Protocoles Réseaux

Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Protocoles Réseaux
Matthieu Picantin
LIAFA CNRS UMR 7089
Université Paris 7 Denis Diderot
6 mars 2009
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Préambule
Le modèle hybride
Couche
Application
Transport
Ré
seau
Liaison
Physique
5
4
3
2
1
Interface
H
ô
te A Nom des
unités
échangées
message
paquet
trame
bit
Application
Transport
R
é
seau
Liaison
Physique
H
ô
te B
R
é
seau
Liaison
Liaison
Physique
Physique
Pont
Routeur
Protocoles internes au sous-r
é
seau
Protocole d'application
Protocole de transport
Frontière du sous-réseau de communication
Protocole de couche r
é
seau h
ô
te-routeur
Protocole de couche liaison de donn
ées hôte-pont
Protocole de couche physique hôte-pont
Liaison
Physique
ô
Application
Transport
é
Liaison
Physique
H
ô
te B
Liaison
Physique
Liaison
R
é
seau
Physique
Pont
Routeur
Protocoles internes au sous-r
é
Protocole de couche r
seau h
te-routeur
Protocole de couche liaison de donn
Application
Transport
seau
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Préambule
Rôle de la couche physique
Objectif
Transport d’un flot de bits d’une machine à une autre sur
un canal de communication
Maintien et désactivation des connections physiques
Technologie de la transmission
Connaître le support (avec ou sans guide physique, etc)
Définir la technologie utilisée pour la transmission
Contrôler les aspects optiques,électriques &mécaniques
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Bande de base vs large bande
Signal numérique
Signal variant de
manière
discontinue dans
le temps
S(t)
t
Signal analogique
Signal variant de
manière continue
dans le temps
S(t)
t
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Bande de base vs large bande
Signaux numériques (baseband)
↑Mise en oeuvre très simple et peu coûteuse
↑Adaptés à la transmission de données
↓Débits très élevés seulement sur de courtes distances
Signaux analogiques (broadband)
↓Mise en oeuvre plus complexe (et coûteuse)
↓Moins adaptés à la transmission de données
↑Débits élevés sur de longues distances
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Perturbations de la transmission
Atténuation
Elle dépend de la fréquence et de la
distance : A=10 log10
puiss. reçue
puiss. émise (en dB)
atténuation
Distorsion temporelle
Elle est due aux différentes vitesses
des harmoniques
Bruit
Il s’agit d’énergies parasites : bruit
thermique, diaphonie, bruit impulsif
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Bande passante
P
f (en Hz)
fc
Filtres passe bas naturels
Au delà d’une certaine fréquence, on observe
une trop forte atténuation
P
f (en Hz)
Filtres passe haut artificiels
On interdit les très basses fréquences trop
perturbées par le bruit
Bande passante
Intervalle de fréquences
pour lequel le signal est
atténué dans une limite
raisonnable
P
f (en Hz)
bande passante (en Hz)
3 dB
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Analyse de Fourier
Série de Fourier
Toute fonction T-périodique gse décompose comme
g(t) = 1
2a0+
∞
!
n=1
ancos(2πnft) +
∞
!
n=1
bnsin(2πnft)
la fréquence fondamentale est f=1
T
les amplitudes des harmoniques sont
an=2
T"T
0g(t)cos(2πnft)dt et bn=2
T"T
0g(t)sin(2πnft)dt
les amplitudes efficaces sont #a2
n+b2 n
2
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Analyse de Fourier
0 1 1 0 0 0 1 0
1
0temps T
1
0
1
0
1
0
1
0
amplitudes
efficaces
1 152 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13 148
0.50
0.25
1 harmonique
2 harmoniques
4 harmoniques
8 harmoniques
1
1 2
1 2 3 4
1 2 3 4 5 6 7 8
nombre d'harmoniques
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Analyse de Fourier
Harmoniques transmissibles
Soit ble débit binaire (en bit/s) et Hla bande passante (en Hz)
Il faut 8/bsecondes pour transmettre l’octet 01100010
La fréquence fondamentale fest b/8 (en Hz)
Le nombre d’harmoniques transmissibles est environ 8H/b
Harmoniques transmissibles pour H=3 kHz
b(bit/s) 300 1200 4800 9600 38400
T(ms) 26,67 6,67 1,67 0,83 0,21
f(Hz) 37,5 150 600 1200 4800
# harmoniques 80 20 5 2 0
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Techniques de transmission
Vitesse de modulation
Temps élémentaire
Fraction (temporelle) du signal représentant la transmission
d’une même information
S(t)
t
temps élémentaire
Vitesse de modulation (exprimée en Baud)
Nombre de temps élémentaires transmis par unité de temps
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Techniques de transmission
Valence
Valence
Nombre d’états différents que peut prendre un signal
Signal de valence 2
S(t)
t
Signal de valence 4
S(t)
t
Valence, vitesse de modulation et débit
Si la valence est V=2met la vitesse de modulation est R,
alors le débit binaire est le produit R×m, soit R×log2V
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Limitation du débit
Théorème de Nyquist (canal parfait)
Pour une bande passante H(en Hz)
et une valence V
débit binaire maximal = 2Hlog2V(en bit/s)
Exemple
Un canal ayant une
bande passante
de 3 kHz et exempt de
bruit ne peut
transmettre un signal
numérique à un débit
excédant 6 kbit/s
Théorème de Shannon (canal bruité)
Pour une bande passante H(en Hz)
et un rapport signal sur bruit 10 log10 S
N(en dB)
débit binaire maximal = Hlog2(1+S
N)(en bit/s)
Exemple
Un canal de 6 kHz dont
le rapport signal sur
bruit est de 20dB ne
peut transmettre un
signal à un débit
supérieur à 40 kbit/s
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Transmission synchrone de bits
tous les bits transmis calés sur une même horloge
synchronisation
par régénération du signal d’horloge à la réception
par utilisation de séquences de synchronisation
le signal doit présenter de nombreuses transitions
Codage en bande de base
choix du temps élémentaire
choix de la valence
choix des états
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code tout-ou-rien
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Problème 1 : composante continue non-nulle = échauffement
pas effet de Joule
Problème 2 : pas de distinction entre 0 et pas de transmission
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code NRZ (Non Return to Zero)
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Problème 1 : désynchronisation possible sur de longues
séquences identiques
Problème 2 : dépendance vis-à-vis de la polarité
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code NRZI (Non Return to Zero Inverted)
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Principe : transition seulement si 0
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code RZ (Return to Zero)
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Si 0 : V=0 sur la période,
Si 1 : front montant en début, descendant en milieu de période
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code bipolaire
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Avantage : indépendant de la polarité
Problèmes de désynchronisation et de détection de transmission
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Introduction Couche physique Couche liaison Couche réseau Couche transport
Techniques de transmission
Transmission en bande de base
Code biphase ou Manchester
V
t
horloge
0 1 1 0 0 0 1 0
Principe : XOR entre les données et l’horloge
C’est le codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/s
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