Couches Basses (cours acc el er e

Couches Basses (cours accelere)Cours 1,5

E. Godard

Aix-Marseille Universite

M1 Informatique Reseaux 2019/20

Couche Physique

Couche Physique

Couche Liaison de Donnees

Gestion des Erreurs

E. Godard Couches Basses 3 / 44

Couche Physique

Couche Physique

TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model


Couche Physique

Fonctions Fondamentales

Transmission physique :support electrique, electromagnetique, ...

Tranformation d’une suite de bits en signauxet inversement

Faire abstraction du support physique :adaptation au support,

Partage du support,


Couche Physique

Transmission

Information : etat logique (suite de 0 et 1) ←→ etat dusupport (signal)

Signal :I etats physiques possibles : amplitude, frequence, phaseI un symbole correspond a un etat physique du systemeI valence V : nombre de symboles physiques utilises


Couche Physique

Exemple : Modem

La modulation consiste a tranformer une suite binaire en signalphysique en faisant varier une de ces caracteristiques physiques :

amplitude,

phase,

frequence.La demodulation est l’operation inverse.

Modem : Modulateur / Demodulateur

Modulation combinee : variation sur plusieurscaracteristiques (en general phase et amplitude).

Les positions des points dans le plan complexe representent z0,les parametres (phase et amplitude) des ondes electriquescorrespondantes.


Couche Physique

Multiplexage

Objectif : utiliser le meme support physique pour transmettresimultanement plusieurs signaux physiques, => plusieurs suitesbinaires en parallele

meme type de codage

frequence de base differente

Traitement du signal via la numerisation

Exemple : ADSL (Assymetric Digital Suscriber Line)

Pow

er

Voice Upstream Downstream

256 4-kHz Channels

0 25 1100 kHz


Couche Physique

Traitement du Signal

La numerisation est la transformation d’un signal physique ensuite binaire.L’echantillonnage est une des etapes de la numerisation, elleconsiste a mesurer la valeur du signal a (petits) intervallesreguliers.


Couche Physique

Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier )

Fonction f : R −→ R,2π periodique

On a

f (t) = c

+∑∞

0an sin(nt)

+∑∞

0bn cos(nt)

avec

c =1

2π

∫ 2π

0

f (t)dt

an =1

π

∫ 2π

0

f (t) sin(nt)dt

bn =1

π

∫ 2π

0

f (t) cos(nt)dt

0 1 1 0 0 0 1 01

0 Time T

1

0

1

0

1

0

1

0Time

rms

ampl

itude

1 152 3 4 5 6 7 9 10111213 148

0.50

0.25

Harmonic number

1 harmonic

2 harmonics

4 harmonics

8 harmonics

1

1 2

1 2 3 4

1 2 3 4 5 6 7 8Harmonic number

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)E. Godard Couches Basses 10 / 44


Couche Physique


Gestion des Erreurs




TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model



Objectifs de la Couche Liaison

En s’appuyant sur la couche physique, la couche Liaison deDonnees doit offrir une connexion locale a la couche Reseau

connexionI un-vers-un (unicast)I un-vers-plusieurs (multicast)I un-vers-tous = diffusion (broadcast)

fiable ou non

utilisant un espace de nom local

Comme cette couche s’appuie sur la couche physique, elle doitfrequemment gerer les consequences des imperfections de lacouche physique.



Exemples de Protocoles Couche 2

Ethernet

MPLS (Multiprotocol Label Switching)

HDLC (High-Level Data Link Control)

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

PPP (Point-to-Point Protocol)

G.hn (home networking)

...



Des Sous-Couches pour la Couche Liaison

LLC : Controle Logique de la Liaison

MAC : Controle d’Acces au Medium : des protocolesadaptes aux specificites des couches physiquessous-jacentes

Datalink

layer

Network layer

Physical layer Signal

(a) (b)

LLC

MAC

LLC

LLC

Packet

Packet

Packet MAC MAC



Ponts

Host A

Network

LLC

MAC

Physical

Pkt

Pkt

Pkt802.11

802.11 Pkt

Host B

BridgePkt

Pkt

Pkt802.3

802.3 Pkt��802.11

802.11 Pkt

Pkt

802.11 Pkt

802.3 Pkt

802.3 Pkt

802.3 PktPkt

Wireless LAN Ethernet��Un pont 802.11 vers 802.3



Aparte : Materiel Reseau

Couche OSI MaterielApplication passerelle applicativeTransport passerelle transport

Reseau routeurLiaison commutateur, pont

Physique concentrateur,repeteur

A bien connaıtre ! !



Types de Connexion

Service sans connexion et sans acquittement couchephysique tres fiableou erreurs corrigees par les couchessuperieuresou donnees supportant ces erreursEx : LAN, flots temps reels, voix

Service sans connexion et avec acquittement emetteursait si le message est arrivereemission possible

Service avec connexion => service fiable etablissementde la connexionnumerotation des messageschaque message est envoye et recu une seulefoisl’ordre des messages est respecte



Services Detailles de la Couche Liaison de Donnees

organisation des donnees ( => trames )

Synchronisation

services de la sous-couche LLC

services de la sous-couche MAC



Types d’Erreurs

1 Erreur de modification : la sequence de bits recus estdifferente de celle emise.

2 Erreur d’omission : la sequence de bits n’est pas recue

3 Erreur d’addition : une sequence de bits est recus alorsqu’aucune n’avait ete emise. (egalement duplication)



La Sous-Couche LLC

Role

1 controle des erreurs (omissions)

2 controle de flux



La Sous-Couche d’Acces au Medium

Role

Adressage physique (adresse MAC)

Detection/Correction d’erreurs (modification)

Adaptation au canalI gestion des collisionsI taille maximale de trameI => optimisation de l’utilisation du canal


Gestion des Erreurs

Couche Physique


Gestion des Erreurs


Gestion des Erreurs

Detection et Correction des Erreurs

Principe : redondance d’information mathematique permettantde detecter et/ou corriger les erreurs sans retransmission.

limite theorique Theoreme de Shannon (cf poly)

presqu’atteinte par les turbocodes.


Gestion des Erreurs

Detection et Correction des Erreurs

Principe : redondance d’information mathematique permettantde detecter et/ou corriger les erreurs sans retransmission.

limite theorique Theoreme de Shannon (cf poly)presqu’atteinte par les turbocodes.


Gestion des Erreurs

Problematique des Pertes

1 La trame est completement perdue

2 => ACK accuse de reception

3 Mais si l’accuse de reception se perd ?

4 On les numerote

5 mais a-t-on assez de ”numeros”?

6 ? ... ?


Gestion des Erreurs

Protocole du Bit Alterne : Principes

1 Communication unidirectionnelle2 ”Envoyer et attendre” (... un accuse de reception)

I envoyer(M,seq)I declencherTemporisation()I si recevoir() == ACK(M) seq++;(* gerer suivant(M)*)sinon envoyer(M,seq) (* et recommencer ...*)

3 Si le message de ACK(M) est perdu, on va retransmettre M

alors qu’il a ete correctement recu=> duplication => numero de sequence seq

4 Combien de bits pour coder seq ?5 Ce probleme se pose seulement entre un message et le

suivant, pas entre le predecesseur et le suivant=> il suffit d’avoir seq ∈ {0, 1}, => ACK0, ACK1


Gestion des Erreurs


1 Communication unidirectionnelle

2 ”Envoyer et attendre” (... un accuse de reception)







Gestion des Erreurs









Gestion des Erreurs



I envoyer(M,seq)

I declencherTemporisation()I si recevoir() == ACK(M) seq++;(* gerer suivant(M)*)sinon envoyer(M,seq) (* et recommencer ...*)






Gestion des Erreurs



I envoyer(M,seq)I declencherTemporisation()

I si recevoir() == ACK(M) seq++;(* gerer suivant(M)*)sinon envoyer(M,seq) (* et recommencer ...*)






Gestion des Erreurs









Gestion des Erreurs






4 Combien de bits pour coder seq ?

5 Ce probleme se pose seulement entre un message et lesuivant, pas entre le predecesseur et le suivant=> il suffit d’avoir seq ∈ {0, 1}, => ACK0, ACK1


Gestion des Erreurs









Gestion des Erreurs

Ethernet

famille de protocoles compatibles definis par IEEE

transmission de paquets de taille variable dans des reseauxfilaires et non filaires

Rappel : IEEE : Institute of Electrical and ElectronicsEngineers est une association professionnelle constitueed’ingenieurs electriciens, d’informaticiens, de professionnels dudomaine des telecommunications, etc.


Gestion des Erreurs

Ethernet filaire

Norme 802.3 : reseau local bande de base avec methoded’acces CSMA/CD (detaille precedemment)

variantes :

Cable Longueur Nbre stations10base2 coaxial fin 200m 30

100baseT paire torsadee 100m 1024100baseFX fibre optique 2000m 1024


Gestion des Erreurs

Ethernet : Caracteristiques

Debit Nominal : 10/100Mbits/s

Transmission en bande de base avec codage Manchester(±2, 5V en 10BASE-T)

sur cable categorie 5 : deux paires utilisees


Gestion des Erreurs

Ethernet Gigabit

fibre optique 1000BASE-LX en mode single5 km

paire torsadee 1000BASE-T4 paires utilisees sur un cable categorie 5 etsuperieure100 m

vers l’infini et au-dela norme IEEE 802.3ba : 40 Gb/s et 100Gb/s normalise en 2010.


Gestion des Erreurs

Ethernet : niveau MAC

Rappel :

Fonctions sous-niveau MAC

I mise en trameI adressageI detection erreurI reaction aux signaux d’occupations du canal/collisions

Format de la trame :

7 1 2 ou 6 2 ou 6 2 46-1500 4preamb. del. Adresse Adresse type ou Donnees + remplissage CRC

dest. source longueur


Gestion des Erreurs

Ethernet : les Champs

Preambule : 7×10101010 => synchro bit

Delimiteur : 1×10101011 => synchro octet/trame

Adresse destination : sur 6 octets en general, si tous lesbits sont a 1 => diffusion

Longueur : au minimum 64 octets

Bourrage : si la longueur des donnees est insuffisante

Controle : CRC-32


Gestion des Erreurs

Adresses Ethernet

Adresses uniques sur 48 bits (attribuees a la fabrication)

3 types d’adresse reconnue par le coupleur

I adresse physique d’un coupleur EUI-48

24 bits fabricant (OUI attribue par l’IEEE)24 bits n de serie

I diffusion generale (broadcast)

FF:FF:FF:FF:FF:FF

I diffusion multidestinataires (multicast) (bit de point faibledu premier octet a 1)

01:80:C2:00:00:00


Gestion des Erreurs

Arbre Couvrant Ethernet

Pour des raisons d’efficacite, on organise un segment en arbregrace a des commutateurs qui filtre le traffic.


Gestion des Erreurs

Arbre Couvrant Ethernet

Pour des raisons d’efficacite, on organise un segment en arbregrace a des commutateurs qui filtre le traffic.

RP port racine – DP port designe – BP port bloqueE. Godard Couches Basses 35 / 44

Gestion des Erreurs

Rappel : Grille de lecture

Un systeme distribue est defini par

Processus

Communication

Nommage

Synchronisation

Cache et Replication

Tolerance aux Defaillances

Securite


Gestion des Erreurs

Recapitulatif : Ethernet Filaire

Processus Ponts, Commutateurs, Stations

Communication par message (les trames)

Nommage adresse MAC (EUI-48)

Synchronisation protocoles de gestion du flux

Cache et Replication N/A

Tolerance aux Defaillances Codes detecteurs et correcteurs -Protocoles de gestions des omissions

Securite aucune (physique)


Gestion des Erreurs

Transmissions sans fil

Pragmatisme vs modele OSI :

Applications/Profiles

Baseband

Link manager

Other LLC

Service discovery

TelephonyControlAudio

RFcomm

Logical link control adaptation protocol

Physical radio

Application layer

Physical layer

Data link layer

Middleware layer


Gestion des Erreurs

Bluetooth

Bits

Bits

The 18-bit header is repeated three times for a total of 54 bits

Access code Header Data

72 54 0-2744

ChecksumTypeAddr

1

F A S

1 143 8


Gestion des Erreurs

802.11 : communication sans fil

Sous-couche MAC

802.11 Infrared

802.11 FHSS

802.11 DSSS

802.11a OFDM

802.11b HR-DSSS

MAC sublayer

Physical layer

Data link layer

Upper layers

Logical link control

802.11g OFDMTrame

Frame control

Bytes

Dur- ation

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Seq. Data

2 2 6 6 6 62 0-2312

Check- sum

4

Version Type Subtype

2Bits 2 4

To DS

From DS

MF Re- try

Pwr More W O Frame control

1 1 1 1 1 1 11


Gestion des Erreurs

Declinaisons du 802.11

La norme principale est declinee en ameliorations :

802.11a wifi 5GHz haut debit 30Mbits/s802.11b wifi debit 11Mbits/s, large base installee802.11d i18n gestion de l’allocation legale des frequences802.11e QoS gestion de la qualie de service802.11f itinerance utiliser plusieurs point d’acces successivement802.11g wifi debit 54Mbits/s, majoritaire802.11h Europe standard europeen (hiperLAN 2)802.11i securite gestion cryptographique complete802.11j Japon standard japonais802.11n WWiSE tres haut debit : 300Mbits/s

Sans parler des “ameliorations” proprietaires...E. Godard Couches Basses 41 / 44

Gestion des Erreurs

Modes

Un reseau sans fil (WLAN) peut fonctionner

en mode decentralise : ad hoc

en mode infrastructure : points d’acces


Gestion des Erreurs

Recapitulatif : Ethernet Sans-fil

˜Idem Ethernet filaire +

Processus repeteurs WDS

Securite L’interception passive etant tres facile, il fautrajouter une couche de securite :

WEP : casse (2001)=> protocoles plus surs

( ?)WPA/WPA2 casse partiellement (2008-2010)=>cf Cours ulterieurs et optionCryptographie


Gestion des Erreurs





WEP : casse (2001)=> protocoles plus surs ( ?)WPA/WPA2

casse partiellement (2008-2010)=>cf Cours ulterieurs et optionCryptographie


Gestion des Erreurs





WEP : casse (2001)=> protocoles plus surs ( ?)WPA/WPA2 casse partiellement (2008-2010)

=>cf Cours ulterieurs et optionCryptographie


Gestion des Erreurs





WEP : casse (2001)=> protocoles plus surs ( ?)WPA/WPA2 casse partiellement (2008-2010)=>cf Cours ulterieurs et optionCryptographie


Credits

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Figures A. Tanenbaum. Libre d’utilisation pourl’enseignement

Wikimedia CC-BY-SA


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