iii -couche physique niveau 1

LPSIL ADMIN 2014– M.A. Peraldi-Frati - IUT Nice Côte d’Azur

III - Couche physique Niveau 1

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Son rôle� La couche physique est chargée de la transmission des signaux électriques ou optiques entre les interlocuteurs.

� Emission et la réception d'un bit ou d'un train de bits continu.

� Elle transmet un flot de bits sans en connaître la signification ou la structure.

� Elle code l'information pour l'adapter au support de transmission et effectue la conversion entre bits et signaux électriques, électromagnétiques ou optiques.

� Elle normalise les signaux envoyés sur le support (analogique / numérique, voltage, optique etc…) ainsi que le type et la longueur des câbles, les connecteurs utilisés…

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Supports physiques de transmissions� Circulation des informations entre les équipements de transmission.

� Trois catégories principales, selon le type de grandeur physique qu'ils permettent de faire circuler : � Les supports filaires permettent de faire circuler une grandeur électrique sur un câble généralement métallique

� Les supports aériens désignent l'air ou le vide, ils permettent la circulation d'ondes électromagnétiques ou radioélectriques diverses

� Les supports optiques permettent d'acheminer des informations sous forme lumineuse

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Supports physiques de transmissions� Circulation des informations entre les équipements de transmission.

� Trois catégories principales, selon le type de grandeur physique qu'ils permettent de faire circuler : � Les supports filaires permettent de faire circuler une grandeur électrique sur un câble généralement métallique

� Les supports aériens désignent l'air ou le vide, ils permettent la circulation d'ondes électromagnétiques ou radioélectriques diverses

� Les supports optiques permettent d'acheminer des informations sous forme lumineuse

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Représentation d’un bit

� 1 bit correspond à une impulsion signifiant 0 ou 1

Exemples :

� Signal électrique : 0 = 0 volts et 1 = +5 volts

� Signal optique : 0 = faible intensité et 1 = forte intensité

� Transmission sans fil : 0 = courte rafale d’onde et 1 = rafale d’onde plus longue

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Affectation d’un bit lors de sa

transmission� Propagation : temps mis par un bit pour se déplacer dans le média

� Atténuation : perte de la force (amplitude) du signal

� Bruit : ajout indésirable d’énergie à un signal causé par des sources d’énergie se trouvant à proximité

� Dispersion : étalement des impulsions dans le temps

� Gigue : variation du délai de transfert de l’information

� Latence : retard de transmission causé par le temps de déplacement d’un bit dans le média et la présence de circuits électroniques dans le cheminement

� Collisions : lorsque deux ordinateurs utilisant le même segment de réseau émettent en même temps

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Signal numérique variant de manière discontinue dans le temps

Signal analogique variant de manière continue dans le temps

Pour transmettre des données, on peut soit utiliser :

Deux techniques de transmission

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Les codages en bande de base

Les codages usuels sont :

� le code tout ou rien

� le code NRZ (non retour à zéro)

� le code bipolaire

� le code Manchester

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C'est le plus simple:

� un tension nulle code le « 0 »

� une tension positive indique le « 1 »

Problème 1 : composante continue non nulle, échauffement par effet de JouleProblème 2 : pas de disctincion entre 0 et pas de transmission (panne)

Code tout ou rien

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Problème 1 : désynchronisation possible sur de longues séquences identiques

Problème 2 : dépendance vis-à-vis de la polarité

On code :

� par une tension négative le « 0 »

� par une tension positive le « 1 »

Code NRZ (Non Return to Zero)

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Code tout ou rien dans lequel :

� le « 0 » est représenté par une tension nulle;

� le « 1 » est représenté par une tension alternativement positive ou négative pour éviter de maintenir des tensions continues.

� Avantage : indépendant de la polarité� Problèmes de désynchronisation et de détection de

transmission

Code Bipolaire

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Le signal change au milieu de l'intervalle de temps associé à chaque bit.Au milieu de l'intervalle il y a une transition de bas en haut pour un « 0 »(front montant) et de haut en bas pour un « 1 » (front descendant).

� Principe : XOR entre les données et l’horloge� Codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/s

Code Biphase ou Manchester

1 0 0 1 1 1 0 1

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Le temps dans les réseaux :Perte de paquet ou délai

File d’attente des paquets dans les routeurs

Si le taux d’arrivée des paquets en entrée dépasse le capacité en sortie

Paquets bufferisés, attente de leurs tours

A

B

packet being transmitted (delay)

packets queueing (delay)

free (available) buffers: arriving packets

dropped (loss) if no free buffers

Traduit des slides de J.F Kurose and K.W. Ross, 66


Le temps dans les réseaux :4 sources de délais

Tproc: nodal processing � Verification CRC (Bit errors)

� determine lien de sortie

� Temps moyen < msec

A

B

propagation

transmission

nodal

processing queueing

Tqueue: delay d’attente� Temps pour obtenir le lien de transmission

� dépend de la congestion du routeur


Tnodal = Tproc + Tqueue + Ttrans + Tprop


Ttrans: transmission delay:� L: taille du paquet(bits)

� B: bande passante lien(bps)

� Ttrans = L/B

Tprop: propagation delay:� d: longueur du lien de transmission

� v: vitesse de propagation dans le lien (~2x108 m/sec)

� Tprop = d/vTtrans et Tprop

Très différents

propagation

nodal

processing queueing

Tnodal = Tproc + Tqueue + Ttrans + Tprop

A

B

transmission

Le temps dans les réseaux :4 sources de délais


Analogie avec le trafic routier (1)

� Une voiture se “propage” à 100 km/hr

� Cabine péage prend 12 sec pour servir un ticket (bit transmission time)

� Voiture ~bit; caravane ~ paquet

� Q: combien de temps avant que la caravane soit présente au second péage ??

� Temps pour que la caravane complète atteignela voie rapide = 12*10 = 120 sec

� Temps pour que la dernièrevoiture se propage du premier au second péage : 100km/(100km/hr)= 1 hr

� R: 62 minutes

PéagePéageCaravanede 10 voitures

100 km 100 km



� Supposons que les voiture se“propage” à 1000 km/hr

� Supposons que péage prenne une minute pour servir une voiture

� Q: Est ce que des voitures peuvent arriver avant que la dernière ne soitdans le péage 1 ? Au bout de combien de temps la première voitureatteint le second péage ?

� R : : Oui ! Après 7 min, la première voiture arrive au second péagealors que 3 voitures sont toujours au premier.



PéagePéageCaravanede 10 voitures

100 km 100 km


� B: Bande passante lien (bps)

� L: taille du paquet (bits)

� a: taux d’arrivée moyen des paquet

traffic intensity = La/B

� La/B ~ 0: Délai moyen d’attente faible

� La/B -> 1: Délai moyen d’attente important

� La/B > 1: plus de débits que ce qui peut

être traité délai moyen infini.

ave

rag

e q

ue

ue

ing

d

ela

y

La/B ~ 0

Queueing delay (revisited)

La/R -> 1



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IV – Niveau 2 Adresse MAC –

Protocole Ethernet

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Protocoles de la couche réseau 3

Ethernet / IEEE 802.3

IPARP ICMP

UDPTCP

pingDHCP

Transport

Réseau

Liaison

Application traceroute

Médium de communicationPhysique

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Couche liaison niveau 2 � Découpage des données en trames.

� Donne une signification aux bits qui sont transmis sur le réseau

� Elle doit acheminer sans erreur des blocs d'information utilisateur sur la liaison physique : � Contrôle d’intégrité : détection et de correction d’erreurs élémentaires dues au support physique imparfait et signale à la couche réseau les erreurs irrécupérables.

� Reconnaissance des débuts et fin de trames réceptionnées.

� Spécifications des tailles et moyens d’adressage des paquets.

� Elle s’assure que deux ou plusieurs nœuds n’essaient pas de transmettre des données sur le canal (partagé) de transmission en même temps.

� Identification des trames par adresse MAC

� Exemples :� HDLC (High Data Link Protocol), PPP (Point to Point Protocol), Ethernet (IEEE 802.3).

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Qu’estQu’estQu’estQu’est cececece qu’unequ’unequ’unequ’une AdresseAdresseAdresseAdresse MAC MAC MAC MAC ????� MAC = Media Access Control

� Chaque équipement ethernet� une adresseMAC unique, qui est “gravé" dans le matériel� BIA (Burn-In Address)

� Une adresse MAC identifie un équipement (un noeud) à l’intérieur d”un réseau local.

� Une adresse MAC est constituée de six octets généralementaffiché en valeur hexadécimale.g., 00-0A-CC-32-FO-FD

� NB: L’’adresse MAC est écrite sur la carte d’interface réseau du PC.

http://www.reseaucerta.org/outils/simulateur/adressemac.swf

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Adresse MAC (Medium Access Control )

• L’adresse de niveau 2 d’un élément de réseau

• Format : 6 octets en hexadécimal séparés par “:” ou “–”

•l’OUI (Organization Unique Id) 3 octets

•l’adresse matérielle spécifique (Product ID) 3 octets.

Trame Ethernet • SA MAC Address L’adresse MAC de la station source

• DA MAC Address L’adresse MAC de la station destinataire

• ET Ether type : type de données encapsulées

• Les données

Mode de transmission sur ethernet•Unicast MAC Address 0A:00:81:2F:42:51

Une adresse MAC désignant une seule station

•Multicast MAC Address 01:xx:xx:xx:xx:xx (premier octet

impair)Une adresse MAC désignant plusieurs stations (un groupe )

•Broadcast MAC Address FF:FF:FF:FF:FF:FF

Adresse MAC de diffusion qui désigne l’ensemble des stations du domaine de collision concerné.

0A:00:81:2F:42:51

donnéesDA SA

MAC@ MAC@

MAC@

OUI PID

Le niveau liaison de données:Le niveau liaison de données:Le niveau liaison de données:Le niveau liaison de données:

Système d’adressageSystème d’adressageSystème d’adressageSystème d’adressage

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ET


ObtentionObtentionObtentionObtention de de de de l’adressel’adressel’adressel’adresse MAC d’un MAC d’un MAC d’un MAC d’un équipementéquipementéquipementéquipement ????

� Windows 9X/Me: winipcfg, arp -a

� Windows NT, 2000, and XP: ipconfig /all

� Linux: ip maddr, ip neigh, arp

� NB :

"00-00-00-00-00-00" n’est pas une adress MAC valide. Votre carte réseau rejettera cette valeur et maintiendral’adresse d’origine.

� Il est possible de modifier l’adresse mac d’une machine. …http://www.klcconsulting.net/smac/ or portable apps kmac

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Taille des trames ethernet / IEEE

802.3

� Taille maximale = 1518 octets� Empêche une station de monopoliser le canal pendant trop longtemps

� Valeur arbitraire

� Taille minimale = 64 octets� Détection des collisions

� 64 octets (MAC, CRC inclus) + 8 octets (en-tête trame physique -préambule) = 72 octets au total sur la ligne = plus petite trame correcte

� Si la quantité de données transportées ne permet pas de remplir une trame, il faut ajouter des octets de bourrage (padding)

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Transfert des trames ethernet à

l’intérieur

� Se fait au niveau des switchs Ethernet

� Il est parfois nécessaire de séparer les machines d’un même LAN

� Exemple : machines RH séparées

des machines R&D dans une entreprise

� Utilisation de VLANs

� Etanchéité des communications

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LAN1


VLAN (Virtual Local Area Network)� Un VLAN est un ensemble d’unités regroupées quelque soit l’emplacement de leur segment physique

� Le VLAN permet de définir un nouveau réseau au-dessus du réseau physique et à ce titre offre les avantages suivants :� Plus de souplesse pour l'administration et les modifications du réseau (e.g. mobilité) car toute l'architecture peut être modifiée par simple paramètrage des commutateurs

� Gain en sécurité car les informations sont encapsulées dans un niveau supplémentaire et éventuellement analysées

� Réduction de la diffusion du trafic sur le réseau


Types de VLAN� VLAN statique ou de niveau 1 : les ports du commutateur sont affectés aux différents VLAN� Facilité d’administration� Fonctionnent bien dans les réseaux où les déplacements sont contrôlés et gérés

� VLAN dynamique ou niveau 2 : les ports des commutateurs peuvent automatiquement déterminer leur VLAN d’appartenance. Filtrage basé sur :� Les adresses MAC� L’adressage IP� D’autres paramètres

� Cette méthode est celle qui demande le moins d’administration au niveau du local technique


� Fonctionne comme un pont transparent

� Permet de définir des groupes de machines formant des LAN arbitraires, changeables par logiciel au gré de la configuration : les «Virtual LAN » (VLAN)

• Plusieurs switches peuvent supporter un même ensemble de VLAN, on parle de domaine de commutation.

• Ils sont alors reliés entre eux par un Inter Switch Link, aussi appelé Trunk (Tronçon), qui supporte sans les mélanger les trafics des différents VLANs(norme IEEE 802.1QAttention le switch doit donc être configuré en SpanningTree pour éviter les boucles.

VLAN A

VLAN B

VLAN A

VLAN BISL (Trunk)

Switch 1

Switch 2

Inter Switch Link ou mode Inter Switch Link ou mode Inter Switch Link ou mode Inter Switch Link ou mode trunktrunktrunktrunk

spanning_tree1.swf

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type

2-byte Tag Protocol Identifier(value: 81-00)

Tag Control Information (12 bit VLAN ID field,

3 bit priority field like IP TOS)

Recomputed CRC

Format Format Format Format trametrametrametrame 802.1Q VLAN802.1Q VLAN802.1Q VLAN802.1Q VLAN

802.1 frame

802.1Q frame

dest.address

sourceaddress

data (payload) CRCpreamble

dest.address

sourceaddress

preamble data (payload) CRC

type



Boucles dans les VLAN : spanning tree

� Cas de boucle dans l’interconnexion des

switchs

� Cause : Le broadcast généré par exemple

par les requêtes ARP

� Comme il n'existe aucun moyen de

supprimer les trames Ethernet, comme sur IP avec le TTL, cela encombre les liens et génère des broadcast storm

� Duplication de trames unicast

� A cause des boucles, un PC peut recevoir plusieurs fois une même trame !

� Remède : Protocole SpanningTree

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Protocole de spanning tree

� But : Ramener un réseau ayant une topologie physique

qui contient une boucle en une topologie

logique d’arbre.

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spanning_tree1.swf

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