F. Réseaux à haut débit

L'histoire des réseaux et des télécommunications pourrait se résumer à une perpétuelle course au débit ou à ce que l'on appelle aussi largeur de bande.


Un réseau est à haut débit si son débit est au moins égal à 100 Mbps. Avec un tel débit, il est multimédia et est capable d'acheminer tous les types d'information : données, textes, graphiques, photos, images, animations, vidéos, sons, ... Pour les applications "temps réel" (voix, vidéo, ...), le réseau haut débit doit être capable de supporter des flux isochrones. Généralement son support est la fibre optique. Mais on rencontre aussi des réseaux à haut débit en câble cuivre paires torsadées.


Plusieurs technologies "haut débit" sont aujourd'hui couramment utilisées :


*      fddi (Fiber Distributed Data Interface) : est une norme définissant les deux premières couches de l'architecture de transport fddi, la couche physique et la couche liaison de données.

*      dqdb (Distributed Queue Dual Bus) : est un projet de normalisation définissant les deux premières couches de l'architecture de transport d'un sous réseau d'un réseau métropolitain ( MAN).

*      Ethernet semble être une excellente technique du point de vue coût performance pour réaliser des réseaux à haut débit jusqu'à 100Mbit/s.

*      smds (Switched Multimegabit Data Service) : est un concept définissant un service de transport de données entre man pour satisfaire les besoins d'interconnexions dans les réseaux grande distance de type wan

*      atm (Asynchronous Transfert Mode) : est la technologie qui supporte le futur réseau isdn Large Bande. l'atm définit une nouvelle technique de commutation : la commutation de cellules.

*      sonet/sdh (Synchronous Optical Networks/Synchronous Digital Hierarchy) : sonet est une proposition initiale de Bellcore, définissant la couche de transport physique d'une architecture à haut débit. sdh correspond à une vision spécifique de sonet, demandée par les Européens et adaptée à l 'atm.

*      tcp/ip large bande est la solution préconisée pour aller vers les haut débits. Plusieurs solutions sous-jacentes s'affrontent : l'IP switching, le Tag switching, et une nouvelle génération de routeurs atteignant les Gbit/s.


1.         ETHERNET (802.3)

Historiquement, c’est le premier réseau local et c’est aussi le réseau le plus utilisé à l’heure actuelle (85% des réseaux locaux).
Ethernet est une architecture de réseau local conçue par Xerox. En 1980, les constructeurs Xerox et Intel se regroupent et mettent au point un certain nombre de composants et de systèmes destinés à construire un réseau local à haute vitesse. Il en résulte l'architecture Ethernet, normalisée ieee 802.3.
Son principe est basé sur la diffusion des messages sur un bus logique qui peut être un bus ou une étoile physique où tous les hôtes partagent de façon équitable le support. C’est à dire une station qui parle, envoie une trame contenant le message, sa propre adresse et l’adresse du destinataire sur le bus. Toutes les stations voient passer cette trame mais seule celle qui se reconnaît comme étant le destinataire la lit. La communication se fait à l'aide d'un protocole appelé csma/cd (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect ce qui signifie qu'il s'agit d'un protocole d'accès multiple avec surveillance de porteuse et détection de collision).


L'architecture Ethernet est constituée de deux couches fondamentales : la couche physique et la couche de contrôle. Ces deux couches correspondent respectivement aux couches 1 et 2 du modèle OSI


Les câbles utilisés sont :


*      Gros coax

*      Coax fin (cheapernet ou ethernet fin)

*      UTP ( unshielded twisted pair) 3 et 5, c’est à dire paire torsadée téléphonique et paire torsadée de meilleur qualité

*      Fibre Optique MMF ( Multi Mode Fiber) et SMF (Single Mode Fiber)


La distance maximale entre deux répéteurs dépend de l’atténuation du signal et donc de la qualité du support


Les différents réseaux:


*      10 Base 5                 10 Mbps sur un gros coax avec 500 m max

*      10 Base 2                 10 Mbps sur un coax fin avec 200 m max

*      1 Base 5                  1 Mbps sur UTP 3 avec 250 m max

*      10 Base T                10 Mbps sur UTP 3 avec 100 m max

*      10 Broad 36            10 Mbps sur un gros coax avec 1800 m max

*      10 Base F                10 Mbps sur fibre optique (MMF) avec 2000 m max

*      100 Base TX            100 Mbps sur 2 paires UTP 5 avec 100 m max

*      100 Base FX            100 Mbps sur 2 fibres optiques (MMF) avec 1000 m max

*      100 Base T4             100 Mbps sur 4 paires UTP 3 avec 100 m max

*      1000 Base SX          1 Gbps sur fibre optique (MMF) avec 500 m max

*      1000 Base LX           1 Gbps sur fibre optique (SMF) avec 3000 m max

*      1000 Base CX          1 Gbps sur 4 paires UTP5 avec 25 m max

*      1000 Base T             1 Gbps sur 4 paires UTP5 avec 100 m max

*      10G Base T              10 Gbps sur fibre optique ou paire torsadée

*      100G Base T            100 Gbps sur fibre optique ou paire torsadée


2.         TRAME ETHERNET

trame


*      Préambule : Champ de 7 octets constitué d'une suite de 1 et de 0, servant à synchroniser le récepteur sur la trame émise.

*      Sfd : Start Frame Delimiter, séquence 10101011 matérialisant le début des informations exploitables.

*      Adresse destination : adresse physique (Ethernet) de la station devant recevoir la trame. Les trois premiers octets de cette adresse sont imposés par l'IEEE aux fabricants de contrôleurs, ce qui garantit son unicité. Il y a diffusion si tous les bits sont à 1.

*      Adresse source : adresse Ethernet de la station ayant émis la trame, de taille identique au champ d'adresse de destination.

*      Type ou longueur : Longueur de la trame exprimée en octets.

*      Informations : correspond aux informations en provenance (ou à destination) de la sous-couche LLC. La longueur de ce champ est comprise entre 46 et 1500 octets.

*      Pad : octets de "bourrage" sans signification, insérés si la longueur de la trame est insuffisante.

*      Fcs : Frame Check Sequence, résultat d'un calcul effectué sur le champ de la trame, sert à détecter d es bits corrompus lors d e la transmission.

Un système de détection et de ré-essai permet d'éviter les collisions (deux trames émises presque simultanément )


3.         ETHERNET COMMUTÉ

Jusque-là, la topologie Ethernet décrite était celle de l'Ethernet partagé (tout message émis est entendu par l'ensemble des machine raccordées, la bande passante disponible est partagée par l'ensemble des machines). 


Avec l'Ethernet commuté, la topologie physique reste une étoile, organisée autour d'un commutateur (switch). Le commutateur utilise un mécanisme de filtrage et de commutation très similaire à celui utilisé par les passerelles (bridge) où ces techniques sont utilisées depuis fort longtemps. Il inspecte les adresses de source et de destination des messages, dresse une table qui lui permet alors de savoir quelle machine est connectée sur quel port du switch (en général ce processus se fait par auto-apprentissage, c'est-à-dire automatiquement, mais le gestionnaire du switch peut procéder à des réglages complémentaires). Connaissant le port du destinataire, le commutateur ne transmettra le message que sur le port adéquat, les autres ports restants dès lors libres pour d'autres transmissions pouvant se produire simultanément.
Il en résulte que chaque échange peut s'effectuer à débit nominal (plus de partage de la bande passante), sans collisions, avec pour conséquence une augmentation très sensible du réseau (à vitesse nominale égale).

Puisque la commutation permet d'éviter les collisions et que les techniques 10/100/1000 base T(X) disposent de circuits séparés pour la transmission et la réception (une paire torsadée par sens de transmission), la plupart des commutateurs modernes permet de désactiver la détection de collision et de passer en mode full-duplex sur les ports. De la sorte, les machines peuvent émettre et recevoir en même temps (ce qui contribue à nouveau à la performance du réseau).
Le mode full-duplex est particulièrement intéressant pour les serveurs qui doivent desservir plusieurs clients.
Les commutateurs Ethernet modernes détectent également la vitesse de transmission utilisée par chaque machine ( autosensing) et si cette dernière supporte plusieurs vitesses (10 ou 100 ou 1000 megabits/sec) entament avec elle une négociation pour choisir une vitesse ainsi que le mode semi-duplex ou full-duplex de la transmission. Cela permet d'avoir un parc de machines ayant des performances différentes (par exemple un parc d'ordinateurs avec diverses configurations matérielles).
Comme le trafic émis et reçu n'est plus transmis sur tous les ports, il devient beaucoup plus difficile d'espionner (sniffer) ce qui se passe. Voilà qui contribue à la sécurité générale du réseau, ce qui est un thème fort sensible aujourd'hui.


L'usage de commutateurs permet de construire des réseaux plus étendus géographiquement. En Ethernet partagé, un message doit pouvoir atteindre toute autre machine dans le réseau dans un intervalle de temps précis (slot time) sans quoi le mécanisme de détection des collisions (CSMA/CD) ne fonctionne pas correctement.

Modifié le: mercredi 15 mai 2019, 12:56