Chapitre V LES PROTOCOLES DE LIAISON

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1 Chapitre V LES PROTOCOLES DE LIAISON
Les Réseaux Informatiques Chapitre V LES PROTOCOLES DE LIAISON

2 2. Les protocoles de liaison de données
Sommaire Les Réseaux Informatiques 1. Introduction 2. Les protocoles de liaison de données 3. Les mécanismes à mettre en œuvre -Trame -Délimitation 4. Les principes généraux des protocoles

3 1.INTRODUCTION

4 Pourquoi une liaison de donnée ?
Le circuit de donnée permet d’émettre et/ou de recevoir des bits en série Mais… Avec: Un certain débit D=R.log2V Un certain délai: T=l/D+d/Vp Un certain taux d’erreurs C’est insuffisant Ajout d’une interface logique

5 Temps de transmission et propagation
E émet le dernier bit R reçoit le premier bit E émet le premier bit R reçoit le dernier bit Temps de transmission=longeur/débit Temps de propagation=distance/vitesse de propagation Temps de réponse

6 Rôle de la liaison de données
fiabiliser le transfert d’information entre 2 ETTD Fiabilité: Pas d’erreur Pas de perte séquencement Pas de duplication Transport fiable Liaison de données Transport de bits Circuit de données Transport d’un signal Support physique Généralement au sein de chaque système (ETTD), les fonctions de la couche Liaison de données sont réalisées par une carte spécifique appelée contrôleur de communication. - Par exemple : carte HDLC, carte Ethernet, etc.

7 Principaux problèmes résolus dans le niveau liaison de données
• Fournir les services nécessaires pour établir, maintenir et libérer une connexion • Acheminer les trames sur la liaison physique • Contrôler le flux de données afin d’éviter la saturation du récepteur • Contrôler la correction de la transmission des données.

8 Protocoles de liaison de données

9 Protocole de liaison de données
Un protocole de liaison de données: un ensemble de règles permettant de gérer la liaison Règles de codage Règle de structuration Règles d’échange Le protocole met en œuvre un certain nombre de mécanismes de communication Exemple 1960 : BSC (Binary synchronous communication) - IBM Protocole orienté caractère Synchronisation en continue 1970 :SDLC (Synchronous Data Link Control) - IBM/ANSI Orienté trame : HDLC (High Data Link Control) - ISO Protocole orienté bit ISO 3309 (format), ISO 4335 (HDLC), ISO 7776 (LAP-B), ISO 7448 (MLP) ISO 8471 (HDLC équilibré) 1985 : Liaison de réseaux locaux ...

10 Généralité Les protocoles de liaison peuvent s'appuyer sur un mode de transmission asynchrone (Kermit, Xmodem, ...) ou synchrone un protocole de liaison peut échanger des trames en exploitant la liaison en semi-duplex ou en duplex intégral. Certains protocoles sont "orientés caractère", c'est à dire que les commandes et les réponses, les délimiteurs ... sont des caractères appartenant à un alphabet , et auxquels le protocole attribue une signification. Le protocole BSC, par exemple, utilise le code ASCII (STX, ETX, SYN, ETB, ACK, NAK, EOT ...). D'autres protocoles, comme HDLC, sont au contraire, "orientés bit", et sont complètement transparents à la codification des informations contenues dans les trames. Le mode non connecté (datagramme) : 1 seule phase (le transfert de données), Les transferts des données sont effectué à la demande. Chaque bloc de données est transféré indépendamment, il n’y a aucune garantie de délivrance Le mode connecté : 3 phases phase d'établissement de la connexion phase de transfert de données phase de libération de la connexion

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12 Les mécanismes à mettre en oeuvre

13 Le protocole doit assurer :
La délimitation des blocs de données L'amélioration du canal physique (détection et éventuellement correction des erreurs) Le contrôle de flux: mécanisme qui consiste à n'envoyer des données que si le récepteur peut les recevoir. Éventuellement, la gestion logique de la ligne : Création et initialisation de la liaison Transfert de données Libération de la ligne en fin de transmission

14 TRAME Une trame : - Une suite de bits (d’une longueur variable mais bornée) - Le début et la fin de trame sont souvent identifiés par des délimiteurs - Composée d’un certain nombre de champs ayant chacun une signification précise. - On distingue souvent 3 ensembles de champs : l’entête (header), le champ de données, la terminaison (trailer)

15 Remarques Suivant le type de protocoles, une trame peut : (i) être de taille fixe ou de taille variable (jusqu’à une certaine taille maximum) - Exemple : . variable = trame d’HDLC, . fixe = cellule d’ATM (Asynchronous transfert Mode) (53 octets) (ii) ne pas avoir de fin de trame explicite. . SD + ED (Starting/ending delimiter) = trame Token Ring, . SD uniquement : trame Ethernet, en fait la fin de la trame est détectée par la fin de la porteuse du signal. Suivant le rôle qui lui est attribué : - une trame peut ne pas comporter de champ information. . Par exemple : un simple acquittement

16 Délimitation des trames
La couche Physique (grâce à la technique de codage utilisée) permet généralement au récepteur de reconstituer (à l’aide du signal reçu) l’horloge et donc d’assurer la synchronisation au niveau du bit et ainsi de reconstruire la suite binaire envoyée. La couche Liaison de données à partir de cette suite binaire va reconstituer la trame envoyée en assurant la synchronisation au niveau de la trame. Problème: le récepteur doit savoir quand commence une trame et quand elle finit Idée: Une trame doit commencer par un marqueur de début de trame et se finir par un marqueur de fin de trame (fanion)

17 Un délimiteur peut être :
soit une séquence particulière de caractères, . Exemple : Trames constituées de caractères d'un alphabet normalisé(ex ASCII: American Standard Code for Information Interchange , EBCDIC: Extended Binary Coded Decimal Interchange Code est un code à 8 bits) => les trames sont multiples de 8 bits. Exemple dans les protocoles BSC (‘Binary Synchronous Communication’) ❙ STX ("Start of TeXt") - Délimiteur début de bloc de texte ❙ ETX ("End of TeXt") - Délimiteur fin de bloc de texte ❙ DLE ("Data Link Escape") - Échappement de liaison soit une suite particulière de bits, . Exemple :Les trames sont constituées de suites binaires. Chaque trame est délimitée par une suite binaire Ex: le fanion du protocole SDLC/HDLC/LAPB (Link Access Protocol B) soit un codage particulier :Des séquences, non utilisées pour coder les éléments binaires, servent à délimiter les trames. . Exemple : les symboles J et K du protocole Token Ring.

18 Notion Transparence: Le protocole doit assurer la transparence aux délimiteurs, au cas où le bloc contiendrait une séquence binaire (ou alphanumérique) identique au délimiteur de fin qui serait interprétée par le récepteur comme une fin prématurée du bloc. transparence caractère Tout caractère de contrôle (qui n'est pas le délimiteur début ou fin) apparaissant dans le bloc est précédé de DLE. ETX -> DLE ETX; STX -> DLE STX; DLE -> DLE DLE A la réception les DLE ajoutés pour la transparence sont retirés. Exemple de transparence ❚ Bloc à transmettre : ❚ Bloc transmis : Pas de problème : pour restituer le bloc initial ❙ Pour distinguer les délimiteurs réels en début et fin de bloc (sans DLE devant) ❙ Pour distinguer les codes caractères identiques transmis dans la charge utile (ils sont précédés d’un DLE que l’on supprime à la réception).

19 Transparence binaire(bit de bourrage: bit stuffing): pour assurer qu’à l’intérieur de la trame, la configuration ne soit pas interprétée comme un flag de fin. Permet aussi la resynchronisation en interdisant les longues séquences de bits à 1 consécutifs. Àl’émission: ajout d’un bit 0 après consécutif À la réception: destruction d’un bit 0 après consécutif Exemple de transparence ❚ Suite binaire à transmettre : ❚ Suite binaire après adjonction des bits de transparence : ❚ Trame transmise avec ses délimiteurs (fanions) : ❚ En réception : suppression des bits de transparence et des fanions.

20 Émission d’une trame Construction de la trame Calcul des bits de contrôle Transparence (ajout) Réception d’une trame Transparence (retrait) Examen des champs de la trame

21 Trames avec délimiteurs: Violation de code
Problèmes des techniques de transparence basées sur l'utilisation de délimiteurs formés de configurations binaires légales (caractères de contrôle, fanions, ...). Allongement des trames du aux informations de transparence (quelques pour cent). Temps perdu à l'émission et à la réception (surtout en logiciel). Autres solutions : définir des modulations utilisées comme délimiteurs (en plus de la modulation des données trame 0,1) . Augmenter la valence des signaux de niveau physique pour créer des délimiteurs. Ces signaux ne peuvent donc apparaître dans le flot normal des données d’une trame. De nombreuse variantes de ce principe ont été développées. Les problèmes de la transparence sont résolus. Mais le modulateur doit être plus complexe. Solution très utilisée (par exemple dans les réseaux locaux).

22 Les principes généraux des protocoles

23 Principes généraux des protocoles
• Le mode Send et Wait • Reprise sur temporisation • Numérotation des blocs de données • Numérotation des ACK • Efficacité des protocoles • La fenêtre d’anticipation • Contrôle de flux

24 Principes généraux des protocoles
Le mode Send et Wait SEND : Envoi d’un bloc STOP : Arrêt de l’émission WAIT : Attente ACK Le principe de base de toute transmission repose sur l’envoi (SEND) d’un bloc d’information (trame). L’émetteur s’arrête alors (STOP) dans l’attente de l’accusé de réception (WAIT). A la réception de l’acquittement l’émetteur envoie la trame suivante. En l’absence du signal ACK, l’émetteur (en attente) reste bloqué.

25 Principes généraux des protocoles Reprise sur temporisation
Pour éviter un blocage de l’émission en cas de perte d’un bloc de données (rejet du bloc erroné), l’émetteur déclenche une temporisation (Timer). A l’échéance du temps imparti (Time Out), si aucun accusé de réception (ACK) n’a été reçu, l’émetteur retransmet la trame perdue.

26 Principes généraux des protocoles Numérotation des blocs de données
A l'émission déclenchement d’un temporisateur Sans réception d’ACK à l’échéance (Time Out) Retransmission bloc perdu Difficulté en cas de perte de l’ACK En cas de perte de l’ACK, l’émetteur retransmet le même bloc alors que le récepteur l’a déjà reçu : il y a duplication d’un bloc. Pour éviter cette duplication, on numérote les trames (compteur: Ns envoyé avec le bloc). le récepteur (compteur: Nr) peut alors, par simple lecture du numéro d’ordre (Nr>Ns : erreur de transmission), détecter le doublon et ignorer les données reçues à tort et acquitte le bloc . Cette numérotation évite la duplication et autorise la délivrance dans l’ordre des données reçues.

27 Principes généraux des protocoles
Numérotation des blocs de données (2) Si la temporisation est trop faible reprise sur temporisation d’un bloc correctement reçu Difficulté en cas de perte d’unbloc le second ACK du premier bloc est interprété comme celui du second bloc de données Difficulté si les temporisations sont trop faibles Cependant, dans certains cas, le temps de traitement des données reçues est plus important que prévu ou (et) les délais de transmission sont devenus exagérément longs. Dans ces conditions, les données reçues peuvent ne pas être acquittées à temps. L’émetteur effectue alors une retransmission sur temporisation. Le récepteur ayant déjà reçu ces informations les élimine et les acquitte. En effet, pour le récepteur, s'il y a eu une retransmission, c’est que l’émetteur n’a pas reçu le précédent ACK. A la réception du premier ACK (acquittant le premier envoi) l’émetteur envoie la trame suivante (2).

28 Principes généraux des protocoles
Numérotation des ACK Pour éviter cette confusion d’interprétation il est aussi nécessaire de numéroter les ACK. Le récepteur acquitte le bloc 0 par l’ACK0 Recevant une deuxième fois l’ACK0 l’émetteur l’ignore, Il considère alors que le bloc1 n’a pas été reçu et le retransmet Conclusion : Un protocole gère un ensemble de compteurs pour identifier les blocs émis et les blocs reçus (ACK)

29 Eff = U / (U + S) avec Eff, efficacité sans erreur
Principes généraux des protocoles Efficacité des protocoles (1) Considérons l’échange matérialisé à coté, on distingue les phases suivantes : émission du bloc de données, ou U représente les données utiles, G les données de gestion du protocole ; attente du l’émetteur qui représente le temps de transit aller et retour sur le support et le temps de traitement des données reçues par le récepteur, ce temps s’appelle temps de traversée des équipements (Tt), il équivaut à une émission de (D · Tt) bits où D représente le débit nominal de l’émetteur ; réception de l’accusé de réception (K bits) ; Le nombre de bits qui auraient pu être transmis entre T0 et T1 peut donc s’exprimer par: N bits = U + G + K + D · Tt posons S = G + K + D · Tt avec D · Tt = Nb. de bits représentatifs du temps de traversée des équipements G les bits de gestion (contrôle, adresse...) K les bits d’accusé de réception, Soit : Eff = U / (U + S) avec Eff, efficacité sans erreur

30 Principes généraux des protocoles Efficacité des protocoles (2)
L’efficacité du protocole avec erreur est : Effer = Eff0 . P’ où -p’ est la probabilité pour qu’un bloc soit reçu correctement, -et Eff0 l’efficacité du protocole sans erreur Soit : Effer = Eff0 (1- te) D+K -D est le nombre de bits du bloc de données (U+G) -K la taille en bit de l’ACK -te la probabilité pour qu’un bit soit erroné pour que N bits soient correctement transmis, est : p = (1 –te)D avec D = U + G La probabilité pour que l’ACK soit correctement transmis est de : p = (1– te)K La probabilité pour qu'un bloc soit correctement transmis est la probabilité composée : p' = (1 – te)D · (1– te)K = (1-te)D+K

31 Principes généraux des protocoles
Conclusion sur les protocoles en mode de base Les protocoles qui mettent en œuvre les principes précédents sont appelés protocoles en mode de base Les faibles performances du mode « Stop and Wait » sont essentiellement dues au temps d’attente entre les ACK. Dans ces conditions, une amélioration substantielle est obtenue en émettant les blocs suivants, sans attendre la réception des ACK. Cette possibilité d’émettre sans acquittement s’appelle l’anticipation. Ce protocole est connu sous le nom de GO-BACK N, où N représente le nombre de blocs en attente d’acquittement. On appelle fenêtre d’anticipation le nombre maximum de blocs (trames) qui peuvent être envoyés sans acquittement (en attente de ACK). Plus la fenêtre est importante, plus le nombre de tampons nécessaires à la conservation des blocs en attente d’acquittement est important. Les tailles généralement admises sont de 128 (compteur sur 7 bits), mais plus fréquemment 8 blocs (compteur sur 3 bits).

32 Principes généraux des protocoles
La fenêtre d’anticipation Fenêtre dynamique: elle évolue au fur et à mesure des émissions et des acquittements de blocs : L’émission de blocs sans ACK fait progresser la borne inférieure jusqu’au blocage éventuel de l’émission (fenêtre fermée). L’acquittement de blocs par le récepteur fait progresser la borne supérieure: fenêtre glissante

33 Principes généraux des protocoles
Optimisation de la fenêtre d’anticipation L’efficacité est maximale si l’émission est continue Le temps Ta (temps d’attente): temps entre l’émission du premier bit de la trame N et le premier bit de la trame N+1 en mode send and wait si tb est le temps d’émission d’un bloc la fenêtre est optimale si la largeur de la fenêtre W est telle que : (il n y aura pas d’arrêt des émissions ) Où soit :

34 Principes généraux des protocoles Modes de gestion de la fenêtre
Deux modes de fonctionnement : chaque bloc est acquitté. lors de la réception d’un ACK, l’émetteur libère un buffer et émet le suivant: la fenêtre est dite glissante le bloc n’est pas nécessairement besoin d’être acquitté individuellement. L’acquittement peut être différé et concerne plusieurs blocs: la fenêtre est dite sautante

35 L'acquittement différé
Mode de fonctionnement situé entre le SEND and WAIT et le GO Back N L’acquittement concerne plusieurs blocs (acquittement collectif ou global): un seul ACK acquitte N blocs (ainsi ACK3 signifie « j’ai bien reçu 3 blocs de données (0, 1, et 2), envoyez-moi le bloc numéroté 3 ». N est la fenêtre d’anticipation ( le système est appelé protocole à fenêtre sautante) Fenêtre d’émission : nombre de blocs en attente d'acquittement

36 Principes généraux des protocoles La politique de reprise sur erreur
Deux modes de fonctionnement, selon la technique de reprise sur erreur : reprise depuis le bloc erroné (rejet simple) reprise du bloc erroné seulement (rejet sélectif)

37 Le rejet simple La réception d’un NACK (acquittement négatif) ou l’échéance d’un temporisateur provoque : l’arrêt des émissions en cours, la reprise depuis le bloc erroné ou perdu l’élimination par le récepteur des blocs reçus postérieurement. Ainsi, le séquencement est conservé, et le récepteur n’aura pas à trier les blocs pour les remettre en séquence. L’émetteur doit posséder N tampons (pour conserver les N blocs émis jusqu’à ce qu’ils aient été tous confirmés) et le récepteur 1 seul tampon.

38 Le rejet sélectif Seul le bloc erroné est retransmis. Cela implique la mémorisation des blocs hors séquence (non rejetés s’ils ont été confirmés). L’anticipation est cependant limitée par les possibilités de comptage des blocs émis. Ainsi, le récepteur devra exécuter un programme de tri pour rétablir le séquencement initial. L’exécution de ce programme risque de durer plus longtemps que la retransmission des blocs postérieurs au bloc erroné. Cela n’est rentable que pour les réseaux où la fenêtre d’anticipation est importante, en raison des délais de transmission importants par rapport à la durée d’un bloc (transmission par satellite).

39 Principes généraux des protocoles
Contrôle de flux Contrôle de l’émission par le récepteur quand ses tampons sont pleins (risque de perte de données). L’émetteur doit cesser son émission. 2 solutions : 1- Il signale son état à l’émetteur (RNR, Receive No Ready). L’émetteur accuse réception de cette information (RR, Receive Ready) et cesse son émission. Il interroge périodiquement le récepteur afin de reprendre le transfert dès que possible, en envoyant des trames très courtes (RR, Receive Ready). 2 – Une autre solution consiste, pour le récepteur, à agir sur la fenêtre d’émission de l’émetteur, en adaptant en permanence la largeur de la fenêtre à ses capacités de réception. Quand le récepteur constate que ses tampons risquent de déborder, il n’envoie plus d’accusé de réception à l’émetteur. La borne supérieure de la fenêtre est bloquée, l’émetteur épuise son crédit d’émission (la borne inférieure évolue avec l’émission). Ainsi, pour éviter le blocage, et assurer la fluidité du flux d’émission, le récepteur adapte l’envoi de ses accusés de réception, à sa capacité d’accueil de trames.

40 Principes généraux des protocoles
Le contrôle de la liaison : la signalisation La signalisation est l’ensemble des informations nécessaires à la supervision de la liaison, et non celle de l’échange On peut distinguer 2 types de signalisation : Dans la bande: le format des unités de données est identique pour le transfert des informations de gestion et celui pour le transfert de données (champ spécifique de l’unité de données). Ainsi la signalisation est insérée dans le flot des blocs de données. La description par le protocole des formats des unités de données permet de repérer et d’interpréter la signalisation. Hors bande: un canal spécifique est réservé à la signalisation (2voies: une voie pour le transfert de données et une voie pour les informations de signalisations ), le format des unités de données est allégé. La séparation des 2 canaux (voie physique ou virtuelles) facilite le traitement des données, et de la signalisation.