Téléinformatique

Ce document couvre les principes fondamentaux de la couche liaison de données dans Internet, en se concentrant particulièrement sur les techniques DSL (Digital Subscriber Line) et le protocole PPP (Point-to-Point Protocol). Il s'adresse aux étudiants en téléinformatique souhaitant comprendre les mécanismes d'accès haut débit via la ligne téléphonique et la gestion des connexions point-à-point dans les réseaux Internet.

Les techniques DSL

La bande passante du service voix est limitée à 4 kHz, alors que la paire torsadée utilisée pour la transmission peut supporter une bande passante bien supérieure, dépassant le MHz. La technologie ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) exploite cette capacité pour offrir un accès haut débit tout en conservant la bande nécessaire au service téléphonique.

ADSL partage la bande disponible en trois parties :

• Le service voix (0 à 4 kHz)
• Un canal montant (Up) simplex avec un débit de 32 à 640 kbit/s
• Un canal descendant (Down) simplex avec un débit de 1,5 à 8,2 Mbit/s

Les données sont transmises en fréquence grâce à un codage spécifique appelé DMT (Discrete MultiTone), qui utilise la bande de 25 kHz à 1,1 MHz.

Le codage DMT divise le spectre haut débit en sous-canaux (ou tonalités) espacés de 4,3125 kHz. Chaque sous-canal est modulé en phase et en amplitude (modulation MAQ) et code, en principe, 8 bits par symbole DMT, la durée d'un symbole étant définie par une horloge.

Le nombre de bits codés par symbole dépend de la qualité de la ligne, ce qui permet d'adapter le débit en fonction des conditions de transmission.

Exemple de calcul de débit

Le canal ascendant comporte 20 sous-canaux DMT, chacun codant 8 bits par symbole, avec une rapidité de modulation de 4 000 symboles par seconde (4 kBaud). Le débit maximal est donc :

Débit montant = 20 x 8 x 4 000 = 640 000 bits/s = 640 kbit/s

Le canal descendant comprend 256 sous-canaux, ce qui donne un débit maximal de :

Débit descendant = 256 x 8 x 4 000 = 8 192 000 bits/s = 8,192 Mbit/s

Selon la qualité de la ligne, certains sous-canaux peuvent être désactivés si leur rapport signal sur bruit est insuffisant. Le codage DMT ajuste en permanence le nombre de bits par symbole et le nombre de sous-canaux utilisés, optimisant ainsi le débit par pas de 32 kbit/s.

Pour accéder au réseau haut débit, un équipement spécifique est installé chez l'utilisateur :

• Le splitter (séparateur vocal) ou coupleur POTS, qui sépare les signaux voix et données
• Le modem ADSL, souvent intégré avec le splitter, qui offre un accès Ethernet, WiFi, etc.

Du côté opérateur, le DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplex) est un multiplexeur statistique qui fait l'interface entre les connexions utilisateurs et le réseau haut débit.

Les DSLAM (Digital Subscriber Line Access Module)

Les DSLAM sont situés chez l'opérateur à la frontière entre la boucle locale et le réseau opérateur. Leur rôle est de récupérer les données émises par l'utilisateur via son modem ADSL. Ils intègrent des modems et assurent la gestion des connexions multiples des utilisateurs.

Le protocole Point-to-Point (PPP)

Internet est constitué d'un ensemble de machines (hôtes et routeurs) interconnectées principalement par des liaisons point-à-point. Ces liaisons sont essentielles pour accéder à Internet via des connexions téléphoniques et des modems.

Le protocole PPP, défini dans les RFC 1661, 1662 et 1663, est utilisé pour gérer ces connexions point-à-point. Il fournit :

1. Une méthode pour délimiter de façon non ambiguë la fin d'une trame et le début de la suivante, avec détection d'erreurs.
2. Un protocole de contrôle de liaison (LCP, Link Control Protocol) qui active, teste, négocie les options et désactive proprement la ligne.
3. Un protocole de négociation des options de la couche réseau, indépendant du protocole utilisé, appelé NCP (Network Control Protocol).

Scénario classique d'établissement d'une connexion PPP

1. L'utilisateur appelle via modem le routeur du fournisseur d'accès.
2. Une fois la liaison physique établie, l'ordinateur envoie des paquets LCP encapsulés dans des trames PPP pour négocier les paramètres de la liaison.
3. Après négociation réussie, des paquets NCP sont échangés pour configurer la couche réseau, par exemple pour obtenir une adresse IP temporaire.
4. L'ordinateur est alors connecté à Internet.
5. À la fin de la session, NCP libère la connexion réseau et LCP désactive la liaison de données.

Format de la trame PPP

La trame PPP est proche du format HDLC et comprend :

• Un flag (fanion) de début et de fin : 01111110
• Un champ Address : 11111111 (toutes les stations acceptent la trame)
• Un champ Control : 00000011 (trame non numérotée, transmission non fiable par défaut)
• Un champ Protocol qui indique le type de paquet encapsulé dans le champ Payload (IP, LCP, NCP)

Les protocoles dont le champ Protocol commence par 0 sont des protocoles de couche réseau, ceux commençant par 1 sont LCP ou NCP.

Diagramme de transition du protocole PPP

Le protocole PPP évolue selon plusieurs états :

• Dead (Mort) : Pas de connexion physique détectée.
• Establish (Établissement) : Connexion physique établie, début de négociation LCP.
• Authenticate (Authentification) : Négociation d'identité entre les deux parties (optionnelle).
• Network (Réseau) : Configuration de la couche réseau via NCP.
• Open (Ouverture) : Transmission des données active.
• Terminate (Terminaison) : Libération de la connexion.

La connexion revient à l'état Dead lorsque la porteuse disparaît.

Le protocole LCP (Link Control Protocol)

LCP est utilisé pendant la phase d'établissement pour négocier les options de la liaison de données. Il permet :

• De proposer des options
• D'accepter ou de rejeter ces propositions
• De rejeter partiellement ou complètement certaines options

Types de paquets LCP

• Configure- : Permet à l'initiateur de proposer des options et au récepteur de les accepter ou rejeter.
• Terminate- : Utilisé pour libérer la liaison quand elle n'est plus nécessaire.
• Reject- : Indique que le récepteur ne comprend pas un paquet reçu.
• Echo- : Sert à tester la qualité de la ligne.

Protocoles d'authentification PPP

PAP (Password Authentication Protocol)

PAP consiste en un simple échange de mots de passe en clair sur le réseau. Cette méthode est vulnérable car les mots de passe peuvent être interceptés, permettant à un intrus d'usurper une identité.

CHAP (Challenge Handshake Authentication Protocol)

CHAP repose sur un échange de messages cryptés selon une clé secrète partagée, qui ne circule pas sur le réseau :

1. L'identificateur envoie un message en clair (Challenge) à l'interlocuteur distant.
2. Celui-ci crypte ce message avec la clé secrète et le renvoie (sceau).
3. Si le message reçu est correctement crypté, l'identificateur valide l'identité de l'interlocuteur.
4. Cette séquence peut être répétée plusieurs fois durant la session pour renforcer la sécurité.

Glossaire des termes clés

• ADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line, technologie d'accès haut débit sur ligne téléphonique.
• DMT : Discrete MultiTone, codage qui divise la bande passante en sous-canaux modulés.
• DSLAM : Digital Subscriber Line Access Multiplex, équipement opérateur pour gérer les connexions DSL.
• Splitter : Dispositif séparant les signaux voix et données sur la ligne téléphonique.
• PPP : Point-to-Point Protocol, protocole de liaison pour connexions point-à-point.
• LCP : Link Control Protocol, protocole de négociation des options de liaison PPP.
• NCP : Network Control Protocol, protocole de négociation des options de la couche réseau.
• PAP : Password Authentication Protocol, méthode d'authentification simple et non sécurisée.
• CHAP : Challenge Handshake Authentication Protocol, méthode d'authentification sécurisée par challenge crypté.
• Flag : Séquence binaire 01111110 marquant le début et la fin d'une trame PPP.
• MAQ : Modulation en amplitude et en phase utilisée pour coder les symboles DMT.

Points clés à retenir

• La technologie ADSL permet un accès haut débit en partageant la bande passante entre voix et données.
• Le codage DMT optimise le débit en adaptant le nombre de bits par symbole et le nombre de sous-canaux selon la qualité de la ligne.
• Le DSLAM est l'équipement opérateur qui gère les connexions DSL des utilisateurs.
• Le protocole PPP est essentiel pour établir, configurer et libérer les connexions point-à-point sur Internet.
• LCP et NCP sont les protocoles de négociation utilisés respectivement pour la liaison et la couche réseau dans PPP.
• Les méthodes d'authentification PAP et CHAP offrent des niveaux de sécurité différents, CHAP étant plus sécurisé grâce à l'échange de challenges cryptés.