Réseaux

M1 Informatique
Réseaux
Cours 1bis – Couche Physique
Notes de Cours
LA COUCHE PHYSIQUE EST LA COUCHE par laquelle l’information est effectivemnt trans- mise. Les technologies utilisées sont celles du traitement du signal. Nous les aborderons
brièvement ici.
1 Plan
TCP/IPOSI
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
7
6
5
4
3
2
1
Application
Transport
Internet
Host-to-network
Not present
in the model
2 Fonctions de la Couche Physique
2.a Fonctions Fondamentales
— Transmission physique :
support électrique, électromagnétique, ...
E. Godard http://www.lif.univ-mrs.fr/~egodard/ens/reseaux/

Réseaux : Cours 1bis RÉSEAUX M1 Informatique
— Tranformation d’une suite de bits en signaux
et inversement
— Faire abstraction du support physique :
adaptation au support,
— Partage du support,
2.b Transmission
— Information : état logique (suite de 0 et 1) ←→ état du support (signal)
— Signal :
— états physiques possibles : amplitude, fréquence, phase
— un symbole correspond à un état physique du système
—valence V : nombre de symboles physiques utilisés
2.c Signaux
0101100100100
(a)
(b)
(c)
(d)
Phase changes
(a) Signal binaire (b) modulation d’amplitude (c) modulation de fréquence (d) modula-
tion de phase
2

Réseaux : Cours 1bis RÉSEAUX M1 Informatique
2.d Débits
Rapidité de modulation —nombre de symboles physiques par unité de temps,
—kest le nombre de tels “états physiques codants” émis pendant Tsecondes.
—Rm=k/T(en bauds) :
Débit binaire : —nombre de bits transmis par unité de temps,
— un signal de valence Vtransmet donc log2Vbits par symbole,
—D=Rm log2V:
Attention : un baud peut correspondre à plusieurs bits/s.
2.e Exemple : Modem
La modulation consiste à tranformer une suite binaire en signal physique en faisant varier
une de ces caractéristiques physiques :
— amplitude,
— phase,
— fréquence.
La démodulation est l’opération inverse.
—Modem :Modulateur / Démodulateur
— Modulation combinée : variation sur plusieurs caractéristiques (en général phase et
amplitude).
2.f Diagramme de Constellation
Représentation de l’onde ( amplitude + phase ) dans le plan complexe :
”
z(t) = Aeiωt+ϕ=Aeiϕ×eiωt
”
”
=z0eiωt
”
270
(a)
90
0 180
270
(b)
90
0
270
(c)
90
0 180
Les positions des points dans le plan complexe représentent z0, les paramètres (phase et
amplitude) des ondes électriques correspondantes.
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2.g Multiplexage
Objectif : utiliser le même support physique pour transmettre simultanément plusieurs
signaux physiques, =>plusieurs suites binaires en parallèle
— même type de codage
— fréquence de base différente
—Traitement du signal via la numérisation
Exemple : ADSL (Assymetric Digital Suscriber Line)
Power
Voice Upstream Downstream
256 4-kHz Channels
0 25 1100 kHz
3 Traitement du Signal
3.a Définitions
La numérisation est la transformation d’un signal physique en suite binaire.
L’échantillonnage est une des étapes de la numérisation, elle consiste à mesurer la valeur
du signal à (petits) intervalles réguliers.
3.b Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier )
— Fonction ” f:R−→ R”, ”2π” pé-
riodique
— On a
f(t) = c
+∑∞
0ansin(nt)
+∑∞
0bncos(nt)
— avec
c=1
2πZ2π
0f(t)dt
an=1
πZ2π
0f(t)sin(nt)dt
bn=1
πZ2π
0f(t)cos(nt)dt
0 1 1 0 0 0 1 0
1
0Time T
1
0
1
0
1
0
1
0Time
rms amplitude
1 152 3 4 5 6 7 9 10111213 148
0.50
0.25
Harmonic number
1 harmonic
2 harmonics
4 harmonics
8 harmonics
1
1 2
1 2 3 4
1 2 3 4 5 6 7 8
Harmonic number
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
4

Réseaux : Cours 1bis RÉSEAUX M1 Informatique
3.c Débits Maximaux Théoriques
Théorème de Nyquist pour un canal parfait (=>sans bruit)
”
debit binaire maximal =2Flog2V bit/s
”
Idée de la preuve Un signal émis en dessous d’une bande passante Fpeut être reconstitué
avec un échantillonnage équivalent à 2Fpar seconde.
Ex : canal 3000Hz avec signal binaire (=> deux niveaux de valence) => débit ne peut pas
dépasser 6000 bits/s
Conséquence Pour augmenter le débit, il suffit(?) d’augmenter la valence
3.d Théorie de l’Information
Rapport Signal/Bruit ce rapport est exprimé en Décibels (dB)
”
(S/B)db =10 log10(S/B)bits/s
”
Théorème de Shannon Débit binaire maximal (théorique) dans un canal bruité de bande
passante Fet de rapport signal-bruit S/B: ”
debit =FHz log2(1+S/B)
”
Exemple Ligne téléphonique classique, bande passante de 3000 Hz, rapport signal bruit de
30 dB.
Celle-ci ne pourra jamais transmettre à un débit supérieur à 30000 bit/s, quels que soient
le nombre de niveaux utilisés ou la fréquence d’échantillonnage.
4 Pour Résumer
4.a Pour Résumer : Paire Torsadée
- Câble électrique torsadé en cuivre Ex : Ethernet RJ45,
réseau téléphonique (boucle locale)
— Propagation en 5,3 µs/km,
— Débit jusqu’a 1000 Mbit/s,
— Jusqu’à 1 km sans répéteur (selon catégorie),
— Coût faible =>très répandu.
Exemple Ethernet 100BaseTX à 100Mbits/s, 2 paires torsadées, catégorie 5, transmission
en bande de base, codage Manchester, topologie bus avec hub, segment de 100m maximum.
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