Comme brièvement expliqué au chapitre R1‑IV , la couche Liaison a pour but d'établir une connexion logique entre nœuds adjacents dans un réseau, en les identifiant par leur adresse physique – dite adresse MAC. En tant que couche basse, elle est implémentée sur chaque nœud et opère de proche en proche.

Dans le modèle OSI, elle constitue une couche d'interface entre les couches supérieures, purement logicielles, et la couche physique, purement matérielle. Son implémentation est en partie logicielle, en partie matérielle W.

Rappelons également que, du fait de la diversité des technologies de la couche Physique, la couche Liaison a été historiquement divisée en deux sous‑couches :

  • la sous‑couche LLC W – pour logical link control – qui est principalement dédiée au contrôle de flux ;
  • la sous‑couche MAC W – pour medium access control – est spécifique à chaque technologie de liaison et qui prend en charge de nombreux aspects, notamment la fragmentation‑défragmentation des trames, leur étiquetage, le filtrage, le contrôle d'erreur…

Dans la pratique, les différentes technologies de liaison ne s'inscrivent pas seulement dans la couche Liaison, mais aussi dans la couche physique – rappelons que ces deux couches ne font qu'une dans le modèle TCP/IP qui était le modèle de référence lors de l'invention de la technologie Ethernet.

Elles ont été normalisées par des standards développés, non pas par l'IETF comme pour les couches supérieures, mais par des entreprises de l'industrie des télécommunication « fédérées » par l' IEEE (cf. chap. R1‑I ).

Plus précisément, ces différents standards initiaux de technologies de liaisons ont tous été regroupés sous l'appellation IEEE 802  W. On en compte une trentaine, mais dont très peu bénéficient d'un groupe de travail actif. Ainsi :

  • Le standard 802.2 W régit les protocoles de la sous‑couche LLC. Son groupe de travail a été dissous en 1998 mais le standard a fait l'objet de la norme ISO/IEC 8802‑2:1998 , quasiment figée depuis.
  • Le standard 802.3 W régit la technologie de liaison câblée Ethernet (qui fait l'objet du présent chapitre). Son groupe de travail est toujours actif.
  • Le standard 802.9 W régit la technologie ISDN – pour integrated service digital network, en français RNIS (cf. chap. R2‑VIII ). Dépassé par le développement de la technologie FastEthernet à partir de 1995, son groupe de travail a été dissous en 1998 et la technologie est obsolète.
  • Le standard 802.11 W régit la technologie de liaison sans‑fil Wi‑Fi (qui fait l'objet du chapitre R3‑VI ). Son groupe de travail est toujours actif, sachant que c'est principalement au sein de la Wi‑Fi Alliance que cette technologie se développe.
  • Le standard 802.15 W régit l'ensemble des technologies sans‑fil de WPAN – pour wireless local area network (qui fait l'objet du chapitre R3‑V ). Son groupe de travail est toujours actif et se divise en plusieurs sous‑groupes, sachant que ce sont les alliances respectives de ces technologies qui les font évoluer.

Toutes ces normes sont portées au niveau international par des normes ISO/IEC. Par exemple, la norme ISO/IEC 8802‑3

Objectif du chapitre : découverte de la technologie Ethernet.

Ethernet n'est pas seulement utilisé dans les réseaux TCP/IP mais aussi dans les réseaux locaux industriels.

La technologie Ethernet  –  Généralités

Description générale

La technologie Ethernet W est la technologie matérielle et logicielle de liaison filaire qui est depuis plus d'une décennie universellement adoptée dans les réseaux informatiques, qu'il s'agissent de LAN ou de WAN.

Elle est opérationnelle sur des câbles aussi bien en cuivre (à paires torsadées) qu'en fibre optique, avec des débits pouvant aller jusqu'à respectivement 25 Gb/s et 400 Gb/s.

Comme pour la plupart des autres technologies de liaison (Wi‑Fi, protocoles domotiques, etc. – cf. les chap. suivants), le développement de la technologie Ethernet est fédéré par une alliance d'entreprises et d'organisation appelée Ethernet Alliance W. Et même s'ils sont relativement peu nombreux (quelques centaines seulement), elle compte parmi ses membres tous les grands constructeurs de matériel informatique (Cisco, Broadcom, Juniper, Hewlett Packard, Texas Instruments, etc.)

Par ailleurs, la technologie Ethernet se distingue des autres technologies de liaison, par ce qu'elle ne se limite pas aux liaisons de données. Ses variantes dites POE – pour power over Ethernet W – permettent l'alimentation en tension continue (48 V) d'équipements à faible consommation (environ 15 W maximum, par exemple, certains modèles de téléphone IP, de caméra IP, de point d'accès Wi‑Fi).

Historique des évolutions

La technologie Ethernet est très ancienne. Elle a été inventée dès le début des années 1970, notamment par Robert Metcalfe W et David Boggs W, alors jeunes chercheurs au centre Xerox Palo Alto reseach center (PARC) W – la photo ci‑contre ne correspond pas à cette époque.

Ils se sont inspiré du principe de la commutation de paquets mise en œuvre dans le WAN nommé Arpanet W et l'on appliqué à des ordinateurs du centre, tous reliés à un câble coaxial commun nommé « Ether », via des interfaces spécialement conçues. Ils ont ainsi formé le premier LAN, avec un débit nominal remarquable de 2,94 Mb/s. Cette implémentation a par la suite été standardisée sous la référence 10BASE2

Y

Topologie en bus

Gestion des collisions CSMA/CD W

Topologie en étoile commutée (switchs)

Avec des liaisons full‑duplex, plus de collisions

Nomenclature des standards Ethernet récents

Fast Ethernet W

Gigabit Ethernet W

La technologie Ethernet  –  Aspects matériels

W

La technologie matérielle de liaison a un impact direct sur les débits qu'il est possible d'obtenir : notion de bande passante dans un câble

Liaisons électriques (technologie « cuivre »)

Installation statiques et volantes

Câble coaxial : ancienne technologie, en voie d'obsolescence (vieux équipements industriels)

Câble à paires torsadées W Y

Connecteurs RJ45

W

Ports PoE

Power over Ethernet (48 V) W

Liaisons optiques (technologie « fibre »)

Réservées pour les installations statiques (rayon de courbure limité, fragilité, donc risques d'endommagement si manipulations fréquentes)

Connecteurs fibres

Cartes et contrôleurs réseaux

W

Carte réseau pour PC – bus PCI W

Module miniature

La technologie Ethernet  –  Aspects logiciels

Adresse MAC (rappel) : pas spécifique à Ethernet (cf. chap. R1‑IV )

Trame Ethernet

trame = traduction « approximative » de frame (cadre)

W Y

Broadcast

Protocole ARP

Address resolution protocol W Y

Permet aux commutateurs de déterminer l'adresse MAC correspondant à une adresse IP

En effet, lorsqu'une machine A (typiquement, un poste de travail) doit envoyer un datagramme IP à une machine B (typiquement, un routeur) à laquelle il est relié (éventuellement via un switch) :

  • Il ne connaît a priori que l'adresse IP de l'interface réseau de ce destinataire (elle est étiquetée sur l'en‑tête du datagramme).
  • Pour qu'il puisse lui envoyer une trame Ethernet (ou Wi‑Fi, ou autre…) encapsulant ce datagramme, il doit préalablement déterminer l'adresse MAC de cette interface.
  • C'est ici qu'intervient le protocole ARP qui procède en générant une trame de requète en broadcast, qui se propage à tous les nœuds voisins, sans aller au delà des routeurs rencontrés. Elle demande quelle adresse MAC correspond à l'adresse IP de l'interface réseau de la machine B ?
  • À cette trame requète, seule la machine hébergeant l'interface dotée de cette adresse IP est autorisée à répondre. Si elle a bien reçu cette trame, elle y répond en envoyant son adresse MAC.

Protocole STP

Spanning tree protocol W

Permet d'avoir des liaisons redondantes dans les réseaux Ethernet sans engendrer de tempêtes de diffusion W (broadcast storm)