Synchronisation Ethernet

Cette page explique l’importance des tranches de temps dans un réseau Ethernet.

Les règles et les spécifications de base liées à un fonctionnement approprié d’Ethernet ne sont pas particulièrement complexes, bien que certaines des implémentations de couche physique rapides aient tendance à le devenir. Malgré cette simplicité élémentaire, lorsqu’un problème se produit sur Ethernet, il est souvent relativement difficile d’en trouver l’origine. En raison de l’architecture de bus commune d’Ethernet, également décrite comme un point de défaillance unique intégré, l’étendue du problème englobe habituellement tous les équipements qui se trouvent dans le domaine de collision. Dans les situations où des répéteurs sont utilisés, cela peut concerner des équipements distants de jusqu’à quatre segments.

Toute station d’un réseau Ethernet qui souhaite transmettre un message " écoute " d’abord pour s’assurer qu’aucune autre station n’est en cours de transmission. Si le câble est silencieux, elle entame immédiatement la transmission. Le signal électrique met un certain temps à parcourir le câble (délai), et chaque répéteur suivant introduit un bref temps de latence lors de la transmission de la trame entre deux ports. En raison du délai et du temps de latence, il est possible pour plusieurs stations de commencer la transmission au même moment ou quasiment au même moment, ce qui engendre une collision.

Si la station connectée fonctionne en mode full duplex, alors elle peut envoyer et recevoir de façon simultanée et les collisions ne doivent pas se produire. Le mode full duplex modifie également les paramètres de synchronisation et élimine le concept de tranche de temps. Le fonctionnement en full duplex permet de concevoir une architecture réseau plus étendue puisque la restriction de synchronisation pour la détection de collisions est éliminée.

En mode half duplex, en supposant qu’aucune collision ne se produise, la station émettrice transmet 64 bits d’informations de synchronisation appelées préambule. La station émettrice transmet alors les informations suivantes:

Informations sur les adresses MAC destination et source

Certaines autres informations d’en-tête
Charge utile réelle de données
Somme de contrôle (FCS) utilisée pour s’assurer que le message n’a pas été corrompu en cours de route
Les stations qui reçoivent la trame recalculent la FCS pour déterminer si le message entrant est valide, puis transmettent les messages valides à la couche supérieure suivante de la pile de protocoles.

Les versions à 10 Mbits/s ou moins d’Ethernet sont asynchrones. Asynchrone signifie que chaque station réceptrice utilisera les huit octets d’informations de synchronisation afin de synchroniser le circuit de réception avec les données entrantes, puis les abandonnera. Les implémentations à 100 Mbits/s et plus d’Ethernet sont synchrones. Synchrone signifie que les informations de synchronisation ne sont pas nécessaires, cependant, pour des raisons de compatibilité le préambule et le délimiteur de début de trame (SFD) sont présents.

Pour toutes les vitesses de transmission Ethernet égales ou inférieures à 1000 Mbits/s, la norme stipule qu’une transmission ne peut pas être inférieure à une tranche de temps. La tranche de temps pour l’Ethernet 10 et 100 Mbits/s est de 512 temps de bit, soit 64 octets. La tranche de temps pour l’Ethernet 1000 Mbits/s est de 4096 temps de bit, soit 512 octets. La tranche de temps est calculée en se basant sur des longueurs de câble maximales dans l’architecture de réseau légale la plus étendue. Tous les délais de propagation sont au maximum légal et le signal de bourrage 32 bits est utilisé lorsque des collisions sont détectées.

La tranche de temps calculée réelle est à peine supérieure à la durée théorique requise pour aller jusqu’aux points les plus éloignés du domaine de collision, entrer en collision avec une autre transmission au dernier moment possible, retourner les fragments de collision à la station émettrice et les détecter. Pour que le système fonctionne, la première station doit détecter la collision avant d’avoir terminé d’envoyer la taille de trame légale la plus petite. Pour permettre à l’Ethernet 1000 Mbits/s de fonctionner en mode half duplex, le champ d’extension a été ajouté aux seules fins d’occuper l’émetteur suffisamment longtemps pour le retour d’un fragment de collision lors de l’envoi de petites trames. Ce champ n’est présent que sur les liaisons 1000 Mbits/s en half duplex et permet aux trames de taille minimale d’être assez longues pour satisfaire aux exigences de tranche de temps. Les bits d’extension sont abandonnés par la station réceptrice.

Sur Ethernet 10 Mbits/s, il faut 100 nanosecondes (ns) pour transmettre un bit au niveau de la couche MAC. À 100 Mbits/s il faut 10 ns pour la transmission de ce bit et donc seulement 1 ns à 1000 Mbits/s. Selon une estimation approximative, la valeur de 20,3 cm par nanoseconde est souvent utilisée pour calculer le délai de propagation le long d’un câble UTP. Pour cent mètres de câble à paires torsadées non blindées, cela signifie qu’il faut 5 temps de bit à peine à un signal 10BaseT pour parcourir la longueur du câble.

Pour que l’Ethernet CSMA/CD puisse fonctionner, la station émettrice doit avoir connaissance d’une collision avant d’avoir terminé la transmission d’une trame de taille minimum. À 100 Mbits/s, la synchronisation du système est à peine capable de servir 100 mètres de câble. À 1000 Mbits/s, des ajustements spéciaux sont nécessaires du fait qu’environ une trame de taille minimum serait transmise avant que le premier bit n’atteigne la fin des premiers 100 mètres de câble UTP. Pour cette raison, le mode half duplex n’est pas autorisé dans le 10-Gigabit Ethernet.

Les étudiants peuvent effectuer l'activité de média interactive pour mieux identifier le temps de bit des différentes vitesses Ethernet.

La page suivante décrit l’espacement intertrame et la réémission temporisée.