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Réseaux
Couche Liaison de données
Généralités

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Avant : Vers fin couche physique - Après : Suite couche liaison
Avant : Méthodes d'accès - Après : le protocole de liaison HDLC

Fonctions de la couche liaison de données


D'une manière générale, une couche liaison a pour fonctions de rattraper, si possible,
les éventuelles défaillances de la couche physique : les erreurs de transmission entre autre.

Donc de fournir à la couche réseau qui lui est immédiatement supérieure
le même flot de trames que la station ou le noeud émetteur avait l' "intention" d'envoyer.

Si c'est impossible, elle devra faire un rapport de la situation
à la fois à l'émetteur et à la couche réceptrice.


Il n'y a pas un seul type d'implémentation de la couche liaison, loin de là.

Les problèmes de transmission , de perturbateurs, etc. sont très différents suivant
les types de réseaux : bureautiques, industriels, réseaux de terrain,
LAN, WAN, MAN etc.

Il s'en suit que la couche réseau sera dotée, suivant le cas,
de plus ou moins de fonctions, pouvant être plus moins performantes.

Une solutions très performante a toujours un prix, un temps d'exécution.
Il serait tout à fait contre-indiqué de l'utiliser dans un réseau qui n'en a pas besoin.

D'une manière générale, lorsque la transmission a des chaces d'être fortement
perturbée il faut une couche liaison robuste.
Sinon, il est préférable de compter sur une autre couche supérieure
pour rattraper les paquets de données non transmis ou incorrectement transmis
.

Nous étudierons donc la plupart des fonctionnalités de couche liaison,
sans préciser, dans un premier temps, sur quel type de réseau elles sont intéressantes.

Nous étudions séparement quelques types particuliers de couches existantes.

Dans ce site, sur ce sujet :

Fonctionnalités d'interface à la
couche supérieure
couche réseau
Services offerts par la couche liaison à la couche supérieure "Réseau" - SAP -
Assurer le multiplexage
des protocoles de niveau supérieur.
Fonctionnalités principales de la couche liaison
Pertinence d'un rattrapage d'erreurs au niveau liaison
Protocoles à acquittements - Reprises sur erreur -
Possibilité de mode connecté pour mettre en oeuvre
le rattrapage des erreurs et le contrôle de flux.
Mise en oeuvre d'un contrôle de flux
Diverses implémentations de la couche Liaison
Fonctionnalités d'interface à la
couche inférieure
couche physique
Assurer la reconnaissance des débuts et fins de trames :
cadrage de trames
Eventuellement mettre en oeuvre un type d'adressage dit : ''adressage niveau trame"
concurrençant l'adressage niveau réseau :
c.f. Frame Relay & ATM.

 


SERVICES DE COUCHE LIAISON - Qualité de Service : ( QOS )


La notion de service présente les fonctions d'une couche quelconque
comme des services qu'elle rend à la couche immédiatement supérieure.

Ainsi, les services de couche liaison rendus à la couche réseau
consistent à faire en sorte que les trames émises par la couche réseau
de l'une des machines arrivent intactes à la couche réseau de l'autre machine,
même si, dans la couche physique, quelques unes se perdent ou sont parasitées.

Une couche peut offrir des variantes de services ou moins fiables suivant les besoins particuliers.
Nous allons voir que pour la couche liaison, ces variantes peuvent être :

des services avec ou sans acquittement

des services orientés connexion

des services sans acquittement ni connexion

Ces services doivent pouvoir être demandés par la couche réseau sans qu'elle ait à connâitre
les détails d'implémentation de la couche liaison qui lui rend ces services.

Un système de procédures d'appel "normalisées" a été mis au point sous le nom de "Primitives de service".
Chaque variante de service correpond à une adresse précise dans le logiciel
de couche liaison. Cette adresse est connue sous le nom de Point d'Accès au Service.
"Service Access Point" - SAP -

Pour en savoir plus :

Certaines couches liaison peuvent offrir des qualités de service "QoS" différentes :

  • débit minimal garanti
  • divers taux d'erreur maximaux garantis
  • disponibilité de la liaiso

La notion de qualité de service concerne principalement les couches liaison
des grands réseaux de transport de données numériques.

Sommaire :

 


Rattrapage des erreurs de transmission au niveau liaison


Les perturbateurs peuvent produire des erreurs sur le flot de bits s'écoulant sur les lignes de transmission.

La couche physique dispose de plusieurs méthodes pour détecter ces erreurs à l'arrivée :

Le contrôle de parité - utilisé dans la jonction RS 232 (PC-Modem , PC-souris, etc.)
Les contrôles de redondance cycliques ou CRC :  
Les codes auto-correcteurs : codes de Hamming :

La couche liaison doit en principe réagir à toute indication d'erreur provenant de la couche physique.

Si on dispose d'une correction automatique des erreurs de transmission, par exemple de type codes de Hamming, la couche liaison ne doit prévoir que les cas où une trame n'est pas arrivée, ce qui demande toutefois que l'on ait un moyen de numérotage pour s'apercevoir des absences.

Dans le cas beaucoup plus fréquent où l'on ne dispose que d'un code de détection d'erreurs,
le rattrapage d'une trame erronée donne lieu à plusieurs types de protocoles.

1
On peut ne pas s'en inquiéter du tout :
C'est le cas en transmission du son ou de la vidéo, des erreurs isolées n'ayant pas une grande importance.
2

La couche 2 élimine la trame signalée fausse par la couche 1 :
elle ne la transmet pas à la couche 3

Deux attitudes sont posibles à partir de là :

 
2.1

On ne s'en inquiète pas au niveau 2, laissant le problème à une couche supérieure.

C'est généralement la couche 4 Transport qui fait le nécessaire pour récupérer la trame manquante en la redemandant.

Cette méthode est rentable lorsque le taux d'erreurs en ligne est faible, comme c'est le cas dans les réseaux locaux bureautiques ou les lignes de transmission à grande vitesse.

Elle ne l'est plus lorsque les perturbations en ligne sont fréquentes et importantes : c'est le cas des liaisons au travers de réseau téléphonique d'abonnés par exemple.

 

 
2.2
On résout ce problème au niveau 2

Dans le cas où les perturbateurs obèrent fréquemment la liaison il est préférable, de disposer d'un protocole de liaison fiable.

En effet, le rattrapage des trames perdues par les protocoles des niveaux supérieurs prennent plus de temps que si on agit immédiatement au niveau le plus bas.

Inversement, mettre constamment en oeuvre un lourd protocole de liaison obère inutilement le temps de traitement des trames si les erreurs sont rares.


Voir dans la rubrique suivante "Acquittements"
les diverses méthodes de rattrapage d'erreurs
:


Sommaire :

 


Acquittements - Reprise sur erreur -


Nous nous plaçons dans le cas où la couche liaison de la station réceptrice élimine systématiquement toute trame signalée erronée par la couche physique.

L'élimination consiste toujours à ne pas la transmettre aux couches supérieures.

Mais ... cela ne suffit pas : encore faut-il prévenir la station émettrice que cette trame doit être renvoyée.

Réseaux en anneau :

Dans un réseau en anneau, les trames se terminent par un champ de deux bits : A et C voir "Réseaux en Anneau"

  • le bit A, mis à 1 si la station receptrice de cette trame est active
  • le bit C, mis à 1 si la station destinatrice a reçu correctement la trame.
    Comme la trame revient toujours à son envoyeur :
    Si C=0, la station émettrice doit alors envoyer de nouveau la même trame à condition que A=1 .
    Si aucune erreur n'est signalée, la station receptrice indique sur le champ de fin de trame (bit C), que la trame a été lue convenablement. La station réceptrice n'a pas de raison de renvoyer une telle trame.

Ce mécanisme s'appelle un protocole par "acquittements". Ou à "reprise sur erreur".
Le bit (C) est l'acquittement : positif si C=1, négatif si C=0;

On voit que dans un réseau à anneau, ce mécanisme n'implique aucune perte significative de temps.
Car de toute manière la trame entière doit retourner à son envoyeur.
La vérification des bits C et A se fait très rapidement par comparaison matérielle

Réseaux à diffusion ou point-à-point :

Dans le cas d'un réseau à diffusion ou point à point, l'acquittement ne peut se faire que par renvoi d'une trame d'information par laquelle le récepteur fait entendre à l'émetteur que la trame a été correctement ou incorrectement reçue.

L'inconvénient de cette méthode est de ralentir les échanges :

Si le protocole utilisé exige que la station émettrice doive attendre à chaque trame envoyée
un acquittement, positif ou négatif, de la part de la station receptrice,
le débit est tout simplement divisé par deux.
Ce type de protocole s'appelle "Envoyer et attendre" "Send and Wait"
Dans certains protocoles de des liaisons bidirectionnelles, on peut utiliser les trames de données
pour renvoyer des acquittements.Voir protocole LAP B de HDLC.

Si le protocole utilisé exige seulement que la station réceptrice n'émette un acquittement que pour
les trames erronées, encore faudra-t-il que les trames soient numérotées pour désigner sans
ambiguïté la ou les trames erronées.

On utilise également des "protocoles à fenêtre d'anticipation" permettant à l'émetteur de s' "avancer"
en émettant des trames sans attendre les acquittements. Celles-ci pourront être acquittées en bloc par
une trame d'informations ou en utilisant une trame de données en retour.
Un système de compteurs des trames doit être mis en place sur les couches liaison des deux machines
communicantes. Chacune compte les trames envoyées, les trames acquittées, à acquitter, etc.
Encore faut-il mettre des limites au nombre de trames envoyées et non acquittées : c'est ce qu'on appelle
"Fenêtre d'Anticipation" Exemples : LAP B de HDLC et LLC 2

On voit que le problème n'est pas simple ; il a été résolu de diverses manières suivant les réseaux.

Mais comme en matière industrielle, les pionniers font loi, il faut bien observer que tous les protocoles
de rattrapage d'erreurs existants sont des variantes du premier d'entre eux par ordre chronologique,
le protocole LAP B (Link Access Protocol - Balanced mode) de HDLC.


Sommaire :


 


SERVICES ORIENTES CONNEXION


Seuls les services orientés connexion assurent les conditions d'une TRANSMISSION FIABLE.

D'ailleurs, les anglo-saxons désignent comme synonymes les termes :
Transmission Fiable "Reliable Transmission" et Service Orienté connexion "Connection Oriented"

Des services non fiables existent, paradoxalement.
Surtout quand une couche haute peut redemander l'envoir d'une trame absente.
On les appelle "services datagramme".
Par analogie aux "télégrammes" qui étaient expédiés sans accusé de réception.
Dans ces cas, la couche liaison ne fait pas grand chose. Par exemple LLC 1

Connexion

On dit que l'on a établi une connexion entre deux ordinateurs lorsque chacun d'eux maintient une trace des principales caractéristiques de l'échange qui va avoir lieu ou qui a lieu entre eux.

Ne pas confondre avec une connexion au sens physique : ce n'est pas la mise en communication physique.

Si une connexion au sens logique a été établie, et si la communication physique est momentanément
coupée, les deux machines pourront reprendre leur échange au moment où la connexion physique sera rétablie si elles ont gardé en mémoire suffisament de paramètres pour se rappeler et reprendre li dialogue, et même le reprendre à l'endroit où elles l'avaient laissé..

Une connexion logique se fait en trois phases :

  1. L'établissement de la connexion entre les deux machines :
    Préparation à l'échange des données, réseration de tampons de mémoires, du numérotage des trames,
    des temporisateurs, mémorisation des adresses, des modes de fonctionnement, etc.
  2. Le maintien de la connexion :
    phase d'échange des données
  3. La libération de la connexion :
    Une fois l'échange complètement terminé, on libère les ressources allouées dans chaque machine lors de l'établissement de la connexion.

Chaque protocole implémente à sa façon chacune de ces étapes.

Sommaire :


Contrôle de flux - généralités -


Le contrôle de flux consiste pour une machine réceptrice, à avoir la faculté de notifier à temps à la machine émettrice, que, momentanément ou définitivement, elle n'est pas ou plus en mesure, de recevoir ses trames.

Cela peut arriver :

si les tampons (buffers) de réception de la machine réceptrice sont momentanément pleins.
si les autres noeuds du réseau ou les logiciels des couches hautes auxquelles la machine réceptrice doit, à son tour, envoyer les trames ne sont pas en mesure elles-mêmes de les recevoir.

Soit que la machine soit un noeud de transit (routeur) d'un réseau momentanément encombré.
Soit que les logiciels des couches hautes, notamment les applications, sont trop lentes pour traiter le flux entrant.

Il existe de nombreuses méthodes pour exercer un contrôle de flux.

On peut décider que la machine émettrice devra attendre de recevoir de la station réceptrice une indication du nombre maximum de trames qu'elle peut envoyer : un appelle cela un crédit de trames.
Quand la machine émettrice aura atteint ce crédit, elle devra attendre qu'un nouveau crédit lui soit accordé par la machine receptrice - si toutefois ce crédit ne lui a pas déjà été envoyé pendant qu'elle émettait.
L'inconvénient est que le flux est fixé par le client, ce qui exclut une politique centralisée de gestion du réseau.

Une politique centraliséée consiste, pour un superviseur du réseau, à envoyer des trames d'information à toutes les machines susceptibles d'envoyer des données dans le réseau, leur indiquant quelles quantités d'information elles sont autorisées à émettre. Le danger est que lorsqu'on approche la congestion du réseau, ces trames n'aient pas le temps d'arriver pour bloquer les crédits précédemment alloués.

Une autre technique consiste à allouer des ressources suffisantes - tampons de mémoire - lors de l'ouverture de la connexion des machines communicantes. Inconvénient : les ressources nécessaires sont forcément plus importantes que pour un crédit limité et la communication plus chère.

Sommaire :


Cadrage de trames


On appelle ainsi toute méthode permettant de détecter le début d'une trame dans un flot continu de bits arrivant sut la carte d'accès réseau d'une station ou d'un noeud quelconque du réseau.

Diverses méthodes sont actuellement utilisées dans ce but ;

La violation de codage des bits
Les délimiteurs de trame avec étoffage par bits de transparence
Le cadrage par vérification d'intégrité d'un code (ATM)

Développement en "Liaisons Synchrones" :

Sommaire :


Multilexage de protocoles

On peut actuellement connecter sur le même réseau des machines échangeant des données selon des protocoles différents.

Une même machine peut mettre en oeuvre simultanément plusieurs applications utilisant des protocoles réseau différents.

Plusieurs machines différentes, des PC IBM et des Macintosh, peuvent partager les mêmes supports.

Comment reconnaître le protocole auquel sont liées les trames qui passent ?
Tel est le but du multiplexage des protocoles.

Comme exemple de multiplexage,
je vous inviteà consulter la page consacrée au protocole de liaison mltiplexé LLC (IEEE 802.2)

Lien :

Autre exemple de multiplexage : les protocoles PPP. Lien :

Sommaire :

QUELQUES IMPLEMENTATIONS DE LA COUCHE LIAISON

LLC - Logocal Link Control - Standard IEEE 802.2 -

HDLC - High Data Link Control - LAP - B - Link Access Protocol -
LAP - D - Liaison X 25 -  
LAP - F - Liaison Frame Relay  
PPP - Point to Point Protocol

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