INTRODUCTION AUX RESEAUX Concepts de Base ...hichem-sebti.e-monsite.com/medias/files/seance1-reseaux...Séance 1 : Introduction aux réseaux Diapositive 2 Introduction : L’informatique

Séance 1 : Introduction aux réseaux

Réseaux A9 Séance 1 Concepts de base Séance 2 Les procédures de liaison Séance 3 Notions d'architecture Séance 4 Les protocoles de liaison Séance 5 Les réseaux locaux (LAN) Séance 6 l'interconnexion de réseaux Séance 7-8 Les réseaux distants (WAN) Séance 9-10 Internet et TCP/IP Séance 11 Administration et sécurité des réseaux Séance 12 Applications et serveur

Diapositive 1

INTRODUCTION AUX RESEAUXConcepts de Base

Transmission de l’Information

Sommaire

Sommaire:

Première partie: les concepts de base des réseaux

La convergence entre réseaux informatiques et réseaux téléphoniques

Les notions de base des réseaux informatiques

L’évolution de l’informatique localisée vers l’informatique réseaux

Un essai de classification des réseaux informatiques

Deuxième partie: la transmission de l’information

La représentation physique de l’information

Les caractéristiques physiques d’une transmission

La déformation des signaux pour leur transmission

L’interface entre le terminal et la ligne

La synchronisation

Les supports de transmission

Page 1 /51 © André MIARA pour le CNAM - 2003


Diapositive 2

Introduction :

L’informatique et les sciences de la

communication constituent l’un des

phénomènes majeurs de notre

époque. Internet en est l’épicentre et

le support matériel. Cette évolution

n’a été possible que parce que des

progrès technologiques l’ont

accompagnée. Elle implique la

banalisation totale des flux

d’information : c'est la convergence

voix, données, images. Celle-ci a

été rendue possible non seulement par la numérisation de la voix et de l'image mais aussi par les

progrès réalisés dans les systèmes de traitement du signal.

Réseaux et Télécommunications

Téléinformatique

Convergence et interpénétration des domaines

Informatique Communication

Télécommunications

Réseaux informatiques et de télécommunications

L’informatique est le traitement automatique de l’information par une machine (ordinateur). Ce

traitement nécessite, d’une part de coder les informations dans un système binaire compatible

avec la nature technologique de la machine (transistors fonctionnant en commutateurs

électroniques), et d’autre part de définir des langages informatiques pour donner des ordres

(instructions), qui une fois traduits dans des langages adaptés (en langage machine) pourront être

exécutés par la machine.

La communication est contemporaine de l’humanité, et se traduit par des échanges oraux (la

parole), graphiques (graffitis,dessins, photos …), et écrits. Elle nécessite aussi des langages pour

exprimer les information à échanger.

La téléinformatique est la mise à distance des usagers et de la machine à traiter les

informations. (L’évolution de l’informatique localisée aux réseaux informatiques sera traitée plus

loin).

Les télécommunications résultent de la mise à distance des communicants (téléphone,

télégraphe, fax, radio, télévision …).

Pour les télécommunications, comme pour la téléinformatique, le principe reste toujours le

même: il s'agit de transférer des informations d'un site vers un autre site éloigné. Pour cela, il faut

définir :

- les formats des données à transférer,

un lien ou support de transmission,

un système d'adaptation entre les entités communicantes et le support.

Les Réseaux informatiques et de télécommunication résultent de la convergence des 2

domaines et de l’intégration des données de la voix et de l’image.



Diapositive 3

La convergence (1):

Il est intéressant de montrer

comment l’interpénétration des

réseaux téléphoniques et des

réseaux de transport de données

a conduit progressivement à leur

intégration. On peut la décrire en 4

étapes :

Dans cette première étape, les flux

voix et données sont de nature

fonctionnelle et physique différentes.

Chaque système dispose de son

propre réseau. L’usager se raccorde aux deux réseaux par des liens indépendants.

La convergence (1)

Réseau de donnéesordinateur ordinateur

Réseau téléphonique

Diapositive 4

La convergence (2)

ordinateur ordinateur

Réseau de transport

voix voix

données données

La convergence (2):

Dans la deuxième étape, la voix a fait l’objet d’une numérisation. Les flux physiques sont

banalisés, et comme tels, peuvent être transportés par un même réseau (réseau de transport).

Cependant les réseaux d’accès restent fonctionnellement différents et les usagers accèdent

toujours aux services par des voies distinctes.



Diapositive 5

La convergence (3):

La troisième étape poursuit la

banalisation des flux. La voix n’est

plus seulement numérisée, mais elle

est structurée en paquets (comme

pour les données) permettant ainsi un

traitement de bout en bout identique

pour les deux flux. Dans cette

approche, le protocole de transport

est identique, mais les protocoles

usagers restent différents. L’usager

n’a besoin que d’un seul accès

physique au réseau de transport (réseau voix/données). Les flux sont séparés par un

équipement (équipement voix/données) localisé chez l’usager et sont traités par des systèmes

différents.

La convergence (3)

ordinateur ordinateur

Réseauvoix/données

équipementd’accès

équipementd’accès

Diapositive 6

La convergence (4)

ordinateur ordinateurRéseau

voix/données

La convergence (4):

Enfin, la quatrième étape consiste en une intégration complète, l’équipement terminal de

traitement des flux est le même, seuls les terminaux diffèrent. La voix et la donnée peuvent, non

seulement cohabiter sur un même réseau, mais collaborer dans les applications informatiques

finales : c’est le couplage informatique/téléphonie de manière native. Dans cette approche les

protocoles de transport et usager sont identiques pour les deux flux.



Diapositive 7

Réseaux informatiquesConcepts de base

Notions de ressources et d’usagers

Notions de système ouvert

Notions d’architecture

Notions de sécurité

Les réseaux informatiques : concepts de base :

Les réseaux, quelle que soit leur nature (électrique, routier, ferré, aérien, hydraulique … )

présentent en commun les 4 notions fondamentales ci-dessus.

Examinons par exemple le réseau électrique :

Il est constitué de ressources réparties (les centrales de production) fournissant de l’énergie

électrique à des usagers distants par un réseau de distribution commuté, afin d’adapter la

production à la demande.

C’est un réseau ouvert, dans la mesure, où de nouvelles ressources, et de nouveaux usagers

peuvent être adjoints au réseau existant.

Sa complexité exige une modélisation et une architecture.

La sécurité doit être assurée aussi bien pour les producteurs que pour les usagers.

Les réseaux informatiques ne font pas exception : on retrouve ces 4 notions, énoncées de façon

légèrement différente



Diapositive 8

Notions de ressources et d’usagers

usagers

Notions de ressources et d’usagers :

Un réseau informatique est un ensemble de systèmes informatiques interconnectés contenant

des ressources distribuées à des usagers distants.

Dans certains cas, il existe des centres de production de ressources (centres serveurs) reliés

entre eux, (et aux usagers) par un réseau de distribution.

Dans d'autres cas, le réseau met seulement en communication les usagers, qui apportent eux-

mêmes leurs ressources: ce sont des réseaux de transport : réseau de communication,

messageries …

Les réseaux informatiques, et plus généralement les réseaux multimédia de télécommunication

offrent souvent des combinaisons de ressources réparties, et de nombreux moyens de

communication.

Ainsi, en raison de la convergence de l’informatique et des télécommunications, il n'y a pas de

définition générale et formelle d'un réseau…On pourrait poser de nombreuses questions

"existentialistes" :

- Où commence un réseau ? ( 2 ordinateurs qui utilisent une imprimante commune sont-ils en

réseau ? )

- Où s'arrête un réseau ? ( les usagers font-ils partie du réseau ?) ...

Cependant, on peut affirmer que la prolifération des réseaux de télécommunication et l'accélération

des services de plus en plus nombreux, ont un impact (irréversible) sur notre mode de vie

quotidienne (téléphone numérique, visiophonie, minitel, fax, internet ...).



Diapositive 9

Notions de système ouvert

La connectivité

La normalisation des interfaces

La synergie de l’ensemble interconnecté

Notions de système ouvert :

Pour faire communiquer des systèmes entre eux, il faut évidemment les interconnecter. La

connectivité impose que les systèmes soient ouverts, c'est à dire que l'on puisse connecter (ou

déconnecter) un système, sans nécessairement remettre en cause l'ensemble. Cela entraîne 2

conséquences :

- une normalisation de leurs interfaces. Il est hors de question de figer les systèmes eux-

mêmes dans une norme universelle. Alors, en normalisant leurs interfaces, ils peuvent

communiquer de façon indépendante de leur fonctionnement interne. L’interface sera d’autant

moins simple et moins performante que les systèmes sont hétérogènes.

une grande synergie de l'ensemble : les services résultant de l'interconnexion dépassent la

somme des services fournis par chacun des systèmes. Cette synergie entraîne elle-même des

problèmes d'éthique.

On peut illustrer cette notion par 2 exemples :

Exemple du réseau routier : En interconnectant des réseaux routiers, on peut relier Brest à

Vladivostok par la route, sans aucune volonté de créer un telle liaison . Elle existe de fait … même

si aucun Breton n’envisage d’aller au fond de la Sibérie par la route.

Exemple du réseau internet : L’interconnexion de réseaux informatiques, et de réseaux de

télécommunication permet à un consommateur Australien de consulter une base de données d’un

distributeur de cassoulet du sud-ouest de la France, et éventuellement d’en acheter une boite. Cela

est peu probable ( le fabricant de cassoulet n’envisage sans doute pas le marché Australien), mais

c’est techniquement possible.

Ainsi l’interconnexion de systèmes induit des possibilités qui vont bien au-delà de celles qui sont

envisagées au moment de cette interconnexion.



Diapositive 10

Notions d’architecture

Complexité des problèmes d’interconnexion

Clivage en niveaux

Notions d’architecture :

Les problèmes posés par l'Interconnexion des Systèmes Ouverts (ISO) sont nombreux, et

relativement complexes. Pour les aborder, on définit un modèle d’architecture en couches, de

manière à les isoler et à faciliter leur résolution.

Prenons par exemple la décision de relier Bordeaux à Turin par une liaison téléphonique (en

supposant qu’une telle liaison n’existe pas déjà)

Tout d’abord, il faut établir une liaison physique par un un support de connexion. Il faudra étudier

et choisir le support adapté à la communication (câble coaxial, fibre optique, liaison hertzienne, ou

combinaison de ces supports).

Il faudra ensuite examiner le chemin d’implantation de cette ligne. Il est peu probable que l’on

creuse une tranchée de Bordeaux à Turin pour y enterrer un câble qui relie directement ces 2

villes. On étudiera la possibilité d’utiliser des chemins existants, en passant par Londres ou par

Madrid. Ainsi, si plusieurs chemins sont possibles, il faudra en sélectionner un.

Enfin, une fois la liaison établie, il faudra adopter une langue pour converser (il pourrait en avoir 2

en faisant appel à des interprètes).

Il est évident que les 3 problèmes évoqués (le support physique, le routage, et la présentation des

données) sont indépendants, et il faudra les traiter à des niveaux différents .

Cette approche n'est pas nouvelle: c'est celle qui prévaut dans l’architecture d'un système

informatique localisé (couches matérielles, couches systèmes, et couches logicielles).

Dans le cas des réseaux informatiques, les architectures sont normalisées.



Diapositive 11

Notions de sécurité :

L'interconnexion des systèmes peut

entraîner des dégradations contre

lesquelles il faut se prémunir. Il faut

assurer :

- l'intégrité des entités transportées

(les systèmes de transmission

traditionnels ne sont pas

suffisamment fiables par rapport aux

systèmes de traitement de

l’information),

- le fonctionnement en mode

dégradé: lorsque certaines ressources sont indisponibles, le reste du réseau continue à

fonctionner (coupure d’une ligne par exemple)

Notions de sécurité

Intégrité des informations transportées

Contrôle des accès

Confidentialité

le contrôle des accès, pour éviter les intrusions.

la confidentialité des informations qui peut être obtenue par le contrôle des accès, ou par

cryptage des données.

Diapositive 12

Evolution vers les réseaux

informatiques:

L’objectif n’est pas de faire

l’historique des réseaux

informatiques, mais de comprendre

comment l’informatique s’est

développée en direction des réseaux,

et s’est affranchie de la distance

physique entre les usagers et les

ressources.

Après un bref rappel sur

l’informatique localisée, nous verrons

comment la téléinformatique a

autorisé les usagers à ignorer la distance qui les sépare de la machine qui traite leurs informations.

Évolution vers les réseaux

L’informatique localisée

La téléinformatique

Les réseaux informatiques

En arrivant à répartir aussi les centres de traitement de l’information, on arrive aux réseaux

informatiques qui non seulement autorisent le traitement réparti de l’information (elle même

répartie), mais qui offrent aussi des moyens de communication.



Diapositive 13

Système mono-utilisateur :

L’informatique localisée (1)

UT

MC

T

Système mono-utilisateur

On dispose d'un ordinateur et de

toutes ses ressources :

- une unité de traitement,

- une mémoire centrale,

- une mémoire de masse,

- des périphériques de dialogue, ...

Un seul utilisateur mobilise toutes les

ressources, et il faut attendre qu'elles

soient libérées pour les fournir à

l'utilisateur suivant. C’est le

traitement par lots.

Diapositive 14

L’informatique localisée (2)

UT

MC

T

TT

T T

T

Système multi-utilisateurs

Système multi-utilisateurs :

Les progrès des systèmes d'exploitation ont permis une utilisation plus rationnelle des ressources

qui peuvent être partageables dans le temps et dans l'espace mémoire.

Plusieurs utilisateurs peuvent dialoguer (à l'aide de terminaux) avec l’unité de traitement, dans

l’espace mémoire et dans les périodes qui leur sont alloués (exploitation des ressources en temps

partagé).



Diapositive 15

La télé-informatique :

Les terminaux peuvent être distants

de l'unité de traitement, ce qui

nécessite un système de

transmission de données.

Ils sont reliés à l ’unité de traitement

centrale, selon le cas, par des lignes

privées ou publiques, ou encore par

un réseau téléphonique commuté

(RTC).

On trouve une assez grande

diversité de terminaux depuis le

terminal léger de type console, jusqu'au terminal lourd, capable de faire du traitement et du

stockage en local.

La télé-informatique (1)

UTT

T

TT

T

T

TT T

T

T TRTC

Diapositive 16


T

TTT

TT T

T

T TRTC

FrontalCentral(Hôte)

TT T

T

T TRéseau Commuté

lignes spécialisées

La gestion des communications :

Dans le cas où le nombre de terminaux est relativement petit, c'est le système central qui gère les

procédures d'échange.

Dans le cas contraire, on lui adjoint un processeur spécialisé dans le contrôle de communications,

appelé frontal ou pré-processeur, relié au Central par un canal à haut débit, et qui le décharge

de ces tâches.



Diapositive 17


T

TTT

TT T

T

T TRTC

FrontalCentral(Hôte)

TT T

T

T T

lignes spécialisées

TT T

T

T T

T

T

T

lignemultipoints

(bus)

Concentrateur Multiplexeur

lignes multiplexées

Optimisation des moyens de communication :

Avec cette structure, si le taux d'utilisation des lignes spécialisées est faible, ces ressources

(onéreuses) sont mal exploitées.

Pour améliorer l’exploitation des supports de transmission, on peut regrouper les terminaux

voisins, utiliser des lignes multipoints, et des lignes multiplexées (à l'aide d'un multiplexeur,

ou encore d'un concentrateur).

Les multiplexeurs et les concentrateurs ont un rôle d'aiguillage de l'information. Cependant, ils

diffèrent dans leur mode de fonctionnement :

- Un multiplexeur peut acheminer les informations transmises par tous les terminaux, en même

temps sur un canal à haut débit. Il n'y a pas de mémorisation des informations, ce qui implique

que le débit du canal soit égal à la somme des débits de toutes les voies d'accès. Dans l'autre sens,

le démultiplexeur distribue les informations du canal central vers les terminaux.

- Un concentrateur possède des ressources en mémoire, qui jouent le rôle de tampons. Le débit

du canal a un débit inférieur à la somme des débits des lignes des terminaux. Son fonctionnement

sans engorgement repose sur le fait que tous les terminaux ne travaillent pas longtemps en même

temps, ce qui permet "d'écouler" les informations qui transitent dans les tampons. Dans l'autre

sens, le concentrateur diffuse les informations du canal vers les terminaux.



Diapositive 18

Liaisons permanentes:

La structure précédente constitue

déjà un réseau, mais dans une

configuration particulière (un

ordinateur central dont les ressources

sont partagées par des terminaux,

éloignés plus ou moins nombreux, c

qui nécessite quand même la prise en

compte du transport de

l'information.

e

On peut généraliser cette structure à

un ensemble d'ordinateurs,

connectés en réseau, voire à un ensemble de réseaux interconnectés.

Les réseaux informatiques (1)

liaisons permanentes

Les liaisons peuvent être permanentes, ou commutées.

Diapositive 19

Les réseaux informatiques (2)

réseaucommuté

noeuds decommutation

T

T

T

TT

T

T

T

T

T

T

TTT

T

T

T

T

T

T

T

T

TT

T

T

T

TT T

T

TUT UT

UTUT

ETTD

ETTDT

Liaisons commutées :

Les équipements raccordés au réseau commuté (unités de traitement ou terminaux) sont appelés

ETTD (" Équipement Terminal de Traitement de Données")

Les liaisons entre les ETTD sont temporaires : des chemins sont établis à travers le réseau

commuté, en fonction des besoins.

En multipliant les unités de traitement et les ressources qui leur sont attachées, on augmente la

puissance de l'ensemble, c’est à dire sa synergie.



Diapositive 20

Essai de classification

L’envergure

La topologie

Le type de commutation

Essai de classification :

Il existe une très grande diversité de réseaux informatiques, et les solutions apportées à leurs

problèmes sont aussi diverses. Afin que chaque réseau ne soit pas un cas d'espèce, il est

souhaitable de regrouper ceux qui présentent des caractéristiques communes. Comme pour toute

classification, il faut définir des critères. Bien que leur liste ne soit pas exhaustive, nous en avons

retenu trois :

L’envergure qui prend en compte la distance entre les équipements les plus éloignés.

La topologie qui définit la façon dont les systèmes sont interconnectés

Le type de commutation qui définit la façon dont les données sont acheminées à travers le

réseau.



Diapositive 21

L’envergure

Type de station

Distance

Transmission

Débit binaire

µProcesseur

<m

Parallèle

Tb/s

Réseaux« En bus »

µOrdinateur

< km

Série

Mb/s à Gb/s

Ordinateur

>km

Série

Kb/s à Gb/s

RéseauxLocaux

RéseauxEtendus

LAN WANMAN

L’envergure :

La distance ( prise au sens de l'envergure du réseau) est un critère intéressant, car la

classification à laquelle elle conduit, est aussi valable pour d'autres critères tels que la

transmission en série ou en parallèle, le débit binaire, le type de stations interconnectées.

Elle se résume au tableau ci dessus, où apparaissent trois classes de réseaux :

Les réseaux « en bus » : en réalité, ce sont des ordinateurs constitués de plusieurs processeurs

(souvent des milliers) qui communiquent entre eux par des bus en parallèle à très haut débit. Leur

étude relève de l’architecture des ordinateurs et non de celle des réseaux.

Les réseaux locaux (LAN) : ils sont implantés dans les entreprises, à l’échelle de la pièce, de

l’immeuble, ou de quelques immeubles et sont utilisés pour échanger(ou partager) des données

entre microordinateurs.

Certains réseaux locaux ont été étendus à l’échelle de la cité : on les appelle réseaux

métropolitains (MAN)

Les réseaux étendus (WAN) sont implantés sur de longues distances, à l’échelle du pays, du

continent ou de la planète. Ils relient entre eux des centres informatiques équipés de gros

ordinateurs, ou des sous réseaux.



Diapositive 22

La topologie

réseau maillé Réseau arborescentRéseau en étoile

Réseau en bus Réseau en anneau Matrice de connexion

La topologie :

Un réseau peut être représenté par des stations de données reliées entre elles par des liaisons

de données.

La façon dont les stations sont interconnectées constitue la topologie du réseau, représentée par

un graphe, dont les noeuds sont les stations et les arcs les liaisons.

La topologie maillée est la plus générale. Bien que toutes les stations ne communiquent pas

directement par une liaison de données, il existe en général plusieurs chemins pour passer d’une

extrémité à l’autre du réseau. On trouve le plus souvent cette topologie dans les réseaux étendus,

constitués par l’interconnexion de centres informatiques, ou de sous-réseaux communiquant entre

eux par des routeurs.

La topologie en arbre résulte d’une organisation hiérarchique d’un système d’information répartie,

souvent centralisé.

La topologie en étoile est un cas particulier d’arborescence.

Les topologies en bus et en anneau constituent souvent le moyen de relier plusieurs stations par

une liaison commune (ou multipoints). On les trouve plutôt dans les réseaux locaux.

Enfin, plus rarement, on peut trouver des topologies « exotiques », telle que la matrice de

connexion, justifiées par des stratégies de communication particulières.



Diapositive 23

Le type de commutation

La commutation de circuits

La commutation de messages

La commutation de paquets

Le type de commutation :

Comme nous l'avons déjà évoqué,

dans les réseaux maillés, les

stations ne sont pas reliées 2 à 2, et

les informations échangées entre 2

stations extrémités vont passer par

des stations intermédiaires, appelés

commutateurs (d'où le nom de

réseau commuté).

Suivant la façon dont sont transmises

les informations "de bout en bout", on

aura plusieurs types de réseaux :

Les réseaux à commutation de circuits

Les réseaux à commutation de messages

Les réseaux à commutation de paquets

Diapositive 24

La commutation de circuits

A

B

La commutation de circuits :

C'est le principe de fonctionnement du Réseau Téléphonique Commuté (RTC).

- Un circuit est établi entre les stations A et B avant l'échange des données

- Une fois le circuit établi, les données peuvent être échangées.

- Ce circuit est attribué à la communication AB (et en principe, uniquement à AB) pendant toute

la durée de la communication).

- Pendant les "silences", le circuit est inutilisable pour une autre communication.

- Tout se passe comme s'il y avait une seule liaison de données entre A et B.



Diapositive 25

La commutation de messages

A

B

N1

N2

N3

La commutation de messages :

Le principe est différent: les données sont acheminées au fur et à mesure des commutations.

Un message est une suite logique de données qui forment un tout (fichier, enregistrement, ... )

Les commutateurs sont dotés de mémoire, car le message est envoyé de nœud en noeud.

Dans le cas de la figure ci-dessus, le message est transmis de A à N1, où il est stocké, et vérifié. Il

est ensuite transmis de N1 à N2. Pendant ce temps, la liaison (A_N1) est libérée. Il est ensuite

transmis de N2 à N3, … et ainsi de suite jusqu’à B.

avantage: sur le chemin, on n'utilise qu'une seule liaison de données à la fois, les autres étant

disponibles pendant ce temps pour d'autres communications.

inconvénients : si la taille des messages est trop importante, il y a des risques :

- de débordement des tampons de stockage (un noeud de commutation peut recevoir des

messages depuis plusieurs stations),

- de lenteur de transmission de bout en bout (il faut attendre qu'un message soit entièrement

arrivé dans un noeud avant de pouvoir le retransmettre vers le noeud suivant),

- de probabilité d'erreur importante, qui peut se traduire parfois par un blocage du réseau

(pour un taux d'erreur donné, la probabilité d'erreur sur un bit est proportionnelle à la longueur du

message).



Diapositive 26

La commutation de paquets

A

B

N1

N2

N3

P1

P2

P3

P4

La commutation de paquets :

- Pour palier aux inconvénients engendrés par les messages de taille trop importante, on

fragmente les messages en paquets de taille moyenne.

Les paquets sont acheminés de noeud en noeud : après avoir été vérifiés, ils sont réexpédiés, sans

attendre la totalité du message. Dans le cas de la figure ci-dessus, le paquet P1 est transmis de A à

N1. Ensuite il est transmis de N1 à N2, mais pendant ce temps, le paquet P2 est transmis de N1 à

N2. Ensuite, il est transmis de N2 à N3, mais pendant ce temps, le paquet P2 est transmis de de

N1 à N2, alors que le paquet P3 est transmis de A à N1. La figure représente l’étape suivante, où

P1 est transmis de N3 à B alors que P2 est transmis de N2 à N3, P3 de N1 à N2, et P4 de A à N1.

avantages: ceci élimine les inconvénients engendrés par la commutation de messages :

- A débit constant, le délai d'acheminement de bout en bout est plus court, puisqu’on n ’attend

pas que tous les paquets du message soient parvenus dans un nœud pour commencer à les

transmettre au nœud suivant.

- La capacité de stockage des nœuds de commutation est moindre : à un instant, ils ne

contiennent qu’un paquet de ce message.

- A taux d'erreur constant, la probabilité d'erreur sur un paquet (un bit erroné) est plus faible, et

en cas d'erreur, seul le paquet erroné doit être retransmis.

inconvénients :

- La transmission du message mobilise plusieurs liaisons de données en même temps

- les données ne sont plus découpées en unités logiques : après la transmission , il faut

reconstituer le message.

Cependant, ce type de commutation est fréquemment employé.



Diapositive 27

Essai de classification

Conclusions

Conclusions :

Cette classification conduit à appliquer des solutions de même type aux problèmes rencontrés dans

des réseaux de même type. Cependant, ses effets sont limités par le flou des critères quantitatifs

(la distance par exemple), et surtout par l’interconnexion des réseaux hétérogènes qui rend

l’ensemble inclassable.

(Comment considérer la topologie du réseau obtenu en interconnectant un réseau en bus et un

réseau en anneau ?)



Diapositive 28

La transmission de l’information

L’information

La représentation physique

La nature du signal

La nature du support

La représentation logique

La transmission de l’information :

Une des caractéristiques essentielles des réseaux informatiques est le traitement à distance de

l’information. Pour transmettre de l’information entre 2 sites voisins, il faut qu’ils soient

interconnectés par un support de transmission (médium). Si deux sites ne sont pas directement

reliés entre eux, l’information peut être relayée par d’autres sites ou dispositifs intermédiaires.

Pour mettre en œuvre aussi bien le traitement que la transmission de l’information à l’aide de

dispositifs physiques, il faut d’abord définir la nature de l’information et la façon dont elle peut

être traitée ou transmise par des dispositifs physiques (ordinateurs entre autres) ?

L’information est un entité abstraite : une parole, une image, un texte, un geste, une pensée, un

rêve … sont sources d’information. Ceci ne la prédispose pas à être traitée ou transmise par des

dispositifs physiques !

La solution consiste à représenter l’information par un signal physique, c’est à dire par une

grandeur physique dont l’amplitude (ou un autre paramètre) varie dans le temps. Ainsi, toute

source d’information nécessite un capteur (au sens large du terme) qui traduit cette information

par un signal physique. L’information représentée par le signal capté ne peut être traitée ou

transmise par un dispositif physique que s’ils sont de même nature. Par exemple, un signal

électrique peut être traité par une machine électrique et transmis par un support métallique

(conducteur de l’électricité). Cependant, d’autres signaux (magnétiques, optiques

électromagnétiques, …) peuvent être convertis en signaux électriques.

Pour les exemples d’informations cités plus haut, on peut remarquer que l’on ne dispose pas de

capteurs physiques de pensée, mais par contre une pensée peut être transcrite dans un texte qui

lui même, après lecture par un dispositif physique, peut générer des signaux électriques.

A la source des réseaux informatiques, l'information est de nature diverse (multimédia):

données de type numérique ou de type texte, son, image ... Elle est toujours représentée

physiquement par des signaux qui se propagent sous forme d'ondes (électriques,

électromagnétiques, optiques ...), par des phénomènes vibratoires, sur des supports adaptés à

leur nature (fils électriques, milieu aérien, fibres optiques ...).



Les signaux peuvent se présenter à l’entrée (ou être restitués à la sortie) d’un dispositif sous 2

formes : analogique, ou numérique.

Il reste à donner un sens à l’information. Pour cela, il faut l’exprimer dans un code qui soit

compatible avec la nature du dispositif qui la traite. Pour le traitement par un ordinateur dont les

composants de base sont des commutateurs électroniques à 2 états (transistors), l’information est

codée en binaire (représentation logique de l’information), et matérialisée par des signaux

binaires (représentation physique de l’information). Nous retrouverons ces 2 niveaux de

l’information (physique et logique) dans les architectures d’interconnexion de systèmes.

Diapositive 29

Le signal analogique

S(t)

t

Le signal analogique :

- l’amplitude du signal varie de façon continue (ne pas confondre avec un signal continu).

- l'amplitude peut prendre une valeur quelconque ( donc une infinité de valeurs)

- la durée d'une amplitude est infiniment petite: entre 2 instants, l'amplitude prend une infinité de

valeurs



Diapositive 30

Le signal numérique

S(t)

t00

01

10

11

T

k = 2

Valence = 4

Le signal numérique :

Le signal est discret (ou quantifié,

ou échantillonné).

Il se présente sous la forme d'une

suite de nombres (ou

d'échantillons).

Chaque nombre est représenté par

un niveau constant dont la durée T

est appelée moment élémentaire.

T est la durée significative de

l'échantillon, appelée aussi période

d'échantillonnage.

Le nombre de valeurs que peut prendre un nombre est fini : c'est la valence du signal.

Si la valeur des nombres est codée en binaire par k bits, la valence est 2k .

Diapositive 31

Le signal binaire

t

t

S

H

1 1 1 1100

t1 10S

? T

suite de bitssignificative

non significativesuite de bits

Le signal binaire:

Le signal binaire est un cas

particulier intéressant de signal

numérique, car c'est sous cette forme

qu'il est traité dans les Equipements

Terminaux de Traitement de Données

(ETTD). Sa valence est égale à 2

(on dit aussi qu'il est bivalent).

Le signal binaire intrinsèque (tout

seul) n’a aucune signification logique.

En effet, il représente toujours la

même suite suite logique binaire :

une alternance de 0 et de 1.

Pour représenter une suite quelconque de bits par un signal S, il faut lui associer une référence

temporelle (horloge H), qui fixe la durée d'un bit T appelée Temps-bit. Cette horloge est

périodique (fréquence constante) afin que tous les bits aient la même durée.

On peut vérifier l’importance de cette référence: le même signal avec des horloges de fréquences

différentes représente des suites binaires différentes.



Diapositive 32

La nature des transmissions :

A la source, les signaux peuvent être

numériques ou analogiques. Ils ne

sont pas nécessairement transmis

sous leur forme d'origine : la

transmission aussi peut être

numérique ou analogique.

On a donc 4 possibilités suivant la

nature des signaux, et de la

transmission :

La source et la transmission sont

analogiques (par exemple, le RTC).

La source est analogique, et la

transmission est numérique (par exemple la transmission de la voix sur le réseau RNIS).

La nature des transmissions

Sourceligne

numériquenumérique

Sourceligne

numérique analogique

Sourceligne

analogique numérique

Sourceligne

analogiqueanalogique

La source et la transmission sont numériques (par exemple, la transmission de données sur un

réseau local).

La source est numérique, et la transmission est analogique (par exemple la transmission de

données par un ordinateur raccordé au RTC par un modem).



Diapositive 33

La caractérisation physique d’une transmission

• La décomposition d ’un signal

• Le spectre d ’un signal

• La bande passante d ’un support

• L’adéquation entre le signal et le support

La caractérisation physique d’une transmission :

En raison de la distance entre les entités communicantes, un support ne se comporte pas comme

un « tuyau » où tout ce qui rentre se retrouve en sortie.

Pour qu ’un signal puisse être transmis, il faut lui fournir de l’énergie, et cette énergie dépend de

la forme du signal. Il faut donc étudier le spectre du signal qui représente la distribution de son

énergie en fonction de sa forme.

Le support, et plus généralement le système de transmission, absorbe une partie plus ou moins

grande de cette énergie, ce qui a pour conséquence d’atténuer le signal en sortie, de le déformer,

et parfois de le bloquer. Il faut donc aussi étudier les conditions à respecter pour que le support

puisse transmettre le signal.

Enfin, il faut trouver l’adéquation entre le signal et le support afin que la transmission du signal

soit correcte, c’est à dire les déformations acceptables pour que l ’information puisse être

reconstituée par le récepteur du signal.

De plus, le signal en cours de transmission est soumis à des perturbations, et il faut en tenir

compte pour évaluer les performances de la transmission.



Diapositive 34

Le paramétrage d’un signal

T= 1 / f

t

A(t)

A0

sinØA0

Le paramétrage d’un signal :

Un signal se propage sous forme d’une onde par un phénomène vibratoire. Le phénomène

vibratoire le plus simple est représenté par un signal sinusoïdal dont l’amplitude varie dans le

temps :

A (t) = A0 sin ( 2� f t + Ø ) où :

A0 est l'amplitude maximale

f est la fréquence exprimée en Hz avec f=1/T , où T est la période en s.

Ø est la phase, exprimée en radians

Un signal périodique quelconque de période T peut être décomposé en série de Fourier, c'est

à dire en une somme de signaux sinusoïdaux :

S(t) = A0 + � Ak sin ( 2� kf t + Øk ) où :

k est un entier variant de 1 à l’infini

f = 1/T est la fréquence fondamentale

A0 est la composante continue (fréquence nulle)

A1.sin(2�ft+Ø1) est la composante fondamentale, ou 1er harmonique, de fréquence f

Les autres composantes (harmoniques) sont des sinusoïdes de fréquence multiple de f : 2f, 3f,

4f, ...

Ak sin ( 2�kft+Øk ) est le kième harmonique, d'amplitude maximale Ak , de fréquence k.f, et de

phase Øk .



Diapositive 35

Le spectre d’un signal (1)

énergie

fréquencef

Signal sinusoïdal

Le spectre d’un signal :

Le spectre d'un signal représente la

répartition de son énergie ( ou

densité d'énergie ), en fonction de la

fréquence de ses composantes.

Mathématiquement, c'est une f

obtenue à partir du signal, par une

transformation (Fourier) faisant

intervenir une variable complex

Nous n’aborderons ici que l’aspect

qualitatif de cette transform

Le spectre d’un s

onction

e.

ation.

ignal sinusoïdal est

une raie, puisque la fréquence de ce signal est constante.

Toute l’énergie du signal est concentrée à cette fréquence.

Diapositive 36

Le spectre d’un signal :

Le spectre d'un signal quelconque

est constitué par des raies,

correspondant à ses composantes.

Chaque raie représente une sinusoïde

de la série de Fourier. Les raies sont

situées aux fréquences 0, f, 2f, 3f, …

En pratique on représente le spectre

par une courbe continue

correspondant à l’enveloppe de toutes

les raies.

On constate qu'au delà d'une certaine

fréquence, l'amplitude des

composantes devient nulle (ou négligeable ), c’est à dire qu’à ces fréquences, le signal ne possède

pas d’énergie.

Le spectre d’un signal (2)

Signal quelconque

énergie

f

énergie

flargeur de bande

Ainsi, un signal ne possède d'énergie que dans une zone de fréquence, appelée largeur de

bande.

On montre que la quantité d'information liée à un signal est d'autant plus grande que sa largeur

de bande est importante : un signal sinusoïdal contient peu d'information !



Diapositive 37

La bande passante du support

f

Ps/Pe1

0,5

0

f

Ps/Pe1

0

Bande passanteà 3dB

e s

La bande passante du support :

Un support (appelé aussi canal de transmission) absorbe plus ou moins l'énergie du signal qu'il

transporte en fonction de la fréquence des composantes de ce signal.

L'étude harmonique d'un support consiste à étudier le rapport entre la puissance du signal de

sortie Ps et la puissance d’un signal d’entrée Pe lorsque ce dernier est un signal sinusoïdal de

fréquence f variable. Nous ne ferons pas une étude quantitative de cette analyse, mais nous en

interprèterons les résultats.

Tout d’abord, en faisant une hypothèse de linéarité (très proche de la réalité), on montre que le

signal de sortie s est aussi un signal sinusoïdal de même fréquence que le signal d’entrée e.

On obtient une courbe qui montre qu'à certaines fréquences, le signal passe bien (Ps/Pe # 1, c’est

à dire que la puissance du signal de sortie est voisine de celle du signal d’entée), alors qu'à

d'autres fréquences, le signal passe mal, ou pas du tout (Ps/Pe # 0)

La bande des fréquences qui laissent passer le signal en absorbant moins de la moitié de son

énergie est appelée la bande passante à 3 décibels.

Ainsi, le support se comporte comme un filtre qui ne laisse passer que les harmoniques dont la

fréquence est située dans la bande passante.

La bande passante est idéalisée comme un filtre qui laisse passer ou non un signal de fréquence f.

Cela est vrai pour les fréquences du centre de la bande passante (elles passent), ou au contraire

pour les fréquences bien au-dessous, ou bien au-dessus (elles ne passent pas)

Par contre, pour les fréquences voisines des fréquences de coupure, les harmoniques situés de part

et d’autre sont plus ou moins atténués, et déformés.



Diapositive 38

L’adéquation du signal et du support

f

bande passante

S4

S3

S2

S1

S5

L’adéquation du signal et du support :

L'atténuation du signal dépend de la nature, de la qualité, et de la longueur du support. Si toutes

les composantes du signal étaient atténuées de la même manière, le signal ne serait pas déformé :

il serait seulement affaibli (ce qui serait facilement remédiable par une simple amplification).

Certains harmoniques du signal sont filtrés, d'autres sont plus ou moins atténués (de façon

inégale): il en résulte des distorsions.

A la sortie du canal, le signal reconstitué par la série de Fourier amputée de certains harmoniques

est plus ou moins déformé :

- Si le spectre du signal est situé dans la bande passante du support (S3), il laisse passer tous

les harmoniques. Le signal passe à travers le support, et en sortie, il ressemble au signal d'entrée.

Ce cas ne pose aucune difficulté pour reconstituer la suite binaire associée au signal.

- Si le spectre du signal est à l'extérieur de la bande passante (S1,S5), le signal est filtré par le

support.

- Si le spectre du signal chevauche la bande passante (S2,S4), certains harmoniques seront plus

atténués que d'autres, et le signal sera déformé. Suivant l’ampleur des déformations, il sera

possible ou non de reconstituer la suite binaire transmise, avec plus ou moins de fidélité.

Remarques :

Certains dispositifs (appelés égaliseurs) permettent de compenser les différences d'atténuation

des harmoniques, à l'intérieur de la bande passante du canal

- L'analyse harmonique d'un support montre qu'il modifie aussi la phase des harmoniques. Si

l'oreille est insensible aux distorsions de phase (réseau téléphonique), il n'en est pas de même

pour les systèmes informatiques pour lesquels ce phénomène posera un problème de

synchronisation. Par exemple, certaines lignes téléphoniques sont munies d'un dispositif pour

compenser ces déphasages (bobines de Pupin).



Diapositive 39

Les perturbations du signal

t

s(t)

signal émis

signal bruité

Les perturbations du signal :

Le support de transmission n'est pas parfait: il ne laisse passer que certains harmoniques des

signaux, et souvent avec des distorsions.

A ces imperfections viennent s'ajouter des perturbations du signal, d'origine diverse (externes

ou internes au système de transmission ) appelées bruit.

Considéré comme un signal, le bruit vient se superposer au signal émis et le perturber, limitant

ainsi les performances de la transmission.

Comme tout signal, il est caractérisé par son amplitude, et son énergie, ainsi que par la bande de

fréquence dans laquelle il se manifeste. (On appelle bruit blanc un bruit d'amplitude constante,

pour toute fréquence).

En fait, pour mesurer les perturbations apportées par le bruit, on le compare au signal, en

établissant le rapport d'énergie entre le signal et le bruit : S/B. On l'exprime en décibels.

Ainsi, une des caractéristiques d'une transmission est son immunité au bruit, que l'on exprime

par le rapport signal / bruit en décibels.



Diapositive 40

Le débit binaire (1)

• Débit binaire : D= 1/T (T : durée d'un bit)

• Débit physique

• Débit utile

Le débit binaire :

L’utilisateur d'un canal de transmission s'intéresse surtout à la rapidité de transmission

d'information de ce canal. Ainsi, il pourra avoir une idée de la durée de la transmission d'un

certain volume d'information. Cette rapidité s'exprime par le débit binaire.

On appelle débit binaire (noté D) d'un canal de transmission numérique la quantité d'information

transmise (ou reçue) par seconde à travers ce canal : on l'exprime en Bits par seconde (B/s ou

Bps).

Le débit physique est une caractéristique de la voie physique de transmission. (Par exemple, on

parlera du débit physique d'une ligne téléphonique, ou d'une fibre optique ).

Le débit utile est le débit demandé (ou fourni) par l'application. Il dépend de la voie logique

utilisée. Il est souvent différent du débit physique, pour plusieurs raisons:

- parce qu'il peut y avoir des silences,

- parce que le support physique est partagé entre plusieurs applications,

- parce que de l'information de contrôle est insérée dans l'information utile,

parce que l'information transmise est compressée ...

Le débit physique d'une ligne de transmission (ou débit nominal) est limité par des

caractéristiques physiques du support et du signal.



Diapositive 41

Le débit binaire (2)

NYQUIST : Dmax = 2 W log2(V)Dmax = débit maximal en b/sV = Valence du signalW = bande passante en Hzlog2 = log à base 2

SHANNON : Dmax = W log2( 1 + S/B )S/B = rapport signal/bruit

Le débit binaire :

La capacité d’un support est le débit maximal qu’il peut assurer :

Nyquist a démontré que pour reconstituer le signal, il faut que la durée d'un échantillon (le

moment élémentaire pour un signal numérique) soit suffisamment grande, ce qui limite le débit

maximal. La capacité d’un canal est limitée par sa bande passante et par la valence du signal qu’il

transporte.

Pour un signal numérique, log2(V) représente le nombre de bits nécessaires au codage d'un

niveau.

Le signal émis subit toujours un filtrage par le système de transmission, et le signal reconstitué

est d'autant plus fidèle au signal émis que le nombre d'harmoniques transmis est important, c'est à

dire que la bande passante est importante.

Shannon a montré que la capacité maximale de transmission est limitée par la bande passante et

par le rapport Signal/Bruit.

En fait, c’est la valence qui est limitée par le rapport signal/bruit : Intuitivement, on comprend

aisément que lorsque la valence augmente, l’écart entre 2 niveaux voisins s’amenuise, et quand le

bruit devient important, on ne peut plus les distinguer car ils se confondent.

Pour augmenter la capacité de transmission, il faut donc augmenter la bande passante et le rapport

S/B (par exemple en augmentant la puissance du signal émis, ou encore en blindant les câbles afin

de diminuer le bruit ).



Diapositive 42

La rapidité de modulation

R= 1/∆ en bauds∆= durée minimale du paramètre significatif du signal

s(t)

t

01

00

1011

01

10

00

01

11

Signal transmis en valence 4

R = 1/ ∆

∆

La rapidité de modulation :

Pour l'instant, le paramètre significatif retenu pour représenter l'information contenue dans un

signal numérique est son amplitude, mais nous verrons qu'il peut y en avoir d'autres (notamment

la fréquence, et la phase). Quand le signal passe d'un niveau à un autre niveau, il se produit un

changement d'état.

La rapidité de transmission d'un signal dépend de sa forme (c’est à dire de son codage), et de

la rapidité à laquelle sont effectués les changements d'état de son amplitude.

Physiquement, c'est le nombre de changements d'états par seconde qui est limité par le support et

par le système de transmission.

On appelle rapidité de modulation ( notée R) d'un canal de transmission le nombre de

changements d'état par seconde, du signal numérique, et on l'exprime en Bauds.

Si le paramètre significatif d'un signal numérique est son amplitude, � est alors le moment

élémentaire (ou période d'échantillonnage).

� est aussi parfois appelé durée de modulation.

Remarque: Il y a souvent confusion entre rapidité de modulation et débit binaire. Dans le cas d’un

signal binaire (valence 2) ces 2 grandeurs s’expriment par le même nombre, (car � = T), mais pas

par la même unité.

A rapidité de modulation constante (c’est elle qui est limitée physiquement),donc pour un � donné,

le débit binaire augmente avec la valence. En effet pour un signal binaire, on transmet un bit entre

2 changements d’état, alors que pour un signal à valence 4, on transmet 2 bits entre 2

changements d’état. On peut noter que D = R log2(V)

On a donc intérêt à transmettre un signal à valence supérieure à 2 pour augmenter le débit binaire

(mais n’oublions pas que la valence est limitée par le bruit).



Diapositive 43

La déformation des signaux pour leur transmission

f

f

f

Signal binaire d’origine

Codage en bande de base

Modulation

Déformation

Translation

La déformation des signaux binaires pour leur transmission :

A la sortie d'un Equipement Terminal de Traitement de Données (ETTD), l'information se présente

sous forme d'une suite de bits, c'est à dire que le signal physique est une suite de courants ou

de tensions électriques valant 0 ou +A.

L’analyse harmonique du support (sur une longue distance) montre qu’il filtre les très basses

fréquences.

Par ailleurs, l’étude du spectre du signal physique binaire montre qu’il se situe en grande partie

dans une zone de basses fréquences. Le support filtre donc une grande partie du signal et il est

impossible de reconstituer la suite binaire associée. Ceci explique que le signal binaire physique se

propage mal sur un long support. Le support est mal adapté au spectre du signal binaire.

Pour remédier à ce problème, il faut déformer le signal ( donc son spectre) sans modifier le

signal logique (suite de bits), de manière à assurer une meilleure adaptation au support, donc une

meilleure propagation.

A cette fin, on peut recourir à 2 procédés :

- la déformation du signal par codage en bande de base, sans modifier notablement la zone de

fréquence de son spectre

- la transposition en fréquence par modulation, afin que le spectre du signal modulé soit situé

dans la bande passante.



Diapositive 44

Le codage en bande de base

ETTD ETTD

codeur/décodeuren bande de base en bande de base

codeur/décodeurligne

ETCD ETCDSignal codé

Spectre du signal codé

f

DéformationAvant codage

Le codage en bande de base :

Le codage est réalisé par un codeur en bande de base (ETCD) qui transforme le signal binaire à

la sortie de l'ETTD émetteur en un signal codé émis sur la ligne.

A l'autre extrémité de la ligne, un décodeur (ETCD) restitue le signal d'origine à l'ETTD récepteur.

La modification de la forme du signal par le codage entraîne une déformation de son spectre. Le

spectre du signal codé est situé sensiblement dans la même zone de fréquences que celui du

spectre du signal d’origine (d’où le nom de « bande de base »), mais à l’intérieur de la bande

passante.

Cela limite les possibilités de ce procédé. En effet, si le spectre du signal d’origine est situé bien à

l’extérieur de la bande passante, la déformation ne parviendra pas à le caler dans la bande

passante.

Il existe une grande diversité de codes. L’analyse approfondie du spectre du signal codé permet de

choisir un code efficace pour atteindre le but recherché. Cependant, il se produit une déformation

et une dégradation rapide des signaux avec la distance, ce qui limite l'utilisation de ce procédé

(simple à mettre en oeuvre) aux réseaux locaux.

Les 2 figures suivantes montrent un exemple de code fréquemment utilisé dans les réseaux locaux:

le code Manchester, dans ses 2 versions (bipolaire simple, et différentiel).



Diapositive 45

es

s

hangement

s

n

Le codage Manchester biphasé :

Le code Manchester biphasé

donnée0

10 0 0 0 0

1 1 1 1 1 11t

-A

+A

0 tSignal codé

t

T T

niveau 0 niveau 1-A

+A Codage des bits 0 et 1

Les codes Manchester introduisent

toujours une transition au milieu

de la durée du bit T. Ceci entraîne

des variations fréquentes de

l’amplitude du signal (même lorsque

le signal binaire d’origine présente d

suites monotones de 0 ou de 1. Ce

qui facilitera la synchronisation) Dan

le code Manchester biphase-L

(biphase level), chaque bit est

représenté par une transition entre

les niveaux 0 et 1 du signal d’origine:

zéro est représenté par une transition de (-A) à (+A)

un est représenté par une transition de (+A) à (-A)

Notons au passage, que le niveau du signal codé oscille entre +A et –A, ce qui élimine en grande

partie la composante continue (terme A0 de la série de Fourier), qui « tasse » le spectre du signal

d’origine vers les très basses fréquences.

De plus, l’absence de transition au milieu du temps bit (violation du code) sera utilisée pour

signaler l’absence de signal sur la ligne.

Diapositive 46

Le code Manchester différentiel

donnée

0

10 0 0 0 0

1 1 1 1 1 11

t

t

Signal codé

-A

+A

0

Le codage Manchester différentiel

:

Dans le code Manchester

différentiel, le bit zéro, et seulement

lui, est représenté par un c

de polarité en début d'un temps

bit, ce qui rend le codage

indépendant de la polarité. Dans tou

les cas, il se produit une transition e

milieu de chaque temps bit, comme

dans tout code Manchester.



Diapositive 47

La modulation

ETTD ETTDligne

MODEM MODEM

ETCD ETCDSignal modulé

f

Translation

Avant modulation

fp

porteuse

Spectre du signal modulé

La modulation :

C’est un procédé plus « radical » que le codage en bande de base pour modifier le spectre du signal

d’origine afin qu’il se situe dans la bande passante du support. Il est réalisé par un modulateur

qui transforme le signal fourni par l'ETTD émetteur en un signal modulé émis sur la ligne. A

l'autre extrémité, le signal est démodulé, et restitué à l'ETTD récepteur.

Le principe consiste à faire porter le signal numérique à transmettre par un signal sinusoïdal (

appelé « porteuse » ). Le spectre du signal modulé se situe autour de la fréquence de la

porteuse. Comme cette dernière est réglable, le spectre du signal d'origine subit (outre une

déformation) une translation en fréquence.

Ainsi, même si le spectre du signal à moduler est à l’extérieur de la bande passante, le choix de la

fréquence de la porteuse permet de caler le spectre du signal modulé dans la bande passante.

La porteuse étant un signal sinusoïdal, on peut lui faire porter le signal à transmettre par l'un de

ses 3 paramètres (amplitude, fréquence, phase), d'où les 3 types de modulation :

la modulation d'amplitude (ou ASK : Amplitud-Shift-Keying)

la modulation de fréquence (ou FSK : Frequence-Shift-Keying)

la modulation de phase (ou PSK : Phase -Shift-Keying).

L'analyse spectrale des signaux modulés est relativement complexe. Les 3 procédés de modulation,

bien que reposant sur le même principe, fournissent des performances de transmission différentes,

et le choix de l'un d'eux (ou d'une combinaison) doit être adapté aux caractéristiques physiques du

système de transmission.

Par exemple, en ce qui concerne le rapport signal/bruit, la modulation de phase est plus efficace,

mais plus coûteuse.



Diapositive 48

La modulation d’amplitude

0 1 1 0 0 0 1 001

t

Donnée

t

Porteuse

t+A0-A0

+A1

-A1

+A

-A

Signal modulé0 1 1 0 0 0 1 0

La modulation d’amplitude :

L’amplitude maximale du signal

modulé vaut A0 quand le bit de

donnée vaut 0, et A1 quand il vaut 1.

A0 = A – �A

A1 = A + �A ,

Où A est l’amplitude maximale de la

porteuse.

On reconnaît le signal de donnée dans

l’enveloppe du signal modulé.

Diapositive 49

La modulation de fréquence

t

F F0 1

Signal modulé0 1 1 0 0 0 1 0

F 0 F 0F 1

0 1 1 0 0 0 1 001

t

Donnée

t

Porteuse

+A

-A

+A

-A

La modulation de fréquence:

La fréquence du signal modulé vaut F0 quand le bit de donnée vaut 0, et F1 quand il vaut 1.

F0 = Fp - �f

F1 = Fp +�f

Où Fp est la fréquence de la porteuse



Diapositive 50

La modulation de phase

0 1 1 0 0 0 1 001

t

Donnée

t

Porteuse

+A

-A

t

phase 0 phase 180°

0 1 1 0 0 0 1 0

+A

-A

Signal modulé

La modulation de phase :

La phase du signal modulé vaut 0

quand le bit de donnée vaut 0, et 180

° quand il vaut 1.

Diapositive 51

La jonction ETTD/ETCD

L'interface mécaniqueL'interface électriqueL'interface fonctionnelleL'interface procédurale

ETTD ETCD

InterfaceLigne

La jonction ETTD/ETCD :

Pour transmettre effectivement des suites de bits, l’ ETTD doit se conformer à des spécifications

mécaniques, électriques, fonctionnelles, et procédurales , vis à vis de l’ ETCD:

L’interface mécanique définit les connecteurs,

L’interface électrique définit les paramètres électriques des signaux,

L’interface fonctionnelle définit les signaux de contrôle pour le transfert des signaux de données,

L’interface procédurale définit la procédure à mettre en œuvre pour ce transfert.



Diapositive 52

Les caractéristiques des modems

Caractéristiques principales

Fonctions additionnelles

ETTD MODEMLigne

Les caractéristiques des modems :

Le CCITT (UIT-T) a normalisé une large gamme de modems pour faciliter la connexion d'ETTD à

un grand nombre de réseaux publics. Plusieurs paramètres caractérisent un modem, et (pour des

raisons commerciales) ils sont souvent configurables pour s’adapter à plusieurs configurations.

Les caractéristiques principales sont les suivantes :

- le type de modulation (amplitude,phase, ou fréquence),

- le débit (ou les débits quand le débit est réglable),

- la rapidité de modulation, quand la valence est supérieure à 2,

- le mode de transmission (Asynchrone / Synchrone),

- le mode d'exploitation (semi duplex ou duplex intégral),

- la nature de la ligne de transmission :

- Le RTC,

- Une ligne spécialisée louée à 2 ou 4 fils, de qualité normale (QN) ou supérieure (QS),

- Un groupe primaire : ensemble de voies téléphoniques regroupées sur un support de

bande passante 60-108 kHz, pour les liaisons interurbaines ou à grande distance,

Les fonctions additionnelles :

- l'égalisation : ajustable, ou automatique,

- le brouillage : pour maintenir la synchronisation en l'absence de données,

- le repli à un débit moitié, pour des lignes de qualité médiocre,

- le contrôle d'erreurs,

- la compression et la décompression de données,

- le cryptage de données,

- l'interfaçage multiple et le multiplexage ...



Diapositive 53

Les interfaces physiques

Interfaces Appellation Mécanique Electrique Fonctionnelle Portée Débit nominal

V24/RS 232 ISO 2110 DB 25

V28 V24 12 m 2,4 à 19,2 kbit/s

V35 ISO 2593 DB 34

V11/V10 V24 15 m 10 m

48 à 64 kbit/s 128 à 256 kbit/s

V36 ISO 4902 37 points

V11/V10 V24 15 m 10 m

48 à 64 kbit/s 128 à 256 kbit/s

X24/V11 ISO 4903 DB15

V11 X24 100 m 50 m

64 à 1024 kbit/s 1920 kbit/s

G703 ETSI 300.166 G703 G703 300 m 2048 kbit/s

G703/704 ETSI 300.167 DB 9

G703 G704 300 m 256 à 2048 kbit/s

Les interfaces physiques :

Le tableau ci-dessus donne une idée des interfaces standards proposés par divers organismes

publics ou privés, nationaux ou internationaux.

Il précise la portée et le débit nominal offert par ces standards.



Diapositive 54

L’unicité de la ligne

ETCD

données

commandes

ligne

ETTD Données etCommandesRéférences électriques

t

commandes données commandes

L’unicité de la ligne :

Nous avons déjà examiné la façon d'adapter les caractéristiques des signaux émis à celles des

supports de transmission (codage, modulation).

Dans les réseaux, il faut prendre en considération l'unicité de la ligne de transmission pour des

raisons évidentes d'économie.

Pour que les stations puissent échanger des données, il faut mettre en place des procédures

d'échange (interface procédurale). Les « instructions » de ces procédures sont des signaux de

commande binaires qui changent d’état, et les paramètres sont les signaux de données.

De plus, pour que les signaux physiques de données représentent la même suite binaire (logique)

de part et d’autre de la liaison de données, il faut qu’ils partagent la même référence temporelle

(synchronisation).

Enfin, du point de vue électrique, il faut également qu’ils aient une référence commune (masse, ou

terre).

Dans une liaison de données, il faut distinguer les 2 faces de l'ETCD :

- la jonction entre l'ETTD et l'ETCD est courte, et la multiplicité des lignes ne pose aucun

problème: on peut disposer de lignes de données, et de lignes de commande pour contrôler

les échanges de données.

- La ligne de transmission est beaucoup plus longue, et nécessite des supports qui deviennent

très onéreux avec la distance (paires torsadées parfois blindées, câbles coaxiaux, fibres optiques ),

ce qui impose une ligne unique (au moins dans un sens de transmission).



Diapositive 55

La synchronisation

BonneSynchronisation

Mauvaise synchronisationfréquences différentes

Mauvaise synchronisationphases différentes

Signal

He

émis t

t

1 1 1 1100

t

t

Signalreçu

Hr

1 1 1 1100

t

t1 ? 1 ?

Hr

Signalreçu ?

t

t

1

Hr

Signalreçu ? ? 0 ? 1 1 ?

La synchronisation :

Dans une liaison de données, la suite de bits transmise doit être perçue de la même façon par

l'émetteur et par le récepteur. En d'autres termes, le même signal doit représenter la même

suite de bits.

Il en résulte que l'émetteur et le récepteur doivent avoir la même référence temporelle, c’est à dire

la même horloge, ou alors 2 horloges de même fréquence et en phase.

Dans ce cas, l'émetteur et le récepteur sont synchronisés.

La figure ci-dessus montre un exemple et des contre-exemples de synchronisation.

Les procédés de synchronisation ( ou modes de transmission) asynchrone et synchrone seront

décrits dans la suite du point de vue physique.

Ils seront repris dans le chapitre suivant sous leur aspect logique et stratégique.



Diapositive 56

Le mode de transmission asynchrone (1)

t

D Sdonnée 1 donnée 2

repos

SD

trepos

repos

signal émis

treposrepos

D Sdonnée 1 donnée 2

SD

trepossignal reçu

Hr

donnée 1 donnée 2 tdonnées à émettre

HeTe k.Te

Le mode de transmission asynchrone (1) :

L'émetteur et le récepteur possèdent des horloges He et Hr indépendantes, et ils les règlent à la

même fréquence nominale. L'émetteur insère dans les données des signaux qui sont utilisés par

le récepteur pour mettre l'horloge Hr en phase avec l'horloge He.

Dans ce mode, les blocs de données peuvent être émis à n'importe quel instant (d'où le terme

asynchrone): la synchronisation de l'horloge Hr est donc remise en cause à chaque bloc, car il

n'y aucune raison pour que l'intervalle entre 2 blocs soit un multiple de la période de l'horloge.

Tous les bits émis ont la même durée, et sont synchrones de l'horloge de l'émetteur He.

La ligne étant au repos, l'émetteur introduit, avant le bloc de données, un bit de départ ("start

bit"), synchrone de He, qui fait passer la ligne dans l'état opposé actif.

A l'autre extrémité de la ligne, le passage de l'état repos à l'état actif déclenche l'horloge du

récepteur Hr.

Les 2 horloges sont alors synchronisées : elles ont la même fréquence et la même phase (par

rapport à leur signal)

Remarque : si on tient compte du temps de propagation du signal sur la ligne, Hr est retardée par

rapport à He, mais ce qui importe évidemment pour l'interprétation d'une suite de bits, c'est la

phase de l'horloge Hr par rapport au signal reçu.

A la fin de l'émission du bloc, l'horloge doit être interrompue, afin de pouvoir être déclenchée à

nouveau au bon moment après une période de repos quelconque, et donc indépendante de sa

période (mode asynchrone).

Pour cela, l'émetteur introduit à la fin du bloc un bit d'arrêt ("stop bit"), qui ramène la ligne dans

l'état repos, jusqu'à l'émission d'un nouveau bit de départ à un instant quelconque pour le bloc

suivant.



Diapositive 57

Le mode de transmission asynchrone (2)

He

Hr

Tet

t

2 T

T

T3

T4

Tr

T= | Te Tr |-

Phénomène de glissement

Le mode de transmission asynchrone (2) :

Dans ce mode de transmission se pose un problème : la fréquence de l'horloge Hr a été réglée

de façon nominale à la valeur de l'horloge He.

Ce réglage ne peut pas être parfait, et il existe toujours un écart �f entre les 2 fréquences (aussi

faible soit-il). Ceci engendre un phénomène cumulatif appelé glissement en fréquence, qui se

traduit aussi par un glissement dans le temps (un �f implique un �T).

Les (p ) premiers temps-bits sont insensibles à ce phénomène, tant que p. �T<< Te.

Au-delà, l'écart cumulé devient inacceptable et il y a désynchronisation.

Pour que l'écart soit faible par rapport à une période, il faut :

- limiter la taille des blocs à un caractère. (c'est une conséquence du procédé, et non pas un

postulat).

augmenter la durée d'une période, donc limiter la fréquence de l'horloge, c'est à dire le débit.

En pratique, le caractère est souvent suivi d'un bit de parité pour les contrôles d'erreur de

transmission.

Il peut également y avoir 2 bits d'arrêt ( en réalité un bit d’arrêt d’une durée de 2 temps-bits), afin

d'éviter les « faux départs ».

Ainsi on constate que le rendement est médiocre, puisque dans ce cas, pour 8 bits "utiles", il

faut transmettre 11 bits (rendement inférieur à 75%, sans compter les périodes de repos ! ).

En conclusion, ce mode de transmission (facile à mettre en oeuvre, donc peu coûteux), est utilisé

pour transmettre des suites binaires, caractère par caractère, à de faibles débits, et pour des

distances limitées.



Diapositive 58

Le mode de transmission Synchrone

t

préambule Bloc de données

Le mode de transmission synchrone :

Dans ce mode de transmission, l'horloge du récepteur est identique à celle de l'émetteur, ce qui

implique une excellente synchronisation, puisque les problèmes de la phase, et du glissement

en fréquence ne se posent plus. Le procédé le plus simple consiste à transmettre l'horloge de

l'émetteur sur une ligne séparée, ce qui n'est pas souvent possible.

Dans un procédé plus courant, le récepteur reconstitue l'horloge de l'émetteur :

- en utilisant des caractères de synchronisation riches en transitions (parfaitement synchrones

de l'horloge), placés par l'émetteur en préambule, avant les données.

- en utilisant les instants de transition des données, d'où l'idée, en bande de base, de coder les

données avec des signaux présentant des transitions, même pour des suites monotones de 0 et de

1. (Code Manchester par exemple !)

Ce procédé est mis en oeuvre par un dispositif électronique assez élaboré (asservissement en

fréquence avec verrouillage de phase), qui maintient l'horloge asservie après le préambule,

pendant toute la durée de la transmission du bloc de données. (Si ce sont des caractères, ils sont

consécutifs). Ainsi, la taille des blocs est importante (plusieurs kOctets), et le rendement est

intéressant (la taille du préambule est faible par rapport à celle du bloc de données).

Cependant, elle est quand même limitée par les fluctuations de fréquence, et par la précision des

asservissements. (Dans certains protocoles, où les blocs de données peuvent être très grands, on

prévoit l'insertion de caractères de synchronisation dans les données).

Le phénomène de glissement en fréquence étant évité, les transmissions synchrones peuvent être

utilisées à haut débit, et sur de longues distances.

Par contre, compte tenu de la taille des blocs, un simple bit de parité ne suffit pas à garantir un

contrôle d'erreur convenable.



Diapositive 59

Les supports de transmission

ETTD ETTD

ligneETCD ETCD

La liaison de données

Les supports de transmission :

Rappelons que les signaux représentant des informations sont transmis sous forme d'ondes, qui

se propagent physiquement sur un support.

Ce support est approprié à la nature du signal (électrique, électromagnétique, optique, ...). Avec

ou sans guide physique, il constitue un canal de transmission.

Un support de transmission doit être adapté aux caractéristiques du signal à transporter. Les

principaux paramètres (souvent liés entre eux) sont les suivants :

- La bande passante,

- L'immunité aux bruits,

- Le débit maximal,

- L'atténuation du signal,

- La distance maximale sans amplification du signal,

- les facilités de raccordement,

- Le coût du support et des matériels de raccordement (connectique), ...

Nous pouvons étudier les principales caractéristiques de ces supports dans l'ordre des

performances croissantes.



Diapositive 60

Les supports métalliques :

Sur ces supports, les signaux

physiques sont des différences de

potentiel, ce qui implique la présence

d'un potentiel de référence (la

masse).

Sur les fils simples, les signaux

sont sensibles aux perturbations, et

sont rapidement atténués, ce qui

limite leur utilisation à des distances

très courtes. Ils sont notamment

employés pour relier les ETTD aux

ETCD. Dans ces conditions, le débit n'est pas affecté par les piètres performances de ces supports.

Les supports métalliques

fil simple nappe de fils simples

paire torsadée câble coaxial

Entre ETTD et ETCD, ils se présentent souvent sous forme de nappes de fils avec une référence

commune pour transporter des signaux de contrôle et des signaux de données.

Les paires torsadées sont utilisées sur des distances plus longues, et chaque signal est muni de

sa référence. Le fait de les torsader diminue les phénomènes d'induction mutuelle des 2

conducteurs. Utilisées en téléphonie, pour relier les abonnés aux centraux locaux de

rattachement, leur performances relativesà la bande passante, et à l’ immunité aux bruits sont

assez limitées, ce qui limite aussi le débit maximal. On définit des gabarits qui normalisent les

performances minimales des lignes, et leur qualité.

On peut améliorer ces performances par un blindage, et on peut ainsi atteindre un débit de 100

Mb/s sur quelques centaines de mètres.

Le câble coaxial présente un meilleur blindage car le conducteur qui transporte le signal (l'âme)

est entouré par un second conducteur (séparé par un isolant) qui le protège des radiations

électromagnétiques (effet de cage de Faraday).

Cette très bonne immunité aux bruits autorise de plus hauts débits sur de plus longues

distances (1 à 2 Gb/s pour un kilomètre). La bande passante est également très importante, ce

qui permet un partage en fréquence qui peut être intéressant.

Pour les réseaux à très haut débit, toute la bande bande passante est utilisée pour une

communication (en bande de base).

Dans d'autres cas, par exemple pour le RTC, où les besoins en bande passante pour une

communication sont modestes, on opère un multiplexage fréquentiel:

- un groupe primaire : 12 voies

- un groupe secondaire : 5 groupes primaires

- un groupe tertiaire : 5 groupes secondaires

- un groupe quaternaire : 3 groupes tertiaires ( 900 voies)

- un câble coaxial : 1 à 15 groupes quaternaires.



Diapositive 61

Les supports optiques :

Un signal peut être transmis à travers

une liaison optique. Un

modulateur optoélectronique

génère une onde lumineuse porteuse

qui est modulée par le signal

électrique. Le signal modulé est donc

une onde lumineuse qui doit être

transportée à l'autre extrémité de la

liaison.

Une telle onde se propage mal dans

l'atmosphère où elle est rapidement

atténuée, et où elle rayonne en

ligne droite (à condition qu’il n’y ait pas d’obstacle), ce qui limite les possibilités de la liaison

optique. Une solution consiste donc à guider cette onde à l'intérieur d'une fibre optique, ce qui

permet de s'affranchir des contraintes de propagation en ligne droite et d'atténuation par

l'atmosphère.

Les supports optiques

FIBRE OPTIQUE

signalélectrique

signalélectriquesignal lumineux

modulateuroptoélectronique

démodulateuroptoélectronique

couche absorbante

N2N1N1

N2N1

A l'autre extrémité, un démodulateur optoélectronique régénère le signal électrique à partir

des déformations subies par l'onde porteuse.

Le principe de fonctionnement repose sur les lois de Descartes de la réfraction : lorsqu'un rayon

lumineux passe d'un milieu transparent d'indice N1 à un autre milieu d'indice N2, il subit une

déviation dans ce dernier. Au-delà d'un certain angle d'incidence limite (dépendant du rapport

N1/N2), il subit une réflexion totale, c'est à dire que le dioptre séparant les 2 milieux se

comporte comme un miroir.

C'est ce phénomène qui est utilisé dans une fibre optique constituée de 2 milieux transparents

coaxiaux d’indice de réfraction N1 et N2. Lorsqu'un rayon lumineux pénètre dans le coeur de la

fibre il se propage de réflexion en réflexion jusqu'à la sortie de la fibre, même si elle est courbée.

On utilise des ondes lumineuses obtenues par effet Laser (lumière cohérente à spectre très

pointu), le plus souvent produit par des diodes laser.

Les fibres optiques sont sans doute les supports de connexion les plus performants :

- Grande bande passante, ce qui autorise donc de très hauts débits et facilite le multiplexage;

- faible atténuation (3db/km pour un débit de 150 Mb/s avec un espacement entre répéteurs de

50 km).

- insensibilité aux radiations électromagnétiques (pas de bruit et captage ou brouillage

impossible).

- encombrement et poids faibles, ainsi qu’un faible rayon de courbure.

Cependant leur utilisation est souvent limitée aux transmissions qui nécessitent de très hauts

débits, en raison des difficultés de raccordement et de dérivation (connectique).



Diapositive 62

Les 3 types de fibres optiques

N2

N1

N1N2

N1

x

multimode à saut d'indice

N1N2

x50µ

100µ

N2

N1

N1N2

N1x

multimode à gradient d'indice

N1N2

x50µ

100µ

N1

N1N2

N1

x

monomode à saut d'indice

N1

x5µ

75µ

Les 3 types de fibres optiques :

Dans une fibre multi mode à saut d'indice (on passe brusquement de l'indice N2 à l'indice N1),

tous les rayons qui se présentent à l'entrée en respectant l'angle de réfraction limite se propagent

suivant différents chemins plus ou moins longs, provoquant une dispersion des signaux pouvant

entraîner une déformation du signal.

Dans une fibre multi mode à gradient d'indice ( on passe progressivement de N2 à N1), tous les

modes se propagent à peu près de la même manière.

Enfin, dans une fibre monomode le diamètre est très réduit de manière qu'un seul rayon puisse

s'y propager.

Bien que plus coûteuse, une telle fibre peut guider une onde sur plusieurs dizaines de kilomètres

sans amplification, avec un débit de plusieurs Gigabits/s.



Diapositive 63

Les transmissions sans fil

Relais par satelliteRelais hertziens "à vue"

Les transmissions sans fils :

Dans ce cas, le support est immatériel, puisqu’il s’agit le plus souvent de l’atmosphère (support

gratuit, mais qu’il faut partager !).

Les transmissions entre émetteur et récepteur sont effectuées sur de courtes distances par la

propagation d’ondes de nature infrarouge, laser ou hertziennes.

Sur de plus longues distances, on a recours à des faisceaux hertziens. En effet, aux très hautes

fréquences, les ondes hertziennes deviennent directives (ce qui les fait parfois qualifier de

«filaires ». Elles se propagent en ligne droite, et sont relayées sur terre par des antennes situées

sur des sommets afin d’éviter les obstacles. Dans l’espace, elles sont relayées par des satellites

géostationnaires qui gravitent sur une orbite à 36000 km d’altitude, où ils tournent à la même

vitesse de rotation que la terre, ce qui les fait apparaître immobiles.

Ces transmissions sont sensibles aux perturbations (le support étant immatériel, il ne peut pas être

protégé), et bien sûr, les possibilités d’écoute sont nombreuses, ce qui nécessite un cryptage des

informations chaque fois que la confidentialité est requise.


Documents

INTRODUCTION AUX RESEAUX Concepts de Base ...hichem-sebti.e-monsite.com/medias/files/seance1-reseaux...Séance 1 : Introduction aux réseaux Diapositive 2 Introduction : L’informatique