3 paires transmission
1 paire détection collision

09/11/2023 36
Ethernet et 802.3
Fast ethernet
100BaseTX 100BaseFX 100BaseT4
câble Cat. 5 UTP 62.5/125 u
multimode
Cat. 3,4 ,5
UTP
Nb paires 2 paires 2 fibres 4 paires
Connecteur RJ45 ST/SC RJ45
Segment
Max
100 m 400 m 100 m
Diamètre
Max
200 m 400 m 200 m

09/11/2023 37
Ethernet et 802.3
Gigabit ethernet
Ethernet à 1000 Mbits/s défini par les normes IEEE 802.3z et
802.3ab
Utilise CSMA/CD (half duplex) et même format de trame .
Ce qui change (half duplex) :
La fenêtre de collision est modifié -> le slot time est étendu à
512 octets . Une extension est ajouté aux paquets < 512 bytes
Pb de performances avec les petits paquets

09/11/2023 38
Ethernet et 802.3
Gigabit ethernet

09/11/2023 39
MAC -> Mécanismes pour obtenir une exclusion mutuelle entre les
stations qui partagent le même support (bus,anneau)
LLC -> Contrôle la transmission de données .
Ethernet n ’utilise pas la couche LLC .
Le 3ième champ de la partie MAC (type) de la trame IEEE
802.3 sert à coder la longueur utile de l ’information .
Ethernet
LLC
MAC
2
1

09/11/2023 40
3 types de services de transmission
LLC type 1
LLC type 2
LLC type 3
Mode datagramme . Pas de fonction de contrôle d ’erreur
sur les trames . Aiguille les données vers les différents
protocoles de la couche 3
Mode connecté . Fonction d ’aiguillage + contrôle
d ’erreur de séquencement des données et du flux .
Mode datagramme acquitté (réseaux industriels) .
Acquittement datagrammes + réponse automatique .

09/11/2023 41
Format d ’une trame LLC
@dest @src Lg < 1518 DATA
DSAP SSAP Control Information
8 bits 8 bits 8/16 bits

09/11/2023 42
DSAP (Destination Service Access Point)
SSAP (Source Service Access Point)
Désigne le ou les protocoles de niveau supérieur auxquels
seront fournies les données .
Permet de désigner le protocole qui a émis la trame LLC
Seuls les 7 bits de poids forts servent à coder le SAP (ex: SAP 0x42
(01000010) -> Gestion du Spanning Tree.
Le premier bit sert à coder :
Pour SSAP (CR bit) : 0 -> Trame de commande , 1 -> Trame de réponse
Pour DSAP (IG bit) : 0 -> SAP unique , 1 -> Groupe de SAP

09/11/2023 43
Champ control
Permet de typer les trames . Dans le LLC 2 , permet de mettre en
œuvre un contrôle d ’erreur et de séquencement .
• Trames de type I (Information 16 bits) : transportent de l ’information en
mode connecté (LLC 2)
• Trames de type S (Supervision 16 bits) : gestion des trames en mode
connecté (LLC2) .
• Trames de type U (Unnumbered 8 bits) : gère la connexion
(ouverture/fermeture) ou envoient des données en mode datagramme (LLC
1)

09/11/2023 44
Interconnexion des réseaux ethernet
Le répéteur
• Régénère le signal -> extension du réseau
• Fait passer tous les signaux d ’un segment sur l ’autre
(erreurs comprises)
• Si collision sur un segment , génère le jamming (32
bits) sur les 2 segments
• Reforme le préambule (7 octets) si nécessaire
• Permet de changer de média (cuivre - fibre)

09/11/2023 45
Le HUB (concentrateur)
• Même fonction que le répéteur -> répéteur multiport
• Utilisé sur topologie en étoile (Paire torsadée,fibre
optique)
• Nombreuses interfaces disponibles (ex: 8x10BaseT + 1
AUI + 1 10BaseF …)

09/11/2023 46
Le Pont (Bridge)
• Permet de réduire la charge du réseau (interconnexion de
2 réseaux) .
• équipement intelligent (mémoire , CPU)
Principe :
Écoute l ’activité de chaque sous-réseau (promiscuous) , et
stocke dans sa mémoire les trames . Après traitement il les
retransmet vers le (ou les) sous-réseau(x) adéquat .

09/11/2023 47
Le Pont (Bridge)
Pont
Segment 1
Segment 2
A B
D
C
E F
Ex: A envoie une trame à F , le pont la retransmet sur le segment 2
B envoie une trame à C , le pont ignore la trame
D envoie une trame à B , le pont la retransmet sur le segment 1

09/11/2023 48
Le Pont (Bridge)
Possède donc des fonctions de filtrage sur le trafic .
Il construit une table des @MAC (source) en écoutant le trafic sur les
sous-réseaux .
Le pont agit de la façon suivante à la réception d ’une trame :
Destinataire sur le même sous-réseau : trame ignorée
Destinataire sur un autre sous-réseau : trame recopiée sur cet
autre sous-réseau
Destinataire inconnu : trame recopiée sur tous les sous-
réseaux
Destinataire @ broadcast : trame recopiée sur tous les sous-
réseaux

09/11/2023 49
Le Pont (Bridge)
Les avantages :
• Apprentissage automatique -> pas de configuration , transparent
pour les stations .
• Diminue la charge totale du réseau en limitant la propagation
d ’un message à un sous-réseau.
• Augmente la sécurité du réseau en ne faisant pas circuler sur
tous le réseau les messages émis par une station (isolement des
segments)

09/11/2023 50
Interconnexion de ponts : Spanning Tree
Cas complexe d ’interconnexion de ponts : Boucles
• Augmenter la fiabilité (redondance)
• équilibrer la charge réseau
• Erreur
P1 P2
A
B
R1
R2
Il faut éviter que les trames ne
bouclent indéfiniment dans le
réseau .
Broadcast Storm -> saturation
réseau

09/11/2023 51
Spanning tree
L ’interconnexion des sous-réseaux peut-être assimilée à un
graphe .
Suppression des boucles -> Arbre
Si on passe par tous les arcs , on obtient un
arbre de recouvrement total (Spanning Tree)
La réalisation de l ’arbre couvrant va se faire en désactivant
(inhibant) certains ports du ponts .

09/11/2023 52
Les ponts vont s ’échanger des messages de changement de topologie
(@ Multicast MAC) appelé BPDU (Bridge Protocol Data Unit)
Ces Messages contiennent entre autre :
• Identificateur supposé de la racine par le pont émetteur du message .
• Coût de la liaison entre pont et racine supposée (nb ponts à
traverser)
• Identificateur du pont émetteur
• N° port sur lequel le message est émis

09/11/2023 53
Un commutateur est choisi comme étant la racine (Root Bridge)
-> processus d ’élection + confirmation élu à intervalle régulier .
Le spanning tree est construit à partir de cette racine qui permet
de n ’avoir qu ’un chemin actif entre 2 ponts . Tous les ponts
calculent le chemin le plus court vers la racine .
Pour chaque pont , un port devient « root port » s ’il est celui du
moindre coût vers le « root bridge » , jamais bloquant car il
reçoit tous les BPDU du « root bridge » .
Principe

09/11/2023 54
Principes
Pour chaque segment il y a un « designated bridge » (pont avec le
plus court chemin vers le « root bridge ») chargé de transmettre les
trames sur chaque segment . Le « root bridge » est toujours
« designated bridge » pour le segments qu ’il connecte .
Les ports du « designed bridge » connectés au segment choisi
sont « designated port » , ils ne sont jamais bloquant (traffics +
BPDU) .

09/11/2023 55
Etats des ports
• Blocking : Pas de traffic , reçoit uniquement les BPDU
• Listening : Pas de traffic , stop les BPDU reçues
• Learning : Pas de traffic , construit sa Forwarding DB (aiguillage
des trames)
• Forwarding : Traffic + BPDU

09/11/2023 56
Designated
BRIDGE
Root port
F
Designated Port
Root port
B
F F
Designated Port
Root
BRIDGE
Designated port Root port
F F
Designated Port
Designated Port B
F

09/11/2023 57
Format d ’une trame BPDU 802.1d
Encapsulation dans une trame 802.3 :
SAP 0x42
@Src : @Mac du pont
@ Dest (Multicast) : 01:80:C2:00:00:00

09/11/2023 58
Protocol Identifier : 0
Version : 0
Message Type : 0 si message de configuration , 128 si chgt topologie
Flags : 1 octet -> 2 bits utiles TC (Topologie Change) , TCA (Topologie
Change Acknoledge)
Root ID : Ident racine . 2 octets de priorité + 6 octets ID (@MAC)
Root Path Cost : coût du chemin jusqu ’à la racine .
Bridge ID : ID pont (même chose que Root ID)
Port ID : ID port sur lequel le message a été émis

09/11/2023 59
Message Age : temps passé depuis que la racine a envoyé le message de
configuration
Maximum Age : Indique quand la configuration courante doit être effacée
(TTL des BPDU)
Hello Time :Fréquence à laquelle un « designated port » envoie des BPDU
(2s par défaut)
Forward Delay : Indique le temps à attendre avant de passer à un nouvel état
sur un changement de topologie . Etat « Listening » à « forwarding » (15 s
par défaut »)

09/11/2023 60
Le commutateur (switch)
Même principe de fonctionnement que le pont pour le traitement des
trames .
Possède autant de ports d ’E/S que de connecteurs : la retransmission
des trames est basée sur le principe de la commutation
Le switch possède une matrice de commutation permettant
de traiter simultanément plusieurs trames
Bande passante dédiée pour chaque port
Les stations peuvent émettre quand elles le désirent . Elles
peuvent aussi émettre et recevoir en même temps (Full Duplex) ,
donc plus de collision , plus besoin du CSMA/CD sauf cas
particulier.

09/11/2023 61
Émission d ’une trame:
Si le port de sortie est libre , la trame est envoyé vers le
destinataire
Sinon elle est mise en file d ’attente .
Le switch va être confronté à des problèmes de gestion de files d ’attente et
de congestion -> un serveur + n stations qui émettent des trames vers celui-
ci . Une des solutions consiste à allouer plus de bande passante sur certains
ports . Une autre technique consiste à envoyer des collisions sur le port
émetteur .

09/11/2023 62
Le switch doit s ’adapter aux équipements interconnectés sur ses
ports de sortie (ce ne sont pas forcément des stations en Full
Duplex) .
Exemple : Interconnexion d ’un Hub -> support partagé (collisions)
Dans ce cas pour gagner l ’accès au support , le commutateur doit
dérouler l ’algorithme du CSMA/CD+BEB sur ce port de sortie.

09/11/2023 63
Le commutateur (switch), Plusieurs techniques de commutation
• « À la volée » , « on the fly » ou « cut through »
Lecture de la trame jusque l ’@ du destinataire puis
commutation sur le port de sortie adéquat.
Avantage : temps de latence très faible , indépendant de
la longueur de la trame .
Inconvénient : retransmission des erreurs (CRC , Trame
en collision -> début OK mais reste brouillé)

09/11/2023 64
• « Store & Forward »
Mémorisation de la trame en entier pour traitement puis
commutation sur le port de sortie adéquat si correcte .
Avantage : Traitement des erreurs (CRC,
longueur,...).Possibilité de fonctionnalités avancé :
VLAN , gestion de priorité ...
Inconvénient : Plus lent que « on the fly » . Temps de
latence fonction de la longueur de la trame .

09/11/2023 65
Quelques variantes
• « Fragment-free » : équivalent à « cut through » mais enlève les
trames trop courtes (runt)
• « adaptive » : démarrage en « cut through » puis passe en « store &
forward » à partir d ’un certain taux d ’erreurs (et vice-versa) .
Cut through Fragment free
(64ième octect)
Store & Forward

09/11/2023 66
Le commutateur (switch) , les VLANs
Les techniques de commutation permettent plus de flexibilité
quant à la gestion des trames et donc de mettre en oeuvre le
concept de réseaux virtuels -> VLAN (Virtual Lan) :
Réseau logique : segmentation virtuelle , communautés d ’utilisateurs
Limite les domaines de broadcast
L ’interconnexion entre VLAN ne peut se faire qu ’au niveau 3 de la couche
OSI : plus de sécurité
Gestion dynamique de la mobilité géographique

09/11/2023 67
sw1
sw2
sw3
Bâtiment 1
Bâtiment 2
Bâtiment 3
VLAN 1
VLAN 2 VLAN 3
Trunk
Trunk

09/11/2023 68
Les VLAN sont définis par la norme 802.1q qui consiste à « marquer » les trames
802.3 en y associant une étiquette .
La norme 802.1q est également construite sur la norme 802.1p qui introduit la
notion de priorité donc de qualité de service .
Cette étiquette peut être implicite :
pas d ’ajout de champ dans la trame -> l ’appartenance au VLAN est basée sur
l ’association (@MAC,@IP).
Ou explicite :
2 octets sont insérés dans la trame après l@ Mac src

09/11/2023 69
Marquage de la trame 802.3 (insertion de 2 octects)
User Priority CFI Vlan IDentifier
3 bits 12 bits
1 bit
8 niveaux de
priorité
4096 identificateurs

09/11/2023 70
Il existe plusieurs niveaux de VLAN :
• Niveau 1 : VLAN par port (Port-Based VLAN)
• Niveau 2 : VLAN par @MAC (Mac Address-Based VLAN)
• Niveau 3 : VLAN par @ de sous-réseau protocolaire (Network
Address-Based VLAN)

09/11/2023 71

09/11/2023 72
WLAN - Introduction
Un réseau local sans fil WLAN (Wireless LAN) permet de remplacer une ou plusieurs
liaisons matérielles de transmission de données par ondes radio-électriques.
Il est aussi appelé Réseau Local Radioélectrique (RLR)
Pour les utiliser , plusieurs problèmes sont à prendre en considération :
• Le choix des fréquences utilisées
• La puissance d ’émission
• La bande passante envisagée
• Le partage de la liaison par plusieurs équipements
• Interférences éventuelles
• La réglementation

09/11/2023 73
WLAN - Introduction
Plusieurs standards ont vu le jour :
• IEEE 802.11,802.11a,802.11b : WLAN
• IEEE 802.15 : Working Group for Wireless Personnal Area Networks
• IEEE 802.16 : Working Group on Broadband Wireless Access Standards
• ETSI : HiperLAN (HIgh PERformance Radio LAN) 1,2,3,4
La tendance actuelle est à l ’étude de l ’interopérabilité entre ces réseaux
comme IEEE 802.15 qui sera l ’aboutissement de la convergence entre
IEEE et Bluetooth (PAN).

09/11/2023 74
WLAN - Cadre légal français
L ’utilisation des fréquences radioélectriques en ce qui concerne les RLAN est
définie par l ’ART (autorité de régulation des télécommunications) .
Voir les dossiers sur http://www.art-telecom.fr/
Actuellement les RLAN utilisent la bande des 2,4 GHz , également utilisée
par les militaires … .
La bande de fréquences harmonisée en Europe pour les RLAN est 2400-
2483,5 MHz et 5150-5350 MHz
Depuis le 25 juillet 2003 2 éléments nouveaux font évoluer le régime
d ’autorisation des RLAN :
- L ’assouplissement des conditions techniques de la bande des 2,4 GHz par
le ministère de la défense .
- L ’entrée en vigueur des nouvelles directives européennes

09/11/2023 75
Métropole
Guadeloupe, Martinique,
St Pierre et Miquelon, Mayotte
Idem Pour Réunion et Guyane sauf
extérieur impossible de 2400 à 2420

09/11/2023 76
DFS : Dynamic Frequency Solution , TPC : Transmit Power Control .
-> Conformité avec les normes européennes

09/11/2023 77
WLAN - Technologies

09/11/2023 78
WLAN -Technologies

09/11/2023 79
Topologie IEEE 802.11
2 Niveaux :
• Niveau BSS (Basic Service Set)
Plus petite entité au niveau topologique.
Service rendu sur une petite zone de couverture dans laquelle
toutes les machines peuvent dialoguer entre-elles directement
ou par l ’intermédiaire d ’un point d ’accès (Access Point).
Cette zone s ’étend sur un rayon de 30 mètres autour de l ’AP.

09/11/2023 80
2 Niveaux :
• Niveau ESS ( Extended Service Set)
Permet d ’interconnecter de façon transparente (au
niveau de la couche LLC) plusieurs BSS .
Un ESS est vu par les couches supérieures de l ’ISO
comme un unique réseau 802.
Le standard définit également le concept de portail (Distributed
System) qui permet d’interconnecter un réseau 802.11 (Inter
BSS) et un réseau local 802.
Le DS est une description abstraite qui peut être vu comme un
pont de translation.

09/11/2023 81

09/11/2023 82

09/11/2023 83
Architecture IEEE 802.11
On retrouve la couche physique (adaptation au support physique) et la couche
liaison de données (permet le multiplexage de plusieurs type de couches réseaux et
gère l ’accès au support de transmission)
Le CCA (Clear Channel Assessment) est
important pour les RLAN , la difficulté
étant de savoir quand émettre tout en
s ’assurant que ce que l ’on émis a bien
été reçu.
La couche physique informe la sous-
couche MAC si le support est libre ou
non.
La sous-couche MAC décide s ’il doit y
avoir transmission.

09/11/2023 84
Couche Physique
2 sous-couches
• PMD (Physical Medium Dependant) qui dépend du type de
transmission
• PLCP (Physical Layer Convergence Protocol) pour rendre
indépendant la couche physique du medium de transmission

09/11/2023 85
Couche Physique
3 sous-couches PMD
• Infrarouge à 900 nm (vue directe entre émetteur-récepteur)
• Radio par étalement de spectre par sauts de fréquences lent
(slow FHSS - Frequency Hopping Spectrum Spreading) Débits 1
ou 2Mb/s
• Radio par étalement de spectre par séquence (DSSS - Direct
Sequence Spectrum Spreading) Débit 1,2,5.5 ou 11 Mb/s
Pour FHSS et DSSS utilisation d ’antennes isotropes , ne
nécessite pas une vue directe entre l ’émetteur et le récepteur

09/11/2023 86
Méthode d ’accès IEEE 802.11
CSMA/CA
On reprend la technique du CSMA du 802.3 , mais en ce qui concerne la gestion
des collisions on utilise la technique du Collision Advoidance (prévention des
collisions) et le principe d ’accusé de réception (Positif Acknowledge) .
Le problème avec les RLAN est qu ’il n ’est pas possible de savoir s ’il y a eu
collision par soi-même (une station dialoguant avec le point d ’accès peut ne pas
être entendue par d ’autres stations situés à l ’opposé du BSS) , ni de savoir ce que
le point d ’accès a reçu.
Le CSMA/CD n ’est pas possible dans ce cas , le but étant d ’éviter d ’avoir trop de
collisions tout en s ’assurant que les données ont bien été reçues à chaque
transmission de trames.
Le support étant partagé , il y aura inévitablement des collisions .

09/11/2023 87
CSMA/CA
Une station voulant émettre écoute le support :
si occupé , la transmission est différée , on attend qu ’il se libère .
Au lieu d ’émettre tout de suite après , on attend pendant une certaine durée, tout en
continuant à sonder le support.
S ’il reste libre pendant une durée spécifique (DIFS -> Distributed Inter Frame
Space) , la station émet -> méthode DCF (Distributed Coordination Function)
La station réceptrice vérifie le CRC en renvoie un ACK .
La réception du ACK indique à l ’émetteur qu ’aucune collision n ’a eu lieu , sinon
l ’émetteur retransmet le fragment jusqu ’à ce qu ’il obtienne un ACK ou
abandonne au bout d ’un certain nombre de retransmissions.

09/11/2023 88
Virtual Carrier Sense
Pour réduire la probabilité d ’avoir 2 stations en collision , le standard définit le
mécanisme de Virtual Carrier Sense (porteuse virtuelle) . Cela permet en quelque
sorte de réserver le support.
Une station voulant émettre transmet d ’abord un petit paquet RTS (Request To
Send) qui donnera la source,destination et durée de transaction.
La station destination répond (si le support est libre) avec un paquet de contrôle de
réponse appelé CTS (Clear To Send) avec les mêmes infos sur la durée .
Toutes les stations recevant soit le RTS soit le CTS déclencheront leur indicateur de
Virtual Carrier Sense (appelé Network Allocation Vector) pour une certaine durée
qui sera utilisée pour l ’écoute du support .

09/11/2023 89
Fragmentation et réassemblage
Dans un environnement RLAN , les trames doivent être plus petites (ethernet 802.3
trames 1518 octects) pour les raisons suivantes :
• Le taux d ’erreur/bit est plus important sur une liaison radio -> la probabilité
de corruption d ’une trame augmente avec sa taille
• Dans le cas d ’une trame corrompue (collision ou bruit) , plus la trame est
petite moins le débit engendré par sa retransmission est important
• Dans un système à saut de fréquence , le support est interrompu
périodiquement pour ce changement donc plus la trame est petite, plus le
risque que la retransmission soit interrompue est faible.

09/11/2023 90
Fragmentation et réassemblage
Il n ’est pas nécessaire de créer un nouveau protocole LAN incapable de
traiter les trames ethernet de 1518 octets , d ’où la mise en oeuvre d ’un
mécanisme de fragmentation et réassemblage .
Le mécanisme est un simple algorithme d ’envoie et d ’attente de résultat.
La station émettrice n ’est pas autorisée à transmettre un nouveau fragment
tant que :
• elle n ’a pas reçu un ACK du fragment
• le fragment a été retransmis trop souvent (abandon de la transmission de la
trame)

09/11/2023 91
Inter Frame Space
4 types d ’espace inter-trame (IFS) :
• SIFS (Short IFS) : sépare les transmissions appartenant au même dialogue
(ACK ou CTS) -> 28 us
• PIFS (Point coordination IFS) : utilisé par le point d ’accès pour gagner
l ’accès au support avant n ’importe quelle autre station -> 78 us (Slot Time +
SIFS) .
• DIFS (Distribute IFS) : utilisé par une station voulant commencer une
nouvelle transmission . Temps que le support doit rester libre avant de pouvoir
mettre une nouvelle trame (donnée ou RTS) -> 128 us
• EIFS (Extended IFS) : temps qu ’il faut attendre après la découverte d ’une
erreur de transmission (absence de ACK ou mauvais CRC) -> 1ms

09/11/2023 92
Algorithme de Backoff Exponentiel
Même technique que dans le 802.3 . Chaque station doit attendre un certain
nombre de time slot avant de pouvoir émettre à nouveau (tirage aléatoire du
nombre qui augmente de façon exponentielle) .
En 802.11 l ’algorithme du Backoff est exécuter :
• Quand le support est occupé avant la première transmission
• Après chaque retransmission
• Après une transmission réussie
Le Backoff n ’est pas exécuté quand le support a été libre pour un temps
supérieur au DIFS pour une nouvelle transmission.

09/11/2023 93
Accés au support

09/11/2023 94
Fonctionnement IEEE 802.11
Accès BSS
Quand une station veut accéder à un BSS (cellule) , elle a besoin d ’information
de synchronisation de la part du point accès ou des autres stations .
2 moyens d ’obtenir les informations :
• écoute passive : la station attend de recevoir une trame balise (beacon frame
contenant les infos de synchronisation) qui est envoyée périodiquement par le
point d ’accès.
• écoute active : La station essaie de trouver un point d ’accès en transmettant
une trame de demande de sondage (Probe Request Frame) et attend la réponse
du point d ’accès .
La méthode peut être choisie en fonction des performances ou de la
consommation d ’energie

09/11/2023 95
Authentification
Une fois le point d ’accès trouvé et l ’accès BSS initié , un processus
d ’authentification va permettre à la station et au point d ’accès de valider les
droits d ’accès .
Association
Si l ’authentification réussie , un processus d ’association échange des
informations sur les différentes cellules et stations et les points d ’accès
enregistre la position actuelle de la station .
À partir de là , la station peut commencer à émettre et recevoir des données.

09/11/2023 96
Roaming
Concerne le mouvement d ’une cellule vers une autre sans fermer la connexion
(similaire au « handover » des téléphones portables) :
La transition d ’une cellule à une autre doit se faire entre 2 transmissions de trames
(contrairement à la téléphonie) , sinon cela peut poser des problèmes de
performance à cause de la retransmission des trames par les couches supérieures
Synchronisation
Les stations synchronisent leur horloge avec celle du point d ’accès grâce aux
trames balises émises périodiquement qui contiennent la valeur de l ’horloge .
Les stations réceptrices vérifient la valeur de leur horloge et la corrige pour rester
synchronisées.
Ce mécanisme évite les dérives d ’horloge qu ’il pourrait y avoir au bout de
quelques heures de fonctionnement.

09/11/2023 97
Trames IEEE 802.11
Format
Préambule En-tête PLCP Données MAC CRC
Préambule
Synch : séquence de 80 bits alternant 0 1 , utilisée par le circuit physique pour sélectionner
l ’antenne (si plusieurs) et corriger l ’offset de fréquence et de synchronisation.
SFD : suite de 16 bits 0000110010111101 (début de trame)
En-tête PLCP
Contient des informations logiques utilisées par la couche physique pour décoder la trame :
Longueur du mot : nb octets que contient la trame (détecter la fin)
Champ de détection d ’erreur CRC 16 bits

09/11/2023 98
Trames IEEE 802.11
Format
Données MAC (octets)
Ctrl Trames Durée/ID Adr1 Adr2 Ctrl séq DATA CRC
2 2 6 6 2 4
Adr3
6
Adr4
6 0-2312
En-tête MAC
Contrôle de trame (Bits)
Version Type More Frag
2 2 4 1 1
From DS
1
Retry
1
Sous-Type To DS Pwr Mgt More data WEP Order
1 1 1 1

09/11/2023 99
Trames IEEE 802.11
Format
Contrôle de trame
Version : évolution futur du 802.11 (0 version courante)
Type et sous-type : 6 bits pour les types (Gestion,Contrôle,Données) et sous types
(requête d ’association,réponse,balise,auth,RTS,CTS,ACK,…)
To DS : 1->trame adressée au PA qui doit faire suivre au DS, 0 sinon.
From DS : 1 quand la trame vient du DS.
More fragment : 1 si d ’autres fragments qui suivent celui en cours
Retry : retransmission du fragment précédent .
Power Mgt : indique que la station sera en mode gestion d ’énergie après la transmission
de la trame (mode active/passive)

09/11/2023 100
Trames IEEE 802.11
Format
Contrôle de trame
More Data : utilisé par le PA pour indiquer que d ’autres trames sont stockées pour cette
station (gestion d ’énergie) .
WEP : indique que la trame est chiffrée suivant l ’algorithme WEP
Order : Indique que la trame est envoyée en utilisant la classe de service strictement
ordonné .
Duree/ID
Dépend du type de trame
Si type polling (mode économie d ’énergie) -> ID station
Autres -> valeur de durée utilisée pour le calcul du NAV

09/11/2023 101
Trames IEEE 802.11
Format
Champs adresses
Jusqu ’à 4 adresses (selon ToDS et FromDS)
Adr1 : adresse destination . Si ToDS=1 -> Adr PA , sinon Adr Station
Adr2 : adresse source . Si FromDS =1 -> Adr PA , sinon Adr Station
Adr3 : Si FromDS=1 -> adresse émetteur originel , Si TODS=1 -> Adr destination
Adr4 : Trame PA à PA (ToDS=1,FromDS=1) , il faut adr émetteur originel+adr destinataire

09/11/2023 102
Evolution IEEE 802.11
La plus utilisée sous le nom de Wi-Fi (Wireless-Fidelity)
Débit théorique de 1, 2, 5.5 Mbps et 11Mbps
CSMA/CA
Fréquence 2,400 à 2,483.5 MHz
Portée (11MHz) 100 mètre extérieur , 50 intérieur .
IEEE 802.11b
IEEE 802.11g
Fréquence bande des 2,4 GHz
Débit théorique jusque 54 Mbps
Reste compatible 802.11b

09/11/2023 103
IEEE 802.11b

09/11/2023 104
Fréquence 5,150 à 5,825 MHz (5.350 MHz en France)
Débit théorique de 6, 9, 12 , 18, 24, 26, 48 et 54 Mbps
8 canaux disjoints (densité d ’utilisateurs plus élevée)
CSMA/CA
Portée 802.11b ....
IEEE 802.11a (WiFi 5)

09/11/2023 105
802.11e : QoS pour les applications multimédia .
802.11f : IAAP (Inter Access Point Protocol) Permettre l ’utilisation d ’infrastructures
multi-vendeurs et éviter les normes propriétaires.
802.11h : Adoption des technologies DFS et TPC pour une conformité avec les normes
européennes (5 GHz).
802.11i : Travaux sur la sécurité des transmissions sur les bandes de fréquence 2,4 GHz et
5 GHz. Amélioration de l’algorithme WEP
802.11j : Convergence des standards américain 802.11 et européen Hiperlan,
tous deux fonctionnant sur la bande de fréquence des 5 GHz
IEEE 802.11 Les normes dérivées

09/11/2023 106
Autres normes ...
Norme ETSI (European Telecommunications Standards Institute)
Reste à l ’état de norme
Fréquence bande des 5 GHz
Débit 20 à 25 Mbps
Méthode d ’accès TDMA
Rayon d ’action semblable au 802.11b (30 à 100m)
Hyperlan type 1

09/11/2023 107
Autres normes ...
Système de modulation et de codage proche du 802.11a (802.11h
devrait être un compromis 802.11a et Hyperlan2)
Fréquence bande des 5 GHz
Débit jusque 54 Mbps
Méthode d ’accès TDMA/TDD
Rayon d ’action semblable au 802.11b (30 à 100m)
Hyperlan type 2

09/11/2023 108
Autres normes ...
Bluetooth , HomeRF , DECT plutôt usage personnel ou
domestique
Mixte, voix et données
1,88-1,90 GHz
2 Mbps
50 m
DECT
Réseaux d'entreprises, données
2,4 GHz
11 Mbps
100 m
Wi-Fi
Réseaux personnels, voix et données
2,4 GHz
1,6 Mbps
50 m
HomeRF
Appareils mobiles, voix et données
2,4 GHz
1 Mbps
10 m
Bluetooth
Application
Fréquence
Débit
Portée
Norme

09/11/2023 109
Encombrement du spectre

ethernet.ppt

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