M1101: Initiation aux réseaux d’entreprise Sommaire M1101: Initiation aux réseaux d’entreprise Généralités & Normalisation ● ● ● ● ● ● ● ● 5 septembre 2020 Historique Éléments de transport de l’information Supports de transmission Modulation et multiplexage d’un signal Type de transmission Codage des signaux Synchronisation des transmissions Numérisation d’un signal Initiation aux réseaux d'entreprise 2 1. Histoire des télécommunications (1/3) ● Télé-communication : c’est le principe de communication à distance. ● Il y a plus de 100 000 ans : la parole. ● ● Environ 5300 ans : l’écriture Au départ : juste pour laisser des traces, Pas pour le transport d’information De l’antiquité jusqu’au 18ème siècle : L’Homme et l’animal On connaît tous l’histoire de Philippidès à la bataille de Marathon. Le pony express aux U.S.A Le pigeon voyageur utilisé jusqu’à la première guerre mondiale 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 3 1. Histoire des télécommunications (2/3) ● 1667 : Robert Hooke – Téléphone à ficelle tendue ● 1782 : Dom Gauthey – Tubes acoustiques (www.histv.net) ● ● 1854 : Charles Bourseul – Principe du téléphone Il fait vibrer une plaque flexible pour établir ou interrompre un courant électrique qui répercutera à distance les vibrations sur une autre plaque. 1876 : Alexandre Graham Bell – Brevet du téléphone Une liaison point à point, simple puis en étoile. Pour communiquer avec plusieurs voisins, il fallait plusieurs paires de téléphones ! 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 4 1. Histoire des télécommunications (3/3) ● ● ● ● 1930 : Création de la télévision mécanique – Appareil de René Barthélemy) 1960 : Invention du télex (Telegraph exchange) Créer en 1930 en Allemagne, le réseau Télex fut inauguré par le Général de Gaulle en 1946. Utilisant le code Baudot, le télex de “type A” automatisait entièrement l’envoi de messages. C’est à partir de 1960 que certains pays utilisent les chiffres du code Baudot pour acheminer des messages. On parle de routage de “type B”. Le telex connaît son apogée dans les années 1990 (2M d’abonnées) 1964 : Transmission de données sur RTC (réseau téléphonique commuté). C’est le réseau historique des téléphones fixes, dans lequel un poste d'abonné est relié à un commutateur téléphonique du réseau public par une paire de fils alimentée (la boucle locale). 1969 : Internet D’abord appelé Arpanet, ce réseau était constitué de 4 nœuds, le débit était de 50 kbps ● 1970 : Les réseaux locaux ● 1972 : Messagerie électronique ● 1978 : Transpac – Réseau de transmission de données par paquets exploité par France Télécom. Le réseau Transpac est le plus grand réseau X25 (protocole) du monde. ● 1988 : RNIS – Réseau Numérique à Intégration de Services (remplacé par le « tout IP”) ● 1995 : ATM – Asynchronous Transfer Mode 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 5 2. Eléments de transport de l’information (1/3) ● ● ● Canal de Transmission (support physique) : coaxial, paires torsadées, fibres optiques ETTD : Equipement Terminal de Transmission de Données (CCITT) DTE : Data Terminal Equipment (EIA) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 6 2. Eléments de transport de l’information (2/3) ● ● ● ● ● 5 septembre 2020 ETCD : Equipement Terminal de Circuit de Données (CCITT) DCE : Data Communication Equipment (EIA) Modem : Modulateur / Démodulateur Canal de transmission : lignes téléphoniques Propagation des ondes (électriques, électro-magnétiques, lumineuses) Initiation aux réseaux d'entreprise 7 2. Eléments de transport de l’information (3/3) Type de réseaux en fonction de la distance LAN MAN WAN Local Area Network Metropolitan Area Network Wide Area Network Réseau local Réseau de campus Réseau public 1m à 2 kms 2 à 200 kms Au dela de 200 kms Nombre d’abonnées 2 à 200 2 à 1000 milliers Opérateur utilisateur Groupe d’utilisateurs Distinct des utilisateurs Facturation gratuit forfait Volume et durée Débits 1 à 100 Mbits/s 1 à 100 Mbits/s De 50 b/s à 2Mbits/s Taux d’erreur Inférieur à 10-9 Inférieur à 10-9 10-3 à 10-6 Délai 1 à 100 ms 10 à 100 ms Inférieur à 0,5s Caractéristiques de distance Taille géographique Source: P.Sweid – Cnam de Versailles 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 8 3. Support de transmission (1/5) Bande passante Utilisation Paire torsadée (TP) > 100 kHz Téléphone, LAN (UTP, FTP) Câble coaxial > 100 kHz Télévision, LAN, MAN Fibre optique > 1 GHz LAN, MAN et WAN Variable (nature et fréquence) LAN, MAN X canaux > 10 MHz WAN Types Faisceaux Hertziens Satellites 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 9 3. Support de transmission (2/5) Quelques définitions ● Bande passante (Hertz) Caractérise tout support de transmission. C’est la bande de fréquences dans laquelle les signaux sont correctement reçus. W = FMAX – FMIN Exemple : Oreille humaine : 15 à 15000 Hz Téléphone : 300 à 3400 Hz Audio stéréo gauche d’une station FM : 23 kHz à 38 kHz ● ● Débit binaire caractérisant une liaison (bits/ ou bps) Il est fonction de la bande passante W Formule de Shannon : D = W*log (1+S/B) avec S/B le signal sur bruit 2 ✔ Pour une ligne non perturbée, D = 2*W*log V avec V la valence du 2 signal Quantité maximale transmissible sur une voie ✔ Exemple : Si W = 3100 Hz, S/B = 1000 alors D = 31000 bps On considère un canal de transmission numérique de débit binaire 9600 bits/s. Quelle doit être la valeur minimale du rapport S/B, si la largeur de la bande passante de la liaison est de 1000 Hz, afin d'obtenir ce même débit binaire? 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 10 3. Support de transmission (3/5) Ordre de grandeurs ● ● ● 1200 bps 1 page en 10 seconde (environ) 9600 bps 1 page par seconde Exemples de débits bruts de signaux numériques connus : ● Parole : 64 kbps Visioconférence : 100 Mbps Télé couleur : 204 Mbps Exercice : calculer le temps d’émission d’un message de 512 octets en sortie d’une carte réseau à 100 Mbps Débit = Nb de bits / temps Donc temps = 512*8 / 100.106 = 40,96 µs 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 11 3. Support de transmission (4/5) Encore des définitions ● Unité : Hertz (Hz) La fréquence d’un signal est exprimé en Hertz, c’est le nombre de périodes par seconde. Unités dérivées : kHz, MHz, GHz ... 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 12 3. Support de transmission (5/5) ● ● ● Le spectre du signal doit être compris dans la bande passante du signal Exemple : Un signal à spectre étroit sur un support large bande mauvaise utilisation du support Recours à la modulation et au multiplexage pour pallier ces problèmes Adapter les signaux au support Rentabiliser l’utilisation du support 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 13 4. Modulation d’un signal (1/4) ● ● ● ● Un signal est caractérisé par : Son amplitude A Sa fréquence f ou sa période T (f = 1/T) Sa phase Φ Ce signal est transporté (il est transmit) sous la forme d’une onde faisant varier une des caractéristiques physiques du support : Tension électrique Onde radio-électrique Intensité lumineuse (fibre optique) La porteuse P se présente sous la forme d’une onde de base régulière P(t) = A .cos(2.π.f .t + Φ ) P P P Cette porteuse est soumise à des déformations pour caractériser le contenu du message Il existe donc 4 types de modulation : Modulation d’amplitude (A ) (radiodiffusion mono, téléphonie) P Modulation de fréquence (f ) (radiodiffusion stéréo, téléphonie) P Modulation de phase (Φ ) (adsl, faisceaux hertziens, liaisons satellites) P Combinée (ex : amplitude et phase) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 14 4. Modulation d’un signal (2/4) Effet de la modulation ● La modulation est la transformation d’un message à transmettre en un signal adapté à la transmission sur un support physique ● Transposition dans un domaine de fréquences adapté au support de transmission ● Meilleure protection du signal contre le bruit ● Possibilité de transmission simultanée de messages dans les bandes de fréquences adjacentes pour une meilleure utilisation du support (multiplexage) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 15 4. Modulation d’un signal (3/4) Modulation et débit binaire : définitions ● Rapidité de Modulation RM (signal numérique) : RM (bauds) = 1/T avec T, l’intervalle de modulation (durée d’un état de modulation) ● Le débit binaire D(bits/s) = Q.RM ● ● T : période de modulation Δ : durée d’un bit du signal modulé Q = Δ / T : nombre de bits codé par intervalle de modulation T Exemple pour une modulation de la porteuse en fréquence : Avec 2 valeurs de fréquence (0, 1) Lors de l’intervalle de modulation T, il y a transport d’un bit (Q = 1) Donc D(bits/s) = RM(bauds) = 1/T Avec 4 valeurs de fréquence (00,01,10,11) Lors de l’intervalle de modulation T, il y a transport de deux bits (Q = 2) Donc D(bits/s) = 2.RM(bauds) = 2/T Généralisation : Q = 1 (modulation simple) : débit binaire (bits/s) = rapidité de modulation (bauds) Q ≠ 1 par abus de langage on exprime le débit en bauds 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 16 4. Modulation d’un signal (4/4) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 17 5. Multiplexage (1/5) ● ● ● Objectif : Optimiser l’usage des canaux de transmission Permettre des transmissions simultanées avec un maximum d’informations Principe : Traiter le signal pour concentrer des flux de données d’origines diverses, sous la forme d’un signal composite unique C’est le signal multiplex Trois techniques : Multiplexage en fréquences Multiplexage temporel Multiplexage temporel statistique 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 18 5. Multiplexage (2/5) Les équipements 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 19 5. Multiplexage (3/5) Le multiplexage en fréquence ● Principe : Découper la bande passante d’un canal en plusieurs sous-bandes Chaque sous-bande est affectée à une voie de transmission 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 20 5. Multiplexage (4/5) Le multiplexage temporel ● ● Appelé souvent TDM (Time Division Multiplexing) Principe : Des bits (ou octets) sont prélevés successivement sur les différentes voies reliées au multiplexeur pour construire un train de bits (ou d’octets) qui constituera le signal composite. 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 21 5. Multiplexage (5/5) Le multiplexage temporel statistique ● ● Principe : Le prélèvement sur les différentes voies reliées au multiplexeur n’est plus cyclique, mais modifié dynamiquement en permanence selon l’activité réelle sur chacune d’elle. Récupérer la bande passante des voies inactives impose de transmettre l’adresse de la voie émettrice Avantages : Utilisation d’une voie d’acheminement du signal composite dont le débit Dt est inférieur à la somme des débits des voies reliées au multiplexeur (ΣDi). C’est la sur-allocation ou overbooking Le rapport ΣD / Dt est couramment de 4 ou 5 i Technique très utilisée pour les lignes spécialisées permanentes 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 22 6. Type de transmissions (1/4) ● Transmission analogique : ● Signal analogique (radio, téléphone) Signal numérique (modem) Transmission numérique : Signal numérique (bande de base) Signal analogique ✔ MIC : Modulation par Impulsion et Codage (Pulse Coding modulation) ✔ Nécessite la numérisation du signal 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 23 6. Type de transmissions (2/4) Transmission analogique (1) ● Transmission par modulation d’une onde porteuse : Le spectre des signaux modulés est centré sur la fréquence porteuse La largeur du spectre est identique à la largeur du spectre des signaux à transmettre On parle alors de transmission par transposition de fréquence Le rôle de la porteuse est de transporter les signaux dans la bande passante du support La porteuse ne véhicule aucune information, seule sa modulation a une signification L’opération de modulation / démodulation est réalisée par un modem (ETCD) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 24 6. Type de transmissions (3/4) Transmission analogique (2) ● Modulation d’amplitude : ● Modulation de fréquence : ● Téléphonie Radiodiffusion mono et stéréo Radiodiffusion stéréo, télédiffusion téléphonie Modulation de phase : Transport de signaux numériques sur les circuits téléphoniques Faisceaux hertziens (2GHz /370MHz) Liaisons satellites 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 25 6. Type de transmissions (4/4) Transmissions numériques ou bande de base ● Un signal en bande de base (BdB) ne subit pas de transposition en fréquence, l’ETCD est un simple codeur (codeur BdB) ● Utilisable seulement sur les supports n’introduisant pas de décalage en fréquence ● Le signal occupe toute la bande passante disponible ● Avantage : simplicité et coût (pas de mod / demod) ● La suite des symboles transformés appartient à un alphabet fini Δ = n*T avec n N et n>0 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 26 7. Codage des signaux (1/4) ● Transmission directe de la suite des bits est impossible si : ● ● Limitation de la bande passante vers les fréquences extrêmes pour de nombreux supports (transformateurs d’isolement, adaptateur d’impédance) Nécessité de transmettre le rythme de l’horloge pour pouvoir reconstituer la séquence des données reçues Déformation des signaux transmis augmente avec la largeur de la bande de fréquence utilisée Le codage est réalisé principalement pour : Supprimer la composante continue du signal Une détection plus simple des erreurs de transmission Les fonctions de codage permettent d’adapter le signal au support de transmission Codages à 2 (-a, +a) ou 3 niveaux (-a, 0, +a) Codage biphase : augmentation du rythme des transitions Codage bipolaire : augmentation du nombre de niveau 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 27 7. Codage des signaux (2/4) ● Codage à 2 niveaux ● Codage NRZ (No Return to Zero) 0 -a et 1 +a La suite binaire 0 1 0 1 1 0 0 0 est représentée par : Spectre de puissance du signal NRZ concentré au voisinage des basses fréquences. Il y a donc une mauvaise transmission par le support. 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 28 7. Codage des signaux (3/4) ● Codage à 2 niveaux – Codage Manchester (codage de l’ethernet 10 Mb/s) ● ● Consiste à introduire dans le signal des transitions au milieur de chaque intervalle Δ (0 front montant, 1 front descendant : synchronisation) La même suite binaire que précédemment (01011000) sera codée : Spectre de puissance du signal Manchester utilise une bande de fréquence deux fois plus grande (0, 2/Δ) la bande passante du support doit être deux fois plus large et doit supporter 2 fois plus de bruit (erreur) Le code Manchester est bien adapté à un support à bande passante large. 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 29 7. Codage des signaux (4/4) Autres codages ● ● Codage à 2 niveaux Manchester différentiel ai = 0 même front que celui de ai-1 ai = 1 inversion du front par rapport à ai-1 Code de Miller : codage Manchester en supprimant une transition sur 2 Codage à 3 niveaux Bipolaire simple Signal transmis vaut 0 si la donnée vaut 0 Signal transmis vaut alternativement +a ou -a si la donnée vaut 1 BHDn Variante du code bipolaire simple destinées à limiter le nombre de zéros successifs (HDB3 est le plus utilisé) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 30 8. Synchronisation des transmissions (1/3) Transmissions synchrones ● Une suite de données est synchrone quand le temps qui sépare les différents instants significatifs est un entier multiple du même intervalle de temps T. ● Les caractères se suivent sans séparation ● Un signal de base de temps (ou horloge) est toujours associé aux données 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 31 8. Synchronisation des transmissions (2/3) Transmissions asynchrones ● ● ● ● ● ● Une suite de données à instants aléatoires est transmise caractère par caractère. On observe alors une succession de trains de symboles binaires séparés par des intervalles de temps quelconques La transmission asynchrone des données nécessite l’ajout à chaque caractère transmis d’’éléments de repérage : Start et Stop bits. Durée du Start bit = durée de 1 bit du caractère – déclenchement de l’horloge locale Durée du Stop bit = 1, 1.5 ou 2 bits du caractère (arrêt de l’horloge) Bit de parité permet de vérifier la validité du caractère reçu. 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 32 8. Synchronisation des transmissions (3/3) Modes d’échange ● ● ● ● Simplex : Un seul sens d’émission dans le canal de transmission. Duplex à l’alternat (half-duplex) Un émetteur à chaque extrémité, émission à tour de rôle dans le même canal de transmission selon les règles définies par la liaison de données. Duplex (full-duplex) Un émetteur à chaque extrémité, émission simultanée dans le même canal de transmission Transmissions parallèles Bus des ordinateurs (E)ISA, PCMCIA, VME … ● Transmissions séries ● Transmission point à point ● Transmission multipoint 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 33 9. Numérisation d’un signal (1/3) Exemple du MIC Te MIC : Modulation par Impulsion et Codage (on ne s’intéresse ici qu’au codage) 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 34 9. Numérisation d’un signal (2/3) ● ● ● Numérisation de la voix : F MAX = 4000 Hz F ECH = 2*4000 soit 8000 Hz (Shannon) Echantillonnage sur 8 bits soit 64 kbits/s Son haute fidélité F MAX = 20 000 Hz (20 kHz) F ECH > 2*20 000 . FECH choisi : 44 100 Hz Codage sur 16 bits Débit : 0.7 Mb/s en mono, 1.4 Mb/s en stéréo Vidéo ● 1 image (hauteur h, largeur l, n bits pour coder un pixel) : h x l x n bits Qualité VCR (Video Cassette Recording) : (352 x 240 x 24) x 25 images/s ≈ 32 Mb/s Qualité TV : (768 x 576 x 24) x 25 images/s ≈250 Mb/s Qualité TVHD : (1920 x 1080 x 24) x 30 images/s ≈ 1.12 Gb/s Il est donc nécessaire de compresser l’image pour réaliser cette transmission à grande échelle. 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 35 9. Numérisation d’un signal (3/3) Standards de codage de la vidéo ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Ensemble de codage avec perte H.261 (1990) : utilisé actuellement pour RNIS et Mbone (Multicast IP) JPEG (Images) MJPEG (Vidéo) (1992) : débits de 8Mb/s à 40Mb/s MPEG-1 (1993) : 352 x 240 (NTSC) ou 352 x 288 (PAL) – 0.2Mb/s (audio) + 1.2 Mb/s (vidéo qualité VCR) MPEG-2 (1994) : 4 à 6 Mb/s (qualité diffusion) H.263 (1996) : visioconférence sur RTC (10 à 20 kb/s) MPEG-4 (1998) : 5 kb/s à 5 Mb/s (vidéo) et 2 kb/s à 64 kb/s (audio) MPEG-7 (2000) : norme pour le multimédia Toutes les applications ne supportent pas des pertes (ex : médicales) Taux de compression jusqu’à 20:1 pour images jusqu’à 100:1 pour vidéo 5 septembre 2020 Initiation aux réseaux d'entreprise 36
