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Réseaux Informatiques Janvier, 2018 1

Cliquez pour modifier le style du titreChapitre 4

Couche Liaison

Réseaux Informatiques

République Tunisienne Ministère de l’Enseignement Supérieur

de la Recherche Scientifique *****

Université de la ManoubaEcole Supérieure d’Economie Numérique

Principes et Protocoles

Introduction

• Cette couche doit assurer une transmission exemptée

d'erreurs sur un canal de communication.

• Les données sont fractionnées en trames.

Description

• La couche liaison récupère des paquets de la couche réseau.

• Pour chaque paquet, elle construit une ou plusieurs trame(s).

• La couche liaison envoie chaque trame à la couche physique.

couche réseau

couche liaison

couche physique

couche réseau

couche liaison

couche physique

paquet

Emetteur Récepteur

Description

Services offerts

• Gestion (délimitation) de trames

• Contrôle (détection et correction) d’erreurs

• Contrôle de flux

• Contrôle d'accès à un canal partagé (MAC)

Délimitation de trames

Délimitation des trames

• Problème:

Le récepteur doit savoir le début et la fin d’une trame.

Afin de reconstituer à partir des suites binaires les trames

envoyées.

• Solution :

Une trame doit commencer par un marqueur de début de

trame et se terminer par un marqueur de fin de trame.

Délimitation des trames

• Il existe trois méthodes :

Compter les caractères

Utiliser des champs délimiteurs de trame

Ils se situent en début et en fin de trame

Des bits (ou caractères) de transparence sont nécessaires

Violer le codage, normalement, utilisé dans la couche

physique

Compter les caractères

• On utilise un champ dans l'entête de la trame pour indiquer

le nombre de caractères de la trame

• Problème : si la valeur du champ est modifiée au cours de la

transmission

• Méthode rarement utilisée seule.

Exemple

‘S’ ‘P’‘U’ 03 ‘L’‘R’‘E’ ‘E’ ‘C’06 ‘R’ ‘S’‘U’‘O’06

• Trames émises:

• Trames reçues:

‘S’ ‘P’‘U’ 04 ‘L’‘R’‘E’ ‘E’ 4306 ‘R’ ‘S’‘U’‘O’06

code ASCII de ‘C’

Utiliser des délimiteurs

• Un fanion (délimiteur) est placé :

Au début de chaque trame

A la fin de chaque trame (en fait, au début de la suivante)

• Un fanion (flag) = séquence particulière de bits

• Des bits de transparence sont alors nécessaires pour qu’une

séquence binaire dans la trame ne corresponde

accidentellement au fanion.

• Fanion : 01111110

• Bit de transparence : 0 inséré après toute séquence de cinq

1 successifs dans la trame.

Les bits insérés à l’émission sont éliminés par l’interpréteur

de réception.

• Technique utilisée dans :

Exemple

01111110 01111110

01011001111110

• Données :

• Trame :

010110011111010

Exemple

Utiliser des fanions

• Avantages

Permet toujours de retrouver la synchronisation

Permet l'envoi de trames de tailles quelconques

Technique la plus simple

• Cette technique est utilisée, également, en considérant des

caractères de délimitation et des caractères de transparence.

Réseaux Informatiques Janvier, 2018 16Couche liaison Page 16

Détection et correction d’erreurs

Transmission d’information

émetteur récepteur

Causes d’erreurs sur un canal

• Perturbations et imperfections des supports de transmission

� déformations des signaux transmis � erreurs sur les

données binaires reçues (0 au lieu de 1 ou vice-versa).

• Nécessité d'un mécanisme de contrôle et de vérification de

validité des séquences binaires transmises.

Taux d’erreur sur un canal

• 10-9 pour les réseaux locaux

• 10-5 pour le RTC

• Taux élevé pour la téléphonie sans fil.

nombre de bits erronésTaux d'erreur

nombre de bits émis=

Deux stratégies possibles

• La destination peut :

Détecter les erreurs, puis demander une retransmission

Code détecteurs d’erreurs

Détecter et corriger les erreurs

Codes correcteurs d’erreur

Principe des codes

• Exploiter la redondance d’informations

Ajouter à chaque bloc de données à émettre des bits

supplémentaires (redondants), qui sont calculés en fonction

de ces données.

Le récepteur refait le même calcul sur les données reçues et

compare le résultat avec les bits rajoutés par l’émetteur

pour vérifier s'il y’avait eu des erreurs de transmission.

• Corriger est plus difficile que détecter

Plus de bits de contrôle

Mot de code

d bits de données

c bits de contrôle

n bits d’information (à transmettre)

Un tel mot de n bits est appelé un mot de code

Contrôle de parité verticale (Vertical Redundancy Check VRC)

• A chaque bloc de bits (7 ou 8) est ajouté un bit de parité :

bit de contrôle.

• Si le nombre de bits de type ‘1’ dans le bloc est pair, le bit

de contrôle = 0, sinon, il est égal à 1.

• Simple, mais peu efficace � Ne permet de détecter que les

erreurs portant sur un nombre impair de bits.

Contrôle de parité longitudinale (Longitudinal Redondancy Check LRC)

• Principe :

Contrôler l'intégrité des données d'un caractère

Contrôler l'intégrité des bits de parité d'un bloc de caractères.

Rajouter à chaque colonne représentant une suite de bits de

même rang un bit de parité.

Effectuer cette opération même sur le rang des bits de parité.

L’utilisation du VRC et du LRC simultanément permet de

détecter plus d’erreurs et d’en corriger parfois.

Contrôle par redondance cyclique (CRC)

Contrôle de flux

• Principe de base : il est interdit à l'émetteur d'envoyer des

trames sans avoir auparavant reçu une permission implicite

ou explicite du récepteur.

• Mécanismes mis en œuvre

Utilisation d'acquittements

Gestion de temporisateurs

Numérotation des trames

Limitation du nombre de trames pouvant être envoyées par

l'émetteur.

Contrôle de flux

Etablissement de la liaison• Le circuit de données est préalablement établi entre A et B.

Trame de demande d’établissement

Trame de confirmation d’établissement.

Transfert de données

Trame de données ou d’information

Contrôle de flux

Libération de la liaison

Trame de demande libération

Trame de confirmation

Contrôle de flux

Fiabilité du transfert

ARQ (Automatic Repeat reQuest) • C’est une méthode de contrôle d’erreur pour la

transmission de données.

• Elle utilise des acquittements et des temporisateurs pour

parvenir à une transmission efficace de l'information.

• Un acquittement : est un message envoyé par le récepteur

vers l'émetteur afin de lui informer que la trame émise a

été bien reçue.

• Temporisateur (timeout): permet de borner le délai de

réception des acquittements

Deux types de protocoles ARQ• Protocole «envoyer et attendre» (Send and Wait).

• Protocole «à fenêtre d'anticipation» (SlidingWindow).

Protocole «envoyer et attendre» (Send and Wait)

Principe• L'émetteur envoie une seule trame de données à la fois.

• Après avoir émis une trame, l'émetteur n'envoie pas de

données supplémentaires tant qu'il n'a pas reçu

d'acquittement (ACK) de la part du destinataire.

• Le destinataire n'envoie un ACK qu'après avoir reçu une

trame correcte.

• Si l'émetteur ne reçoit pas d'ACK avant l'expiration d'un délai

prédéfini (appelé temporisateur ou timeout), il réémet la

trame précédemment envoyée.

Avantage • Empêche l'émetteur d'envoyer des données plus

rapidement que le récepteur ne peut les traiter.

Efficacité du «Send and Wait»

• Efficacité = taux d’occupation de la voie

= taux d’utilisation du canal de transmission

= temps de transmission (trame ou fichier) / temps

de transfert (trame ou fichier)

Performance des communications

Protocole «Send and Wait»

• Ce protocole est unidirectionnel et ne permet qu’une faible

utilisation de la capacité du canal.

• La liaison de données est inoccupée la plupart du temps.

• L’émetteur passe son temps à attendre l’acquittement du

récepteur.

• Le récepteur passe son temps à attendre la trame de données

de l’émetteur.

• Mauvaise utilisation du circuit lorsque le temps de propagation

est important.

�Solution : Protocole à fenêtre d’anticipation (Sliding Windows)

Principe du protocole avec fenêtre d’anticipation• Transmission de données et acquittements dans les 2 sens

(mode bidirectionnel).

• Envoi d’un certain nombre de trames sans attendre

d'acquittement (pipelining).

• Acquittements ajoutés à des trames de données envoyées

dans l'autre sens (Piggypacking).

• L’émetteur stocke les trames non acquittées dans des

mémoires tampons (Buffer) .

• Si la fenêtre atteint son maximum, on n'envoie plus rien

jusqu'à une libération, ( réception de l’acquittement).

�Plus d'efficacité, Plus de complexité de gestion et besoin de

tampons pour trames non encore acquittées (et susceptibles

d'être réémises).

Protocole «Sliding Window»

• Les trames émises ont un numéro de séquence codé sur n

bits (0:2^(n)-1), où n est la longueur du champ numéro de

séquence.

• Fenêtre d'émission (côté émetteur) : la liste des numéros de

séquence des trames autorisées à être émises .

• Fenêtre de réception (côté récepteur) : la liste des numéros

de séquence des trames autorisées à être reçues.

• Taille (maximale) = nombre de trames autorisées d’être

émises sans attendre les acquittements.

• Contenu de la mémoire tampon = numéros de séquence

des trames envoyées mais non encore acquittées.

Types d’acquittements :• Lorsque plusieurs trames doivent être acquittées, il est possible:

D’envoyer un acquittement « individuel » pour chaque trame

D’envoyer un acquittement « collectif » en indiquant:

Le plus grand numéro de trame parmi celles qui sont acquittées

Ou le numéro de la prochaine trame attendue.

Erreurs de transmission• Si une trame située au milieu d'une série est perdue ou erronée ?

• Deux techniques de rejet sont possibles :

1) Technique de rejet total :

• Le récepteur rejette toutes les trames qui suivent celle qui est erronée.

• Retransmission de toutes les trames qui suivent la trame erronée.

Inconvénient : le canal est mal exploité.

Avantage : pas besoin de mémoires tampons.

2) Technique de rejet sélectif :

• Le récepteur stocke les trames non erronées . Quand le récepteur

reçoit la trame erronée, il envoie un acquittement de cette trame.

Avantage : moins de retransmission de trames et le canal mieux exploité.

Inconvénient : besoin de mémoires tampons.

Sous-couche MAC

• Cette sous-couche a pour rôle de :

gérer l’accès au support physique car il s’agit d’une liaison

multipoint,

structurer les bits d’information en trames,

gérer les adresses physiques (dites MAC) des cartes réseaux.

• Elle est indépendante du média : câble cuivre, fibre

optique, onde hertzienne …

Adressage physique

• Dans le cas d’une liaison multipoint, il est nécessaire de

disposer d’une adresse physique pour chaque machine.

A B C D

Adresse de A ? Adresse de B ? Adresse de C ? Adresse de D ?

• Les réseaux Ethernet, Token Ring et FDDI utilisent le même

type d’adressage : l’adressage MAC.

• Cette adresse (sur 48 bits) permet d’identifier de manière

unique un nœud dans le monde.

Adresse MAC

• I/G (Individual/Group)

si le bit est à 0 alors l’adresse spécifie une machine unique

(et non un groupe).

• U/L (Universal/Local)

si le bit est à 0 alors l’adresse est universelle et respecte le

format de l’IEEE.

I/G Adresse Constructeur Sous-adresseU/L

22 bits1 bit 24 bits

Format d’une adresse MAC

Adresse MAC

Adresse Constructeur

• Une adresse universelle est attribuée par l’IEEE à chaque

constructeur.

Constructeur Adresse (3 octets)

Cisco 00000C

3Com 0000D8, 0020AF,

02608C, 080002

Intel 00AA00

IBM 08005A

Adresse MAC

Types d’adressage

• Adresse pour la diffusion générale (broadcasting) : tous les

bits à 1

• Adresse pour la diffusion restreinte (multicasting) : bit I/G à 1

• Adresse correspondant à un unique destinataire (unicasting) :

bit I/G à 0

Format des trames Ethernet

Préambule DonnéesSFD Adr. MAC dst Adr. MAC src long PAD FCS

6 octets 2 octets 4 octetsn octets

10101010101010101010101010101010101010101010101010101010 10101011

7 octets 1 octet

Champs de la trame

• Préambule : sert à synchroniser le récepteur.

• SFD (Start Frame delimiter) : délimiteur.

• Longueur : nombre d’octets du champ Données.

• Données : informations provenant de la sous-couche LLC. La

longueur de ce champ est comprise entre 46 et 1500 octets.

• Bourrage (PAD) : octets de bourrage sans signification,

insérés si la longueur du champ données est insuffisante

(inférieure à 46 octets).

• FCS : champ pour la détection d’erreurs.

Protocole HDLC

• Offre un service de transfert de données fiable et efficace

entre deux systèmes adjacents.

• Protocole utilisant le mode connecté.

• Utilisé comme protocole de la couche liaison de données

dans les normes X.25 en usage dans les réseaux publics de

transmission numérique de données.

• Fanion

Constitué de 8 éléments binaires (01111110) – 7E (hexadécimal).

Délimite la trame : fanion de tête et fanion de queue.

Un fanion de queue peut être fanion de tête de la trame suivante.

Structure de la trame HDLC

• Lorsqu’un caractère dans un champs quelconque comprend

une suite de 6 bits à « 1 », un bit « 0 » est inséré après le

cinquième bit à l’émission pour éviter une confusion avec un

fanion, il sera éliminé à la réception.

01111110 devient 011111010

01111111 devient 011111011

011111110 devient 0111110110

• Adresse (8 bits, extensible à 16 bits)

Désigne l’adresse du destinataire à qui est envoyée la trame.

Ou l’adresse du terminal qui transmet les données.

• Commande (8 bits, extensible à 16 bits)

Identifie le type de trame.

On distingue trois types de trames :

Les trames d’informations (I Information)

Les trames de supervision (S Supervisory)

Les trames non numérotés (U Unnumbered)

Trames d’information (I)

• Contiennent un champs de données.

• N(s) et N(r) : numéros des trames émises et reçues.

• P/F : bit de contrôle de la liaison.

P(Poll)=1: indique qu’un acquittement immédiat est demandé.

F(Final)=1 : acquittement immédiat d’une trame.

F=0 : réponse par une trame d’information.

• Trames de supervision (S)

Permettent de contrôler l’échange de données

On distingue 4 types de trames de supervision: codées dans le

sous-champ Type du champ Commande

1) RR (Received & Ready) – 00 : acquittement

Confirme la réception des trames de données de numéro < N(R)

Demande la transmission des trames suivantes.

2) RNR (Received & Not Ready) – 10 : contrôle de flux

Confirme la réception des trames de données de numéro <

Interdit la transmission des trames suivantes.

3) REJ (Reject) – 01 : protection contre les erreurs

Confirme la réception des trames de données de numéro < N(r).

Demande la retransmission des trames de numéro >= N(R).

4) SREJ (Selective Reject) – 11 : protection contre les erreurs.

Confirme la réception des trames de données de numéro < N(R).

Demande la retransmission de la trame de numéro = N(R).

• Trames non-numérotées

Gèrent la liaison : établissement, libération, …

Ne possèdent pas de numéro.

MMMMM : code le type des trames non-numérotées

Trame d’établissement de la connexion (commande):

SABM (Set asynchronous balanced mode) : 11100

Trame de libération de la connexion (commande) :

DISC (Disconnection) : 00010

• Trame de confirmation (réponse) : acquittement d’une trame

de type DISC, SABM

UA (Unnumbered acknowledgment) : 00110

• Trame de rejet définitif d’une trame (réponse)

FRMR (Frame reject) : 11000

• Trame d’indication de connexion interrompue

DM (Disconnected mode) : 10001

Information

• Contient les informations transmises.

FCS (Frame Check Sequence)

• Champ de contrôle d’erreur : détecte les informations

transmises de façon erronée.

• Constitué du reste de la division polynomiale (CRC) du message

transmis (adresse, commande, information) par le polynôme

générateur de degré 16.

• Le CRC, calculé à l’émission, est vérifié à la réception.

Ouverture de connexion :

• L’émetteur émet une trame SABM ou SABME (U).

• Le correspondant l’acquitte avec une trame UA (U).

• Sans réponse, l’émetteur renouvelle sa demande au bout d’un

temps T. Il abandonne au bout de N2 tentatives.

Le compteur N2 est initialisé à 10, il est décrémenté de 1 à chaque

tentative.

Établissement d’une communication

Transfert de données :

• Quand la connexion est établie, des trames d’information sont

échangées entre les terminaux.

• L’échange est contrôlé par les trames de supervision.

• L’acquittement de chaque trame émise peut être :

Explicite : par une trame RR (s)

Implicite : par comparaison des champs N(r) et N(s)

• La trame REJ(s) est utilisée pour indiquer une trame

d’information erronée (numéro de séquence invalide, …)

• La trame RNR(s) acquitte la trame (I) : N(r) -1 et demande à

l’émetteur d’arrêter provisoirement l’émission : contrôle de flux.

Transfert de données :

Déconnexion :

• Envoi de la trame DISC (U).

• Acquittement par la trame UA (U) : déconnexion

• Scénario de transfert de données : transfert unidirectionnel

Fonctionnement d’HDLC

• Scénario de transfert de données : transfert bidirectionnel

• Scénario de transfert de données transfert avec perte

• Scénario de transfert de données transfert avec contrôle de flux

Contrôle de fluxMécanisme avec fenêtre d’anticipation de largeur N

• Une station est autorisée à émettre plusieurs trames

successives pendant le délai de propagation aller-retour

sans atteindre la taille de la fenêtre d’anticipation.

�Utilisation efficace de la bande passante.

• Problème : Comment résoudre le problème des trames

perdues ou erronées ?

RETRANSMISSION (GO-Back-N) de toutes les trames à partir

de la trame erronée ou perdue au moyen de la trame de

supervision REJ.

REJET SELECTIF (Selective Reject) au moyen de la trame de

supervision SREJ.

Chapitre 4 Cliquez pour modifier le style du titre …€¢ La trame REJ(s) est utilisée pour...

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