Couche de liaison réseau informatique

Services de couche liaison de données

Terminologie

• Hôtes et routeurs: nœuds
• Canaux de communication reliant des nœuds adjacents: liens
  • Liens filaires
  • Liaisons sans fil
  • Réseaux locaux (LAN)
• Paquets de données de couche liaison (couche 2): trames, encapsulation de datagrammes de couche réseau

La couche liaison de données est chargée de transmettre les datagrammes d'un nœud aux nœuds adjacents directement connectés à une autre liaison physique via une liaison.

Service de couche liaison

• Encadrement
  • Les datagrammes encapsulés forment des trames de données, plus un en-tête et une bande-annonce
  • Synchronisation de trame
• Accès aux liens
  • S'il s'agit d'un support partagé, l'accès au canal doit être résolu
  • Adresse "MAC" dans l'en-tête de la trame, utilisée pour identifier la source et la destination de la trame
  • Différent de l'adresse IP!
• Livraison fiable entre les nœuds adjacents
  • Il est rarement utilisé sur les liaisons filaires à faible taux d'erreur sur les bits (comme la fibre optique, certaines paires torsadées, etc.)
  • Liaison sans fil: taux d'erreur binaire élevé, ce qui nécessite une livraison fiable
• Contrôle de flux
  • Stimuler les nœuds d'envoi et de réception adjacents
• Détection d'erreur
  • L'atténuation du signal et le bruit peuvent provoquer des erreurs.
  • Le destinataire a détecté une erreur:
    • Avertissez l'expéditeur de retransmettre ou de déposer le cadre directement
• Correction d'erreurs
  • Le récepteur corrige directement les erreurs sur les bits
• Contrôle de communication en duplex intégral et semi-duplex
  • Full-duplex: les nœuds aux deux extrémités de la liaison sont transmis simultanément dans les deux sens
  • Semi-duplex: transmission bidirectionnelle alternative des nœuds aux deux extrémités de la liaison

L'implémentation spécifique de la couche liaison

• Chaque interface hôte ou routeur
• La couche liaison est implémentée dans un "adaptateur" (c'est-à-dire une carte d'interface réseau-NIC) ou sur une puce
  • Carte réseau Ethernet, carte réseau 802.11; chipset Ethernet
  • Mettre en œuvre la couche liaison et la couche physique
• Bus système connecté à l'hôte
• Composé de matériel, de logiciels et de micrologiciels

Communication entre les cartes réseau

Erreur de codage

Code de parité

Somme de contrôle Internet

Code de contrôle de redondance cyclique (CRC)

• Codage d'erreur avec des capacités de détection d'erreur plus puissantes
• Traitez les bits de données, D, comme un nombre binaire
• Sélectionnez un modèle de bits avec r + 1 bits (générer un modèle de bits), G
• Objectif: choisir r bits CRC, R, satisfaire
  • <D, R> est divisible par G (modulo 2)
  • Détection d'erreur à l'extrémité de réception: utilisez G pour diviser <D, R>, le reste est tout 0, pas d'erreur; sinon, il y a une erreur!
  • Il peut détecter toutes les erreurs avec une longueur de rafale inférieure à r + 1 bits.
• Largement utilisé dans les réseaux réels (Ethernet, WiFi 802.11, ATM)

Contrôle d'accès multiple (MAC)

• Chaîne de diffusion partagée unique
• Transmission simultanée de deux nœuds ou plus: interférence
  • Conflit
    • Le nœud reçoit deux signaux ou plus en même temps → échec de réception!
• Protocole de contrôle d'accès multiple
• Un algorithme distribué est utilisé pour déterminer comment les nœuds partagent le canal, c'est-à-dire lorsque les nœuds peuvent transmettre des données
• Les canaux de communication doivent partager les informations de coordination en fonction du canal lui-même!
  • Pas de canal hors bande pour la coordination

Protocole MAC idéal

Classification du protocole MAC

• Trois catégories:
• Partitionnement des canaux (partitionnement des canaux) Protocole MAC
  • Multiplexage
  • TDMA 、 FDMA 、 CDMA 、 WDMA 等
• Protocole MAC à accès aléatoire (accès aléatoire)
  • Les canaux ne sont pas divisés, les conflits sont autorisés
  • Utiliser le mécanisme de «récupération» des conflits
• Protocole MAC "à tour de rôle"
  • Les nœuds utilisent tour à tour les canaux

Protocole MAC de division de canal: TDMA

• TDMA: accès multiple par répartition dans le temps
• Canal d'accès "périodique"
• Chaque station occupe une tranche de temps de longueur fixe dans chaque cycle (par exemple, longueur = temps de transmission des paquets)
• Plage de temps inutilisée inactive (inactive)
• Par exemple: LAN 6 sites, 1, 3, 4 paquets de transmission, 2, 5, 6 inactif

Protocole MAC de division de canal: FDMA

• FDMA: accès multiple par répartition en fréquence
• Le spectre des canaux est divisé en bandes de fréquences
• Chaque station se voit attribuer une bande de fréquence fixe
• Pas de bande de transmission inactive
• Par exemple: 6 sites LAN, 1, 3, 4 bandes de fréquences transmettent des données, 2, 5, 6 bandes de fréquences sont inactives.

Protocole MAC à accès aléatoire

• Lorsque le nœud veut envoyer un paquet:
  • Utiliser le débit de données de canal complet R pour envoyer des paquets
  • Pas de coordination préalable entre les nœuds
• Deux nœuds ou plus transmettent simultanément: ➜ "Collision"
• Le protocole MAC à accès aléatoire doit être défini:
  • Comment détecter les conflits
  • Comment se remettre d'un conflit (par exemple, par une retransmission retardée)
• Protocole MAC à accès aléatoire typique:
  • ALOHA à fentes
  • ALOHA
  • CSMA, CSMA / CD, CSMA / CA

Protocole ALOHA à fentes

Protocole CSMA

• Protocole CSMA à accès multiple par détection de porteuse (accès multiple à détection de porteuse)
• Avant d'envoyer une trame, surveillez le canal (porteuse):
  • Canal inactif: envoyer une trame complète
  • Canal occupé: reporter la transmission
  • 1- Tenez-vous au CSMA
  • CSMA non adhérent
  • P-stick CSMA
• Un conflit peut toujours se produire: retard de propagation du signal

Protocole CSMA / CD

Efficacité CSMA / CD

Faire pivoter l'accès au protocole MAC

• Protocole MAC de division de canal:
  • Lorsque la charge du réseau est lourde, le canal partagé est efficace et équitable
  • Lorsque la charge du réseau est faible, l'efficacité du canal partagé est faible!
• Protocole MAC à accès aléatoire:
  • Lorsque la charge du réseau est faible, l'efficacité du canal partagé est élevée et un seul nœud peut utiliser toute la bande passante du canal
  • Lorsque la charge du réseau est lourde, une surcharge de conflit se produit
• Accès rotatif au protocole MAC: combiner les avantages des deux!

Interrogation:

• Le nœud maître à tour de rôle "invite" les nœuds esclaves à envoyer des données
• Application typique: appareil esclave "muet"

Passage de jeton:

• Les jetons de contrôle sont transmis d'un nœud au suivant dans l'ordre.
• Jeton: cadre spécial

Résumé du protocole MAC

• Protocole MAC de division des canaux: temps, bande de fréquences, division des puces
  • TDMA 、 FDMA 、 CDMA
• Protocole MAC à accès aléatoire:
  • ALOHA, S-ALOHA, CSMA, CSMA / CD
  • CSMA / CD appliqué à Ethernet
  • Application CSMA / CA LAN sans fil 802.11
• Faites pivoter l'accès au protocole MAC:
  • Interrogation du nœud principal; passage de jeton
  • Bluetooth, FDDI, réseau en anneau à jeton