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Les réseaux Ethernet (RJ45).
Ethernet est un protocole de réseau local à commutation de paquets.
Bien qu'il implémente la couche physique (PHY) et la sous-couche Media Access Control (MAC) du modèle OSI, le protocole Ethernet est classé dans la couche de liaison, car les formats de trames que le standard définit sont normalisés et peuvent être encapsulés dans des protocoles autres que ses propres couches physiques MAC et PHY. Ces couches physiques font l'objet de normes séparées en fonction des débits, du support de transmission, de la longueur des liaisons et des conditions environnementales.
Ethernet a été standardisé sous le nom IEEE 802.3. C'est maintenant une norme internationale : ISO/IEC 8802-3.
Depuis les années 1990, on utilise très fréquemment Ethernet sur paires torsadées pour la connexion des postes clients, et des versions sur fibre optique pour le cœur du réseau. Cette configuration a largement supplanté d'autres standards comme le Token Ring, FDDI et ARCNET. Depuis quelques années, les variantes sans-fil d'Ethernet (normes IEEE 802.11, dites « Wi-Fi ») ont connu un fort succès, aussi bien sur les installations personnelles que professionnelles.
Token Ring: ordinateurs connectés sont en cercles Le nom Ethernet vient de son ancêtre ALOHAnet qui utilisait des ondes radiofréquences. Or on disait autrefois de ces dernières qu'elles se propageaient dans l'éther, milieu mythique dans lequel était censé baigner l'Univers. Quant au suffixe net, il s'agit de l'abréviation du mot « réseau » en Anglais.


L'Ethernet a originellement été développé comme l'un des projets pionniers du Xerox PARC.
Une histoire commune veut qu'il ait été inventé en 1973, date à laquelle Bob Metcalfe écrivit un mémo à ses patrons à propos du potentiel d'Ethernet. Metcalfe affirme qu'Ethernet a en fait été inventé sur une période de plusieurs années.
En 1976, Robert Metcalfe et David Boggs (l'assistant de Metcalfe) ont publié un document intitulé Ethernet : Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks (Ethernet : commutation de paquets distribuée pour les réseaux informatiques locaux).
Metcalfe a quitté Xerox en 1979 pour promouvoir l'utilisation des ordinateurs personnels et des réseaux locaux, et a fondé l'entreprise 3Com. Il réussit à convaincre DEC, Intel et Xerox de travailler ensemble pour promouvoir Ethernet en tant que standard.
Ethernet était à l'époque en compétition avec deux systèmes propriétaires, Token Ring et ARCnet, mais ces deux systèmes ont rapidement diminué en popularité face à l'Ethernet. Pendant ce temps, 3Com est devenue une compagnie majeure du domaine des réseaux informatiques.

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L'Ethernet est basé sur le principe de membres (pairs) sur le réseau, envoyant des messages dans ce qui était essentiellement un système radio, captif à l'intérieur d'un fil ou d'un canal commun, parfois appelé l'éther. Chaque pair est identifié par une clé globalement unique, appelée adresse MAC, pour s'assurer que tous les postes sur un réseau Ethernet aient des adresses distinctes.
Une technologie connue sous le nom de Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (Écoute de porteuse avec accès multiples et détection de collision) ou CSMA/CD régit la façon dont les postes accèdent au média. Au départ développée durant les années 1960 pour ALOHAnet à Hawaii en utilisant la radio, la technologie est relativement simple comparée à Token Ring ou aux réseaux contrôlés par un maître. Lorsqu'un ordinateur veut envoyer de l'information, il obéit à l'algorithme suivant :

  • 1 - Si le média n'est pas utilisé, commencer la transmission, sinon aller à l'étape 4
  • 2 - [transmission de l'information] Si une collision est détectée, continue à transmettre jusqu'à ce que le temps minimal pour un paquet soit dépassé (pour s'assurer que tous les postes détectent la collision), puis aller à l'étape 4
  • 3 - [fin d'une transmission réussie] Indiquer la réussite au protocole du niveau supérieur et sortir du mode de transfert.
  • 4 - [câble occupé] Attendre jusqu'à ce que le fil soit inutilisé.
  • 5 - [le câble est redevenu libre] Attendre pendant un temps aléatoire, puis retourner à l'étape 1, sauf si le nombre maximal d'essais de transmission a été dépassé.
  • 6 - [nombre maximal d'essais de transmission dépassé] Annoncer l'échec au protocole de niveau supérieur et sortir du mode de transmission.
En pratique, ceci fonctionne comme une discussion ordinaire, où les gens utilisent tous un médium commun (l'air) pour parler à quelqu'un d'autre. Avant de parler, chaque personne attend poliment que plus personne ne parle. Si deux personnes commencent à parler en même temps, les deux s'arrêtent et attendent un court temps aléatoire.
Il y a de bonnes chances que les deux personnes attendent un délai différent, évitant donc une autre collision. Des temps d'attente exponentiels sont utilisés lorsque plusieurs collisions surviennent à la suite.
Comme dans le cas d'un réseau non commuté, toutes les communications sont émises sur un médium partagé, toute information envoyée par un poste est reçue par tous les autres, même si cette information était destinée à une seule personne. Les ordinateurs connectés sur l'Ethernet doivent donc filtrer ce qui leur est destiné ou non. Ce type de communication « quelqu'un parle, tous les autres entendent » d'Ethernet est une de ses faiblesses, car, pendant que l'un des nœuds émet, toutes les machines du réseau reçoivent et doivent, de leur côté, observer le silence.
Ce qui fait qu'une communication à fort débit entre seulement deux postes peut saturer tout un réseau local.
De même, comme les chances de collision sont proportionnelles au nombre de transmetteurs et aux données envoyées, le réseau devient extrêmement congestionné au-delà de 50 % de sa capacité (indépendamment du nombre de sources de trafic). Pour résoudre ce problème, les commutateurs ont été développés afin de maximiser la bande passante disponible.
Suivant le débit utilisé, il faut tenir compte du domaine de collision régi par les lois de la physique et notamment le déplacement électronique dans un câble de cuivre. Si l'on ne respecte pas ces distances maximales entre machines, le protocole CSMA/CD n'a pas lieu d'exister.
De même si on utilise un commutateur, CSMA/CD est désactivé. Et ceci pour une raison que l'on comprend bien. Avec CSMA/CD, on écoute ce que l'on émet, si quelqu'un parle en même temps que moi il y a collision. Il y a donc incompatibilité avec le mode full-duplex des commutateurs.


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Types de trames Ethernet:
Il y a quatre types de trame Ethernet :
1 - Ethernet originale version I (n'est plus utilisée):
2 - Ethernet Version 2 ou Ethernet II (appelée trame DIX, toujours utilisée)
3 - IEEE 802.x LLC
4 - IEEE 802.x LLC/SNAP

Ces différents types de trame ont des formats et des valeurs de MTU (Maximum Transfert Unit) différents mais peuvent coexister sur un même médium physique.
La version 1 originale de Xerox possède un champ de 16 bits (unité informatique) identifiant la taille de trame, même si la longueur maximale d'une trame était de 1500 octets (1 octet = 8 bits). Ce champ fut vite réutilisé dans la version 2 de Xerox comme champ d'identification, avec la convention que les valeurs entre 0 et 1500 indiquaient une trame Ethernet originale, mais que les valeurs plus grandes indiquaient ce qui a été appelé l'EtherType, et l'utilisation du nouveau format de trame. Ceci est maintenant pris en charge dans les protocoles IEEE 802 en utilisant l'entête SNAP.
L'IEEE 802.3 a de nouveau défini le champ de 16 bits après les adresses MAC comme la longueur. Comme l'Ethernet I n'est plus utilisé, ceci permet aux logiciels de déterminer si une trame est de type Ethernet II ou IEEE 802.3, permettant la cohabitation des deux standards sur le même médium physique. Toutes les trames 802.3 ont un champ LLC (Logical Link Control).
En examinant ce dernier, il est possible de déterminer s'il est suivi par un champ SNAP ou non.
Information extraite du document de G.Requilé du CNRS

Synthèse graphique:

Ethernet Type II Frame format


Les différentes trames peuvent coexister sur un même réseau physique.

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En octets

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 à 1513 1514 1515 1516 1517
Adresse MAC destination
Adresse MAC source
Type de protocole
Données
FCS/CRC




Attention il existe d'autres types de trames Ethernet qui possèdent d'autres particularités.
Le champ Type de protocole peut prendre les valeurs suivantes :

0x0800 : IPv4
0x86DD : IPv6
0x0806 : ARP
0x8035 : RARP
0x0600 : XNS
0x809B : AppleTalk

Remarques :
si le champ type de protocole possède une valeur hexadécimale inférieure à 0x0600 alors la trame est une trame Ethernet 802.3 et le champ indique la longueur du champ données ;
on notera la présence parfois d'un préambule de 64 bits de synchronisation, alternance de 1 et 0 avec les deux derniers bits à 1 (non représenté sur la trame) ;
l'adresse de broadcast (diffusion) Ethernet a tous ses bits à 1 ;
la taille minimale des données est de 46 octets (RFC 894 - Frame Format).


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Schéma de câblage Ethernet (RJ45)


Normes des couleurs employées pour l'Ethernet

Position Signaux Couleurs EIA/TIA T568B (1) Paire Croisé Couleurs EIA/TIA T568A Paire Croisé Couleurs Corel - L120 (2) Paire
1 TD(+) Transmit Data Plus (Output) Blanc Orange

P3

P2

Blanc Vert

P2

P3

Gris

P2

2 TD(-) Transmit Data Minus (Output) Orange

P3

P2

Vert

P2

P3

Blanc

P2

3 RX(+) Receive Data Plus (Input) Blanc Vert

P2

P3

Blanc Orange

P3

P2

Rose

P3

4 No connection Bleu

P1

P1

Bleu

P1

P1

Orange

P1

5 No connection Blanc Bleu

P1

P1

Blanc Bleu

P1

P1

Jaune

P1

6 RX(-) Receive Data Minus (Input) Vert

P2

P3

Orange

P3

P2

Bleu

P3

7 No connection Blanc Marron

P4

P4

Blanc Marron

P4

P4

Violet

P4

8 No connection Marron

P4

P4

Marron

P4

P4

Marron

P4

(1) Norme utilisée pour les câbles patch UTP et STP
(2) Norme utilisée par France Télécom sur le câble 120 ohms. La correspondance entre le câblage RJ45 ethernet et le câblage de France Télécom se fait sur les positions 4 et 5.

D'après ce schéma, un câble RJ45 est suceptible d'accueillir 2 connexions ethernets, 4 téléphoniques ou 1 ethernet et 2 téléphoniques.

RJ45
     Le coté 1 :
  • est à gauche sur une prise femelle (par exemple sur 1 boîtier mural)
  • est à droite sur une prise mâle (d'un cordon patch par exemple) connecteur vers soi, contacts vers le haut, clip vers le bas.





Câble Croisé (liaison hub à hub) ou Cross Over
Connexion des signaux Signaux Prise A
Couleur fils
Prise B
Couleurs fils
1 <->3 TD(+) Transmit Data Plus (Output) 1 Blanc Orange 1 Blanc Vert
2 <-> 6 TD(-) Transmit Data Minus (Output) 2 Orange 2 Vert
3 <-> 1 RX(+) Receive Data Plus (Input) 3 Blanc Vert 3 Blanc Orange
4 No connection 4 Bleu 4 Bleu
5 No connection 5 Blanc Bleu 5 Blanc Bleu
6 <-> 2 RX(-) Receive Data Minus (Input) 6 Vert 6 Orange
7 No connection 7 Blanc Marron 7 Blanc Marron
8 No connection 8 Marron 8 Marron

Suivant la norme EIA/TIA T568B


 
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Token Ring :

Définition
Type de Réseau local ou tous les ordinateurs connectés sont en cercles, modèle 802.5.

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FDDI:

Fibre Distributed Data Interface.
Protocole réseau sur fibre optique à topologie en double anneau à jeton (le second permet de rattraper les erreurs du premier).
Le débit est de 100 Mb/s. Par comparaison avec Ethernet, FDDI permet des connexions sur de longues distances (2 km entre chaque station pour 100 km max de réseau et jusqu’à 1000 stations).
Les stations sont connectées à un MAU (Multistation Access Unit) qui assure la continuité en cas de retrait d’une station.

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ARCNET:

L’architecture ARCNET (Attached Ressource Computer Network) a été mise au point la société DATAPOINT CORPORATION en 1977.
Les premières cartes réseaux ARCNET ont été commercialisées en 1983. La technologie ARCNET précède les normes IEEE 802, mais elle correspond à peu près à la norme 802.4 qui réglemente les réseaux utilisant une topologie type bus et intégrant une méthode de jeton (Token Bus), comme méthode d’accès.
Les réseaux ARCNET sont bon marché et conviennent pour de petits réseaux.
Le débit théorique est de l'ordre de 2.5 mbps.

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CSMA/CD:

(Anglais : Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection)
Accès multiple avec écoute de la porteuse et détection de collisions : Contrôle d'accès au câble d'un réseau en bus.
Cette méthode permet à une station d'écouter le support physique de liaison (câble ou fibre) pour déterminer si une autre station transmet une trame de données (niveau déterminé de tension électrique ou de lumière).
Si tel n'est pas le cas elle peut émettre à son tour.
Néanmoins l'accès multiple implique que plusieurs stations peuvent émettre au même moment ce qui provoque une collision (donc une perte de données) ; comme les stations écoutent aussi les collisions elles savent qu'elles doivent réémettre après avoir attendu pendant un délai aléatoire.


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