Les réseaux Technologies IP Les protocoles Ethernet et IEEE 802

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Les réseaux Technologies IP

Les protocoles Ethernet et IEEE

802

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Réseaux – technologies IP Ethernet et 802.3 2

Les protocoles de réseaux locaux sont des protocoles de niveau 2 (couche 2 OSI)

=> Créer une liaison entre stations

Réseaux locaux permettent:

Accéder au support

Dialoguer avec une autre station sans effectuer de routage Toutes les stations peuvent lire une trame sur le réseau.

Identifier une station par une adresse Un Paquet au niveau 2 s’appelle une Trame ! EX: Ethernet, WIFI, Token ring, …

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•Sont généralement composés de 3 sous-couches:

•Niveau Physique

•MAC (medium acces unit)

Indique comment accéder au support de communication Ex: CSMA/CD pour Ethernet, CSMA/CA pour wifi

•LLC (Logical Link Control) permet de corriger les erreurs de transmission

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Protocole ALOHA

But: raccorder des îles avec un protocole simple utilisant les ondes radios Envoi des données, si collision=> retransmission

ÞPerte importante lors des collisions

Protocoles CSMA (Carrier Sense Multiple access)

But: écouter le support avant d’émettre=> réduit les risques de collisions Différentes techniques:

CSMA/CD pour Ethernet CSMA/CA pour wifi

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Ethernet (net sur ether= réseau sur bus)

80% des réseaux locaux ! (mais en diminution avec les protocoles type Wifi) Ø But:

simple

peu coûteux

détecter des collisions de paquets

Attention: deux protocoles a ne pas confondre : 802.3 (IEEE) et Ethernet (^Dec,

intel Xerox) qui sont très proches.

Conception

^originale

de R. Metcalfe (

¹⁹⁷⁶

)

Non buts:

fiable priorité sécurité

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Application Présentation

Session Transport

Réseau Liaison Physique

niveau de contrôle

LLC

niveau MAC

niveau physique

unité de raccordement

802.2

802.3

MEDIUM

IEEE 802 Ethernet

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? ?

Préambule : 7 octets

Délimiteur de début de trame SFD : 1 octet Adresse destination : 6 octets

Adresse source : 6 octets

Type données ex: paquet IP (

^{2 octets}

) Données (0-1500 octets)

Padding (0-46 octets)

Contrôle FCS (4octets)

La trame Ethernet

=Trame MAC

IFS

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Preambule: suite de 0 et de 1 alternés: permet de synchroniser l’emetteur et le récepteur

Champ de contrôle pour code correcteur

permet d’assurer que la trame recue est correcte taux d’erreur: 1/ 4.3 millards

Un code correcteur permet de détecter une erreur mais peut aussi la corriger Ex: code de Hamming, codes polynomiaux (CRC)

IFS: temps inter trame = 9.6µs

temps minimum de repos du support, permet aux autres stations de prendre la main

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ADRESSAGE

Les adresses Ethernet sont codées sur 48 bits (6 octets).

syntaxe :

adresse individuelle : comprend le premier bit transmis à 0 (premier octet d'adresse pair) 08:00:20:09:E3:D8 ou 8:0:20:9:E3:D8

ou 08-00-20-09-E3-D8 ou 08002009E3D8 Adresses spéciales:

Adresse Broadcast: FF:FF:FF:FF:FF:FF

Adresse Multicast: le premier bit d' adresse transmis est égal à 1 (le premier octet de l'adresse est impair) :

09:00:2B:00:00:0F, 09:00:2B:01:00:00

Chaque carte Ethernet possède une adresse propre, codée physiquement (ne peut être changée)

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RÔLE

détecter l'émission d'une autre station sur le médium (emission d’un signal Carrier Sense), alors que la station est en écoute

transmettre et recevoir des bits sur le médium,

détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (emission d’un signal Collision

Detect)

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elle met en oeuvre le protocole CSMA/CD

elle est chargée de:

Ø

mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission

Ø

gérer la liaison avec le support en écoutant les signaux "Carrier Sense"

et “Collision Detection" émis par le niveau physique.

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802 et Ethernet sont de type CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access) : 1. détecter l'émission d'une autre station sur le câble (Carrier Sense) dans ce

cas ne rien envoyer !

– « J’écoute si aucune station ne communique avant d’émettre »

2. détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (Collision Detect)

– « J’écoute pendant que j’envoi un paquet pour détecter une collision »

On doit avoir 1 seule trame sur le réseau a un instant t Toutes les stations peuvent accéder a la trame

Inconvénient: plus il y a de transmissions, plus il y a de collisions(trames perdues), et plus le réseau se sature !!! Taux d’utilisation du canal: 18% !!!!

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COLLISION : le problème

une station écoute si le câble est libre avant d’émettre

le délai de propagation n’est pas nul => une station peut émettre alors qu’une autre a déjà commencé son émission

les 2 trames se percutent : c’est la collision

plus le réseau est grand (nombre de stations), plus la probabilité d’apparition de collisions est grande

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COLLISION : la solution

Ødétecter une collision en écoutant le support avant d’émettre et pendant l’envoi d’un paquet

Þ Combien de temps écouter ????

Pour un câble de 5 * 500m :

temps de propagation aller-retour d’une trame (Round Trip Delay ou RTD) limité à 50 µs

Þ IEEE 802 et Ethernet définissent un « Slot Time » = temps d’émission à 51.2 µs

Øune station envoi une trame pendant 51.2 µs et écoute pendant 51.2 µs pour savoir si une collision existe

On en déduit:

Pour 10Mbits/s, elle doit envoyer 512 bits Þ taille trame = 512 bits

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COLLISION : la détection

Station S1 Station S2

La collision est arrivée a S2 qui envoie des bits de bourrage

S1 détecte ainsi la collision

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COLLISION : la reémission Algorithme de backoff

= algorithme de reémission d’une trame après collision la station attend R * 51.2 µs tel que

0 <= R < (2*i) -1

R étant un entier « Random » et i = min(n, 10) n = nombre de retransmissions déjà effectuées le nombre de réémissions est limité à 15

Algorithme simple mais ne garantit pas un temps limité pour l’envoi

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Transmission d'une trame :

Le niveau MAC reçoit les données à émettre;

son rôle consiste à:

1. ajouter préambule et SFD aux données de Le niveau LLC, 2. ajouter le padding si nécessaire,

3. ajouter les champs adresse source, adresse destinataire, longueur des données,

4. calculer le CRC et l'ajouter à la trame,

5. envoyer la trame si pas de signal Carrier Sense

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Réception d'une trame : Si pas de collision:

1. réception des bits depuis Le niveau physique,

2. élimine le préambule, le délimiteur de début de trame (SFD), 3. élimine éventuellement le padding,

4. examine l'adresse destination dans la trame et si celle-ci inclut la station :

reconstruit les champs adresses et données

transmet les champs reconstruits à Le niveau LLC,

calcule la séquence de contrôle et indique une erreur si la séquence est erronée

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Plusieurs normes Ethernet :

X BASE Y X=débit du réseau Y= type du support du réseau

10BASE5 (spécification initiale) débit 10Mbits/s sur câble coaxial de 500m (BNC) 10BASE2, 10BASE T, 10BASE F, 50BROAD36(câbleTV), etc

Actuellement : Les plus répandu:

Giga Ethernet 1GbaseT(rj45 cat 5e, 6, 7) (1GbaseSX, 1GBaseLX fibre optique )

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Le fonctionnement de base d’Ethernet est en half duplex

Depuis 1997, il existe aussi le mode full-duplex (802.3x) qui correspond à une communication point à point entre 2 stations(2 canaux de sens contraire sans partage, utilisation de paires torsadées distinctes)

ÞDébit 200Mbits/s , 100 pour chaque canal

En full duplex, il n’y a plus de collisions, CSMA/CD est inutile

Full-duplex total uniquement avec des switchs full duplex(ethernet commuté) Face aux divers débits et aux modes full, half duplex les stations négocient la connexion

MAIS en full duplex, d’autres pb se posent comme la congestion des switchs

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Norme IEEE 802.3z 1998

Couche Physique 1GBASE SX, LX (>300m <600m), CX(25m)

Couche MAC = CSMA/CD avec tailles min et max de trames conservées pb: vu la vitesse de transmission, il faudrait supprimer 100m de support !!

Solution: augmenter la taille min de trame tout en restant compatible = carrier extension

Taille du slot= 512o

MAIS pour rester compatible il faut garder le format et la taille min de l’ancienne trame=> ajout d’une extension

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Taille de trame en gigabit Ethernet=512o

Si une trame provient de fast Ethernet (trame <512o) alors on ajoute des octets de bourrage dans l’extension qui sont supprimés si la trame revient vers du fast Ethernet

Octets de contrôle (FCS) toujours calculés sur la trame Ethernet classque (sans extension)

Pb: pour des petits paquets on peut avoir jusqu’à 448o de bits de bourrage=>

Defficace proche de fast Ethernet=> paquet bursting

Réseaux – technologies IP Ethernet et 802.3

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Paquet bursting:

Principe: envoyer plusieurs trames courtes avec1 seule acquisition de canal (comme si un paquet était émis)

Burst timer=limitation du temps pendant le lequel l’émetteur garde le droit d’émettre

1ere trame placée dans un slot (doit faire 512o) les autres sont ajoutées à la suite jusqu’à la fin du burst timer

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Gigabit Ethernet full duplex

pas de risque de collision (1 support/sens de transmission), collisions uniquement possible dans les répéteurs/switchs qui utilisent de la mémoire tampon

Pb: éviter la saturation => contrôle de congestion

Gigabit Ethernet half duplex

utilise CSMA/CD classique

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Norme 802.3ae, 2002-20012

Fonctionne en full duplex uniquement (plus de csma/cd optionnel) Mais supporte toujours la trame Ethernet 802.3

Taille de réseau, jusqu’à 40km

Plusieurs Couches phy:

10G BASE T (sur cat 7 bp 500Mhz) cat6=> utilisation sur 36m cat7=> utilisation sur 100m 10G BASE SR, LR, LX4

10G BASE CX4

10G BASE W (sonet, sdh)

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Groupe IEEE 802.3ba travaille sur normes 40 à 100 Gbps sur fibre et cuivre Normes approuvées entre 2010 et 2013

• 40 Gigabit Ethernet, ou 40GbE, (trame 802.3 préservée)

• 100 Gigabit Ethernet, ou 100GbE, (trame 802.3 préservée)

• 200 et 400GBps (IEEE 802.3bs)

• 2025: 800Gbps prévu

• =>Standard de trames preservé (format, tailles mini et maxi), full-duplex

• De nouveaux connecteurs et types de cables

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•Ethernet = réseau à diffusion et à débit fixe

•niveau de performance inversement proportionnel au nombre d'acteurs

•plus on est nombreux à parler, plus le réseau est dégradé jusqu'à l'écroulement possible.

•Pour un réseau ou l’industriel spécifie un débit de 10 Mbits, on obtient en moyenne 5 Mbits.

Les solutions :

•segmenter le réseau avec des switchs

•identifier des raisons de charge anormale : utiliser un analyseur (analyse la charge et identifie l'auteur de la charge anormale).

•mesurer le taux de collisions moyen du réseau; si celui-ci est trop élevé (au delà de 10% des trames transmises), vérifier le matériel,

analyser chaque segment, envisager une nouvelle segmentation.

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La passerelle P interconnecte les réseaux A et B.

• Le rôle de la passerelle P est de transférer sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés au réseau B et inversement.

• Ex: les routeurs possèdent une connexion sur chacun des réseaux:

P

Réseau A Réseau B

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Les passerelles applicatives :

(en anglais "gateways") sont des sysèmes matériels et logiciels

permettant de faire la liaison entre deux réseaux, servant notamment à faire l'interface entre des protocoles différents.

la passerelle crée un pont entre deux réseaux.

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Utilisation de jpcap:

liste des interfaces:Jpcap.getDeviceDescription();

ouverture: Jpcap Capture = Jpcap.openDevice(Jpcap.getDeviceList()[1], 1024, false, 20);

capture: Capture.loopPacket(-1, this); (-1 infiniement)) Lecture des trames TCP:

if (arg0 instanceof TCPPacket) {

TCPPacket tcppckt = (TCPPacket) arg0;

if ( !tcppckt.dst_ip.toString().equalsIgnoreCase(interfaceIpAdress) &&

tcppckt.syn && !tcppckt.ack ) {

System.out.println("Connection being initiated from ["+tcppckt.src_ip+"] ->" +"

["+tcppckt.dst_ip+"] on port["+tcppckt.dst_port+"]");

} }

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import jpcap.*;

public class EthernetDumper implements JpcapHandler{

finalString interfaceIpAdress = "10.0.0.1";// adresse Ip de notre interface réseau public Jpcap Capture ;

public JpcapWriter writer ; publicEthernetDumper(){

}

private boolean init() { try{

Capture=Jpcap.openDevice(Jpcap.getDeviceList()[1], 1024, false, 20);

Capture.loopPacket(-1,this);

return true;

}catch(java.io.IOException e1) {

System.err.println("Unable to dump !!!");

return false;

} }

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public void handlePacket(Packet arg0) { if(arg0 instanceof TCPPacket){

TCPPacket tcppckt = (TCPPacket) arg0;

if(!tcppckt.dst_ip.toString().equalsIgnoreCase(interfaceIpAdress)&&tcppckt.syn && !tcppckt.ack ) {

System.out.println("Connection being initiated from ["+tcppckt.src_ip+"]->"+["+tcppckt.dst_ip+"] on port["+tcppckt.dst_port+"]");

}

} }

public static void main(String[] args) {

EthernetDumperDump_1 = new EthernetDumper();

if(!Dump_1.init()){

System.exit(1);

} } }