Apres la segmentation et la formation des trames par la couche liaison de données, la couche physique transmet individuellement les trames sur la canal de communication puis les signaux reçu par le destinataire qui reconstitue les trames et le désencapsule pour les interpréter.
Il existe 3 formes éléménetaires de supports physiques :
- Câble en cuivre Les signaux sont des impultions éléctriques
- Câble à fibre optique Les signaux sont des variations de lumière
- Sans fil Les signaux sont des variations de transmission d'hyperfréquence
Tout ces aspects sont gèrés par des organismes de normalisation suivants :
- ISO (International standrards Organization)
- TIA/EIA (Telecomunication industry association/Electronic industries association)
- IUT (Union international des télécommunication)
- ANSI (American National standards institute)
- IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
- D'autres autorités gouvernementales comme la FCC ou l'ETSI
- Des organismes locaux tels que la JSA/JIS, la CENELEC ou le CSA
Cette couche physique couvre 3 grandes fonctions :
- Les composants physiques en charge de transmettre le signal tel que les ports ethernet, les cables ou autres systèmes
- Le codage permettant de convertir le flux de données dans une suite de variations compréensible par les deux éxtremités du canal de transmission
- La méthode de signalisation permettant de représenter un 1 ou un 0 dans le canal de transmission
La bande passante est la capacité du support à transporter les données. On mesure cette bande passante par une quantitée de données pouvant circuler sur une certaine periode. Elle est le plus souvent exprimée en KBit/s, e, MBit/s ou en GBit/s.
Cette bande passante peut varier selon les propriétés du support physique et les téchnologies choisis pour signaler ou détècter les signaux.
Le débit est une mesure éfféctuer par la mesure de la quantitée de données échangée durant une certaine durée. Ce débit n'attein pas souvent la bande passante estimée car il varie selon :
- La qualité du trafic
- Le type de trafic
- La latence crée par le nombre de périphériques sur le réseau, c'est a dire le temps nécéssaire pour les données de voyager d'un endrois à un autre.
Le Debit applicatif mesure quand a lui le débit utilisable et exclue la surcharge de traffic du réseau par l'etablissement de connexion ou les accusés de récéption.
Le support en cuivre représente un système bon marché de communication mais présente un probléme: les perturbations. En effet, un courant electrique peut etre perturbé de multiples façon mais en voici les deux principaux :
- Interferances éléctromagnétiques (EMI) et les interferances radioelectriques (RFI) Ces interferances produites par des agents exterieurs peuvent modifier le signal; on peut contrer ce phénomène par le blindage des cables réseaux.
- Diaphonie Un phénomène ou deux cables conjoints se perturbent; on peut contrer ce phénomène par la torsade des cables.
Il est alors logique que plus un cable est long plus il est sujet aux perturbations, il faut donc se réstreidre dans la longeure de ceux ci.
Il existe 3 principaux supports en cuivre :
- UTP (paires torsadées non blindés) Le type de cable le plus repéndu terminé par une connexion RJ-45; il se compose de 4 paires de fils entourés d'une gaine
- STP (Paires torsadés bindés) Plus onereux, il présente en plus des propriétés de l'UTP, un filet de métal qui, corrèctement mis a la terre, permet de contrer les interferances exterieurs.
- Coaxial Tends a se faire remplac"é par les cables à paire torsadés, ils se présentent par un cable conducteur puis un blindage séparés par une gaine; ils sont toute fois encore utilisés dans les connexion sans fil ou de câble internet
Les cablages en cuivre présentes des risques de sécurité en matière d'incendie due a la faible protection de ceux ci mais aussi éléctriques dans le cas d'un dysfonctionnement ou de la foudre, envoyant un fort courant des le cable.
Les cables UTP ne disposent pas de protection contre les perturbation exterieurs, on suis alors les solution suivantes :
- Annulation Par le couplage des fils qui ont un champ magnétique inverse, on arrive a annuler leurs perturbations et celles de l'exterieur.
- Nombre de torsades Pour eviter tout problème on varie le nombre de torsade par pair de fils sur chacune des paires du cable
Les cables sont divisés en catégories permettant un plus ou moins gros débit
| Categorie | Debit |
|---|---|
| 3 | <100 MBit/s |
| 5 | 100 MBit/s |
| 5e et 6 | 1000 MBit/s |
| 6e | 10 GBit/s |
Les cables UTP sont souvent terminés par des conecteurs RJ-45 qui doivent etre de bonne qualité pour permettre de bonne performances.
Pour parfaitement repondre aux attentes, on doit corrèctement choisir les cables en fonction de leur organisations internes, on a donc :
- Câble ethernet droit Le cable le plus utilisé et présente la même configuration des deux cotés; O l'utilise pour connècter un hote a un périphjérique réseau; On retrouve alors deux connècteurs T568A
- Câble ethernet croisé Moins utilisé et présente des cables inverses d'un coté et de l'autre; On l'utilise pour connècter deux appaleils similaires; On y retrouve alors les deux connècter, un de chaque cotés
- Câble inversé Réservé à cisco, il permet une communication entre le prot série d'une machine et le port console d'un routeur.
La fibre optique est un fil pur et transparent de la taille d'un cheveux humain. Les données sont codées par des impultions lumineuses. On utilise la fibre optique pour relier des périphériques réseaux le plsu souvent car elle permet des débits tres important qu'elle est la seul a pouvoir supporter.
La technologe de fibre optique est actuellement utilisée dans :
- Les réseaux d'entreprise
- La technologie FTTH (Fiber to the home)
- Les réseaux de longue distance
- Les réseaux sous marins
La fibre optique se compose :
- D'un coeur transmettant la lumière
- D'une enveloppe Fonctionnant comme un miroir réfléchissant la lumière du coeur
- D'un tampon protegeant le coeur
- D'un renforcement evitant l'etirement de la fibre
- D'une gaine protegant le tout
Les signaux sont envoyés dans un fibre optique par le biais d'une DEL ou d'un laser. Mais les cables de fibre optique sont classés en deux types:
- (SMF) Fibre Monomode Le coeur est réduit et le lase est utilisé pour transmettre les donnés, la lumière passe de manière droite dans le coeur et ainsi empeche la dispersion; on l'utilise pour le transport de longue distance (100 Km minimum) car cette téchnologie est couteuse
- (MMF) Fibre Multimode Le coeur est plus large et utilise une DEL pour envoyer le signal; la lumière est réfléchie sur l'enveloppe et permet une transmission moins couteuse mais une dispertion plus importante; elle offre un debit de 10GBit/s sur 550 metres maximum
Les fibres optiques utilisent des types de connècteurs spécifiques :
- ST L'un des premiers connècteurs produits, il se connècte a l'aide d'une baillonette à tourner
- SC Un connecteur de forme carrée se clipsant pour verifier la connexion
- LC Une version réduite du connecteur SC
- LC bidirectionnel Dispose de deux connècteurs pour une connexion bidirectionnel
Dans tout les cas, une fibre optique est monodirectionnel, il est ainsi requis de connècter deux fibres.
On choisira la fibre optique sur des installation nécéssitant un fort traffic comme les point d'entrée pour entrprise mais on préfèrera un réseau en cuivre pour disperser de maniere individuelle les acces au réseau car la technologie de fibre est encore couteuse et difficile à maintenir.
Le sans fil est un réseau qui se déploie rapidement due aux nouveaux périphériques et nouveaux usages. En revanche la communication sans fil impose une zone de couverture résetreinte, des interferances plus présentes, une sécurité moins importante et un support partagé par de multiples appareils pouvant être surchargé.
Le sans fil impose que les bits sont codés sur un signal radio et implique du materiel spécifique pour emettre et recevoir ce type de connexion.
Nous allons traiter ici les normes sans fil de courte ou moyenne portée soit :
- WiFi La téchnologie WLAN se basant sur loe protocole CSMA/CA; La carte réseau commence par écouter avant d'emettre pour eviter toute collision
- Bluetooth Une téchnologie de réseau personnel (SAN) utilisant un protocole de jumelage et permettant une communication sur 100m maximum
- WiMax Une téchnologie sans fil se basant sur une topologie point-à-multipoint pour fournir l'acces au réseau
Mettre en place un réseau local sans fil implique de mettre en place certains systèmes tel qu'un point d'acces sans fil ainsi qu'une carte sans fil sur chaque hote. Les equipements doivent etre choisis avec soins sans quoi, les equipement risuqe une incompatibilité.
La couhe liaison de données doit :
- Accepter et encapsuler les paquets de la couche 3
- Préparer les donnes pour la transmission physique
- Echanger les trames e,tre les noeuds
- Recevoir et desencapsuler les paquets pour les couches superieurs
- Detecter les erreurs
La couche se divise en deux sous couches :
- Sous couche LLC (Logical Link Control) Qui place les informations dans la trame final et indique le protocol utilisé pour la transmission
- Sous couche d'acces au support (MAC) définis les processus pour acceder aux supports réseaux et gère les différentes technologies.
La trame de la couche 2 est amené a changé des que la trame quitte un réseau spécifique au travers d'un routeur. Il est aussi possible que les protocoles utilisés pour la transmission ne soit pas IP mais les données restent les mêmes. Ainsi, la trame de la couche 2 est renouvellée à chaque tronçon de réseau qu'elle traverse. Des qu'une trame arrive sur un appareil de couche 3, il désencapsule la trame de couche 2 puis la réencapsule selon le protocol utilisé pour trasmettre les données sur le tronçon suivant.
Ce sont L'IEE, l'UIT, l'ISO et l'ANSi qui norment les trames de couche 2.
Pour accèder au réseau, la sous couche MAC (acces réseau) met en place des rêgles permettant a chacun d'envoyer et de recevoir des données sans collision. Ces regles dépendent de la topologie du réseau et du système de partage du spport physique.
La topologie d'un réseau est son organisation des périphériques qu'il contiens. On peut en différencier deux représentations :
- Topologie physique montrant les relations physiques des péripheriques entre eux par des cables
- Topologie logique montrant les relations entre les noeuds du réseau et la ménière par laquelle ils communiquent. On represente alors des connexion virtuelles entre les noeuds du réseau.
- Poit à point La topologie la plus simple composée d'une connexion permanente entre deux points; Le système n'ayant pas a verifier que l'hote recherché soit bien connecté, leprotocol de transmission peut etre tres simple
- Point à point logique Sensiblement la même que le point a point physique sauf que la liaison n'est pas physique mais au travers d'un réseau, ce qui ne change pas la topologie car les deux machines sont spécifiquement connèctés entre elles
- Hub and Spoke La version WAN de la topologie LAN en étoile. Un point central conncete un certain nombre de point périphériques.
- Maillée Une topologie permettant une haute disponibilité mais impliquant que chacun des points
- Étoile Chacue périphérique final est relié à un périphérique intermedietre central; Cette topologie présente une facilité de mise en place et d'evolution; elle est donc tres utilisée
- Étoile étendue Dans un système étendue, les périphériques intermédières sont reliés entre eux et constituent chacun un point centrale d'un ensemble en étoile
- Bus Une topologie ou tout les périphériques sont relés entre eux dans une chaine qui se termine sur des bouchons de terminaison; Les commutateurs ne sont, ici, pas nécéssaires; La topologie en bus etait tres utilisée il y a quelques années pour leur facilité d'installation et d'utilisation
- Anneau Chacun des hotes est relié a son voisin, ce qui forme un anneau et ainsi n'on pas besoin d'être terminés; cette topologie est utilisée dans les réseau FDDI (Fiber Distribued Data Interface) et Token Ring.
Dans chaque réseau la communication peut se faire selon deux types d'organisation :
- Communication en mode Semi-Duplex Utilisé sur les anciens réseaux et les réseaux sans fil, les hotes peuvent communiquer dans les deux sens mais pas en simultané
- Communication en mode Duplex Integral Les deux périphériques peuvent converser dans les deux sans simultanement en prenant en compte qu'ils ont toujours l'autorisation de communiquer
Chacun des hotes doit ensuitAccès avec gestion des conflits Accès avec gestion des conflits e savoir quand il peut envoyer des données su rle réseau car une seul trame peut circuler a la fois sur un même réseau. On peut alors mettre en place un Acces controlé ou chacun des hotes emet quand c'est son tour. Ce type d'echange etait utilisé dans les réseau token rings mais est peu éfficace. On peut alors utiliser une système de gestion des conflits autorisant tout les hotes a emettre a tout moment mais prends des mesure pour éviter les colisisions comme dans le protocol ethernet.
Sur un réseau semi-duplex, on met en place un système de gestion des conflits CSMA/CD. dans ce système, chaque carte réseau vérifie avant chaque émission qu'aucune émission n'est deja en cours. L'emission commence sensuite. Comme l'adresse de destination est spécifiée, toutes la mcachines ne possèdant pas cette adresse ne prennent pas en compte la trame. Si une collision viens a se produir, les carte réseau la détecte et envoie un signal avertissant qu'il faut renouveler l'envoie. Une alternative est le système CSMA/CA dans lequel, chacun des hotes essayent d'eviter la colision en estimant le temps requis pour transmettre les données.
La couche liaison de données encapsule les données précédemment encapsulés par les autres couches dans une trame composé d'en-têtes, des données et d'une queue de bande. Tout les protocoles de cette couche suivent ce système, seul diffère la taille de ces éléments en fonction de l'environnement. En effet, plus des informations sont successible d'être perdues plus il faut d'informations pour les reconstituer et ainsi de plus grands en-têtes et donc un débit moins important.
L'encapsulation des données par la couche 2 s'appelle le verouillage de la trame. Cette trame contiens diverses informations comme montré dans la figure suivante.
- Indication de début et de fin Elles permettent d'identifier le début et la fin de la trame. Tant que la fin n'est pas atteinte, le déstinataire attends d'autres données.
- Adressage Le noeud source et de destination
- Type Le protocol de couche 3 utilisé dans les données
- Contrôle Une zone prévue pour vérifier la qualité du service de réseau et utilisé pour donner la priorité a certains méssages
- Detection des érreurs un champ permettant de verifier qu'uncune érreur n'est survenue
Les Trames diffère selon le protocole de couche 2 utilisé en fonction de l'emplacement du réseau et de son étendue. Ainsi on peut retrouver :
- Ethernet
- 802.11 sans fil
- PPP (Point-To-Point protocol)
- HDLC
- FrameRelay