Couche liaison de données : concepts, normes et médias

Couche liaison de données : concepts et normes

Terme et nœud

Terme : La couche liaison de données PDU. Nœud : Notation des dispositifs réseau de couche 2 reliés à un support commun.

Média (physique)

Média / moyen (physique) : Les moyens physiques de transfert d'information entre deux nœuds. Il est important de comprendre le sens des mots « milieu » et « médias » dans le contexte de ce chapitre. Ici, ces mots se rapportent à la matière qui transporte effectivement les signaux représentant les données transmises. Les médias peuvent être un fil de cuivre, une fibre optique ou l'environnement physique dans lequel le signal voyage. Dans ce chapitre, « média » ne signifie pas, en termes de contenu, des éléments tels que l'audio, l'animation, la télévision ou la vidéo, tels qu'ils sont utilisés en référence au contenu numérique et multimédia.

Réseau (physique)

Réseau (physique) : Deux ou plusieurs nœuds reliés à un support commun. La couche liaison de données est responsable de l'échange de trames entre les nœuds sur un réseau physique. Un support physique de réseau est différent d'un réseau logique. Les réseaux logiques sont définis dans la couche réseau en déterminant le schéma d'adressage hiérarchique. Les dispositifs physiques d'interconnexion représentent les médias communs. Parfois, un réseau physique est aussi appelé segment de réseau.

Logical Link Control (LLC)

Logical Link Control (LLC) : Le champ LLC contient l'information dans la trame qui indique quel protocole de couche réseau est utilisé par la trame. Cette information permet à plusieurs protocoles de couche 3, tels que IP et IPX, d'utiliser la même interface réseau et les mêmes médias.

Media Access Control (MAC)

Media Access Control (MAC) : Le contrôle d'accès au support (MAC) pour la couche liaison de données gère le placement et la délimitation des données en conformité avec les caractéristiques du support physique et le type de protocole de la couche liaison de données en cours d'utilisation. Le MAC contrôle l'accès au média, le lancement de la transmission de trames et la gestion des échecs de transmission dus aux collisions.

Normes et standards

Exemples de références et de standards utilisés par la couche liaison de données :

• ISO : HDLC (contrôle de liaison de données de haut niveau)
• IEEE : 802.2 (LLC), 802.3 (Ethernet), 802.5 (Token Ring), 802.11 (Wireless LAN)
• UIT : Q.922 (Frame Relay), Q.921 (RNIS / HDLC)
• ANSI : ADCP 3T9.5

CSMA/CD (détection de collisions)

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection) : le dispositif surveille le média pour la présence d'un signal de données. S'il n'y a pas de signal de données, ce qui indique que le média est libre, l'appareil transmet les données. Si une collision est détectée (indiquant que deux dispositifs ont transmis en même temps), tous les dispositifs arrêtent l'envoi et réessaient plus tard selon un algorithme d'attente aléatoire. Les formes traditionnelles d'Ethernet utilisaient cette méthode.

CSMA/CA (évitement de collisions)

CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) : le dispositif écoute le média pour détecter la présence d'un signal. Si le média est libre, l'appareil peut envoyer une notification sur le média pour indiquer son intention d'émettre, puis envoie les données. Cette méthode est utilisée par les technologies de réseau sans fil 802.11.

Objectif de la couche physique

L'objectif de la couche physique est de créer les signaux optiques, électriques ou micro-ondes qui représentent les bits dans chaque trame.

Codage (encodage)

Encodage : méthode utilisée pour convertir un flux de bits de données en un code prédéfini. Les codes sont des groupes de bits qui offrent un pattern prévisible permettant la reconnaissance par l'émetteur et le récepteur. L'utilisation de modèles prévisibles permet de distinguer les bits de données des bits de contrôle et améliore la détection d'erreurs dans le média.

Signalisation

La couche physique doit générer des signaux sans fil, optiques ou électriques représentant « 1 » et « 0 » dans le média. La méthode de représentation des bits est appelée procédé de signalisation. Les normes de la couche physique doivent définir quel type de signal représente un « 1 » et un « 0 ». Cela peut être aussi simple qu'un changement du niveau d'un signal électrique, une modulation optique ou une méthode plus complexe de signalisation.

Bande passante numérique

La bande passante numérique mesure la quantité d'information qui peut circuler d'un endroit à un autre sur une période de temps.

Câbles blindés et paires torsadées

Les types de câble blindé ou de paires torsadées sont conçus pour minimiser la dégradation du signal due au bruit électronique.

Fibre optique monomode

La fibre optique monomode transporte un seul rayon de lumière, généralement émis par un laser. Ce type de fibre peut transmettre des impulsions sur de très longues distances, car le faisceau laser est directionnel et traverse le centre de la fibre.

Fibre optique multimode

La fibre multimode utilise souvent des émetteurs LED qui ne génèrent pas une onde lumineuse unique et cohérente. La lumière d'une LED pénètre dans la fibre multimode à des angles différents. Les impulsions peuvent s'étaler à la réception car la lumière qui pénètre dans la fibre à différents angles nécessite des temps de trajet différents à travers la fibre. Cet effet, connu sous le nom de dispersion modale, limite la longueur des segments de fibre multimode.

Médias sans fil

Les médias sans fil transportent des signaux électromagnétiques par micro-ondes et fréquences RF qui représentent les chiffres binaires des communications de données. En tant que moyen de mise en réseau, le sans‑fil ne se limite pas aux conducteurs ou aux circuits physiques comme la fibre ou le cuivre.

Normes sans fil et mobiles

Quelques normes et technologies courantes :

• IEEE 802.11 (Wi‑Fi) : réseau local sans fil (WLAN) qui utilise un accès au média non déterministe basé sur CSMA/CA.
• IEEE 802.15 : Wireless Personal Area Network (WPAN), communément appelée Bluetooth, permettant le jumelage de dispositifs sur des distances de 1 à 100 mètres.
• IEEE 802.16 : WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access), utilisant une topologie point-à-multipoint pour fournir un accès large bande sans fil.
• GSM (Global System for Mobile Communications) : inclut des spécifications de couche physique qui permettent la mise en œuvre de services radio et du protocole GPRS pour le transfert de données via les réseaux mobiles cellulaires.

Normes IEEE et origine d'Ethernet

La première LAN au monde fut la version originale d'Ethernet, co‑conçue par Robert Metcalfe et Xerox il y a plus de trente ans. La norme Ethernet initiale a été publiée par un consortium composé de Digital Equipment Corporation, Intel et Xerox (DIX). Metcalfe souhaitait qu'Ethernet soit un standard commun à partir duquel tous puissent bénéficier, d'où son lancement comme standard ouvert. Les premiers produits basés sur cette norme sont apparus au début des années 1980. En 1985, le comité des normes pour les réseaux locaux et métropolitains de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a publié des normes pour les réseaux locaux, identifiées par le chiffre 802. La norme Ethernet est 802.3. L'IEEE a veillé à ce que ses normes soient compatibles avec le modèle OSI de l'Organisation internationale de normalisation (ISO). Pour assurer cette compatibilité, les normes IEEE 802.3 couvrent les besoins de la couche 1 et des parties basses de la couche 2, ce qui a entraîné quelques modifications mineures par rapport à la norme Ethernet originale.

Sous‑couche LLC et interaction avec le matériel

La sous‑couche LLC prend le protocole de couche réseau, qui est généralement un paquet IPv4, et ajoute des informations de contrôle pour aider à livrer les paquets vers le nœud de destination. La couche 2 communique avec les couches supérieures grâce à la LLC. La LLC est implémentée en logiciel et sa mise en œuvre dépend du matériel. Dans un ordinateur, la LLC peut être considérée comme faisant partie du contrôleur de la carte d'interface réseau (NIC). Le pilote de la carte réseau est le programme qui interagit directement avec le matériel de la carte pour transmettre des données entre le média et la sous‑couche MAC.

Encapsulation des données

L'encapsulation des données offre plusieurs fonctions principales :

• Délimitation des trames
• Dépannage (aide à l'analyse et à l'isolation des problèmes)
• Adressage et préparation au routage

Le processus d'encapsulation comprend la formation de la trame avant la transmission et l'analyse de la trame lors de la réception. Lors de la formation d'une trame, la couche MAC ajoute un en‑tête et une remorque à la PDU de la couche 3. L'utilisation de trames facilite la transmission des bits en les plaçant dans le média et en regroupant les bits pour le nœud récepteur. Le procédé d'encapsulation propose des repères importants (anchors) utilisés pour identifier un groupe de bits qui composent une trame. Ce processus assure la synchronisation entre les nœuds émetteur et récepteur.

Une fonction essentielle de l'encapsulation est l'adressage au niveau de la couche liaison de données : l'en‑tête Ethernet ajouté à chaque trame contient l'adresse physique (adresse MAC) qui permet d'envoyer la trame au nœud de destination. Une autre caractéristique est la détection d'erreurs : chaque trame Ethernet contient une remorque avec un contrôle de redondance cyclique (CRC) du contenu de la trame. Une fois qu'une trame est reçue, le nœud récepteur calcule un CRC pour comparaison avec celui reçu. Si ces deux CRC correspondent, on peut supposer que la trame a été reçue sans erreur.

Sous‑couche MAC : rôle

La sous‑couche MAC contrôle le placement des trames sur le média et le retrait des trames du média. Comme son nom l'indique, elle gère le contrôle d'accès au média, le lancement des transmissions et la récupération en cas d'échec de transmission dû à des collisions.