| Couche Physique | |

Figure 1 : diff rences entre le mod le OSI et les sp cifications de lIEEE

Les adresses MAC

Une adresse MAC est une adresse mat rielle ; c'est- -dire une adresse unique non modifiable par ladministrateur et stock e sur une m moire morte (ROM) de la carte r seau.

Les adresses MAC comportent 48bits et sont exprim es sous la forme de 12 chiffres hexad cimaux :

• 6 chiffres administr s par lIEEE et identifient le fabricant de la carte.
• 6 chiffres forment le num ro de s rie de la carte.

On peut les repr senter de 2 mani res diff rentes : par groupe de 4 chiffres s par s par des points ou par groupe de 2 chiffres s par s par des tirets

Exemple : 0000.0c12.3456 OU 00-00-0c-12-34-56

Les LANs de type Ethernet et 802.3 sont des r seaux dits de broadcast, ce qui signifie que tous les h tes voient toutes les trames. Ladressage MAC est donc un l ment important afin de pouvoir d terminer les metteurs et les destinataires en lisant les trames.

Structure de trame g n rique

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| --- | --- | --- | --- | --- | --- |

| A | B | C | D | E | F |

| Champ de d but de trame | Champ d'adresse | Champ de type/ longueur | Champ de Donn es | Champ FCS | Champ de fin de trame |

Figure 2 : les champs dune trame g n rique

• Champ de d but de trames : annonce larriv e dune trame.
• Champ dadresse : contient les informations didentification (source et destination).
• Champ de longueur/type : d pend de la technologie, il peut indiquer la longueur de la trame, le protocole de couche 3, etc.
• Champ de donn es : contient les informations transmettre, parfois accompagn s doctets de remplissage pour que les trames aient une longueur minimale des fins de synchronisation.
• Champ de FCS : permet de d tecter les erreurs, cest une s quence de contr le permettant au destinataire de v rifier le bon tat de la trame.

Exemple : le CRC ou code de redondance cyclique : calculs polynomiaux sur les donn es.

• Champ de fin de trame : permet dannoncer la fin de la trame.

Les sous couches LLC et MAC

Le contr le de lien logique (LLC)

La sous couche LLC a t cr e afin de permettre une partie de la couche liaison de donn es de fonctionner ind pendamment des technologies existantes. Le r le de cette sous-couche est de r ceptionner le paquet IP et dy ajouter les informations de contr le pour en faciliter lacheminement jusqu la destination. Elle ajoute 2 l ments dadressage d crit dans la sp cification LLC 802.2 :

• Le point dacc s DSAP : point dacc s SAP du nSud r seau d sign dans le champ de destination du paquet
• Le point dacc s SSAP : point dacc s au service du nSud r seau d sign dans le champ source du paquet

Il est noter que le SAP (point dacc s au service) est un champ de la sp cification dune adresse d finie par la norme IEEE 802.2

La sous-couche MAC

La sous-couche MAC concerne les protocoles que doit suivre un h te pour acc der au m dia. Dans un environnement de m dia partag , il permet de d terminer quel ordinateur peut parler. On distingue 2 types de protocoles MAC :

• D terministes : chacun son tour. Exemple : Token Ring
• Non d terministe : premier arriv premier servi. Exemple : Ethernet

Notions de base de la technologie Token Ring

Token Ring, mis en place par IBM, a commenc se d velopper au d but des ann es 70. Cest aujourdhui le deuxi me type de r seau derri re Ethernet. Il en existe 2 variantes quasi identiques : Token Ring IBM et IEEE 802.5 :

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| | Token Ring IBM | IEEE 802,5 |

| D bits | 4 ou 16 Mbits/s | 4 ou 16 Mbits/s |

| stations / segments | 260 (c ble a paire torsad es blind es) 72 (c ble a paire torsad es non blind es) | 250 |

| Topologie | En toile | non sp cifi |

| M dia | Paire torsad e | Non sp cifi |

| Signalisation | Bande de base | Bande de base |

| M thode d'acc s | Passage de jeton | Passage de jeton |

| Codage | Manchester Diff rentiel | Manchester diff rentiel |

Principe du MAC Token Ring : le passage de jeton

La topologie de Token Ring est en anneau. Dans cet anneau, une petite trame (le jeton) circule. Toutes les stations le re oivent tour tour. Si une station na rien mettre, elle se contente de r cup rer le jeton et de le transmettre son voisin. Si par contre elle d sire mettre des donn es sur le r seau, elle saisit le jeton, en alt re un bit pour en faire son d but de trame, puis y ajoute les informations transmettre avant de transmettre cela son voisin. Pendant ce temps, aucun jeton ne circule sur le r seau.

La trame circule autour de lanneau jusquau destinataire, qui r ceptionne la trame, la copie afin de la traiter puis la remet sur le r seau quelle parcourt jusqu l metteur. Ce dernier sassure que le destinataire a bien re u la trame, puis peut soit mettre une nouvelle trame soit ; sil na plus rien mettre ; remettre le jeton sur le r seau.

Ce principe comporte 2 avantages : il est exempt de toute collision et permet un acc s d terministe au m dia gr ce au syst me de priorit :

Format de la trame Token Ring

Le jeton (3 octets) : compos d'un d but et d'une fin de trame et d'un octet de contr le d'acc s

• Un octet de contr le d'acc s : comprend un champ priorit , un champ r servation, et un bit repr sentant le jeton plus un bit de comptage moniteur
• Le bit repr sentant le jeton fait la distinction entre le jeton et la trame de donn es/contr le
• Le bit de comptage moniteur d termine si la trame circule constamment autour de l'anneau
• Le d limiteur de fin de trame indique la fin du jeton ou de la trame. Il contient des bits indiquant une trame endommag e et d'autre indiquant la derni re trame d'une s quence logique

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| | | Trame de donn es / commandes | | | | | | |

| | | | | | | | | |

| 1 | 1 | 1 | 6 | 6 | 0 | 4 | 1 | 1 |

| D limiteur De d but | Contr le d'acc s | Contr le de trame | Adresse de destination | Adresse Dorigine | Donn es | FCS | D limiteur de fin | Etat de la trame |

| | | | | | | | | |

| | | | Jeton | | | | | |

| D limiteur de d but | Contr le d'acc s | D limiteur de fin |

Figure 4 : structure de la trame Token Ring

Les trames de donn es/contr le : leur taille varie selon la taille du champ d'information. Elles comportent des informations l'intention des protocoles de couches sup rieures (trames de donn es) ou des informations de contr le (trame de contr le).

• Un octet de contr le de trame suit l'octet de contr le d'acc s. Il indique le type de la trame. Si c'est une trame de contr le, il indique aussi le type de contr le
• Champs d'adresse : indique l'origine et la destination de la trame, ces adresses ont une taille de 6 octets.
• Champ de donn es : sa taille est limit e par le jeton de l'anneau qui sp cifie le temps maximal durant lequel une station peut conserver le jeton.
• FCS : contr le d'erreur
• D limiteur de fin de trame : indique la fin de la trame
• Etat de la trame : permet de v rifier si le destinataire a bien re u la trame

Les m canismes dadministration Token Ring

Diff rents m canismes existent pour d tecter et compenser les d faillances dun r seau Token Ring. Lun deux consiste d finir un h te du r seau comme moniteur actif. Cette station agit alors comme une source centralis e dinformation de synchronisation et ex cute diverses fonctions de maintenance de lanneau.

Exemple : Si une station en train d mettre tombe en panne, sa trame va continuer tourner dans le r seau. Le r le du moniteur actif sera denlever cette trame et de remettre le jeton en circulation.

Les stations sont reli es par des concentrateurs actifs nomm s MSAU. Ces derniers cr ent entre les diff rentes stations un anneau virtuel. Ils peuvent aussi d tecter les pannes ventuelles et retirer les stations d fectueuses de lanneau. Si une station d tecte un probl me sur le r seau, elle envoie une trame Beacon , cette derni re d finissant un domaine de panne. Cette trame d clenche un processus de reconfiguration automatique de lanneau que les MSAU effectuent par le biais de reconfiguration lectrique.

Domaine de panne : comprend la station signalant la d faillance et son voisin le plus proche.

Notions de base dEthernet et dIEEE 802.3

Con u Hawa , Ethernet est la technologie la plus r pandue dans les r seaux actuels qui fut mise en place par lIEEE la norme IEEE 802.3 partir dEthernet.

Ethernet et IEEE 802.3 d finissent des technologies semblables :

• Utilisation de CSMA/CD pour lacc s au m dia

• Concept de r seaux de broadcast

Il existe cependant quelques diff rences subtiles, en effet, Ethernet offre des services correspondant aux couches 1 et 2 du mod le OSI alors que IEEE 802.3 d finit la couche 1 ainsi que la partie MAC de la couche 2

Structure de trame Ethernet

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| Trame Ethernet | | | | | | |

| ? | 1 | 6 | 6 | 2 | 46-1500 | 4 |

| Pr ambule | D limiteur de d but de trame | Adresse de destination | Adresse d'origine | Type | Donn es | FCS |

| Trame IEEE 802.3 | | | | | | |

| ? | 1 | 6 | 6 | 2 | 64-1500 | 4 |

| Pr ambule | D limiteur de d but de trame | Adresse de destination | Adresse d'origine | Longueur | Donn es | FCS |

Figure 9 : Structure de trames Ethernet et IEEE 802.

• Pr ambule : compos de 1 et de 0 en alternance, annonce si la trame est de type Ethernet ou 802.3.

• D but de trame : IEEE 802.3 : l'octet s parateur se termine par 2 bits 1 cons cutifs servant synchroniser les portions de r ception des trames de toutes les stations.

• Champ d'adresse d'origine : toujours de type unicast

• Champ dadresse de destination : peut tre de type unicast, multicast ou broadcast.

• Type (Ethernet) : pr cise le type de protocole de couche sup rieure qui re oit les donn es

• Longueur (802.3) : indique le nombre d'octets de donn es qui suit le champ.

• Donn es Ethernet : une fois le traitement de couche 1 et 2 termin , les donn es sont transmises au protocole de la couche sup rieure indiqu dans le champ type.

• FCS : S quence de contr le de trame. Cette s quence contient un code de redondance cyclique de 4 octets permettant lunit r ceptrice de v rifier lint grit des donn es.

MAC Ethernet

Ethernet et 802.3 utilisent un principe dacc s au m dia non d terministe: CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect). Les h tes se partagent le m dia, si lun deux d sire mettre, il v rifie au pr alable que personne nest en train de le faire, puis commence mettre (CSMA). Si cependant 2 h tes mettent en m me temps, il se produit alors une collision. La premi re station qui d tecte une collision envoie alors un signal de bourrage, se traduisant par un arr t d mission de tous les h tes. Les paquets concern s sont alors d truits. Chaque h te calcule alors une valeur al atoire d finissant la dur e avant de recommencer mettre, puis le m canisme de CSMA se remet en fonction.

Signalisation et m dias Ethernet

Ethernet utilise un codage de type Manchester. Il existe actuellement de nombreuses variantes dEthernet, la figure ci-dessous pr sente les diff rents m dias et topologie utilis e en fonction du type utilis :

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| Type : | M dia | Bande passante maximale | longueur de segment maximale | topologie physique | topologie logique |

| 10BASE5 | Coaxial Epais | 10 Mbits/s | 500m | Bus | Bus |

| 10BASE-T | UTP CAT 5 | 10 Mbits/s | 100m | Etoile Etoile tendue | Bus |

| 10BASE-FL | Fibre optique Multimode | 10 Mbits/s | 2000m | Etoile | Bus |

| 100BASE-TX | UTP CAT 5 | 100 Mbits/s | 100m | Etoile + toile tendue | Bus |

| 100BASE-FX | Fibre optique Multimode | 100 Mbits/s | 2000m | Etoile | Bus |

| 1000BASE-TX | UTP CAT 5 | 1 000 Mbits/s | 100m | Etoile + toile tendue | Bus |

Figure 10 : les diff rents types dEthernet

Les quipements de couche 2

Les cartes r seau ou NIC

Se connectant sur la carte m re, la carte r seau assure la connexion physique entre lordinateur et le r seau. Elle contient galement ladresse MAC. Trois facteurs diff rencient les types de cartes :

• le type de r seau. Exemple : Ethernet, Token Ring

• le type de m dia. Exemple : Fibre optique, UTP, coaxial

• le type de bus syst me. Exemple : PCI, ISA, PCMCIA

Au niveau de la couche liaison de donn es, la carte r seau assure le contr le de lien logique, la d signation ; le verrouillage de trame, lacc s au m dia ainsi que la signalisation

Les ponts

• Les ponts servent relier des segments r seaux en permettant une segmentation des domaines de collisions.
• Une analyse des trames est effectu e afin dacheminer les trames sur le bon segment r seau en fonction des adresses MAC.
• Il permet de plus de connecter diff rentes technologies de couche 1 et cumule ses fonctions celle du r p teur.

Les commutateurs

Le commutateur est un pont multi ports. Il permet donc de relier plusieurs segments r seau et dacheminer les trames sur le bon segment de destination gr ce aux informations de couche 2.

On distingue 2 types de commutations :

• cut through : d s que le commutateur conna t ladresse de destination, il commence lenvoi de la trame sur le bon segment.

• Store and forward : le commutateur attend larriv e compl te de la trame pour acheminer celle ci au bon segment.

Gestion des erreurs de transmission

Le codage binaire est tr s pratique pour une utilisation dans des appareils lectroniques tels qu'un ordinateur, dans lesquels l'information peut tre cod e gr ce la pr sence ou non d'un signal lectrique.

Cependant le signal lectrique peut subir des perturbations (distorsion, pr sence de bruit), notamment lors du transport des donn es sur un long trajet. Ainsi, le contr le de la validit des donn es est n cessaire pour certaines applications (professionnelles, bancaires, industrielles, confidentielles, relatives la s curit , ...).

C'est pourquoi il existe des m canismes permettant de garantir un certain niveau d'int grit des donn es, c'est- -dire de fournir au destinataire une assurance que les donn es re ues sont bien similaires aux donn es mises. La protection contre les erreurs peut se faire de deux fa ons :

• soit en fiabilisant le support de transmission en se basant sur une protection physique.
• soit en mettant en place des m canismes logiques de d tection et de correction des erreurs.

La plupart des syst mes de contr le d'erreur au niveau logique sont bas s sur un ajout d'information (on parle de redondance ) permettant de v rifier la validit des donn es. On appelle somme de contr le (en anglais checksum) cette information suppl mentaire.

La d tection d'erreurs

Une m thode de d tection derreurs doit permettre de constater quune erreur est apparue dans la trame. Elle ne fournit aucun d tail sur le nombre derreurs, leurs localisations, leurs cons quences sur les donn es&son seul but est de signaler que la trame re ue est diff rente de celle envoy e, et donc de demander l metteur une retransmission de la trame endommag e.

Le contr le de parit

Le contr le de parit (appel parfois VRC, pour Vertical Redundancy Check ou Vertical Redundancy Checking) est un des syst mes de contr le les plus simples. Il consiste ajouter un bit suppl mentaire (appel bit de parit ) un certain nombre de bits de donn es appel mot de code (g n ralement 7 bits, pour former un octet avec le bit de parit ) dont la valeur (0 ou 1) est telle que le nombre total de bits 1 soit pair. Pour tre plus explicite il consiste ajouter un 1 si le nombre de bits du mot de code est impair, 0 dans le cas contraire.

Prenons l'exemple suivant :

Dans cet exemple, le nombre de bits de donn es 1 est pair, le bit de parit est donc positionn 0. Dans l'exemple suivant, par contre, les bits de donn es tant en nombre impair, le bit de parit est 1 :


Imaginons d sormais qu'apr s transmission le bit de poids faible (le bit situ droite) de l'octet pr c dent soit victime d'une interf rence :


Le bit de parit ne correspond alors plus la parit de l'octet : une erreur est d tect e.

Toutefois, si deux bits (ou un nombre pair de bits) venaient se modifier simultan ment lors du transport de donn es, aucune erreur ne serait alors d tect e...

Le syst me de contr le de parit ne d tectant que les erreurs en nombre impair, il ne permet donc de d tecter que 50% des erreurs. Ce syst me de d tection d'erreurs poss de galement l'inconv nient majeur de ne pas permettre de corriger les erreurs d tect es (le seul moyen est d'exiger la retransmission de l'octet erron ...).

Le contr le de parit crois

Le contr le de parit crois (aussi appel contr le de redondance longitudinale ou Longitudinal Redundancy Check, not LRC) consiste non pas contr ler l'int grit des donn es d'un caract re, mais contr ler l'int grit des bits de parit d'un bloc de caract res.

Soit HELLO le message transmettre, en utilisant le code ASCII standard. Voici les donn es telles qu'elles seront transmises avec les codes de contr le de parit crois :

Le code CRC

Le code CRC (Code de Redondance Cyclique) ou code Polynomial est la m thode utilis e dans la majeure partie des r seaux locaux.

Le code CRC est bas sur le fait que toute chaine binaire permet de construire un polyn me, chacun des bits donnant sa valeur au coefficient polynomial correspondant. Par exemple, la suite 0101 sera associ e au polyn me 0x3+1x2+0x1+1x0 cest- -dire x2+1.

La mise en place du code CRC n cessite de choisir un polyn me dit g n rateur, souvent not G(x), qui va permettre le contr le.

Soit la chaine binaire 10111 mettre.

Soit le polynome g n rateur G(x)= x3+1 : 1001

G(x) est de degr 3 : on ajoute 3 bits de valeur 0 pour que le polyn me soit divisible par G(x) : on obtient alors le polyn me 10111000.

On r alise alors la division du polyn me mettre par le polyn me g n rateur :

10111000 1001

1001

0101 10101

0000

1010

1001

0110

0000

1100

1001

101

Le reste de la division est 101 : la trame mise par l metteur sera 10111101.

Supposons ici que la chaine bianire re ue est 10110101. Pour d tecter une ventuelle erreur, la chaine re ue est divis e par G(x) .

Le reste 001 ,nest pas nul, une erreur est donc apparue : une demande de retransmission est donc soumise lemetteur.

D but

Division des donn es binaires par G(x)

Insertion du reste de la division dans le champ de contr le

Transmission du message (donn es+ reste)

Division du message re u par G(x)

Reste nul ?

Fin

Demande de retransmission du message

La correction d'erreurs

Une m thode de correction derreur est beaucoup plus complexe quune m thode simplement d tectrice. Elle doit transmettre en plus des donn es tout ce qui est n cessaire les reconstituer en cas de constat derreur larriv e. Une telle m thode est int ressante lorsquune ligne physique est tr s peu fiable : une m thode de d tection d clencherait de nombreuses retransmission de trames do une perte de temps importante. Une des m thodes r pandue de correction derreur est la m thode de Hamming.

Gestion des acquittements : Contr le de flux

Chaque trame envoy e doit tre acquitt e par le r cepteur. Lacquittement peut tre positif (ACK) ou n gatif (NACK)

1. Probl me 1 :

Solution : Armer un temporisateur T1 apr s lenvoi dune trame dinformation. Si T1 expire avant la r ception dun acquittement (+ ou -), l metteur renvoi la m me trame dinformation.

1.  Probl me 2 :

Solution : Num rotation de trames (identification).

1. Probl me 3 :

• Si chaque trame doit tre acquitt e par une trame sp cifique et dune mani re individuelle lefficacit de la liaison sera tr s faible.
• La plupart de temps les extr mit s de la liaison seront en tat dattente dacquittement.

Solutions :

• Piggypacking : le r cepteur peut acquitter une trame dinformation re ue par l envoi dune autre trame dinformation.
• Anticipation : l metteur peut envoyer w trames sans avoir un acquittement.

Acquittement group : Le r cepteur peut acquitter par une seule trame un groupe de trames re ues. Dans ce cas on aura une num rotation de trames dinformation. Acquitter la trame N cest acquitter toutes les trames pr c dentes 1..N