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TLCOMS
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TLCOMS Cours et exercices corrigs Claude Servin Charg de cours au
CNAM de Paris et en coles dingnieur Ancien responsable tlcom au
ministre de la Dfense Prface de Jean-Pierre Arnaud Professeur au
CNAM
4. Ce pictogramme mrite une explication. Son objet est dalerter
le lecteur sur la menace que reprsente pour lavenir de lcrit,
particulirement dans le domaine de ldition technique et
universitaire, le dveloppement massif du photocopillage. Le Code de
la proprit intellectuelle du 1er juillet 1992 interdit en effet
expressment la photocopie usage collectif sans autorisation des
ayants droit. Or, cette pratique sest gnralise dans les
tablissements denseignement suprieur, provoquant une baisse brutale
des achats de livres et de revues, au point que la possibilit mme
pour les auteurs de crer des uvres nouvelles et de les faire diter
correctement est aujourdhui menace. Nous rappelons donc que toute
reproduction, partielle ou totale, de la prsente publication est
interdite sans autorisation du Centre franais dexploitation du
droit de copie (CFC, 20 rue des GrandsAugustins, 75006 Paris).
Nouveau tirage corrig Dunod, Paris, 2003 ISBN 2 10 007986 7 Toute
reprsentation ou reproduction intgrale ou partielle faite sans le
consentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est
illicite selon le Code de la proprit intellectuelle (Art L 122-4)
et constitue une contrefaon rprime par le Code pnal. Seules sont
autorises (Art L 122-5) les copies ou reproductions strictement
rserves lusage priv du copiste et non destines une utilisation
collective, ainsi que les analyses et courtes citations justifies
par le caractre critique, pdagogique ou dinformation de luvre
laquelle elles sont incorpores, sous rserve, toutefois, du respect
des dispositions des articles L 122-10 L 122-12 du mme Code,
relatives la reproduction par reprographie.
5. Prface Le domaine des Tlcommunications et des Rseaux est en
pleine effervescence, chaque semaine qui scoule apporte sa moisson
de nouvelles offres, dannonces et de propositions de norme.
Confront ce ux incessant de nouveauts, le praticien doit faire des
choix qui savreront stratgiques pour lentreprise et structurants
pour lavenir de son systme dinformation. Cest dire limportance de
disposer de bases solides, seules aptes valuer sainement la
pertinence des solutions proposes par les constructeurs de matriels
et les diteurs de logiciels. Encore faut-il sentendre sur la
constitution de cette base : il ne sagit pas damasser des
connaissances plus ou moins vagues ou plus ou moins utiles, mais de
construire un socle sur lequel pourra sappuyer une rexion
personnelle. Dans la conjoncture actuelle, il nest gure de tche
plus utile que de transmettre ces connaissances et denseigner les
mthodes qui permettent den tirer prot. Lvolution technologique
imposait une nouvelle dition des ouvrages de Claude Servin. Pour
distinguer ce qui, dans cette multitude dvolutions, est sufsamment
assur pour mriter dtre enseign, il fallait la pratique du terrain
dun homme de rseaux. Il fallait aussi allier cette exprience de
lingnieur qui cre des projets celle de lenseignant qui transmet les
savoirs ncessaires cette cration. Claude Servin possde assurment
lune et lautre et cest ce qui donne son ouvrage un intrt tout
particulier. Ses lecteurs apprcieront une prsentation simple des
concepts les plus fondamentaux, dbarrasss de tout hermtisme et
orients vers laction et lingnierie, sans cder aux modes passagres
ou aux complexits inutiles qui encombrent bien des manuels. Ce sont
ces qualits qui lui ont permis de sinscrire avec russite dans les
enseignements dispenss au Conservatoire National des Arts et Mtiers
(CNAM) et de jouer le rle de pivot vers des enseignements plus
spcialiss. Dj insr dans le monde du travail, le public du CNAM est
exigeant, il vient y chercher une mise en perspective et une
rigueur sans faille. Il ne saurait se satisfaire de lautorit dun
enseignant qui ne pourrait faire preuve de sa capacit matriser les
enjeux technologiques actuels. Claude Servin a su les convaincre
et, comme les auditeurs qui se pressent nombreux ses cours et y
trouvent limpulsion pour un approfondissement ultrieur, je suis
certain que
6. VI Prface le lecteur trouvera la lecture de cet ouvrage un
intrt soutenu et quil sera son compagnon pendant encore de longues
annes. Les manuels denseignement auxquels on continue de se rfrer
une fois entr dans la vie active ne sont pas si nombreux : ayant
personnellement lexprience de la direction de socits dans le
domaine des rseaux, je ne saurais faire cet ouvrage un meilleur
compliment que de dire quil fait partie de ceux-l. Jean-Pierre
ARNAUD Professeur au Conservatoire National des Arts et Mtiers
Titulaire de la chaire de Rseaux
7. Table des matires PRFACE DE JEAN-PIERRE ARNAUD AVANT-PROPOS
V XXV CHAPITRE 1 HISTORIQUE ET NORMALISATION 1 1.1 Objet des
tlcommunications 1 1.2 Bref historique 3 1.3 La normalisation 4 1.4
Principes dlaboration dune norme (ISO) 5 1.5 Normes et agrment 5
CHAPITRE 2 LINFORMATION ET SA REPRSENTATION DANS LES SYSTMES DE
TRANSMISSION 7 2.1 Gnralits 7 2.1.1 Les ux dinformation 7 2.1.2
Caractristiques des rseaux de transmission 8 2.2 9 2.2.1 Les
diffrents types dinformation 9 2.2.2 Codage des informations 10
2.2.3 2.3 Reprsentation de linformation Numrisation des
informations 15 La compression de donnes 20 2.3.1 Gnralits 20 2.3.2
Quantication de la compression 20 2.3.3 La compression sans perte
20 2.3.4 Les codages rduction de bande 21
8. VIII 2.4 Table des matires Notion de qualit de service 24
2.4.1 Donnes et contraintes de transmission 24 2.4.2 Les classes de
service 25 2.4.3 Conclusion 26 EXERCICES 27 CHAPITRE 3 LMENTS DE
BASE DE LA TRANSMISSION DE DONNES 29 3.1 Classication en fonction
du mode de contrle de lchange 29 3.1.1 Selon lorganisation des
changes 29 3.1.2 Selon le mode de liaison 30 3.1.3 Les modes de
contrle de la liaison 31 Classication en fonction des paramtres
physiques 32 3.2.1 Transmission parallle, transmission srie 32
3.2.2 Transmission asynchrone, transmission synchrone 34 3.2.3
Selon le mode de transmission lectrique 40 3.2 3.3 Principe dune
liaison de donnes 41 EXERCICES 43 CHAPITRE 4 LES SUPPORTS DE
TRANSMISSION 45 4.1 Caractristiques des supports de transmission 46
4.1.1 Bande passante et systme de transmission 46 4.1.2 Impdance
caractristique 49 4.1.3 Coefcient de vlocit 51 4.2 51 4.2.1 La
paire torsade 51 4.2.2 Le cble coaxial 54 4.2.3 La bre optique 55
4.2.4 4.3 Les supports guids Les liaisons hertziennes 59 Conclusion
63 EXERCICES 64 CHAPITRE 5 LES TECHNIQUES DE TRANSMISSION 67 5.1
Gnralits 67 5.2 La transmission en bande de base 68 5.2.1 Dnitions
68 5.2.2 Fonctions dun codeur/dcodeur en bande de base 69 5.2.3 Les
principaux codes utiliss 69 5.2.4 Le codeur bande de base ou
metteur rcepteur en bande de base 73 5.2.5 Limitations de la
transmission en bande de base 74
9. Table des matires IX 5.3 La transmission en large bande 78
5.3.1 Principe 78 5.3.2 Les liaisons full duplex 83 5.3.3
Dispositifs complmentaires 84 5.3.4 Exemples de modem 87 5.3.5
Principaux avis du CCITT 89 5.4 90 5.4.1 Ncessit de dnir une
interface standard 90 5.4.2 5.5 La jonction DTE/DCE ou interface
Les principales interfaces 91 Conclusion 99 EXERCICES 100 CHAPITRE
6 NOTIONS DE PROTOCOLES 103 6.1 La dlimitation des donnes 104 6.1.1
Notion de fanion 104 6.1.2 Notion de transparence 104 6.2 105 6.2.1
Notion derreur 105 6.2.2 Dtection derreur par cl calcule 107 6.2.3
6.3 Le contrle dintgrit Les codes autocorrecteurs 113 114 6.3.1 Du
mode Send and Wait aux protocoles anticipation 114 6.3.2 Le contrle
de ux 123 126 Dnition 126 6.4.2 La signalisation dans la bande 127
6.4.3 6.5 La signalisation 6.4.1 c Dunod La photocopie non autorise
est un dlit 6.4 Le contrle de lchange La signalisation hors bande
127 129 6.5.1 Gnralits 129 6.5.2 Structure de la trame HDLC 130
6.5.3 Les diffrentes fonctions de la trame HDLC 130 6.5.4
Fonctionnement dHDLC 133 6.5.5 Les diffrentes versions du protocole
HDLC 137 6.5.6 6.6 tude succincte dun protocole de transmission
(HDLC) HDLC et les environnements multiprotocoles 137 Conclusion
EXERCICES 138 139
10. X Table des matires CHAPITRE 7 LA MUTUALISATION DES
RESSOURCES 141 7.1 La quantication de trac 141 7.1.1 Gnralits 141
7.1.2 Intensit de trac et taux dactivit 142 7.2 Les concentrateurs
144 7.2.1 7.3 Principe 144 7.2.2 Fonctionnalits complmentaires,
exemple dapplication 145 Les multiplexeurs 146 7.3.1 Principe 146
7.3.2 Le multiplexage spatial 147 7.3.3 7.4 Le multiplexage
temporel 149 7.3.4 Comparaison multiplexeur/concentrateur 153
Conclusion 154 EXERCICES 155 CHAPITRE 8 LE CONCEPT DE RSEAU 157 8.1
gnralits 157 8.1.1 Dnitions 157 8.1.2 Classication des rseaux 158
8.1.3 Topologies physiques des rseaux 159 8.2 162 8.2.1
Introduction la commutation 162 8.2.2 La commutation de circuits
163 8.2.3 La commutation de messages 164 8.2.4 La commutation de
paquets 165 8.2.5 8.3 Les rseaux commutation Les mcanismes mis en
uvre dans le rseau 171 172 8.3.1 Dnitions 172 8.3.2 8.4 Notion
dadressage Ladressage physique 172 176 8.4.1 Le nommage 176 8.4.2
8.5 Notions de nommage Notion dannuaire 177 177 8.5.1 Dnitions 177
8.5.2 8.6 Lacheminement dans le rseau Les protocoles de routage 178
Adaptation de la taille des units de donnes 187 8.6.1 Notion de MTU
187 8.6.2 Segmentation et rassemblage 187
11. Table des matires 8.7 XI 188 8.7.1 Dnition 188 8.7.2 Les
mcanismes de prvention de la congestion 189 8.7.3 8.8 La congestion
dans les rseaux Rsolution ou gurison de la congestion 191 La voix
sur les rseaux en mode paquets 191 8.8.1 8.9 Intrt et contraintes
191 8.8.2 Principe de la paquetisation de la voix 192 Conclusion
193 EXERCICES 194 CHAPITRE 9 LES ARCHITECTURES PROTOCOLAIRES 195
9.1 Concepts de base 196 9.1.1 Principe de fonctionnement dune
architecture en couches 196 9.1.2 Terminologie 197 9.2 200 9.2.1
Concepts ayant conduit la modlisation 200 9.2.2 9.3 Organisation du
modle de rfrence Description du modle de rfrence 202 tude succincte
des couches 207 9.3.1 La couche physique 207 9.3.2 La couche
liaison de donnes 208 9.3.3 La couche rseau 208 9.3.4 La couche
transport 212 9.3.5 La couche application 220 Devenir du modle OSI
223 Les architectures constructeurs 225 9.4.1 c Dunod La photocopie
non autorise est un dlit 218 9.3.8 Architecture physique dun systme
de tlinformatique 225 9.4.2 Origine des architectures constructeurs
225 9.4.3 SNA (System Network Architecture) dIBM 226 9.4.4 9.5 217
La couche prsentation 9.3.7 9.4 La couche session 9.3.6 DSA
(Distributed System Architecture) de BULL 229 Conclusion 230
EXERCICES 231 CHAPITRE 10 LARCHITECTURE TCP/IP 233 10.1 Gnralits
233 10.1.1 Origine 233 10.1.2 Principe architectural 234
12. XII Table des matires 10.1.3 Description gnrale de la pile
et applications TCP/IP 235 10.1.4 Les mcanismes de base de TCP/IP
236 10.1.5 Les instances de normalisation 238 10.2 Ladressage du
rseau logique 239 10.2.1 Principe de ladressage IP 239 10.2.2 Les
techniques dadressage dans le rseau IP 241 10.3 Le routage dans le
rseau IP 250 10.3.1 Ladressage dinterface 250 10.3.2 Concept
dinterface non numrote 251 10.4 Le protocole IP et les utilitaires
rseaux 251 10.4.1 Gnralits 251 10.4.2 Structure du datagramme IP
252 10.4.3 Contrle de la fragmentation sous IP 255 10.4.4 Le
protocole ICMP 256 10.4.5 Lutilitaire PING 257 10.4.6 La rsolution
dadresses 258 10.4.7 Les utilitaires de conguration 261 10.4.8
Conclusion 262 10.5 Transmission Control Protocol (TCP) 263 10.5.1
Gnralits 263 10.5.2 Le message TCP et les mcanismes associs 263
10.6 Les protocoles de liaison (point point) 272 10.6.1 Gnralits
272 10.6.2 SLIP, Serial Line Internet Protocol (RFC 1055) 272
10.6.3 PPP, Point to Point Protocol (RFC 1548) 273 10.7 Exemples
dapplications TCP/IP 275 10.7.1 Le service de noms (DNS) 275 10.7.2
Le transfert de chiers 278 10.7.3 Lmulation de terminal (TELNET)
281 10.8 DIPv4 IPv6 283 10.8.1 Les lacunes dIPv4 283 10.8.2 Le
datagramme IPv6 284 10.8.3 Ladressage dans IPv6 287 10.9 Conclusion
291 EXERCICES 292
13. Table des matires XIII CHAPITRE 11 LES RSEAUX DE TRANSPORT
X.25, FRAME RELAY, ATM ET BOUCLE LOCALE 295 11.1 Le plan de
transmission 295 11.1.1 Gnralits 295 11.1.2 La synchronisation des
rseaux 297 11.1.3 La hirarchie plsiochrone (PDH) 300 11.1.4 La
hirarchie synchrone (SDH) 302 11.2 Le plan de service 306 11.2.1
Gnralits 306 11.2.2 Le protocole X.25 307 11.2.3 volution vers les
hauts dbits 323 11.2.4 Le Frame Relay 324 11.2.5 LATM (Asynchronous
Transfer Mode) 335 11.2.6 Les rseaux doprateurs 355 11.3 Laccs aux
rseaux, la boucle locale 356 11.3.1 Dnition 356 11.3.2 Organisation
de la distribution des accs 356 11.3.3 La Boucle Locale Radio (BLR)
358 11.3.4 Les accs hauts dbits 358 11.4 Conclusion 361 EXERCICES
362 CHAPITRE 12 LES RSEAUX LOCAUX ETHERNET, CSMA/CD, TOKEN RING,
VLAN... 367 12.1 Introduction 367 367 12.1.2 Distinction entre
rseau local et informatique traditionnelle 368 12.1.3 Rseaux locaux
et accs aux systmes traditionnels 368 12.1.4 Constituants dun rseau
local 369 12.1.5 Les rseaux locaux et la normalisation c Dunod La
photocopie non autorise est un dlit 12.1.1 Dnition 371 12.2 tude
succincte des diffrentes couches 372 12.2.1 La couche physique 372
12.2.2 La sous-couche MAC 377 12.2.3 La couche liaison (LLC) 381
12.3 Les rseaux CSMA/CD, IEEE 802.3/Ethernet 385 12.3.1 Les
origines dEthernet 385 12.3.2 Principe du CSMA/CD 385 12.3.3
Caractristiques communes aux rseaux Ethernet/802.3 387 12.3.4 Trame
Ethernet/IEEE 802.3 389 12.3.5 Les diffrentes versions dEthernet
390
14. XIV Table des matires 12.4 Lanneau jeton, IEEE 802.5 395
12.4.1 Gnralits 395 12.4.2 Principe gnral du jeton sur anneau 396
12.4.3 Comparaison Ethernet/Token Ring 401 12.5 Le jeton adress ou
Token bus, IEEE 802.4 403 12.5.1 Gnralits 403 12.5.2 Fonctionnement
du jeton sur bus 404 12.5.3 Format des donnes 406 12.6 Le rseau 100
VG Any Lan, 802.12 407 12.6.1 Gnralits 407 12.6.2 Le DPAM 407 12.7
La commutation dans les LAN 409 12.7.1 Principe de base 409 12.7.2
Notion darchitecture des commutateurs 410 12.7.3 Les diffrentes
techniques de commutation 412 12.7.4 Les diffrents modes de
commutation 412 12.7.5 Ethernet Full Duplex 413 12.8 Les rseaux
virtuels ou VLAN 413 12.8.1 Principes gnraux des VLAN 413 12.8.2
Les diffrents niveaux de VLAN 414 12.8.3 Lidentication des VLAN
(802.1Q) 415 12.9 Les rseaux sans l 417 12.9.1 Gnralits 417 12.9.2
Architecture gnrale des rseaux sans l 418 12.9.3 Les rseaux 802.11
419 12.10 Aspect protocolaire 421 12.10.1Gnralits 421 12.10.2Les
piles ISO 421 12.10.3La pile IPX/SPX 422 12.10.4La pile NETBIOS 424
12.11 Les canaux hauts dbits 426 12.11.1HiPPI 426 12.11.2Fibre
Channel Standard 427 12.12 Conclusion 428 EXERCICES 429
15. Table des matires XV CHAPITRE 13 LES RSEAUX MTROPOLITAINS
FDDI, DQDB, ATM... 431 13.1 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
431 13.1.1 Gnralits 431 13.1.2 La mthode daccs : le jeton temporis
433 13.1.3 Architecture du rseau FDDI 435 13.1.4 Aspects physiques
436 13.1.5 Format des trames FDDI 438 13.1.6 Fonctionnement gnral
de lanneau 439 13.1.7 volution de FDDI : FDDI-II 439 13.1.8
Conclusion 440 13.2 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) 440 13.2.1
Gnralits 440 13.2.2 Architecture gnrale de DQDB 442 13.2.3
Algorithme daccs au support 443 13.2.4 Format de lunit de donne
DQDB 445 13.2.5 Le service SMDS et CBDS 446 13.3 Les rseaux locaux
ATM 447 13.3.1 Gnralits 447 13.3.2 Classical IP ou IP over ATM 449
13.3.3 LAN Emulation 451 13.3.4 Interconnexion de rseaux LANE
(MPOA) 458 13.4 Conclusion 460 EXERCICES 461 CHAPITRE 14
INTERCONNEXION DES RSEAUX 463 14.1 Gnralits 463 463 14.1.2
Problmatique de linterconnexion 463 14.1.3 Notions de conversion de
service et de protocole c Dunod La photocopie non autorise est un
dlit 14.1.1 Dnition 464 14.1.4 Lencapsulation ou tunneling 465
14.1.5 Les diffrents types de relais 465 14.2 Les rpteurs 466 14.3
Les ponts 467 14.3.1 Gnralits 467 14.3.2 Les diffrents types de
ponts 468 14.3.3 Les ponts transparents 469 14.3.4 Le Spanning Tree
Protocol (STP) ou arbre recouvrant 471 14.3.5 Ponts routage par la
source 474 14.3.6 Le pontage par translation 477
16. XVI Table des matires 14.4 Les routeurs 477 14.4.1 Gnralits
477 14.4.2 Les techniques de routage 480 14.4.3 Routage et qualit
de service 494 14.4.4 Routage multicast 498 14.4.5 Fonctions
annexes des routeurs 502 14.5 Les passerelles applicatives 506
EXERCICES 507 CHAPITRE 15 LA TLPHONIE 511 15.1 Principes gnraux de
la tlphonie 511 15.2 Organisation du rseau tlphonique 512 15.2.1
Architecture traditionnelle 512 15.2.2 Gestion du rseau 513 15.3
tablissement dune communication tlphonique 514 15.3.1 Principe dun
poste tlphonique 514 15.3.2 Principe du raccordement dusager 515
15.3.3 La mise en relation Usager/Usager 515 15.3.4 La numrotation
517 15.3.5 Les modes de signalisation 518 15.4 volution de la
tlphonie, le RNIS 520 15.4.1 De laccs analogique laccs numrique 520
15.4.2 Le concept dintgration de services 520 15.4.3 Structure du
rseau 521 15.4.4 Le raccordement dusager 522 15.4.5 Les services du
RNIS 524 15.4.6 Signalisation et le rseau RNIS 527 15.5 La tlphonie
et la mobilit 537 15.5.1 Principes gnraux 537 15.5.2 Gestion de
labonn et du terminal 539 15.5.3 Linterface radio 540 15.5.4
Description succincte des diffrents systmes en service 543 15.5.5
Le service transport de donnes sur la tlphonie mobile 543 15.5.6 La
mobilit et laccs Internet 545 15.5.7 volution des systmes de
tlphonie mobile, lUMTS 546 15.5.8 La tlphonie satellitaire 546 15.6
Conclusion 547 EXERCICES 548
17. Table des matires XVII CHAPITRE 16 INSTALLATION DABONN ET
RSEAU PRIV DE TLPHONIE 549 16.1 Les autocommutateurs privs 549
16.1.1 Gnralits 549 16.1.2 Architecture dun PABX 550 16.1.3 Les
tlservices et applications vocales offerts par les PABX 550 16.1.4
PABX et transmission de donnes 556 16.2 Linstallation dabonn 557
16.2.1 Gnralits 557 16.2.2 Dimensionnement du raccordement au rseau
de loprateur 558 16.3 Les rseaux privs de PABX 560 16.3.1 Principes
gnraux 560 16.3.2 La signalisation et type de liens 562 16.4
Principes des rseaux voix/donnes 570 16.4.1 Gnralits 570 16.4.2 Les
rseaux de multiplexeurs 570 16.4.3 La voix paquetise 571 16.5 La
voix sur ATM 578 16.6 La voix et le Frame Relay 579 16.7 La voix et
tlphonie sur IP 581 16.7.1 Gnralits 581 16.7.2 TCP/IP et le temps
rel 582 16.7.3 Larchitecture H.323 de lUIT 585 16.7.4 Le protocole
SIP de lIETF (RFC 2543) 588 16.7.5 Le protocole MGCP 591 591
EXERCICES 592 CHAPITRE 17 LA SCURIT DES SYSTMES DINFORMATION 595
17.1 Gnralits c Dunod La photocopie non autorise est un dlit 16.8
Conclusion 595 17.2 La sret de fonctionnement 595 17.2.1 Principes
gnraux de la sret 595 17.2.2 Les systmes tolrance de panne 595
17.2.3 La sret environnementale 597 17.2.4 Quantication 599 17.3 La
scurit 601 17.3.1 Gnralits 601 17.3.2 La protection des donnes 601
17.3.3 La protection du rseau 611
18. XVIII Table des matires 17.4 Le commerce lectronique 620
17.4.1 Le paiement off-line (ecash) 620 17.4.2 Le paiement on-line
620 17.5 Conclusion 621 EXERCICES 622 CHAPITRE 18 ADMINISTRATION
DES RSEAUX 625 18.1 Gnralits 625 18.1.1 Dnition 625 18.1.2 Principe
gnral 625 18.1.3 Structure dun systme dadministration 626 18.2
Ladministration vue par lISO 626 18.2.1 Gnralits 626 18.2.2 Les
diffrents modles 627 18.3 Ladministration dans lenvironnement
TCP/IP 630 18.3.1 Principes gnraux 630 18.3.2 Les MIB 631 18.3.3 Le
protocole SNMP 634 18.4 SNMP et ISO 18.5 Les plates-formes
dadministration 635 635 18.5.1 Les outils dadministration des
couches basses 636 18.5.2 Les hyperviseurs 636 18.5.3 Les systmes
intgrs au systme dexploitation 636 18.6 Conclusion 636 EXERCICES
637 CHAPITRE 19 INTRODUCTION LINGNIERIE DES RSEAUX 639 19.1
Gnralits 639 19.2 Services et tarication 640 19.3 Elments
darchitecture des rseaux 640 19.3.1 Structure de base des rseaux
640 19.3.2 Conception du rseau de desserte 641 19.3.3 Conception du
rseau dorsal 643 19.4 Dimensionnement et valuation des performances
19.4.1 Gnralits 644 644 19.4.2 Les rseaux en mode circuit 645
19.4.3 Les rseaux en mode paquets 647 19.5 Conclusion 652 EXERCICES
653
19. Table des matires XIX CHAPITRE 20 SOLUTIONS DES EXERCICES
657 ANNEXES 745 A. Dnitions 746 B. Abaques dErlang 747 C. Liste des
abrviations et sigles utiliss 749 757 GLOSSAIRE 759 INDEX c Dunod
La photocopie non autorise est un dlit BIBLIOGRAPHIE 801
20. Liste des exercices Exercice 2.1 Exercice 2.2 Exercice 2.3
Exercice 2.4 Exercice 2.5 Exercice 2.6 Exercice 2.7 Code ASCII,
Algorithme de changement de casse Codage de Huffman Tlcopieur
Numrisation du son Numrisation et dbit binaire Rapport signal bruit
et loi de quantication A Image RVB Exercice 3.1 Exercice 3.2
Exercice 3.3 Organisation des changes Transmission parallle
Transmission synchrone et asynchrone Exercice 3.4 Exercice 3.5
Exercice 3.6 lments daccs au rseau Transmission asynchrone Temps de
transfert dinformation Exercice 4.1 Exercice 4.2 Exercice 4.3
Notion de dcibel Porte dune liaison hertzienne Bande passante dune
bre optique Exercice 5.1 Exercice 5.2 Exercice 5.3 Exercice 5.4
Exercice 5.5 Caractristiques dun modem Dbit possible sur un canal
TV Rapport Signal/Bruit Le Null Modem Contrle de ux matriel
21. Liste des exercices Modem dissymtrique Rapidit de
modulation Exercice 6.1 Exercice 6.2 Exercice 6.3 Calcul de CRC
Probabilit de recevoir un message erron Taux de transfert Exercice
6.4 change HDLC version LAP-B Exercice 7.1 Exercice 7.2 Exercice
7.3 Exercice 7.4 Intensit de trac et taux dactivit Application
numrique E et u Trame MIC Multiplexeur Exercice 8.1 Exercice 8.2
Exercice 8.3 valuation du nombre de liaisons Table de routage Temps
de transfert sur un rseau Exercice 9.1 Exercice 9.2 Exercice 9.3
Exercice 9.4 Exercice 9.5 Exercice 9.6 Exercice 9.7 Exercice 9.8
Exercice 9.9 Exercice 9.10 c Dunod La photocopie non autorise est
un dlit Exercice 5.6 Exercice 5.7 Fonctions et couches OSI Adresse
SAP dune mission FM Encapsulation Mode connect et mode non connect
Terminal virtuel Contrle de ux et transferts isochrones Contrle de
ux et classe de transport 0 Rfrencement dune connexion de transport
Connexion de transport et connexion de session Les types de
variables dASN-1 Exercice 10.1 Exercice 10.2 Exercice 10.3 Exercice
10.4 Masque de sous-rseau Masque de sous-rseau et dysfonctionnement
(gure 20.26) Table ARP Trace TCP/IP Exercice 11.1 Exercice 11.2
Exercice 11.3 Exercice 11.4 Exercice 11.5 Exercice 11.6 SDH/PDH
Reconstitution dun paquet dappel Dialogue X.25 Dnition dun
protocole Protocole ATM Priorit ou rservation de ressources
XXI
22. XXII Liste des exercices Exercice 11.7 Encapsulation de
donnes Exercice 11.8 volution de lencapsulation dIP Exercice 12.1
Distinction entre CSMA/CD IEEE 802.3 et Ethernet. Exercice 12.2
Adressage MAC Exercice 12.3 Notation canonique et non canonique
Exercice 12.4 Comparaison des topologies et des mthodes daccs
Exercice 12.5 Squence de synchronisation bit en 802.3 et 802.5
Exercice 12.6 Rapidit de modulation Exercice 12.7 Longueur
virtuelle de lanneau 802.5 Exercice 12.8 Conception dun rseau
Ethernet 100 Mbit/s Exercice 12.9 Efcacit du protocole 802.5 100
Mbit/s Exercice 12.10Temps de rotation du jeton Exercice
12.11Commutateur ou hub ? Exercice 12.12Plan dadressage dune
entreprise Exercice 13.1 Exercice 13.2 Exercice 13.3 Exercice 13.4
FDDI et Token Ring Donnes de la classe Isochrone Lacquittement dans
FDDI Rotation des donnes sur le rseau FDDI Exercice 13.5 tat des
compteurs dans DQDB Exercice 14.1 Exercice 14.2 Exercice 14.3
Exercice 14.4 Exercice 14.5 Exercice 14.6 Exercice 14.7 Exercice
14.8 Interconnexion dun rseau 802.3 et 802.5 Spanning Tree Protocol
(STR) Protocoles RIP/OSPF Agrgation de routes Adresses multicast
Comparaison pont/routeur Masque de sous-rseau Routage statique
Exercice 15.1 Exercice 15.2 Exercice 15.3 Exercice 15.4 Exercice
15.5 Capacit dun autocommutateur Itinrance Systme Iridium Schma de
rutilisation des frquences Protocole D (Q.931) Exercice 16.1
Utilisation de labaque dErlang Exercice 16.2 Trac sur un
faisceau
23. Liste des exercices Exercice 16.3 Exercice 16.4 Exercice
16.5 Exercice 16.6 Exercice 16.7 Raccordement dun PABX Trac dun
centre dappel Rseau voix/donnes Dimensionnement dun rseau Frame
Relay voix/donnes Comparaison H.323 et SIP Exercice 17.1 Exercice
17.2 Exercice 17.3 Exercice 17.4 Exercice 17.5 Exercice 17.6
MTTR/MTBF Systmes cls symtriques ou secrtes Algorithme translation
de Csar Algorithme de substitution de Vigenre Algorithme du RSA
Systme de Dife-Hellman Exercice 18.1 Analyse de la trace Exercice
18.2 SNMP et charge du rseau c Dunod La photocopie non autorise est
un dlit Exercice 19.1 Exercice 19.2 Exercice 19.3 Exercice 19.4
Exercice 19.5 Service de vidotex Informatisation dun magasin
Ralisation dun rseau priv dentreprise Caractristique mmoire dun
routeur Temps de transit dans un rseau XXIII
24. Avant-propos Les rseaux de tlcommunication constituent
aujourdhui une formidable passerelle entre les hommes et les
cultures, mais transporter des informations aussi diffrentes que la
voix, les donnes et les images ncessite des techniques de plus en
plus labores, une bonne connaissance des mcanismes de base et une
matrise des technologies utilises. Bien connatre les limites
technologies pour tre capable de concevoir, de spcier et dutiliser
correctement les moyens mis notre disposition constitue lobjectif
essentiel de cet ouvrage. Le dbut de ce sicle est marqu par une
volution considrable des techniques, or certaines technologies, qui
peuvent paratre vieillissantes certains, sont encore trs prsentes
dans les entreprises. De plus, elles constituent bien souvent le
fondement des techniques actuelles et cest volontairement que
lauteur a maintenu dans cet ouvrage une tude succincte des
technologies propritaires, des rseaux X.25, des rseaux
mtropolitains et les LAN ATM... Ltude du modle OSI a t retenue car,
par son formalisme, cest une rfrence architecturale laquelle tous
les dveloppements modernes, mme sils ne sont pas conformes au
modle, se rfrent. Le protocole TCP/IP est largement dvelopp,
notamment par lintroduction de ltude des mcanismes dIPv6. Les
techniques dactualit font toutes lobjet dune tude approprie, en
particulier les rseaux sans ls, la boucle locale et ADSL, MPLS, les
VLAN et les VPN. La tlphonie dentreprise et en particulier
lintgration voix/donnes font lobjet dun expos approfondi conduisant
lintgration de la voix sur IP. lments fondamentaux des rseaux
dentreprise, ltude de la scurit et ladministration sont traites en
dtail, tandis quune initiation lingnierie des rseaux conclut cet
ouvrage. la n de chaque chapitre des exercices ou des tudes de cas
corrigs sont proposs. Les corrections sont dtailles an de permettre
tous de comprendre le cheminement du raisonnement. REMERCIEMENTS Il
ne conviendrait pas de terminer cet avant-propos sans remercier
tous ceux, amis et famille, qui grce leur soutien, leurs conseils
et de fastidieuses relectures, ont permis que cet ouvrage soit ce
quil est, et tout particulirement Laurence DUCHIEN, professeur
luniversit de
25. XXVI Avant-propos Lille pour ses nombreuses remarques et
suggestions. Enn, jexprime ma reconnaissance Maxime MAIMAN qui par
son premier ouvrage ma fait dcouvrir et aimer le monde des rseaux
ainsi qu Solange GHERNAOUTI-HLIE qui ma tmoign sa conance en
accueillant dans sa collection mes premiers ouvrages Tlcoms 1 et
Tlcoms 2 dont le prsent ouvrage Rseaux et Tlcoms est issu.
26. Chapitre 1 Historique et normalisation 1.1 OBJET DES
TLCOMMUNICATIONS Les tlcommunications recouvrent toutes les
techniques (laires, radio, optiques, etc.) de transfert
dinformation quelle quen soit la nature (symboles, crits, images
xes ou animes, son, ou autres). Ce mot, introduit en 1904 par
Estauri (polytechnicien, ingnieur gnral des tlgraphes 1862-1942),
fut consacr en 1932 la confrence de Madrid qui dcida de rebaptiser
lUnion Tlgraphique Internationale en Union Internationale des
Tlcommunications (UIT). Aujourdhui, avec la dferlante Internet, les
tlcommunications ont dbord les domaines de la tlgraphie et de la
tlphonie. Une re nouvelle est ne, celle de la communication. Cette
rvolution na t rendue possible que par une formidable volution des
technologies. Les progrs raliss dans le traitement du signal ont
autoris la banalisation des ux de donnes et la convergence des
techniques. Cette convergence, illustre gure 1.1 implique de la
part des professionnels une adaptation permanente. Cette dernire ne
sera possible que si lingnieur ou le technicien possde une base de
connaissance sufsamment vaste, cest lobjectif de cet ouvrage. Dans
la premire tape, illustre gure 1.1, les ux voix et donnes sont de
nature fonctionnelle et physique diffrentes. Chaque systme dispose
de son propre rseau. Notons que la transmission de donnes sur le
rseau tlphonique fut interdite par France Tlcom jusquen 1960. Lors
de la libralisation de ce service, le dbit autoris tait dabord
limit 1 200 bit/s, puis 2 400 bit/s en 1976 et 4 800 bit/s en 1980.
Dans la seconde tape, la voix fait lobjet dune numrisation. Les ux
physiques sont banaliss et comme tel, peuvent tre transports par un
mme rseau (rseau de transport). Cependant, les rseaux daccs restent
fonctionnellement diffrents et les usagers accdent toujours aux
services par des voies distinctes.
27. 1 Historique et normalisation 2 1re tape Rseau tlphonique
Rseau de donnes 2me tape Voix Voix Rseau de transport Data Data 3me
tape Rseau Voix/Donnes 4me tape Rseau Voix/Donnes Figure 1.1
Schmatisation de lvolution des tlcommunications. La troisime tape
poursuit la banalisation des ux. La voix nest plus seulement
numrise, les diffrents lments dinformations sont rassembls en
paquets, comme la donne. On parle alors de voix paqutise ,
permettant ainsi un traitement de bout en bout identique pour les
deux ux. Dans cette approche, le protocole de transport est
identique, mais les protocoles usagers restent diffrents. Lusager
na plus besoin que dun seul accs physique au rseau de transport
(rseau voix/donnes). Les ux sont spars par un quipement (quipement
voix/donnes) localis chez lusager et sont traits par des systmes
diffrents. La quatrime tape consiste en une intgration complte, les
quipements terminaux ont une interface daccs identique mais des
fonctionnalits applicatives diffrentes. La voix et la donne
peuvent, non seulement cohabiter sur un mme rseau, mais collaborer
dans les applications informatiques nales : cest le couplage
informatique tlphonie de manire native. Dans cette approche les
protocoles utiliss dans le rseau de transport et ceux utiliss dans
le rseau de lusager sont identiques pour les deux types de ux.
Cependant, quelle que soit la complexit du systme, le principe
reste toujours le mme : il faut assurer un transfert able
dinformation dune entit communicante A vers une entit communicante
B. A Adaptateur DONNEES Adaptateur Figure 1.2 Constituants de base
dun systme de transmission de donnes. B
28. 1.2 Bref historique 3 Ce qui ncessite (gure 1.2) : des
donnes traduites dans une forme comprhensible par les calculateurs,
un lien entre les entits communicantes, que ce lien soit un simple
support ou un rseau de transport, la dnition dun mode dchange des
donnes, la ralisation dun systme dadaptation entre les calculateurs
et le support, un protocole1 dchange. Ces diffrents points seront
traits dans les chapitres qui suivent. Cependant, on ne saurait
entreprendre ltude dune technique sans disposer, pour celle-ci, de
quelques repres historiques sur son volution. Finalement, les
tlcommunications nauraient pas connu un tel essor si des organismes
particuliers, les organismes de normalisation, navaient permis,
grce leurs travaux, linteroprabilit des systmes. c Dunod La
photocopie non autorise est un dlit 1.2 BREF HISTORIQUE On peut
estimer que lhistoire des tlcommunications commence en 1832, date
laquelle le physicien amricain Morse (1791-1872) eut lide dun
systme de transmission code (alphabet Morse). Les premiers essais,
en 1837, furent suivis dun dpt de brevet en 1840. La premire
liaison ofcielle fut ralise en 1844. Cest en 1856 que la France
adopta le systme Morse. La premire liaison transocanique, ralise en
1858, ne fonctionna quun mois (dfaut disolement du cble immerg).
Paralllement, la phonie (le tlphone) se dveloppait. Les principes
formuls par le franais Charles Bourseul conduisirent un dpt de
brevet, pour un systme tlphonique, par Graham Bell (1847-1922) et
Eliska Gray (1835-1901). Les demandes furent dposes deux heures
dintervalle. Marconi (1874-1937) ralisa en 1899 une premire liaison
tlgraphique par onde hertzienne entre la France et lAngleterre.
Mais, cest Lee de Forest (1873-1961) qui avec linvention de la
triode ouvrit vritablement la voie aux transmissions longues
distances. La premire liaison tlphonique transocanique par ondes
hertziennes fut ralise en 1927. Le principe de la numrisation du
signal (MIC, Modulation par Impulsions Codes) fut dcrit en 1938 par
Alei Reever, mais il fallut attendre les progrs de llectronique
pour raliser les premiers codeurs. Lvolution sacclra, en 1948, avec
linvention du transistor (Bardeen, Brattain, Shockley des
laboratoires Bell) qui par sa faible consommation et son
chauffement limit, ouvrit des voies nouvelles. Cest ainsi que le
premier cble tlphonique transocanique fut pos en 1956 avec 15
rpteurs immergs. Enn, en 1962, le satellite Telstar 1 autorise la
premire liaison de tlvision transocanique, tandis que 7 ans plus
tard, on peut vivre en direct les premiers pas de lHomme sur la
Lune. 1. Protocole : convention dnissant un ensemble de rgles
suivre pour effectuer un change dinformations. Procdure : squence
de rgles suivre pour accomplir un processus. Pour le tlcommunicant
ces deux termes sont synonymes, cependant il semble prfrable
dutiliser le terme procdure lorsque les rgles sont simples et de
rserver le terme protocole un ensemble de rgles plus
complexes.
29. 4 1 Historique et normalisation Lvolution des techniques
conduit la cration de rseaux pour offrir des services de transport
dinformation ou des tlservices au public. En 1978 la premire
liaison numrique (Transx) est effectue et 1979 voit louverture au
public du premier rseau mondial de transmission de donnes par
paquets X.25 (France : Transpac). Lexplosion de la tlmatique se
concrtise avec lexprience de Vlizy (1981), le Minitel envahit les
foyers domestiques. Les tlcommunications sont aujourdhui, de manire
tout fait transparente, utilises journellement par tous : tlcopie,
Minitel, cartes de crdit et surtout Internet... 1.3 LA
NORMALISATION La normalisation peut tre vue comme un ensemble de
rgles destines satisfaire un besoin de manire similaire. La
normalisation dans un domaine technique assure une rduction des
cots dtude, la rationalisation de la fabrication et garantit un
march plus vaste. Pour le consommateur, la normalisation est une
garantie dinterfonctionnement, dindpendance vis-vis dun fournisseur
et de prennit des investissements. En matire de tlcommunication, la
normalisation est issue dorganismes divers. Du groupement de
constructeurs aux organismes internationaux, la normalisation
couvre tous les domaines de la communication. Dune manire gnrale,
la normalisation ne simpose pas, sauf celle manant de lETSI
(European Telecommunications Standard Institute) qui normalise les
rseaux publics et leurs moyens daccs. Les principaux groupements de
constructeurs sont : ECMA (European Computer Manufactures
Association), lorigine constitue uniquement de constructeurs
europens (Bull, Philips, Siemens...) lECMA comprend aujourdhui tous
les grands constructeurs mondiaux (DEC, IBM, NEC, Unisys...). En
matire de tlcommunications, lECMA comprend deux comits : le TC23
pour linterconnexion des systmes ouverts et le TC24 pour les
protocoles de communication ; EIA (Electronic Industries
Association) connue, essentiellement, pour les recommandations
RS232C, 449 et 442. Les principaux organismes nationaux auxquels
participent des industriels, administrations et utilisateurs sont :
AFNOR, Association Franaise de NORmalisation, ANSI, American
National Standard Institute (USA), DIN, Deutsches Institut fr
Normung (Allemagne), bien connu pour sa normalisation des
connecteurs (prises DIN) ; BSI, British Standard Institute (Grande
Bretagne). Les organismes internationaux : ISO, International
Standardization Organization, regroupe environ 90 pays. LISO est
organise en Technical Committee (TC) environ 200, diviss en
Sub-Committee (SC) euxmmes subdiviss en Working Group (WG) ; la
France y est reprsente par lAFNOR ; CEI, Commission lectrotechnique
Internationale, aflie lISO en est la branche lectricit ;
30. 1.4 Principes dlaboration dune norme (ISO) 5 UIT-T, Union
Internationale des Tlcommunications secteur des tlcommunications,
qui a succd en 1996 au CCITT (Comit Consultatif International
Tlgraphie et Tlphonie), publie des recommandations. Celles-ci sont
dites tous les 4 ans sous forme de recueils. Les domaines
dapplication sont identis par une lettre : V, concerne les modems
et les interfaces, T, sapplique aux applications tlmatiques, X,
dsigne les rseaux de transmission de donnes, I, se rapporte au
RNIS, Q, intresse la tlphonie et la signalisation. LIEEE, Institute
of Electrical and Electronics Enginers, socit savante constitue
dindustriels et duniversitaires, est essentiellement connue par ses
spcications sur les bus dinstrumentation (IEEE 488) et par ses
publications concernant les rseaux locaux (IEEE 802), reprises par
lISO (IS 8802). Le panorama serait incomplet si on omettait de
citer lIAB, Internet Architecture Board, qui a la charge de dnir la
politique long terme dInternet, tandis que lIETF (Internet
Engineering Task Force) assure par ses publications (RFC Request
For Comments) lhomognit de la communaut TCP/IP et Internet. 1.4
PRINCIPES DLABORATION DUNE NORME (ISO) La rdaction dune norme est
une succession de publications, la dure entre le projet et la
publication dnitive peut tre trs longue. En effet, chaque partie
tente dy dfendre ses intrts conomiques et commerciaux. Dune manire
gnrale, un projet de normalisation est formalis dans un document
brouillon qui expose les concepts en cours de dveloppement (Draft)
; lorsque ce document arrive une forme stable, les drafts sont
publis (Draft proposable), chaque pays met son avis (vote). Enn,
une forme quasi dnitive est publie, elle constitue une base de
travail pour les constructeurs (Draft International Standard). La
norme appele International Standard (IS) est ensuite publie. c
Dunod La photocopie non autorise est un dlit 1.5 NORMES ET AGRMENT
Gnralement, ce nest pas parce quun quipement rpond une norme que
celui-ci est autoris, de fait, se raccorder un rseau public. En
effet, loprateur public se doit de garantir aux usagers de son
rseau une certaine qualit de service. Il lui appartient de vrier
quun nouvel quipement ne perturbe ni le fonctionnement du rseau sur
lequel il est raccord, ni dautres services tlmatiques. Cette
mesure, souvent perue comme une mesure protectionniste, est en
vigueur dans tous les pays. En France, cest la Direction Gnrale des
Postes et Tlcommunications (ex-Direction de la Rglementation Gnrale
ou DRG) qui est lorgane dhomologation des matriels de
tlcommunication.
31. Chapitre 2 Linformation et sa reprsentation dans les
systmes de transmission 2.1 GNRALITS 2.1.1 Les ux dinformation
Lacheminement, dans un mme rseau, dinformations aussi diffrentes
que les donnes informatiques, la voix ou la vido implique que
chacune de ces catgories dinformation ait une reprsentation
identique vis--vis du systme de transmission et que le rseau puisse
prendre en compte les contraintes spciques chaque type de ux
dinformation (gure 2.1). Vido Donnes multimdia Voix interactive
Sons Rseau de transport Donnes Poste de travail multimdia Figure
2.1 Le rseau et les diffrents ux dinformation. An de qualier ces
diffrents ux vis--vis du systme de transmission, nous dnirons
succinctement les caractristiques essentielles dun rseau de
transmission1 . Nous examinerons ensuite le mode de reprsentation
des informations. Enn, nous appliquerons les rsultats 1. Ces
diffrentes notions seront revues et appronfondies dans la suite de
cet ouvrage.
32. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 8 aux donnes, la voix et limage pour en dduire les
contraintes de transfert spciques chaque type de ux. 2.1.2
Caractristiques des rseaux de transmission Notion de dbit binaire
Les systmes de traitement de linformation emploient une logique
deux tats ou binaire. Linformation traite par ceux-ci doit tre
traduite en symboles comprhensibles et manipulables par ces
systmes. Lopration qui consiste transformer les donnes en lments
binaires sappelle le codage ou numrisation selon le type
dinformation transformer. On appelle dbit binaire (D) le nombre
dlments binaires, ou nombre de bits, mis sur le support de
transmission pendant une unit de temps. Cest lune des
caractristiques essentielles dun systme de transmission. Le dbit
binaire sexprime par la relation : D= V t avec D (dbit) en bits par
seconde (bit/s2 ), V le volume transmettre exprim en bits et t la
dure de la transmission en seconde. Le dbit binaire mesure le
nombre dlments binaires transitant sur le canal de transmission
pendant lunit de temps (gure 2.2). Source Canal de transmission
Destination (Puits) Figure 2.2 Schmatisation dun systme de
transmission. Notion de rapport signal sur bruit Les signaux
transmis sur un canal peuvent tre perturbs par des phnomnes
lectriques ou lectromagntiques dsigns sous le terme gnrique de
bruit. Le bruit est un phnomne qui dnature le signal et introduit
des erreurs. Le rapport entre la puissance du signal transmis et
celle du signal de bruit qualie le canal vis--vis du bruit. Ce
rapport, appel rapport signal sur bruit (S/N avec N pour Noise),
sexprime en dB (dcibel3 ) : S / Nd B = 10 log10 S / N(en puissance)
Notion de taux derreur Les phnomnes parasites (bruit) perturbent le
canal de transmission et peuvent affecter les informations en
modiant un ou plusieurs bits du message transmis, introduisant
ainsi des 2. Lunit ofcielle de dbit est le bit/s (invariable).
Labrviation bps pouvant tre confondue avec byte par seconde ne sera
pas utilise dans cet ouvrage. Rappelons que le terme bit provient
de la contraction des termes binary digit . 3. Le dcibel ou dB (10e
du bel) est une unit logarithmique sans dimension. Elle exprime le
rapport entre deux grandeurs de mme nature. Le rapport Signal/Bruit
peut aussi sexprimer par le rapport des tensions, la valeur est
alors S/NdB = 20 log10 S/N(en tension) .
33. 2.2 Reprsentation de linformation 9 erreurs dans le
message. On appelle taux derreur binaire (Te ou BER, Bit Error
Rate) le rapport du nombre de bits reus en erreur au nombre de bits
total transmis. Te = Nombre de bits en erreur Nombre de bits
transmis Notion de temps de transfert Le temps de transfert, appel
aussi temps de transit ou temps de latence, mesure le temps entre
lmission dun bit, lentre du rseau et sa rception en sortie du
rseau. Ce temps prend en compte le temps de propagation sur le ou
les supports et le temps de traitement par les lments actifs du
rseau (nuds). Le temps de transfert est un paramtre important
prendre en compte lorsque la source et la destination ont des
changes interactifs. Pour un rseau donn, le temps de transfert nest
gnralement pas une constante, il varie en fonction de la charge du
rseau. Cette variation est appele gigue ou jitter. Notion de
spectre du signal Le mathmaticien franais Joseph Fourier
(1768-1830) a montr que tout signal priodique de forme quelconque
pouvait tre dcompos en une somme de signaux lmentaires sinusodaux
(fondamental et harmoniques) autour dune valeur moyenne (composante
continue) qui pouvait tre nulle. Lensemble de ces composantes forme
le spectre du signal ou bande de frquence occupe par le signal
(largeur de bande). 2.2 REPRSENTATION DE LINFORMATION 2.2.1 Les
diffrents types dinformation c Dunod La photocopie non autorise est
un dlit Les informations transmises peuvent tre rparties en deux
grandes catgories selon ce quelles reprsentent et les
transformations quelles subissent pour tre traites dans les systmes
informatiques. On distingue : Les donnes discrtes, linformation
correspond lassemblage dune suite dlments indpendants les uns des
autres (suite discontinue de valeurs) et dnombrables (ensemble ni).
Par exemple, un texte est une association de mots eux-mmes composs
de lettres (symboles lmentaires). Les donnes continues ou
analogiques (gure 2.3) rsultent de la variation continue dun
phnomne physique : temprature, voix, image... Un capteur fournit
une tension lectrique proportionnelle lamplitude du phnomne
physique analys : signal analogique (signal qui varie de manire
analogue au phnomne physique). Un signal analogique peut prendre
une innit de valeurs dans un intervalle dtermin (bornes). Pour
traiter ces informations par des quipements informatiques il est
ncessaire de substituer chaque lment dinformation une valeur
binaire reprsentative de lamplitude de celui-ci. Cette opration
porte le nom de codage de linformation (codage la source) pour les
informations discrtes et numrisation de linformation pour les
informations analogiques.
34. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 10 Capteur Ligne analogique Transducteur Figure 2.3 Le
signal analogique. 2.2.2 Codage des informations Dnition Coder
linformation consiste faire correspondre (bijection) chaque symbole
dun alphabet (lment coder) une reprsentation binaire (mot code).
Lensemble des mots codes constitue le code (gure 2.4). Ces
informations peuvent aussi bien tre un ensemble de commandes dune
machine outil que des caractres alphanumriques... Cest ces derniers
codes que nous nous intresserons. Un code alphanumrique peut
contenir : Des chiffres de la numrotation usuelle [0..9] ; Des
lettres de lalphabet [a..z, A..Z] ; Des symboles nationaux [, ,...]
; Des symboles de ponctuation [, ; : . ? ! ...] ; Des symboles
semi-graphiques [ Des commandes ncessaires au systme [Saut de
ligne, Saut de page, etc.]. ]; Codage A B Symbole coder 1000001 mot
code 1000010 1000011 C Alphabet Code Figure 2.4 Principe du codage
des donnes. Les diffrents types de code Le codage des diffrents
tats dun systme peut senvisager selon deux approches. La premire,
la plus simple, considre que chacun des tats du systme est
quiprobable. La seconde prend en compte la frquence dapparition dun
tat. Cette approche conduit dnir deux types de code : les codes de
longueur xe et les codes de longueur variable. Les codes de
longueur xe Chaque tat du systme est cod par un certain nombre de
bits, appel longueur du code, longueur du mot code ou encore code n
moments.
35. 2.2 Reprsentation de linformation 11 Avec 1 bit on peut
coder 2 tats (0,1) Avec 2 bits on peut coder 4 tats (00, 01, 10,
11) Avec 3 bits on peut coder 8 tats (000, 001, 010, 011, 100, 101,
110, 111) Dune manire gnrale : Avec n bits on code 2n tats Le
nombre dtats pouvant tre cods par un code de n bits sappelle
puissance lexicographique du code que lon note : P = 2n En
gnralisant, le nombre de bits ncessaires pour coder P tats est n,
tel que : 2(n 1) < P 2n Le nombre de bits pour coder P symboles
est donc4 n = log2 P Ce nombre de bits (n) reprsente la quantit
dinformation (Q) apporte par la connaissance dun tat du systme.
Lorsque dans un systme, tous les tats sont quiprobables, la quantit
dinformation apporte par la connaissance dun tat est la mme quel
que soit ltat connu. Si linformation est reprsente par deux valeurs
quiprobables (0 ou 1, pile ou face...), la quantit dinformation,
exprime en shannon5 ou plus simplement en bit, est : Q = log2 2 = 1
shannon ou 1 bit. Le bit est la quantit dinformation qui correspond
au lever de doute entre deux symboles quiprobables. Lorsque tous
les tats ne sont pas quiprobables, la quantit dinformation est
dautant plus grande que la probabilit de ralisation de ltat est
faible. Si p est la probabilit de ralisation de ltat P, la quantit
dinformation apporte par la connaissance de P est : c Dunod La
photocopie non autorise est un dlit Q = log2 1/p Application :
combien de bits sont ncessaires pour coder toutes les lettres de
lalphabet et quelle est la quantit dinformation transmise par une
lettre (en supposant quiprobable lapparition de chaque lettre) ? Le
nombre de bits ncessaires, pour coder P valeurs, est donn par la
relation : 2(n 1) < P 2n si P = 26 on a 24 < 26 25 soit 5
bits pour coder les 26 lments. 4. Le logarithme dun nombre est la
valeur par laquelle il faut lever la base pour retrouver ce nombre
(n = base log N ). Le logarithme de 8 base 2 est 3 car 23 = 8 5.
Les premiers travaux sur la thorie de linformation sont dus Nyquist
(1924). La thorie de linformation fut dveloppe par Shannon en 1949.
Les principes tablis cette poque rgissent toujours les systmes de
transmission de linformation.
36. 12 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission La quantit dinformation, exprime en shannon ou plus
simplement en bits, est donne par la relation : Q = log2 (1/p) o p
reprsente la probabilit dapparition dun symbole. Ici, p = 1/26 Q =
log2 (26) = 3, 32 log10 (26) = 3, 32 1, 4149 = 4, 66 shannon ou
bits La quantit dinformation calcule ici correspond la valeur
optimale de la longueur du code dans un systme de symboles
quiprobables. Les codes usuels utilisent 5 lments (Code Baudot), 7
lments (Code ASCII appel aussi CCITT N 5 ou encore IA5) ou 8 lments
(EBCDIC). Le code Baudot, code tlgraphique 5 moments ou alphabet
international N 2 ou CCITT 2, est utilis dans le rseau Tlex. Le
code Baudot autorise 25 soit 32 caractres, ce qui N est insufsant
pour reprsenter toutes les lettres de lalphabet (26), les chiffres
(10) et les commandes (Fin de ligne...). Deux caractres
particuliers permettent la slection de deux pages de codes soit au
total une potentialit de reprsentation de 60 caractres. Le code
ASCII (gure 2.5), American Standard Code for Information
Interchange, dont la premire version date de 1963, est le code
gnrique des tlcommunications. Code 7 moments, il autorise 128
caractres (27 ). Les 32 premiers symboles correspondent des
commandes utilises dans certains protocoles de transmission pour en
contrler lexcution. La norme de base prvoit des adaptations aux
particularits nationales (adaptation la langue). Ce code, tendu 8
moments, constitue lalphabet de base des micro-ordinateurs de type
PC. Le code EBCDIC, Extended Binary Coded Decimal Interchange Code,
code 8 moments, dorigine IBM est utilis dans les ordinateurs du
constructeur. Le code EBCDIC a, aussi, t adopt par dautres
constructeurs pour leurs calculateurs tels que BULL. Caractres
nationaux Jeu de commandes 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 2
3 4 5 6 7 8 9 A SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT LF DC1 DC2 DC3
DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ! " $ % ' ( ) . Signication des
caractres de commande 1 2 3 4 5 6 7 8 9 :
37. 2.2 Reprsentation de linformation Symbole ACK BEL BS CAN CR
DC DEL DLE EM ENQ EOT ESC ETB ETX FE FF FS GS HT LF NAK NUL RS SI
SO SOH SP STX SYN TC US VT 13 Acknowledge Bell Backspace Cancel
Carriage Return Device control Delete Data Link Escape End Medium
Enquiry End Of Transmission Escape End of Transmission Block End Of
Text Format Effector Form Feed File Separator Group Separator
Horizontal Tabulation Line Feed Negative Acknowledge Null Record
Separator Shift IN Shift Out Start Of Heading Space Start Of Text
Synchronous idle Transmission Control Unit Separator Vertical
Tabulation Signication Accus de rception Sonnerie Retour arrire
Annulation Retour chariot Commande dappareil auxiliaire Oblitration
Caractre dchappement Fin de support Demande Fin de communication
Echappement Fin de bloc de transmission Fin de texte Commande de
mise en page Prsentation de formule Sparateur de chiers Sparateur
de groupes Tabulation horizontale Interligne Accus de rception
ngatif Nul Sparateur darticles En code Hors code Dbut den-tte
Espace Dbut den-tte Synchronisation Commande de transmission
Sparateur de sous-article Tabulation verticale Figure 2.5 Le code
ASCII. c Dunod La photocopie non autorise est un dlit Les codes de
longueur variable Lorsque les tats du systme ne sont pas
quiprobables, la quantit dinformation apporte par la connaissance
dun tat est dautant plus grande que cet tat a une faible probabilit
de se raliser. La quantit moyenne dinformation apporte par la
connaissance dun tat, appele entropie, est donne par la relation :
i =n pi log2 H= i =1 1 pi o pi reprsente la probabilit dapparition
du symbole de rang i. Lentropie reprsente la longueur optimale du
codage des symboles du systme. Dterminons la longueur optimale du
code (entropie) pour le systme dcrit par le tableau ci-dessous. des
ns de simplicit, chaque tat est identi par une lettre.
38. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 14 tat Probabilit E 0,48 A 0,21 S 0.12 T 0.08 U 0.06 Y
0.05 La longueur optimale du mot code : H = (0,48 log2 0,48 + 0,21
log2 0,21 + 0,12 log2 0,12 + 0,08 log2 0,08 + 0,06 log2 0,06 + 0,05
log2 0,05) H = 3,32[(0,48 log10 0,48 + 0,21 log10 0,21 + 0,12 log10
0,12 + 0,08 log10 0,08 + 0,06 log10 0,06 + 0,05 log10 0,05)] H = 1,
92 Le code optimal utile est de 1,92 bit, alors que lutilisation
dun code longueur xe ncessite 3 bits pour coder les 6 tats de ce
systme (22 < 6 23 ). Il nexiste pas de code qui permette
datteindre cette limite thorique. Cependant, Huffman introduit en
1952 une mthode de codage qui prend en compte la frquence
doccurrence des tats et qui se rapproche de cette limite thorique.
Construction du code de Huffman (gure 2.6) : 1. lecture complte du
chier et cration de la table des symboles ; 2. classement des
symboles par ordre des frquences dcroissantes (occurrence) ; 3.
rductions successives en rassemblant en une nouvelle occurrence les
deux occurrences de plus petite frquence ; 4. loccurrence obtenue
est insre dans la table et celle-ci est nouveau trie par ordre
dcroissant ; 5. les rductions se poursuivent jusqu ce quil ny ait
plus dlment ; 6. construire larbre binaire en reliant chaque
occurrence la racine ; 7. le codage consiste lire larbre du sommet
aux feuilles en attribuant par exemple la valeur 0 aux branches
basses et 1 aux branches hautes. La longueur moyenne (Lmoy) du code
(gure 2.6) est de : Lmoy = 0,48 1 + 0,21 2 + 0,12 3 + 0,08 4 + 0,06
5 + 0,05 5 = 2,13 Le codage de Huffman permet de rduire le nombre
de bits utiliss pour coder linformation. Dpendant du contexte, il
impose, avant la transmission, dtablir une convention (Huffman modi
utilis en tlcopie groupe 3) ou de transmettre, avant les donnes, le
contenu de la table construite par lmetteur.
39. 2.2 Reprsentation de linformation 15 E48 E48 E48 A21 A21
A21 S12 S12 T8 U6 1 19 1 11 1 T8 E 48 31 1 A21 0 52 1 100 48 0
Occurrence Code 0 Y5 0 0 A 10 S S12 0 E 110 T 1110 U 11111 Y 11110
Figure 2.6 Arbre dHuffman. DASCII lUnicode Le codage ASCII (7 bits)
ou ISO-646 ne permet de coder que 127 caractres, il rserve 12 codes
pour prendre en compte les particularits nationales.
Linternationalisation des communications, notamment avec Internet,
a mis au premier plan les problmes de codage des textes. Une
premire extension a t ralise par la norme ISO-8859-x (8 bits).
ISO-8859-x utilise les 128 premiers caractres du code ASCII, le
symbole x renvoie vers des tables qui compltent le jeu originel de
96 caractres autorisant ainsi les critures base de caractres
latins, cyrilliques, arabes, grecs et hbraques. Le codage
ISO-8859-x doit tre prfr, sur Internet, tout autre code chaque fois
que cela est possible. Le dcodage dun texte ncessite quil identie
le code utilis et que le destinataire puisse interprter ce code,
ceci a conduit dnir un code unique sur 16 ou 32 bits permettant la
reprsentation de toutes les langues du monde : lUnicode (16 bits)
qui reprend les spcications du code ISO 10646 UCS-2 (Universal
Character Set). 2.2.3 Numrisation des informations c Dunod La
photocopie non autorise est un dlit Principe Numriser une grandeur
analogique consiste transformer la suite continue de valeurs en une
suite discrte et nie. cet effet, on prlve, des instants
signicatifs, un chantillon du signal et on exprime son amplitude
par rapport une chelle nie (quantication). Le rcepteur, partir des
valeurs transmises, reconstitue le signal dorigine. Une restitution
dle du signal ncessite que soient dnis : lintervalle
dchantillonnage qui doit tre une constante du systme (frquence
dchantillonnage) ; lamplitude de lchelle de quantication, celle-ci
doit tre sufsante pour reproduire la dynamique du signal (diffrence
damplitude entre la valeur la plus faible et la valeur la plus
forte) ; que chaque valeur obtenue soit code.
40. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 16 La gure 2.7 reprsente les diffrentes tapes de la
numrisation du signal. intervalle rgulier (priode dchantillonnage),
on prlve une fraction du signal (chantillon). Puis, on fait
correspondre lamplitude de chaque chantillon une valeur
(quantication), cette valeur est ensuite transforme en valeur
binaire (codication). Signal numriser Instants dchantillonnage t 12
Echantillons 8 9 11 8 Echelle de quantification 6 4 Quantification
Codage et transmission 8 9 6 4 8 12 11 Figure 2.7 Numrisation dun
signal analogique. La quantication dnit des valeurs en escalier
(par bond) alors que le phnomne quantier varie de faon continue.
Aussi, quel que soit le nombre de niveaux utiliss, une
approximation est ncessaire, celle-ci introduit une erreur dite de
quantication ou bruit de quantication qui est la diffrence entre la
valeur relle de lchantillon et la valeur quantie. Pour reproduire
correctement le signal larrive, le rcepteur doit disposer dun
minimum dchantillons. Il existe donc une relation troite entre la
frquence maximale des variations du signal discrtiser et le nombre
dchantillons prlever. Soit un signal dont le spectre est limit et
dont la borne suprieure vaut Fmax , Shannon a montr que si Fe est
la frquence dchantillonnage, le spectre du signal chantillonn est
le double de Fmax et est centr autour de Fe , 2Fe ... nFe . Par
consquent, pour viter tout recouvrement de spectre, le signal
chantillonner doit tre born (ltre) une frquence suprieure telle que
Fmax soit infrieure la moiti de lintervalle dcartement des spectres
(Fe). La gure 2.8 illustre cette relation appele relation de
Shannon. Spectre du signal chantillonn Spectre du signal origine Fe
2Fe Frquences +Fmax -Fmax +Fmax -Fmax +Fmax Figure 2.8 Spectre
dchantillonnage. On en dduit que la frquence minimale
dchantillonnage (frquence de Nyquist) dun signal doit tre le double
de la frquence maximale du signal chantillonner : Fchantillon 2
Fmax du signal
41. 2.2 Reprsentation de linformation 17 Filtre Signal
analogique ...0101 Echantillonneur Quantificateur Fmax Signal
numrique Figure 2.9 Structure lmentaire dun convertisseur
analogique/numrique. Application la voix Un canal tlphonique
utilise une plage de frquence ou Bande Passante (BP) allant de 300
Hz 3 400 Hz. Si on prend 4 000 Hz comme frquence maximale
reproduire, la frquence dchantillonnage minimale est de : Fe 2 Fmax
= 2 4 000 = 8 000 Hz Soit 8 000 chantillons par seconde, ce qui
correspond, pour chaque chantillon une dure de 125 ms (1/8 000).
Pour une restitution correcte (dynamique6 et rapport signal bruit),
la voix devrait tre quantie sur 12 bits (4 096 niveaux). Les
contraintes de transmission en rapport avec le dbit conduisent
rduire cette bande. Lutilisation dune loi quantication
logarithmique permet de ramener la reprsentation numrique de la
voix 8 bits (7 bits pour lamplitude et un bit de signe), tout en
conservant une qualit de reproduction similaire celle obtenue avec
une quantication linaire sur 12 bits. Cette opration dite de
compression est diffrente en Europe (loi A) et en Amrique du Nord
(loi m). En codant chaque chantillon sur 8 bits, il est ncessaire
dcouler : 8 000 8 = 64 000 bits par seconde sur le lien Ce qui
correspond un dbit de 64 000 bit/s. Ce choix correspond celui du
RNIS (Rseau Numrique Intgration de Service ou ISDN, Integrated
Service Digital Network) qui utilise des voies 64 kbit/s. c Dunod
La photocopie non autorise est un dlit Le codage de limage vido La
voix est un phnomne vibratoire, loreille peroit des variations de
pression successives quelle interprte. Limage est interprte
globalement par lil alors quelle ne peut tre transmise et
reproduite que squentiellement. La discrtisation de limage ncessite
2 tapes : dabord une transformation espace/temps qui se concrtise
par une analyse de celle-ci, ligne par ligne, puis une dcomposition
de chaque ligne en points, enn la quantication de la valeur
lumineuse du point, valeur qui est ensuite transmise. Une image
colore peut tre analyse selon 3 couleurs dites primaires de
longueur donde (l) dtermine. Pour reconstituer limage dorigine, il
suft de superposer les trois images, cest la synthse additive. La
gure 2.10 reprsente le principe de la synthse additive, le dosage
de chacune des sources lumineuses permet de reproduire toutes les
couleurs. 6. La dynamique exprime le rapport entre les puissances
maximale et minimale du signal.
42. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 18 Rouge Magenta Jaune Blanc Bleu Vert Cyan lv =
0,546mm lb = 0,436mm lr = 0,700mm B V R Figure 2.10 La synthse
additive. Chaque point de limage est reprsent par deux grandeurs,
la luminance et la chrominance. La chrominance, ou information de
couleur, est le rsultat de la superposition de trois couleurs dites
primaires (gure 2.10). Ces deux grandeurs sont relies entre elles
par la relation : Y = 0,3 R + 0,59 V + 0,11 B o : Y est la
luminance (chelle des gris), R lintensit de la composante de lumire
rouge, V celle de lumire verte, B celle de lumire bleue. Limage est
dite RVB ou RGB (Red, Green, Blue), du nom des trois couleurs
primaires Rouge, Vert, Bleu. En tlvision, pour assurer la
compatibilit avec les tlviseurs monochromes, il nous faut
transmettre, en plus des informations de chrominance, les
informations de luminance (chelle des gris). Les diffrentes
caractristiques dune image vido constituent un standard. Les
paramtres de ces standards sont : le format de limage, lorigine le
mme format que le cinma (4/3), aujourdhui on volue vers un format
plus large (16/9) ; le nombre dimages par seconde dtermin en
fonction de la frquence du rseau lectrique pour viter des effets
stroboscopiques, en Europe 25 images/seconde7 , aux USA 30
images/seconde ; 7. Pour augmenter la frquence de rafrachissement
de limage, sans augmenter la bande passante ncssaire, lanalyse et
la reproduction se font par demi-image. La premire demi-image
analyse les lignes impaires, la seconde les lignes paires. Limage
est donc reproduite raison de 50 demi-images par seconde.
43. 2.2 Reprsentation de linformation 19 le nombre de lignes a
t x pour qu une distance de vision normale deux lignes conscutives
ne soient pas distingues (les deux lignes doivent tre vues sous un
angle de moins dune minute) ; le nombre de points par ligne dni
pour que la dnition horizontale soit identique la dnition
verticale. Le standard dune image de tlvision numrique au format
europen (625 lignes, 25 Hz) est caractris par : le nombre de lignes
utiles par image x 576 ; le nombre de points par ligne dni 7208 .
le nombre dimages par seconde dtermin 25 images (25 Hz). Seuls sont
transmis : la luminance (Y), pour la compatibilit avec les
rcepteurs monochromes, et les signaux de chrominance B (Bleu) et R
(Rouge)9 . La connaissance de ces trois grandeurs est ncessaire et
sufsante pour reconstituer la quatrime : V (Vert). Lil ne percevant
pas la couleur dans les dtails, on se satisfait dune dnition
moindre pour linformation couleur que pour linformation monochrome
(noir et blanc). Ainsi, on transmet : 720 points par ligne pour le
signal Y ; 360 points pour chacune des couleurs B et R ; Au total 1
440 points lmentaires par ligne sont analyss. En se contentant dune
quantication sur 255 niveaux (8 bits, soit 16 millions de
couleurs), le nombre de bits ncessaires la reconstitution de limage
(576 lignes) est donc de : N (bits) = 1 440 8 576 = 6 635 520 bits
raison de 25 images par seconde (50 demi-images), il faut, pour
transmettre une image anime, un dbit minimal de : c Dunod La
photocopie non autorise est un dlit Dmin = 6 635 520 25 = 166
Mbit/s. Ce dbit est actuellement difcilement ralisable sur les
supports de transmission courants. Pour effectuer correctement une
transmission dimages animes numrises, on utilise des techniques
particulires de quantication et de compression. Un groupe de
travail commun lISO et la CEI (Commission lectrotechnique
Internationale), le Motion Picture Expert Group (MPEG), est charg
de dnir les algorithmes normaliss de compression de son et dimages
vido. 8. titre de comparaison : le magntoscope VHS 250
points/ligne, le magntoscope SVHS 400 points/ligne, le DVD vido 500
points/ligne. 9. On ne transmet pas directement les informations de
chrominance, mais les signaux dits de diffrence de couleur Dr = R
Y, Db = B Y, Dv = V Y. Dans ces conditions, lamplitude du signal V
tant la plus importante, la valeur Dv est la plus faible, donc la
plus sensible aux bruits de transmission. Cest cette analyse qui a
conduit au choix de Dr et Db comme signaux transmettre.
44. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 20 2.3 LA COMPRESSION DE DONNES 2.3.1 Gnralits Si on
nglige le temps de propagation du message sur le support, le temps
de transmission ou temps de transfert dun message a pour expression
: Tt = Longueur du message en bits/dbit de la liaison Pour un mme
contenu smantique, ce temps sera dautant plus faible que la
longueur du message sera petite ou que le dbit sera lev.
Laugmentation du dbit se heurte des problmes technologiques et de
cots. Il peut donc tre intressant de rduire la longueur du message
sans en altrer le contenu (la smantique) : cest la compression de
donnes. Les techniques de compression se rpartissent en deux
familles : les algorithmes rversibles ou sans perte et les
algorithmes irrversibles dits avec perte. Les premiers restituent
lidentique les donnes originelles. Ils sappliquent aux donnes
informatiques. Le taux de compression obtenu est voisin de 2. Les
seconds, dits aussi codes rduction de bande, autorisent des taux de
compression pouvant atteindre plusieurs centaines au dtriment de la
dlit de restitution. Utiliss pour la voix et limage, ils
sapparentent plus des procds de codage qu des techniques de
compression. 2.3.2 Quantication de la compression La compression se
quantie selon trois grandeurs10 : le quotient de compression, le
taux de compression et le gain de compression. Le quotient de
compression (Q) exprime le rapport entre la taille des donnes non
compresses la taille des donnes compresses. Taille avant
compression Q= Taille aprs compression Le taux de compression (T)
est linverse du quotient de compression. T = 1/ Q Enn, le gain de
compression, exprime en % la rduction de la taille des donnes. G =
(1 T ) 100 2.3.3 La compression sans perte Compression dun ensemble
ni de symboles quiprobables Quand le nombre de symboles appartient
un ensemble ni, par exemple un catalogue de produits, on peut
substituer au symbole un code (rfrence du produit, code
derreur...). Cette technique appartient lorganisation des donnes.
10. En toute rigueur, les grandeurs dnies ci-aprs ne sont valables
que pour les algorithmes de compression sans perte. En effet, pour
les algorithmes avec perte, il y a rduction dinformation et non
compression. Cependant, lusage tend ces quantications aux deux
types de compression.
45. 2.3 La compression de donnes 21 La compression de symboles
non quiprobables De nombreuses techniques permettent de rduire la
taille de donnes quelconques. Les trois principales sont : Le Run
Length Encoding (RLE) qui consiste remplacer une suite de caractres
identiques par le nombre doccurrences de ce caractre, on obtient
des squences du type : chappement/Nombre/Caractre, par exemple la
squence @10A peut signier, 10 A conscutifs. Ce codage, peu efcace,
pour le texte est utilis pour compresser les images et les chiers
binaires, notamment par MacPaint (Apple). Le codage dHuffman ou
codage dentropie substitue un code de longueur xe un code de
longueur variable. Ncessitant une lecture pralable du chier et
lenvoi du dictionnaire de codage, le code de Huffman est peu
efcace. Utilis en tlcopie G3, le code de Huffman modi (HM) associe,
partir dun dictionnaire prconstitu, un mot binaire une squence de
points. Le codage par substitution remplace une squence de
caractres prdinies par un code. Le dictionnaire ncessaire au codage
et au dcodage est construit dynamiquement. Non transmis il est
reconstitu en rception. Connu sous le nom de Lempel-Ziv-Welch
(LZW), il est utilis dans les utilitaires de compression PKZIP, ARJ
et dans les modems (V.42bis). 2.3.4 Les codages rduction de bande c
Dunod La photocopie non autorise est un dlit Le codage de la voix
La numrisation de la voix selon le procd MIC (Modulation par
Impulsion et Codage ou PCM, Pulse Code Modulation) est adopte dans
tous les rseaux tlphoniques. Cependant, une reproduction correcte
de la voix ncessite une quantication sur 12 bits (voir section
2.2.3.2). Cette quantication linaire introduit un rapport signal
bruit dautant plus dfavorable que la valeur du signal est faible.
Cette observation et la ncessit de rduire la bande ont conduit
adopter des lois de quantication logarithmique. Ces lois autorisent
un codage sur 8 bits avec un rapport signal bruit pratiquement
quivalent une quantication linaire sur 12 bits. La gure 2.11
reprsente la partie positive de la loi A. La loi A, utilise en
Europe, divise lespace de quantication en 8 intervalles. Chaque
intervalle de quantication (sauf les deux premiers) est le double
du prcdent. lintrieur de chaque intervalle, on opre une
quantication linaire sur 16 niveaux. Ainsi, un chantillon est
reprsent par 8 bits (gure 2.11) : le premier indique la polarit du
signal (P), les trois suivants identient le segment de quantication
(S), enn, les quatre derniers reprsentent la valeur dans le segment
(V). En tlphonie mobile et dans les rseaux en mode paquets (voix
sur Frame Relay ou sur IP), an de gagner en bande passante, la voix
subit une opration complmentaire de compression. La technique la
plus simple, lADPCM11 (Adaptative Differential Pulse Code
Modulation) 11. LADPCM64 autorise une bande de 7 kHz pour un dbit
de 64 kbit/s, il peut tre mis en uvre dans la tlphonie numrique sur
RNIS (Rseau Numrique Intgration de Service).
46. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 22 code, non la valeur absolue de lchantillon, mais
son cart par rapport au prcdent. Des techniques plus labores
prdisent la valeur future partir des 4 derniers chantillons (CELP,
Code Excited Linear Prediction). 7 6 Segment 5 4 3 Codage dun
chantillon 2 P S S S V V V V A. x 1 y= et pour 0 < x < A 1+
ln A 1+ lnA. x y= pour x > 1 A avec A = 87,6 1+ ln A 1 0
Amplitude Figure 2.11 La loi de codage A. La gure 2.12 compare
diffrents algorithmes de compression en fonction du dbit quils
ncessitent et de la qualit de restitution de la parole. La norme
G.711 est utilise dans la tlphonie xe traditionnelle. La norme
G.729 est mise en uvre dans la voix sur IP, elle modlise la voix
humaine par lutilisation de ltres. Bande ncessaire 64 PCM 64 G.711
ADPCM 32 G.723 32 ADPCM 24 G.725 24 16 ADPCM 16 G.726 LDCELP 16
G.728 CS-ACELP 8 G.729 8 LCP8 inacceptable Qualit acceptable Numris
Figure 2.12 Les diffrents algorithmes de compression du son.
47. 2.3 La compression de donnes 23 Le codage de limage
Gnralits La transmission dimages ncessite une largeur de bande
importante. Les mthodes de compression efcaces prennent en compte
les spcicits de linformation transmise, elles mettent prot les
imperfections de la vision pour rduire la quantit dinformation
transmettre. Diffrentes techniques peuvent tre mises en uvre : la
quantication scalaire nattribue pas la mme importance chaque niveau
du signal transmis. En recherchant une rpartition optimale des
niveaux de quantication, on peut rduire la bande ncessaire ; la
quantication vectorielle est une extension de la mthode prcdente,
elle opre une quantication sur des blocs (dpendance spatiale entre
pixels) ; les mthodes prdictives tentent, partir de la valeur des
points voisins, de dterminer la valeur du point courant ; les
mthodes compensation de mouvements ne transmettent au temps t que
la diffrence entre limage actuelle et limage prcdente (t 1) ; la
croissance rapide des puissances de calcul des machines modernes
laisse prvoir un avenir aux mthodes mathmatiques (fractales,
ondelettes). Les normes de compression dimages animes (MPEG-1
novembre 1992, MPEG-2 mars 1994, MPEG-4 n 1998 Moving Picture
Expert Group) procdent des principes prcdents et autorisent des
images de qualit VHS (MPEG-1) et de qualit TV (720 480 30
images/seconde pour le systme NTSC12 et 720 576 25 images/seconde
pour le systme PAL13 ) pour la norme MPEG-2. MPEG-2 cre un ux
binaire dont le dbit varie de 10 15 Mbit/s selon le contenu des
images. c Dunod La photocopie non autorise est un dlit Principe de
la compression MPEG Les informations contenues dans un ux MPEG
permettent de reconstituer compltement une squence vido. La gure
2.13 reprsente la structure fonctionnelle dun dcodeur MPEG. Aprs
dcodage et sparation des informations, le dcodeur MPEG comporte
trois sous-systmes : le sous-systme de traitement des images, le
sous-systme de traitement du son associ et enn le sous-systme de
synchronisation. Le standard MPEG repose essentiellement sur la
prdiction dimages, il spcie trois types dimages : Les images de
rfrence ou Intra Pictures (Images I), ces images sont codes
indpendamment du contexte, seul intervient leur contenu. Elles
constituent des points de rfrences partir desquels les autres
images sont construites. Les images prdites ou Predicted Pictures
(Images P), ces images sont codes par rapport une trame I ou P
prcdente. Elles mettent en uvre les techniques de compensation de
mouvements. 12. NTSC, (National Television System Committee )
Premier grand systme de tlvison couleur (1950) utilis aux Etats
Unis et au Japon. 13. PAL (Phase Alternance Line), systme de
tlvison couleur dorigine allemande.
48. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 24 Dcodeur Vido Flux MPEG Synchronisation Dcodeur MPEG
Dcodeur Son Figure 2.13 Structure fonctionnelle dun dcodeur MPEG.
Enn, les images bidirectionnelles ou Bidirectional Pictures (Images
B), ces images sont dduites non seulement de la prcdente, mais
aussi de la suivante (prdiction arrire et avant). En effet, sil est
possible de prvoir dans limage N, daprs limage N 1, ce quun sujet
en mouvement va recouvrir, il nest pas possible destimer ce quil va
dcouvrir. cette n, cette image utilise limage N + 1 de type I ou P.
Ce qui implique un retard dans la transmission, retard sans
importance, limage tlvisuelle nayant aucune interactivit avec le
tlspectateur. Des informations temporelles (modulo 24 heures) sont
transmises pour mettre lheure lhorloge du dcodeur (33 bits). chaque
image code est associe une marque temporelle utilise par le systme
pour dnir quel moment il doit afcher limage. I0 B1 B2 P3 B4 B5 P6
... Figure 2.14 Principe de la prdiction dimages dans MPEG. 2.4
NOTION DE QUALIT DE SERVICE 2.4.1 Donnes et contraintes de
transmission Les communications traitent des ux numriques et non
des informations. Cependant, selon le type de donnes les
contraintes en termes de dbit (volume), de temporalit (temps de
transfert et variation de celui-ci) et abilit (taux derreur)
diffrent. Ainsi, un transfert de chier est dni par un ux binaire
constant, il requiert un dbit relativement important et est trs peu
sensible au temps de transmission. Plus exigeante en terme de temps
de transfert (interactivit), les applications informatiques de type
conversationnel sont caractrises par la sporadicit des ux quelles
soumettent au systme de transmission. Moins sensible aux erreurs,
la voix et la vido ont des exigences strictes en matire de dbit
(dbit minimal garanti), de temps de transfert et surtout de
rcurrence temporelle (gigue),
49. 2.4 Notion de qualit de service 25 elles sont qualies de
donnes isochrones14 . La compression opre sur ces types de donnes
engendre des ux variables. Le tableau de la gure 2.15 rsume ces
diffrentes caractristiques. Type de transfert Type de dbit Dbit
requis Sensibilit au temps de transfert Sensibilit aux erreurs Voix
Constant, Faible leve (Isochrone) Faible Voix compresse Variable
Faible leve (Isochrone) Faible Vido non compresse Constant leve
leve (Isochrone) Faible Vido compresse Variable leve leve
(Isochrone) Faible Transactionnel et transfert de chiers En rafale
(Bursty) Moyenne leve Faible leve Interconnexion de rseaux locaux
En rafale, dbit de la source lev leve Faible leve Figure 2.15 Types
de donnes et contraintes de transmission. c Dunod La photocopie non
autorise est un dlit 2.4.2 Les classes de service Pour garantir un
transfert de donnes qui respecte les contraintes spciques chaque
type de ux de donnes (transparence smantique et/ou la transparence
temporelle), cest--dire garantir une certaine qualit de service ou
QoS (Quality of Service), le rseau de transport doit dterminer un
chemin travers le rseau qui permette le respect de ces exigences.
Il existe essentiellement deux modes de sollicitation de la qualit
de service. La premire consiste faire prcder le transfert de donnes
de ltablissement dun chemin privilgi. La seconde consiste
simplement marquer le ux et lacheminer en fonction des informations
de QoS contenues dans chaque bloc de donnes. Compte tenu de la
combinatoire possible entre les diffrents lments de qualit de
service, ces derniers ont t regroups en prols. Cest la notion de
classe de service (CoS, Classe of Service). Plusieurs classications
de CoS ont t dnies. La classication formule par lATM15 Forum est
aujourdhui la seule utilise. Les classes de service se rpartissent
en deux catgories, celles qui requirent une qualit de service
multiple (multiservice) comme les applications voix et vido et
celles de la qualit donnes dont les exigences sont moindres. Les
classes de service permettent lutilisateur de spcier ses besoins
(contrat de service). Le tableau de la gure 2.16 fournit une
description succincte des diffrentes classes de service. La classe
de service CBR (Constant Bit Rate ou DBR, Deterministe Bit Rate)
dnit un raccordement dbit constant. Elle est destine aux
applications de type voix ou vido non compresses. La classe VBR
(Variable Bit Rate ou SBR, Statistical Bit Rate) sapplique aux
tracs sporadiques, la connexion dnit un dbit minimal et un dbit
maximal. Pour les applications temps 14. Isochrone : se dit des ux
de donnes dans lesquels lcart de temps entre deux informations
successives doit tre constant. Au cas o le rseau de transmission
introduirait un dcalage, un mcanisme spcique doit tre mis en uvre
par le rcepteur. 15. ATM, Asynchronous Transfer Mode ou Mode de
Transfert Asynchrone. ATM est une technique dacheminement des
donnes tudie spciquement pour pouvoir couler les ux voix, donnes et
images.
50. 2 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de
transmission 26 Services Noms Caractristiques Application types CBR
Constant Bit Rate Dbit constant Flux isochrone Voix, vido non
compresse VBR-rt Variable Bit Rate real time Dbit variable Flux
isochrone Applications audio et vido compresses VBR-nrt Variable
Bit Rate non real time Dbit variable mais prvisible Application de
type transactionnel ABR Available Bit Rate Dbit sporadique Sans
contrainte temporelle Interconnexion de rseaux locaux UBR Unspecied
Bit Rate Trac non spci Best Effort Messagerie, sauvegarde distance
(remote backup) Figure 2.16 Les classes de service de lATM Forum.
rel (VBR-rt, VBR Real Time), les variations maximales du dlai de
transfert sont xes la connexion. La classe VBR correspond aux
applications de type voix ou vido compresses. Les classes CBR et
VBR garantissent aux applications une certaine qualit de service,
le rseau devant sadapter aux besoins des applications. Certaines
applications, notamment les applications de type donnes, sont moins
exigeantes en terme de dbit. An de mieux utiliser les capacits du
rseau, il semble prfrable que ce soient les applications qui
sadaptent aux capacits de transfert de ce dernier et non linverse.
La classe de service ABR (Available Bit Rate) ne spcie, la
connexion, quun dbit minimal et maximal, il ny a aucun dbit moyen
garanti, les applications utilisent le dbit disponible sur le rseau
(entre les deux bornes prdnies). De mme, une classe de service de
type dat