Full-duplex
Extrait du référentiel : BTS Systèmes Numériques option A (Informatique et Réseaux) Niveau(x) S7. Réseaux, télécommunications et modes de
transmission
S7.3. Protocoles de bas niveau S7.6. Réseaux locaux industriels (RLI)
Synchrone/asynchrone, half/full duplex, bipoint/multipoints
Ethernet, Ethernet industriel temps réel, CAN, I2C, ASI, etc.
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Objectifs du cours :
Ce cours traitera essentiellement les points suivants : - La norme Ethernet full-duplex
- La segmentation des LAN : - avec des ponts - avec des routeurs - avec des commutateurs
LA NORME ETHERNET FULL-DUPLEX
Le mode Ethernet full duplex permet de transmettre un paquet et d'en recevoir un autre simultanément. Ces transmission et réception simultanées nécessitent l'utilisation d'un câble contenant deux paires de fils et d'une connexion commutée entre chaque nœud. Cette connexion est considérée comme une connexion point à point et s'effectue sans collision. Comme les deux nœuds peuvent transmettre et recevoir en même temps, il n'y a pas de négociation pour
l'obtention de la bande passante. Les réseaux Ethernet full duplex peuvent utiliser un média partagé existant pour autant que le média satisfasse aux normes Ethernet minimales.
Pour transmettre et recevoir simultanément, un port spécialisé est nécessaire dans le cas de chaque nœud. Les connexions en mode full duplex peuvent utiliser du média 10Base-T, 100Base-
TX ou 100Base-FX pour créer les connexions point à point. Les cartes réseau installées aux deux extrémités doivent offrir des capacités full duplex.
Le commutateur Ethernet full duplex tire parti des deux paires de fils du câble grâce à l'établissement d'une connexion directe entre l'émetteur (TX) à une extrémité du circuit et le récepteur (RX) à l'autre extrémité. Lorsque les deux stations sont connectées de cette façon, un domaine sans collision est créé, car la transmission et la réception des données s'effectuent sur deux circuits non concurrents.
En règle générale, Ethernet utilise seulement entre 50 et 60 % de la bande passante de 10 Mbits/s disponible en raison des collisions et de la latence. Le mode Ethernet full duplex offre 100 % de la bande passante dans les deux directions. Cela produit un débit potentiel de 20 Mbits/s : 10 Mbits/s en transmission et 10 Mbits/s en réception.
Norme Distance
10BASE-T/100BASE-TX 100 mètres
10BASE-FL/100BASE-FX 2 kilomètres
LA SEGMENTATION DES LAN
Un réseau peut être divisé en unités plus petites appelées segments. Chaque segment utilise le mode d'accès CSMA/CD et assure le trafic entre les utilisateurs sur le segment.
La figure ci-dessous présente un exemple de réseau Ethernet segmenté.
Le réseau complet comporte 15 ordinateurs (6 serveurs de fichiers et 9 PC). Grâce à l'utilisation des segments dans un réseau, un nombre inférieur d'utilisateurs/d'unités se partagent les 10 Mbits/s lorsqu'ils communiquent les uns avec les autres à l'intérieur d'un segment.
La segmentation permet d’isoler le trafic entre les segments.
La segmentation augmente la bande passante disponible pour chaque utilisateurs en créant des domaines de collision plus petits.
Chaque segment constitue son propre domaine de collision.
La division du réseau en trois segments permet à un administrateur réseau de réduire la
congestion réseau à l'intérieur de chaque segment. Lorsqu'ils transmettent des données au sein d'un segment, les cinq unités de chaque segment partagent une bande passante de 10 Mbits/s par segment. Dans un LAN Ethernet segmenté, les données échangées entre les segments sont transmises sur le « backbone » du réseau en empruntant un pont, un routeur ou un commutateur.
LA SEGMENTATION LAN AVEC LES PONTS
Contrairement aux LAN qui n'utilisent pas de pont pour effectuer la segmentation, les réseaux qui en utilisent un fournissent plus de bande passante par utilisateur, car il y a moins d'utilisateurs par segment.
Table de pontage
Les ponts « apprennent » la segmentation d'un réseau en créant des tables d'adresses qui renferment l'adresse de chacune des unités du réseau, ainsi que le segment à utiliser pour atteindre cette unité. Les ponts sont des unités de couche 2 qui acheminent des trames de données en fonction des adresses MAC contenues dans les trames. De plus, les ponts sont transparents pour les autres unités du réseau.
Ils augmentent le temps de latence (attente) d'un réseau de 10 à 30 %. Cette latence est due au temps que doivent consacrer le ou les ponts à la prise de décisions au moment de transmettre les données. Un pont est considéré comme une unité de type « Store and Forward » parce qu'il doit examiner le champ adresse de destination et calculer le code de redondance cyclique (CRC) dans le champ de séquence de contrôle de trame avant de transmettre ladite trame vers tous les ports.
Si le port de destination est occupé, le pont peut temporairement stocker la trame, jusqu'à ce qu'il soit à nouveau disponible.
Segmentation LAN avec des ponts
Le temps pris pour exécuter ces tâches peut ralentir les transmissions sur le réseau, entraînant par là même un temps de latence accru.
Un pont apprend l’emplacement des stations en examinant les adresses MAC d’origine. Si un pont reçoit une trame et ne reconnait pas l’adresse d’origine ou de destination, il ajoute l’adresse à sa table et envoie la trame par toutes ses interfaces, à l’exception de celle par laquelle la trame est arrivée. Lorsque la réponse revient, le pont examine l’adresse d’origine et ajoute la station à sa table de pontage.
LA SEGMENTATION LAN AVEC LES ROUTEURS
Les routeurs sont plus évolués que les ponts. Un pont est passif sur le réseau et fonctionne au niveau de la couche liaison de données. Un routeur fonctionne au niveau de la couche réseau et fonde toutes ses décisions en matière d'acheminement des données entre les segments sur l'adresse de niveau protocole de la couche réseau. Les routeurs créent le plus haut niveau de segmentation en acheminant les données au concentrateur auquel les stations de travail sont connectées. Un routeur prend des décisions relatives à l'acheminement en examinant l'adresse de destination du paquet de données et recherche les instructions d'acheminement dans sa table de routage. Un routeur doit examiner un paquet afin de déterminer le meilleur chemin à emprunter pour acheminer ce paquet vers sa destination. Ce processus prend du temps. Les protocoles qui
exigent l'envoi d'un accusé de réception du destinataire à l'émetteur pour chaque paquet livré (connu sous le nom de protocoles orientés accusé de réception) affichent une perte de débit de 30 à 40 %. Les protocoles qui nécessitent l'envoi minimal d'accusés de réception (protocoles à
fenêtre glissante) affichent une perte de débit de l'ordre de 20 à 30 %. Cette diminution s'explique par le fait qu'il y a moins de trafic de données entre l'émetteur et le destinataire (ce qui signifie moins d'accusés de réception).
Segmentation LAN avec des routeurs
La segmentation à l’aide de routeur est plus facile à gérer. Elle se caractérise par une fonctionnalité accrue. Il existe de multiples chemeins actifs.
Les routeurs fonctionnement au niveau de la couche 3.
LA SEGMENTATION LAN AVEC LES COMMUTATEURS
La commutation LAN allège les contraintes de bande passante et les goulots d'étranglement sur le réseau, tels que ceux qui se produisent entre un groupe de PC et un serveur de fichiers distant.
Un commutateur peut segmenter un LAN en microsegments, qui sont des segments à hôte unique. Cela a pour effet de créer des domaines sans collision à partir d'un grand domaine de collision. Bien qu'un commutateur LAN élimine les domaines de collision, tous les hôtes connectés au commutateur se trouvent toujours dans le même domaine de broadcast. Ainsi, tous les nœuds connectés par le biais du commutateur LAN peuvent voir un message de broadcast d'un nœud unique.
Un réseau Ethernet commuté repose sur la norme Ethernet. Chaque nœud est directement connecté à l'un des ports du commutateur ou à un segment qui est connecté à l'un de ses ports.
Cela crée une connexion de bande passante de 10 Mbits/s entre chaque nœud et chaque
segment du commutateur. Un ordinateur connecté directement à un commutateur Ethernet constitue son propre domaine de collision et peut tirer parti de la totalité des 10 Mbits/s.
Segmentation LAN avec des commutateurs
Un LAN qui utilise une topologie Ethernet commutée fonctionne comme s'il n'avait que deux nœuds : le nœud émetteur et le nœud récepteur. Ces deux nœuds partagent une bande passante de 10 Mbits/s, ce qui signifie que la quasi-totalité de la bande passante est disponible pour la transmission des données. Comme un LAN Ethernet commuté utilise très efficacement la bande passante, il offre un débit plus élevé que les LAN Ethernet connectés par des ponts ou des concentrateurs. Dans une implémentation Ethernet commutée, la bande passante disponible peut atteindre près de 100 %.
La commutation Ethernet augmente la bande passante disponible sur un réseau en créant des segments de réseau spécialisés (des connexions point à point) et en connectant ces réseaux au sein d'un réseau virtuel au cœur même du commutateur. Ce circuit de réseau virtuel n'existe que lorsque deux nœuds doivent communiquer. On appelle donc cela un circuit virtuel, car il n'existe que lorsque cela s'avère nécessaire et il est établi au cœur même du commutateur.
L'un des inconvénients des commutateurs est leur prix, plus élevé que celui des concentrateurs.
Cependant, de nombreuses entreprises adoptent progressivement la technologie de commutation en connectant des concentrateurs à des commutateurs jusqu'à ce qu'il s'avère possible de
remplacer les concentrateurs.
