Réseau Télématique
II) Sérialisation, signaux bande de base, nature d'un signal Page 12 ... C)
Numérisation de la voix téléphonique, multiplexage MIC, réseau numérique
Page 21 ..... bits) sur un canal physique de communication (ligne téléphonique,
fibre optique) ...... Bande passante : quelques dizaines de MHz si < 1 Km. Débit :
~10 Mbps si ...
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CH I : Introduction
Pourquoi avoir des liaisons télématiques, des réseaux ? Page 1
Que veut-on faire ? Page 1
Matériel mis en cause Page 2
Support de transmission, type de réseau Page 3
Problèmes induits Page 3
Définitions Page 4
Une manière de structurer ces problèmes : le modèle OSI Page 4
Buts et généralités Page 4
Une norme Page 5
Couches ; services ; protocoles Page 5
Les 7 couches du modèle OSI Page 7
CH II : La couche physique
Problème initial Page 12
Que veut-on faire ? Page 12
Sur quoi veut-on transmettre ? Page 12
Problèmes induits, transformations nécessaires Page 12
Sérialisation, signaux bande de base, nature dun signal Page 12
Sérialisation / désérialisation Page 12
Codages bande de base Page 13
Caractéristiques de ces signaux Page 13
Propriétés dun support de transmission Page 14
Bande passante Page 14
Vitesse de propagation Page 15
Mesure de la qualité dun support Page 15
Conclusion, problèmes Page 16
Modulation et modem Page 16
Définition Page 16
Effets Page 16
Types de modulation Page 17
Vitesse de transmission et modulation Page 17
Normalisation Page 17
Types de transmission série Page 17
Asynchrone Page 17
Synchrone Page 18
Analogie avec des convoyeurs (Asynchrone / Synchrone) Page 18
Contrôleur de communication Page 19
Interface ETTD-ETCD Page 19
Importance Page 19
Exemple : RS232 (V24) Page 19
Interface vers des réseaux numériques Page 20
Partage dun support de communication, multiplexage Page 20
Modem full duplex, half duplex, simplex Page 20
Multiplexage au niveau physique Page 20
Numérisation de la voix téléphonique, multiplexage MIC, réseau numérique Page 21
Revue de quelques supports de transmission de données Page 22
Supports métalliques Page 22
Fibre optique Page 22
CH III : La couche liaison de donnée
Généralités Page 24
Correction, détection derreur Page 24
Principe Page 24
Code de Hamming Page 24
Codes polynomiaux Page 26
CH I : Introduction
Pourquoi avoir des liaisons télématiques, des réseaux ?
Que veut-on faire ?
Applications
Les premières applications faites et qui restent toujours à réaliser sont les transferts de fichiers :
« ftp » File Transfert Protocol (protocole internet) : pouvoir copier un fichier dune machine à lautre, sans manipulation excessive, voir de manière automatisée (batch).
« ftam » norme ISO de ftp.
Eviter les redondances. Faciliter les mises à jour.
Exemple : fichiers de transactions ou compensations bancaires.
La deuxième application est le partage de ressources :
Lidée de base est de partager des périphériques chers.
Egalement, partage despaces disques, de fichiers.
Partage de bases de données.
La troisième application est le lien à lexistence de réseau :
Courrier électronique (e-mail) :
X400 ( norme ISO.
Internet RFC (Request For Comments).
Forum électronique (News).
Tableau daffichage électronique (news, bulletin board).
La quatrième application est linter fonctionnement dapplications, de services :
Une application peut utiliser les ressources dune ou plusieurs autres applications (serveurs de données) situés ailleurs. Cette application réalise quand même, elle-même, certain calcul, fonction et affichage en local. Elle peut elle-même être serveur pour dautres applications.
Exemple : WWW (World Wide Web).
Le problème majeur est de faire communiquer et travailler, ensemble, les différents éléments. Cest la notion dinter fonctionnement des services proposés ou requis par les différentes parties.
Se libérer des distances, de la géographie
Exemple :
Déporter des terminaux, des imprimantes.
Relier les personnes dune entreprise, réseau local (LAN).
Relier des sites nationaux, internationaux (WAN).
Exemples
Banques + agences.
Terminaux « monétiques » (Exemple : caisse de supermarché, distributeur de billet).
Validation loto dans un bureau de tabac.
A lIUT, les UC DEC (arcturus et endromede) et les imprimantes sont accessibles directement depuis chaque vt320 (terminal) et chaque PC de la salle Léanord ( partage de ressources et dispersion possible des salles de TD tout en gardant laccès aux DEC :
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Matériel mis en cause
Matériels à relier
Ordinateurs classiques : PC, micro, gros système (« Main Frame »).
Périphériques « coûteux » : imprimantes, disques, scanner.
Terminaux variés : minitel, terminaux textes, terminaux graphiques (TX), GAB (Guichet Automatique Bancaire), Pompes à essence.
Matériels servant à relier
Noeuds dun réseau (commutateurs).
MODEM.
Concentrateurs.
Répéteurs...
Définitions, vocabulaires
ETTD, Equipement Terminal de Traitement de Données (DTE : Data Terminal Equipement) : source ou collecteur de données « utilisateur » (Ordinateur). LETTD est plutôt du domaine de linformaticien.
ETCD, Equipement Terminal de Circuit de Données (DCE : Data Circuit Equipement) : adaptation des données pour leurs transmissions sur un support physique (MODEM). LETCD est plutôt du domaine de lélectronicien (traitement du signal).
MODEM : Modulateur / DEModulateur.
RTC, Réseau Téléphonique Commuté : support plutôt courant.
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Support de transmission, type de réseau
WAN (Wide Area Network)
Réseau à couverture nationale et internationale.
Les supports sont :
Réseaux téléphoniques (RTC).
Numérique (Numéris).
Fibre optique.
Liaison hertzienne (satellite).
Exemple :
Transpac (type X25) : France Télécom.
Internet (type IP) : nombreux fournisseurs daccès aux réseaux. En tout état de cause, il faut passer par le téléphone (RTC) pour les atteindre.
LAN (Local Area Network)
Entreprise, bâtiment, atelier : réseaux locaux industriels.
Les supports sont aussi variés :
Câbles coaxial (gros, petit).
Paire téléphonique.
Fibre optique.
Onde radio.
Entre LAN et WAN, les différences principales sont la manière dorganiser la structure du réseau et les techniques pour y accéder. Avec un LAN, les débits sont plus élevés, mais la taille du réseau plus limité. Un WAN peut servir à interconnecter plusieurs LAN.
MAN (Metropolitan Area Network)
Réseau métropolitain, à léchelle dune ville, voir dun groupe de ville.
Le MAN est à mi chemin entre le LAN et le WAN.
Pour lIUT, il y a plusieurs réseaux locaux (Ethernet) dans les différents bâtiments, regroupés sur le réseau de la FAC (MAN RUBAN), lui même connecté au WAN français (RENATER), fournissant laccès au WAN mondial (INTERNET) :
Réseaux homogènes contre hétérogènes
Réseau homogène : relie des systèmes informatiques du même type, en général dun même constructeur ; pour les ordinateurs, le réseau, le soft réseau (Exemple : IBM/SNA, DEC/DECnet, ...). Ceci pour éviter de gérer des différences de représentation des données.
Réseau hétérogène : linverse. Les réseaux actuels sont de plus en plus hétérogènes, mais les problèmes de conversions ne sont pas toujours résolus de manière élégantes.
Problème de représentation des données ( solutions plus ou moins élégante (transparence).
Grande diversité : ordinateur, équipement de connexion, soft, opérateurs de télécom.
De plus en plus courants.
Problèmes induits
Tout système informatique remplit les fonctions de codage et décodage des informations, ainsi que la mémorisation et le traitement.
Si on veut relier ce système à dautres au travers dun réseau, il faut ajouter une troisième fonction cruciale : le transport dinformation à longue distance :
Problèmes à résoudre (non exhaustif) :
Connexion physique sur une ligne de transmission (raccord « électrique » et traitement du signal).
Les données doivent être adaptées au support de transmission.
Il faut être capable de détecter, voir de recouvrir déventuels problèmes de transmission (perte, erreur).
En milieu hétérogène, les systèmes, les applications peuvent utiliser des codages locaux différents ( les acteurs dun réseau doivent sentendre sur un format commun déchange.
Sur un réseau, les différents systèmes doivent utiliser la ressource (le réseau) de manière « compatible » et équitable. Les réseaux sont un domaine où norme et standard ont une importance prépondérante.
Définitions
Réseau : ce terme désigne lorganisation des connexions appelées souvent voie de communication entre les noeuds (ETTD, commutateurs, équipements relais) nécessaire pour mettre en uvre les applications désirées.
Télématique : contraction de TELEcommunication et inforMATIQUE. Peut être définie comme lensemble des services informatiques (applications) accessibles à partir dun réseau de données. Cest une vue « utilisateur final » dun réseau.
Exemple : pour le réseau télétel (accès kiosque + RTC + WAN Transpac), en temps quutilisateurs finaux, nous ne voyons que les services accessibles à partir de notre minitel (Exemple : annuaire, serveur SNCF, ...).
Une manière de structurer ces problèmes : le modèle OSI
Buts et généralités
Le modèle OSI (Open System Interconnection) est un modèle plutôt théorique se voulant être un cadre général pour décrire comment on peut interconnecter différents systèmes informatiques réels. Il permet dabstraire et de classer les problèmes.
Le modèle fournit aussi une abstraction sur larchitecture habituelle de tels systèmes : larchitecture en couche.
Donc ce modèle OSI est :
Un modèle de référence :
Essai de clarifier certains nombres de termes et concepts.
Permet de comparer différentes solutions dinterconnexion (venant de différents constructeurs).
Un modèle en couche :
Structurer et séparer les problèmes.
Structure utilisée par les systèmes « modernes » :
TCP/IP + OS : réseau au dessus (UNIX, NT).
SPX/IPX + Novell.
SNA (IBM).
MMS, MAP, FIP (réseau locaux industriels).
Une norme
Ce modèle étant destiné à être une référence, il est normalisé par lISO (International Standard Organization) et le CCITT (Comité Consultatif International). Ce dernier fait dailleurs parti de lUIT (Union International Téléphonique).
Cest la série des normes X200 du UIT (CCITT).
Couches ; services ; protocoles
Couches
Les fonctionnalités offertes (ou les problèmes résolus) sont donc groupés en couches. En fait une hiérarchie de 7 couches (numérotées de 1 à 7) est définie. Une couche (n) ajoute des nouvelles fonctionnalités, offertes à la couche (n+1) et élaborées à partir de celles offertes par la couche (n-1).
Service
Une couche fournit un service réparti aux utilisateurs des systèmes ouverts interconnectés. Un service peut être vu comme un ensemble de fonctions, procédures que peut appeler ou subir un utilisateur. Un utilisateur est en fait la couche (n+1). La procédure fondamentale est le transfert de données, mais actuellement, des services de « haut niveau » apparaissent. Le service peut par exemple servir à « manipuler » des objets à distance. Ce service peut aussi être un service à tracer dautres graphiques sur un écran distant (architecture X Window).
Entité de protocole ou entité
Les fonctions à fournir étant à réaliser pour le compte de plusieurs systèmes ouverts interconnectés, il faut donc disposer de plusieurs éléments (cartes, drivers, bibliothèques, démons, ..., selon la couche) tournant sur les différents systèmes réels impliqués. Ce sont les entités (n) délivrant le service (n) sur leur système respectif. La coopération de toutes les entités implante le service (n) réparti.
Exemple : si on considère un réseau X25, tous les ETTD reliés au réseau possèdent une carte X25 + un modem (ou équivalent).
Protocole
Les différentes entités (n) implantant chacune un service (n) doivent travailler ensemble, bien quelles peuvent être très éloignés les unes des autres par le support de communication. Pour sentendre, elles ont comme solution de séchanger des informations via le service de transfert de données de la couche inférieure. Ces données doivent avoir un format clairement défini et utilisé par chacune des entités. De plus la signification de ces données, leurs règles déchanges, dutilisation doivent aussi être clairement définies. Le format et les règles déchange constituent le protocole (n) utilisé par les entités (n).
Unité de donnée dun protocole
Ces informations échangées par des entités (n) sont appelées Unité de Donnée du Protocole (n) ou n-PDU (n-Protocol Data Unit).
Architecture générale
Exemple du courrier électronique
Pour bien montrer que ce modèle sapplique sur des systèmes réels pas forcément OSI, prenons lexemple du courrier électronique par INTERNET.
Pour envoyer un message, une application sadresse au service offert par le « demon sendmail », par lintermédiaire de linterface du service de mail. Celui-ci va traduire la demande en actions (le message à envoyer doit respecter un certain format).
Puis le message passe par des réseaux INTERNET, suivant un protocole de mail (Simple Mail Transfert Protocol), pour arrivée enfin au « sendmail » destinataire.
De là, par lintermédiaire de linterface de mail destinataire, le mail est traduit par un lecteur de mail, près à être visualisé.
Lentité réceptrice « sendmail » peut, par exemple, stocker les courriers reçus dans des fichiers déterminés (« spool »). Une application de courrier électronique pourra alors aller les rechercher puis les présenter à lutilisateur.
En fait, « sendmail » sappuie sur un réseau. Les données échangées vont passer au travers de plusieurs couches qui vont y ajouter leurs informations de contrôle (PCI : Protocol Control Information).
Dans un tel exemple, la couche « transport » découpe des données trop grandes. Il faut donc mettre des numéros.
La couche réseau place ladresse réelle de la machine du destinataire, et cherche une route à travers le réseau pour y accéder.
Finalement, les données sont expédiées sur le support physique de transmission : ici un réseau local ethernet qui possède sont propre système de numération des machines.
Autre analogie : le téléphone
Problème : lun des deux interlocuteurs parle un autre langage (un autre protocole) et lautre ne la comprend pas du tout (Exemple : un japonais qui téléphone à un français).
PDU : des mots dune langue donnée.
Protocole : un certain ordre dutilisation de ces mots.
Résumé
Une couche groupe des fonctionnalités similaires et les offre sur une interface : le service.
Algorithme réparti sur plusieurs système = protocole entre les différentes parties (entités) :
Format des données échangées.
Dialogue.
Un système complet de communication est un « empilement » de couches.
Remarques :
Il faut noter que lempilement des couches nest pas forcément « organiquement » présent, même si cest souvent le cas (réseau OSI, IP).
Il existe des propositions de fusion, de plusieurs couches, directement au sein de lapplication utilisatrice. Cela permet doptimiser la construction des PDU de lapplication (fusion des boucles parcourant les données utilisateur). Cest le concept dAFL (Application Layer Frame).
Les 7 couches du modèle OSI
Le schéma précédente introduit la notion de systèmes relais : ce sont des équipements qui permettent au réseau de fonctionner, dexister. Ils permettent de relier les systèmes présents aux extrémités du réseau : les « hosts » des utilisateurs, là où les applications tournent (schéma suivant).
Au dessus de la couche réseau, la notion de système relais nexiste plus : les services proposés relient directement un ou plusieurs hosts. Ces services sont supportés par des protocoles de bout en bout.
Les PDU du niveau 2 (liaison de donnée) sappellent des « trames » ou « frames » en anglais.
Les PDU du niveau 3 (réseau) sappellent des « paquets » ou « packets » en anglais.
Il existe des protocoles particuliers permettant laccès dun host vers un réseau (En bleu sur le schéma). Exemple du X25 : vieux protocole OSI daccès à un WAN.
Les protocoles, mis en uvre entre les systèmes relais (en rouge), peuvent être différents des protocoles daccès au réseau.
La couche physique
Service :
Transport de bits (un flux de bits) sur un canal physique de communication (ligne téléphonique, fibre optique) entre équipements adjacents. Ce canal est appelé circuit de donnée. Il peut être entre 2 ETCD (cas classique du téléphone), mais plusieurs équipements peuvent être directement reliés par le même support physique (câble coaxial, diffusion vidéo).
Le service rend transparent à lutilisateur les problèmes dadaptation physique (électrique, lumière, ondes, ...). Le service est souvent fourni au travers dune interface qui est souvent une prise entre ETTD et ETCD (Exemple : V24, V35).
Protocole :
Il faut que les différents ETCD, intervenant dans une transmission, réalisent les adaptations physiques de la même façon, suivant différentes normes.
La couche liaison de donnée
Service :
Transformer la couche physique en service fiable, toujours entre postes adjacents. La topologie dune liaison de donnée est celle de la liaison physique sur laquelle elle sappuie.
Taux de perte faible.
Contrôle de flux (prise en compte des vitesses de travail différentes des ETTD aux extrémités de la liaison).
Proposer à lutilisateur de manipuler les données, types informatiques classiques (caractères, blocs, ...), à la place du flux de bits du niveau physique.
Protocole :
Formation de Trame à partir de données informatiques (« Buffer ») : le flux de bits est découpé.
Sérialisation, désérialisation des données informatiques.
Contrôle de flux, des pertes dinformations grâce à des trames de contrôle.
Utilisation de code détecteur (voir correcteur) derreurs.
La couche réseau
Service :
Création de connexions ou transmission de paquets de données entre deux équipements « finaux » (ordinateur, terminal, imprimante). Cest la première couche assurant une transmission de bout en bout.
Nommage des équipements du réseau (gestion dadresses).
Transfert de données entre deux ou plusieurs usagers (broadcast, multicast ou diffusion de groupe) avec des fiabilités diverses.
Tarification, paiement (réseau WAN opéré de manière externe à lentreprise).
En bref, cette couche permet à un équipement, au travers dun ensemble de liaisons de données et déquipements internes (noeuds du réseau), de nommer et datteindre dautres équipements et déchanger des données en mode connecté ou non.
Contrôle de flux « de bout en bout » : régulation des flux de données entre équipements.
Protocole :
Routage : trouver une route pour acheminer des données entre deux ou plusieurs utilisateurs (si route sectionnée, doit trouver un autre chemin).
Utilisation de protocole « à fenêtre » pour le contrôle de flux, la détection de perte, les problèmes de séquencement.
La complexité du protocole, mis en uvre, dépend des exigences du service à fournir et de la qualité des liaisons disponibles.
Exemple : IP (INTERNET, X25, ATM).
La couche transport
Service :
Transport fiable de données entre utilisateurs finaux. Ici la notion dutilisateur est souvent rapport à un programme (une application « serveur », un client de cette application).
Mode connecté ou non.
Choix de la qualité du service selon les besoins de lapplication.
Adaptation de la qualité visée par rapport aux performances du réseau (Multiplexage) ; adaptation de la taille des données utilisateurs par rapport à la taille maximale de la zone « utile » dun paquet réseau.
Protocole :
Protocole à fenêtre (bis !), gestion de buffers.
Fragmentation : Découpage des données utilisateurs.
Groupage des données de lutilisateur (si elles sont constituées de petits bouts) afin de les envoyer en une seule fois sur le réseau ( Amélioration possible des coûts (amélioration du rapport entre données utiles et informations de contrôle ajoutées pour chaque paquet réseau).
Eclatement, recombinaison : passage dune connexion transport au travers de plusieurs connexions réseau ( Amélioration possible des performances, mais coût plus élevé.
Multiplexage : grouper plusieurs connexions transport sur une même connexion réseau.
La couche session
Service :
Transfert fiable de données.
Organisation du dialogue.
Synchronisation des traitements.
Reprise optimisée après problème.
La couche présentation
Service :
« Transparence des données ». Indépendance du format des données transmises par rapport aux systèmes dexploitation, aux langages de programmation (réseaux hétérogènes). On y place souvent dautres transformations des données comme la compression ou la cryptographie.
Protocole :
Les données dune application sont décrites dans le langage de programmation de celle-ci.
Un format déchange sur le réseau est défini : la syntaxe de transfert.
Sur chaque site un traducteur assure le passage entre format local et format réseau : ce sont les entités de la couche présentation.
5 personnes de langue différente :
Langue commune ( 5 traducteurs
Pas de langue commune ( 10 traducteurs
La couche application
Service :
Cest la couche du haut, il ny a donc pas réellement de service au sens du modèle de référence. La norme définie plutôt des éléments dapplications (ASE : Application Service Elément). Ces éléments ont des briques de base que lon peut composer et compléter pour obtenir lapplication répartie que lon désire.
Protocole :
Le protocole se fait application par application en utilisant (normalement) la couche présentation si on veut déployer lapplication sur un réseau hétérogène (utilisation de ASN1, XDR, ou tout autre marshaller pour décrire les données échangées par les éléments dapplication). On utilise aussi la couche session pour résoudre les problèmes de synchronisation.
Exemple : VT100, XWINDOW.
CH II : La couche physique
Problème initial
Que veut-on faire ?
Transmettre des bits, un signal numérique entre deux équipements (ETTD) adjacents en accédant directement à un support physique de communication reliant ces deux équipements.
Sur quoi veut-on transmettre ?
Les bits doivent passer au travers de supports de transmission variés, sur lesquels les bits sont codés à laide dun effet physique adapté au support :
Câbles conducteur ( Courants électriques :
Variable en tension.
Boucle de courant.
Vide (air) ( Ondes électromagnétiques :
Radio / hertzienne (satellite, point à point, borne GSM).
Lumière (laser, I.R).
Fibre optique :
Lumières (laser, diode).
Notons pour anecdote la transmission au travers de lair ou de leau au moyen dondes sonores.
Problèmes induits, transformations nécessaires
Sérialisation
Les lignes de communication acceptent en général (au niveau de linterface ETTD-ETCD) des trains de bits : cest à dire des suites de bits espacés régulièrement dans le temps au moyen dune horloge. Lintervalle de temps attribué à un bit au niveau de linterface sera appelé temps bit. Les deux définitions précédentes sont loin dêtre universelles, mais elles seront systématiquement utilisées dans la suite de lexposé pour plus de précision.
Adaptation du train de bits
En général, un « train de bits » est un signal électrique carré et mal adapté pour passer dans la plupart des supports de transmission visés. Le but principal de la couche physique est de transformer le train de bits pour quil puisse passer dans le support :
Débit / vitesse désiré.
Résistance aux perturbations.
Adaptation électrique entre équipements.
Cette couche doit aussi préciser clairement les tensions et les signaux utilisés sur les interfaces ETCD-ETTD : cest la notion de couplage entre équipements.
Sérialisation, signaux bande de base, nature dun signal
Sérialisation / désérialisation
La sérialisation consiste donc à prendre des données « parallèles » (accédées via un bus) dun ordinateur pour former un signal numérique (train de bits) série selon une fréquence bien définie : la fréquence bit. Une fréquence est normalement exprimée en HERTZ (s-1), mais dans notre cas cest aussi un débit binaire en bit par seconde (bps). La désérialisation est lopération inverse.
Elles nécessitent des signaux dhorloges réglables, des registres à décalage et sont réalisées de manières matérielles : contrôleurs de communication gérant les interfaces séries, ou partie de carte réseau.
Exemple : contrôleur 8250 qui gère les interfaces séries RS232 (COM1, COM2, ...) sur les PC.
Codages bande de base
Le codage dun bit sur un intervalle de temps peut être plus compliqué quune simple position 0Volts / +V Volts.
Dautres codages existent : les signaux bandes de bases.
Ils restent des signaux binaires exprimés à laide de tensions : ils permettent daméliorer certaines propriétés du signal binaire afin de lutiliser directement sur des conducteurs électriques et ce sur de courtes distances (< 1 km).
Certains codages en bande de base permettent aussi de mélanger lhorloge (la fréquence bit) aux données binaires afin dobtenir des signaux synchrone.
Exemple : dans le schéma suivant, quelques codages classiques avec lexemple de $132 = % 001 0011 0010 en commençant par le bit de poids faible.
Règles de génération :
Binaire :
Code 0 : 0 Volts.
Code 1 : +V Volts.
Manchester :
Code 0 : Front descendant en milieu dintervalle.
Code 1 : Front montant en milieu dintervalle.
Manchester différentiel :
Code 0 : Transition en début dintervalle.
Code 1 : Pas de transition.
Transition obligatoire en milieu dintervalle.
Miller
Code 0 : Pas de transition.
Code 1 : Transition en milieu dintervalle.
Quand un 0 est suivi dun autre 0, on force une transition en début du deuxième.
Caractéristiques de ces signaux
Signaux alternatifs
Phase de 0 ; Opposition de phase ; Phase de (/2
1/T = f ( Fréquence en Hertz (Hz)
Transformée de Fourrier dun signal
Tout signal suffisamment périodique de période T, sécrit comme une somme infinie de sinus et cosinus.
Si g est une fonction de t suffisamment périodique de période f :
g(t) = ½ + ((n=1)ansin(2(nft) + ((n=1)bncos(2(nft)
g(t) est un courant électrique :
g : seconde (s) ( Volt.
an et bn : Volt.
f = 1/T : Hertz (Hz = s-1).
Tout signal de données est un mélange de courants électriques sinusoïdaux.
Spectre dun signal
Si un signal est un mélange de courants électriques sinusoïdaux, on peut en étudier la répartition selon leur période. En fait, on étudie la répartition de la puissance électrique (en Watts) transportée selon la fréquence : on forme le spectre de la puissance dun signal en fonction de la fréquence.
En effet, il ny a échange dinformation que si il y a échange dénergie (électrique, électromagnétique, mécanique, ...).
Exemple du spectre des différents codages en bande de base.
Ordre de grandeur
Létendue ou la largeur dun spectre, cest à dire la plage de fréquences présentant une certaine puissance, dépend de :
La fréquence bit.
La densité de fronts dans le signal.
Le signal binaire correspondant à un débit de 9600 bps correspond à un spectre dune largeur de lordre de 35 KHz.
Propriétés dun support de transmission
Bande passante
Un câble de transmission de données (paire téléphonique, coaxial télévision, ...) peut être vu comme un « tuyau » à courants électriques alternatifs.
Problème : un support de transmission laisse plus ou moins bien passer les courants alternatifs selon leur fréquence. Lensemble de ces baisses peut être représenté par une courbe datténuation. Très schématiquement, une telle courbe est la représentation du rapport Puissance de Sortie / Puissance dEntrée en fonction de la fréquence.
Exemple : le téléphone (en général bande passante de 300-3400 Hz).
Nous avons vu quun signal peut se visualiser sous forme dun spectre de fréquences. Lapplication de la courbe datténuation sur le spectre du signal dentrée permet davoir une idée du spectre du signal de sortie donc de la déformation de celui-ci.
Exemple : atténuation due au support.
Définition informelle : la bande passante dun support est la gamme de fréquences quil laisse passer avec une atténuation faible et uniforme. En fait on sintéresse surtout à la largeur de cette bande (fréquence maximale, fréquence minimale). Un abus de langage confond souvent bande passante et largeur de bande.
Exemple : la largeur de bande du téléphone est de lordre de 3000 Hz.
Vitesse de propagation
Vitesse de propagation : vitesse à laquelle une modification du signal côté émetteur se propage vers le (ou les) récepteur.
Délai de propagation : les vitesses de propagation introduisent donc un délai de propagation, donc une certaine latence entre le moment où un signal est modifié et le moment où cette modification est détectée.
Ordre de grandeur : 150000 à 200000 km/s pour les signaux électriques. En tout état de cause, cette, grande, vitesse reste inférieure à 300000 km/s (vitesse de la lumière). Le délai de latence devient important avec la distance : il est sensible sur une communication par satellite (> 2*36000 km).
Il ne faut pas confondre vitesse de propagation et débit binaire : on peut faire une analogie « postale », câd que le délai de propagation est le temps dacheminement de la lettre ; la vitesse de lecture/écriture est le débit binaire.
Mesure de la qualité dun support
Le débit binaire dépend explicitement de la qualité du support : bande passante, rapport signal bruit. Cette qualité dépend des différents facteurs :
Longueur.
Qualité des équipements (répéteur).
Raccord...
Certains réseaux (locaux Ethernet) définissent des tailles maximum de câble car leur fonctionnement prend en compte les délais de propagation : proportionnels à la longueur.
Il pourrait donc être utile de mesurer certaines propriétés du support : il existe de nombreux équipements dédiés (Black Box : TP).
Conclusion, problèmes
Pour quun signal de donnée puisse passé au travers dun support de transmission, il faut que ce dernier ait une bande passante « compatible » avec le spectre du signal.
Plus un signal est complexe plus son spectre sétend autour dune fréquence de base. Il nécessite alors une largeur de bande passante importante.
Quoiquil arrive, un signal complexe est plus ou moins déformé par le support de communication. Par exemple, un signal carré nécessite des fréquences (harmoniques) élevés pour représenter les fronts verticaux. Or il y a toutes les chances que ces fréquences élevées passent mal au travers du support de communication : cest leffet Jitter.
Modulation et modem
Utilité :
Adapter la largeur passante du signal bande de base à la bande passante du support. Souvent un modem se comporte comme un « compresseur » de spectre.
Protection contre les bruits et les perturbations.
Rendre possible le multiplexage (entre autres canal full-duplex) de plusieurs canaux au travers dun même support physique.
Définition
Modulation : elle a pour but de coder les bits du « train » de bit en changeant les caractéristiques dun courant alternatif sinusoïdal (ou toute onde sinusoïdale) de base : la porteuse.
Remarque : la porteuse « sétend » : lorsquon appelle un serveur Minitel (3611) ou si on téléphone par erreur à un fax.
Modem : il est léquipement chargé de cette transformation (MOdulateur-DEModulateur).
Effets
Compression de la largeur de bande nécessaire pour que le spectre puisse passer sur le support physique.
Exemple : le signal binaire (retour à zéro) à 9600 bps demande une largeur de bande de :
30 KHz, sans modulation (bande de base).
2 KHz, avec modulation (modem).
Résistance aux bruits et perturbations.
Interprétation du schéma :
Signal bande de base transcodé sur la porteuse : MODULATION.
Le spectre du signal diminue.
Résistance aux bruits et perturbations.
Types de modulation
Modulation damplitude ( AM.
Modulation de fréquence (Frequence Key Shift) ( FM (FSK).
Modulation de phase (Phase Shift Key) ( PM (PSK).
Remarque : possibilité de mélange entre phase et amplitude.
Vitesse de transmission et modulation
Vitesse de transmission : en bit/s (ou bps), est le service que propose le modem à lETTD local auquel il est relier par son interface.
Intervalle de modulation : intervalle de temps pendant lequel les caractéristiques de la porteuse sont constantes.
Rapidité de modulation : en bauds, est le nombre dintervalle de modulation par seconde que génère le MODEM sur le support de transmission.
Dans lexemple suivant, une possibilités de modulation de phase et damplitude donnant 16 positions de modulation par intervalle de modulation ; avec 4 bits codés sur une seule position de modulation :
Normalisation
Pour que ces deux modems puissent échanger des données, ils doivent fonctionner de la même façon (ou du moins sélectionner des modes de fonctionnements compatibles). De nombreux standards ont été définis :
ITU (CCITT) V22, V23, V26, V27, V29, V32.
Standards « de fait » des constructeurs :
X2 de US Robotics (56 Kbps).
K56 flex de Rockwell (56 Kbps).
Types de transmission série
Asynchrone
Liaison série asynchrone
: données séries synchronisées (le début des données utiles est connu, chaque bit significatif est détecté.
Asynchronisme
Transmission du caractère ASCII E ; en binaire 1000101 ; en commençant par le bit de poids fort ; bit à 0 ( +12 V, bit à 1 ( -12 V ; parité paire ajoutée en fin de transmission.
Mauvaise synchronisation et horloge un peu différente ( le récepteur voit 1100101 (e) ; la parité est incorrecte.
Paramètres dune liaison asynchrone
Vitesse en bit par seconde (bps).
Taille de la donnée en bits.
Utilisation de la parité ou non (si oui ( type).
Sens denvoi des bits (en général bit de poids faible ou fort).
Position parité (en général en fin de transmission).
Synchrone
Horloge commune à lémetteur et au récepteur.
Solution : technique de codage qui mélange données et horloge ( le récepteur peut regénérer lhorloge à la réception et lappliquer sur les données (Exemple : Manchester).
On forme des trames (>1 Kbits). Le début de la trame contient une suite de bits (~10 bits) conventionnelle (Il existe plusieurs normes). Après, suivent les données utiles.
Zone sans données utiles qui permet au récepteur de « deviner » lhorloge.
Formation dune trame : niveau OSI (Liaison de données).
Analogie avec des convoyeurs (Asynchrone/Synchrone)
EMBED Word.Picture.6
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Contrôleur de communication
Asynchrone : sert à la conversion parallèle/série, la parité, au bit start/stop.
Physiquement : composants numériques déliés sinterfaçant sur le bas de lETTD de linterface ETTD / ETCD.
Exemple : sur un PC UART souvent 2 (COM1 et COM2) ; 8250, faible débit.
Interface ETTD-ETCD
Importance
Interface: endroit physique où ETTD et ETCD échangent des informations :
Données de contrôle :
Sélection dune norme de modem.
Test déquipement.
Demande de transmission.
Numérotation.
Données à transmettre.
Données reçues.
Horloges.
Problèmes : ETTD et ETCD proviennent en général de constructeurs différents ( nécessité de normaliser les interfaces.
Plusieurs niveaux :
Connecteurs physiques ; problèmes de codages et de tension.
Aspect nature et significations des informations (Exemple : description des circuits CCITT 103, 104...).
Brochage : relation connecteurs/circuits.
Exemple : RS232 (V24)
Diagramme de temps dune connexion V24 (Transmission de A vers B).
Interface vers des réseaux numériques
Les modems ou les réseaux téléphoniques numériques offrent des services de plus en plus évolués :
Messagerie vocale.
Téléphonie numérique.
Accès réseau type X25.
Problème : on ne peut pas augmenter indéfiniment le nombre de circuits sur une interface.
Solution : une interface à 2 positions :
Commandes : les données fournies à linterface sont des commandes (configuration, # téléphone).
Données : les données fournies sont à transmettre.
Exemple : X21, interfaces de RNIS, commandes Hayes pour les modems (voir TP).
Interfaces :
ISDN ( Integrated Service for Data Network.
RNIS ( Reseau Numérique à Intégration de Service (numéris : France Telecom).
Partage dun support de communication, multiplexage
Modem full duplex, half duplex, simplex
Full Duplex (
Half Duplex ( OU
Simplex (
Multiplexage au niveau physique
Buts et définitions
Ce multiplexage au niveau physique a pour but de faire plusieurs connexions de liaisons de données à travers un même support de communication physique.
Multiplexeur : équipement prenant plusieurs voies en entrée (via plusieurs interfaces ETTD-ETCD en général) à faible débit et les multiplexant (les mélangeant) sur une voie de sortie à plus fort débit.
Intérêt : simplification des équipements et diminution des coûts.
Partage statique de la voie multiplexée (voie composite) : chaque voie à faible débit se voit attribuer en permanence une partie de la capacité de la voie composite.
Partage dynamique : une voie à faible débit nest prise en compte que lorsquelle est active.
Multiplexage fréquentiel
Exemple : télévision par câble analogique (câble coaxial : largeur de bande passante 400 MHz, on attribue 10 MHz par canal TV).
Multiplexage temporel
Multiplexage statique
Il est de type temporel mais dynamique : on autorise que la somme des débits des voies dentrée soit supérieure au débit de la voie composite (concentration).
Numérisation de la voix téléphonique, multiplexage MIC, réseau numérique
Buts et avantages
Initialement : multiplexage temporel des voies téléphoniques.
Intérêt : le réseau RTC est vu alors de lintérieur comme la gestion de flux numériques que lon groupe sur les lignes à haut débit. Les équipements sont proches des ordinateurs.
Contrôle derreur au niveau numérique.
Les commutateurs numériques sont finalement plus simple à construire et à gérer (norme SHD : Synchronisation Hierarchical Digital).
Comment : conversion AN/NA et multiplexage temporel.
Problème de la « boucle analogique » daccès au réseau
Architecture RTC numérique (partiellement) :
EMBED Word.Picture.6
EMBED Word.Picture.6
Boucle analogique locale
Codec
Autocom. numérique
Modem à haut débit
Modem domestique à faible débit
Câble à large bande
Modem à 56 Kbps :
X2 de US Robotic, K56flex de Rockwell.
Lié à lexistence dun réseau téléphonique numérique (isochrone).
Plutôt pour des connexions asymétriques avec des providers ou sites centraux raccordés directement sur le réseau.
Idée : utiliser des niveaux de tension qui sont exactement ceux que codent sur 7 bits des convertisseurs AN du réseau (Codec).
Problème : normes téléphoniques différentes entre Europe et Amérique du Nord (Ne passe pas).
Revue de quelques supports de transmission de données
Supports métalliques
Paire téléphonique
Bande passante < 1 MHz.
Débit : quelques Mbps si < 1 Km, quelques Kbps au dessus.
Taux derreur : 10-5 (bit erroné / bit envoyé).
Prix : quelques francs par mètre.
Très fort affaiblissement.
Paire torsadée blindée
Bande passante : quelques dizaines de MHz si < 1 Km.
Débit : ~10 Mbps si < 1 Km, quelques Kbps au dessus.
Taux derreur : 10-5.
Prix : une dizaine de francs par mètre.
Assez bonne résistance aux bruits.
Câble coaxial (type info 50 ohm)
Bande passante : jusqu'à 500 MHz.
Débit : jusqu'à 100 Mbps.
Taux derreur : < 10-8.
Prix : ~30 francs par mètre.
Très bonne résistance aux bruits.
Fibre optique
( Angle critique de réflexion.
Bit : impulsion lumineuse « piégée dans la fibre ».
Bande passante : jusqu'à 1 GHz.
Débit : jusqu'à 1000 Mbps sur 1 Km.
Taux derreur : < 10-9.
Prix : ~50 francs par mètre.
Excellente résistance aux bruits.
Insensible aux perturbations électromagnétiques.
Connexions difficiles.
Affaiblissement faible (10 Km sans répéteur).
CH III : La couche liaison de donnée
Généralités
Transformer la couche physique en un service fiable entre 2 éléments adjacents dun réseau.
Problèmes :
Pertes.
Erreurs de transmission.
Duplication/permutation des données.
Les différences de vitesses de traitement entre 2 équipements adjacents.
Résolution des contrôles daccès.
Solutions :
Données utiles encapsulées dans des trames.
Plus dinformations de contrôle et protocole :
# de séquence ( Détection perte/double.
CRC : contrôle derreur.
Trames « spéciales » de contrôle (réémission, arrêt, reprise...).
Protocole HDLC : le « prototype ».
Codes polynomiaux : les plus utilisés.
Correction, détection derreur
Principe
On ajoute une information calculée supplémentaire (E) ou redondance aux données « utiles » (M). Finalement cest le mélange de E et de M qui forme les données réellement transmises (T, la trame). A la réception, le récepteur sépare la redondance envoyée, des données. Il recalcule la redondance à partir des données reçues. Il compare la redondance reçue avec celle calculée localement et peut ainsi vérifier si il y a eu des erreurs de transmission.
Les erreurs considérées sont des permutations de positions binaires de la trame transmise.
FCS : Frame Control Sequence ( Partie « redondance dune trame » (E).
M : message « utile » à envoyer (m bits).
E : code derreur, redondance de r bits.
T : mot de code, ensemble transmis, de longueur n=m+r bits.
Code : ensemble de mots binaires légaux quun émetteur pourra former.
Remarque :
Le bit de parité est une forme de détection derreur. Lémetteur le calcule et lajoute aux données utiles, le récepteur le vérifie et lenlève avant de délivrer le caractère au niveau supérieur.
Le mélange de la redondance aux données utiles peut être fait de plusieurs manière : concaténation, ajout à une place spécifique, entrelacement...
Code de Hamming
Distance de Hamming entre 2 mots de code
Soit deux mots dun code, t1 et t2 : la distance de Hamming séparant t1 et t2 est le nombre de positions binaires ayant des valeurs différentes entre t1 et t2.
Cette distance peut se calculer en comptant le nombre de bits à 1 dans le résultat du ou exclusif entre t1 et t2.
On note dH(t1,t2) cette distance.
Distance de Hamming dun code
Soit le code C={t1, t2, ..., tn}. La distance de Hamming de C est la distance de Hamming minimale que lon peut calculer entre 2 mots distincts de C.
On note dH(C) cette distance.
dH(C) = min (dH(t1,t2) / (t1,t2) ( C*C ( t1(t2)
Exemple : C={0000000000, 0000011111, 1111100000, 1111111111}
t1 t2 t3 t4
dH(t1,t2)=5 ; dH(t1,t3)=5 ; dH(t1,t4)=10
dH(t2,t3)=5 ; dH(t2,t4)=5
dH(t3,t4)=5
( dH(C)=5
Détection/correction derreur
Soit un code C et d= dH(C) sa distance de Hamming. Ce code peut au plus :
Détecter p=(d-1) erreurs.
Corriger q=(d-1)/2 erreurs.
On peut aussi présenter ce résultat « à lenvers » :
Pour détecter au plus p erreurs, il faut un code de distance de Hamming supérieur à p+1.
Pour corriger au plus q erreurs, il faut un code de distance de Hamming supérieur à 2q+1.
Fonctionnement et exemple
Si on a envoyer des données utiles M sur m bits, on construit un code sur n bits (m>n). Seules 2m positions de ce code seront utilisés. Le code est construit en fonction du pouvoir de correction ou de détection voulu.
Dans ce type de code, la redondance nest pas réellement calculée puis mélangée aux données utiles. La redondance est due à la sous utilisation du nombre de positions utilisées parmi les 2m possibles.
Le problème de ce type de code est quil faut connaître sa distance de Hamming, donc :
Code connu (mots échangés connus à lavance).
Délicat si les trames échangées sont grandes (plusieurs Ko dans certaines normes de protocoles de liaisons de données).
Rarement utilisé, mais une théorie claire pour étudier certaines propriétés des codes.
Exemple :
Bits utiles ( 00 01 10 11
Code ( 0000000000 0000011111 1111100000 1111111111
t1 t2 t3 t4
Distance de Hamming ( 5
Détection ( 4 bits (5-1)
Correstion ( 2 bits (5/2)
Envoi de %10
Envoi réel de T=1111100000
Redondance de 3 bits
Réception de T=1111101010 (Erreur de 2 bits)
dH(t1,T)=7 ; dH(t2,T)=8 ; dH(t3,T)=2 ; dH(t4,T)=3
Estimation de la réception de t3, donc de %10.
Codes polynomiaux
Principe
On peut considérer quune chaine de b bits est la représentation en tableau des coefficients dun polynôme dune variable booléenne. En fait, on considère des polynômes sur le corps des booléens câd lensemble {0,1} munis de laddition (modulo 2) et la multiplication :
x+0=x x+1=x
x.0=0 x.1=x
Exemple : 1011 ( 1.x3+0.x2+1.x1+1.x0 = x3+x+1
Polynôme degré b-1.
Degré d : d+1 bits.
Le message utile M va donc être un polynôme de degré (m-1) : M(x).
La redondance E va être un polynôme de degré (r-1).
La trame transmise va être un polynôme de degré (n-1) : T(x).
Calcul de la redondance
On considère que lémetteur et le récepteur dispose tout deux dun même polynôme générateur G(x) de degré r.
On décale M de r bits vers la gauche, en terme de polynôme cela revient à multiplier M(x) par xr.
On divise xr.M(x) par G(x), en dautre terme on détermine les polynômes Q(x) et R(x) tel que xr.M(x)=Q(x).G(x)+R(x) avec R(x) de degré strictement inférieur à celui de G(x) (le degré voulu pour R(x) est bien r-1). Le reste R(x) de cette division constitue la redondance ( f(M(x))=R(x) ).
La trame envoyée est T(x)=xr.M(x)+R(x).
Vérification
Les trames générées précédemment sont multiples de G(x). Le récepteur na quà diviser ce quil reçoit par G(x). Si le reste nest pas nul il cest produit une ou plusieurs erreurs de transmission, sinon il ny a pas eu derreur ou lerreur correspond à un multiple de G(x).
Performances
Erreur de 1 bit.
Erreurs de 2 bits si xr+...+1.
Tout nombre impair derreur si x+1.
Train derreurs contiguës de longueur ( r.
Problème : erreurs multiples de G(x).
Exemple
M=0111 G(x)=x3+x+1
( Redondance de 3 bits
T=0111010
Vérification : réception de la trame erronée : 0111011
FIN
Cours Réseau
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Cours Réseau
Dec 1
Salle Victor
Salle Léanord
CT
Hub
PTB
REP
Ethernet fin
Hub
Dec 2
REP
CT
Andromede
Arcturus
ETTD (1)
ETTD (2)
Interface
Interface
Support de transmission
ETCD (2)
ETCD (1)
Contrôle de comm.
Source/ collecteur de sonnées
Contrôle de comm.
Source/ collecteur de sonnées
Circuit de données
Liaison de données
RS232
Terminal ASCII
RS232
RTC
MODEM
MODEM
Codage
Transfert
Traitement
Codage
Transfert
Traitement
Codage
Transfert
Traitement
Système A
Système B
Système C
Réseau
Entité (n)
PDU (n)
Entité (n)
Entité (n)
Couche (n)
Couche (n-1)
Flux de caractères
Flux de caractères
Send Mail
tcp
IP. f3
IP. f2
IP. f1
IP
IP. f1
ET
ETHERNET
fin
déb
IP. f1
ET
Send Mail
tcp
IP. f3
IP. f2
IP. f1
IP
IP. f1
ET
ETHERNET
IP. f1
ET
fin
déb
Câble ETHERNET (Exemple : BNC)
Services
Application
toto@IP
Transport
Réseau
Liaison physique (
toto@IP
Allo !
...
Je suis bien chez Paul ?
...
Cest Pierre !
...
Niveau 2 :
Utilisateurs humains
Allo !
...
Cest moi-même !
...
Ah, bonjour !
Interface de service
Niveau 1 :
Transmission de données (voix)
RTC
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison de donnée
Physique
Application 1
Application 2
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison de donnée
Physique
Application 1
Application 2
Protocole dapplication
Protocole de présentation
Protocole de session
Protocole de transport
Paquet
Trame
Bit
SUPPORT DE TRANSMISSION
Systèmes relais
Système ouvert A
Système ouvert B
Réseau
Réseau
LdD
LdD
(
(
Couches basses
A
B
C
D
E
N1
N1
N1
N1
Réseau (Exemple : TRANSPAC)
Accès via X25 (niveau 2,3) ou X31
host
Système relais
Protocole daccès au réseau
Protocole inerte au réseau
Connexion de transport
Connexion de réseau
a
a
b
c
b
c
A
G
F
I
H
E
G
F
I
H
E
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0 V
+ V
+ V
+ V
+ V
- V
- V
- V
Horloge
Signal binaire
Manchester
Manchester différentiel
Miller
t (s)
+ V
- V
0
(/2
3(/2
(
2(
Amplitude en volts
Période T en s
(
(
1
0
300
3400
PSortie / PEntrée
Fréquence (Hertz)
f0
f1
H
W
Support de transmission
f0
f1
H
W
f0
f1
H
1
0
Spectre en sortie
Spectre en entrée
Courbe datténuation du support
T
T
ETTD
ETTD
MODEM
MODEM
15°
45°
Conversion
// - série
Processus
Données //
Horloge émetteur
ETTD
émetteur
Conversion
série - //
Processus
Données //
Horloge récepteur
ETTD
récepteur
Synchronisation
start
1
1
1
0
0
0
0
parité
stop
+12V
-12V
Horloge émission
Horloge réception
1
1
1
parité
stop
start
0
0
0
1
Bits vus par le récepteur
Trame
début
Geste à vue
Geste à la cadence du tapis
ETTD A
ETCD A
108
107
105
106
103
105
106
Délai T
Temps
LIGNE
ETTDB
ETCD B
108
107
109
104
109
Début porteuse
Fin porteuse
Modulation
A
B
A
B
A
B
A
B
60
64
W
300
3100
Hz
W
KHz
W
300
3100
Hz
W
KHz
64
68
Canal 2
Canal 1
60
64
68
KHz
W
a1
a2
a3
a4
b1
b2
b3
b4
c1
c2
c3
c4
Voie composite
Sous canaux à d bps
Canal à 3d bps
64 Kbps
64 Kbps
RTC
Verre (silice)
Gaine, opaque
Source lumineuse (laser, diode)
E=f(M)
+
M
T=M.E
-
E=f(M)
Mr
=
Er
Oui
Non
Correction
x5+x4+x3
- (x5+x3+x2)
x4+x2
- (x4+x2+x)
x
x3+x+1
x2+x
(degré < 3 ( stop)
0111000
+0000
1110
+1011
1010
+1011
0010
+0000
010
1011
0110
R(x)
x5+x4+x3+x+1
- (x5+x3+x2)
x4+x2+x+1
- (x4+x2+x)
1
x3+x+1
x2+x
(degré < 3 ( stop)
0111011
+0000
1110
+1011
1011
+1011
0001
+0000
001
1011
0110
R(x) recalculé à la réception est différent de 0 ( ERREUR
