Réseaux Informatiques : Chapitre 1 transmission des données réseaux informatiques
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1.1 Transmission des données et caractéristiques
Un canal de transmission n'est pas forcément constitué d'un seul support physique. Chaque terminal (ETTD) utilise un équipement de transmission de données (ETCD) adapté au type de support auquel il est relié.
La transmission de données sur un support physique se fait par propagation d'un phénomène vibratoire (lumière, son, électricité), produisant un signal dont la grandeur physique varie. Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur fréquence, leur amplitude et leur phase, ce qui correspond à une transmission analogique. La formule est :
S = A sin(2πft + φ)
où : A : amplitude du signal P : période du signal (en secondes) F : fréquence du signal (en Hertz), avec f = 1/P φ : phase du signal (en radians)
L'information peut aussi être représentée par la variation d'une seule grandeur physique (tension électrique, intensité lumineuse, etc.). On parle alors de transmission numérique.
La transmission de données sur une ligne n'est pas sans pertes. Plusieurs phénomènes perturbent ce processus :
- Le temps de transmission n'est pas immédiat, nécessitant une synchronisation des données à la réception.
- Des parasites ou dégradations du signal peuvent apparaître :
- Le bruit blanc : perturbation uniforme du signal, ajoutant une petite amplitude dont la moyenne est nulle. Il est caractérisé par le rapport signal/bruit (en décibels), qui doit être élevé.
- Les bruits impulsifs : petits pics d'intensité provoquant des erreurs de transmission.
- L'affaiblissement : perte d'énergie du signal, se traduisant par une amplitude plus faible à la sortie. Le rapport d'affaiblissement est donné par :
A = 10 log10(Amplitude signal émis / Amplitude signal reçu)
L'affaiblissement dépend de la longueur de la voie et de la fréquence du signal.
- La distorsion : déphasage entre le signal en entrée et celui en sortie.
- Le taux d'erreur : probabilité de perte ou d'altération d'une information (1 bit), mesurée par le rapport des bits erronés sur les bits émis.
Un état est la plus petite portion du signal échangée entre deux ETCD. La rapidité de modulation (R) est le nombre d'états transmis par seconde (en bauds). Le débit binaire (D) est le nombre maximum de symboles binaires transmis par seconde, calculé par :
D = R × n (en bits/s)
où n = log2(V) et V est la valence du signal (nombre d'états différents).
Le temps de transfert est la durée entre le début de l'émission et la fin de la réception :
Ttransfert = Témission + Tpropagation
Le temps d'émission dépend du débit, tandis que le temps de propagation dépend de la distance et du support.
La bande passante d'une voie de transmission est l'intervalle de fréquences sur lequel le signal ne subit pas un affaiblissement supérieur à 3 dB (soit une perte de 50 % de la puissance). Elle détermine la capacité de transmission du circuit.
La capacité d'une voie, selon la formule de Shannon, est donnée par :
C = W log2(1 + S/B)
où : C : capacité en bits/s W : largeur de bande en Hz (W = f2 - f1) S/B : rapport signal/bruit de la voie
1.2 Représentation des données
Transmission analogique
La transmission analogique consiste à faire circuler des informations sous forme d'onde sur un support physique. Les données sont transportées via une onde porteuse, dont une caractéristique (amplitude, fréquence ou phase) est modifiée. On distingue trois types de modulations :
- ASK (Amplitude Shift Keying) : l'amplitude du signal varie pour transmettre un 0 ou un 1.
- FSK (Frequency Shift Keying) : la fréquence du signal varie pour transmettre un 0 ou un 1.
- PSK (Phase Shift Keying) : la phase du signal varie en fonction du bit à envoyer.
Avec l'apparition des données numériques, des solutions comme le modem ont été développées pour convertir les données numériques en signaux analogiques (modulation) et inversement (démodulation).
Transmission numérique
La transmission numérique utilise des signaux à deux états pour représenter les bits (0 et 1). Ces états peuvent être :
- Deux niveaux de tension par rapport à la masse.
- La présence ou absence de courant dans un fil.
- La présence ou absence de lumière.
Cette transformation est réalisée par l'ETCD, aussi appelé codeur bande de base. Deux grandes catégories de codages existent :
- Codage RZ (Return to Zero) : utilise deux valeurs (V = +V pour 1 et V = 0 pour 0). Inconvénients : consommation électrique élevée, problème de détection et désynchronisation.
- Codage NRZ (No Return to Zero) : code 1 avec +V et 0 avec -V. Avantages : consommation réduite et absence de signal nul. Inconvénient : synchronisation continue.
- Codage Manchester : inversion systématique du signal au milieu de la période de l'horloge, garantissant l'absence de signal continu. Exemple : front montant pour 1, front descendant pour 0.
1.3 Les supports physiques
Les supports physiques permettent de transmettre des informations entre équipements. Ils se classent en trois catégories :
- Supports filaires : transmettent une grandeur électrique via des câbles métalliques.
- Supports aériens : utilisent l'air ou le vide pour propager des ondes électromagnétiques ou radioélectriques. Avantages : liaisons à grande distance, absence de câblage. Inconvénients : affaiblissement des signaux et temps de propagation de 260 ms pour un aller-retour.
- Supports optiques : acheminent les informations sous forme lumineuse. Avantages : grande bande passante, faible atténuation, résistance aux conditions extrêmes. Inconvénients : raccordement et dérivations difficiles.
Câble coaxial
Le câble coaxial est constitué d'une âme centrale (fil de cuivre isolé), d'un blindage métallique et d'une gaine extérieure. Il offre une bonne protection contre les parasites et une large bande passante.
- 10BASE2 (Thinnet/Cheapernet) : diamètre de 6 mm, distance maximale de 185 m, impédance de 50 ohms.
- 10BASE5 (Thicknet/Yellow Cable) : diamètre de 12 mm, distance maximale de 500 m, bande passante de 10 Mbps.
Paire torsadée
La paire torsadée est composée de deux brins de cuivre entrelacés et isolés. L'entrelacement réduit les interférences.
- UTP (Non blindée) : longueur maximale de 100 m, composée de 4 paires torsadées. Normes : Catégorie 1 (voix), Catégorie 2 (4 Mbps), Catégorie 3 (10 Mbps), Catégorie 4 (16 Mbps), Catégorie 5 (100 Mbps).
- STP (Blindée) : meilleure protection contre les interférences, transmission plus rapide et sur de plus longues distances.
Les connecteurs pour paire torsadée sont généralement des RJ-45, plus grands que les RJ-11 utilisés en téléphonie.
Fibre optique
La fibre optique est adaptée aux liaisons longue distance (backbone). Elle utilise un émetteur de lumière (LED, diode laser) et un récepteur (photodiode, phototransistor). Trois types de fibres existent :
- Fibre à saut d'indice : dispersion élevée, déformation du signal.
- Fibre à gradient : dispersion réduite, bande passante de 200-1500 MHz/km.
- Fibre monomode : dispersion quasi nulle, bande passante presque infinie (>10 GHz/km). Utilisée pour les sites à distance.
Ondes en transmission à vue directe
Ces transmissions utilisent des supports immatériels (faisceaux hertziens, infrarouges, lasers, ondes radio). Elles sont employées pour relier des bâtiments sans fibre optique ou ligne dédiée.
1.4 Les modes de transmission de données
Le sens des échanges
Les transmissions peuvent être :
- Simplex : données circulent dans un seul sens (exemple : ordinateur vers imprimante).
- Half-duplex : données circulent dans les deux sens, mais pas simultanément (exemple : walkie-talkie).
- Full-duplex : données circulent simultanément dans les deux sens (exemple : téléphone).
Transmission série et parallèle
Elle désigne le nombre de bits pouvant être transmis simultanément par le canal. En série, un bit à la fois ; en parallèle, plusieurs bits à la fois.
FAQ
Qu'est-ce qu'un canal de transmission ?
Un canal de transmission est un moyen permettant d'acheminer des données entre un émetteur et un récepteur, qu'il soit physique ou virtuel.
Quels sont les principaux types de bruits en transmission ?
Les principaux types de bruits sont le bruit blanc (perturbation uniforme), les bruits impulsifs (pics d'intensité) et l'affaiblissement (perte d'énergie du signal).
Comment fonctionne le codage Manchester ?
Le codage Manchester garantit une absence de signal continu en inversant systématiquement le signal au milieu de la période de l'horloge. Par exemple, un front montant représente un 1, tandis qu'un front descendant représente un 0.