par jean-michel stazzu et eric segovia

Techniques de transmission du signal
Le niveau de tension du signal
Transmission des signaux

Cas du réseau occupé

Les collisions
Gestion des collisions
Le round trip delay
Le délai d’inter-trames
Les paramètres de base

Les topologies
BUS
ETOILE
ANNEAU

Cas d’une topologie typique en ethernet 10baseX
Cas d’une topologie typique en ethernet etoile
Topologie en ethernet avec paires torsadées
Topologie en ethernet avec paires torsadées et fibre optique
La fibre optique
Le transceiver optique

Techniques de transmission du signal


Le signal utilisé est une suite de 0 et de 1.C'est un signal carré,appelé aussi Bande de Base. Son inconvénient majeur est qu'il ne transporte pas de composante alternative. Son évolution naturelle a été le code NRZ (non retour à zéro). L'inconvénient majeur de l'absence de composante continue ayant été résolu, se posait alors le manque de rythme (horloge) et de synchronisation. Encore une fois la technique faisait en sorte de trouver une parade,c'était le code Manchester. Le code manchester avait un léger défaut,il était polarisé,son évolution fut le code Manchester Différentiel. Celui-ci ne réclamant pas le respect de la polarité.
La particularité du code Manchester est qu'il change d'état au milieu de chaque bit supprimant de ce fait les incovénients de la synchronisation. Quant au code Manchester Différentiel il change d'état au ½ data sur les "1" et reste dans l'état sur les "0". Le comité 802 ayant retenu le codage Manchester, la seule contrainte qui nous sera imposé sera de respecter la polarité du cablage.

Le niveau de tension du signal

Le niveau de tension est limité à 2,05 volts afin de permettre un temps de commutation rapide des équipements électronique des cartes réseaux.
Le temps de stabilisation des états électriques étant un élément primordial dans la bonne santé d’un réseau local, cela évitera des abérrations dans les temps de propagations du signal bande de base.

Transmission des signaux en 802.3 - Codage Manchester

· Le signal utile ne peut pas être transmis tel qu'il est
- composante continue
- signal synchrone
· Il faut encoder le signal + l’horloge

Le mode de transmission en 802.3 est bande de base.Il faut respecter les polarités pour le câblage lorsque le recepteur detecte un changement de phase on sait qu'il y a changement d'etat mais on ne sait pas si c'est un changement de "0" à "1" ou de "1" à "0".
Donc on ne peut pas croiser les fils comme on veut au répartiteur.
L’avantage c’est que ce type de codage est hypersimple a décoder et que le prix de revient des cartes réseaux en ethernet est peu onéreux.

Transmission des signaux - Codage Manchester Différentiel

transition
· au 1/2 data = "1" ,le signal de transition change d'etat
· au data = "0" le signal de transition reste dans l'etat

codage
· le codage suivant le principe du manchester est appliqué au signal de transition
· le signal de sortie est ainsi codé en manchester differentiel

nota :
· Le MANCHESTER DIFFERENTIEL n'impose pas de respecter les polarités des fils

Transmission des signaux sur du COAXIAL

nota : Les réseaux à base de connexions par coaxial sont en voies de disparitions.
Bande passante limitée.
Connectique fragile.
Extension du nombres des stations entraînant un arrêt du réseau.
signal issu des applications : binaire
signal issu du modulateur : bande de base
signal modulé : modulation d’amplitude

CSMA-CD - 802.3 CARRIER SENSE MULTIPLE ACCESS / COLLISION DETECTION

Méthode d’accés au média sur un réseau de type Ethernet

Lorsque plusieurs stations se partagent le support de transmission ou média, il faut définir une méthode d’accés. Cette méthode consiste à écouter le support avant d’émettre.
Ce principe d’écoute avant émission de trame se nomme le CSMA-CD.

Pour la compréhension du csma-cd le support est représenté sous la forme d’un bus de type coaxial ( 10 BASE 5 ).

La station A écoute le support, mais il y a déjà une autre trame présente sur le support.
Celle-ci attends la fin de l’acheminement de celle-ci avant de pouvoir elle même émettre sa propre trame à direction de la station B.

Les collisions

Dernier cas de figure, la station A et la station B décident d’émettre en même temps leurs trames. Il y a collisions de trames et superposition de celles-ci. Les données véhiculées par les 2 trames sont perdues.

On commence à entrevoir que le principe même du csma-cd est un protocol qui n’autorise pas un acheminement fiable à 100% des trames sur le réseau.
Ce protocole est dit non déterministe car les collisions sont un processus normal dans le protocole 802.3.

La principale préocupation du comité 802.3 a été de définir le processus de gestion des collisions.


Détection de la collision par les transceivers

Résolution par les stations
Arrêt émission
Jamming pendant 32 bits/time
Attente
Reémission

nota :
Lors des collisions toutes les trames sont irrémédiablement perdues.
Transceiver : Equipement électronique connecté entre le support physique et la NIC ( Network Interface Card ou Carte d'Interface Réseaux ).

Gestion des conflits d’accés ou collisions

Réseau silencieux suivi de 2 stations qui parlent simultanément

Il y a superpositions des trames
Les donnés transmises sont perdues
Les stations doivent réemettrent leurs trames
16 tentatives maximum seront tentées. Cela se nomme le BACK-OFF.
Si échec, envoi d’un message avec couches supérieurs

· Principe d’une détection de collision
La station via sont transceiver de sa carte réseau détecte une émission et une réception simultanée.
A ce moment-là, la station concerné par la détection envoie des bits de renforcement de collision sur le réseau ; c’est le JAMMING (32bits) permettant à tous les transceivers du réseau d’être informé qu’une collision a eu lieu ; à cause du temps de propagation.
Le temps de propagation est un élément fondamental dans l’architecture ethernet et varie selon le type de support utilisé.

nota (1) : une trame dont la longueur est plus courte que celle précisée par la norme est nommée RUNT. Le runt est détecté si une trame a une longueur de moins de 64 octets.
nota (2) : une trame dont la longueur est plus longue que celle précisée par la norme est nommée JABBER. Le jabber est détecté si une trame a une longueur de plus de 1518 octets.

En résumé
La détection de la collision est effectuée par le transceiver (1).
Arrêt de l’émission.
Jamming 32 bits d’écoute avant d’engager un processus de temporisation.
Attente de 51µs à 5ms en 10 Base T . Cette attente fait appel à un générateur de tempo aléatoire.
Attente de 5,1µs à 0,5ms en 100 Base T.
Réemission de la trame.

Le round trip delay

Le round trip delay est le temps de propagation aller-retour (1) y compris le temps d’écoute après émission pendant 51,2 µs.
L’origine du round trip delay a été calculé lors de l’établissement de la norme avec du coaxial épais.
(1) On dit aussi temps de retournement
Configuration maximale avec 5 segments de 500 mètres interconnectés par 4 répéteurs avec un support cuivre de type coaxial : 10 Base 5 ou coaxial épais.

Round Trip Delay = Temps total
Propagation Aller
Détection d’une collision a l’extrémité du réseau.
Propagation Retour

· Temps de propagation Ethernet COAX EPAIS = 25.6 µs un aller + un retour = 51.2 µs
· Coefficient de vélocité égal à 0,77 : temps de propagation dans le câble d’un signal électrique/vitesse de la lumière ( 300000 km/s ).
· Dans le cas d’une longueur minimun de 64 octets nous aurons donc 512 bits
affectés pour une trame.
· Cette longueur de trame sera la plus courte de toutes les possibilités d’émission. ( hormis le runt qui est une anomalie )

· La trame se compose d’un champ préambule servant à synchroniser les récepteurs.
· Un champ @destination renseignant sur le ou les destinataires de la trame.
· Un champ @source renseignant l’origine de l’émetteur de la trame.
· Un champ longueur renseignant la longueur de la trame.
· Un champ info renseignant sur les données utiles.
· Un champ FCS assurant le contrôle d’intégrité de la trame ( CRC ).

Le délai d’inter-trames

Pourquoi un délai inter-trames si c’est la même station qui parle ?

Ce délai est imposé par la norme afin de ne pas monopoliser le droit de parole. Il permet à d’autres stations de s’insérer à leurs tours.
Il permet aussi la ré-initialisation des processus liées aux couches 2 et 1 ainsi que la stabilisation électrique du support de transmission.
10 Base T = 9,6 µs de délai inter-trames.
100 Base T = 0,096 µs de délai inter-trames.

L’effet pervers d’une station qui aurait un droit de parole permanent serait assimilé comme un JABBER et violerait le protocol du csma-cd.
Il peut arriver qu’un réseau constitué de stations hétérogènes puisse avoir des anomalies de prise de parole avec des machines anciennes (1) équipées de carte réseaux aussi anciennes.
(1) station de type 80286 ou 80386 avec peu de ressources mémoires et disques.


Paramètres de base

Topologies

BUS

Dans les réseaux de type bus on trouve tous les types de coaxiaux.
· Le gros coaxial ou 10 BASE 5
· Le petit coaxial ou 10 BASE 2
· Le câble CATV ou 10 BROAD 36

GROS COAXIAL : 10 BASE 5

( l’origine de toutes les règles du csma-cd )

· coaxial 50 ohms - diamètre 10 mm - double blindage
· atténuation = 8,5 dB/500m a 10 Mhz
· coefficient de vélocité = 0,77
· jaune ou orange avec des anneaux noirs tous les 2,50m
· transceivers tous les 2,50m et 100 maxi au total sur un segment de 500 mètres

Utilisation :
· arete centrale
· milieu perturbé
· segment long




BUS PETIT COAXIAL : 10 BASE 2

· coaxial 50 ohms - diamètre 4,6 mm
· atténuation = 4,6 dB/100m a 10 Mhz
· coefficient de vélocité = 0,65
· gris ou noir
· transceivers tous les 0,50m et 30 maxi au total sur un segment de 185 mètres

nota : le câble servant à relier les stations se nomme RG58CU ( cuivre ) ou RG58AU ( aluminum ) . Il est utilisé pour les transmissions CB ( citizen bands ) en 27 Mhz.

ETOILE

Le réseau étoile communément appelé STARLAN se compose de câbles L120 multibrins ou CTD20. Ce câble est composé par 4 paires torsadées non blindées.

· Couleur ivoire
· Impédance 120 ohms
· Diamètre 0,40 à 0,65 mm
· Longueur des segments n’éxcédant pas 100 mètres avec les câbles de liaisons.
· Bande passante de 100Mhz ( cat 5 ).
· Coefficient de vélocité 0,78


Le câble relie la station au HUB

ANNEAU

Token ring - 802.5

Les performances du token ring ( license IBM ) lui permettent de supporter une charge de 50% de manière quasi continuelle sans perte de performances.
A titre de comparaison, un réseau token-ring à 4 Mb/s est aussi performant voir sinon plus qu’un réseau ethernet à 10 Mb/s.
Des pointes à 100% sont possibles. Ce protocol est dit déterministe car toutes les stations du réseau ont un droit de parole cyclique et perpétuel.
Certaines entreprises n'ont pas adoptées le token ring en raison des surcoûts engendrés par sa mise en oeuvre et son caractère propriétaire.

Le jeton est une trame qui diffère de celle de l’ethernet 802.3, mais qui dans le principe lui ressemble assez. Il existe des inter-connections entre token-ring et ethernet mais ces matériels actifs restent relativement onéreux.

Topologie en ethernet coaxial

Voici présenté un des cas typique d’une topologie représentant le maximum théorique possible admissible sur un LAN en ethernet BUS ( 10 Base 5 ).
De ce cas théorique sera tiré la longueur des segments avec pour corollaire la prise en compte du temps de propagation (1) et bien entendu le round trip delay qui sera appliqué à tous les modèles de topologies en ethernet.

(1) : Vitesse de propagation = 0,77 x C
· C — > vitesse de la lumière = 300 000 km/s
· 0,77 — > coefficient de propagation donné par le constructeur du câble
· Lors d’une mesure de câble avec un testeur, il peut-être demandé d’introduire la valeur du coefficient de propagation afin d’avoir la longueur la plus précise possible lors de la mesure du segment.

Topologie en ethernet coaxial et fibre optique

Dans ce cas théorique, la longueur des segments peut-être de 500 mètres ( 10 Base 5 ) avec une option fibre optique intercalée au milieu du réseau.

Longueur d’un segment cuivre coaxial= 500 mètres
Longueur d’un segment optique = 1000 mètres

Longueur maximum entre les extrémités = 2500 mètres interconnecté par 2 HUBS maxi

On peut moduler le matériel actif comme bon nous semble dans la mesure ou on ne dépasse jamais les 4 niveaux ethernet garant d’un round trip delay correct.

Topologie en ethernet avec paires torsadées

Voici présenté un des cas typique d’une topologie représentant le maximum théorique possible admissible sur un LAN en ethernet ETOILE.

nota : Important les 4 segments ci-dessus ne doivent pas dépasser 100 mètres en cuivre . ( paires torsadées de type L120 ou CTD20 )

Topologie en ethernet avec paires torsadées et fibre optique

Dans ce cas théorique, la longueur des segments peut-être de 100 mètres interconnectés par une ou deux fibre optique d’une longueur maximum de 1000 mètres.

nota : La longueur totale est de 2300 mètres, donc inférieure au 2500 mètres maximum autorisé.

La fibre optique multimode à gradian d’indice

· Bande passante : 1Ghz
· Emission par diode laser
· Longueur : 1000 mètres sans répéteur
· Longueur d’onde : 62,5 µm / 125 µm
· Atténuation : 3,75 dB/km

L’utilisation de la fibre optique pour la construction du réseau ethernet offre tous les avantages inhérents à la fibre, tel que la sécurité du personnel et du matériel pour les liaisons inter-bâtiment ou l’intégrité et la confidentialité des informations.
De plus la fibre autorise des liaisons grandes distances entre les équipements ( de 1 à 2 kms avec répéteurs ) et permet de s’affranchir de l’équipotentialité des terres entre les bâtiments.

On trouve les composants actifs suivants :
· le transceiver ( transmetteur ) optique
· le répéteur optique point à point ou multipoint
· l’étoile optique

Le matériel optique

Le transceiver optique permet de relier des équipements (stations, répéteurs,concentrateurs) au réseau à 10 Mbp/s, en assurant l’interface entre le cuivre (coaxial,paires torsadées) et la fibre optique.
Son rôle est d’assurer la conversion du support physique (optique - électrique), ainsi que la continuité physique entre le câble optique (fibres optiques émission et réception) et le câble de descente multipaire en cuivre (AUI : attachment unit interface).

Photo ci-dessus : transceiver optique à 100Mbp/s