Introduction aux architectures de Réseau :
Les trois types d’architecture de réseau les plus répandus sont les architectures Token Ring, ARCnet et Ethernet.
L’architecture de réseau détermine comment les informations vont être acheminés, ainsi la structure du réseau.
Lors du transfert des informations, il faut penser à la bande passante.
Il faut regarder aussi la taille que le réseau va prendre.
Et bien sûr pour finir, il faut voir le prix de revient .
L’architecture Token Ring a été lancé par le centre IBM
de Zurich qui a développé le concept, l’architecture et le prototype
(Zurich Ring).Elle a été présentée en 1984 comme
élément de sa solution en matière de connectivité
pour toute la gamme IBM.. Elle n’est plus guère utilisé en ce
qui concerne les nouveaux réseaux.
En effet, dés le départ, l’objectif D’IBM était de pouvoir connecter des machines de toutes dimensions :
Le réseau Token Ring est aujourd’hui une référence en matière de réseau local : il est le plus répandu après Ethernet. Il diffère des autres réseaux, plus par la méthode d’accès utilisée(le passage du jeton dans l’anneau), que par le câblage physique.
Les réseaux Token Ring reposent sur la structure de réseau en anneau.
Normalisation :
En 1985, l’architecture Token Ring D’IBM est devenue une norme AINSI(ISO 8802.35)/IEEE(IEE 802.5)
La norme IEE 802.5 décrit le réseau Token Ring comme étant l’implémentation d’un réseau local en anneau à 1 ou 4 Mb/s dont l’accès est géré par un jeton. Elle a plus tard été mise à jour pour prendre en compte le principe de fonctionnement à 16 Mbps.
Explication du jeton :
Un jeton est un signal qui régule le flux d’informations qui traverse un réseau. Les réseaux Token Ring font circuler un jeton d’ordinateur en ordinateur. Pour pouvoir envoyer des informations, un ordinateur doit impérativement avoir le jeton en sa possession. Ce système permet de garantir que seul un ordinateur peut envoyer des informations à la fois.
Les Token Ring peuvent fonctionner à différentes vitesses 4 ou 16 Mbps en paire torsadée blindée ou non.
Vous pouvez mettre aussi de la fibre optique pour faire du Token Ring.
Le jeton ne circulant que dans un sens, il est facile de trouver la panne.
Les réseaux Token Ring coûtent plus cher que les autres types de réseaux, c’est pourquoi il tendent à être moins utilisé.
Formation de trame :
Voici la défintion des différents lettres :
SD Indique le début de la trame
AC Indique la priorité de la trame et s’il s’agit d’un jeton ou d’une trame de données.
FC Contient soit des informations de contrôle d’accès au support pour tous les ordinateurs, soit des informations de station finale pour un seul ordinateur.
DA Indique l’adresse de l’ordinateur qui doit recevoir la trame.
SA Indique l’adresse de l’ordinateur qui a envoyé la trame
FCS Information de contrôle des erreurs de redondance cyclique CRC
ED Indique la fin de trame
FS Indique si la trame a été reconnue, copiée ou si l’adresse réceptrice était disponible.
Accès à l’anneau :
L’accès à l’anneau se fait selon l’algorithme suivant :
La station qui veut émettre intercepte le jeton (trame de 3 octets). Elle émet sa trame en y indiquant les adresses émetteurs- récepteurs et attend que cette trame lui revienne. Les stations de l’anneau voient la trame passer : après analyse de l’adresse de destination. Elles la régénèrent en la transmettant à la prochaine station dans le sens de la boucle.
Nota : Chaque ordinateur fonctionne comme un répéteur unidirectionnel.
Lorsque la trame arrive à la station de destination, celle-ci reconnaît son adresse. Elle recopie les données et positionne les bits A et C pour indiquer que l’adresse a été reconnue et que les données ont été recopiées.
A la fin de la boucle, la trame revient à la station source avec les bits A et C modifiées. Celle-ci reconnaît sa trame et constate que le destinataire a bien reçu les données. Elle détruit alors la trame déjà émise et, même si elle a d’autres données à émettre, elle temporise et passe le jeton à la station suivante sur l’anneau.
Ainsi, le jeton n’est de nouveau libre qu’après un tour de la boucle(lorsque la trame revient à son émetteur ).Cette solution est acceptable car le temps de propagation est relativement négligeable. Cela n’est pas de même lorsque l’on dépasse les 4 Mbps.
Notion de priorité :
Le passage du jeton est déterministe, en ce sens qu’un ordinateur ne peut pas forcer le passage sur l’anneau comme il peut dans un environnement CSMA/CD.
La station désirant capter le jeton doit avoir un niveau de priorité suffisant. Si ce n’est pas le cas, elle effectue une réservation dans la trame en cours avec sa propre priorité. Le jeton libre est ré- émis avec cette priorité.
Les bits P et R de l’octet de contrôle autorisent 8 niveaux de priorité :
Contrôle du système :
Le premier ordinateur qui se connecte sur le réseau est en général désigné par le système Token Ring comme contrôleur de l’activité réseau. Il peut également s’agir de la station qui a l’adresse la plus haute.
Le contrôleur s’assure que les trames sont correctement émises et reçues : il recherche les trames qui ont circulé plus d’une fois sur l’anneau(lorsqu’il voit passer une trame pour la première fois, il positionne le bit M à 1) et garantit qu’un seul jeton se trouve sur le réseau à un instant t.
Spécificité du Token Ring à 16 Mbps :
Dans le cas de l’anneau à jeton à 16 Mbps, l’émetteur rend immédiatement le jeton, contrairement au réseau à 4Mbps où il ne rend qu’après avoir reçu en retour la trame qu’il avait émise. Il y a donc libération anticipée du jeton.
D’autre part, la longueur de trame est plus importante que dans un réseau à 4Mbps.
La station qui veut émettre des données, repère le jeton au passage, prend l’octet de contrôle qui contient le jeton mais aussi des éléments de supervision et de priorité et remet cet octet sur le support physique derrière la trame qu’elle vient d’émettre.
Eléments matériels :
Concentrateur :
Dans un anneau Token Ring, c’est le Concentrateur qui contient l’anneau physique. Il est connu sous diverses appellations :
Origine de L’architecture Ethernet
ALOHA
A la fin des années 60, l’université d’Hawaii a mis au point un réseau étendu(WAN) appelé ALOHA, pour connecter des ordinateurs dispersés sur le campus (sur plusieurs îles)
Le principe d’ALOHA, qui est à l’origine de toutes les méthodes d’accès aléatoire, est le suivant :
Lorsqu’un ordinateur doit émettre, il le fait sans se préoccuper des autres usages du réseau. En cas de collision avec un ou des signaux émis par d ‘autres stations, les signaux sont perdus. Ils seront ré- émis ultérieurement.
Les avantages de cette technique sont :
Ses inconvénients sont :
Une amélioration possible consiste à découper le temps en tranche et à n’autoriser l’émission de trames qu’en début de tranches : ainsi, soit il n’y a pas de collision , soit il y a collision complète sur le message. Dans ce cas, il doit y avoir retransmission, après un temps aléatoire. Cette technique est appelée "Slotted ALOHA "(ALOHA en tranches).
Accès aléatoire avec écoute de la porteuse :
Cette technique est appelée CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Elle consiste à écouter le canal avant de commencer à émettre. S’il y a déjà un signal sur la ligne, l’émission est différée.
Les risque de collisions sont ainsi considérablement réduits, mais non éliminés. En effet, il existe une période de vulnérabilité : il s’agit du temps de propagation entre les deux stations les plus éloignés. Si pendant cette période l’émetteur ne détecte pas de signal, il peut y avoir collision et il faudra ré- émettre plus tard les trames perdues.
Pour résoudre ce problème, la technique CSMA existe en plusieurs variantes :
La station écoute le canal lorsqu’une trame est prête à être envoyée. Si le canal est libre , elle émet ; sinon elle recommence le même processus après un délai aléatoire.
La station écoute le canal lorsqu’une trame est prête à être envoyée. Si le canal est libre , elle émet ; sinon elle continue à écouter jusqu’à que le canal soit libre et émet à ce moment là.
Si cette technique permet de perdre moins de temps, elle augmente le risque de collisions. En effet, dés que le canal se libère , toutes les stations qui étaient en attente émettent en même temps.
Cette technique est la même que la précédente, mais lorsque le canal se libère, la station émet avec la probabilité p(ou diffère son émission avec la probabilité 1-p). Le risque de collision est ainsi diminué
Cette technique est actuellement la plus utilisée(notamment par l’architecture Ethernet). Elle est normalisée par L’ISO(8802.3) et L’IEEE 802.3.
La station écoute avant d’émettre pour savoir si le canal est libre. Si tel est le cas, elle émet, mais tout en continuant à écouter. Ainsi , s’il y a collision, elle peut interrompre au plus tôt sa transmission et envoyer des signaux appelés bits de bourrage pour prévenir les autres stations de collision. L’émission avortée sera retransmise suivant un algorithme dit de " Backoff ".
Cette technique engendre un gain d’efficacité par rapport aux CSMA décrites précédemment. En effet :
Les collisions sont détectés immédiatement , non pas par une absence d’acquittement , mais par la détection d’interférences(l’émetteur compare le signal émis avec celui qui passe sur la ligne).
Les transmissions en cours sont stoppées.
Cette méthode de détection des conflits nécessite des techniques de codage suffisamment performantes pour pouvoir reconnaître une superposition de signaux.
Cette technique est également utilisée sur de nombreux réseaux locaux, mais elle n’est pas normalisée.
Les stations qui veulent émettre testent le canal à plusieurs reprises pour s’assurer qu’il est libre .Tout message reçu doit être acquitté immédiatement par son récepteur. L’envoi de nouveaux messages ne se fera qu’après un certain temps pour garantir un transport sans perte d’information . Le non-retour d’un accusé de réception, au bout d’un temps prédéfini, permet de détecter s’il y a eu collision.
Cette méthode est simple à mettre en œuvre et qui plus est elle ne nécessite pas de technique de codage pour détecter les collisions comme c’est le cas pour CSMA/CD.
L’architecture Ethernet est l’architecture la plus utilisée pour les nouveaux réseaux.
L’architecture Ethernet est reconnue comme un standard depuis le début des années 1980.
Les normes qui régissent le fonctionnement des réseaux Ethernet sont pour la plupart définies par l’IEEE(Institue of Electrical and Electronic Engineers)
L’architecture Ethernet n’a pas besoin de jeton. Pour envoyer des informations, chaque ordinateur marque une pause qui lui permet d’effectuer cet envoi.
L’architecture Ethernet est peu coûteuse.
Caractéristiques des câbles ETHERNET :
Les réseaux Ethernet nécessitent des types de câble spécifiques
pour transférer les informations..
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10Base2 |
Le câble 10Base2 est généralement utilisé sur les réseaux de petites taille organisés en bus. Il permet par exemple de relier les ordinateurs d’un bureau qui ne compte que quelques employés. Le câble 10Base2 est un modèle de câble coaxial . Il peut atteindre une vitesse de transfert de 10 Mbps, chaque segment de câble ne doit pas dépasser 185 mètres de long. |
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10Base5 |
Le câble 10Base5 n’est plus guère utilisé sur les nouveaux réseaux . C’est un câble coaxial épais et rigide, son épaisseur le rend difficile à installer. Le câble 10Base5 est parfois appelé Ticknet. Le câble 10Base5 peut atteindre une vitesse de transfert de 10 Mbps. Chaque segment de câble ne doit pas dépasser 500 mètres de long. |
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10BaseT |
Le câble 10BaseT est très répandu sur les nouveaux Ethernet. Il est relativement bon marché et facile à installer et à réparer. Chaque segment de câble reliant un ordinateur à un HUB ne doit pas dépasser 100 mètres de long. Le câble 10BaseT repose sur de la paire torsadée non blindée. Il permet d ‘atteindre une vitesse de transfert de 10 ou 100 Mbps. Le câble qui atteint 100 Mbps est parfois appelé 100BaseT |
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10BaseFL |
La principale raison à l’utilisation de segments 10baseFL est la possibilité de dérouler de longs câbles entre des répéteurs, tels que des immeubles. En effet, la distance maximale d’un segment 10baseFL est de 2000 mètres. |
Format de trames Ethernet :
Ethernet fragmente les données en paquets dans un format différent du paquet utilisé par d’autres réseaux. Il décompose les données en trames. Une trame est un ensemble d’information transmis sous la forme d’une unité unique.
La longueur d’une trame Ethernet peut être comprise entre 64 et 1518 octets. La trame Ethernet elle-même utilise 18 octets. Ainsi il reste entre 46 et 1500 octets pour les données. Chaque trame contient des informations de contrôle et suit la même organisation de base.
Le CRC (Contrôle de Redondance Cyclique) permet de s’assurer que la trame est arrivée sans être endommagée.
Il est primordial que lorsqu’une station émet, elle soit sûre que le média est disponible pendant toute la durée de son émission. Dans une situation extrême, une station émet une trame(la plus courte cad 64 octets ) ; juste avant de recevoir le premier bit de cette trame, la station de destination transmet sa propre trame ; il en résulte une collision.
Pour que le mécanisme de détection de collision fonctionne, il est impératif que la première station soit avertie de la collision avant la fin d’émission de sa trame ; pour cela, il faut que le temps aller- retour entre les 2 stations ne soit pas supérieur à la durée d ‘émission de la trame la plus courte. Ce temps s’appelle RTD(Round Trip Delay). Le RTD d’un réseau doit être calculé ou mesuré systématiquement quelle que soit la topologie du réseau.
Les différents réseaux Ethernet normalisés sont les suivants, selon la nomenclature IEEE.
L’architecture ARCNET fait partie des plus anciennes dans le domaine des ordinateurs personnels.
Les réseaux ARCNET sont souvent simples, flexibles et peu coûteux.
Comme l’architecture Token Ring, l’architecture Arcnet utilise aussi un jeton pour contrôler le flux d’information.
A la différence de Token Ring , arcnet est monté en étoile dont le centre est occupé par un concentrateur.
Il existe 3 types de concentrateurs ARCnet :
Pour contrôler les transferts d’informations sur les réseaux reliant des ordinateurs Apple, la société Apple a crée l’architecture AppleTalk .
L’architecture AppleTalk est intégrée au système d’exploitation Macintosh. Chaque ordinateur qui utilise ce système d’exploitation intègre en standard des fonctions de réseau.
Apple a, par ailleurs, conçu une autre version de l’architecture AppleTalk, appelée AppleTalk Phase2. Les réseaux AppleTalk sont parfois également appelés réseaux LocalTalk .
Le nom LocalTalk se réfère au matériel de réseau utilisé sur les réseaux AppleTalk. Les ordinateurs Macintosh intègrent au standard du matériel LocalTalk tel que des connecteurs et des cartes d’interface.
Les réseaux LocalTalk sont composés de petits réseaux, ou groupes de travail, appelés zone. Chaque zone peut contenir jusqu’à 32 ordinateurs.
Le serveur est appelé AppleShare, chaque ordinateur Macintosh intègre des logiciels qui permettent à l’utilisateur d’accéder aux serveurs AppleShare du réseau.
Le câble utilisé pour le réseau LocalTalk est généralement de la paire torsadée blindée.
Le taux de transfert est très faible, il atteint 0.22 Mbps
La carte utilisé pour le réseau Macintosh s’appelle carte EtherTalk.
Interconnexion de réseaux locaux :
L’interconnexion de réseaux locaux peut être utilisé par l’intermédiaire de ponts et/ou de routeurs. Une technique de routage particulière est mise en œuvre : le Source Routing . C’est la station émettrice qui doit trouver une route à travers les divers ponts qui doivent être traversés, pour atteindre la station cible. Etant donné qu’il existe plusieurs chemins possibles, cette méthode présente l’avantage de la fiabilité du réseau.
On peut réaliser l’interconnexion de réseau Token Ring par l’intermédiaire d’un réseau FDDI qui joue alors le rôle d’anneau fédérateur.
FDDI :
FDDI(Fiber Distributed Data Interface) est un réseau local ou métropolitain à haut débit (100 Mb/s) avec une administration de réseau intégré (SMT –Station Management ).
FDDI est décrit par la norme ISO 9314 ou par la norme AINSI ASC X3T9.
Les réseaux FDDI sont principalement utilisé pour :
D’une manière générale, cette technologie pourra être utilisé pour toutes les applications gourmandes en bande passante.
Un des principaux avantages de cette technologie est qu’elle existe depuis de nombreuses années et que les équipements sont disponibles couramment. L’offre commerciale est en constante évolution, et il existe même des variantes à cette technologie :
Caractéristiques de FDDI :
Architecture de FDDI :
Le réseau FDDI repose sur une topologie en double- anneau pour laquelle il existe 3 classes d’équipement :
Format de trame :
Technique d’accès FDDI :
Il existe 2 classes de service sur un réseau FDDI :
Protocoles dérivés de FDDI :
