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Transmission des données couche physique
Rôle d’une interface réseau
Dans un premier temps, nous allons examiner les paramètres qui permettent de configurer les périphériques d’un PC et plus particulièrement une carte réseau.
1. Principes
L’interface réseau fait office d’intermédiaire entre l’ordinateur et le support de transmission. Au départ la carte réseau était un périphérique dédié (NIC - Network Interface Card), enfiché dans un connecteur d’extension (slot) de la carte mère ; depuis bien longtemps maintenant, elle est un simple composant soudé à la carte mère. Son rôle est de préparer les données à transmettre avant de les envoyer et d’interpréter celles reçues. Pour cela, elle contient un émetteur-récepteur.
Carte réseau Ethernet intégrée sur une carte mère d’un PC
Le lien entre la carte et le système d’exploitation réseau est assuré par le pilote (driver) périphérique. Ce composant logiciel correspond à la couche Liaison de données du modèle OSI.
2. Préparation des données
La couche physique met en forme les données (bits) à transmettre sous forme de signaux. Les échanges entre l’ordinateur et la carte s’effectuent...
Options et paramètres de configuration
Tout point d’entrée/sortie sur un réseau doit être identifié afin que la trame soit reçue (acceptée) par le bon périphérique. Une carte réseau ou un port série doivent avoir un numéro qui doit permettre de les repérer au plus bas niveau (du modèle OSI).
1. Adresse physique
Sur un réseau local de type Ethernet (le plus courant, que nous aborderons plus tard), c’est une adresse physique sur six octets, qui permet d’identifier l’interface réseau. Les trois premiers octets de cette adresse sont attribués par l’IEEE pour identifier le constructeur du matériel (par exemple, HP : 64-4E-D7, Dell : 28-F1-0E, VMware : 00-50-56). Les trois octets restants sont laissés à la disposition du constructeur, qui doit faire en sorte de vendre des cartes, de telle manière qu’aucune n’ait la même adresse physique, sur le même réseau de niveau 2.
Attention, un ordinateur peut disposer de plusieurs adresses physiques ou adresses MAC (Medium Access Control) : par exemple, un PC portable disposera d’une adresse pour sa carte Ethernet, d’une adresse pour sa carte Wi-Fi mais aussi d’une autre adresse lorsque celui-ci sera connecté à la station d’accueil (Dock USB-C faisant transiter également le réseau).
Un serveur (physique) disposera quant-à-lui généralement d’au moins trois adresses physiques : deux adresses pour les cartes réseau (pour faire un agrégat ou teaming), ainsi qu’une adresse pour la carte de gestion à distance.
Une adresse MAC (présente dans une trame réseau) va soit identifier une carte réseau unique (I=0), soit être associée à un ensemble de cartes (G=1). Cette adresse pourra être unique globalement (U=0) ou simplement unique sur un périmètre limité (L=1).
Théoriquement, rien n’empêche le système d’exploitation réseau de travailler avec des adresses physiques différentes de celles du constructeur. Par exemple, sous Windows, en accédant aux propriétés de la carte réseau, il est possible d’imposer une nouvelle adresse physique différente de celle proposée par défaut. Il suffit alors de valider, et la nouvelle adresse MAC devient effective immédiatement !
Propriétés avancées d’une carte réseau sous Windows 11 (Oracle Virtual Box)
Pour accéder directement aux propriétés réseau sous Windows vous pouvez exécuter ncpa.cpl.
La commande ipconfig /all sous Windows ou ip address sous Linux permet d’obtenir l’adresse MAC....
Amorçage à partir du réseau
1. Principes
Dans certaines entreprises, le système d’exploitation réseau, au niveau des stations de travail, est chargé lors du démarrage du poste à partir d’un programme écrit en mémoire morte (PROM - Programmable Read Only Memory). Ceci supprime l’obligation pour les stations d’avoir des mémoires de masse locales (disques durs) ; on utilisera alors une configuration de type Client Ultra-léger ou Zero Client.
Client Ultra-léger (Zero Client) - Axel
Au contraire, les clients légers disposeront de stockage local (cf. chapitre Présentation des concepts réseau).
Cette solution garantit qu’aucun échange d’informations n’a lieu à partir des postes de travail. On assure ainsi une plus grande confidentialité des données de l’entreprise, tout en évitant l’introduction de virus.
Le matériel utilisé dispose d’une carte réseau qui va démarrer directement sur le réseau. Au démarrage, la carte, qui connaît sa propre adresse physique, envoie une diffusion (une trame adressée à tout le monde) qui est reconnue par un serveur. Le serveur sait alors quelle configuration de système d’exploitation réseau il doit associer à cette adresse.
2. Protocoles
Différents protocoles ont facilité la possibilité d’amorçage à partir du réseau.
a. La liaison entre adresses physique et logique
Le protocole Address Resolution Protocol (ARP) résout l’adresse logique IPv4 de niveau 3 en adresse logique MAC de niveau 2.
Son inverse, Reverse Address Resolution Protocol (RARP) permet, en utilisant l’adresse physique, de déterminer l’adresse logique. Ainsi, lors de son initialisation (bootstrap), la station envoie une requête RARP, afin d’obtenir une adresse IPv4 correspondant à l’adresse MAC transmise.
Une fois cette adresse IP obtenue, le poste dispose également de l’adresse IP du serveur qui a répondu, et lui demande alors un fichier en utilisant le protocole Trivial FTP (TFTP). Ce fichier, de quelques dizaines de kilooctets une fois téléchargé, est ensuite exécuté, et permet finalement de contacter un serveur BOOTPARAM en utilisant les appels de procédures distantes (RPC - Remote Procedure Call). L’adresse IP du serveur est finalement transmise au client qui va ensuite télécharger le système d’exploitation via le réseau.
En IPv6, le protocole Neighbor Discovery Protocol (NDP) est utilisé en lieu et place de ARP.
Sous Windows, pour IPv4, on visualisera le cache ARP à l’aide de la commande : arp -a.
Pour visualiser...
Codage des données
On parle de données lorsqu’il s’agit de préciser l’information brute que l’on veut échanger.
Cependant, ces données doivent utiliser un ou plusieurs canaux de communication pour parvenir aux destinataires. Par exemple, la voix humaine peut transiter par les airs ou transiter par le réseau téléphonique commuté après avoir été numérisée.
On définit ensuite, comme signal, une information qui transite sur un canal de communication. Le passage de l’un à l’autre comporte souvent des étapes de transformation.
1. Types de données et signaux
On distingue les données numériques des données analogiques. De même, on parle de signal numérique lorsque sa représentation comporte un nombre fini d’états (ex. : tensions carrées de largeur 20 ms). Un signal analogique est représenté par une onde sinusoïdale qui peut prendre une infinité de valeurs.
a. Le signal analogique
Il suffit de jeter une pierre dans l’eau pour constater qu’une onde omnidirectionnelle se propage sous forme d’une sinusoïde. Les sons transitent en suivant les mêmes principes, mais en opérant sur des variations de pressions dans l’air.
Ce type de signal est donc facilement reproductible y compris sur des supports limités (palpables, par exemple des câbles).
Une onde est donc un signal analogique périodique. Sa première caractéristique est la fréquence d’unité, le Hertz (Hz), représentant le nombre d’oscillations par seconde.
La période qualifie la durée d’une oscillation complète, en secondes. Il s’agit de l’inverse de la fréquence. On peut également calculer la longueur d’onde, distance parcourue par une oscillation, en mètres. La hauteur de l’onde est qualifiée d’amplitude. La phase indique le sens de l’onde.
b. Le signal numérique
Ce type de signal, basé sur une synchronisation par top d’horloge, permet en faisant varier l’amplitude de coder des informations numériques.
Le débit de ces signaux est exprimé en bauds, c’est-à-dire en nombre de symboles codés par seconde.
Attention, suivant l’algorithme utilisé pour transformer les informations en signal, le baud aura une signification de bit par seconde ou non. Ainsi, si un bit élémentaire est codé sous forme de deux tensions successives, avec par exemple la méthode Manchester, le périphérique devra disposer d’une bande passante de 20 MHz (20 millions de symboles par seconde), pour un débit de 10 Mbit/s, dans le cas des premières...
Conversion des signaux
1. Définitions
Le niveau physique traite des signaux émis entre deux points. D’un côté, un équipement utilisateur appelé Équipement Terminal de Traitement des Données (ETTD), en anglais Data Terminal Equipment (DTE), et de l’autre, un nœud du réseau, l’Équipement Terminal de Circuit de Données (ETCD), en anglais Data Communications Equipment (DCE).
Équipements terminaux et intermédiaires
Un ETTD peut être un ordinateur ou un routeur, tandis qu’un ETCD peut être un modem, un commutateur ou un multiplexeur.
Équipements terminaux et intermédiaires
2. Modem
TP-Link Modem Routeur ADSL2+ Wi-Fi FastEthernet
L’objet du modem est de MOduler et de DEModuler, c’est-à-dire de coder des données numériques en signaux analogiques pour leur faire parcourir des distances assez importantes.
Modem et ETTD
Il est possible d’utiliser un modem pour partager un canal (dans le cas de signaux analogiques), en utilisant des porteuses avec des fréquences différentes.
Sur des distances courtes, par exemple dans un bureau, le modem n’est pas nécessaire. Des signaux numériques peuvent être utilisés (ex. : RS232-C).
La plupart du temps, le modem est utilisé pour établir une connexion point à point, entre deux sites...
Supports de transmission
Un support de transmission transporte des données sous forme de signaux, entre les interfaces réseau.
Il existe différents types de supports qui sont fonction du prix, de la simplicité d’installation, de la vitesse et de la résistance aux interférences.
On distingue les supports limités des supports non limités.
1. Supports limités
Ce sont des supports palpables, tels que des fils ou des câbles qui conduisent l’électricité ou la lumière.
Les principaux supports limités sont la paire torsadée, le câble coaxial et la fibre optique.
a. La paire torsadée
Une paire torsadée dans sa forme la plus simple est constituée de deux brins torsadés en cuivre, protégés chacun par une enveloppe isolante. Il existe plusieurs types de paires torsadées : la paire torsadée non blindée Unshielded Twisted Pair (UTP) et la paire blindée Shielded Twisted Pair (STP) constituent les plus répandues.
La paire torsadée blindée (STP) ajoute pour chaque paire une protection par paire.
Il existe également un type de paires FTP (Foiled Twisted Pair), qui apporte une protection au moyen d’un feuillard en aluminium entourant les quatre paires.
On pourra également trouver une combinaison des deux précédents qui sera nommée S/FTP ou Shielded/Foiled Twisted Pair.
Finalement, un autre type de protection sera constitué d’un double feuillard, par paire, et global. On parlera de F/FTP.
Le nombre de paires par câble varie. La torsion des fils diminue les interférences électriques, provenant des paires adjacentes et de l’environnement extérieur.
Paire torsadée non blindée
Il s’agit du type de paire torsadée le plus utilisé dans les réseaux locaux. Un segment de câble UTP peut atteindre 100 mètres.
La plupart des systèmes téléphoniques utilisent un type UTP. La popularité de ce type de câble est due au fait qu’un grand nombre de bâtiments sont précâblés pour les systèmes téléphoniques. Toutefois, le système téléphonique doit respecter les caractéristiques propres aux réseaux informatiques (comme la torsion) pour assurer une qualité de transmission suffisante.
Câble à paires torsadées
Paire torsadée blindée
Le câble UTP est particulièrement sujet aux interférences (mélange de signaux dû à des paires avoisinantes). Le câble STP améliore la transmission en utilisant une gaine tressée en cuivre, de meilleure qualité et plus protectrice que celle utilisée par le câblage...
