• I. Présentation
  
• II. Le protocole du réseau FIP
  
• III. Le protocole CSMA/CD
  
  

L'objectif du TP est de comparer les temps d'accès induits par deux protocoles d'arbitrage d'un bus : le protocole du réseau industriel FIP qui offre des garanties temporelles sur la transmission des informations et le protocole utilisé par Ethernet (IEEE 802.3) qui n'offre pas de garantie temporelle.

I. Présentation

Pour se faire, on se propose de construire un petit simulateur en C. Le simulateur étudie le comportement temporel d'une application répartie sur un bus constitué de 3 stations maîtres (cad 3 émetteurs). Les deux premières stations émettent des messages périodiques et la dernière, des messages apériodiques (cf. table ci-dessus). Le délai entre la demande d'émission de deux messages apériodiques est généré de façon aléatoire (pour simplifier, la distribution est uniforme). Le délai moyen entre deux messages apériodiques est passé en paramètre du simulateur.

On vous demande de compléter deux programmes C qui simulent l'arbitrage sur le bus de la transmission de ces messages. Vous pouvez utiliser ce Makefile pour les compiler. On considère que les temps de transmission, de propagation et de traversée des couches prennent en tout une milli-seconde.

II. Le protocole du réseau FIP

• Un arbitre centralisé exploite une table (dit table d'arbitrage) qui indique pour chaque instant les stations qui peuvent émettre des messages.
• Le fonctionnement de l'arbitre est cyclique : il arbitre d'abord l'émission des messages périodiques, puis, s'il reste du temps, autorise l'émission du trafic apériodique.
• La période de base utilisée par l'arbitre est le microcycle. La durée d'un microcycle doit permettre l'émission du trafic périodique, et éventuellement du trafic apériodique.
• Le microcycle constitue l'unité de temps sur laquelle la table d'arbitrage est construite. La taille de cette table est appellée macrocycle.

Questions :

1. Déterminez le macrocycle, le microcyle et la table d'arbitrage pour l'ensemble des messages du précédent tableau. Calculer le temps d'accès maximum de chacun des messages.
2. Etudiez le fonctionnement du fichier fip.c et complétez les zones indiquées par le mot ACOMPLETER.
3. Exécutez le simulateur avec plusieurs délais moyens différents (ex : 1, 2, 10, 100). Que constatez vous pour les temps d'accès de la station 0, 1 et 2. Les contraintes temporelles des messages sont elles respectées ? Vérifiez que ces résultats correspondent bien à ceux déterminés dans la question 1.

III. Le protocole CSMA/CD

• Lorsqu'une station souhaite émettre une trame, elle écoute la porteuse. Si elle détecte que la porteuse est libre, elle émet sa trame.
• Durant l'émission de sa trame, elle continue à écouter la porteuse. Si elle détecte une collision (plusieurs stations qui émettent simultanément), elle suspend son émission, attend un délai variable, puis, fait une nouvelle tentative d'émission (algorithme dit du backoff)
• Au bout de 16 tentatives infructueuses, la trame est perdue et les couches supérieures doivent faire une nouvelle demande d'émission de trame.

Vous trouverez ici. un fichier contenant la simulation du protocole décrit ci-dessus. Dans le simulateur le délai aléatoire d'attente avant réémission est un tirage aléatoire (distribution uniforme) entre 1 et délais_max (cf figure ci-dessus).

Questions :

1. Complétez le fichier csma.c en ajoutant le code nécessaire à la simulation du protocole CSMA/CD. La zone à compléter est signalée par le mot ACOMPLETER.
2. Nous allons utiliser gnuplot pour visualiser les temps d'accès de la station 0. Pour ce faire :
   • Récuperez le fichier csma.cmd suivant.
   • Exécutez la simulation codée dans le fichier csma.c.
   • Grâce au fichier csma.dta ainsi généré, visionnez les résultats grâce à la commande :

     gnuplot csma.cmd

   ATTENTION : deux courbes sont affichées successivement : gnuplot affiche la première et attend que vous frappiez une touche pour présenter la seconde.

3. Refaite les étapes précédentes avec des valeurs différentes pour le temps moyen entre deux messages apériodiques (ex : 1000, 100, 10).
4. Que constatez vous concernant le temps d'accès des messages de la station 0, le nombre de messages émis par la station 0 et le respect des contraintes temporelles de la station 0 ? Pourquoi ? Concluez sur l'intérêt d'un tel protocole pour une application temps réel.