metatoc_4-5

Ethernet 2 (également appelé « Ethernet ii », « Ethernet Version 2 » ou « Ethernet 802.3 ») est un protocole standard utilisé dans toutes les parties de l'équipement réseau, quel que soit le fabricant. Il a été développé par IEEE.

802.3 et 802.2 ne font pas directement référence aux architectures physiques, mais au format de la trame Ethernet couche 2.

• 802.2 est le type de trame par défaut pour Netware 3.12 et 4.x, 802.3 est utilisé pour Netware 3.11 et versions antérieures.
• 802.3 est un peu comme Novell 802.3 raw + 802.2 LLC, créé par IEEE pour sa propre spécification Ethernet. Par conséquent, il est devenu connu sous le nom d'Ethernet 2.

Il existe trois formats de trame de l'IEEE : IEEE 802.3, IEEE 802.3 avec SNAP et 802.3 avec 802.2. Les systèmes d'exploitation modernes peuvent envoyer et recevoir n'importe lequel de ces formats de trame.

La norme 802.3 à été introduite avec les objectifs suivants :

• réseau multipoint ;
• sans priorité ;
• avec collisions ;
• débit : 10 Mb/s ;
• faible coût ;
• contrôle d'erreur ;
• full duplex ;
• Priorité ;
• déterminisme.

802.3 spécifie :

1. que N stations peuvent être sur le même support ;
2. qu'une station écoute avant d’émettre ;
3. que si deux stations émettent simultanément, il y a collision ;
4. qu'une seule trame à un instant donné peut se trouver sur le medium ;
5. que toutes les stations reçoivent la trame émise ;

Les équipements :

• sont raccordé au bus par un « transceiver »;
• doivent avoir une adresse unique ;
• doivent écouter les trames qui circulent sur le bus ;
• doivent attendre que le bus soit libre avant d'émettre ;
• Si deux équipements émettent en même temps, il y a collision.
• Après collision, les équipements réémettent selon un algorithme spécifique.

Le support partagé permet :

• la diffusion (broadcast) ;
• un bus passif ;
• un bus linéaire ;
• d'utiliser une modulation bande de base (50 ohms, numérique);

Le réseau est :

• égalitaire ;
• probabiliste ;
• à performances variables ;
• non sécurisé.

Sa topologie peut être :

• linéaire ;
• arborescente ;
• en « backbone » ;

Le rôle de la couche physique est de :

1. détecter l'émission d'une autre station sur le médium (Carrier Sense), alors que la station est en écoute ;
2. transmettre et recevoir des bits sur le médium ;
3. détecter l'émission d'une autre station pendant que la station émet (Collision Detection)

L'interface avec la couche MAC permet :

1. la transmission d'un bit (requête MAC) ;
2. la réception d'un bit (requête MAC) ;
3. d'attendre N bits (requête MAC) ;
4. la détection de porteuse (indication de la couche physique vers la couche MAC); la couche MAC doit déclencher la requête de réception d'un bit ;
5. la détection de collision (indication de la couche physique vers la couche MAC); générée uniquement pendant une transmission.

• la station regarde 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 ;

Lorsqu'il y a collision :

1. si une station en train d’émettre détecte une collision, elle arrête son émission ;
2. si une station en réception reçoit une trame inférieure à 64 octets, elle en déduit l’existence d’une collision.

Après la collision :

1. en émission, la station après avoir détecté la collision (signal CD) la renforce en émettant 32 bits supplémentaires (jam) ;
2. en réception, la station n’a pas besoin de tester le signal CD car une trame accidentée a une longueur inférieure à 64 octets.

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

La solution est :

1. de limiter le temps pendant lequel la collision peut arriver ;
2. de limiter temps de propagation aller-retour d’une trame (Round Trip Delay ou RTD) à 50 µs comme ça, une fois ce délai passé, aucune collision ne peut plus arriver ;
3. de définir un 'Slot Time' d’acquisition du canal égal à 51.2 µs. Ce qui correspond à une longueur de trame minimum de 512 bits (64 octets) ;
4. que la station écoute le signal 'Collision Detection' pendant 51.2 µs à partir du début d’émission.

Ci-dessous le format d'une trame 802.3 :

• Préambule:: 56 bits = 7 X (1010101010), dure 5.6 μs et permet aux autres stations d'acquérir la synchronisation bit ;
• Délimiteur de début de trame (Start Frame Delimiter): 8 bits = 10101011; permet aux autres stations d'acquérir le caractère de synchronisation et la trame de synchronisation.
• Adresse destination: adresse individuelle, adresse multicast ou adresse de diffusion (FF:FF:FF:FF:FF:FF).
• Adresse source : adresse physique de la station émettrice.
• Longueur du champ de données: valeur comprise entre 1 et 1500 qui indique le nombre d'octets du champ suivant. Si la valeur est supérieure à 1500, la trame peut être utilisée à d'autres fins (autre protocole que IEEE 802.3, permet la compatibilité avec Ethernet).
• Padding: contenu sans signification complétant à 64 octets la taille totale d'une trame car une trame est considérée valide si sa longueur est d'au moins 64 octets.
• Contrôle: séquence de contrôle basée sur un CRC polynomial de degré 32.

La trame Ethernet est presque identique à la trame 802.3 mis à part le champ type indiquant le type de protocole véhiculé dans le trame. C'est un champ de 2 octets représenté sous la forme hexadécimale XX-YY ou XXYY. La valeur du champ type est normalement supérieure à 1500 c'est à dire la valeur maximum du champ longueur de données dans la trame IEEE;

Sens de circulation des octets:

• préambule = premier octet émis ;
• FCS = dernier octet émis.

• La sous-couche MAC:
  • met en œuvre le protocole CSMA/CD.
  • est chargée de mettre en forme les trames de données avec détection des erreurs de transmission et de gérer la liaison canal en écoutant les signaux 'Carrier Sense' et 'Collision Detection' émis par la couche physique.
• La sous-couche LLC est normalisée par l'IEEE 802.2.
  • Elle est commune aux normes IEEE 802.3, 802.4 (Token Bus) et 802.5 (Token Ring).
  • Elle s'interface avec la couche MAC pour offrir un service sans connexion :
    • requête d'émission de données (LLC → MAC) ;
    • primitive d'indication de données (MAC → LLC) ;
    • primitive de confirmation d'émission (MAC → LLC).

Pour la transmission d'une trame la couche MAC reçoit de la couche LLC des données à émettre.

Son rôle consiste à:

1. ajouter le préambule et le champ SFD ;
2. ajouter un padding si nécessaire (64 octets minimum) ;
3. ajouter les champs adresse source, adresse destination et longueur des données ;
4. calculer le CRC et l'ajouter à la trame ;
5. si le signal 'Carrier Sense' est faux depuis au moins 9.6µs (espace inter-trame à respecter), elle transmet la trame bit à bit à la couche physique ;
6. sinon attendre que le signal 'Carrier Sense' soit faux, attendre 9.6 µs et transmettre bit à bit à la couche physique.

Pour la réception d'une trame la couche MAC reçoit de la couche LLC une requête de réception.

Son rôle consiste à:

1. écouter du signal 'Carrier Sense' ;
2. réceptionner des bits depuis la couche physique ;
3. éliminer le préambule et le délimiteur de début de trame (SFD) ;
4. éliminer le padding éventuel ;
5. examiner l'adresse destination pour déterminer si celle-ci inclut la station ;
6. reconstruire les champs adresses source et destination, longueur des données et données ;
7. transmettre les champs reconstruits à la couche LLC ;
8. calculer la séquence de contrôle et indiquer s'il y a une erreur :
   1. si la séquence est erronée ;
   2. si la trame n'est pas un nombre entier d'octet (alignment error) ;
   3. si la trame > 1526 octets (préambule/SFD compris) ;
   4. si la trame < 64 octets (trame victime de collision).

L'interconnexion de niveau 2 se fait de manière basique avec un répéteur.

1. C'est un dispositif actif non configurable.
2. Il permet d'augmenter la distance entre deux stations Ethernet.
3. Il reçoit, amplifie et retransmet les signaux.
4. il est indépendant du protocole car il fonctionne au niveau bit et ne connaît pas la notion de trame ;
5. il ne procède à aucun filtrage permettant de diminuer la charge du réseau ;
6. il se connecte comme une station ;
7. il détecte les collisions et les propage (Jam) ;
8. il remet en forme les signaux électriques ;
9. il complète les fragments ;
10. il peut intégrer un agent SNMP.

L'interconnexion de niveau 2 peut se faire entre plusieurs médiums différent grâce au concentrateur. Un concentrateur est également appelé étoile, multi-répéteur ou hub.

Il a une fonction de répéteur mais permet de mixer différents médias (paire torsadée, AUI, Thin Ethernet, fibre optique, …).

Il peuvent être 'empilables' (un seul domaine de collision) ou 'cascadables' (plusieurs domaines de collisions).

L'interconnexion de niveau 2 peut se faire entre plusieurs domaine de diffusion grâce au pont (Bridge). Un pont est un dispositif filtrant qui, comme le répéteur, permet d'augmenter la distance entre deux stations Ethernet.

• Il fonctionnent en 'auto-apprentissage' et découvre automatiquement la topologie du réseau.
• Il peut utiliser un arbre recouvrant (Spanning Tree)
• Il peut fonctionner en 'promiscuous mode' pour écouter le réseau.
• Il construit au fur et à mesure une table de correspondance entre adresses sources et segments réseau.

Sur le schéma suivant les ponts :

P1 aura la table suivante :

• Segment1 → A et B ;
• Segment2 → C, D et E ;

P2 aura la table suivante :

• Segment2 → A, B, C et D ;
• Segment3 → E ;

L'interconnexion de niveau 2 peut se faire de manière adaptée grâce au commutateur (Switch).

Il permet de relier plusieurs segments physiques entre eux, peut gérer une ou plusieurs stations par port, commute les trames au niveau MAC et peut gérer simultanément plusieurs liaisons.

Il peut posséder plusieurs technologies :

• 'Cut Throught': commutation sans attente de fin de trame ;
• 'Store & Forward' : attente de fin de trame ;
• RISC: difficulté pour gérer les diffusions car pas de processus parallèle, lenteur mais flexible et administrable ;
• ASIC: pas administrable mais rapidité de commutation.
• VLAN: permet de segmenter logiquement le réseau.

Ethernet est un réseau à diffusion et à débit fixe ce qui veut dire que son niveau de performance est inversement proportionnel au nombre d'acteurs.

Plus on est nombreux à parler, moins on a de bande passante et plus le réseau est dégradé jusqu'à l'écroulement possible.

Une solution est de segmenter le réseau pour obtenir un débit constant se situant autour de 4 Mbits/s. Il faut identifier les raisons de charge anormale en utilisant un analyseur de trafique (pour identifier l'auteur).

Mesurer le taux de collisions moyen du réseau car s'il dépasse les 10% des trames transmises, il faut vérifier le matériel, analyser chaque segment et envisager une nouvelle segmentation.

Il existe différents outils :

• les analyseurs de trafique (Wireshark) qui permettent d'identifier des coupures de câble, d'espionner les trames émises sur le réseau, les enregistrer, les visualiser (décodage des protocoles), de mesurer le comportement du réseau (charge, collisions, erreurs, …) et d'établir des statistiques.
• les sondes permettent en plus des fonctionnalité de l'analyseur d'être interrogeables à distance et sont indispensables sur un réseau conséquent.
• les valises de tests permettent d'effectuer des tests liés au câblage comme la continuité, l'atténuation, le RTD, la qualité de la transmission, …

La plus grande différence entre Ethernet II et 802.3 réside dans les champs de leurs en-têtes Ethernet. La distinction importante entre les trames Ethernet 2 et IEEE est que le champ Type de la version II a été remplacé par un champ Longueur de 2 octets dans les formats IEEE. Les champs d'en-tête d'Ethernet II sont :

• Préambule: Ceci offre la synchronisation puisque les cartes d'interface émettrice et réceptrice fonctionnent avec des horloges système différentes.
• Délimiteur de début de trame: Ceci indique au logiciel Ethernet où commencer à lire la trame.
• Adresse de destination: L'adresse MAC (Media Access Control) où cette trame est censée aller.
• Adresse source: L'adresse MAC de l'appareil expéditeur.
• Champ Type: définit le type de paquet qui se trouve dans le champ de données. Son aussi appelé Ether Type.
• Champ de données: transporte les données d'application de données ainsi que la surcharge réseau.
• Séquence de contrôle de trame: la carte réseau émettrice effectue un calcul sur le flux binaire et place le résultat dans ce champ. Le récepteur de la trame fait alors le même calcul sur le flux binaire qu'il a reçu et compare les deux valeurs. Si le flux binaire a été modifié, la correspondance échouera et la trame sera supprimée.

Pour exécuter TCP/IP sur IEEE 802.3, le format SNAP doit être utilisé. Cela nécessite 8 octets du champ de données pour identifier le type de données transportées par la trame : trois octets pour le contrôle de liaison logique, trois octets pour l'en-tête SNAP et deux octets pour le champ Type de protocole. Cela signifie que le champ de données passe de la plage standard de 46 à 1500 octets à une plage de 38 à 1492. C'est la raison pour laquelle la plupart des gestionnaires de réseau restent avec Ethernet II.

Le champ Ether Type contient deux octets de code hexadécimal indiquant quel est le protocole de niveau supérieur utilisé dans le champ “donnée” de cette trame. Le tableau suivant présente les codes en certains des codes les plus couramment utilisés :