Le réseau Ethernet

 Ethernet est le nom donné à une des technologies les plus utilisées pour les réseaux locaux en bus. Elle a été inventée par Xerox au début des années 70 et normalisée par l'IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineers) vers 1980 sous la norme IEEE 802.

Tout d'abord, il existe plusieurs technologies physiques pour établir un réseau Ethernet.

• 10 base 5 ou thick Ethernet est un réseau à base de câble coaxial de 1,27 cm de diamètre, d'une longueur de 500 m maximum et terminé à chaque extrémité par une résistance. Chaque ordinateur est relié, par un cordon AUI Attachment Unit Interface ), à un boîtier appelé transceiver lui-même connecté au câble par l'intermédiaire d'une prise << vampire >>. Le transceiver est capable de détecter si des signaux numériques transitent sur le câble et de les traduire en signaux numériques à destination de l'ordinateur, et inversement.
• 10 base 2 ou thin Ethernet est un réseau à base d'un câble coaxial plus fin et plus souple, moins résistant aux perturbations électromagnétiques que le 10 base 5, mais d'un coût inférieur. Le transceiver et le câble AUI ne sont plus utiles car l'ordinateur est relié directement au câble par l'intermédiaire d'une prise BNC en T intégrée à la carte Ethernet de l'ordinateur.
• 10 base T ou twisted pair Ethernet est un réseau dans lequel chaque ordinateur est relié, par un câble de type paire torsadée, à un point central appelé hub qui simule l'effet d'un transceiver et de son câble AUI. La connexion des câbles se fait par l'intermédiaire d'une prise RJ45 et les hubs doivent être alimentés électriquement. Ils simulent ainsi le fonctionnement d'un bus alors que la topologie physique du réseau est une étoile.

Majoritairement, les réseaux Ethernet ont un débit de 10Mbit/s et les informations sont transmises sur le bus sans garantie de remise. Chaque transceiver capte toutes les trames qui sont émises sur le câble et les redirige vers le contrôleur de l'ordinateur qui rejettera les trames qui ne lui sont pas destinées et enverra au processeur celles qui le concernent, c'est-à-dire celles dont l'adresse de destination est égale à celle de la carte réseau. Comme il n'y a pas d'autorité centrale qui gère l'accès au câble, il est possible que plusieurs stations veuillent émettre simultanément sur le câble. C'est pourquoi chaque transceiver écoute le câble pendant qu'il émet des données afin de détecter des éventuelles perturbations. Si une collision est détectée par le transceiver, celui-ci prévient le coupleur qui arrête d'émettre et attend un laps de temps aléatoire compris entre 0 et une certaine durée $\delta$ avant de réémettre ses données. S'il y a encore un problème de collision, alors un nouveau temps d'attente est tiré au sort entre 0 et $2*\delta$, puis entre 0 et $4*\delta$, etc... jusqu'à ce que la trame soit émise. Ce principe est justifié par le fait que si une première collision se produit, il y a de fortes chances que les délais d'attente tirés au sort par chacune des 2 stations soient très proches, donc il ne sera pas surprenant d'avoir une nouvelle collision. En doublant à chaque fois l'intervalle des délais d'attente possibles on augmente les chances de voir les retransmissions s'étaler sur des durées relativement longues et donc de diminuer les risques de collision. Cette technologie s'appelle CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect) . Elle est efficace en générale mais a le défaut de ne pas garantir un délai de transmission maximal après lequel on est sûr que la trame a été émise, donc cela ne permet pas de l'envisager pour des applications temps réel.

Les adresses physiques Ethernet sont codées sur 6 octets (48 bits) et sont censées être uniques car les constructeurs et l'IEEE gère cet adressage de manière à ce que deux coupleurs ne portent pas la même adresse. Elles sont de trois types

• unicast dans le cas d'une adresse monodestinataire désignant un seul coupleur
• broadcast dans le cas d'une adresse de diffusion générale (tous les bits à 1) qui permet d'envoyer une trame à toutes les stations du réseau
• multicast dans le cas d'une adresse multidestinataire qui permet d'adresser une même trame à un ensemble de stations qui ont convenu de faire partie du groupe que représente cette adresse multipoint.

On voit donc qu'un coupleur doit être capable de reconnaitre sa propre adresse physique, l'adresse de multicast, et toute adresse de groupe dont il fait partie.

Au niveau des trames, la normalisation IEEE 802 définit un format de trame légèrement différent de celui du véritable Ethernet. Ainsi, le RFC 894 définit les trames Ethernet et le RFC 1042 définit celles des réseaux IEE 802 comme illustré dans la figure 2.10.

  

Figure 2.10: Encapsulation Ethernet et IEEE 802.3.

Mais la variante la plus usitée est l'Ethernet.

Les deux trames utilisent des adresses matérielles source et destination de 6 octets (adresse Ethernet) et un CRC de 4 octets mais différent sur les points suivants.

• Dans le format Ethernet le troisième champ contient le type de données transmises selon que c'est un datagramme IP, une requête ou réponse ARP ou RARP. Puis, viennent les données transmises qui peuvent avoir une taille allant de 46 à 1500 octets. Dans le cas de données trop petites, comme pour les requêtes et réponse ARP et RARP (voir la sous-section 2.4.4) on complète avec des bits de bourrage ou padding .
• Dans le format IEEE 802, le troisième champ indique le nombre d'octets de la trame sans compter le CRC. Étant donné qu'aucune des valeurs possibles pour le champ type de la trame Ethernet ne peut représenter une longueur de trame, ce champ peut permettre de distinguer les encapsulations. Pour la sous-couche LLC le champ DSAP (Destination Service Access Point ) désigne le ou les protocoles de niveau supérieur à qui sont destinées les données de la trame et le champ SSAP (Source Service Access Point ) désigne le protocole qui a émis la trame. Ici leur valeur hexadécimale est AA, c'est-à-dire la valeur désignant le protocole SNAP (Sub-Network Access Protocol ). Le champ de contrôle ctrl est mis égal à 3 et les 3 octets du champ org code sont mis à 0. Ensuite, on trouve le champ type qui a la même signification que celui de la trame Ethernet.

De nombreux équipements matériels interviennent dans la constitution physique d'un réseau Ethernet, ce paragraphe décrit quelques uns de ceux qui interviennent aux niveaux 1 et 2 du modèle OSI.

• Un répéteur opére de manière physique uniquement, donc au niveau de la couche 1 du modèle OSI. Il se contente de retransmettre et d'amplifier tous les signaux qu'il reçoit, sans aucun autre traitement. Un << hub >> est un répéteur 10 base T multiport qui renvoie donc le signal qu'il reçoit par l'un de ses ports vers tous ses autres ports.
• Un pont est un équipement qui intervient dans l'architecture d'un réseau en reliant deux segments disjoints de ce réseau. Le pont appartient à la couche 2 du modèle OSI car il va filtrer les trames du réseau en fonction de leur origine et destination, mais il ne se préoccuppe pas du logiciel réseau de niveau supérieur (TCP/IP, DECNet, IPX, ...).

  
  

    

  Figure 2.11: Fonctionnement d'un pont..

  
  
  

  Dans la configuration de la figure 2.11 le pont sera capable de déterminer que les ordinateurs A et B sont sur le segment 1 et les ordinateurs C et D sur le segment 2. Il peut obtenir ces informations car il << voit passer >> toutes les trames provenant des ordinateurs appartenant aux deux segments qu'il relie et grâce aux adresses d'origine contenues dans les trames, il peut se construire une table d'adresses mémorisant la cartographie du réseau. Ainsi, si une trame est envoyée de A vers B, ou de C vers D, elle ne franchira pas le pont car celui-ci aura détecté que c'est inutile. Mais si la trame provenant de A est destinée à C ou D, elle le traversera sans aucun autre traitement.

  L'utilisation d'un pont peut ainsi améliorer le débit d'un réseau car toutes les trames ne sont pas transmises sur tout le réseau. D'autre part, cela peut permettre d'augmenter la confidentialité du réseau en isolant certains ordinateurs des autres de manière à ce que certaines trames soient impossibles à capturer par des ordinateurs << espions >> collectionnant toutes les trames qui circulent sur le réseau, même celles qui ne lui sont pas destinées.

• Un commutateur est en fait un pont multiport qui va aiguiller chacune des trames qu'il reçoit vers le segment sur lequel se trouve l'ordinateur de destination de la trame. Cependant, chacun de ses ports est habituellement relié à un segment contenant un nombre restreint d'ordinateurs, voire à un seul s'il s'agit par exemple d'un serveur très sollicité.