Réseaux Informatiques : Esil reseaux 1 transmission des donnees cours 2010 2011 rés
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R ́eseaux I
Transmission des donn ́ees
Nicolas Baudru
m ́el : nicolas.baudru@esil.univmed.fr
page web : nicolas.baudru.perso.esil.univmed.fr1 Plan
1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es2 Notions de signauxPlan 1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es3 Notions de signauxSignaux D ́efinition : un signal est une information qui transite `a travers un canal de
communication. Il permet de transmettre une donn ́ee brute entre deux
machines de mani`ere adapt ́ee au support de communication.I Un signal analogique est de type sinuso ̈ıdal.I Un signal num ́erique est un signal discret.
signal num ́eriquesignal analogique
Interpr ́etation d’un signal : elle s’effectue selon la tension ́electrique,
l’impulsion lumineuse, la modulation de l’onde ́electromagn ́etique, . . .4 Notions de signaux
Modulation d’un signal
Les diff ́erentes techniques de modulation peuvent ˆetre combin ́ees.5 Notions de signaux
Modulation, valence et d ́ebit binaire
Valence : c’est le nombre de symboles discernables utilis ́es par le signal. Si la
valence vautvalors chaque symbole code log2 vbits.
Rapidit ́e de la modulation : c’est le nombre de changement d’ ́états (de
symboles) par seconde, not ́e par la suiteM. Elle s’exprime en baud. Chaque
modulation correspond `a un symbole.
D ́ebit binaire : c’est le nombre de bits transmis par seconde, soitD=M∗qo`u
qest le nombre de bits cod ́es par une modulation (i.e. 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 (i.e.
q= log2 4 = 2). Par cons ́equent, le d ́ebit binaire est le double de la rapidit ́e de
modulationD= 2∗M.6 Notions de signaux
Du num ́erique `a l’analogique
Fourier a montr ́e que pour tout signal p ́eriodique non sinuso ̈ıdal u(t) :
u(t) =A0 +i=∞ ∑i=1 Ui cos(iwt+φi )= ++
fondamentalharmoniques
+ ....7 Notions de signaux
Largeur de bande d’un signal
Tout signal p ́eriodique peut ˆetre consid ́er ́e comme une infinit ́e de signaux
sinuso ̈ıdaux. Chaque composante peut ˆetre repr ́esent ́ee par une raie de
fr ́equence. L’ensemble des raies de fr ́equence d’un signal constitue le spectre de
fr ́equences du signal. L’espace de fr ́equences occup ́e par le spectre est appel ́e la
largeur de bande du signal.
fréquence
amplitude
composante continue
fondamental
harmonique 1
harmonique 2
largeur de bande
Exemple d’un spectre de fr ́equences8 Notions de signaux
Facteurs pouvant affecter un signalI att ́enuation et distorsion du signal (limit ́ees par le choix du support)I bruit : perturbations ext ́erieures (variation thermique, interf ́erence ́electromagn ́etique) et diaphonie (due aux champs magn ́etiques des autres
conducteurs d’un cˆable)I collision : des ordinateurs ́emettent en mˆeme temps sur le mˆeme supportI gigue : fluctuation du signal num ́erique dans le temps ou en phase due
aux retards dans les transmissions dˆu aux composants interm ́ediairesI horloges des ́emetteurs et r ́ecepteurs non synchronis ́ees9 Caract ́eristiques communes des supports de transmissionPlan 1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es10 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
D ́efinition
Nous appelons support de transmission tout moyen permettant de transporter
des donn ́ees sous forme de signaux de leur source vers leur destination.
Deux types de supports :I les supports limit ́es (palpables) : la paire torsad ́ee, le cˆable coaxial, la
fibre optique ;I les supports non limit ́es tels que l’air (ondes ́electromagnetiques,
infra-rouges ou ondes radios).
Caract ́eristiques communes `a tout support `a prendre en compte :I la bande passanteI le bruit et la distorsionI la capacit ́eI le prixI la r ́esistance physico-chimique au milieu ambiantI l’adaptation aux conditions de pose11 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
Bande passante
En g ́en ́eral, on caract ́erise un support par sa bande passante `a 3dB (d ́ecibels) :
c’est la plage de fr ́equence dans laquelle les signaux appliqu ́es `a l’entr ́ee du
support subissent un affaiblissement inf ́erieur `a 3 dB.
bande passante à 3dB
bande passantePs Pe
Pe / 23dB puissance
fréquence
L’affaiblissement A (en dB) d’un signal est donn ́e par la formule suivante :
A= 10∗log10 Pe/Ps
Pour queA <3dB, il faut donc quePs > Pe/2.12 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
Bande passante et rapidit ́e de modulation maximale
Le nombre maximal de modulation (i.e. de changement d’ ́etats) d’un signal
par unit ́e de temps est li ́e `a la bande passante du support de transmission par
le crit`ere de Nyquist :M max≤2.BP o`uBPest la bande passante etMmax le nombre de modulation maximal.
Exemple : une ligne t ́el ́ephonique a une bande passante comprise entre 300 et
3400 Hz. La rapidit ́e de modulation maximale est donc deM max
= 2.(3400−300) = 6200(bauds).13 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
Bruits et distorsions
La distortion/att ́enuation du signal peut affecter ce signal jusqu’`a le rendre
non reconnaissable par le r ́ecepteur.
Les bruits impulsionnels est une perturbation br`eve provenant de l’ext ́erieur.
D’intensit ́e ́elev ́ee, ils peuvent g ́en ́erer des erreurs de transmission.
Amplitudetemps signal émis
Amplitudetemps signal reçu
bruit impulsif1 011 01 01 00 00 Distorsion, attenuation et bruit impulsif
Ces ph ́enom`enes peuvent ˆetre limit ́es par le choix du support de transmission14 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
Le rapport signal sur bruit
Le bruit blanc provient de l’agitation thermique des ́electrons. Il est
g ́en ́eralement d’amplitude faible et est peu gˆenant pour les transmissions.
Amplitudetemps Amplitudetemps signal émis
signal reçuB S
bruit blanc
Le rapport entre la puissance (S) du signal transmis et la puissance (B) du
bruit s’appelle le raport signal sur bruit. Si il s’exprime en dB, il vaut :
10 log10 S/B15 Caract ́eristiques communes des supports de transmission
Capacit ́e
La valence maximalevmax d’un support de transmission est donn ́ee par la
relation de Shannon :vmax =√ 1 +S/B.
La capacit ́e (ou d ́ebit binaire maximal) d’un support de transmission
repr ́esente la quantit ́e d’information maximale transport ́ee par unit ́e de temps :D max=M max∗log 2v max=BP∗log 2
(1 +S/B)
o`uDest le d ́ebit (en bit/s),BPest la bande passante du support (en Hz) et
S/Best le rapport signal sur bruit (exprim ́e en valeur et non en dB).
Exemple : Soit une liaison t ́el ́ephonique avec une bande passante de 3100 Hz
et un rapport S/B correspondant `a 32 dB. Quelle capacit ́e poss`ede cette
liaison t ́el ́ephonique ?16 Principaux supports de transmissionPlan 1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es17 Principaux supports de transmission
Cˆable `a paires torsad ́ees
Caract ́eristiques : vitesse 10-100 Mbit/s ou 1Gbit/s pour une longueur de
cˆable inf ́erieure `a 100m, raccordement RJ-45, coˆut faible, facile `a installer,
probl`emes d’att ́enuation/distorsion/diaphonie.
Utilisation : r ́eseau LAN, mais aussi sur l’interface d’acc`es WAN.
Diff ́erents types de paires torsad ́ees : ils r ́esistent plus ou moins bien aux
interf ́erences ́electromagn ́etiques et `a la diaphonie. Cependant, le coˆut est plus
ou moins ́elev ́e. On distingue les paires torsad ́ees :I non blind ́ees (UTP, Unshielded Twisted Pair) : les plus courantes
I ́ecrant ́ees (FTP ou ScTP, Foiled/Screened TP) : utilis ́ees en FranceI blind ́ees (STP, Shielded Twisted Pair) : peu utilis ́ees
UTP / STP18 Principaux supports de transmission
Cˆable coaxial
Caract ́eristiques : vitesse 10-100 Mbit/s pour une longueur de cˆable inf ́erieure
`a 500m, connecteur BNC, coˆut moyen, peu flexible.
Utilisation : cˆable TV (ex : num ́ericable), de moins en moins utilis ́e.
Composition du cˆable : conducteur central (ˆame) - isolant - conducteur
externe - gaine protectrice.
Plusieurs cat ́egories de cˆables existent suivant l’ ́epaisseur de l’ˆame et la
mati`ere constituant la gaine (PVC ou t ́eflon).19 Principaux supports de transmission
Fibre optique (FDDI)
Caract ́eristiques : 100Mbit/s ou 1Gbit/s dans les LAN, fonctionne par
impulsions lumineuses, insensible aux interf ́erences ́electromagn ́etiques, rayon
de courbure faible, tr`es coˆuteux, connectique d ́elicate.
Utilisation : pour les r ́eseaux tr`es hauts d ́ebits, les grandes distances et les
environnements perturb ́es.
Deux types de fibres :I multimodes (MMF), utilis ́es dans les LAN 100Mbit/s et 1Gbit/s.I monomodes (SMF), utilis ́es dans les LAN tr`es haut d ́ebit et pour les
applications WAN.
Composition de la fibre : fibre optique (coeur) et gaine optique en verre -
revˆetement - armature en fibre - enveloppe protectrice externe.20 Principaux supports de transmission
Supports non limit ́es
supportcouverture
att ́enuation(Km) sensibilit ́e aux in-
terf ́erences ́electro-
magn ́etiques
micro-ondes
terrestres
faisceau direc-tionnel 80 ́el ́ev ́ee
micro-ondes
satellites
faisceaúetroit ou large
millers ́elev ́eelaser faisceau direc-tionnel plusieursnulle
infra-rougepoint`a point
faisceau direc-tionnel <1nulle
infra-rouge
diffus ́e
omnidirectionnel<1nulle
radioomnidirectionnelcentainesmoyenne `a ́elev ́ee21 Adaptation des signaux aux supportsPlan 1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es22 Adaptation des signaux aux supports
La probl`ematique
Lors de la transmission, il faut faire face aux probl`emes suivants :I le spectre du signal `a transmettre doit ˆetre compris dans la bande
passante du support de transmission ;I la transmission d’un signal `a spectre ́etroit sur un support `a large bande
passante provoque une sous utilisation des supports de transmission.
Pour pallier ces probl`emes, on utilise des techniquesI de modulation : pour adapter le signal au support,I de multiplexage : pour rentabiliser l’utilisation du support.
Cela n ́ecessite l’utilisation d’ ́equipements sp ́eciaux : les ETCDs.23 Adaptation des signaux aux supports
ETTD et ETCD
Une transmission de donn ́ees met en oeuvre des calculateurs d’extr ́emit ́e et
des ́el ́ements d’adaptation du signal.ETTD DTEETCD DCEETTD DTEETCD DCE
ligne de transmission
jonction ou
interface
information
numérique
signal adapté au support
information
numériqueI Un ́
Equipement Terminal de Traitement de Donn ́ees (ETTD) ou Data
Terminal Equipment (DTE) contrˆole les communications.I Un ́
Equipement Terminal de Circuit de Donn ́ees (ETCD) ou Data Circuit
Equipment (DCE) r ́ealise l’adaptation du signal entre l’ETTD et le
support de transmission.24 Adaptation des signaux aux supports
Organisation des ́echanges
Les caract ́eristiques des ETCD sont li ́ees `a l’organisation fonctionnelle et
physique des ́echanges. Il faut prendre en compte :
le sens de transmission : unidirectionnelle (simplex), `a l’alternat (half duplex)
ou bidirectionnelle (full duplex).
le nombre de bits transmis en mˆeme temps : transmission parall`ele (efficace
mais probl`emes de diaphonie et de propagation non homog`ene) ou
transmission s ́erie (qui est plus adapt ́ee aux longues distances).
le type de synchronisation des horloges : une transmission correcte des
donn ́ees n ́ecessite la synchronisation de l’horloge du r ́ecepteur sur celle de
l’ ́emetteur. Deux possibilit ́es, la transmission synchrone ou asynchrone. Besoin
de protocoles sp ́ecifiques (SLIP, PPP, HDLC, . . .).
le mode de transmission ́electrique : asym ́etrique ou sym ́etrique.25 Adaptation des signaux aux supports
Deux modes d’adaptation du signal
La transmission en large bande translate le spectre du signal `a ́emettre dans
une bande de fr ́equence mieux admise par le syst`eme.ETTD DTE
MODulateurETTD DTE
DEModulateur
ligne de transmission
jonction ou
interface
information
numérique
transmission en large bande
information
numérique
L’ETCD est un modulateur/d ́emodulateur. Il transforme le signal num ́erique
en un signal sinuso ̈ıdal modul ́e (par fr ́equence/amplitude/phase) plus r ́esistant
que le signal en bande de base. Il permet donc d’atteindre des distances plus
importantes. De plus, une transmission en large bande permet le multiplexage
spatial.26 Adaptation des signaux aux supports
Exemple de modulation d’un signal
Les diff ́erentes techniques de modulation peuvent ˆetre combin ́ees.27 Adaptation des signaux aux supports
Deux modes d’adaptation du signal (bis)
La transmission en bande de base consiste `a modifier l ́eg`erement (on dit
transcoder) le signal ́emis par l’ETTD. Ce mode de transmission est peu
adapt ́e aux longues distances.ETTD DTECODeur ETTDDTE DECodeur
ligne de transmission
jonction ou
interface
information
numérique
transmission en bande de base
information
numérique
L’ETCD est un codeur/d ́ecodeur. Il a essentiellement pour objet de coder le
signal pour supprimer les composantes continues et de maintenir la
synchronisation de l’horloge de r ́eception.28 Adaptation des signaux aux supports
Exemples de codage en bande de base
tout ou rienNRZ
bipolaireRZ
ManchesterMiller29 Adaptation des signaux aux supports
Jonction ETTD/ETCD (en bref)
La jonction ETTD/ETCD d ́efinit un ensemble de r`egles (protocole) destin ́ees
`a assurer la connectivit ́e et le dialogue entre ETTD et ETCD, la
synchronisation des horloges, le transfert des donn ́ees et le contrˆole de celui-ci.ETTD DTEETCD DCE
échange des données
contrôle de l'échange
contrôle des équipementshorloge La normalisation de ces interfaces ́emane principalement de l’EIA et de l’UIT
(V.24, X.21).30 Adaptation des signaux aux supports
Deux techniques de multiplexageMUX ETCDDCE MUXETCD DCE
voie composite
voies incidentes
multiplexage spatial
multiplexage temporel
fréquencetemps fréquencetemps 31
Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`esPlan 1Notions de signaux
2Caract ́eristiques communes des supports de transmission
3Principaux supports de transmission
4Adaptation des signaux aux supports
5Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es32 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
WAN d’acc`es
Objectifs : Permettre `a des usagers distants d’acc ́eder `a leur r ́eseau
d’entreprise ou `a internet.
R ́eseaux et services utilis ́es :
RTC, RNIS, famille des DSL, acc`es sans fil (BLR,GPRS,...).
Le serveur d’acc`es distant (RAS, NAS ou BAS) :
Ses fonctions principales sont l’authentification de l’utilisateur et l’assignation
dynamique d’adresse.RTC/ RNIS/DSL/ BLR/...
RAS, NAS ou BASmodem Intranet
Internet
RNIS : R ́eseau Num ́erique `a Int ́egration de ServiceRTC : R ́eseau T ́el ́ephonique Commut ́e
DSL : Digital Subscriber LineGPRS : General Packet Radio Service
RAS/BAS : Remote/Broadband Access ServerBLR : Boucle Locale Radio33 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
Acc`es par RTCppp RTC
Internet
modem V90
boucle localeRAS CLCL chez l'abonné
pool de modemsISP Caract ́eristiques :I la ligne t ́el ́ephonique est partag ́ee avec la connexion internet ;I l’information est transmise en analogique jusqu’au CL ;I le d ́ebit th ́eorique est de 33,6 Kbps uplink / 56 Kbps downlink avec un
modem V90 ;I pas du tout adapt ́e aux applications multim ́edias d’aujourd’hui.
ISP : Internet Service ProviderCL : Centre Local de t ́el ́ephonie34 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
Acc`es par ADSLISP Ethernet
réseau IP
opérateurRTC réseau ATM ou Gigabit Ethernet
Internet
modem ADSL
boucle localeDSLAM filtreBAS
< 4 KHz
< 4 KHz
chez l'abonné
Plusieurs variantes suivant le d ́egroupage disponible :I sans d ́egroupage : France T ́el ́ecom (FT) s’occupe d’acheminer les donn ́ees
jusqu’au FAI, (voir dessin ci-dessus) ;I avec d ́egroupage (total ou partiel) : le FAI se branche directement au
niveau du DSLAM et assure donc l’int ́egralit ́e du transport des donn ́ees.
Il doit cependant louer l’acc`es `a la boucle locale `a FT.
DSLAM : DSL Access MultiplexerADSL : Asymmetric Digital Subscriber Line35 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
Acc`es par ADSL : suite
Caract ́eristiques :I la ligne t ́el ́ephonique est toujours disponible et la connexion internet
et/ou intranet est permanente ;I le d ́ebit th ́eorique est de 640 Kbps uplink / 8 Mbps downlink avec ADSL,
et de 640 Kbps uplink / 25 Mbps downlink avec ADSL 2+.36 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
Acc`es par ADSL : les canaux
3 canaux de communication sont obtenus par multiplexage fr ́equentiel de la
bande passante. Par exemple pour l’ADSL simple :I 1 pour la voix ;I 1 pour les donn ́ees montantes `a 128 kbps ;I 1 pour les donn ́ees descendantes `a 1024 kbps.37 Exemples de mise en oeuvre dans les WANs d’acc`es
Evolution de l’ADSL : le FTTx Fiber
Avantages : utilise comme support physique la fibre optique :I d ́ebit th ́eorique maximale de 100Mo/sI taux d’affaiblissement tr`es faible
Diff ́erentes possibilit ́es, suivant que la fibre arrive :I jusqu’aux prises murales : FTTH (Fiber To The Home) ou FTTO (Fiber
To The Office)I jusqu’au pied de l’immeuble : FTTB (Fiber To The Building)I jusqu’au sous r ́epartiteur : FTTC (Fiber To The Curb)
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