Ethernet 10 : Briques de base

• Création en 1991 – Jean-Luc Archimbaud (UREC)

• Modifications– 1993, 1995 Jean-Paul Gautier (UREC)– 1995 Danielle BARTHE (LAAS),– 1998 Bernard Tuy (UREC)– 2000-2001 Christian Hascoët (CCR)

ARS 00/01 2

PLAN

• Éléments de base du réseau ethernet

• Contraintes topologiques et physiques– Exemple d’Ethernet/norme 802.3

• Dépannage - Surveillance de base

ARS 00/01 3

Réseau Ethernet : Topologie (1)• Un réseau Ethernet peut être formé de plusieurs segments,

raccordés entre eux par des répéteurs

• 2 types de segments– Câble coaxial avec stations– Segment de liaison (liaison point à point) sans station

• Entre une station (coupleur Ethernet) et le coaxial, on a :– Câble de transceiver (câble de descente, drop câble)– Le transceiver lui-même

ARS 00/01 4

Réseau Ethernet : Topologie (2)• Le + long chemin entre 2 DTE = Domaine de collision

– 3 segments avec machine(s)– 2 segments de liaison sans machine– 4 répéteurs– 2.5 km (si réseau tout en coaxial) + drops

• Temps total de propagation aller/retour de la trame : – RTD < 512 temps bit (51.2 µs) (Round Trip Delay)

Segment Coaxial Segment Liaison Segment Coaxial Segment Liaison Segment Coaxial

Répéteur Répéteur Répéteur Répéteur.

ARS 00/01 5

Réseau Ethernet : Topologie (3)

• Segment coaxial– Atténuation maximale 17 dB/km à 10 MHz– Signal

• Asynchrone en bande de base

• Encodage Manchester (front montant = 1)

• 2 niveaux : +2 V et -2 V

– Taux d'erreur désiré < 10-8

– Protection reliée à une terre commune au réseau

ARS 00/01 6

Réseau Ethernet : Topologie (4)• Segment coaxial

– Délai de propagation de la trame < 21.65 temps bit– Longueur ≤ 500 m (due au délai de propagation + atténuation)– 100 transceivers maximum par segment– Problème de réflexion :

• Á chaque extrémité du segment : une terminaison (bouchon de 50 Ω)• Câble marqué par un cercle tous les 2,5 m• Plusieurs sections de câble coaxial :

– Reliées par des connecteurs qui peuvent introduire une réflexion du signal.

– Longueurs de section imposées : 23.4 m ou 70.2 m ou 117 m (% à )

ARS 00/01 7

Réseau Ethernet : Topologie (5)

• Segment de liaison (sans machine)– Aussi appelé IRL (Inter Repeater Link)

• Voir FOIRL pour la Fibre Optique

– Liaison point à point (entre 2 segments Ethernet)– Délai de propagation de la trame < 25.64 temps bit– Un répéteur à chaque extrémité– Si utilise du coaxial : longueur ≤ 500 m

ARS 00/01 8

Réseau Ethernet : Topologie (6)

• Dimensionnement du réseau– Règle 5-4-3-2 : 5 segments / 4 répéteurs / 3 liaisons avec

machines / 2 liaisons sans machines– Vrai pour le coaxial (10 base 5 et 10 base 2)– Conseil pour 10 base T :

• Essayer de se limiter à 2 répéteurs en cascade

– Calcul nécessaire du RTD avec FO, car atténuation beaucoup + faible

ARS 00/01 9

Câble transceiver ou AUI

• AUI: Attachment Unit Interface (prise des câbles de descente, drop câble, câble AUI)

• Relie le transceiver et le coupleur Ethernet

• Longueur < 50 mètres (normalisée).

• Version simplifiée (Ø réduit) limitée à 7 mètres.

• Connecteur SUB-D 15 points ou prise AUI– mâle : côté station– femelle : côté transceiver

ARS 00/01 10

Câble transceiver ou AUI (2)

• Câble protégé constitué de 4 ou 5 paires torsadées avec une protection (paire = 3 fils)

• Câble (complet) blindé avec 5 paires : • Paire émission : (3-10 / 4 blindage)

• Paire réception : (5-12 / 1 blindage)

• Paire alimentation : (6-13 / 14 blindage)

• Paire collision : (2-9 / 5 blindage)

• Paire de contrôle : (7-15 / 8 blindage)

ARS 00/01 11

Câble transceiver ou AUI (3)• Paire de contrôle

• Contrôle en entrée : transceiver vers coupleur– Transceiver prêt à transmettre ou non prêt à transmettre (optionnel)

– Erreur de qualité du signal (SQE).

» Émis quand Collision (possible à tout instant)SQE test (fin d'émission de

trame)Tronque une trame émise

(jabber)

• Contrôle en sortie : coupleur vers transceiver (optionnel). Ordonne au transceiver de :

– S'isoler du câble (mode moniteur)

– Passer en mode normal (après reset ou isolation)

– Se mettre prêt à transmettre

ARS 00/01 12

Prise AUI• Sur le connecteur 15 points AUI mâle sur le

transceiver : – Possibilité de brancher le transceiver avec une prise

adaptée au médium utilisé • RJ45 pour la paire torsadée• BNC pour le coaxial fin• Connecteur ST pour la fibre• ….

• Femelle : sur les stations, répéteurs, ponts, routeurs

ARS 00/01 13

Transceiver (1)• Appelé MAU : Medium Attachment Unit

• Alimentation électrique par la station (par AUI)

• Vampire (cas particulier du gros coaxial)– Boîtier avec 2 pointes qui percent le câble

– 1 qui va jusqu'à l'âme (véhicule les données)

– 1 qui va jusqu'à la protection (référence)

– Avantages : pose sans couper le câble et sans interrompre le trafic

– Désavantages : Précautions pour ne pas couper l'âme

ARS 00/01 14

Transceiver (2)• Transmettre et recevoir des bits

• Détecter les collisions

• Fonction jabber, et fonction moniteur optionnelle

• 2 modes de fonctionnement– Normal : reçoit et transmet tous les bits– Moniteur (ou mode isolé pour test) :

• Ne transmet pas les bits venant du coupleur

• Reçoit les bits venant du câble

• Détecte les collisions

ARS 00/01 15

Transceiver (3)• Jabber : Coupe une station en dysfonctionnement

– Intervient entre 20 ms et 150 ms après le début de l'émission

– Tronque la trame et active le signal de présence de collision

– Rien n'est envoyé sur le segment

– Réinitialisation automatique

• Signal SQE : Transceiver vers DTE– Principalement pour prévenir le DTE de collision

– Après la fonction jabber

– Test SQE : pour valider le circuit de détection de collision

ARS 00/01 16

Transceiver (4)

• Retard induit par un transceiver– Sans collision sur segment coaxial < 6 temps bit– Sans collision sur segment de liaison < 3 temps bit– En détection de collision < 17 temps bit

• Sert pour le calcul du RTD

ARS 00/01 17

Multi transceiver

• Appelé aussi Fanout

• Remplace N (souvent 8) transceivers

• Cascade maximale de 2 Fanout (64 transceivers)

• Évite l’utilisation individuelle de transceivers vampire si beaucoup de machines locales,

• 1 prise AUI femelle et 8 prises AUI male (transceiver)

ARS 00/01 18

Répéteur• Fonctions de base :

– Permet l'extension du réseau– Régénérer électroniquement le signal– Répétition bit à bit sur les autres segments– Délai de propagation environ < 7.5 temps bit – Collision "externe" : Extension de fragment (96bits)– Collision "interne" : génère "jam" (32 bits)

ARS 00/01 19

Le + long chemin d'un réseau IEEE 802.3

Liaison

25.6

Liaison 25.6

Drop

Transceiver

ARS 00/01 20

Le + long chemin d'un réseau IEEE 802.3

Évaluation du RTD (10 base 5) : Cas le + défavorable

Chemin Aller Chemin Retour Câble de transceiver 10 * 2.57 Câble de transceiver 10 * 2.57

Transceiver 6 * 6 Transceiver 3 * 6

Transceiver liaison 4 * 3 Transceiver liaison 2 * 3

Transceiver collision 5 * 17

Répéteurs 4 * 7.5 Répéteurs 4 * 7.5

Segment 3 * 21.65 Segment 3 * 21.65

Segment de liaison 2 * 25.64 Segment de liaison 2 * 25.64

Total aller 220 bit time Total retour 280 bit time

ARS 00/01 21

Support : câble coaxial 10Base5 (1) • 10 comme 10 Mb/s, Base = Baseband, 5 = 500 m

• Coaxial 50 Ω . Ø 10 mm Gros Ethernet (Thick)

• Longueur maximale : 500 mètres.

• Atténuation : 8,5 dB pour 500 m à 10 Mhz

• Coefficient de vélocité : 0,77c

• Topologie bus, transceiver vampire

• Nombre maximum de transceiver : 100 espacé de 2.5 m (câble marqué tous les 2.5 m à cet effet).

ARS 00/01 22

Support : câble coaxial 10Base5 (2)

• Connecteur AUI (Sub-D 15 points).

• Avantages :– Très bien normalisé, depuis longtemps– Pas de perturbation quand on ajoute une station– Peu dépendant des "erreurs" des utilisateurs

• Désavantages :– Coût, difficilement maniable, longueur des ajouts ...– Transceiver vampire non récupérable quand on enlève une

station

ARS 00/01 23

Supports : câble coaxial 10Base2 (1)

• Coaxial 50 Ω . Ø 4.6 mm. Ethernet fin (Thin)• Longueur maximale : 185m. (10Base2 ≈ 200 m)

• Atténuation : 8.5 dB pour 185 m à 10 Mhz

• Coefficient de vélocité : 0,65c

• Topologie en bus avec 30 transceivers au maximum espacés de 0.5m mini (tronçons de longueur quelconque)

• Connecteur BNC.

• Distance bus-transceiver < 4cm (!pas de rallonge)

ARS 00/01 24

Supports : câble coaxial 10Base2 (2)

• Avantages :– Le moins cher, – Très maniable, avec distances correctes

• Désavantages :– Pas de prise murale "sans danger"– Si on enlève un transceiver (volontairement pour

ajouter une station ou "involontairement"), on arrête tout le réseau

ARS 00/01 25

Supports : Câble Paires torsadées (1)• 10BaseT (T comme Twisted Pair)

• Câbles 2 paires torsadées 100 Ω non blindés (UTP).

• 0,405mm (AWG 26) < Ø < 0,644 mm (AWG 22).

• 7 rotations par pied (30 cm).

• Atténuation : 11,5 dB pour 100 m entre 5 et 10 Mhz

• Coefficient de vélocité : 0.66c

ARS 00/01 26

Supports : Câble Paires torsadées (2)• Topologie physique en étoile (liaison point à point).

• Longueur maximale station/répéteur : 100 m

• Connecteur RJ45. 2 paires (émission/réception)

• Avantages :• Câble universel, utilisé pour de plus haut débit ethernet

• Insensible aux erreurs de manipulation des utilisateurs

• Désavantages:• Limitations en distance

ARS 00/01 27

Supports : Câble Paires torsadées (3)

• Link détection– Absence de trames => test de la qualité de la liaison– Envoi de Link Test Pulse– Liaison défectueuse = Aucun signal reçu durant un

intervalle de 50 à 150 ms– Remise en fonction automatique si 2 à 10 Link Test

Pulse consécutifs sont reçus

ARS 00/01 28

Supports : Câble Paires torsadées (4)

• Schéma câblage : câble droit 2 paires émission/réception

Broche12345678

Broche12345678

ARS 00/01 29

Câbles croisés• Connexion de machines de même type (Station vers station, répéteur vers

répéteur)

• Pour FO : simple inversion des fibres

Broche Fonction1 TX+2 TX-3 RX+4 Inutilisé5 Inutilisé6 RX-7 Inutilisé8 Inutilisé

Broche Fonction1 TX+2 TX-3 RX+4 Inutilisé5 Inutilisé6 RX-7 Inutilisé8 Inutilisé

ARS 00/01 30

Supports : Fibre optique

• 1989 : FOIRL et 1992 : 10 base F

• Distance maximale : 2000 m, 2 fibres

• Transceiver optique : optique <=> électrique

• Fibre multimode 62.5/125 µm

• Liaison point à point (attention au RTD longue distance)

• Avantages : Insensible aux perturbations, distances

• Désavantages : Coût

ARS 00/01 31

Calcul du RTD• Médias

– Câble AUI : 2,57 50 m

– Câble 10 base 2 : 9,5 185 m

– Câble 10 base 5 : 21.64 500 m

– Câble 10 base T : 5,66 100 m

– Fibre 10 base F : 100 2000m

• Matériel– Transceiver : 6 (réception) / 3 (émission) / 17 (collision)

– Répéteur : 7,5

ARS 00/01 32

Supports : Bilan

• Coaxial gros et fin obsolète (de - en - de matériel disponible)

• L'avenir est à la paire torsadée en pré-câblage ou post-câblage, à l'intérieur des bâtiments

• Entre des bâtiments, utiliser la fibre optique

• Tous les supports peuvent être mixés

• Ethernet est un jeu (avec règles) de construction

ARS 00/01 33

Dépannage Surveillance (1)• Trouver la cause des dysfonctionnements

• La principale cause de panne : Le câblage– Solutions :

• Installer un câblage propre, adapté à l'environnement, segmenté

• Bien connaître son réseau : carte à jour

– Pour trouver la panne :• Méthode empirique (déplacement bouchon de terminaison)

• Suivre le parcours du câble (voir les dernières interventions)

• Analyseur (très cher) ou valises de test (câblage)

– Le câblage constitue la fondation du réseau

ARS 00/01 34

Dépannage Surveillance (2)• Un réseau Ethernet peut s'écrouler : diffusion• La charge dépend de nombreux facteurs

– Transceiver, coupleur, répéteur, ... matériel défectueux

– Parfois erreur de configuration de routage réseau (re-direction)

• Ethernet chargé à 5 Mb/s est trop chargé• Taux de collision élevé > 10 % des trames transmises

– voir également netstat (commande Unix), tcpdump …

– Surveillance des compteurs des machines réseau (voyants aussi)

– Intéressant d'avoir l'évolution de la charge

• Il faut procéder par dichotomie :• Isoler chaque segment et/ou déconnecter les stations ...

ARS 00/01 35

Dépannage Surveillance (3)

• Valises de tests :– Pour câble cuivre ou pour fibre optique– Indique la distance de coupure d'un coaxial– Mesure de budget optique– Permet de connaître l'état du câblage– Obligatoire pour faire la recette d'un réseau Ethernet

ARS 00/01 36

Dépannage Surveillance : Analyseur• Logiciel + Carte Ethernet (équipement professionnel)

• Très cher

• Bonne connaissance des protocoles nécessaire

• Générer du trafic, simuler un protocole

• Cumuler des indicateurs et établir des statistiques

• Cerner des problèmes sur les protocoles, au dessus d'Ethernet

– Impossible de se connecter par telnet, www ...

– L'analyseur permet de connaître le contenu du dialogue entre 2 stations.

• Plus généraliste : la station d'administration • Très utile sur un réseau de taille importante

ARS 00/01 37

Conseils• Être maître de son réseau • Connaître son réseau et suivre son évolution• Connaître la fonction de chaque élément• Connaître les protocoles utilisés• Noter toutes les modifications du réseau• Surveillance avec analyseur et/ou par station

d'administration de réseau SNMP– SNMP : Simple Network Management Protocol