Réseaux locaux (LAN) (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 5)

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Réseaux locaux (LAN) (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 5)
Variantes sur le réseau
IEEE802.x
LLC et MAC
Standards
Groupes de travail et ses zones de responsabilités de l'IEEE Committee
IEEE 802.3 : Ethernet
CSMA/CD
Caractéristiques communes aux réseaux Ethernet
Variations sur le thème Ethernet
Ethernet 10 Mbps
Récapitulatif des caractéristiques des réseaux Ethernet 10BaseX

Réseaux locaux (LAN) (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 5)

Si réseaux étendus et interréseaux sont essentiels dans la connexion des zones disséminées d'une entreprise, le réseau client/serveur de base est local (LAN), comme on l'a expliqué au chapitre 1. À vrai dire, ce type de réseau, limité à un département ou à un bâtiment, constitue déjà en fait un réseau local. Par ailleurs, les réseaux locaux sont les blocs constitutifs d'autres, plus importants et interconnectés. Et ce sont des réseaux locaux, parlant à d'autres réseaux locaux au moyen de communications à longue distance, et les réseaux locaux indiquant comment acheminer leurs paquets (par le bais, naturellement, de matériels et de logiciels), qui forment le cœur d'un réseau étendu.

Les réseaux locaux revêtent donc une grande importance. Examinons ce dont ils sont capables :

• Constituer les réseaux autonomes des PME.

• Servir de liaison à un réseau avec système central.

• Constituer des réseaux locaux indépendants, tout en formant des segments de réseaux plus importants.

• Aidés de routeurs et de passerelles, transmettre des informations, même s'ils recourent à des architectures différentes.

• Depuis 1998, connecter plusieurs PC et périphériques (tels que des imprimantes) dans la technologie de la domotique, pour allumer ou éteindre les lampes, contrôler le chauffage ou l'air conditionné, voire pour surveiller le chien resté à la maison.

Imaginez un monde sans réseau local :

• N'existe que le courrier que transmet la poste.

• Les rendez-vous se prennent : par contact direct avec l'intéressé, par courrier, par notes dans un agenda.

• Les téléphones à choix de menus ni boîtes vocales n'existent.

• Les tarifs, les inventaires et les catalogues de produits ne figurent que sur du papier.

• Quiconque désire imprimer un document doit d'abord trouver un ordinateur connecté à une imprimante.

• Les fichiers doivent être copiés sur disquette, laquelle est alors physiquement transmise.

• Commandes, factures et rapports de vente ne peuvent pas être liés ni mis à la disposition de plusieurs départements en même temps.

• Planning des employés, réunions et informations relatives au personnel ne peuvent être automatisés.

• Rapports et documents doivent être photocopiés et distribués avant qu'on puisse les examiner.

• Le télétravail est impossible.

• Votre garagiste ne peut accéder par son clavier au fichier d'entretien où est répertoriée votre voiture.

• Les produits, des livres aux T-shirts, ne sont vendus que dans les boutiques, par téléphone ou par commande postale.

• Cours de la bourse et résultats sportifs doivent attendre leur parution dans le journal du soir.

Triste monde.

Variantes sur le réseau

Un réseau local de base comporte des serveurs, des nœuds et des périphériques tels que des imprimantes et des télécopieurs. Le réseau local lui-même, comme le décrit le chapitre 3, peut prendre la forme (qui ne sera pas nécessairement physique, comme nous l'avons déjà vu) d'un bus, d'un anneau ou d'une étoile logiques, ou constituer une combinaison de ces types, par exemple un bus en étoile ou un anneau câblé en étoile, comme le montrent les figures 5-1 et 5-2.

Figure 5.1 Topologie de bus en étoile. Remarquez les connexions linéaires (bus) de concentrateur à concentrateur.

Figure 5.2 Topologie de réseau en étoile. Remarquez que les clients sont câblés aux concentrateurs selon une configuration en étoile et que l'anneau est formé des connexions entre les concentrateurs.

Lorsque le trafic sur le réseau augmente et que la réponse de ce dernier s'en voit ralentie, il faut soit l'accroître, soit le réorganiser pour qu'il puisse assumer cette charge supplémentaire. Les administrateurs réseau disposent d'autres possibilités :

• Ajouter des nœuds supplémentaires, bien que cette solution comporte des limites.

• Segmenter un réseau local en deux plus petits.

• Joindre des réseaux locaux séparés – parfois comme corollaire à l'option précédente.

• Créer un interréseau.

Toutes ces solutions partent de certaines configurations de base de réseaux locaux et nécessitent des éléments supplémentaires, tels des routeurs et les passerelles, ainsi que les modems (dans les réseaux étendus) ou d'autres technologies de communication – qui seront abordées au chapitre 7. Pour le moment, attachons-nous aux bases desa réseaux locaux, en commençant par les standards, connus sous le nom IEEE 802.x, qui définissent la conduite et les protocoles d'un réseau à ses niveaux inférieurs, les couches Physique et Liaison du modèle de référence ISO/OSI.

IEEE802.x

IEEE 802.x (x représente un nombre décimal, comme l'indique le tableau qui suit) tire son nom de l'année (1980) et du mois (février) où l'IEEE lança le "projet 802", tentative ambitieuse de définir des normes pour les réseaux. Suite aux travaux de nombreux groupes de travail et à la publication de documents techniques, ce projet a produit de multiples recommandations, spécifications et normes.

LLC et MAC

Bien que les normes 802.x et le modèle de référence ISO/OSI aient été développés séparément, tous deux se complètent, à deux seules différences près : tout d'abord, 802.x limite son domaine aux couches Liaison et Physique ; ensuite, et c'est plus important, 802.x divise la couche Liaison en deux sous-couches, l'une appelée Contrôle des liaisons logiques (LLC ou Logical Link Control), l'autre Contrôle d'accès au support (MAC ou Media Access Control).

La sous-couche LLC :

• Gère – établit et termine – les liaisons.

• Ordonne les trames, en accuse réception et contrôle leur trafic.

La sous-couche MAC :

• Gère l'accès au réseau physique.

• Est responsable de la délimitation des trames et du contrôle d'erreur.

Standards

En ce qui concerne les standards eux-mêmes, le comité 802.x, dénommé IEEE 802 Local and Metropolitan Area Network Standards Commitee, comporte 13 groupes de travail, dont certains sont pour l'heure inactifs. Ils s'occupent de six catégories de standards de base, comme le montre le tableau suivant. Ne vous inquiétez pas de ce que certains de ces termes ne vous soient pas familiers : ils seront expliqués ultérieurement. Pour le moment, le tableau permet de faciliter la distinction entre les catégories de standards 802.x.

Groupes de travail et ses zones de responsabilités de l'IEEE Committee

De nos jours, le comité 802 de l'IEEE est l'organisme de définition des normes pour la couche Physique et les sous-couches LLC et MAC. Comme l'indique le tableau ci-dessus, ce groupe a produit plusieurs standards, qui définissent des familles d'architectures réseaux, telles que Ethernet, le bus à jeton, Token Ring et d'autres.

IEEE 802.3 : Ethernet

La plus ancienne des technologies du réseau répond au nom Ethernet ; elle sert aujourd'hui encore dans de nombreux réseaux locaux, si ce n'est dans la plupart. Son nom provient de "éther", jadis supposé offrir un milieu conducteur de l'énergie électromagnétique. Ethernet a été développé au début des années 70, au célèbre centre de recherches PARC de Xerox, à Palo Alto, où furent également inventées l'imprimante laser, la souris et l'interface utilisateur graphique (GUI ou Graphical User Interface).

Un dicton dit cependant : "Si je vois plus loin c'est parce que je suis monté sur les épaules d'un géant." En d'autres termes, les avancées scientifiques (et technologiques) surgissent rarement seules. Elles trouvent leur source dans des travaux antérieurs. Ethernet ne fait pas exception à la règle. Bien que le câblage et la signalisation Ethernet aient été inventés au PARC de Xerox, ils s'appuient sur un réseau antérieur – en fait, un réseau étendu –, ALOHA, implémenté à l'université de Hawaii dans les années 60, qui recourait à CSMA/CD pour contrôler l'accès et la contention réseau. CSMA/CD est caractéristique des réseaux Ethernet.

CSMA/CD

Comme nous l'avons déjà indiqué, ces initiales signifient Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Accès multiple avec écoute de la porteuse et détection des collisions). Cette technologie fonctionne sur la sous-couche MAC et est la méthode qu'emploient les nœuds du réseau dans Ethernet et certains autres réseaux locaux pour :

• Accéder au réseau lorsqu'ils ont des paquets à transmettre.

• Garantir que deux d'entre eux ne tentent pas de transmettre en même temps.

Quant à la signification effective de ces termes, voici comment les analyser d'une manière qui rende la technologie elle-même à la fois mémorable et mémorisable. La partie Carrier Sense (écoute de la porteuse) signifie que les nœuds du réseau "écoutent" un signal de porteuse, sur la ligne, qui leur indique que le réseau est occupé. Multiple Access (Accès multiple) indique qu'il peut arriver que plusieurs nœuds tentent au même moment une transmission. Lorsque deux le font simultanément, ils se basent sur la détection des collisions pour résoudre la situation.

En fonctionnement, CSMA/CD rend le réseau comparable à une ligne téléphonique sur laquelle tous les nœuds seraient des individus désirant (ou attendant de) participer. Comme dans ces conversations, les nœuds "écoutent" le signal de la porteuse à tout moment. Lorsque l'un d'eux a quelque chose à transmettre, il attend que la ligne soit libre – en d'autres termes, il ne reçoit pas le signal de la porteuse. Il place alors ce qu'il souhaite transmettre sur le câble. S'il est le seul à transmettre à ce moment-là, tout se passe sans encombre : les autres attendent que sa transmission atteigne sa destination, avant d'essayer de transmettre eux-mêmes des données.

Il peut parfois arriver que deux nœuds supposent la ligne libre et tentent de transmettre simultanément, tout comme deux personnes sur une ligne partagée peuvent débuter une conversation lorsque la ligne est temporairement libre. Lorsque cela se produit sur un réseau CSMA/CD, une collision des données en résulte, dans laquelle l'activité du signal s'accroît et les données elles-mêmes sont corrompues – tout comme, quand monte le niveau sonore, les mots deviennent plus difficiles à comprendre, voire inintelligibles. Sur le réseau, les nœuds sont capables de détecter cette activité accrue et de l'interpréter comme une collision de données. Dans ce cas, ils abandonnent leur transmission et – là encore, comme deux interlocuteurs sur une ligne téléphonique – se taisent tous deux pendant une durée aléatoire, avant de tenter d'accéder de nouveau au réseau pour y transmettre des données. Le délai d'attente est appelé temps différé ; il repose sur l'hypothèse que les deux nœuds vont tenter de reprendre leur activité après des laps de temps différents, et que l'un ou l'autre pourra alors réussir sa transmission à sa seconde tentative.

CSMA/CD se distingue aussi par la contention qu'il permet dans l'accès au réseau. À la différence des nœuds plus "polis" d'un réseau à jeton circulant, qui attendent leur tour pour transmettre, comme nous le verrons dans la suite de ce chapitre, ceux d'un réseau CSMA/CD sont plus agressifs : ils rivalisent pour obtenir le droit de transmettre. Le premier nœud à placer ses données sur le câble est, en fait, le "vainqueur" du moment.

Bien que CSMA/CD puisse paraître un moyen assez maladroit et belliqueux de réguler les transmissions du réseau, il fonctionne – comme en témoigne le grand nombre de réseaux Ethernet existants. En tant que méthode d'accès et de contrôle, il fonctionne mieux dans les réseaux sur lesquels ne transitent pas un trafic important ou de nombreuses petites transmissions, dont certaines pourraient entraîner une collision de données. Sur les réseaux très actifs, où de nombreux nœuds échangent de multiples paquets, la probabilité même accroît le nombre des collisions possibles et effectives. Le seul fait d'y détecter et d'y éviter des transmissions peut les ralentir.

Caractéristiques communes aux réseaux Ethernet

Comme les sections suivantes vont le préciser, les réseaux Ethernet varient en topologie, en vitesse et en type de câblage utilisé. Par ailleurs, au niveau de CSMA/CD, les réseaux Ethernet possèdent aussi certains éléments en commun :

• Ils sont tous définis dans la spécification IEEE 802.3.

• Ils sont tous basés sur des transmissions diffusées (broadcast), qui livrent des signaux à tous les nœuds en même temps. Cette diffusion est en fait nécessaire au fonctionnement de CSMA/CD.

• Tous sont des réseaux à bande de base. Ce n'est pas tout à fait exact : toutes les formes bien connues et utilisées d'Ethernet sont à bande de base. Il en existe toutefois une variante à large bande, appelée 10Broad36, construite à base de câbles coaxiaux de télévision ou CATV. Nous étudierons davantage plus tard le câblage Ethernet.

En outre, les réseaux Ethernet utilisent tous un même format Ethernet unique pour la transmission des informations. Appelé trame, il a une taille de 64 à 1 518 octets. Toutefois, indépendamment de leur longueur, toutes les trames sont construites sur les bases suivantes : Un préambule de 8 octets, qui marque le début de la trame.

• Un en-tête de 14 octets, qui contient les adresses de la source et de la destination.

• Une section de données de 46 à 1500 octets.

• Une queue de 4 octets, qui comporte un contrôle de redondance cyclique (CRC ou Cyclic Redundancy Check).

Variations sur le thème Ethernet

Cela étant, les réseaux Ethernet peuvent varier sensiblement ou, tout au moins, différer suffisamment pour constituer un casse-tête, en particulier pour ce qui est des noms qui les décrivent, lesquels font en fait parfois référence au même réseau. Voici pour commencer les points sur lesquels diffèrent les réseaux Ethernet :

• Topologie. Bien que tous les réseaux Ethernet reposent sur une topologie de bus linéaire, ils peuvent tout aussi bien avoir une topologie de bus en étoile.

• Vitesse. Les réseaux Ethernet opèrent traditionnellement à 10 ou 100 Mbps (mégabits par seconde). Mais la technologie progresse et, depuis 1998, est apparu un Ethernet beaucoup plus rapide, le Gigabit Ethernet. Opérant à 1000 Mbps (ou 1 Gbps), il devrait essentiellement servir de dorsale à haute vitesse pour les réseaux locaux existants.

• Type de câble. Les réseaux Ethernet peuvent utiliser des câbles coaxiaux, en fibres optiques ou des paires de câbles torsadés non blindés (UTP ou Unshielded Twisted-Pair). Ces types seront décrits plus en détail au chapitre 6 ; ils ne sont ici mentionnés que pour les distinguer des autres dans les réseaux Ethernet. Par ailleurs, les réseaux utilisant des câbles coaxiaux sont subdivisés en Thin Ethernet (câbles de 3/16 de pouce) ou Thick Ethernet (câbles de 3/8 de pouce).

Comme ces éléments d'information risquent de paraître confus, les sections qui suivent se proposent de faire le tri. Pour cela, nous regrouperons d'abord les différents réseaux Ethernet en deux groupes de base : ceux qui fonctionnent à 10 Mbps et ceux qui fonctionnent à 100 Mbps.

Ethernet 10 Mbps

Les réseaux Ethernet à bande de base fonctionnant à 10 Mbps peuvent se diviser en quatre types, chacun représentant une variante sur 10BaseX. Bien que ce nom ne semble pas particulièrement descriptif au premier abord, il le devient quand on sait qu'il est constitué de trois parties, dont chacune décrit une fonctionnalité importante du réseau :

• Le 10 correspond à la vitesse du réseau.

• La partie Base du nom indique que le réseau est à bande de base.

• Le X est ici la lettre de remplacement d'un identifiant, différent pour chaque type de réseau, qui décrit la longueur et le type de câble.

Ces trois éléments se combinent pour produire les quatre noms de base des réseaux Ethernet à bande de base 10 Mbps : 10BaseT, 10Base2, 10Base5 et 10BaseFL. Ces différentes formes sont décrites dans les sections suivantes. Pour vous aider à les distinguer les unes des autres, leurs différences sont résumées dans le tableau suivant.

Récapitulatif des caractéristiques des réseaux Ethernet 10BaseX

10BaseT ou Ethernet à paire torsadée. 10BaseT décrit un réseau Ethernet à câblage à paire torsadée (câble téléphonique). Ce dernier peut être blindé (STP ou shielded twisted-pair) ou non (UTP ou unshielded twisted-pair – ce dernier type est le plus courant). Largement répandu et bon marché, un réseau 10BaseT se construit sur des concentrateurs, auxquels sont connectés les nœuds selon une configuration en étoile par le biais de cartes réseau et de prises RJ-45, analogues à celles du téléphone. Un réseau 10BaseT peut comporter jusqu'à 1 024 nœuds. La longueur maximale du câble connectant un nœud à un concentrateur ne peut excéder 100 mètres.

10Base2 ou Thin Ethernet. Parfois connu sous la désignation CheaperNet (réseau peu cher), 10Base2 ou Thin Ethernet se caractérise par un câble coaxial mince (3/16 de pouce), ou câble TV, utilisé pour la dorsale du réseau ou des segments de voies principales – celles qui sont nécessaires à l'existence du réseau. Le 2 de 10Base2 se réfère à la longueur maximale permise pour un segment de câble : 185 mètres ou, approximativement, 2 fois 100 mètres.

Un réseau 10Base2 repose sur une topologie en bus. Il peut comporter jusqu'à 30 nœuds par segment de voie principale et inclure un maximum de cinq segments couvrant une distance totale de 925 mètres. Sur les cinq segments, toutefois, seuls trois peuvent avoir des nœuds rattachés, de sorte qu'un réseau 10Base2 accepte un maximum de 90 stations, non de 150 (cinq segments de 30 nœuds par segment) comme on pourrait le croire.

10Base5 ou Thick Ethernet. Connu aussi comme standard Ethernet, 10Base5 utilise un câblage coaxial épais (3/8 de pouce). Ce type de câblage étant plus difficile à manipuler qu'un câblage coaxial mince, 10Base5 s'emploie généralement pour des dorsales de réseau plutôt que pour tout un réseau Ethernet.

Tout comme Thin Ethernet, Thick Ethernet est basé sur une topologie en bus et peut accepter jusqu'à cinq segments, dont trois avec des nœuds rattachés. Le câblage peut toutefois être beaucoup plus long, jusqu'à 500 mètres – et il peut recevoir 100 nœuds par segment. Ainsi, la longueur maximale d'un réseau Thick Ethernet est-elle de 2 500 mètres avec un maximum de 300 nœuds.

Les nœuds d'un réseau Thick Ethernet, mentionnons-le au passage, sont reliés à la voie principale au moyen d'un câble, appelé transceiver (ou drop cable). Le mot transceiver est composé des mots transmitter (émetteur) et receiver (récepteur) ; il s'agit du périphérique, sur une carte réseau, qui (ce n'est pas une surprise) transmet et reçoit des signaux, et effectue la conversion effective des données de parallèle en série (et inversement), avant et après que les données ont circulé sur le réseau.

Remarque. Ceci intéressera peut-être les futurs responsables de réseau qui sont aussi des amateurs de fantastique. Le transceiver se connecte au câble Thick Ethernet au moyen d'un connecteur appelé prise vampire, parce qu'elle utilise une broche afin de transpercer le câble en traversant la couche isolante, de manière à créer une connexion directe avec le fil de cuivre sur lequel circule le signal.

Le câble coaxial épais transporte le signal sur de plus grandes distances : il convient donc aux dorsales de réseau, alors que le câble coaxial mince, plus maniable, est plus indiqué pour connecter des nœuds au réseau. Aussi, de nombreux réseaux importants combinent les deux types pour constituer un réseau hybride mince/épais.

10BaseFL. La spécification Ethernet 10BaseFL concerne des réseaux utilisant des câbles en fibres optiques, moyen fiable et sûr pour transporter des signaux sur des distances allant jusqu'à 2 kilomètres.

En raison des distances couvertes, 10BaseFL s'emploie principalement pour connecter des concentrateurs ou répéteurs (dispositifs qui renforcent les signaux en les régénérant, avant de les passer au segment suivant du réseau).

Ethernet 100Mbps. Les réseaux Ethernet 100Mbps comprennent deux groupes de base. L'un, 100BaseVG (pour Voice Grade), a été développé par Hewlett-Packard et accepté comme standard par l'IEEE en 1995. L'autre, 100BaseX, comporte trois spécifications 100Mbps, qui se distinguent par le type de câblage utilisé sur le réseau. Les sections suivantes les décrivent plus en détail.

100BaseVG – AnyLAN. La spécification 100BaseVG, définie dans l'IEEE 802.12, couvre des réseaux qui tournent dix fois plus vite que les autres réseaux 10BaseX ; ils font appel à un câblage à paire torsadée voice-grade (désigné par l'appellation Category 3). À la différence des réseaux Ethernet, un réseau 100BaseVG – AnyLAN se distingue par :

• La prise en charge de trames de messages aussi bien Ethernet que Token Ring (comme nous le verrons dans la suite de ce chapitre).

• Une topologie dite "étoile en cascade" (cascaded star), dans laquelle les nœuds peuvent être connectés à d'autres concentrateurs dans une relation parent/enfant, où c'est le concentrateur parent qui contrôle les transmissions des concentrateurs enfants.

• La possibilité pour les concentrateurs de filtrer les trames de message afin d'en garantir la non-violation par des personnes non autorisées.

• Une méthode d'accès au réseau, appelée "priorité de la demande" (demand priority).

Cette dernière caractéristique fait que le réseau 100BaseVG – AnyLAN est légèrement excentrique dans le monde Ethernet de la contention CSMA/CD. Alors que CSMA/CD permet aux nœuds de transmettre lorsqu'ils se rendent compte que le réseau est libre, la priorité de la demande octroie aux concentrateurs, plutôt qu'aux nœuds, le contrôle de l'accès au réseau. Ainsi, au lieu de s'apprêter à transmettre lorsque la ligne est libre, un nœud sur un réseau 100BaseVG – AnyLAN envoie au concentrateur une requête de transmission. Pour l'aider à déterminer quand il peut la faire passer sur le réseau, cette requête comporte aussi un niveau de priorité de transmission, bas ou élevé. Le nœud attend que le concentrateur lui donne l'autorisation, puis lui transmet ses informations, avant que celui-ci n'envoie la transmission à sa destination – immédiatement, si le nœud a demandé une priorité élevée, ou lorsque le trafic du réseau le permet, si le nœud a demandé un service de priorité basse ou normale.

La spécification 100BaseVG – AnyLAN est conçue pour faciliter le processus de mise à jour d'un réseau Ethernet plus lent, ou pour la connexion à un réseau Ethernet ou en anneau à jeton. Bien que le câblage d'un réseau 100BaseVG – AnyLAN puisse être constitué de câbles en paire torsadée non blindés ou de fibres optiques, les cartes réseau des nœuds et les concentrateurs du réseau doivent être conçus pour un réseau 100BaseVG – AnyLAN.

100BaseX ou fast Ethernet. Revenant à un Ethernet plus traditionnel, nous trouvons trois spécifications 100BaseX qui, hormis pour leur vitesse, ressemblent à leurs cousines 10BaseT. Ces trois versions, qui se fondent sur une topologie en étoile, dépendent de CSMA/CD pour l'accès au réseau ; deux d'entre elles requièrent une certaine forme de câblage en paire torsadée. Les trois spécifications sont les suivantes :

• 100BaseT4 utilise quatre paires de câbles en paire torsadée de niveau moyen à élevé (catégories de 3 à 5). Davantage de détails sur les paires de câbles et leurs niveaux ou catégories seront fournis au chapitre qui suit.

• 100BaseTX utilise deux paires de câbles à paire torsadée de niveau élevé (catégorie 5).

• 100BaseFX utilise deux plages de câbles en fibre optique.

Ces trois variantes d'Ethernet à 100 Mbps sont définies dans la récente spécification (1995) 802.3u de l'IEEE.

Dernière mise à jour le lundi 3 avril 2000

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