Réseaux Réseaux
Transmission de Données Transmission de Données
Master Miage 1
Université de Nice-Sophia Antipolis
(Second semestre 2009-2010)
Plan général Plan général
Introduction
Transmission des données
Liaison de données
Architecture de Réseaux, modèle 0SI, services de réseaux
Réseaux locaux d'établissement, interconnexion
Services de circuit virtuels : X25, relais de trame, ATM
Architectures TCP/IP, UDP
Protocoles applicatifs de bas niveaux
Conclusion
Introduction historique Introduction historique
(1) Réseau téléphonique analogique
(2) Ordinateur et périphériques
(3) Connexion de terminaux distants à un ordinateur central
(4) Numérisation du réseau téléphonique
Analogique Numérique
Analogique
Numérique
Nature du mode de transmission
Nature de la source des informations
--- (1)
CoDec (4)
MoDem (3)
--- (2)
Définitions : analogique/numérique Définitions : analogique/numérique
Une grandeur est dite :
– analogique si sa mesure donne un nombre réel variant de façon continue.
Il existe une infinité de valeurs pour une grandeur analogique.
A toute grandeur analogique on associe une unité.
– numérique si elle est contrainte à ne prendre qu’un nombres restreints de valeurs.
Signaux analogiques/numériques Signaux analogiques/numériques
Signaux analogiques
– représentés par une
grandeur physique variant de manière continue
Amplitude Amplitude
temps temps
V5 V4 V3 V2 V1
Signaux numériques
– Représentés par une grandeur physique de prenant qu'un
certains nombre de valeurs discrètes
Types d'information Types d'information
Données continues ou analogiques
– Variation continue d'un phénomène physique
– Signal électrique analogique : dont les variations sont analogues à celles du phénomène physique
– Infinités de valeur possibles (entre deux limites) – Ex : voix, images fixes, images animées
– Numérisation
Données discrètes
– Suite d'éléments indépendants les uns des autres – Nombre finis d'éléments
– Ex : texte (caractères alphanumériques) – Codage (Baudot, ASCII, EBCDIC,Unicode,
Morse, Huffman, ...)
Numérisation Numérisation
3 Étapes :
– Échantillonnage – Quantification – Codage
Exemple : numérisation de la voix
– MIC : Modulation par Impulsion et Codage (PCM : Pulse Coded Modulation)
Il existe de nombreuses autres techniques
Échantillonnage Échantillonnage
Théorème de Nyquist-Shannon
– Un signal à spectre limité à la bande -F/2, +F/2 (0, F/2 dans la pratique) est complètement déterminé par les valeurs
échantillonnées à des instant uniformément répartis dans le temps et égaux à 1/F.
=> le fréquence d'échantillonage doit être au minimum égale au double de la fréquence maximale du signal à échantillonner.
Passage du continu au discret sur l'axe des temps
(abscisse)
Échantillonnage – Exemples Échantillonnage – Exemples
●
Canal téléphonique :
– plage de fréquences : 4000Hz ( en fait 300-3400Hz) – Fe = 4000 x 2 = 8000 Hz
(1 échantillon toutes les 125 μs)
●
CD audio :
– Plage de fréquence : 20 kHz
– Fe = 20 x 2 = 40 kHz (normalisé à 44,1 kHz)
Quantification Quantification
Mesure des échantillons à l'aide d'un nombre fini de valeurs
Numérisation des échantillons
Passage du continu au discret sur l'axe des ordonnées.
Mesure de l´amplitude du signal avec un nombre fini de valeurs
– Approximation à la valeur discrète possible la plus proche
=> erreur (ou bruit) de quantification
– Compression logarithme pour obtenir un bruit de quantification relatif constant
Codage Codage
8 bits par échantillon en codage MIC (256 valeurs)
=> débit binaire = 8000 x 8 = 64000 bit/s = 64 kbit/s
Code ASCII
Code ASCII
Circuit de données Circuit de données
E T T D E T T D
Circuit de données Couche
physique Couche
physique
Jonction
ETTD / ETCD E T C D
Support de
transmission E T C D
Jonction ETTD / ETCD
Circuit de données :
= Data Circuit = Data Channel
= Data communications facility (DCF)
ETTD : Equipement Terminal de Transmission de Données DTE : Data Terminal Equipement
ETCD : Equipement de Terminaison de Circuit de Données DCE : Data Circuit Terminating Equipement
Représentation électrique des données (1/2) Représentation électrique des données (1/2)
Amplitude (V)
1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0
V 1
1) Signal bivalent
0 0
V3 11 V2 10 (Valence = 2)
V1 1 V0 0
V
(Manchester)
0
Temps (s) 2) Signal quadrivalent
3) Signal biphase
Représentation électrique des données (2/2) Représentation électrique des données (2/2)
(*) De façon plus générale, si v est la valence du signal : D = R x log v
Type du signal Débit binaire Rapidité de modulation (bit/s)
1) Bivalent D = 1/T R = 1/T
2) D = 1/T R = 1/2T (*)
3) D = 1/T R = 2/T
(bauds) Quadrivalent
Biphase
Mode de transmission (1/2) Mode de transmission (1/2)
Horloge
Caractère n Caractère n+1
Donnéess
Transmission synchrone
– Synchronisation-bit
– Synchronisation-caractère
Mode de transmission (2/2) Mode de transmission (2/2)
Transmission asynchrone
– Nécessité de reconnaître le début et la fin de chaque caractère – Pas de synchronisation entre 2 caractères
St Sp Sp st
20ms Caractère
160 ms
St : Start bit Sp : Stop bit
(Exemple de transmission asynchrone à 50 bauds)
Analyse spectrale (1/2)
Analyse spectrale (1/2)
Analyse spectrale (2/2)
Analyse spectrale (2/2)
Bande passante d'un circuit de données Bande passante d'un circuit de données
Circuit de données = Filtre passe-bande
Réponse spectrale
Bande passante : W = f
2– f
1
Bande passante à -3 décibels d 'un circuit réel :
10 log
10P0/P1 = 10 log
102 ≈ 3dB
Ex: Circuit téléphonique : W = f – f = 3400 -300 = 3100 Hz
Puissance Puissance
W W
P0 P0
P1= P0 / 2
Rapidité de Modulation / Débit Binaire Rapidité de Modulation / Débit Binaire
La rapidité de modulation caractérise le nombre de changements d'états (ou nombre d'états significatifs) par unité de temps.
– Unité : baud
Le débit binaire mesure la quantité d'informations binaires émises par unité de temps.
– Unité : Bits par seconde (bps)
Capacité d'un canal de communication (1/2) Capacité d'un canal de communication (1/2)
Limite de Nyquist (1924)
– Pour un canal de communication de bande passante W (Hertz) la rapidité de modulation maximale Rmax
(bauds) est de 2W.
– Ex : ligne téléphonique
W = 3100Hz => Rmax = 6200 bauds
Il est possible de transmettre plusieurs bits par baud (ex : 4 niveaux d'amplitude = 2bits par baud)
mais est-il possible d'augmenter autant qu'on le veut ce nombre et donc le débit binaire ? (réponse page
suivante)
Capacité d'un canal de communication (2/2) Capacité d'un canal de communication (2/2)
Limite de Shannon (1948)
– La capacité C (bit/s) d'un canal de transmission est limitée par :
✓ sa bande passante W (Hertz)
✓ le rapport signal sur bruit
Ex : ligne téléphonique :
=>
C = W log
2 1 S B
W =3100 Hz S
B=20dB=100
C=3100 x log2101
C≃3100 x 6,66≃20 000 bits/s
Mode d'exploitation d'un circuit de données Mode d'exploitation d'un circuit de données
Source Collecteur
Collecteur Source
Source Collecteur
Collecteur Source
Source de données
Contrôleur de communication
Modem (ETCD)
Modem (ETCD)
Contrôleur de communication
Source de données
Contrôleur de communication
Modem
(ETCD) Modem
(ETCD)
Contrôleur de communication
Contrôleur de communication
Modem (ETCD)
Modem (ETCD)
Contrôleur de communication
Mode unidirectionnel : Circuit simplex
Mode bidirectionnel à l'alternat : Circuit semi-duplex (Half-duplex HDx)
Mode bidirectionnel simultané : Cicuit duplex (intégral)
(Full-duplex FDx)
Multiplexage Multiplexage
Mutiplexage Fréquentiel
– FDM : Frequency Division Multiplexing – Analogique
– Exemple : transmission à longue distance dans le réseau téléphonique
Multiplexage temporel
– TDM : Time Division Multiplexing – numérique
– Exemple : transmission à longue distance dans le réseau téléphonique
✓ Technique MIC (Modulation par Impulsion et Codage)
PCM (Pulse Coded Modulation)
Multiplexage fréquentiel analogique
Multiplexage fréquentiel analogique (1/3) (1/3)
M F3 F3 D
voie 3 voie 3
P3 P3
M F2 F2 D
voie 2 voie 2
P2 P2
M F1 A A A F1 D
voie 1 voie 1
P1 Support à large bande P1
D F1 A A A F1 M
voie 1
P1 P1
D F2 F2 M
voie 2 voie 1
P2 P2
D F3 M : modulateur
F3 M
voie 3 Fi : filtre voie 1
v oie 1
Multiplexage fréquentiel analogique
Multiplexage fréquentiel analogique (2/3) (2/3)
P
voie 1
f
P P
voie 2 voie 1 voie 2 voie 3
f 4 kHz 4 kHz 4 kHz f
P P1 P2 P3
voie3
f
Multiplexage fréquentiel analogique
Multiplexage fréquentiel analogique (3/3) (3/3)
Multiplex
Groupe primaire GP 12 48 kHz 60-108kHz
Groupe secondaire GS (5GP) 60 240 kHz 312-552 kHz Groupe tertiaire GT (5GS) 300 1232 kHz 812-2044 kHz 900 3872 kHz 8516-12388 kHz Nombre
de voies Largeur
de bande Bande dce fréquences
Groupe quartenaire GQ (3GT)
Multiplexage temporel numérique
Multiplexage temporel numérique (1/5) (1/5)
F C D F
voie 3 voie 3
IT3 IT'3
F C D F
voie 2 voie 2
IT2 IT'2
F C A A A D F
voie 1 voie 1
IT1 IT'1
F D A A A C F
voie 1 voie 1
IT1 IT'1
F D C F
voie 2 voie 2
IT2 IT'2
Support à large bande
C: codeur
Multiplexage temporel numérique
Multiplexage temporel numérique (2/5) (2/5)
IT 1 IT 2 IT 3
voie 1 voie 2 voie
125 microsecondes
IT : Intervalle de Temps
Multiplexage temporel numérique
Multiplexage temporel numérique (3/5) (3/5)
2 normes :
– MIC 30 voies européen
✓ E1, E2, ...
✓ 32 voies (30 utiles + 1 synchro + 1 signalisation)
✓ 1 voie => 8 bits / 125μs => 64 kbit/s
✓ multiplex : E1 : 32 voies = 32 x 64 kbit/s = 2,048 Mbit/s – Systèmes à 24 voies (USA, Japon)
✓ T1, T2, ..., J1, J2, ...
✓ 1 voie = 7 bits d'échantillon + 1 bit de signalisation (toute les 6 trames)
✓ 1 trame = (24 x 8bits) + 1 bit de synchro
=> 193 bits /125μs => 1,544 Mbit/s
Multiplexage temporel numérique
Multiplexage temporel numérique (4/5) (4/5)
PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)
– Avis ITU-T G.702, G.703, G.704
✓ Multiplex européens
E1 : 2,048 Mbit/s, équivalent à 32 slots à 64 kbit/s
(E2 : 8,448 Mbit/s, construit à partir de 4 E1)
E3 : 34,368 Mbit/s, construit à partir de 4 E2
E4 : 139,264 Mbit/s, construit à partir de 4 E3
✓ Multiplex américains
T1 : 1,544 Mbit/s, équivalent à 24 slots à 64 kbit/s
(T2 : 6,312Mbit/s, construit à partir de 4 T1)
T3 : 44,736 Mbit/s, construit à partir de 7 T2
✓ Multiplex japonais
J1 : 1,544 Mbit/s, équivalent à 24 slots à 64 kbit/s
(J2 : 6,312 Mbit/s, construit à partir de 4 J1)
J3 : 32,064 Mbit/s, construit à partir de 5 J2
J4 : 97,728 Mbit/s, construit à partir de 3 J3
Multiplexage temporel numérique
Multiplexage temporel numérique (5/5) (5/5)
SDH (Synchronous Digital Hierarchy)
– Avis ITU-T G.707, G.708, G.709
– Equivalence avec les trames de la hiérarchie SONET (Synchronous Optical NETwork)
51,840 STS-1 (OC-1) STM-1 155,520 STS-3 (OC-3) STM-4 622,080 STS-12 (OC-12)
1244,160 STS-24 (OC-24) Trame SDH
STM-N
Débit (Mbit/s)
Trame SONET STS-N (OC-N)
Support de transmission Support de transmission
Paires Métalliques
Paires coaxiales
Faisceaux hertziens
Satellites de communications
Fibre optiques
Paires métalliques (1/3) Paires métalliques (1/3)
Paires de fils métalliques torsadées (twisted pairs) :
– Limitation de la diaphonie (crosstalk)
Caractéristiques
✓ Diamètre des fils de cuivre souvent inférieur à 1 mm
✓ Atténuation pour une paire de 0,6 mm de diamètre : ≈ 10 dB/km à 100kHz, 40 dB/km à 10MHz
✓ Impédance caractéristique dépend de :
la fréquence (ex: 600 Ω à 1000Hz, 100 Ω à 1MHz)
des caractéristiques de l'isolant (souvent 100, 120 ou 150 Ω aux fréquences considérées)
✓ Adjonction possible d'un blindage (par paire ou pour l'ensemble des paires)
Paires métalliques (2/3) Paires métalliques (2/3)
Lignes d'abonnés :
– 30 millions de lignes principales en France
– Ligne « 2 fils » : Lmoy ≈ 3km Ø = 0,4 à 0,8 mm
– Utilisées au début pour la transmission de signaux analogiques
– Réutilisés (le plus souvent) dans l'accès de base RNIS (144 kbit/s)
Câblage d'établissement
– Raccordement téléphonique intérieur (paires de qualité voix ou catégorie 3) autour d'un PABX (Private Automatic Branche eXchange) d' impédance proche de 100Ω
– Transmission de données sur paires de qualité donnée ou catégorie 5 d'impédance proche de 150Ω
Paires métalliques (3/3) Paires métalliques (3/3)
– Type de câbles :
✓ Paires non blindées
UTP : Unshielded Twisted Pair
✓ Paires blindées
STP : Shielded Twisted Pair
– Systèmes de pré-câblage
✓ ICS (IBM) : IBM Cabling System
✓ BCS (Bull) : Bull Cabling System
✓ Open Link (DEC)
✓ PDS Systimax (AT&T)
Paires coaxiales Paires coaxiales
Grande bande passante
Exemples:
– Système 12MHz = 2700 voies sur coax 1,2 / 4,4 Répéteurs tous les 2 km
– Système 140 Mbit/s = = 1920 voies sur coax 1,2 / 4,4
Liaisons optiques (1/3) Liaisons optiques (1/3)
Composants :
– Source de lumière
✓ Longueur d'onde ≈ 1000 nm
✓ Diode
éléctroluminescente (LED Light Emitting Diode) 0,1mW
Laser 10mW
– Fibre optique : guide d'ondes lumineuses – Détecteur de lumière
✓ Photodiode de type PIN (Positive Intrinsic Negative) ou diode avalanche
Liaisons optiques (2/3) Liaisons optiques (2/3)
Caractéristiques
– PRO
✓ Bande passante élevée : ≈ 1 GHz.km => débits binaires importants
✓ Affaiblissement linéique faible : ≈ 1 db/km
=> pas d'amplification de plusieurs dizaines de km
✓ Insensibilité aux perturbations électromagnétiques
✓ Aucun rayonnement généré
✓ Matières premières à bon marché
✓ Faible poids et faible volume – CON
✓ Raccordements (épissures optiques) délicats sur le terrain
✓ Dérivations difficiles
=> limitation aux liaisons point à point
– Progrès sur amplification optique et le Mux en longueur d'onde
Liaisons optiques (3/3) Liaisons optiques (3/3)
Dimensions
– Diamètre du cœur et de la gaine :
✓ quelques dizaines de μm
✓ Exemples : 62,5/125 50/125 100/140 10/125
Propagation sur fibbe optique
Propagation sur fibbe optique
Types de fibres optiques (1/3) Types de fibres optiques (1/3)
Multimode à saut d'indice
– Largeur de bande : 50 MHz.km
– Atténuation : 3 dB/km à λ = 850nm (portée 10km) – GaAS pour LED, Si pour photodiode
Types de fibres optiques (2/3) Types de fibres optiques (2/3)
Multimode à gradient d'indice
– Largeur de bande : 1 GHz.km
– Atténuation : 1 dB/km à λ = 1300nm (portée 30km) – AIGaAS pour LED, Ge ou InGaAsP pour photodiode
Types de fibres optiques (3/3) Types de fibres optiques (3/3)
Monomode
– Largeur de bande : 100 GHz.km
– Atténuation : 0,3 dB/km à λ = 1550nm (portée 100km) – InGaASP pour LED, Ge ou InGaAsP pour photodiode
Faisceaux hertziens Faisceaux hertziens
Gamme 1-15GHz (surtout 4-6 GHz)
Directivité du faisceau
Portée: 50 à 100 Km
Satellites de communications Satellites de communications
Géostationnaires
– Orbite équatoriale
✓ Altitude = 36000 Km (loi de Keppler)
✓ Délai de transmission aller-retour ≃ 300 ms – Bandes de fréquences : 6/4 GHz, 14/12 GHz, ...
– Plusieurs répéteurs (transpondeurs) – Fonction de diffusion
Non géostationnaires
– Satellites à défilement à orbite basse
✓ LEO : Low Earth Orbit
Satellites à défilement (1/2) Satellites à défilement (1/2)
Orbite basse : 700 à 1500 Km
Exemples :
– Skybridge (Alcatel) http://www.skybridgesatellite.com
✓ 80 satellites
✓ Orbite = 1470km => retard ≃ 30ms
✓ Débits résidentiels : 20 Mbit/s (downlink) / 2Mbit/s (uplink professionnels : 3 à 5 fois plus
– Globalstar (consortium Loral-Qualcom) http://www.globalstar.com/
✓ 48 satellites
✓ Orbite = 1414 km
✓ Service : téléphonie
Satellites à défilement (2/2) Satellites à défilement (2/2)
Exemples (suite) :
– Teledesic
✓ Partenaires : Bill Gates, Mc Caw, Motorola, Boeing
✓ 288 satellites en 12 plans de 24 satellites
✓ Débits : uplink ≤ 2 Mbit/s
downlink ≤ 64 Mbit/s
✓ Projet arrêté en octobre 2002
– Orbcomm (Canada) http://www.orbcomm.com/
✓ Constelletion de 29 satellites (48 max prévus)
✓ Orbite = 825 km
✓ Débits : uplink ≤ 2400 bit/s
downlink ≤ 4800-9600 bit/s
✓ En service depuis 1995
ETCD ETCD
E T C D E T T D
Support de transmission
Jonction ETTD / ETCD
Equipement de Terminaison de Circuit de Données
2 Types
– MoDems à transposition en fréquence
– Convertisseurs (« MoDems ») en bande de base
Modem à transposition en fréquences (1/2) Modem à transposition en fréquences (1/2)
Modulation d'une porteuse :
– Le signal à émettre fait varier un des paramètres d'une onde sinusoïdale :
✓ Amplitude : A
✓ Pulsation :
✓ Phase:
= 2
T = 2 N A sin t
Modem à transposition en fréquences (2/2) Modem à transposition en fréquences (2/2)
Le signal peut être précédemment traité pour assurer un maximum de transitions (brouillage)
Stockage temporaire des signaux à émettre dans le cas de modulations à plusieurs niveaux
Caractéristiques:
– vitesse de transmission
– type de connexion : 2fils, 4 fils
– mode de transmission : synchrone, asynchrone – type de modulation
– rapidité de modumation
Convertisseurs en bande de base Convertisseurs en bande de base
Codage des informations binaires pour :
– supprimer la composante continue du signal – limiter la largeur de bande du signal
Transmission en bande de base (1/2) Transmission en bande de base (1/2)
1 0 1
0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
0
a -a a -a a -a a -a
Signal d'horloge Messages de données
Code binaire NRZ Code biphase Code biphase
différentiel Code de
Miller
Bande de base à 2 niveaux
Transmission en bande de base (2/2) Transmission en bande de base (2/2)
1 0 1
0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0
0
a -a
a -a
Signal d'horloge Messages de données
Code bipolaire Code bipolaire
d'ordre 2
