Couche Accès réseau

Dans le modèle TCP/IP, la couche Accès Réseau correspond aux couches Physique et Liaison de données du modèle OSI.

Unité d’information traitée : le bit ou train de bits continu (trame)

Principales fonctionnalités :

• conversion entre bits et signaux physiques
• contrôle d’erreur
• contrôle de flux (asservissement du débit de l’émetteur vers le récepteur)

 

Couche physique

Objectif :

Relier deux éléments physiquement pour communiquer

Son service est généralement limité à l’émission et la réception d’un bit ou d’un train de bits continu (trame).

Cette couche est chargée de la conversion entre bits et signaux électriques ou optiques.

Elle est en pratique toujours réalisée par un circuit électronique spécifique.

La couche physique décrit les caractéristiques physiques de la communication, comme les conventions à propos de la nature du média utilisé pour les communications (les câbles, les liens par fibre optique ou par radio), et tous les détails associés comme les connecteurs, les types de codage ou de modulation, le niveau des signaux, les longueurs d’onde, la synchronisation et les distances maximales.

 

Les principales technologies de transmission de l’information logique sont :

• Signaux électriques (variation de tensions aux bornes de conducteurs électriques)
• Ondes lumineuses (variation d’intensité lumineuses dans une fibre optique)
• Ondes électromagnétiques (modulation de fréquence ou d’amplitude d’une onde électromagnétique)

Chaque technologie a des avantages et des inconvénients.

 

On distingue principalement 3 types de médium (ou support) :

• Câbles électriques
• Fibre optique
• Ondes électromagnétiques

Câbles

Les conducteurs électriques sont des câbles à paires torsadées. Ce sont des fils de cuivre, enroulés de façon hélicoïdale afin de réduire le bruit électromagnétique.

Bande passante : 500kHz
Distance : 100m

Certains modèles sont blindés (STP : Shielded Twisted Pair) : chaque paire est isolée des autres et protégée par une couche d’aluminium.

Débit jusqu’à 1000Mb/s

 

D’autres modèles ne sont pas blindés (UTP : Unshielded Twisted Pair).

Débit jusqu’à 10Gb/s

Classés en catégories (de 3 à 7) selon l’intégrité du signal (taux d’erreur).

Fibre optique

La fibre optique est un guide d’onde qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est habituellement constituée d’un cœur entouré d’une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de réfraction légèrement plus élevé que la gaine et peut donc confiner la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l’interface entre les deux matériaux. L’ensemble est généralement recouvert d’une gaine plastique de protection.

Bande passante : 1GHz
Distance : 10000 km

 

Ondes électromagnétiques

Le Faisceau satellitaire

Les données sont transmises par des satellites géostationnaires (à 36000 km d’altitude) et captées par des antennes directives

Bande passante : de 40 GHz à 400 MHz
Débit : 140 Mb/s

Le Faisceau Hertzien

Il existe plusieurs bandes de fréquence pour la transmission de données numériques :

• ISM (Industrial, Scientific and Medical) : libre de droit
  2,4 GHz, 5 GHz, 5,7 GHz, … dépend des régions du monde
• Autres bandes : 900 Mhz, 1800Mhz, …700 Mhz, 800 Mhz, 1900 Mhz, 2100 Mhz…

Débit : de 1MB/s à 300 MB/s (dépend de la norme utilisée et du mode d’accès aux fréquences)
Distance : de 200 m environ (Wifi, bluetooth, Zigbee,…) à 50 km (Wimax)

 

Caractéristiques des principales normes de réseaux locaux sans fil

	IEEE 802.11b	IEEE 802.11a/11ac	IEEE 802.11g /11n	HiperLAN 1	HiperLAN 2	Bluetooth	ZigBee
Fréquence	2,4 GHz	5 GHz	2,4 GHz	2,4 GHz	5 GHz	2,4 GHz	2,4 GHz +  868+902-928 MHz
Débit maximal	11 Mbit/s	54 Mbit/s / 1,3 Gbit/s	54 Mbit/s / 540 Mbit/s	23,5 Mbit/s	54 Mbit/s	1 à 3 Mbit/s	20 kbit/s à 250 kbit/s
Débit effectif	Environ 6 Mbit/s	Environ 30 Mbit/s / environ 400 Mbit/s	Environ 16 Mbit/s / environ 150 Mbit/s	Environ 20 Mbit/s	Environ 35 Mbit/s	0,7 à 2 Mbit/s	250 kbit/s
Portée maximale	50 m au débit maximal 500 m débit réduit	30 m au débit maximal 500 m débit réduit	30 m au débit maximal 500 m débit réduit	150 m	150 m	10 à 100 m	10 m

 

 

Couche Liaison de données

Objectif :

Transmission de bits entre systèmes raccordés au même média

La couche de liaison de données spécifie comment les paquets sont transportés sur la couche physique, et en particulier le tramage (les séquences de bits particulières qui marquent le début et la fin des paquets).

Les entêtes des trames Ethernet, par exemple, contiennent des champs qui indiquent à quelle(s) machine(s) du réseau un paquet est destiné.

Exemples de protocoles de la couche de liaison de données : Ethernet, Wireless Ethernet, SLIP, Token Ring et ATM.

 

Cette couche est subdivisée en deux sous-couches LLC et MAC par l’IEEE.

Couche TCP/IP	Couches OSI	Sous-couches
Accès Réseau	Liaison de données	LLC (802.2)
		MAC (802.x)
	Physique

La sous-couche LLC

La sous-couche LLC (Logical Link Control) permet le contrôle de la liaison logique : elle fiabilise le protocole MAC par un contrôle d’erreur et un contrôle de flux (asservissement du débit de l’émetteur vers le récepteur).

 

La sous-couche MAC

La sous-couche MAC (Medium Access Control) permet l’accès au médium :

Elle sert d’interface entre la partie logicielle (Contrôle de la liaison logique) et la couche physique (matérielle). Par conséquent, elle est différente selon le type de médium physique utilisé (Ethernet, Token Ring, WLAN, …).

Fonctionnalités

• Gestion des données
  • repérage des différentes trames sur le support physique (suite de bits)
• Détection et correction des erreurs
  • numérotation des trames
  • utilisation de code détecteur (checksum) ou correcteur d’erreurs
• Régulation du trafic
  • utilisation d’acquittement
  • émission entre une source et un destinataire

Le rôle de la sous-couche MAC est principalement de d’insérer les adresses MAC de source et de destination dans chaque trame transmise.

Une adresse MAC est une suite de 6 octets (souvent représentés sous la forme hexadécimale) qui identifie de façon unique chaque interface réseau.

Exemple d’adresse MAC : 01:23:45:67:89:ab 

 

Remarque : on peut identifier le constructeur grâce aux premiers octets de l’adresse MAC.
Exemple : les adresses MAC des Raspberry Pi commencent par B8:27:…

https://macaddress.webwat.ch/

 

Ethernet (IEEE 802.3)

• Technique : CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)
• Topologie : bus et maintenant maillage
• Méthode d’accès au support : par compétition
  • topologie en bus (écoute du médium : si libre, émission sinon attente) :
    réémission après un temps d’attente si collision → half-duplex
  • Topologie maillée :
    aucune collision possible → full-duplex
• Débit :10 Mb/s, 100 Mb/s, 1 Gb/s, 10Gb/s

 

Wifi (IEEE 802.11)

La norme 802.11 définit la couche 1 et 2 pour une liaison sans fil (Wireless Fidelity) utilisant des ondes électromagnétiques :

• La couche physique : codage DSSS, FHSS, IrDA
  DSSS: étalement de spectre en séquence directe
  FHSS : étalement de spectre avec sauts de fréquence
• La couche Liaison de données : couche LLC et couche MAC

Cette norme permet d’avoir un débit de 1 à 2Mb/s et elle utilise un accès au médium par compétition, selon la méthode CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance)

Topologies :

• Mode Infrastructure (hotspot)
  Un point d’accès (Access Point) concentre toutes les communications vers et depuis les postes sans fil, identifiés par un BSSID (Service Set Identifier)
• Mode Ad-Hoc
  Il n’y a pas de point d’accès, la communication entre les postes sans fil est directe. Chacun est identifié par un SSID

 

Matériel

Le commutateur

Le principal composant de la couche Accès Réseau est le commutateur (switch).

Le commutateur  permet la connexion point à point (full-duplex)

 

Fonctionnalités

• Apprentissage des adresses MAC → Table d’adresse MAC (protocole ARP)
• Laisse passer les trames du niveau 2 en broadcast
• Permet de sécuriser le réseau car les données ne sont transmises que sur le lien destinataire.

Le concentrateur

Le concentrateur (hub) est un composant aujourd’hui obsolète, car il ne possède pas les capacités de mémorisation des adresses MAC comme c’est le cas pour le commutateur.

 

Contrairement au commutateur, le concentrateur transmet les données à toutes les machines auxquelles il est raccordé :