Téléinformatique

Téléinformatique
Antoine Gallais, Maître de Conférences
Université Louis Pasteur, Département Informatique
Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT
[email protected]
http://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais
Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de
Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.
Cours 2: Couche Physique
Quels supports de transmission pour les données?
Quelles techniques de transmission pour les données?
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Couche physique (1)
Rôle
Etablir la connexion physique entre un système et le
réseau
Dépend du mode de transport du message
Câbles,
ondes ....
Réseau
Liaison
Physique
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Sous-réseau
Sous-réseau
de
de
communication
communication
1
Couche physique (2)
Unité d’information
Le
bit
Services assurés
Synchronisation
Modulation
Mécanique
Délimitation des informations significatives
Représentation des bits
Réseau
Réalisation des connecteurs
Liaison
Physique
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Sous-réseau
Sous-réseau
de
de
communication
communication
I. Les supports de transmission
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Les supports de transmission
Câbles
Métalliques,
fibre optique
Hauts débits
Déploiement + coût + staticité
☺
Ondes
☺
Mobilité et flexibilité
Débits moins élevés + sécurité (des données, des
personnes?)
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2
Quelques supports de transmission
Le cable coaxial
La paire torsadée
La fibre optique
L’air…
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Câble coaxial (1)
Cœur de
cuivre
Téléphonie, télévision, informatique, …
Avantages
Gaine protectrice
isolante
Utilisation
Tresse
conductrice
Isolant
Bande passante max = 150 MHZ
Bonne résistance aux bruits
Inconvénients
Encombrant
Coûteux
Non universel
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Câble coaxial (2)
Fonctionnement
Signal
électrique transmis sur le fil de cuivre
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Paire torsadée (1)
Utilisation
Avantages
Téléphonie, informatique, vidéo…
Bon marché
Bon débit
Largement répandu
Inconvénients
Moins bonne résistance aux bruits
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Paire torsadée (2)
Paires non blindées
Paires blindées
STP (Shielded Twisted-Pair)
Paires torsadées avec blindage géneral
UTP (Unshielded Twisted-Pair)
FTP (Foiled Twisted Pairs )
Paires torsadées avec double blindage
SFTP (Shielded and Foiled Twisted Pairs)
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Paire torsadée (3)
Fonctionnement
Signal
électrique transmis sur le fil de cuivre
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Fibre optique (1)
Utilisation
Avantages
Interconnexion de réseaux
Support léger, peu encombrant, sécurisé
Hauts débits sur longues distances
Pas d’interférences, pas de rayonnement
Inconvénients
Plus cher que STP
Fragilité
Difficile à installer et à maintenir
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Fibre optique (2)
Fonctionnement
En entrée
En sortie
Diode électroluminescente (DEL ou LED pour light-emitting diode)
Diode laser
Photodiode ou phototransistor
Plusieurs catégories de fibres
Monomode
Multimode
Trajet direct pour la lumière
Plusieurs trajets possibles, fonction de l’indice de réfraction de la fibre
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L’air… (1)
Ondes lumineuses
Ondes infra-rouge
Faciles d’utilisation
Facilement perturbables
Transmission faible portée, en LoS (Line of Sight)
Ne traversent pas les objets solides
Ondes radios (radioélectriques) ou hertziennes
Nombre d’oscillations/s = fréquence
Distance entre deux maxima/minima = longueur d’onde
Traverse les objets (à basses fréquences)
Longues distances mais chute rapide de la puissance
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L’air… (2)
Fonctionnement - Générer des ondes radio
Antennes émettrices
Création d’un champ électromagnétique
conducteurs métalliques
circulation de courants très haute fréquence
aller-retour très rapides des électrons
Propagation => onde radio.
Antennes réceptrices
conducteurs métalliques
Agitation des électrons lors de l’arrivée de l’onde radio
Rythme identique à celui des électrons de l’antenne émettrice
Mouvement des électrons => courant électrique
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L’air… (3)
Les ondes radio
Interférences possibles avec équipements électriques
Faible bande passante
⇒
Contrôle strict des gouvernements sur les fréquences
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L’air… (4)
Inconvénients
Sécurité
Accès au medium
Interférences
Avantages
Grande facilité de déploiement
Mobilité accrue
Plusieurs chemins émetteur/récepteur
Réflexions, trajets multi-chemins, …
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Choix des supports de transmission
Imposé par le lieu de déploiement
Quelle taille de zone à couvrir?
Quelle contraintes?
Bâtiment historique, zone sinistrée, …
Imposé par l’utilisateur final
Quel débit?
Quelle bande passante?
Quelle sécurité?
Quel coût?
Quelle utilisation?
Événement ponctuel (salon d’exposition, LAN party, …)
Déploiement long terme
…
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Exemple à Strasbourg
Objectif
Recenser les points d’accès déployés
Entreprises, particuliers, …
S’affranchir des GPS en ville
Réalisé par R. Kuntz et G. Schreiner
Matériel
Scan des points d’accès
Un vélo et un PC dans le dos
Enregistrement des SSIDs
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Résultat: près de 20000 points d’accès trouvés!
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https://www.wifiathome.net/
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II. Les techniques de transmission
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Caractériser les échanges (1)
Liaison unidirectionnelle
Simplex
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Caractériser les échanges (2)
Liaison à l’alternat
Half-duplex
ou
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Caractériser les échanges (3)
Liaison bidirectionnelle
Full-duplex
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Définitions (1)
Débit (b/s)
Capacité
Nombre de bits par seconde traversant le circuit de données
Débit utile max du canal
Fréquence
Nombre de fois qu'un phénomène temporel régulier se reproduit
identique à lui-même par intervalle de temps donné
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Techniques de transmission
Signal analogique
Variation de manière
continue dans le temps
(signal sinusoïdal)
Signal numérique
Variation de manière
discontinue dans le temps
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Série de Fourier
Décomposition d’une fonction périodique
Somme
de sinusoïdes de fréquences différentes
temporelle exprimée en Hertz
Fréquence
Définition :
soit
g(t) une fonction périodique quelconque de période T,
sa décomposition en série de Fourier est :
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f = 1/T
fréquence fondamentale du signal g(t)
c
composante continue
an et bn
coefficients de Fourier
représentent les amplitudes respectives des
sinus et cosinus de rang n
chaque terme de rang n est une harmonique du
signal
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fréquence n*f (f = fréquence fondamentale)
Inversement, an , bn et c peuvent se calculer
en fonction de g(t)
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Définitions (2)
Fréquence de coupure
Fréquence d’un signal au-delà de laquelle le signal subit une forte
atténuation
Bande passante = f2 - f1
Bande passante
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Gain décroît de 20dB par décade
Source: Wikipedia
Spectre électromagnétique
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Relation entre bande passante du
canal et signal transmis
Affaiblissement dû au support (ou canal)
Harmoniques
Limité
⇒
affaiblies non uniformément
à n dB dans la bande passante
Pour une transmission correcte d’un signal, La plage
des fréquences correspondant aux principales
harmoniques du signal doit être comprise dans la bande
passante du canal
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Relation entre débit et
harmoniques (1)
D = 1/T : débit binaire en bits/sec (b/s)
T : période du bit
Pour un débit binaire de D b/s :
temps nécessaire pour transmettre un caractère (octet) = 8/D sec
(au moins une transition par caractère)
Fréquence de l’harmonique fondamentale: D/8 Hz
Liaison téléphonique analogique
BP = environ 3000Hz
intervalle des fréquences de la voix: [300Hz,3400Hz]
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Relation entre débit et
harmoniques (2)
Nombre d’harmoniques effectivement
transmises sera approximativement : 3000/(D/8)
Quand
D augmente, le nombre d’harmoniques permettant
de reconstituer le signal diminue
Cas extrême si D > 24000 : aucune harmonique reçue
Conclusion:
limiter
la largeur de la bande passante limite le débit
binaire maximum sur un canal
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Théorème d’échantillonnage
Claude Shannon, Harry Nyquist
Théorème : Rmax = 2 H
R
H
= fréquence d’échantillonnage
= bande passante de la ligne
Exemple : si voie téléphonique de 4000 Hz
=> voix échantillonnée 8000 fois/sec
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Débit maximum d’un canal (1)
Conséquence du théorème de Nyquist
V = valence du signal
Un signal comportant un nombre V de niveaux significatifs
Exemple
débit binaire maximum = Dmax = 2H log2 V
BP du canal = 3 000 Hz,
V=2 (signal bivalent) => Dmax = 6 000 b/s
V=4 (signal quadrivalent) => Dmax = 12 000 b/s
Signal multivalent
Optimisation de l’utilisation de la bande passante
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Débit maximum d’un canal (2)
Cas des canaux bruités :
S/N : rapport signal sur bruit
Exprimé en décibels (dB)
Exemple :
S : énergie du signal
N : énergie des bruits et parasites
10 log10(S/N)
S/N = 10 => 10 dB
S/N = 1000 => 30 dB
Théorème de Shannon :
Dmax = H*log2 (1 + S/N) (max théorique)
Exemple avec H= 3 000 Hz
S/N = 30dB => Dmax ~ 30Kb/s
S/N =10dB => Dmax ~ 10Kb/s
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Débit maximum d’un canal (3)
Définition :
BP à n décibels :
Affaiblissement du signal : Aff = 10 log10 Pe/Pr
Intervalle de fréquence où l’affaiblissement est inférieur à n décibels
Pe : puissance du signal émis
Pr : puissance du signal reçu
Exemple :
la fréquence de coupure fc correspond au point où Pe/Pr = n dB pour
une BP à n dB
affaiblissement de 3 dB : 10 log10 Pe/Pr = 3 dB => Pe/Pr = 2
réseau téléphonique : BP [300, 3400] à 3 dB
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