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Cours 2 : Couches 1 &2

Etude des couches 1 et 2

Les couches 1 et 2 du modèle OSI sont souvent englobées dans l'adaptateur réseau.
Nous allons baser cette étude sur la technologie Ethernet et la technologie Pronet-10. La première est une topologie de type bus et la seconde une topologie de type anneau.
L'étude de ces 2 technologies du marché nous permettra de présenter 2 solutions aux problèmes des couches 1 et 2. Cette étude permettra de voir l'interaction entre les différentes couches et de fixer la notion d'adresses physiques.

Couche 1

Ethernet

Les réseaux Ethernet sont toujours très utilisés malgré l'âge de ce dernier. A l'origine seul le câblage en 10B5 existait. Aujourd'hui, on trouve de réseaux Ethernet en 10B2, 10BT ,100B2ou xxBF.
Un nom de la forme xBy ce lit de la façon suivante: B : modulation de base; x bande passante du réseau (en méga bits par seconde)y définie le type du câble utilisé:

Ethernet est le nom que Xerox a donné à cette technologie, au cours des années 1970. Bien que "vieux" par rapport à l'évolution des systèmes informatiques, les réseaux locaux Ethernet sont toujours présents. Aujourd'hui encore, lorsqu'on envisage la création d'un réseau local, on pense souvent Ethernet. La version présentée ici est une version qui a été normalisée par les sociétés Intel, Xerox et DEC.
A l'origine un réseau Ethernet était matérialisé par un câble coaxial de couleur jaune d'environ 1,7 cm de diamètre. Sur ce câble, les machines ne peuvent être connectées que tous les multiples de 2,5m. Pour facilité les mesures, sur le câble normalisé de couleur jaune, on trouve une bague noire tous les 2,5m. La connexion d'une nouvelle machine (souvent appelée station) se fait via l'intermédiaire d'une prise "vampire". La pose de cette dernière ne nécessite pas de rupture du câble donc d'interruption du réseau. La prise est constituée d'une partie connectique, qui dérive une partie du signal électrique vers un dispositif électronique (appelé Transceiver). Le rôle du transceiver, est de détecter l'utilisation du câble et de transformer les signaux analogiques véhiculer sur le câble en signaux numérique compréhensible par l'ordinateur. Chaque station est connectée à son transceiver par un câble 15 fils (appelé Drop Câble).

Voici quelques propriétés d'un câblage en 10B5:

Câblage en 10B2

Le câblage en 10B2 plus connu sous les noms d'Ethernet fin", "thin Ethernet", "cheapernet " est une évolution récente du 10B5. Cette évolution due aux progrès de l'électronique permet de diminuer les coûts de câblage.
Les transceivers sont directement intégrés à la carte réseau. Sur chaque carte réseau on vient fixer un T disposant de connecteur BNC (2 femelles et un mâle que l'on branche sur la carte). Les stations sont reliées les unes aux autres par des cordons munis de connecteur BNC mâles que l'on connecte sur les T. Lorsque l'on veut insérer une station sur le bus, on est obligé de pratiquer une coupure sur le câble et de mettre des connecteurs BNC.
Voici quelques propriétés d'un câblage en 10B2:

Câblage en 10BT ou 100BT
Cette technique de câblage a été prévue pour pouvoir utiliser les paires non utilisées par les gens des télécom dans les bâtiments. Il ne s'agit physiquement plus d'un câblage de type bus mais d'un câblage de type étoile. Toutes les stations sont connectées par des paires torsadées sur un élément actif (hub, switch,.)

Ce câblage de type étoile respecte également le principe CSMA/CD d'Ethernet puisque l'appareil (passif) rémét l'informations vers toutes les stations.
Il existe différents types d'appareils que nous allons détailler plus tard. Pour l'instant, nous allons supposer qu'à chaque fois qu'une station émet une information, l'appareil réemet cette information vers toutes les autres. Ainsi, on retrouve le principe de diffusion sur un bus.
Les limitations varient en fonction de la bande passante (10Mb ou 100Mb)que l'on souhaite obtenir.
Pour obtenir une bande passante de 100 Mb il faut que le câblage soit de catégorie 5. Ce qui implique des contraintes énormes sur la qualité du câble et sur la pose de ce dernier.
Pour obtenir une bande passante de 10 Mb il faut que le câblage soit de catégorie 3.
La catégorie 3 correspond en général au câblage utilisé par les téléphonistes.
La catégorie 5 nécessite une pose, et un câble, spécifiques.

Pronet-10

Le réseau Pronet-10 est un réseau de type anneau à jeton. Il est généralement câblé sur de la paire torsadée. Comme ce réseau est du type anneau à jeton, il est possible de garantir les temps de diffusion, il convient donc à un environnement temps réel pour peut que les protocoles des couches supérieures garantissent également les temps.

Sur ce réseau, on ne peut connecter au maximum que 254 machines (voir couche 2).

Couche 2

Maintenant que les machines sont reliées entre elles par un procédé physique, il reste à voir comment ces machines s'identifient pour échanger des informations sur le réseau (local). Pour ce faire, en général, chaque machine se voit attribuer une adresse physique, unique sur le réseau, qui permet de l'identifier. Plusieurs solutions sont possibles. En voici 2 exemples qui donnent une bonne idée des façons de procéder.

Pronet-10

Sur un réseau, l'administrateur assigne une adresse (comprise entre 1 et 254) à l'adaptateur grâce à de petits interrupteurs. Pour envoyer des informations chaque interface utilise des trames particulières:


Les champs 1 et 6 contiennent une valeur conventionnelle qui sert simplement à indiquer que ce qui suit est bien des données et non pas du bruit, ou la fin du message.
Les champs 2 et 3 contiennent les adresses du destinataire et de la source du message.
Le champ 4 indique le type du message avec des valeurs conventionnelles (données, jeton,...)
Le champ 5 de longueur variable contient les données proprement dites avec un maximum de 2044 octets.
Le champ 5 sert à faire une vérification minimale.
Le champ 6 peut être positionné par le récepteur pour indiquer le refus de la trame.

Ethernet

Sur ce type de réseau, les adresses physiques sont attribuées directement par le constructeur de la carte. Elle est implémentée directement dans le matériel. Ces adresses sont codées en dur sur 48 bits (ce qui permet de connecter au maximum 2,8*1014 machines !!!).Ce système permet donc de connecter plus de machines ( malgré les limitations données en couche 1) que sur un réseau Pronet-10. Le risque d'avoir 2 adresses physiques identiques sur le réseau est donc nul. Les trames Ethernet diffèrent légèrement des trames Pronet-10.


Champ 1, 2,3 ,4 ,5 voir trame Pronet-10
Champ 6: Champ pour contrôler la validité de la trame. Améliorations d'Ethernet

Amélioration en nombre de stations

Sur un réseau Ethernet, en fonction du câblage utilisé, il existe des limitations soit en nombre de machines et/ou en longueur de câble. Sur un réseau local, on peut cependant dépasser ces limitations grâce à du matériel. L'ajout de ce matériel (actif ou passif) ne modifie pas les principes généraux. En particulier, lorsque l'on parlera d'interconnexion de réseaux, ce matériel sera complètement transparent.

Eléments passifs

Ce type de matériel intervient directement au niveau de la couche 1. Il prend le signal et l'amplifie.
On trouve des répéteurs pour les câblages en 10B5 et 10B2. On ne peut mettre que 2 répéteurs au maximum sur un réseau de type Ethernet.
Sur un câblage 10BT ou 100BT les appareils au centre de l'étoile peuvent être de type passif ou actif .

Eléments actifs
Ce type de matériel est dit actif, car il doit connaître le type des trames envoyées. Ces appareils sont considérés comme une station sur le bus, ils reçoivent des trames et les réemettent sur le second câble si ces dernières sont valides. On peut trouver des ponts (bridge), multiports, ... en 10B5 et 10B2.
En 10 BT, ce matériel n'existe pas, car il suffit d'interconnecter les hubs les uns aux autres.

Amélioration des performances


Le problème d'un réseau Ethernet est qu'à un instant donné, seulement 2 machines (sauf en diffusion) peuvent communiquer ensemble.
Il existe des appareils actifs qui vont permettre de segmenter le réseau physique en petit morceau pour du 10Bx. On trouve des variantes de ponts et de multiports qui sont dits filtrant. Ils agissent au niveau de la couche 2. En regardant l'adresse de l'émetteur et celle du destinataire (contenues dans la trame) l'appareil peut savoir s'il doit recopier ou non l'information sur les autres câbles.
Le principe en 10BT est différent, car les machines sont sur des câbles différents. L'idée consiste à "ne relier" à un moment donner (durant le passage de la trame) que les câbles des machines concernées. Si plusieurs couples de machines communiquent, l'appareil (un switch) établie plusieurs canaux de communication.


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