La théorie des réseaux locaux et étendus


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XII. Les réseaux ETHERNET

XII-1. Historique des réseaux ETHERNET

L'université de Hawaï développa à la fin des années 1960 un réseau étendu. Les bâtiments de son campus étaient très éloignés les uns des autres et il fallait réunir les ordinateurs disséminés en un seul réseau. La méthode d'accès CSMA/CD fut développée à cette occasion. Ce premier réseau a constitué la base des réseaux ETHERNET futurs.

Robert Metcalfe (Bob qui fonda la société 3COM) et David Boggs du PARC (Palo Alto Research Center) inventèrent un système de câbles et de signalisation en 1972. Puis en 1975, ils présentèrent le premier réseau ETHERNET :

  • Débit de 2,94 Mb/s
  • Connexion de plus de 100 stations
  • Distance maximale entre deux ordinateurs de 1 Kilomètre

Le réseau ETHERNET de la société XEROX rencontra un tel succès, en 1976, que XEROX s'associa avec INTEL CORPORATION et DIGITAL EQUIPEMENT CORPORATION pour élaborer une norme à 10 Mb/s.
L'architecture ETHERNET est aujourd'hui l'architecture la plus répandue dans le monde.

XII-2. La norme IEEE 802.3

Les caractéristiques des premiers réseaux EHERNET ont servi de base pour l'élaboration de la norme IEEE 802.3. La norme IEEE 802.3 décrit la méthode d'accès au réseau CSMA/CD et concerne les sous-couches LLC et MAC, lesquelles font parties des couches LIAISON et PHYSIQUE du modèle OSI. Maintenant, tous les réseaux ETHERNET satisfassent à la norme IEEE 802.3. La norme IEEE 802.3 a été publiée en 1990 par le comité IEEE, et concerne les réseaux ETHERNET câblés.

XII-3. Les caractéristiques générales d'un réseau ETHERNET

Les caractéristiques générales d'un réseau ETHERNET sont les suivantes :

  • La norme IEEE 802.3
  • La topologie en bus linéaire ou en bus en étoile
  • La transmission des signaux en bande de base
  • La méthode d'accès au réseau CSMA/CD, méthode à contention
  • Un débit de 10 à 100 Mb/s
  • Le support est « passif » (c'est l'alimentation des ordinateurs allumés qui fournit l'énergie au support) ou « actif » (des concentrateurs régénèrent le signal)
  • Le câblage en coaxial, en paires torsadées et en fibres optiques
  • Les connecteurs BNC, RJ45, AUI et/ou les connecteurs pour la fibre optique
  • Des trames de 64 à 1518 Octets

Les réseaux ETHERNET peuvent utiliser plusieurs protocoles, dont TCP/IP sous UNIX, ce qui explique pourquoi c'est un environnement qui a été plébiscité par la communauté scientifique et universitaire. Les performances d'un réseau ETHERNET peuvent être améliorées grâce à la segmentation du câble. En remplaçant un segment saturé par deux segments reliés par un pont ou un routeur. La segmentation réduit le trafic et le temps d'accès au réseau.

XII-4. Le format de la trame ETHERNET

Pendant le processus de transmission des données, celles-ci sont découpées en paquets ou trames. Les trames d'un même réseau ETHERNET se ressemblent toutes, mais elles sont différentes des trames qui appartiennent à d'autres types de réseaux.

Par exemple les trames ETHERNET II pour TCP/IP ont toutes la même structure :

  • L'en-tête Le préambuleLa destinationLa sourceLe type de protocole de la couche RESEAU (IP ou IPX par exemple)
  • Les données
  • La queue Le contrôle cyclique de redondance (CRC)

La longueur d'une trame ETHERNET est comprise entre 64 et 1518 Octets. Les informations d'en-tête et de queue requièrent 18 Octets, il reste donc un espace de 46 à 1500 Octets pour les données.

XII-5. Les normes du réseau ETHERNET

Les normes Ethernet s'expriment toutes de la même façon (« x » modulation « y ») :

  • Avec « x » qui exprime la vitesse en Mb/s.
  • Avec comme mode de transmission la modulation en Bande de Base, raccourci à la seule expression de Base.
  • Avec « y » qui décrit le support de communication :
    • « T » pour les câbles en paires torsadées
  • Un chiffre pour le câble coaxial :
    • « 2 » pour le coaxial fin
    • « 5 » pour le coaxial épais
    • « FL » ou « FO » pour la fibre optique

Les normes IEEE définissent les spécifications relatives à la mise en oeuvre de plusieurs types de réseaux ETHERNET.

  • Les normes IEEE pour les réseaux Ethernet
    • La norme IEEE 802.3 :
      • Le 10BaseT pour les câbles en paires torsadées non blindées et blindées
      • Le 10Base2 pour les câbles en coaxial fin
      • Le 10Base5 (ETHERNET STANDARD) pour les câbles en coaxial épais
      • Le 100BaseX (FAST ETHERNET)
      • Le 100BaseT4 pour la paire torsadées à quatre paires de fils (UTP)
      • Le 100BaseT5 pour la paire torsadées de catégorie 5
      • Le 100BaseTX pour la paire torsadées blindée (STP)
      • Le 100BaseFX pour la fibre optique
    • La norme IEEE 802.8 :
      • Le 10BaseFL pour la fibre optique La norme IEEE 802.12 :
      • Le 100VG-AnyLAN

Il arrive fréquemment que de grands réseaux combinent plusieurs normes en même temps...

Les normes IEEE à 10Mb/s ne furent pas assez rapides pour supporter des applications gourmandes en bande passante (CAO, FAO, la vidéo, la GED, ...). Aussi, les comités IEEE développèrent de nouvelles normes pour des réseaux à 100 Mb/s comme 100VG-AnyLAN et 100BaseX. Ces nouvelles normes sont compatibles avec le 10BaseT, et leur implantation n'est pas synonyme de restructuration...

XII-6. Les systèmes d'exploitation sur un réseau ETHERNET

De nombreux systèmes d'exploitation réseaux fonctionnent sur un réseau ETHERNET :

  • Les systèmes MICROSOFT :
    • WINDOWS 95 et 98
    • WINDOWS NT WORKSTATION
    • WINDOWS NT SERVER
    • LAN MANAGER
    • WINDOWS for WORKGROUP
  • Le système NETWARE de NOVELL
  • Le système LAN SERVER d'IBM
  • Le système APPLESHARE de APPLE COMPUTER
  • Les systèmes UNIX, BSD, Linux

XII-7. Le tableau récapitulatif des réseaux ETHERNET à 10 Mb/S

Tableau récapitulatif des réseaux ETHERNET à 10 Mb/s
  10BaseT 10Base2 10Base5 10BaseFL
Nom Ethernet Thinnet Ethernet Standard  
Norme IEEE 802.3 IEEE 802.3 IEEE 802.3 IEEE 802.8
Débit 10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s 10 Mb/s
La transmission des signaux bande de base bande de base bande de base bande de base
L'accès au réseau CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD CSMA/CD
Topologies En étoile, en bus en étoiles En bus En bus, une dorsale et des bus En bus
Règle   Règle des 5-4-3 Règle des 5-4-3  
Dorsale Concentrateurs   Transceivers  
Câbles Paire torsadées Coaxial fin Coaxial épais Fibre optique
Catégorie câble UTP 3, 4 et 5 RG-58    
Plusieurs câbles UTP ou STP (Une dorsale en coaxial ou en fibre optique)   Coaxial épais (principale) et coaxial fin (secondaires) La fibre optique pour relier entre des répéteurs
Impédance câble   50 Ohms    
Prises vampires (Si dorsale) NON OUI  
Transceiver (Si dorsale en coaxial épais) OUI Reliés à un répéteur  
Câbles de transceiver Si dorsale OUI OUI, 50 mètres  
Concentrateurs Répéteurs multiports      
Connecteurs RJ45 et/ou AUI (si dorsale) BNC et AUI s'il y a un transceiver AUI ou DIX  
Résistance des connecteurs   50 Ohms 50 Ohms  
Bouchons et prolongateurs   BNC Série N  
Cartes réseaux RJ45; AUI (si dorsale) Compatible BNC Compatible AUI (ou DIX)  
Segment 100 mètres 185 mètres 500 mètres 2000 mètres
Répéteurs OUI OUI OUI OUI, en fibre
Réseau   925 mètres 2500 mètres  
Câble de descente   inférieur à 50 mètres inférieur à 50 mètres  
Écart entre deux ordinateurs 2,5 mètres 0,5 mètre 2,5 mètres (hors câble de descente)  
Noeuds par segment   30 noeuds 100 noeuds  
Noeuds par réseaux 1024 transceivers 86 stations 296 stations  
Utilisation     Un immeuble Entre bâtiments

XII-8. Le 10BaseT

90% des nouvelles installations utilisent un réseau Ethernet 10BaseT avec un câblage UTP de catégorie 5, parce que ce type de câble permet ensuite de passer à un débit de 100 Mb/s.

Les réseaux ETHERNET en 10BaseT utilisent en général des câbles en paires torsadées non blindées (UTP), mais ils fonctionnent tout aussi bien avec des câbles en paires torsadées blindées (STP).

La topologie des réseaux ETHERNET en 10BaseT ressemble généralement à une étoile avec un concentrateur (HUB), mais le concentrateur central contient en réalité un bus interne. Le concentrateur sert de répéteur multiports et se trouve souvent dans une armoire de câblage. Des répéteurs peuvent être utilisés pour allonger la longueur du câble qui est limité à 100 mètres.

Un réseau ETHERNET en 10BaseT offre les avantages d'une topologie en étoile, il est aisé de déplacer une station vers un autre endroit, sans pour cela interrompre le réseau. Il suffit pour cela de changer le cordon du tableau de connexion qui se trouve dans l'armoire de câblage...

Plusieurs concentrateurs peuvent être reliés ensemble par une dorsale en câble coaxial ou en fibre optique. Selon la spécification IEEE 802.3, 1024 ordinateurs peuvent appartenir au même réseau ETHERNET 10BaseT, sans composants de connectivité...

Les caractéristiques de L'ETHERNET en 10BaseT :

  • « 10 » pour 10 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « T » pour les câbles à paire torsadées :
  • Câbles à paires torsadées non blindées (UTP catégorie 3, 4 et 5)
  • Câbles à paires torsadées blindées (STP)
  • La méthode d'accès au réseau CSMA/CD
  • Des connecteurs RJ45
  • Des cartes réseaux compatibles RJ45
  • Avec un transceiver intégré
  • Avec un transceiver externe
  • La longueur maximale d'un segment est de 100 mètres (c'est la distance entre le concentrateur et le transceiver de l'ordinateur)
  • L'écart minimal entre deux ordinateurs est de 2,5 mètres
  • Le nombre maximal d'ordinateurs est de 1024 transceivers
  • Un ou des concentrateurs (répéteur multiports)
  • Un seul concentrateur pour une topologie en étoile
  • Plusieurs concentrateurs reliés ensemble par une dorsale (en câble coaxial ou une fibre optique) pour une topologie en bus en étoile
  • Des répéteurs pour allonger la longueur d'un segment

XII-9. Le 10Base2

Le 10Base2 est aussi appelé ETHERNET fin (THINNET). Les réseaux ETHERNET en 10Base2 utilisent des câbles coaxiaux fins. Les spécifications IEEE 802.3 n'autorisent pas de transceiver entre le connecteur BNC en « T » du câble et la carte réseau de l'ordinateur ; le câble se branche directement sur un connecteur BNC de la carte réseau. Un réseau ETHERNET FIN peut combiner jusqu'à 5 segments de câbles reliés par 4 répéteurs, mais 3 seulement de ces segments pourront accueillir des stations, c'est la règle des 5-4-3. Deux segments doivent rester inexploités, ils servent de liaisons inter répéteurs et permettent d'augmenter la longueur total du réseau. La spécification IEEE 802.3 recommande un maximum de 30 noeuds (ordinateurs, répéteurs,...) par segment, et un maximum de 1024 ordinateurs pour la totalité d'un réseau.

Les réseaux ETHERNET FIN sont de bonnes solutions pour les petits réseaux, bon marché, simple à installer et facile à configurer...

Les caractéristiques de L'ETHERNET en 10Base2 :

  • « 10 » pour 10 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « 2 » parce que le câble coaxial fin (RG-58 avec une impédance de 50 Ohm) peut transporter un signal sur une distance d'à peu près 2x100 mètres, en fait 185 mètres
  • La méthode d'accès au réseau CSMA/CD
  • Des connecteurs, des prolongateurs et des bouchons de terminaisons BNC (résistance de 50 Ohm)
  • Des cartes réseaux compatibles BNC
  • La longueur maximale d'un segment est de 185 mètres
  • L'écart minimum entre deux stations est de 0,5 mètre
  • La longueur maximum pour le câble de descente (le « drop cable » en anglais) est de 50 mètres.
  • Un nombre maximal de 30 noeuds (ordinateurs, répéteurs,...) par segment
  • La longueur maximale pour la totalité du réseau est de 925 mètres (185x5)
  • Le nombre maximal d'ordinateur sur le réseau est de 86 stations (29+1+28+1+1+1+29)
  • Une topologie en bus
  • Des répéteurs pour allonger la longueur du réseau

XII-10. Le 10Base5

Les réseau ETHERNET en 10Base5 sont aussi appelés ETHERNET STANDARD (STANDARD ETHERNET). Les réseaux ETHERNET en 10Base5 utilisent des câbles coaxiaux épais (ETHERNET EPAIS ou THICK ETHERNET).

Le câble principal est appelé une dorsale (BACKBONE). Des prises vampires percent la dorsale, et des transceivers se branchent sur les prises vampires. Les transceivers ont des connecteurs AUI ou DIX à 15 broches d'où partent les câbles de transceiver ou autrement dit les câbles de descente. Le câble de descente se branche au connecteur AUI ou DIX de la carte réseau. Le transceiver assure les communications entre l'ordinateur et le câble principal. Les connecteurs AUI ou DIX sont situés à chaque extrémité du câble de transceiver.

La même règle des 5-4-3 s'applique aux réseaux ETHERNET STANDARD (5 segments, 4 répéteurs, 3 segments seulement peuvent accueillir des stations).

La combinaison des câbles en coaxial fin et en coaxial épais permet de construire un réseau vaste et fiable. Des câbles ETHERNET EPAIS sont utilisés pour le câble principal (une dorsale en coaxial épais), et des câbles ETHERNET FIN sont utilisés pour les câbles secondaires (en coaxial fin). Le transceiver du câble principal est relié à un répéteur, et le répéteur est relié au câble secondaire qui accueille les stations.

Les distances et les tolérances du câble ETHERNET EPAIS sont plus importantes que celles du câble EHERNET FIN, c'est pourquoi il est souvent utilisé pour desservir tout un immeuble...

Les caractéristiques de L'ETHERNET en 10Base5 :

  • « 10 » pour 10 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « 5 » parce que le câble coaxial épais (peut transporter un signal sur une distance de 5x100 mètres, donc de 500 mètres
  • La méthode d'accès au réseau CSMA/CD
  • Des câbles de transceiver (ou câbles de descentes de 3/8 pouces) qui relient la carte réseau d'un ordinateur au transceiver de la dorsale
  • Des connecteurs AUI ou DIX pour le branchement aux cartes réseaux et aux transceivers de la dorsale
  • Des prolongateurs et des bouchons de terminaisons de série N (résistance de 50 Ohm)
  • Des cartes réseaux compatibles AUI ou DIX
  • La longueur maximale d'un segment est de 500 mètres
  • L'écart minimum entre deux stations est de 2,5 mètres. Cette distance ne comprend pas la longueur du câble de descente, mais mesure la distance entre deux transceiver sur le câble principal.
  • La longueur maximale du câble de transceiver est de 50 mètres. C'est la distance entre l'ordinateur et le transceiver du câble principal.
  • Un nombre maximal de 100 noeuds (ordinateurs, répéteurs,...) par segment
  • La longueur maximale pour la totalité du réseau est de 2500 mètres (500x5)
  • Le nombre maximal d'ordinateur sur le réseau est de 296 stations (99+1+98+1+1+1+99)
  • Une topologie en bus ou en bus avec une dorsale (BACKBONE)
  • Des répéteurs pour allonger la longueur du réseau

XII-11. Le 10BaseFL

La norme IEEE 802.8 concerne les réseaux ETHERNET en 10BaseFL qui utilisent des câbles en fibre optique.

Les câbles en fibre optique permettent d'installer de très long câbles entre des répéteurs. Les répéteurs spéciaux pour la fibre optique sont nécessaires pour convertir le signal lumineux en un signal électrique. L'ETHERNET en 10BaseFL permet de relier deux bâtiments.

Les caractéristiques de l'ETHERNET en 10BaseFL :

  • « 10 » pour 10 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « FL » pour Fiber Link, c'est à dire pour désigner les câbles en fibre optique
  • La méthode d'accès au réseau CSMA/CD
  • La longueur maximale d'un segment est de 2000 mètres
  • Des répéteurs pour la fibre optique

XII-12. Le 100VG-AnyLAN

L'architecture des réseaux 100VG-AnyLAN a été développée par la société HEWLETT-PACKARD. La norme IEEE 802.12 définie les spécifications des réseaux 100VG-AnyLAN.

Les réseaux 100VG-AnyLAN combinent les caractéristiques des réseaux ETHERNET (norme IEEE 802.3) et des réseaux TOKEN RING (norme IEEE 802.5). Les réseaux 100VG-AnyLAN s'appellent indifféremment 100BaseVG, VG, AnyLAN

Les réseaux 100VG-AnyLAN fonctionnent avec la méthode d'accès de la priorité de la demande qui autorise deux niveaux de priorité (haute et basse).

Les réseaux 100VG-AnyLAN offre la possibilité de filtrer les trames au niveau d'un concentrateur, ce qui permet d'accroître la confidentialité des données. Les réseaux 100VG-AnyLAN permettent de transmettre les trames de type ETHERNET et les trames de type TOKEN RING.

Les réseaux 100VG-AnyLAN s'appuient sur une topologie en étoile autour d'un concentrateur. La topologie en étoile en cascade s'appuie autour d'un concentrateur principal appelé « parent » auquel sont reliés des concentrateurs secondaires appelés « enfants ». Les concentrateurs des réseaux 100VG-AnyLAN sont spécifiques à cette norme. Les câbles des réseaux 100VG-AnyLAN sont plus courts que ceux des réseaux 10BaseT, c'est pourquoi ils sont souvent équipés de plus de boîtier...

Les caractéristiques de l'ETHERNET en 100BaseVG :

  • « 100 » pour 100 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « VG » pour Voice Grade
  • Des câbles en paires torsadées de catégorie 3, 4 et 5, ou avec de la fibre optique
  • La méthode d'accès au réseau priorité de la demande
  • La longueur de câble est limitée à 250 mètres
  • Topologie en étoile ou en étoile en cascade

XII-13. Le 100BaseX

Le 100BaseX est aussi appelé le FAST ETHERNET. Le 100BaseX est issu d'une extension de la norme ETHERNET.

Le 100BaseX englobe trois normes différentes :

  • Le 100BaseT4 pour la paire torsadée à quatre paires de fils
  • Le 100BaseTX pour la paire torsadée à deux paires de fils
  • Le 100BaseFX pour la fibre optique

Les caractéristiques de l'ETHERNET en 100BaseX :

  • « 100 » pour 100 Mb/s
  • « Base » pour la transmission des signaux en bande de base
  • « X » pour « T4 », « TX » ou « FX » selon le câblage
  • La méthode d'accès CSMA/CD
  • Les câbles :
  • Pour la norme 100BaseT4, des câbles de type téléphonique à paires torsadées non blindées (UTP quatre paires de la catégorie 3, 4 et 5) avec quatre paires de fils (TELEPHONE GRADE)
  • Pour la norme 100BaseTX, des câbles de type transmission de données (DATA GRADE) à paires torsadées non blindées ou blindées (UTP ou STP à deux paires de fils de la catégorie 5)
  • Pour la norme 100BaseFX, des câbles en fibre optique
  • Des concentrateurs
  • Topologie en bus en étoile

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