Couche liaison : l'exemple d'Ethernet

Le protocole ethernet est un protocole qui comprend à la fois une partie de la couche liaison et de la couche physique. Sa grande flexibilité et son adaptation au fur et à mesure des évolutions technologique en ont fait le protocole le plus utilisé sur internet. C'est aussi sur une variante d'ethernet que repose le wi-fi.

Historique

Ethernet a été développé comme l'un des projets pionnier du Xerox Parc. C'est Robert METCALFE qui rédige en 1973 une note sur le potentiel d'ethernet à l'intention des dirigeants. En 1975, avec David BOGGS, son assistant, ils publient un article intitulé Ethernet: Distributed Packet Switching For Local Computer Networks (Ethernet : commutation de paquets distribuée pour les réseaux informatiques locaux). En 1979, METCALFE quitte Xerox et fonde l'entreprise 3Com qui promeut l'usage des réseaux locaux. Il parvient à convaincre DEC, Intel et Xerox de travailler ensemble pour promouvoir Ethernet en tant que standard. La norme Ethernet I est publie en 1980, suivie de la norme internet II en 1982. La norme IEEE 802.3 publiée en 1983 s'inspire de cette norme. Le succès d'Ethernet a fait de 3COM une compagnie majeure dans le domaine des réseaux informatiques.

La famille des normes ISO 802.x sont issus de groupe de travail complémentaires qui gérent l'ensemble des normes relatives au fonctionnement d'un réseau au niveau des couches 1 et 2 du modèle OSI, c'est à dire les couches liaison et données. Le modèle va plus loin en décomposant la couche liaison en 3 parties :

• La sous-couche LLC (Logical Link Control ou contrôle de la liaison logique) qui gère un contrôle d'erreur et un contrôle de flux au niveau matériel
• La sous couche de pontage 802.1 (VLAN, spanning tree, etc.)
• La sous-couche MAC (Media Access Control, ou contrôle d'accès au support)

Topologie de réseaux

La topologie d'un réseau est la description de la structuration des structures physiques qui le sous-tendent. Dans le domaine des réseaux cablés physiquement, on distingue habituellement 3 types de topologie : en anneau, en bus ou en étoile.

Topologie en bus

Dans une topologie en bus, l'ensemble des équipements est relié par un bus qui transporte les messages. Lorsqu'un équipement envoie un message sur le réseau, tous les équipements du réseau vont écouter le message. Seul l'équipement concerné en tiendra compte. Ce système a été l'un des premiers à être mis en place, à partir de câbles coaxiaux. Cependant, il devient peu efficace quand le nombre de machine augmente. En effet, l'ensemble des équipement partage le bus, et le temps disponible par équipement pour communiquer est inversement proportionnel aux nombre d'équipements. Par ailleurs, il peut y avoir des collisions.

Topologie en anneau

La topologie en anneau à jeton représente une amélioration de la technique du bus. Un "jeton" circule sur le réseau. Un équipement qui souhaite émettre une communication va "capturer" le jeton puis émettre son message. Ensuite, il remettra le jeton en circulation. Cette technique a l'avantage d'éviter les collisions de paquet et permet une communication plus facile quand le nombre d'équipement augmente.

Topologie en étoile

La topologie en étoile a dans un premier temps juste été une amélioration physique de la topologie en bus ou de la topologie en anneau. Elle est apparue grâce aux connecteurs RJ45. L'ensemble des machines était connecté à un hub (concentrateur en français, mais le terme anglais est presque toujours utilisé). Au lieu de circuler sur le bus ou sur l'anneau au niveau physique, les paquets circulent à l'intérieur du concentrateur. De cette façon, intégrer une machine au réseau devient assez simple, et on peut facilement poser des prises réseau dans un batiment.

Mais la véritable amélioration vient avec l'apparition des switchs (répartiteur en français, mais là aussi, le terme anglais est presque toujours utilisé). Un switch est un équipement réseau qui examine le contenu des trames et qui ne va envoyer une trame physique qu'à la machine à laquelle elle est destinée. Dans ces conditions, plusieurs machines peuvent avoir en même temps des communications sans qu'il y ait de collisions de paquets, et la qualité du réseau devient beaucoup moins dépendante du nombre d'équipements sur le réseau. Au niveau physique, le réseau est en étoile, et au niveau logique aussi. On parle alors de réseau commuté.

Principe des trames Ethernet

Adresses MAC

Au niveau matériel, chaque périphérique réseau (carte pour réseau filaire ou wifi, adaptateur réseau USB, etc.) est identifié par une adresse unique qui se nomme adresse MAC. Cette adresse est stockée sur 6 octets et elle est généralement représentée sous forme d'une notation ou chaque octet est noté en héxadécimal, et séparé par deux points (quelquefois, on trouve un tiret à la place de ces deux points). Les 3 premiers octets représentent le constructeur du matériel, et les 3 octets suivants représentent l'identifiant unique du matériel chez le constructeur.

Exemple

Il existe un protocole (ARP, pour Adress Resolution Protocol) qui permet sur un réseau local d'associer les adresses MAC aux adresses IP des machines. Les informations sont stockées localement sur les machines dans des tables ARP.

Contenu d'une trame ETHERNET

La trame ethernet est composée :

• D'un entête qui contient l'adresse MAC de la machine source et l'adresse MAC de la machine de destination. Cette dernière est obtenue à partir de l'adresse IP grace aux tables ARP. Après ces 12 octets, il y a 2 octets qui indique le type de protocole.
• Ensuite, il y a le contenu de la trame ethernet. Ce contenu peut aller jusqu'à 1500 octets en situation habituelle.
• Enfin, il y a une somme de contrôle de 4 octets qui vérifie les erreurs potentielles de transmission.

Dans le cadre d'une communication TCP-IP, le datagramme IP est contenu à l'intérieur de la trame ETHERNET.

Extensions

Un certains nombres d'évolutions ont eu lieu au niveau du protocole ETHERNET pour permettre l'ajout de nouvelles fonctionnalités. On peut citer en particulier :

• Les VLAN (Virtual LAN, réseaux locaux virtuels) qui permettent de fabriquer des réseaux locaux virtuels étanches sur un même réseau physique, afin d'isoler des machines dans un même réseau.
• La QOS (Quality Of Service, qualité de service) qui permet de privilégier certaines transmissions par rapport à d'autre en cas de congestion du traffic.
• Le contrôle d'identité des stations et/ou utilisateurs (norme 802.1X) qui permet en particulier de sécuriser les réseaux avec des machines nomades.

Conclusion