Autonégociation

L'autonégociation est un mécanisme et une procédure de signalisation utilisés par Ethernet sur paire torsadée par lesquels deux appareils connectés choisissent des paramètres de transmission communs, tels que la vitesse, le mode duplex et le contrôle de flux . Dans ce processus, les appareils connectés partagent d'abord leurs capacités concernant ces paramètres, puis choisissent le mode de transmission le plus performant qu'ils prennent tous deux en charge.

L'autonégociation pour les paires torsadées est définie dans la clause 28 de la norme IEEE 802.3. et était à l'origine un composant optionnel de la norme Fast Ethernet . Il est rétrocompatible avec les impulsions de liaison normales ( NLP ) utilisées par 10BASE-T . Le protocole a été considérablement étendu dans la norme Gigabit Ethernet et est obligatoire pour l'Ethernet Gigabit 1000BASE-T sur paire torsadée.

Dans le modèle OSI , l'autonégociation réside dans la couche physique .

En 1995, la norme Fast Ethernet a été publiée. Comme elle introduisait une nouvelle option de vitesse pour les mêmes câbles, elle incluait un moyen pour les adaptateurs réseau connectés de négocier le meilleur mode de fonctionnement partagé possible. Le protocole d'autonégociation inclus dans la clause 28 de la norme IEEE 802.3 a été développé à partir d'une technologie brevetée par National Semiconductor connue sous le nom de NWay . La société a donné une lettre d'assurance à quiconque souhaitant utiliser son système moyennant des frais de licence uniques. Une autre société a depuis acheté les droits sur ce brevet.

La première version de la spécification d'autonégociation, dans la norme Fast Ethernet IEEE 802.3u de 1995 , a été implémentée différemment par différents fabricants, ce qui a entraîné des problèmes d'interopérabilité . Ces problèmes ont conduit de nombreux administrateurs réseau à définir manuellement la vitesse et le mode duplex de chaque interface réseau. Cependant, l'utilisation de configurations manuelles peut entraîner des incompatibilités duplex . Celles-ci peuvent être difficiles à diagnostiquer car le réseau fonctionne nominalement. Des utilitaires de test réseau simples tels que ping peuvent signaler une connexion valide. Cependant, les performances du réseau seront considérablement affectées par les interruptions de transmission et les pertes de trame Ethernet ultérieures résultant d'une incompatibilité duplex. Lorsqu'une incompatibilité duplex se produit, le côté de la connexion qui utilise le semi-duplex signalera des collisions tardives, tandis que le côté utilisant le duplex intégral signalera des erreurs FCS .

La spécification de la négociation automatique a été améliorée dans la version 1998 de la norme IEEE 802.3. Elle a été suivie par la publication de la norme Gigabit Ethernet IEEE 802.3ab en 1999, qui spécifiait la négociation automatique obligatoire pour 1000BASE-T . La négociation automatique est également obligatoire pour les implémentations 1000BASE-TX et 10GBASE-T . Actuellement, la plupart des fabricants d'équipements réseau recommandent d'utiliser la négociation automatique sur tous les ports d'accès et de l'activer comme paramètre par défaut d'usine.

L'autonégociation peut être utilisée par des appareils capables de prendre en charge plusieurs débits de transmission, différents modes duplex (semi-duplex et duplex intégral) et différentes normes de transmission à la même vitesse (bien qu'en pratique, une seule norme à chaque vitesse soit largement prise en charge).

Lors de l'autonégociation, chaque appareil déclare ses capacités technologiques , c'est-à-dire ses modes de fonctionnement possibles. Le meilleur mode commun est choisi, la vitesse la plus élevée étant préférée à la vitesse la plus faible, et le duplex intégral étant préféré au semi-duplex à la même vitesse.

La détection parallèle est utilisée lorsqu'un périphérique capable de négocier automatiquement est connecté à un autre qui ne le peut pas. Cela se produit si un périphérique ne prend pas en charge la négociation automatique ou si la négociation automatique est désactivée sur un périphérique. Dans cette condition, le périphérique capable de négocier automatiquement peut déterminer et faire correspondre la vitesse avec l'autre périphérique. Cette procédure ne peut pas déterminer la capacité duplex, donc le semi-duplex est toujours supposé.

Outre la vitesse et le mode duplex, l'autonégociation est utilisée pour communiquer les paramètres maître-esclave pour Ethernet Gigabit .

Une fois les capacités technologiques de l'autre appareil reçues, les deux appareils décident du meilleur mode de fonctionnement possible pris en charge par les deux appareils. Parmi les modes pris en charge par les deux appareils, chaque appareil choisit celui qui a la priorité la plus élevée. La priorité entre les modes est la suivante :

1. Duplex intégral 40GBASE-T
2. Duplex intégral 25GBASE-T
3. Duplex intégral 10GBASE-T
4. Duplex intégral 5GBASE-T
5. Duplex intégral 2,5 GBASE-T
6. Duplex intégral 1000BASE-T
7. 1000BASE-T semi-duplex
8. Duplex intégral 100BASE-T2
9. Duplex intégral 100BASE-TX
10. 100BASE-T2 semi-duplex
11. 100BASE-T4 semi-duplex
12. 100BASE-TX semi-duplex
13. Duplex intégral 10BASE-T
14. 10BASE-T semi-duplex

L'autonégociation est basée sur des impulsions similaires à celles utilisées par les périphériques 10BASE-T pour détecter la présence d'une connexion à un autre périphérique. Ces impulsions de test d'intégrité de liaison (LIT) sont envoyées par les périphériques Ethernet lorsqu'ils n'envoient ou ne reçoivent aucune trame. Il s'agit d'impulsions électriques unipolaires positives uniquement d'une durée nominale de100 ns , avec une largeur d'impulsion maximale de200 ns , généré à uneIntervalle de temps de 16 ms avec une tolérance de variation de temps de8 ms . Un périphérique détecte la défaillance d'une liaison si aucune trame ni aucune des deux impulsions LIT n'est reçue pendant 50 à 150 ms. Pour que ce schéma fonctionne, les périphériques doivent envoyer des impulsions LIT indépendamment de la réception. Dans la spécification d'autonégociation, ces impulsions sont appelées impulsions de liaison normales (NLP).

Les PNL utilisés par l'autonégociation sont toujours unipolaires, uniquement positifs et d'une durée nominale de100 ns ; mais chaque LIT est remplacé par une salve d'impulsions composée de 17 à 33 impulsions envoyées125 μs d'intervalle. Chaque salve d'impulsions est appelée salve d'impulsions de liaison rapide (FLP). L'intervalle de temps entre le début de chaque salve FLP est le même16 ms entre les PNL.

L'éclatement FLP se compose de 17 NLP à unIntervalle de temps de 125 μs avec une tolérance de14 μs . Entre chaque paire de deux NLP consécutifs (c'est-à-dire à62,5 μs après la première NLP de la paire d'impulsions), une impulsion positive supplémentaire peut être présente. La présence de cette impulsion supplémentaire indique un 1 logique, son absence un 0 logique. Par conséquent, chaque FLP contient un mot de données de 16 bits. Ce mot de données est appelé mot de code de liaison (LCW). Les bits du LCW sont numérotés de 0 à 15, où le bit 0 correspond à la première impulsion possible dans le temps et le bit 15 à la dernière.

Chaque impulsion de liaison rapide transmet 16 bits de données appelés mot de code de liaison. Le premier de ces mots est appelé mot de code de liaison de base et ses bits sont utilisés comme suit :

• 0–4 : champ de sélection – indique quelle norme est utilisée entre IEEE 802.3 et IEEE 802.9
• 5–12 : champ de capacité technologique – une séquence de bits qui code les modes de fonctionnement possibles parmi les modes 100BASE-T et 10BASE-T (voir ci-dessous)
• 13 : défaut à distance – défini sur 1 lorsque l'appareil détecte une défaillance de liaison
• 14 : accusé de réception – l'appareil définit ce paramètre sur un pour indiquer la bonne réception du mot de code de liaison de base de l'autre partie ; cela est détecté par la réception d'au moins trois mots de code de base identiques. À la réception de ces trois copies identiques, l'appareil envoie un mot de code de liaison avec le bit d'accusé de réception défini sur un de six à huit fois.
• 15 : page suivante – utilisée pour indiquer l'intention d'envoyer d'autres mots de code de lien après le mot de code de lien de base

Le champ de capacité technologique est composé de huit bits. Pour la norme IEEE 802.3, il s'agit des éléments suivants :

• bit 0 : l'appareil prend en charge 10BASE-T
• bit 1 : l'appareil prend en charge 10BASE-T en duplex intégral
• bit 2 : l'appareil prend en charge 100BASE-TX
• bit 3 : l'appareil prend en charge 100BASE-TX en duplex intégral
• bit 4 : l'appareil prend en charge 100BASE-T4
• bit 5 : l'appareil prend en charge la pause d'image
• bit 6 : l'appareil prend en charge la pause asymétrique pour le duplex intégral
• bit 7 : réservé

Les mots de code de liaison sont également appelés pages . Le mot de code de liaison de base est donc appelé page de base. Le bit de page suivant de la page de base est 1 lorsque l'appareil a l'intention d'envoyer d'autres pages, qui peuvent être utilisées pour communiquer d'autres capacités. Ces pages supplémentaires ne sont envoyées que si les deux appareils ont envoyé des pages de base avec un bit de page suivant défini sur 1. Les pages supplémentaires sont toujours codées sous forme de mots de code de liaison (en utilisant 17 impulsions d'horloge et jusqu'à 16 impulsions de bits).

La page de base est suffisante pour que les appareils indiquent lesquels des modes 10BASE-T, 100BASE-TX et 100BASE-T4 ils prennent en charge. Pour Ethernet Gigabit, deux autres pages sont nécessaires. Ces pages sont envoyées si les deux appareils ont envoyé des pages de base avec un bit de page suivante défini sur un.

Les pages supplémentaires sont de deux types : les pages de messages et les pages non formatées . Ces pages sont toujours des mots de 16 bits codés sous forme d'impulsions de la même manière que la page de base. Leurs onze premiers bits sont des données, tandis que leur avant-dernier bit indique si la page est une page de messages ou une page non formatée. Le dernier bit de chaque page indique la présence d'une page supplémentaire.

Les modes pris en charge par 1000BASE-T et les données maître-esclave (qui permettent de déterminer lequel des deux appareils agit en tant que maître et lequel agit en tant qu'esclave) sont envoyés à l'aide d'une seule page de message, suivie d'une seule page non formatée. La page de message contient :

• capacité semi-duplex
• si l'appareil est à port unique ou à plusieurs ports
• si le maître/esclave est configuré manuellement ou non
• si l'appareil est configuré manuellement comme maître ou esclave

La page non formatée contient un mot de 10 bits, appelé valeur de départ maître-esclave.

Une incompatibilité duplex se produit lorsque deux périphériques connectés sont configurés dans des modes duplex différents. Cela peut se produire, par exemple, si l'un est configuré pour la négociation automatique tandis que l'autre a un mode de fonctionnement fixe qui est le duplex intégral (pas de négociation automatique). Dans de telles conditions, le périphérique de négociation automatique détecte correctement la vitesse de fonctionnement mais n'est pas en mesure de détecter correctement le mode duplex. Par conséquent, il définit la vitesse correcte mais suppose le mode semi-duplex.

Lorsqu'un périphérique fonctionne en duplex intégral tandis que l'autre fonctionne en semi-duplex, la connexion ne fonctionne de manière fiable qu'à un débit très faible. Un périphérique en duplex intégral peut transmettre des données pendant qu'il reçoit. Cependant, si le périphérique en semi-duplex reçoit des données pendant qu'il envoie, il détecte une collision et interrompt la transmission, puis tente de renvoyer la trame. Le périphérique en duplex intégral signale des erreurs de séquence de contrôle de trame (FCS) sur les transmissions interrompues. En fonction du timing, le périphérique en semi-duplex peut détecter une collision tardive , qu'il interprétera comme une erreur matérielle plutôt qu'une conséquence normale de CSMA/CD et peut ne pas tenter de renvoyer la trame. Le périphérique en duplex intégral ne détecte aucune collision et suppose que la trame a été reçue sans erreur. Cette combinaison de collisions (tardives) signalées à l'extrémité en semi-duplex et d'erreurs FCS signalées par l'extrémité en duplex intégral sont des indicateurs de la présence d'une non-concordance duplex.

Français L'autonégociation est couverte par les brevets américains US patent 5,617,418 , US patent 5,687,174 , E US patent RE39,405 E , E US patent RE39,116 E , US application 971018 (déposée le 1992-11-02), US application 146729 (déposée le 1993-11-01), US application 430143 (déposée le 1995-04-26) ; Demandes de brevet européen SN 93308568.0 (DE, FR, GB, IT, NL) ; Brevet coréen n° 286791 ; Brevet taïwanais n° 098359 ; Brevet japonais n° 3705610 ; Brevet japonais 4234. Demandes SN H5-274147 ; Demandes de brevet coréen SN 22995/93 ; Demandes de brevet taïwanais SN 83104531.

En raison de sa nature, l'Ethernet à paire unique possède sa propre variante facultative de négociation automatique. Il utilise des pages de codage Manchester différentiel (DME) pour négocier les capacités de manière semi-duplex. Deux vitesses de signalisation différentes sont utilisées : 10/5/2,5 GBASE-T1, 1000BASE-T1, 100BASE-T1 et 10BASE-T1S prennent en charge le mode haut débit (HSM) à 16,667 Mbit/s et éventuellement le mode bas débit (LSM) à 625 kbit/s, tandis que 10BASE-T1L prend en charge le LSM et éventuellement le HSM.

La priorité de sélection pour les modes négociés est :

1. 10GBASE-T1
2. 5GBASE-T1
3. 2,5GBASE-T1
4. 1000BASE-T1
5. 100BASE-T1
6. Duplex intégral 10BASE-T1S
7. 10BASE-T1S semi-duplex
8. 10BASE-T1L