Réseaux Informatiques : Esil reseaux 1 transmission des donnees cours 2010 2011 rés
Télécharger PDFTransmission des données : Notions de signaux
Définition : un signal est une information qui transite à travers un canal de communication. Il permet de transmettre une donnée brute entre deux machines de manière adaptée au support de communication.
Types de signaux
Un signal analogique est de type sinusoïdal. Un signal numérique est un signal discret.
Interprétation d’un signal
Elle s’effectue selon la tension électrique, l’impulsion lumineuse, la modulation de l’onde électromagnétique, etc.
Modulation d’un signal
Les différentes techniques de modulation peuvent être combinées.
Modulation, valence et débit binaire
Valence : c’est le nombre de symboles discernables utilisés par le signal. Si la valence vaut v, alors chaque symbole code log2 v bits.
Rapidité de la modulation : c’est le nombre de changements d’états (de symboles) par seconde, notée par la suite M. Elle s’exprime en baud. Chaque modulation correspond à un symbole.
Débit binaire : c’est le nombre de bits transmis par seconde, soit D = M × q, où q est le nombre de bits codés par une modulation (c’est-à-dire un symbole).
Exemple : avec 4 valeurs d’amplitude (on dit que la valence vaut 4), on peut coder 00, 01, 10, 11, soit deux bits par changement d’amplitude (c’est-à-dire q = log2 4 = 2). Par conséquent, le débit binaire est le double de la rapidité de modulation : D = 2 × M.
Du numérique à l’analogique
Fourier a montré que pour tout signal périodique non sinusoïdal u(t) : u(t) = A0 + ∑i=1∞ Ui cos(iωt + φi), qui se décompose en une composante continue, une fondamentale et des harmoniques.
Largeur de bande d’un signal
Tout signal périodique peut être considéré comme une infinité de signaux sinusoïdaux. Chaque composante peut être représentée par une raie de fréquence. L’ensemble des raies de fréquence d’un signal constitue son spectre. L’espace de fréquences occupé par ce spectre est appelé la largeur de bande du signal.
Facteurs pouvant affecter un signal
L’atténuation et la distorsion du signal (limitées par le choix du support).
Le bruit : perturbations extérieures (variation thermique, interférences électromagnétiques) et diaphonie (due aux champs magnétiques des autres conducteurs d’un câble).
Les collisions : des ordinateurs émettent en même temps sur le même support.
La gigue : fluctuation du signal numérique dans le temps ou en phase due aux retards dans les transmissions dus aux composants intermédiaires.
Les horloges des émetteurs et récepteurs non synchronisées.
Caractéristiques communes des supports de transmission
Définition : Nous appelons support de transmission tout moyen permettant de transporter des données sous forme de signaux de leur source vers leur destination.
Types de supports
Deux types de supports existent :
- Les supports limités (palpables) : la paire torsadée, le câble coaxial, la fibre optique.
- Les supports non limités : l’air (ondes électromagnétiques, infrarouges ou ondes radios).
Critères à considérer
Les caractéristiques communes à tout support à prendre en compte sont :
- La bande passante.
- Le bruit et la distorsion.
- La capacité.
- Le prix.
- La résistance physico-chimique au milieu ambiant.
- L’adaptation aux conditions de pose.
Bande passante
En général, on caractérise un support par sa bande passante à 3 dB (décibels) : c’est la plage de fréquence dans laquelle les signaux appliqués à l’entrée du support subissent un affaiblissement inférieur à 3 dB.
L’affaiblissement A (en dB) d’un signal est donné par la formule suivante : A = 10 × log10 (Pe/Ps).
Pour que A < 3 dB, il faut donc que Ps > Pe/2.
Bande passante et rapidité de modulation maximale
Le nombre maximal de modulations (c’est-à-dire de changements d’états) d’un signal par unité de temps est lié à la bande passante du support de transmission par le critère de Nyquist : Mmax ≤ 2 × BP, où BP est la bande passante et Mmax le nombre de modulation maximal.
Exemple : une ligne téléphonique a une bande passante comprise entre 300 et 3400 Hz. La rapidité de modulation maximale est donc de Mmax = 2 × (3400 − 300) = 6200 bauds.
Bruits et distorsions
La distorsion/atténuation du signal peut affecter celui-ci jusqu’à le rendre non reconnaissable par le récepteur.
Les bruits impulsionnels sont des perturbations brèves provenant de l’extérieur. D’intensité élevée, ils peuvent générer des erreurs de transmission.
Le rapport signal sur bruit
Le bruit blanc provient de l’agitation thermique des électrons. Il est généralement d’amplitude faible et peu gênant pour les transmissions.
Le rapport entre la puissance (S) du signal transmis et la puissance (B) du bruit s’appelle le rapport signal sur bruit. S’il s’exprime en dB, il vaut : 10 × log10 (S/B).
Capacité
La valence maximale vmax d’un support de transmission est donnée par la relation de Shannon : vmax = √(1 + S/B).
La capacité (ou débit binaire maximal) d’un support de transmission représente la quantité d’information maximale transportée par unité de temps : Dmax = Mmax × log2 vmax = BP × log2 (1 + S/B), où D est le débit (en bit/s), BP la bande passante du support (en Hz) et S/B le rapport signal sur bruit (exprimé en valeur et non en dB).
Exemple : Soit une liaison téléphonique avec une bande passante de 3100 Hz et un rapport S/B correspondant à 32 dB. Quelle capacité possède cette liaison téléphonique ?
Principaux supports de transmission
Câble à paires torsadées
Caractéristiques : vitesse de 10 à 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s pour une longueur de câble inférieure à 100 mètres, raccordement RJ-45, coût faible, facile à installer, problèmes d’atténuation, distorsion et diaphonie.
Utilisation : réseau LAN, mais aussi sur l’interface d’accès WAN.
Différents types de paires torsadées : ils résistent plus ou moins bien aux interférences électromagnétiques et à la diaphonie. Cependant, le coût est plus ou moins élevé.
On distingue les paires torsadées :
- Non blindées (UTP, Unshielded Twisted Pair) : les plus courantes.
- Écrantées (FTP ou ScTP, Foiled/Screened TP) : utilisées en France.
- Blindées (STP, Shielded Twisted Pair) : peu utilisées.
Câble coaxial
Caractéristiques : vitesse de 10 à 100 Mbit/s pour une longueur de câble inférieure à 500 mètres, connecteur BNC, coût moyen, peu flexible.
Utilisation : câble TV (exemple : numérique câble), de moins en moins utilisé.
Composition du câble : conducteur central (âme) - isolant - conducteur externe - gaine protectrice.
Plusieurs catégories de câbles existent suivant l’épaisseur de l’âme et la matière constituant la gaine (PVC ou téflon).
Fibre optique (FDDI)
Caractéristiques : 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s dans les LAN, fonctionne par impulsions lumineuses, insensible aux interférences électromagnétiques, rayon de courbure faible, très coûteux, connectique délicate.
Utilisation : pour les réseaux très hauts débits, les grandes distances et les environnements perturbés.
Deux types de fibres :
- Multimodes (MMF), utilisées dans les LAN 100 Mbit/s et 1 Gbit/s.
- Monomodes (SMF), utilisées dans les LAN très haut débit et pour les applications WAN.
Composition de la fibre : fibre optique (cœur) et gaine optique en verre - revêtement - armature en fibre - enveloppe protectrice externe.
Supports non limités
Les supports non limités incluent :
- Micro-ondes terrestres : faisceau directionnel, atténuation faible, sensible aux interférences électromagnétiques.
- Micro-ondes satellites : faisceau étroit ou large, atténuation élevée, sensible aux interférences électromagnétiques.
- Infrarouge point-à-point : faisceau directionnel, atténuation faible.
- Infrarouge diffus : omnidirectionnel, atténuation inférieure à 1.
- Radio : omnidirectionnel, atténuation moyenne à élevée, portée de quelques centaines de mètres.
Adaptation des signaux aux supports
La problématique
Lors de la transmission, il faut faire face aux problèmes suivants :
- Le spectre du signal à transmettre doit être compris dans la bande passante du support de transmission.
- La transmission d’un signal à spectre étroit sur un support à large bande passante provoque une sous-utilisation des supports de transmission.
Pour pallier ces problèmes, on utilise des techniques :
- De modulation : pour adapter le signal au support.
- De multiplexage : pour rentabiliser l’utilisation du support.
Cela nécessite l’utilisation d’équipements spéciaux : les ETCDs.
ETTD et ETCD
Une transmission de données met en œuvre des calculateurs d’extrémité et des éléments d’adaptation du signal.
Un Équipement Terminal de Traitement de Données (ETTD) ou Data Terminal Equipment (DTE) contrôle les communications.
Un Équipement Terminal de Circuit de Données (ETCD) ou Data Circuit Equipment (DCE) réalise l’adaptation du signal entre l’ETTD et le support de transmission.
Organisation des échanges
Les caractéristiques des ETCD sont liées à l’organisation fonctionnelle et physique des échanges. Il faut prendre en compte :
- Le sens de transmission : unidirectionnelle (simplex), à l’alternat (half duplex) ou bidirectionnelle (full duplex).
- Le nombre de bits transmis en même temps : transmission parallèle (efficace mais problèmes de diaphonie et de propagation non homogène) ou transmission série (plus adaptée aux longues distances).
- Le type de synchronisation des horloges : une transmission correcte des données nécessite la synchronisation de l’horloge du récepteur sur celle de l’émetteur. Deux possibilités : la transmission synchrone ou asynchrone. Besoin de protocoles spécifiques (SLIP, PPP, HDLC, etc.).
- Le mode de transmission électrique : asymétrique ou symétrique.
Deux modes d’adaptation du signal
La transmission en large bande translate le spectre du signal à émettre dans une bande de fréquence mieux admise par le système.
L’ETCD est un modulateur/démodulateur. Il transforme le signal numérique en un signal sinusoïdal modulé (par fréquence, amplitude ou phase) plus résistant que le signal en bande de base. Il permet d’atteindre des distances plus importantes. De plus, une transmission en large bande permet le multiplexage spatial.
Exemple de modulation d’un signal
Les différentes techniques de modulation peuvent être combinées.
Transmission en bande de base
La transmission en bande de base consiste à modifier légèrement (on dit transcoder) le signal émis par l’ETTD. Ce mode de transmission est peu adapté aux longues distances.
L’ETCD est un codeur/décodeur. Il a essentiellement pour objet de coder le signal pour supprimer les composantes continues et de maintenir la synchronisation de l’horloge de réception.
Exemples de codage en bande de base
Tout ou rien (NRZ), bipolaire (RZ), Manchester, Miller.
Jonction ETTD/ETCD (en bref)
La jonction ETTD/ETCD définit un ensemble de règles (protocole) destinées à assurer la connectivité et le dialogue entre ETTD et ETCD, la synchronisation des horloges, le transfert des données et le contrôle de celui-ci.
La normalisation de ces interfaces émane principalement de l’EIA et de l’UIT (V.24, X.21).
Deux techniques de multiplexage
Multiplexage spatial et multiplexage temporel.
Exemples de mise en œuvre dans les WANs d’accès
WAN d’accès
Objectifs : Permettre à des usagers distants d’accéder à leur réseau d’entreprise ou à Internet.
Réseaux et services utilisés : RTC, RNIS, famille des DSL, accès sans fil (BLR, GPRS, etc.).
Le serveur d’accès distant (RAS, NAS ou BAS) : Ses fonctions principales sont l’authentification de l’utilisateur et l’assignation dynamique d’adresse.
Accès par RTC
Caractéristiques :
- La ligne téléphonique est partagée avec la connexion Internet.
- L’information est transmise en analogique jusqu’au Centre Local (CL).
- Le débit théorique est de 33,6 Kbps uplink / 56 Kbps downlink avec un modem V90.
- Pas du tout adapté aux applications multimédias d’aujourd’hui.