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.
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.
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)
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.
Question 4 :
1000 BASE-PX10 : le chiffre
1000 donne le débit qui est d’1000 Mbits/s = 1 Gbit/s.
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.
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.
Question 7 :
Les ONUs (Optical Network
Units) se trouvent dans le local de l’abonné.
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).
Question 9 :
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-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).
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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…).
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.
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.
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.
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.
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.).
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 ! ».