27Aug/1222

EPON

Le but de cet exercice est de vous familiariser avec la lecture des normes. Le but principal étant pas de comprendre que l’on ne lit pas une norme comme un roman, mais de savoir naviguer à l’intérieur pour trouver les informations utiles et lever les ambiguïtés. Nous allons d’étudier un mécanismes MAC mis en place par la norme IEEE 802.3.

Les normes IEEE 802.3 sont accessibles directement par Internet http://standards.ieee.org/about/get/802/802.3.html.

Nous allons étudier l’utilisation d’Ethernet pour des réseaux d’accès défini dans la partie 5 de la norme pour connecter les abonnés (subscribers). Il existe plusieurs méthodes pour les connecter. La figure 1 montre une topologie où chaque abonné est connecté par sa propre fibre jusqu’à un point central. Figure 2 un commutateur est placé dans le réseau et sur la figure3, le commutateur est remplacé par un élément passif qui fusionne les fibres. Nous allons également utiliser un état de l’art (survey) paru dans IEEE COMMUNICATIONS SURVEYS (http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4625804&isnumber=4625798).

Question 1 Donnez les avantages et les inconvénients de chacune des méthodes.

Question 2 Est-ce que le protocole IEEE 802.3 classique peut fonctionner dans ces différentes conditions?

Question 3 Pourquoi le CSMA/CD n’est pas adapté à la troisième proposition ?

Question 4 Nous allons nous focaliser sur la troisième méthode décrite dans la clause 64.

Question 5 Quel est le débit du 1000BASE-PX10

Question 6 Donner le sens de la voie montante (upstream) et descendante (downstream)

Question 7 Est-ce que les utilisateurs peuvent obtenir ce débit sur la voie montante et descendante ?

Question 8 Où se trouvent les ONU?

Question 9 Qui contrôle l’émission des trames par les ONU ?

Question 10 Deux ONU peuvent-elles directement s’envoyer des trames?

Question 11 Est-ce que les transmissions peuvent être full-duplex ?

Question 12 Est-ce que deux ONU peuvent transmettre en même temps ?

Question 13 Est-ce que les lasers des ONU restent en permanence allumés ?

Question 14 Combien d’adresses MAC possède l’OLT ?

Question 15 Quels sont les messages de contrôle MAC émis par l’OLT?

Question 16 Quels sont ceux émis par l’ONU?

Question 17 Les messages de contrôle sont-ils prioritaires par rapport aux messages de données ?

Question 18 A quoi sert le mécanisme de découverte (Discovery)?

Question 19 Pourquoi peut-il y avoir des collisions pendant cette période? Comment leur probabilité est elle réduite ?

Question 20 Qu’est-ce que le RTT, comment est-il calculé ?

Question 21 Pourquoi l’OLT a besoin de connaître le RTT ?

Question 22 Pourquoi les mécanismes de sélection de l’ONU devant transmettre ne sont pas spécifiés par le standard ?

Question 23 Quelle entité déclenche l’émission des messages REPORT ? Quelle est la période maximale d’émission ? Qu’est-ce qu’un Keepalive ?

Question 24 Proposer un protocole pour donner le droit de transmission aux ONU.

 

 

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22 Responses to “EPON”

  1. mohamed says:

    Je propose les réponses suivantes : Question 1 : Avantages et Inconvénients des
    méthodes d’interconnexion :

    Figure

    Avantages

    Inconvénients

    1

    – Débit d’1 Gbit/s garanti pour chaque abonné (comme on est
    en Point à Point).
    – Fiabilité : quand la ligne d’un abonné « casse »,
    les autres abonnés ne sont pas pénalisés

    – Meilleure confidentialité vu la séparation des traffics

    – Gaspillage des ressources réseaux (lignes sous-exploitées).

    – Solution qui coûte cher (notamment les travaux
    d’installation des fibres)

    2

    – Solution moins cher que la 1ère (recours aux techniques de
    multiplexage éventuellement).
    – Fiabilité (dans le cas où une ligne tombe en panne, les
    autres abonnés continuent d’exploiter normalement les leurs).

    – Débit d’1 Gbit/s partagé entre abonnés sur la ligne entre
    le switch et le point terminal.
    – la fiabilité du réseau repose sur un seul équipement
    (Switch). Si celui-ci tombe en panne, l’accès au réseau est
    coupé.

    3

    – Solution moins cher que la toute 1ère (recours aux
    techniques de multiplexage éventuellement).
    – Fiabilité : quand la ligne d’un abonné « casse », les
    autres abonnés ne sont pas pénalisés

    – Chaque abonné a un débit d’1 Gbit/s mais à condition qu’il
    gagne d’abord son accès au canal (un seul abonné peut parler à
    la fois).
    – si l’équipement intermédiaire tombe en panne, plus d’accès
    au réseau possible.

  2. mohamed says:

    Question 2 :

    le protocole IEEE802.3 se réfère
    ici à la méthode d’accès CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access
    with Collision Detection) qui permet de gérer l’accès au canal
    partagé entre stations.
    Dans le cas de la figure 1, on peut
    utiliser ce mécanisme mais on sera alors en half duplex
    ce qui n’est pas intéressant sachant que chaque abonné dispose de
    sa propre fibre et peut donc à priori émettre et recevoir en même
    temps.
    Dans le cas du Switch (Fig 2), la même règle
    s’applique. Les stations peuvent désactiver cet algorithme pour
    ainsi pouvoir émettre et recevoir en même temps. Le Switch doit
    quant à lui avoir une capacité mémoire suffisante pour stocker
    toutes les trames qu’il reçoit avant de les ré-émettre sur la
    liaison partagée avec l’équipement terminal ou mettre en oeuvre
    une technique de multiplexage (temporel notamment). À noter que la
    liaison entre le Switch et le point terminal doit avoir un débit
    égal à la somme de tous débits entre Switch et abonnés pour
    éviter que le Switch ne perde des trames à cause d’un goulot
    d’étranglement.
    Enfin, dans le cas de la topologie 3, on ne
    peut pas utiliser le mécanisme du CSMA/CD (Cf. réponse 3)

  3. mohamed says:

    Question 3 : La méthode CSMA/CD ne peut pas
    être utilisé dans le cas de la figure 3 pour deux raisons
    différentes : tout d’abord, à cause de la nature
    même de la topologie. En effet, le support physique est constitué
    de deux parties :
    la partie avant le Splitter (l’équipement intermédiaire): où chacune des stations dispose
    d’une fibre qui lui est dédiée. la partie après le Splitter
    : où les stations partagent la même fibre vers l’équipement
    terminal.Ainsi, si on utilise le CSMA/CD, les
    stations en écoutant le réseau, auront toujours l’impression que
    le canal est libre et vont produire une collision une fois le signal
    arrivé au niveau du Splitter. Les
    stations n’ont à priori pas conscience du fait qu’il y a une
    liaison partagée après le splitter et ne peuvent de toute façon
    pas savoir si d’autres stations émettent en même temps à moins
    que le Splitter ne
    joue le rôle du hub en générant un signal de collisions
    éventuellement mais cette solution est un pur gaspillage des
    ressources réseaux.

    La deuxième raison : même si l’on
    suppose que le CSMA/CD peut être utilisé dans de telles conditions
    (ce qui n’est évidemment pas le cas pour la 1ère raison), le
    fournisseur d’accès aura un problème à satisfaire tous ses
    abonnés. En effet, CSMA/CD est basé sur le principe d’accès
    alétoire et ne permet pas de garantir un partage équitable des
    ressources réseaux (il se peut en fait qu’un émetteur monopolise
    le canal en en privant ainsi les autres pendant relativement
    longtemps). En plus, en fonction de leur abonnement, le fournisseur
    d’accès pourrait vouloir avantager certains abonnés, ce qui serait
    très difficile à mettre en oeuvre avec une méthode telle le
    CSMA/CD.

  4. mohamed says:

    Question 4 :

    1000 BASE-PX10 : le chiffre
    1000 donne le débit qui est d’1000 Mbits/s = 1 Gbit/s.

  5. mohamed says:

    Question 5 :

    – Voie montante (upstream) : de
    l’abonné (ONU) vers l’équipement central (OLT). Ce sens de
    communication est point à point.
    – Voie descendante (downstream) : de
    l’équipement central (OLT) vers les abonnés (ONU). Sens de
    communication à diffusion.

  6. mohamed says:

    Question 6 :

    Tout dépend de la technique de
    multiplexage utilisée. S’il s’agit d’une FDMA par exemple, chaque
    utilisateur aura un canal différent pour émettre ses données et
    disposera donc d’un débit d’1 Gbit /s (il faut en fait disposer
    d’une porteuse duplex par abonné pour pouvoir émettre et recevoir
    simultanément). Si par contre le multiplexage utilisé est temporel
    (TDMA), le débit que chacun peut avoir est divisé par le nombre
    des utilisateurs accédant au réseau.

  7. mohamed says:

    Question 7 :

    Les ONUs (Optical Network
    Units
    ) se trouvent dans le local de l’abonné.

  8. mohamed says:

    Question 8 :L’émission des trames par les
    ONUs est contrôlée de façon centralisée par l’OLT qui met en
    oeuvre le protocole MPCP
    (Multipoint Control Protocol). Ce protocole gère l’accès
    des stations au canal partagé en leur attribuant à tour de rôles
    le « droit à la parole » (dit Transmission window ou
    grant).
    En fait, la méthode d’accès utilisée est de type TDMA (Time
    Division Multiple Access
    ),
    c’est à dire que les différentes ONU disposent d’un intervalle de
    temps précis pour émettre leurs données.Remarque
    : le principe de gestion de « droit à la parole » est ici
    déterministe comme dans le cas du token bus (IEEE802.4) ou
    du token ring (IEEE802.5) à la différence notable toutefois que la
    gestion est ici centralisée (l’OLT est le chef d’orchestre)
    alors qu’elle est distribuée dans le cas d’une méthode reposant
    sur un token (jeton).

  9. mohamed says:

    Question 9 :

    <!–
    @page { margin: 2cm }
    P { margin-bottom: 0.21cm }
    -Non, les ONUs ne peuvent pas
    s’envoyer directement des trames. Les seules communications
    possibles sont de l’ONU vers l’OLT ou de l’OLT vers les
    ONUs (mode de fonctionnement dit « maître – esclaves » que
    l’on retrouve aussi en WiFi en mode infrastructure avec l’Access
    Point ou en GSM avec l’antenne BTS).

  10. mohamed says:

    Question 10 :

    Non les transmissions ne sont pas
    Full Duplex comme elles reposent sur la technique TDMA. En fait,
    dans les 1ère générations du PON, le fonctionnement Full Duplex a
    été rendu possible grâce à l’utilisation d’un multiplexage
    fréquentiel (deux porteuses : l’une pour la voie montante et
    l’autre pour la voie descendante). Un ONU pouvait donc recevoir et
    émettre en même temps (avec toujours la contrainte d’un seul ONU
    émetteur à la fois dans le sens upstream). Dans les générations
    suivantes du PON, l’utilisation du TDMA a été généralisée à la
    fois pour distinguer les émissions de différentes ONUs (dans le
    même sens upstream) mais aussi pour séparer les émissions sur
    voie montante de celles sur voie descendante.

  11. mohamed says:

    Question 11 :

    Non, comme déjà précisé, deux
    ONUs ne peuvent pas transmettre en même temps. Chacune attentd
    d’avoir le grant (Transmission Window) de l’OLT
    pour transmettre ses données. 

    Une exception existe toutefois. Il
    s’agit du Discovery Window. En effet, durant le processus de
    découverte, les ONUs peuvent avoir accès simultanément au support
    durant la même période produisant ainsi des collisions. Un
    mécanisme d’attente alétoire avant l’émission d’un message
    d’enregistrement (REGISTER_REQ) a été toutefois mis en oeuvre pour
    diminuer un tel risque.

  12. mohamed says:

    Question 12 :

    Non, les lasers des ONUs ne
    restent pas en permanence allumés pour la simple et bonne raison
    qu’une ONU n’a accès au canal que pour sa transmission (durant
    l’intervalle Transmission Window) et que la station est
    d’avance au courant de l’instant t où l’émission lui sera
    autorisée. On n’a donc nullement besoin de laisser les lasers
    allumés hors cet intervalle.
    En plus, les stations doivent éteindre
    leurs lasers à la fin de leur transmission pour permettre aux ONUs
    suivantes d’allumer le leur (un intervalle de temps dit Guard
    time
    que les stations doivent
    attendre permet d’éviter les transmissions parasites qui
    peuvent survenir quand une station commence à transmettre alors la
    précédente n’a pas complètement éteint son laser).

  13. mohamed says:

    Question 13 :

    L’OLT possède une seule adresse
    MAC unicast. D’un autre côté, l’identifiant logique LLID (Logical
    Link ID
    ) permet de distinguer de façon unique les différentes
    transmissions sur le canal.

  14. mohamed says:

    Question 14 :

    Les messages de contrôle MAC émis
    par l’OLT sont :

    PAUSE : pour demander
    explicitement à l’autre bout de la liaison d’arrêter d’envoyer des
    trames pendant un intervalle T donné (contrôle de flux).
    GATE : message utilisé pour
    autoriser l’accès au canal. L’un des paramètres que précise ce
    message est ainsi la durée pendant laquelle l’ONU est autorisée à
    envoyer ses trames ou encore l’intstant où l’émission peut
    effectivement commencer.

    REGISTER
    : message émis pour informer l’ONU qu’il est désormais reconnu par
    l’OLT comme faisant partie des stations enregistrées.

  15. mohamed says:

    Question 15 :

    Les messages de contrôle MAC émis
    par l’ONU sont :

    PAUSE : pour demander
    explicitement à l’autre bout de la liaison d’arrêter d’envoyer des
    trames pendant un intervalle T donné (contrôle de flux). À noter
    que dans le cas où c’est l’ONU qui demande l’arrêt des
    transmissions pendant un certain temps, il continuera tout de même
    (un peu malgré lui) à recevoir les trames en diffusion
    émises par l’OLT.
    REPORT
    : sert à informer l’OLT des besoins de l’ONU en termes de bande
    passante nécessaire pour émettre ses données. Quand l’ONU n’a pas
    de données à émettre, il continuera tout de même d’envoyer des
    messages REPORT pour que l’OLT ne le dés-enregistre pas au bout
    d’un certain temps s’il le considère comme inactif.-
    REGISTER_REQ
    : pour un ONU, sert à se faire enregistrer auprès d’un OLT (comme
    ça, il pourra avoir accès au canal pour ses émissions).-
    REGISTER_ACK
    : sert à aquitter le message REGISTER
    envoyé par l’OLT.

  16. mohamed says:

    Question 16 :

    Oui, les
    messages de contrôle sont prioritaires par rapport à ceux des
    données à cause de la priorité donnée à la fonction de contrôle
    (MAC_Control Primitive) sur celle d’échange des données
    (MAC_Data Primitive). Cela se comprend aisément comme les
    messages de contrôle permettent, entre autres, d’allouer des
    ressources (on ne peut en effet pas émettre des données avant
    que l’accès ne nous soit garanti
    …).

  17. mohamed says:

    Question 17 :

    Le mécanisme de Découverte
    (Discovery Process) permet
    aux stations qui étaient éteintes ou celles qui viennent de se
    connecter d’avoir accès au réseau. Ce mécanisme repose sur un
    principe simple : l’OLT envoie des messages en broadcast afin
    d’annoncer un intervalle de temps dit DW (Discovery
    Window) durant lequel
    les nouvelles stations peuvent émettre des messages REGISTER_REQ
    pour ainsi se faire connaître de l’OLT.

  18. mohamed says:

    Question 18 :

    Oui, il y a un risque de collision
    car deux ou plusieurs stations nouvellement connectées peuvent
    émettre simultanément pendant l’intervalle de découverte DW. Ce
    risque est toutefois réduit grâce à la mise en place d’un
    algorithme d’accès aléatoire pendant cet intervalle critique DW.
    En effet, les stations qui veulent se faire connaître de l’OLT
    n’émettent pas tout de suite mais doivent attendre une durée
    aléatoire avant de transmettre leur message REGISTER_REQ. En plus,
    les messages REGISTER_REQ sont relativement courts, ce qui réduit
    davantage le risque de collision.

  19. mohamed says:

    Question 19 :

    Le RTT ou le Round Trip Time
    est le temps d’aller retour d’un message. Par exemple, dans le cas
    d’un message de requête, le RTT est le temps nécessaire pour
    l’arrivée du message REQUEST auquel s’ajoute le temps nécessaire
    pour la réception de la réponse à cette requête. Dans le cas
    d’un réseau d’accès PON, en supposant que les requêtes se font
    toujours dans le sens upstream (de l’ONU vers l’OLT) et que les
    réponses sont toujours dans le sens downstream, il vient : RTT =
    Tupstream + Tdownstream.

  20. mohamed says:

    Question 20 :

    Comme le RTT dépend des délais
    de propagation et donc de la distance de l’ONU à l’OLT, ce dernier
    a besoin de savoir quel est le temps que le signal mettra à se
    propager pour en tenir compte dans le calcul du temps de
    commencement d’émission à indiquer à l’ONU pour ainsi éviter une
    collision due à la différence au niveau du délai de propagation
    pour chaque ONU.

  21. mohamed says:

    Question 21 :

    Les mécanismes de sélection de
    l’ONU à émettre ne sont pas spécifiés par le standard car ils
    vont dépendre de la politique de chaque fournisseur d’accès en
    matière d’allocation de ses ressources réseaux (en fait, le
    fournisseur d’accès pourrait vouloir notamment implémenter des
    mécanismes de sélection en fonction de l’abonnement de chacun ou
    du profil de l’abonné ….etc.).

  22. mohamed says:

    Question 22 :

    voir réponse proposée à la question 15).
    mais en gros le REPORT
    (émis par l’ONU) sert à informer l’OLT des besoins de l’ONU en
    termes de bande passante nécessaire pour émettre ses données.
    Quand l’ONU n’a pas de données à émettre, il continuera tout de
    même d’envoyer des messages REPORT périodiquement pour que l’OLT
    ne le dés-enregistre pas au bout d’un certain temps s’il le
    considère comme inactif. C’est le principe du keepalive
    :
    « je
    suis encore vivant !
    ».

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