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Stadard IEEE 802.4
Token Bus
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Avant : Standard 802.3 Ethernet
Suite : Standard 802.5 Token Ring

Ce site a vocation à exposer seulement les PRINCIPES
des dispositifs, logiciels, ou protocoles qui y sont traités.


Vous trouverez ici le strict minimum pour pouvoir comprendre en autonomie
un vaste éventail d'anciennes ou de nouvelles implémentations à venir.
La physique n'est pas une mode ! Seuls les principes ne subissent pas l'obsolescence.
Laissons les détails d'implémentation aux fiches techniques professionnelles.

Standard IEEE 802.4 contre Standard IEEE 802.3


De nombreuses références sont faites dans cette section de cours au protocole IEEE 802.3.
Le lecteur trouvera une description de ce protocole au lien :

La spécification IEEE 802.3 - Ethernet - qui s'est unanimement imposé en bureautique,
a au moins deux inconvénients majeurs dans le domaine industriel :

  • la protocole d'accès au réseau CSMA/CD associé, aléatoire par principe, présente un trou de fiabilité important :
    on ne peut pas assurer qu'une station recevra toute trame qui lui est destinée dans un temps donné.
    Il est même possible, avec beaucoup de malchance, qu'elle ne la reçoive jamais !
    D'où la nécesité de protocoles de transport pour assurer l'intégrité du message total ;
    ce qui obère l'incertitude sur le temps de réception des informations.

    Or, de nombreux procéssus industriels tels que des arrêts d'urgence,
    doivent être exécutés impérativement dans un minimum de temps.
  • avec IEEEE 802.3 on ne peut définir aucune hiérarchie ni priorité entre les stations ni entre les tâches.

IEEE 802.3 n'est pas adapté aux exigences du contrôle des machines de production industrielle automatisée.

C'est pourquoi que les réseaux industriels
tels que le réseau MAP (Manufacturing Automation Protocol).
ont développé la strucutre en BUS à accès multiple déterministe que nous allons examiner ici.

Concepts fondamentaux du bus à jeton

1° - C'est un bus à diffusion :

Les stations sont toutes reliées à un support de type coaxial à impédance caractéristique 75 Ohm.
La transmission se fait par modulation de type FSK, débits binaires 1,5 Mbit/s et 10 Mbit/s
Avant modulation, le signal présente six niveaux : 1, 0 et repos, et 3 signaux destinés à la supervision.
C'est un bus "à diffusion" en ce sens que toute information apparaissant sur le bus
atteint instantanément l'ensemble des stations.
Celles-ci peuvent vérifier qu'elle leur est destinée ou non suivant l'adresse de destination
contenue dans la trame. Champ marqué "DEST" dans le schéma ci-dessous.



Certaines trames (dites de service) peuvent ne ne contenir que les trois premiers champs plus les délimiteurs.
Exemple : la trame -jeton - que nous examinerons ci-dessous.

Anneau Logique

On observera que la trame possède un champ DEST (destination) et un champ SCE (source)
Ils contiennent les adresses, respectivement, de la station à laquelle la trame est destinée, et de la station qui émet la trame.

Un ordre des stations est préétabli dans le réseau.
Il y a une 1° station, une 2°... etc...une dernière.
La suivante de la dernière étant la 1°.
La boucle est bouclée.

802.4 est physiquement bâti sur une architecture de BUS
Mais logiquement bâti comme un anneau.


Contenu du champ
"Type de trame"
Nom du champ
Fonction
0000 0000
Demande de jeton Recherche du jeton à l'initialisation
0000 0001
Recherche du sucesseur 1 Permet à une station d'entrer dans le réseau
0000 0010
Recherche du sucesseur 2 Permet à une station d'entrer dans le réseau
0000 0011
Qui est le suivant ? Rétablissement du jeton en cas de perte
0000 0100
Résolution de contention Résolution de conflits en cas d'accès multiples
0000 1000
Jeton Passage du jeton
0000 1100
Initialisation du sucesseur Permet à une station de quitter l'anneau

Contrôle d'accès multiple par jeton de bus
Collisions
Les hôtes de tout réseau dialoguent entre-eux.
Ils sont donc donc souvent amenés à envoyer des trames de données ou de service sur le réseau.
Si deux ou plusieurs hôtes le faisaient simultanément, les signaux électriques s'ajouteraient dans le support de transmission
et il en résulterait un signal indécodable par quelle station que ce soit.
Cela s'appelle une collision.
Une discipline est donc nécessaire pour que les stations du réseau ne puissent pas émettre simultanément.
C'est ce qu'on appelle le Contrôle d'Accès Multiple.

Le jeton de Bus
La solution adoptée dans les réseaux d'architecture en bus
et principalement ceux qui adhèrent à la norme IEEE 802.4 (Token Bus)
repose sur une stratégie dite "à jeton de bus" (Token Bus ).

Voici le principe de cette stratégie.

Supposons que le réseau dispose d'un et un seul jeton.
On fait circuler ce jeton sur l'anneau...

Toute station du réseau qui n'a aucune trame à émettre, fait passer le jeton à la suivante sur l'anneau.

Si une station qui "veut" émettre ne "voit" pas passer le jeton, elle attend ce dernier sans émettre.

Si une station qui "veut" émettre "voit" passer le jeton : elle émet sa ou ses trames qui étaient en attente.
Mais pas le jeton !
Jeton captif !
Comme cela, aucune autre trame ne pourra émettre et on évite ainsi toute collision.

Dès la fin de l'émission des trames, la station émettrice émet le jeton sur le bus.

C'est à cellle qui le captera la première...

Voici pour le principe, et la réalisation ?
D'abord qu'est-ce-que le jeton ?

Comme le montre la figure ci-dessous :

Le jeton est dans ce type de réseau
un code particulier (0000 1000) placé dans le champ de l'en-tête de trame "Type de Trame".

La carte d'interface réseau (appelons-la C.I.R)
de chaque station comporte une logique de décodage rapide des en-têtes de trames.
Lecture accélérée par le fait que ces en-têtes arrivent temporellement avant le reste de la trame.
La C.I.R peut donc détecter très vite l'état du jeton.

Oui mais...
Si le seul fait d'observer que le champ TYPE DE TRAME contient effectivement le jeton
déclenchait à lui seul l'autorisation d'émettre sur le bus,
alors, étant donné que toutes les stations reçoivent pratiquement instantannément la trame,
toutes les stations qui voient passer une trame munie de ce code et qui ont des trames à émettre
se mettraient à les émettre simultanément : collision générale asurée !

Pour éviter cela on a recours au champ DEST : adresse de la station de destination de la trame.
De même que dans tout réseau, les trames comportent une adresse de destination qui désigne la station visée.
Cette adresse indique ici également à quelle station l'on donne l'autorisation d'émettre.
C'est ce qu'on nomme un jeton adressé.

Protocole d'accès en émission

Une station "veut" émettre une ou des trames

  • Elle envoie une demande de jeton TYPE DE TRAME = 0000 0000 (jeton)

    • Elle ne reçoit pas de jeton :
      elle se met en attente des trames qui lui sont adressés,
      à la découverte de la première d'entre-elles qui contiendra le code du jeton (0000 1000).

    • Elle reçoit (à son adresse) un code TYPE DE TRAME correspondant au jeton (0000 1000).

      • Elle peut alors envoyer ses trames pendant un temps pré-paramétré pour tout le réseau.

      • Quand elle a envoyé toutes ses trames ou quece temps est révolu, elle cesse ses envois.

      • Puis émet une trame de type jeton
        à destination (champ DEST) de
        la station suivante suivant l'ordre logique pré-établi.

      • Si la suivante n'a rien à émettre, elle passe le jeton à la suivante et ainsi de suite.


Ainsi questionne-t-on rapidement toutes les stations
pour que celles qui n'ont rien à envoyer ne monopolisent pas inutilement le Bus
pendant toute une tranche de temps comme dans le contrôle d'accès de type AMRT / TDMA


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