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Le cours HARDWARE 2 d'YBET Informatique: Serveurs, réseaux et communication

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4. Les réseaux Ethernet.

1. Ethernet coaxial, IEEE 803.3 10 base 5 et 10 base 2 - 2. Ethernet, IEEE 802.3 10 Base T RJ45 - 3. Ethernet 100 base T RJ45, fast Ethernet - 4. Le Giga Ethernet - 5. Carte réseau - 6.Half Duplex et Full Duplex - 7. Connexion RJ45 - 8. Réseaux RJ45, problèmes de connexion, appareils de tests - 9. Adresse Mac

La connexion entre ordinateurs nécessite une carte réseau implantée dans chaque PC (aussi appelées NIC, Network Interface Card). Les cartes réseaux locaux les plus courantes sont de type Ethernet. Ce chapitre reprend toutes connexions Ethernet et le câblage (fabrication, précaution, ...). Le suivant reprend les concentrateurs Ethernet (hub, switch, routeur, ...)

Le réseau local Ethernet date de la fin des années 70, il découle des études de DEC, Intel et Xerox, avant la normalisation. Ceci explique que les couches supérieures du modèle OSI ne sont pas spécifiées. Tous les PC peuvent communiquer sur le câble réseau informatique simultanément. Pour éviter que deux stations communiquent au même moment, ont utilise la contention. La méthode principale dans un réseau local (LAN) est le CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access), avec une détection des collisions. C'est celle utilisée par les réseaux Ethernet. Lorsqu'une station émet, elle écoute si un autre équipement n'est pas aussi en train d'émettre. En cas de deux émissions simultanées (une collision), la station cesse d'émettre, avant de réémettre son message après un délai fixe. Cette technique est aléatoire, on ne peut prévoir le temps utilisé pour émettre un message, en transmission comme en réception.

1. Ethernet, IEEE 802.3 10 Base 5 et 802.3 10 Base 2

10 Base 5 est la version d'origine d'Ethernet. Elle permet une vitesse de 10 Mb/s sur un câble coaxial de 500 mètres par segments (donc une topologie en bus).

Chaque équipement utilise une carte Ethernet qui effectue l'adaptation physique des données et gère l'algorithme CSMA/CD. Comme pour toutes connexions utilisant un câblage coaxial, les 2 extrémités sont terminées par un bouchon (une résistance de terminaison) qui atténue les réverbération des données et réduit les collisions. L'épais câble coaxial est de couleur jaune d'un demi-pouce de diamètre (type BELDEN 9580). La longueur maximale du réseau est de 2,5 kilomètres et 100 équipements connectés. Un drop câble (paires torsadées) relie les équipement au câble coaxial avec une longueur maximale de 50 mètres. Les réseaux 10 base 5 ne sont plus utilisés, remplacés par la fibre optique.

Une version IEEE 802.3 10 base 2 est plus connue. Elle utilise un câble coaxial fin (Thin Ethernet) avec une longueur maximum de 185 mètres pour 30 stations maximum. Chaque station est raccordée au coaxial via un T de type BNC, 50 centimètres minimum doivent séparer deux stations. De nouveau, on utilise une résistance de terminaison (bouchon) de 50 ohms.

Ce connexion est utilisable pour 2 ou 3 PC, guère plus.

2. Réseau Ethernet, IEEE 802.3 10 Base T

Une première version (802.3 1 base 5 ou Starlan) utilise le câblage précablé pour le téléphone dans les immeubles. Elle se base sur une topologie en étoile via des hub avec une distance maximum de 250 mètres. La version suivante (Ethernet 802.3 10 base T) se base sur cette norme mais avec une vitesse supérieure (10 Mb/s) sur une distance maximum de 100 mètres.

La norme 10 base T utilise deux paires téléphoniques (4 fils) avec une vitesse maximum de 10 Mb/s avec de nouveau une topologie étoile. Les noeuds sont constitués de concentrateurs (hub, switch, routeur).

Le câblage sous RJ45 en 10 Base-T utilise 4 fils (pour 8 accessibles dans le connecteur). Le fils de connexion peut-être acheté dans le commerce, mais peut facilement être fabriqué. Généralement, les 8 fils sont connectés en RJ45 mais le 10 base T et en 100 base T n'en utilisent que 4 (en Giga Ethernet, oui). Deux connexions sont proposées, droit ou croisés. Sans concentrateur (connexion de 2 ordinateurs) ou entre deux concentrateurs, les fils doivent être un câble croisés comme ci-dessous. Les polarités et les paires doivent être appariées.

Câble RJ45 droit en 10 Base T et 100 base T, entre un concentrateur et une station: 4 fils sont raccordés.

Câble RJ45 croisé (10 base T et 100 base T)Câble Rj45 croisé, entre deux PC ou deux concentrateurs (switch, Hub, routeur, ...): croisement des paires vertes et oranges.

Pourquoi respecter le câblage RJ45 par paires?

Un courant électrique induit automatiquement un champ magnétique dans le voisinage qui à son tour provoque une circulation de courant. Ceci entraîne des parasites sur le câblage réseau.

Au départ, le signal de la carte réseau est envoyé sur la forme T+ et T- (signal inversé). Si un parasite est induit sur le câblage lors de la transmission. Comme les paires sont torsadées, les perturbations électriques provoquées par des courants induits seront généralement identiques sur une même paire mais différents d'une paire à l'autre.

Inversons T(-). Le signal utile et le parasite sont inversés. En additionnant T(+) et T(-) inversé, le signal est doublé mais le parasite est supprimé (ou du moins nettement réduit).

Matériel nécessaire pour un câblage RJ45:

Procédure à suivre :

Par transparence, vérifiez si les fils arrivent bien à fond dans le connecteur.

3. Ethernet 100 Base TX et 100 Base T4, Fast Ethernet

Sorti en 1992, la norme 100 base T (Fast Ethernet) a un débit théorique est de 100 Mb/s (toujours 100 mètres maximum). Elle utilise la même topologie.

On retrouve 2 normes de 100 Base T: le 100 Base T4 (obsolète) et le 100 Base TX. Le 100 Base TX utilise le même câblage que le 10 Base T, le 100 Base T4 utilisait les 4 paires (découpage de la bande passante en 4 pour l'émission comme pour la réception (il n'est donc pas Full Duplex, incompatible avec une communication bidirectionnelle simultanée). Le 100 T4 utilise du câble de catégorie 3, 4 ou 5.

En 100 base TX, le câblage est identique en droit et en croisé à l'Ethernet base 10 mais avec un câble de catégorie 5. Comme le 100 base TX n'utilise que 4 fils, un câblage giga peut être utilisé sans problèmes, l'inverse en croisé non (en droit forcément oui, ils sont identiques).

Câble normal et croisé 100 Base TX

Câble normal et croisé 100 Base ou Giga Ethernet.

4. Gigabit Ethernet.

Les premières connexions gigabit utilisaient la fibre optique. Elles utilisent les paires torsadées de type RJ45 de classe 5e (toujours sur une distance maximum de 100 mètres). Le gigabit est une extension des deux normes précédentes, même format de trames et même technique anticollision (CSMA-CD).

Tableau comparatif des vitesses. Le 1000 base T est le plus courant

Type Vitesse Distance Media
10BASE-T 10 Mb / s 100m Cuivre
100BASE-TX 100 Mb/s 100m Cuivre
100BASE-FX 100 Mb/s 412 m - 2 Km

 half Duplex Multi mode Fibre optique
Full Duplex multi mode Fibre optique
1000 Base LX 1000 Mb/s
1000 Mb / s		 3 Km
550m		 Single mode Fibre optique (SMF)
Multi-mode Fibre optique (MMF)
1000 Base SX 1000 Mb/s
1000 Mb/s		 550m
275m		 Multi-mode Fibre optique (50u)
Multi-mode Fibre optique (62.5 u)
1000 Base C
(pas supportée par les applications industrielles standards)		 1000 Mb / s 25m Cuivre, 4 paires UTP5
1000 Base T - 1000 Base TX IEEE 802.3 ab ratifié le 26 juin 1999, 1000 Mb / s 100m Cuivre, câble catégorie 5e, transmission sur 4 paires (250 Mbits/paire)
1000 BASE LH 1000 Mb/s 70 km Fibre optique

Le câblage des fils dans le connecteur RJ45 des 1000 C et 1000 TX est le même qu'en 100 Base T4, y compris pour les câbles Ethernet croisés. Actuellement, tous les switch intègrent le MDI/MDIX qui permet d'utiliser des câbles droits.

5. Carte réseau Ethernet

Les PC utilisent trois types suivant les vitesses: 10, 100 et Giga Ethernet. Toutes les cartes intègrent un connecteur RJ45 sauf les premières base T de 3Com qui n'acceptaient que le coaxial + un connecteur propriétaire. Les cartes 10 MB intègrent en plus un connecteur coaxial. Les concentrateurs 100 base TX permettent les liaisons à 100 Mb et à 10 Mb, les Giga acceptent rarement les 10.

Les cartes réseaux sont connectées dans un bus interne: ISA, PCI, PCI-Express ou PCI-X pour les serveurs. Il y a des parfois incompatibilités entre les cartes PCI 3.3V et carte mère en 5V (anciens Pentium).  Certaines cartes intègrent un socket pour une Eprom. ceci permet de démarrer le PC via le réseau (sans disque dur).

Chaque carte réseau Ethernet en RJ45 inclut 2 LED. La première, généralement verte, signale que la carte est connectée sur un concentrateur via un câble. La deuxième, orange ou verte, signale la transmission / réception de données. Les cartes réseau actuelles commutent automatiquement sur chaque vitesse Ethernet (10 ou 100).

A de très rares exceptions (hub et switch de bas de gamme), avec une carte en connectée en RJ45 sur un concentrateur, la (les) LED doit s'allumer sur la carte réseau et sur le HUB, Switch, Routeur. En hardware, cela signifie que c'est l'accès réseau qui est mal paramétré.

6. Half Duplex et Full Duplex.

Une carte réseau Ethernet peut être de type Half Duplex (envoi ou réception) et Full duplex (envoi et réception simultanément). Toutes les cartes actuelles sont Full Duplex, ce qui double le taux de transfert maximum. Cette solution doit utiliser un Switch (les Hub sont d'office half Duplex).

Pour des problèmes de câblage, on doit parfois passer en mode Half Duplex sur la carte réseau. La configuration se paramètre dans les propriétés de la carte réseau sous l'onglet avancé.

7. Câblage RJ45 Ethernet, règles, problèmes de liaisons et appareils de tests

Dans les câblages professionnels, les câbles sont insérés dans des goulottes, passent à travers des murs, ... La solution consiste à acheter une pince, les connecteurs (avec les protections), le câble et de respecter strictement les couleurs de câblage RJ45 ci-dessus.

Connecter deux structures entre elles par des câbles amène toujours différents problèmes.

La première est de respecter les distances maximales (100 mètres pour les connexions sur cuivre), même si on est souvent tenté de mettre quelques mètres en plus. Première erreur, 100 mètres maximum.

Si le câble est acheté, la connexion est généralement bonne. Si vous raccordez les connecteurs RJ45 vous même, mieux vaut câbler correctement d'avance. Ca évitera des problèmes futurs.

Le nombre de HUBS en cascade est limité (pas avec des switchs normalement). En 10 base T, le nombre maximum entre 2 concentrateurs ou ordinateur - concentrateur est de 4. Par contre, il est de 2 en 100 base T. Ceci est lié aux temps de propagation du signal sur le câble.

En dernier, le câble RJ45 doit être correctement posé. Parmi les problèmes rencontrés:

Ecartement entre les câbles courant fort (réseau électrique, néon) et courant faible (réseau Ethernet)

Ecartement en cm  
30 cm                  
                   
20 cm                  
                   
10 cm                  
5 cm                  
                   
    10 m   20 m   30 m     80 m
  Cheminement parallèle en mètres

L'utilisation des mêmes goulottes pour le réseau électrique et réseau Ethernet provoque déjà des problèmes, même sur une petite longueur. De plus les normes de sécurité électriques l'interdise (Vincotte en Belgique). C'est identique pour les fils téléphoniques.

On trouve sur le marché différents types d'appareils de tests des câbles réseaux.

Les premiers (voire ci-contre) fonctionnent comme un ohmmètre sur 8 fils. Une partie se met d'un coté du fils, le testeur de l'autre. Ces appareils détectent généralement les câbles droits et les câbles croisés ainsi que d'autres connecteurs (RJ11, RJ45, USB, ...). Ils vérifient uniquement si la connexion est bonne, pas si la liaison est correcte. Si l'appareil détecte une erreur de câblage, le fils est mauvais. Par contre, un affichage correct ne signifie pas forcément que le câble est bon. Un mauvais contact sera souvent considéré comme bon par le testeur, mais pas de connexion réseau.

La partie à gauche reprend le module de test, la partie droite, la terminaison détachable. Les 8 Led indiquent si les fils individuellement sont corrects. La partie gauche regroupe des indications: Short (mauvaise connexion sur au moins un fils, absence de connexion sur au moins un fils, ...), CONNECTED pour un câble droit et No-Parrallel pour un câble croisé. NO CONNECTION que le câble n'est pas inséré. Le prix varie de 100 à 150 €.

Le deuxième type fonctionne à la manière d'une carte réseau. Ces appareils testent la ligne (et pas uniquement les fils). L'appareil se connecte au bout d'un câble et teste la liaison sur un HUB ou un switch. Dans ce sens, ils sont plus efficaces. Ils sont un peu plus onéreux.

Le troisième type de testeur réseau permet en plus que ceux du premier type:

Le prix avoisine facilement à 10.000 €.

8. Adresse MAC

Chaque carte réseau se distingue par une adresse MAC. Cette adresse est unique pour toutes les cartes et équipements réseaux. Elle est constitué de 6 octets de type X.X.X.X.X.X ou chaque X varie de 0 à 255 mais plus souvent donné en hexadécimal (exemple 4D.EE.52.A4.F6.69.

Dans Démarrer -> exécuter, tapez la commande WINIPCFG (présent dans le répertoire Windows sous Windows 98) ou ipconfig / all dans une fenêtre DOS (Windows 2000, XP, 2003, Vista, ...).

L'adresse Mac FF.FF.FF.FF.FF.FF est particulière, c'est l'adresse de Broadcast utilisée pour déterminée où est un périphérique sur l'ensemble du réseau.

L'adresse IP est déterminée par l'adresse MAC par l'ARP (Adresse Résolution Protocol). Lorsqu'une communication réseau a été établie sous Ethernet, la commande DOS arp -a permet de retrouver l'adresse MAC des autres PC du réseau. Le protocole Ethernet utilise cette adresse MAC pour faire communiquer des équipement entre eux via un réseau. Quand une machine veut parler à une autre, elle envoie un paquet sur le réseau en TPC, utilisant le contenu de sa table ARP locale pour déterminer l'adresse IP. Le message contient également la longueur du packet, les données et le CRC (Cyclic Redundancy Checking), un contrôle d'erreur, ...

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Révision 25/05/2008

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