AX.25

AX.25 (Amateur X.25) est un protocole de liaison de données dérivé à l'origine de la couche 2 de la suite de protocoles X.25 et conçu pour être utilisé par les opérateurs radio amateurs . Il est largement utilisé sur les réseaux radio amateur par paquets .

AX.25 v2.0 est responsable de l'établissement des connexions de couche de liaison , du transfert de données encapsulées dans des trames entre les nœuds et de la détection des erreurs introduites par le canal de communication .

AX.25 v2.2 (1998) a ajouté des améliorations pour améliorer l'efficacité, en particulier à des débits de données plus élevés. Les stations peuvent négocier automatiquement des tailles de charge utile supérieures à la limitation précédente de 256 octets. Les numéros de séquence étendus (7 contre 3 bits) permettent une taille de fenêtre plus grande, le nombre de trames qui peuvent être envoyées avant d'attendre l'accusé de réception. Le « rejet sélectif » permet de renvoyer uniquement les trames manquantes, plutôt que d'avoir à renvoyer inutilement des trames qui ont déjà été reçues avec succès. Malgré tous ces avantages, peu d'implémentations ont été mises à jour pour inclure ces améliorations publiées il y a plus de 20 ans. La seule implémentation complète connue de la v2.2, à ce jour (2020), est le logiciel TNC de Dire Wolf.

AX.25 est couramment utilisé comme couche de liaison de données pour la couche réseau comme IPv4, avec TCP utilisé par-dessus. AX.25 prend en charge une forme limitée de routage source . Bien qu'il soit possible de construire des commutateurs AX.25 similaires à ceux des commutateurs Ethernet, cela n'a pas encore été réalisé.

AX.25 ne définit pas d'implémentation de couche physique. En pratique, les tonalités Bell 202 à 1200 bauds et les tonalités G3RUH DFSK à 9600 bauds sont presque exclusivement utilisées sur VHF et UHF . Sur HF, le mode de transmission standard est les tonalités Bell 103 à 300 bauds . Au niveau de la couche physique, AX.25 ne définit qu'une « machine à états de couche physique » et quelques temporisateurs liés aux délais de commutation de l'émetteur et du récepteur.

Au niveau de la couche liaison, AX.25 utilise la syntaxe et les procédures de trame HDLC . (ISO 3309) Les trames sont transmises avec un codage NRZI . HDLC spécifie la syntaxe, mais pas la sémantique, du champ d'adresse de longueur variable de la trame. AX.25 spécifie que ce champ est subdivisé en plusieurs adresses : une adresse source, zéro ou plusieurs adresses de répéteur et une adresse de destination, avec des champs de contrôle intégrés à utiliser par les répéteurs. Pour simplifier la conformité aux règles de radio amateur, ces adresses dérivent des indicatifs d'appel des stations source, de destination et de répéteur.

Le contrôle d'accès aux médias suit l' approche d'accès multiple par détection de porteuse avec récupération de collision (CSMA/CR).

AX.25 prend en charge les modes de fonctionnement sans connexion de type datagramme et de type circuit virtuel. Ce dernier est utilisé avec succès par le système de rapport automatique de paquets (APRS).

Un mécanisme simple de routage de source utilisant des digipeaters est disponible au niveau de la liaison de données. Les digipeaters agissent comme des répéteurs simplex , recevant, décodant et retransmettant les paquets des stations locales. Ils permettent d'établir des connexions multi-sauts entre deux stations incapables de communiquer directement. Les digipeaters utilisent et modifient les informations du champ d'adresse de la trame pour exécuter cette fonction.

La spécification AX.25 définit un protocole de couche réseau complet, bien que point à point uniquement , mais il n'a été que peu utilisé en dehors des connexions clavier à clavier ou clavier à BBS. NET/ROM, ROSE et TexNet existent pour fournir un routage entre les nœuds. En principe, une variété de protocoles de couche 3 peuvent être utilisés avec AX.25, y compris le protocole Internet (IP) omniprésent . Cette approche est utilisée par AMPRNet , qui est un réseau TCP/IP radio amateur utilisant des trames UI AX.25 au niveau de la couche de liaison de données.

Traditionnellement, les opérateurs radio amateurs se connectent aux réseaux AX.25 via l'utilisation d'un contrôleur de nœud terminal , qui contient un microprocesseur et une implémentation du protocole dans le micrologiciel . Ces appareils permettent d'accéder aux ressources du réseau en utilisant uniquement un terminal passif et un émetteur-récepteur .

AX.25 a également été implémenté sur des ordinateurs personnels . Par exemple, le noyau Linux inclut un support natif pour AX.25. L'ordinateur se connecte à un émetteur-récepteur via son interface audio ou via un simple modem. Les ordinateurs peuvent également s'interconnecter à d'autres ordinateurs ou être pontés ou routés vers des TNC et des émetteurs-récepteurs situés ailleurs en utilisant BPQ sur trame Ethernet, qui est également pris en charge nativement par le noyau Linux pour faciliter des configurations plus modernes avec les émetteurs-récepteurs réels directement placés sous ou dans le mât d'antenne, créant un besoin de câblage RF « à faible perte » et plus court, et remplaçant les câbles coaxiaux et les amplificateurs coûteux, longs et épais par des câbles Ethernet bon marché en fibre optique (RFI (bidirectionnelle)/EMP/résistant à la foudre) ou en cuivre. La trame Ethernet BPQ permet de connecter des piles entières de paires TNC+émetteur-récepteur à n'importe quel réseau existant d'ordinateurs qui peuvent alors tous accéder à toutes les liaisons radio proposées simultanément (pontées de manière transparente), communiquer entre eux en interne via AX.25, ou avec un routage filtré sélectionner des TNC/fréquences radio spécifiques.

Dire Wolf est un remplacement gratuit et open source du TNC des années 1980. Il contient des modems logiciels DSP et une implémentation complète de AX25 v2.2 ainsi que la correction d'erreur directe FX.25 . Il peut fonctionner comme un répéteur numérique, un tracker GPS et une passerelle Internet APRS (IGate) sans aucun logiciel supplémentaire.

Voir l'article complet sur KISS (TNC)

L'AX.25 est souvent utilisé avec un TNC qui implémente le cadrage KISS comme alternative à faible coût à l'utilisation de cartes contrôleur HDLC coûteuses et peu courantes .

Le tramage KISS ne fait pas partie du protocole AX.25 lui-même et n'est pas envoyé par liaison radio. Il sert simplement à encapsuler les trames de protocole de manière à ce qu'elles puissent passer avec succès via une liaison série vers le TNC. Le tramage KISS est dérivé de SLIP et repose sur de nombreuses hypothèses similaires, comme le fait qu'il n'y ait que deux « points de terminaison » impliqués dans la conversation. Avec SLIP, il s'agissait des deux hôtes connectés via SLIP ; avec KISS, on suppose que la liaison de tramage KISS est en série avec uniquement l'ordinateur hôte et le TNC impliqués. Entre autres choses, cela rend difficile l'adressage de plusieurs TNC sans avoir plusieurs canaux de données (série).

Il existe des alternatives à KISS qui répondent à ces limitations, comme 6PACK.

Le plus souvent, le protocole AX.25 est utilisé pour établir des liaisons directes point à point entre des stations de radio par paquets , sans couches réseau supplémentaires. Il suffit pour les contacts clavier à clavier entre les stations et pour accéder aux systèmes de tableau d'affichage locaux et aux clusters DX .

Ces dernières années, APRS est devenue une application populaire.

Pour le tunneling des paquets AX.25 sur IP, AXIP et AXUDP sont utilisés pour encapsuler AX.25 dans des paquets IP ou UDP .

Aux vitesses couramment utilisées pour transmettre des données radio par paquets (rarement supérieures à 9 600 bits/s et généralement 1 200 bits/s), l'utilisation de couches réseau supplémentaires avec AX.25 est peu pratique en raison de la surcharge de données impliquée. Il ne s'agit pas d'une limitation d'AX.25 en soi , mais cela impose des contraintes sur la sophistication des applications conçues pour l'utiliser.

Les protocoles HDLC identifient chaque trame par une adresse. L'implémentation AX.25 de HDLC inclut l'indicatif d'appel de la station émettrice et de la station de destination ainsi qu'une valeur SSID (Secondary Station Identifier) ​​à quatre bits comprise entre 0 et 15 dans l'adresse de trame. Lors de la conférence WARC2003 de l'UIT , la spécification de l'indicatif d'appel de la station radioamateur a été modifiée de sorte que la longueur maximale antérieure de six caractères a été portée à sept caractères. Cependant, AX.25 a une limite stricte intégrée de six caractères, ce qui signifie qu'un indicatif d'appel de sept caractères ne peut pas être utilisé dans un réseau AX.25.

AX.25 ne dispose pas de port explicite (ou de SAP ) ; le SSID assume souvent ce rôle. Il ne peut donc y avoir qu'un seul service par adresse SSID de station AX.25, ce qui est souvent contourné avec plus ou moins de succès.

Certains amateurs, notamment Phil Karn KA9Q, ont fait valoir que l'AX.25 n'était pas bien adapté à un fonctionnement sur des liaisons radio bruyantes à bande passante limitée, citant son manque de correction d'erreur directe (FEC) et de compression automatique des données . Cependant, un successeur viable et largement adopté de l'AX.25 n'a pas encore émergé. Les raisons probables peuvent inclure :

• un large déploiement existant de radios FM à bande étroite recyclées et en particulier d'applications APRS existantes,
• une disponibilité aisée d'émetteurs FM bon marché et de faible puissance, en particulier pour la bande UHF 430 MHz , pour correspondre aux équipements radio existants,
• les nouvelles modulations de niveau radio nécessiteraient un équipement radio différent de celui actuellement utilisé et le système résultant serait incompatible avec le système existant – nécessitant ainsi un investissement initial important dans un nouvel équipement radio,
• L'adoption de nouveaux codages de ligne, incluant potentiellement la correction d'erreur directe, demande plus d'efforts que l' AFSK à 1 200 bit/s du Bell 202. Auparavant, les microprocesseurs 8 bits suffisamment petits avec 128 octets de RAM ne suffiraient pas, et les nouveaux pourraient coûter 30 $ US au lieu de 3 $ US. Phil Karn a fait une démonstration du décodage de sa nouvelle modulation en l'exécutant sur une machine Pentium II - quelque 10 ans plus tard, les microprocesseurs embarqués de milieu de gamme sont suffisamment capables de faire la même chose pour un coût système inférieur à 50 $ US.

Malgré ces limitations, une extension du protocole AX.25, prenant en charge la correction d'erreur directe, a été créée par le TAPR . Cette extension est appelée FX.25 .

Les petits émetteurs de gadgets n'ont pas besoin de savoir ce qui est transmis. Il suffit de surveiller l'occupation du canal par le récepteur radio RSSI (Received Signal Strength Indication) pour savoir quand ne pas envoyer. La transmission d'un signal Reed-Solomon FEC entrelacé dans certaines modulations intelligentes nécessite beaucoup moins de ressources que la réception du même signal, ainsi un microprocesseur suffisant pourrait coûter seulement 5 $ US au lieu de 30 $ US et le coût d'un système pourrait rester inférieur à 50 $ US, émetteur inclus. Cependant, ces dernières années, la capacité de recevoir et d'envoyer à l'aide de microcontrôleurs bon marché (tels que les familles Atmel AVR ou Motorola 68HC08 ) a été démontrée.

Il semble cependant qu'il soit peu probable que tout nouveau système qui ne soit pas compatible avec la modulation actuelle du Bell 202 soit largement adopté. La modulation actuelle semble répondre à un besoin suffisamment important pour que la motivation à passer à une conception supérieure soit faible, en particulier si la nouvelle conception nécessite des achats de matériel importants.

Plus récemment, un tout nouveau protocole avec correction d'erreur directe a été créé par Nino Carillo, KK4HEJ, appelé Improved Layer 2 Protocol (IL2P).