average queueing delay

(1)

LPSIL ADMIN 2014– M.A. Peraldi-Frati - IUT Nice Côte d’Azur

III - Couche physique Niveau 1

54

(2)

LPSIL ADMIN 2014-- IUT Nice Côte d’Azur

Son rôle

La couche physique est chargée de la transmission des signaux électriques ou optiques entre les interlocuteurs.

Emission et la réception d'un bit ou d'un train de bits continu.

Elle transmet un flot de bits sans en connaître la signification ou la structure.

Elle code l'information pour l'adapter au support de transmission et effectue la conversion entre bits et signaux électriques,

électromagnétiques ou optiques.

Elle normalise les signaux envoyés sur le support (analogique / numérique, voltage, optique etc…) ainsi que le type et la

longueur des câbles, les connecteurs utilisés…

55

(3)

Supports physiques de transmissions

Circulation des informations entre les équipements de transmission.

Trois catégories principales, selon le type de grandeur physique qu'ils permettent de faire circuler :

Les supports filaires permettent de faire circuler une grandeur électrique sur un câble généralement métallique

Les supports aériens désignent l'air ou le vide, ils permettent la circulation d'ondes électromagnétiques ou radioélectriques diverses

Les supports optiques permettent d'acheminer des informations sous forme lumineuse

56

(4)

Supports physiques de transmissions

Circulation des informations entre les équipements de transmission.

Trois catégories principales, selon le type de grandeur physique qu'ils permettent de faire circuler :

Les supports filaires permettent de faire circuler une grandeur électrique sur un câble généralement métallique

Les supports aériens désignent l'air ou le vide, ils permettent la circulation d'ondes électromagnétiques ou radioélectriques diverses

Les supports optiques permettent d'acheminer des informations sous forme lumineuse

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(5)

Représentation d’un bit

1 bit correspond à une impulsion signifiant 0 ou 1

Exemples :

Signal électrique : 0 = 0 volts et 1 = +5 volts

Signal optique : 0 = faible intensité et 1 = forte intensité

Transmission sans fil : 0 = courte rafale d’onde et 1 = rafale d’onde plus longue

58

(6)

Affectation d’un bit lors de sa transmission

Propagation : temps mis par un bit pour se déplacer dans le média

Atténuation : perte de la force (amplitude) du signal

Bruit : ajout indésirable d’énergie à un signal causé par des sources d’énergie se trouvant à proximité

Dispersion : étalement des impulsions dans le temps

Gigue : variation du délai de transfert de l’information

Latence : retard de transmission causé par le temps de

déplacement d’un bit dans le média et la présence de circuits électroniques dans le cheminement

Collisions : lorsque deux ordinateurs utilisant le même segment de réseau émettent en même temps

59

(7)

Signal numérique variant de manière discontinue dans le temps

Signal analogique variant de manière continue dans le temps

Pour transmettre des données, on peut soit utiliser :

Deux techniques de transmission

60

(8)

Les codages en bande de base

Les codages usuels sont :

le code tout ou rien

le code NRZ (non retour à zéro)

le code bipolaire

le code Manchester

61

(9)

C'est le plus simple:

un tension nulle code le « 0 »

une tension positive indique le « 1 »

Problème 1 : composante continue non nulle, échauffement par effet de Joule Problème 2 : pas de disctincion entre 0 et pas de transmission (panne)

Code tout ou rien

62

(10)

Problème 1 : désynchronisation possible sur de longues séquences identiques Problème 2 : dépendance vis-à-vis de la polarité

On code :

par une tension négative le « 0 » par une tension positive le « 1 »

Code NRZ (Non Return to Zero)

63

(11)

Code tout ou rien dans lequel :

le « 0 » est représenté par une tension nulle;

le « 1 » est représenté par une tension alternativement positive ou négative pour éviter de maintenir des tensions continues.

Avantage : indépendant de la polarité

Problèmes de désynchronisation et de détection de transmission

Code Bipolaire

64

(12)

Le signal change au milieu de l'intervalle de temps associé à chaque bit.

Au milieu de l'intervalle il y a une transition de bas en haut pour un « 0 » (front montant) et de haut en bas pour un « 1 » (front descendant).

Principe : XOR entre les données et l’horloge Codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/s

Code Biphase ou Manchester

1 0 0 1 1 1 0 1

65

(13)

Le temps dans les réseaux :

Perte de paquet ou délai

File d’attente des paquets dans les routeurs

Si le taux d’arrivée des paquets en entrée dépasse le capacité en sortie Paquets bufferisés, attente de leurs tours

A

B

packet being transmitted (delay)

packets queueing (delay) free (available) buffers: arriving packets dropped (loss) if no free buffers

Traduit des slides de J.F Kurose and K.W. Ross, 66

(14)

Le temps dans les réseaux :

4 sources de délais

T

_proc:

nodal processing

Verification CRC (Bit errors) determine lien de sortie

Temps moyen < msec

A

B

propagation transmission

nodal

processing queueing

T

_queue

: delay d’attente

Temps pour obtenir le lien de transmission

dépend de la congestion du routeur

T_nodal = T_proc + T_queue + T_trans + T_prop

(15)

T_trans: transmission delay:

L: taille du paquet(bits) B: bande passante lien(bps)

T_trans = L/B

T_prop: propagation delay:

d: longueur du lien de transmission v: vitesse de propagation dans le

lien (~2x10⁸ m/sec) T_prop = d/v

T_transet T_prop Très différents

propagation

nodal

processing queueing

T_nodal = T_proc + T_queue + T_trans + T_prop A

B

transmission

Le temps dans les réseaux :

4 sources de délais

(16)

Analogie avec le trafic routier (1)

Une voiture se “propage” à 100 km/hr

Cabine péage prend 12 sec pour servir un ticket (bit transmission time)

Voiture ~bit; caravane ~ paquet

Q: combien de temps avant que la caravane soit présente au second péage ??

Temps pour que la

caravane complète atteigne la voie rapide = 12*10 = 120 sec

Temps pour que la dernière voiture se propage du

premier au second péage : 100km/(100km/hr)= 1 hr R: 62 minutes

Péage Péage

Caravane

de 10 voitures

100 km 100 km

(17)

Supposons que les voiture se“propage” à 1000 km/hr

Supposons que péage prenne une minute pour servir une voiture

Q: Est ce que des voitures peuvent arriver avant que la dernière ne soit dans le péage 1 ? Au bout de combien de temps la première voiture atteint le second péage ?

R : : Oui ! Après 7 min, la première voiture arrive au second péage alors que 3 voitures sont toujours au premier.

Analogie avec le trafic routier (2)

Péage Péage

Caravane

de 10 voitures

100 km 100 km

(18)

B: Bande passante lien (bps)

L: taille du paquet (bits)

a: taux d’arrivée moyen des paquet

traffic intensity

= La/B

La/B ~ 0: Délai moyen d’attente faible

La/B -> 1: Délai moyen d’attente important

La/B > 1: plus de débits que ce qui peut être traité délai moyen infini.

average queueing delay

La/B ~ 0

Queueing delay (revisited)

La/R -> 1

Analogie avec le trafic routier (3)

(19)

IV – Niveau 2 Adresse MAC – Protocole Ethernet

72

(20)

Protocoles de la couche réseau 3

Ethernet / IEEE 802.3 IP

ARP ICMP

UDP TCP

ping DHCP

Transport

Réseau

Liaison

Application ^traceroute

Médium de communication Physique

73

(21)

Couche liaison niveau 2

Découpage des données en trames.

Donne une signification aux bits qui sont transmis sur le réseau

Elle doit acheminer sans erreur des blocs d'information utilisateur sur la liaison physique :

Contrôle d’intégrité : détection et de correction d’erreurs élémentaires dues au support physique imparfait et signale à la couche réseau les erreurs irrécupérables.

Reconnaissance des débuts et fin de trames réceptionnées.

Spécifications des tailles et moyens d’adressage des paquets.

Elle s’assure que deux ou plusieurs nœuds n’essaient pas de transmettre des données sur le canal (partagé) de transmission en même temps.

Identification des trames par adresse MAC

Exemples :

HDLC (High Data Link Protocol), PPP (Point to Point Protocol), Ethernet (IEEE 802.3).

74

(22)

Qu’est Qu’est Qu’est

Qu’est ce ce ce qu’une ce qu’une qu’une qu’une Adresse Adresse Adresse Adresse MAC MAC MAC MAC ? ? ? ?

MAC = Media Access Control

Chaque équipement ethernet une adresseMAC unique, qui est “gravé" dans le matériel BIA (Burn-In Address)

Une adresse MAC identifie un équipement (un noeud) à l’intérieur d”un réseau local.

Une adresse MAC est constituée de six octets généralement affiché en valeur hexadécimal

e.g., 00-0A-CC-32-FO-FD

NB: L’’adresse MAC est écrite sur la carte d’interface réseau du PC.

http://www.reseaucerta.org/outils/simulateur/adressemac.swf

75

(23)

Adresse MAC (Medium Access Control )

• L’adresse de niveau 2 d’un élément de réseau

• Format : 6 octets en hexadécimal séparés par “:” ou “–”

•l’OUI (Organization Unique Id) 3 octets

•l’adresse matérielle spécifique(Product ID) 3 octets.

Trame Ethernet

• SA MAC Address L’adresse MAC de la station source

• DA MAC Address L’adresse MAC de la station destinataire

• ET Ether type : type de données encapsulées

• Les données

Mode de transmission sur ethernet

•Unicast MAC Address 0A:00:81:2F:42:51 Une adresse MAC désignant une seule station

•Multicast MAC Address 01:xx:xx:xx:xx:xx (premier octet impair)

Une adresse MAC désignant plusieurs stations (un groupe )

•Broadcast MAC Address FF:FF:FF:FF:FF:FF

Adresse MAC de diffusion qui désigne l’ensemble des stations du domaine de collision concerné.

0A:00:81:2F:42:51

données DA SA

MAC@ MAC@

MAC@

OUI PID

Le niveau liaison de données:

Le niveau liaison de données: Le niveau liaison de données:

Le niveau liaison de données:

Système d’adressage Système d’adressage Système d’adressage Système d’adressage

76 ET

(24)

Obtention Obtention Obtention

Obtention de de de de l’adresse l’adresse l’adresse l’adresse MAC d’un MAC d’un MAC d’un équipement MAC d’un équipement équipement ? équipement ? ? ?

Windows 9X/Me: winipcfg, arp -a

Windows NT, 2000, and XP: ipconfig /all

Linux: ip maddr, ip neigh, arp

NB :

"00-00-00-00-00-00" n’est pas une adress MAC valide.

Votre carte réseau rejettera cette valeur et maintiendra l’adresse d’origine.

Il est possible de modifier l’adresse mac d’une machine. … http://www.klcconsulting.net/smac/ or portable apps kmac

77

(25)

Taille des trames ethernet / IEEE 802.3

Taille maximale = 1518 octets

Empêche une station de monopoliser le canal pendant trop longtemps

Valeur arbitraire

Taille minimale = 64 octets

Détection des collisions

64 octets (MAC, CRC inclus) + 8 octets (en-tête trame physique -

préambule) = 72 octets au total sur la ligne = plus petite trame correcte Si la quantité de données transportées ne permet pas de remplir

une trame, il faut ajouter des octets de bourrage (padding)

78

(26)

Transfert des trames ethernet à l’intérieur

Se fait au niveau des switchs Ethernet

Il est parfois nécessaire de séparer les machines d’un même LAN

Exemple : machines RH séparées des machines R&D dans une entreprise

Utilisation de VLANs

Etanchéité des communications

79

LAN1

(27)

VLAN ( Virtual Local Area Network )

Un VLAN est un ensemble d’unités regroupées quelque soit l’emplacement de leur segment physique

Le VLAN permet de définir un nouveau réseau au-dessus du réseau physique et à ce titre offre les avantages suivants :

Plus de souplesse pour l'administration et les modifications du réseau (e.g.

mobilité) car toute l'architecture peut être modifiée par simple paramètrage des commutateurs

Gain en sécurité car les informations sont encapsulées dans un niveau supplémentaire et éventuellement analysées

Réduction de la diffusion du trafic sur le réseau

(28)

Types de VLAN

VLAN statique ou de niveau 1 : les ports du commutateur sont affectés aux différents VLAN

Facilité d’administration

Fonctionnent bien dans les réseaux où les déplacements sont contrôlés et gérés

VLAN dynamique ou niveau 2 : les ports des commutateurs

peuvent automatiquement déterminer leur VLAN d’appartenance.

Filtrage basé sur :

Les adresses MAC

L’adressage IP

D’autres paramètres

Cette méthode est celle qui demande le moins d’administration au niveau du local technique

(29)

Fonctionne comme un pont transparent

Permet de définir des groupes de machines formant des LAN arbitraires, changeables par logiciel au gré de la configuration : les «Virtual LAN » (VLAN)

• Plusieurs switches peuvent supporter un même ensemble de VLAN, on parle de domaine de commutation.

• Ils sont alors reliés entre eux par un Inter Switch Link, aussi appelé Trunk (Tronçon), qui supporte sans les mélanger les trafics des différents VLANs (norme IEEE 802.1Q

Attention le switch doit donc être configuré en SpanningTree pour éviter les boucles.

VLAN A

VLAN B

VLAN A

VLAN B ISL (Trunk)

Switch 1

Switch 2

Inter Switch Link ou mode Inter Switch Link ou mode Inter Switch Link ou mode

Inter Switch Link ou mode trunk trunk trunk trunk

spanning_tree1.swf

82

(30)

type

2-byte Tag Protocol Identifier (value: 81-00)

Tag Control Information (12 bit VLAN ID field, 3 bit priority field like IP TOS)

Recomputed CRC

Format Format Format

Format trame trame trame trame 802.1Q VLAN 802.1Q VLAN 802.1Q VLAN 802.1Q VLAN

802.1 frame

802.1Q frame

dest.

address

source

address data (payload) CRC

preamble

dest.

address

source address

preamble data (payload) CRC

type

(31)

Boucles dans les VLAN : spanning tree

Cas de boucle dans l’interconnexion des switchs

Cause : Le broadcast généré par exemple par les requêtes ARP

Comme il n'existe aucun moyen de

supprimer les trames Ethernet, comme sur IP avec le TTL, cela encombre les liens et génère des broadcast storm

Duplication de trames unicast

A cause des boucles, un PC peut recevoir plusieurs fois une même trame !

Remède : Protocole SpanningTree

84

(32)

Protocole de spanning tree

But : Ramener un réseau ayant une topologie physique qui contient une boucle en une topologie

logique d’arbre.

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spanning_tree1.swf