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Réseaux et Protocoles
L3 informatique UdS
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 1
Chapitre 2 La couche physique § Plan
§ Transmission du signal § affaiblissement, bande passante, bruit, débit maximal
§ Codage, modulation, synchronisation § Multiplexage § Supports de transmission
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 2
La couche physique : principe § Comment transmettre des informations
Emetteur Récepteur canal
Émetteur possède l’information
• son, image, données informatiques
• information stockée en mémoire ou produite en temps réel (micro, webcam, logiciel…)
• Analogique ou numérique (digitale)
• Engendre un signal sur le canal (support)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 3
La couche physique : principe (2) § Comment transmettre des données
§ Onde transmise sur un canal § Ondes électriques
§ Support métallique § Ondes radio
§ Canal sans fil (air, espace) § Ondes lumineuses
§ Fibre optique § Ondes acoustiques
§ Milieu sous-marin
§ Comment une onde est-elle transmise ? § Quelles sont les contraintes sur la transmission ? § => L’objectif est que le récepteur reconstitue l’information
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 4
1. Concepts de la transmission de données § Petit rappel sur les séries de Fourier § 1.1. Série de Fourier :
§ décomposition d’une fonction périodique en une somme de sinusoïdes de fréquences différentes
§ fréquence temporelle exprimée en hertz (Hz)
§ Propriété : soit g(t) une fonction périodique quelconque de période T.
§ Elle peut se décomposer en une suite potentiellement infinie de fonctions sinusoïdes (harmoniques) :
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 5
Série de Fourier g(t) = 1/2 c + ∑(an sin (2πnft) + bn cos (2πnft)) n ≥ 1
§ f = 1/T fréquence fondamentale du signal g(t) § c représente la composante continue § an et bn sont les coefficients de Fourier, et
représentent les amplitudes respectives des sinus et cosinus de rang n
§ chaque terme de rang n est une harmonique du signal de fréquence n*f (f = fréquence fondamentale)
§ Inversement, an bn et c peuvent se calculer en fonction de g(t)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 6
Calcul des coefficients T
an = 2/T ∫ g(t) sin(2πnft)dt 0
T
bn = 2/T ∫ g(t) cos(2πnft)dt 0
T
c = 2/T ∫ g(t) dt 0
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 7
Exemple (Tanenbaum Chap 2.1.2) § Transmettre 1 octet 01100010 (« b » en ASCII)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 8
an = (cos (πn /4) - cos (3πn /4) + cos(6πn /4) - cos (7πn /4))/πn
bn = (sin (3π n /4) - sin (πn /4) + sin(7πn /4) - sin (6π n /4))/πn
c = 3/4 Première harmonique ( n = 1)
a1 = √ 2 /2*π
b1 = (1 - √ 2 /2 )/π harmo1(t) = 3/8 + a1 sin (2πft) + b1 cos (2πft)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 9
§ 1 harmonique
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 10
§ 2 harmoniques
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 11
§ 4 harmoniques
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 12
§ 8 harmoniques
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 13
§ 16 harmoniques
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 14
1.2. Bande passante
§ un canal fait subir des déformations aux signaux § affaiblissement (diminution amplitude) § décalage de phase (retard) § bruit (blanc ou non)
§ Pour certains canaux, les signaux sont transmis avec des affaiblissements d’amplitude négligeable jusqu’à une fréquence fc, dite fréquence de coupure.
§ Fréquences > fc fortement atténuées § bande passante : intervalle des fréquences que le
canal transmet « sans » affaiblissement plus souvent affaiblissement inférieur à un seuil, exemple 3 dB => bande passante à n dB
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 15
1.2. Bande passante (2)
§ Relation entre bande passante du canal et signal transmis : § l’affaiblissement dû au canal s’applique
indépendamment à chaque harmonique du signal § pour qu’un signal soit correctement transmis sur
un canal il faut que la plage des fréquences correspondant aux principales harmoniques du signal soit comprise dans la bande passante du canal
§ => signal adapté au canal
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 16
1.3. Relation débit et harmoniques
§ D = 1/T : débit binaire en bits/sec (b/s) § T : période du bit
§ pour un débit binaire de D b/s : § le temps nécessaire pour transmettre un caractère
(octet) est 8/D sec (au moins une transition par caractère)
§ fréquence de l’harmonique fondamentale : D/8 Hz § une liaison téléphonique analogique possède une
bande passante fixée à environ 3000Hz § intervalle des fréquences de la voix [300Hz,3400Hz]
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 17
1.3. Relation débit et harmoniques (2)
§ le 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
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 18
1.4. Rapidité de modulation § débit binaire: D= 1/T b/s (T= durée du bit) § rapidité de modulation : R = 1/Δ bauds
§ Δ = moment élémentaire § Δ : plus petit intervalle pendant lequel le signal reste
constant § R : nombre de fois où le signal change d’état par seconde
§ Exemples § T = 1 µs, Δ = 1 µs => D = R = 106
§ 1 bit par moment élémentaire § T = 1 µs, Δ = 0,5 µs, D = 106 b/s , R = 2D = 2*106 bauds
§ 2 moments élémentaires par bit (ex code Manchester) § T= 1 µs, Δ = 8 µs, D = 106 b/s , R = D/8 = 1,25 105 bauds
§ 8 bits par moment élémentaire § code à 28 = 256 niveaux
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 19
1.5. Théorème d’échantillonnage
§ Claude Shannon, Harry Nyquist § Théorème : Rmax = 2 H
§ R = fréquence d’échantillonnage § H = bande passante du canal § si un signal quelconque est appliqué à l’entrée d’un filtre
passe-bas ayant une bande passante H, le signal ainsi filtré peut être entièrement reconstitué en effectuant un échantillonnage de ce signal à une cadence égale à 2H
§ Exemple : si canal téléphonique de 4000 Hz => voix échantillonnée 8000 fois/sec
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 20
1.6. Débit maximum d’un canal § Conséquence du théorème de Nyquist
§ signal comporte un nombre V de valeurs (états)significatifs (V = valence du signal),
§ le débit binaire maximum est : Dmax = 2H log2 V
§ Exemple : 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
§ Dmax est-il limité ?
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 21
§ Cas des canaux bruités : § S/N : rapport signal sur bruit
§ S : énergie du signal § N : énergie des bruits et parasites
§ exprimé en décibels : 10 log10 S/N (dB) § Exemple :
§ S/N = 10 => 10 dB § S/N = 1000 => 30 dB
§ Th de Shannon : § Dmax = H*log2 (1 + S/N) (max théorique) § Exemple : Pour H= 3 000 Hz
§ S/N = 30dB => Dmax ~ 30Kb/s, § S/N = 10dB => Dmax ~ 10Kb/s
1.6. Débit maximum d’un canal (2)
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 22
1.6. Débit maximum d’un canal (3) § Définition :
§ BP à n décibels : § intervalle de fréquence où affaiblissement < n décibels
§ Affaiblissement du signal : Aff = 10 log10 Pe/Pr § Pe : puissance du signal émis § Pr : puissance du signal reçu
§ Exemple : § affaiblissement de 3 dB : 10 log10 Pe/Pr = 3 dB => Pe/Pr = 2
§ pour une BP à n dB la fréquence de coupure fc correspond au point où
Pe/Pr = n dB § réseau téléphonique : BP [300, 3400] à 3 dB § Note1 : BP liaison ADSL beaucoup plus élevée (distance faible) § Note2 : c’est pour cela que tout le monde ne peut avoir l’ADSL
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 23
2. Codage et modulation § transmission en bande de base
§ pas de décalage de fréquence § entre signal « informatique » et signal transmis
§ transmission en large bande ou transposition de fréquence § « modulation » du signal (modems) § transposition de fréquence autour de la
fréquence de la porteuse
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 24
2.1. Transmission en bande de base § code NRZ (Non Retour à Zéro)
§ 2 niveaux : 1 codé +a, 0 codé -a § Pendant t ∈ [0, TB] § (TB = durée bit = Δ )
§ spectre du signal : puissance maximale au voisinage de la fréquence 0
§ coupure des basses fréquences § problème des longues suites de 0 ou 1 (signal continu) =>
perte de synchronisation § => nécessité de codes à transition
Δ
1 0 1 1 0 0 1 0
+a -a
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 25
2.1. Transmission en bande de base (2) § code biphase ou Manchester
§ 1 -> +a t ∈ [0, TB /2 ], -a t ∈ [TB /2, TB] § 0 -> -a t ∈ [0, TB /2 ], +a t ∈ [TB /2, TB] § Δ = TB /2
§ valeur moyenne du signal nulle § spectre s’étale deux fois plus que pour le NRZ
§ transition en milieu de bit
§ Avantage : élimine le problème de synchronisation § Inconvénient : occupation plus grande de la bande passante
TB = 2Δ
+a -a
1 0 1 1 0 0 1 0
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 26
2.1. Transmission en bande de base (3) § Code biphase (ou Manchester) différentiel
§ codage fait par rapport au bit précédent § 1 -> une transition (en milieu de bit) § 0 -> deux transitions (en début et milieu de bit) § même spectre et mêmes propriétés que le code
biphase § Insensible aux erreurs de polarité
TB = 2Δ
+a -a
1 0 1 1 0 0 1 0
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 27
2.1. Transmission en bande de base (3) § Code bipolaire
§ 3 niveaux -a, 0, +a Δ = TB § 0 codé 0 t ∈ [0, TB] § 1 codé alternativement +a, -a
§ Problème synchronisation si longues suites de 0 1 0 1 1 0 0 1 0
TB = Δ
+a 0 -a
1 0 1 1 0 0 0 0 1
TB = Δ
+a 0 -a
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 28
2.1. Transmission en bande de base (4)
§ codes BHDn (bipolaires à haute densité) § suites de n 0 consécutifs remplacées par des
séquences de remplissage § Remplissage détecté en réception par viol
d’alternance § Plus n est grand plus le code est symétrique
n=3
1 0 1 1 0 0 0 0 1
TB = Δ
+a 0 -a
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 29
2.1. Transmission en bande de base (4)
§ Conclusion § codes bipolaires occupent la même BP que les
NRZ, mais possèdent 3 niveaux, ce qui augmente leur sensibilité au bruit
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 30
2.2. Transmission en large bande § transmission par transposition de
fréquence (ou modulation) § Principe : le signal entrant est modulé par
une porteuse sinusoïdale de la forme : § s(t) = A sin (2π f0t + φ)
§ A est l’amplitude de la porteuse § f0 est la fréquence de la porteuse § φ est la phase de la porteuse
§ quand on module le signal entrant par la porteuse on fait varier un (ou une combinaison) de ces trois paramètres A, f0, φ
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 31
2.2. Transmission en large bande (2) § Modulation d’amplitude. Ex :
§ 1 -> A sin (2π f0t ) t ∈ [0, TB] § 0 -> A/2 sin (2π f0t ) § Inconvénient : l’amplitude est sensible aux bruits
§ Modulation de fréquence. Ex : § 1 -> A sin (2π f0t ) t ∈ [0, TB] § 0 -> A sin (2π f1t ) § Inconvénient : s’étale davantage sur la bande
passante
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 32
2.2. Transmission en large bande (3) § Modulation de phase
§ 1 -> A sin (2π f0t ) § 0 -> A sin (2π f0t + π) § très utilisée dans la transmission de données
binaires
§ Modulation combinée § les modems élaborés permettent de regrouper n
bits par ∆ (=> signal de valence 2n) § exemple : 8 niveaux phase et 2 niveaux amplitude
§ valence 16, 4 bits par moment (D = 4 R)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 33
Ex : modems téléphoniques § Avis V.21 (années 80)
§ débit de 300 b/s § rapidité de modulation de 300 bauds § modulation de fréquence § transmission asynchrone, exploitation full duplex
§ Avis V.34 (années 90) § débit de 28800 b/s § rapidité de modulation 3200 bauds (valence 29) § modulation de phase + amplitude § transmission synchrone, exploitation full duplex
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 34
3. La synchronisation bit § un coupleur de communication doit sérialiser
l’info à l’émission et la désérialiser à la réception § le récepteur doit échantillonner le signal reçu :
§ à la bonne fréquence (1/Δ) § à la bonne phase (par ex. au milieu de Δ)
§ la synchronisation bit peut être maintenue § en permanence : transmission synchrone § rétablie pour chaque caractère : transmission
asynchrone § rétablie à chaque trame, ex : ethernet half-duplex
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 35
3.1. Transmission asynchrone § Ex : Transmission asynchrone par caractère
§ synchronisation maintenue pendant la durée d’émission (réception) d’un caractère
§ Code à 2 niveaux (actif et repos) § caractère encadré par bits START et STOP § bit START : fait passer la ligne de repos à actif § bit STOP : remet la ligne à l’état de repos § Quand START est détecté par le récepteur, HR fait
échantillonnage par bit § nombre de bits du caractère connu § décalage d’horloge négligeable pendant 1 caractère
§ intervalle entre deux caractères quelconque § Pas nécessairement un multiple de la durée bit
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 36
3.2. Transmission synchrone § l’horloge du récepteur est (re-)synchronisée en
permanence sur celle de l’émetteur § Remarque : montre à quartz qui avance de 1’ par an § => 1’/525600’ => à 1 Mb/s, 2 bits de décalage par seconde
§ le signal de synchronisation est transmis § sur une ligne séparée (ex. entre ordinateur et modem) § véhiculée dans le signal (ex: codes à transition Manchester)
1 1 1 0 0
Horloge
Données NRZ
Données Manchester
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 37
3.2. Transmission synchrone
§ il faut aussi assurer la synchronisation trame § synchronisation au niveau des groupes de bits
§ (blocs, trames) : où commence la prochaine trame ? § Ex :
§ Fanion HDLC (protocole de liaison) 01111110 § Délimite les débuts et fins de trame § Problème de tranparence § Dans la trame
un zéro ajouté après 5 « 1 » consécutifs ( pas de fanion) retiré en réception
§ préambule Ethernet 10101010…1011 § permet de décoder les informations même si les premiers
bits sont perdus
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 38
3.2. Retour sur le codage § Codage pour les transmissions haut-débit synchrones
§ Nombre de transitions suffisant (synchro bit) § Synchro trame : séquence spéciale (différente des données)
§ Codes 4B5B : principe § Chaque groupe de 4 bits de données codé par une suite de 5 bits § Donc 16 des 32 combinaisons possibles utilisées par les données
§ Choisies pour éviter les longues suites de 0 § Certaines des 16 combinaisons restantes
§ Délimitent les trames § Avantage : synchro bit et synchro trame par le même code
§ Utilisé par ethernet 100Mb/s (100 baseTX) § Inconvénient : fréquence bit signal 1,25 fois fréquence bit données
§ Remarque : pour Manchester c’est 2 fois
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 39
5. Multiplexage § 5.1. Types de multiplexage
§ le multiplexage consiste à partager un même support physique entre plusieurs utilisateurs/communications
§ Largement utilisé dans la plupart des réseaux § Partage = diminution des coûts
§ Multiplexage en fréquence § FDMA : Frequency Division Multiple Access (AMRF) § partage la bande passante du support en un nombre de
canaux (ou sous-bandes) plus étroits, affectés chacun à un utilisateur
§ Multiplexage temporel § TDMA : Time Division Multiple Access (AMRT) § affecte à tour de rôle à chaque utilisateur la totalité de la
bande passante pendant un instant (partage dans le temps)
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 40
5.1. Types de multiplexage (2) § Multiplexage temporel statique
§ les intervalles de temps (IT) sont affectés à chaque utilisateur de façon rigide et invariable dans le temps
§ pas nécessaire d’identifier les émetteurs
§ Multiplexage temporel statistique § Les IT sont affectées aux émetteurs qui en ont besoin § Nécessite d’identifier les émetteurs
§ Multiplexage par code § CDMA Code Division Multiple Access § Chaque émetteur a un code et utilise les n fréquences § Ex : Téléphonie mobile US
§ Multiplexage hybride § Ex : GSM : fréquentiel + temporel
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 41
5.2. Multiplexage : Principes de base § le multiplexeur est un équipement permettant
d’utiliser une voie haute vitesse VHV pour écouler le trafic en provenance de plusieurs voies basse vitesse VBV
§ efficacité d’un multiplexeur § e = Σ di / D § di : débit utile de la ième voie basse vitesse § D : débit maximum sur la voie haute vitesse
§ e < 1 : cas du multiplexage statique § e ≥ 1 : cas du multiplexage statistique
MUX MUX VHV VBV1
VBVn
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 42
5.3. Multiplexage fréquentiel § le multiplexeur module les signaux de chaque voie
basse vitesse avec une porteuse différente § la transmission sur la voie haute vitesse se fait en
transposition de fréquence avec une porteuse fi pour chaque voie basse vitesse i
§ Ex en modulation de fréquence : 0, 1 de la voie i codés par fi + Δ f, fi - Δ f
§ Exemple (ancien) sur le réseau téléphonique analogique : § bande passante des voies basse vitesse :
§ 4000 Hz = 3100 Hz + 2* 450 Hz (espaces inter-bande) § la bande passante de la voie haute vitesse est découpée en
canaux de 4000Hz § groupe primaire = 12 canaux entre 60 kHz et 108 kHz § Gr. secondaire = 5 groupes primaires 312-552 kHz 60 voies § Gr. tertiaire = 5 groupes secondaires, 300 voies § Gr. quaternaire = 3 gr. tertiaires, 900 voies
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 43
5.3. Multiplexage fréquentiel (2) § Exemples
§ ADSL (téléphonie analogique + canaux numériques) § GSM plusieurs canaux (fréquences) par cellule
§ Fréquences différentes cellules adjacentes § BP d’un canal ~200 kHz § 124 canaux montants entre 890 - 915 MHz (idem descendant)
§ DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing § Fibre optique § Fréquence <=> longueur d’onde λ § Ex: 160 λ à 2,4 Gb/s
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 44
GSM § Fréquences GSM (en 900 MHz)
§ Fu(n) = 890, 2 + 0, 2×(n - 1) MHz § Fd(n) = 935, 2 + 0, 2×(n - 1) MHz § u : montant, d : descendant, 1≤n≤124
§ entre station de base et mobile § écartement de 200 KHz § 124 fréquences partagées entre opérateurs § espace découpé en cellules
§ fréquences différentes dans cellules voisines § Réutilisation dans l’espace =
Multiplexage « géographique »
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 45
5.4. Multiplexage temporel § 5.4.1. Multiplexage temporel statique (TDMA)
§ le temps est découpé en tranches fixes (IT, slots) qui sont allouées cycliquement aux voies basse vitesse
§ on envoie cycliquement trames de longueur L sur VHV § D = débit VHV => on envoie D/L trames / sec
§ une trame est divisée en IT de λi bits, avec Σ λi = L
1 2 1 3 4 1 2 4 3
slot trame
Débit VBVi = 1 slot par trame = λi * D/L
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 46
5.4. Multiplexage temporel (2) § Une partie de la bande passante réservée à la signalisation
§ Allocation des IT § Pendant une période, IT allouée à une communication § communication téléphonique…
§ Synchronisation , … § En général signalisation hors bande :
§ un ou plusieurs IT sont réservés à la signalisation § verrouillage de la trame :
§ permet de délimiter le début de la trame (caractère de synchronisation)
§ le multiplexeur récepteur vérifie qu’entre deux caractères de verrouillage il y a une trame de longueur L
§ prise de synchronisation entre les multiplexeurs § Note : désynchronisation trame => « mélange » des VBV
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 47
5.4.1 Multiplexage temporel statique
§ Téléphonie numérique MIC : Modulation par Impulsions et Codage
§ Transmission de voix numérisée sur des réseaux téléphoniques numériques
§ conversion de signaux analogiques en signaux numériques (CODEC)
§ R = 8000 Hz (R = 2H) => Δ = 125 µs § les voies basse vitesse ont un débit de :
§ 64 kbps = 8000 * 8 = R log2 V ( V = 28 = 256) § le débit normalisé sur la voie haute vitesse est :
§ 2,048 Mb/s (32 * 64 000) § 30 IT contiennent des données utiles (voix) § 2 IT sont réservées à la signalisation
§ une voie MIC (VHV) transporte donc 30 voies téléphoniques (VBV)
§ Possibilité d’une hiérarchie de multiplexage
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 48
5.4.1 Ex : Multiplexage temporel GSM
§ Pour une fréquence (montante ou descendante) § temps découpé en slots (577 µs)
§ 148 bits dont 114 de données
§ 8 slots regroupés en trame (durée 4,615 ms) § donc débit par canal logique (1 slot de chaque trame) § 114/ 4,615 = 24,7 kb/s débit de données
§ 26 trames regroupées en multitrame § trame 12 utilisée pour le contrôle (hors bande)
§ La station de base alloue aux mobiles § fréquence (FDMA) § et slot (TDMA)
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 49
5.4.2. Multiplexage temporel statistique
§ les IT sont alloués dynamiquement aux voies qui en ont besoin § gain d’efficacité § un codage particulier doit permettre d’identifier les voies
§ Principe : § le contenu de chaque voie active est précédé d’un entête
§ n° de la voie concernée § Longueur des données transférées
§ aucune place n’est allouée aux voies inactives § codage des données transparent
§ efficacité > 1 si ∑ di moyen < DHV < ∑ di max
§ Rem : pour des applications informatiques, en général : di moyen << di max
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 50
5.4.2. Multiplexage temporel statistique (2)
§ si tous les canaux entrants deviennent actifs simultanément alors le débit global ne peut pas être écoulé. Le multiplexeur doit :
§ stocker une partie de l’information pour la retransmettre plus tard => mémoire tampon
§ Et/ou bloquer le trafic sur une ou plusieurs voies entrantes § contrôle de flux § Ex : protocole XON / XOFF
§ Risque de perte si débordement mémoire tampon
§ Conclusion : § le MT statistique offre de meilleures performances mais
§ retard de transmission plus important et variable (gigue) § risque de pertes
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 51
5.4.2. Multiplexage temporel statistique (3)
§ Multiplexage dans les réseaux à commutation de paquets ou de trames
§ Possibilité que di max = DHV § pas de distinction VHV VBV § Tant que ∑ di moyen < DHV § Capacité mémoire importante § Ex :
§ Commutateur de trames ethernet § Routeurs paquets IP
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Réseaux et Protocoles
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 52
Conclusion multiplexage § Multiplexage fréquentiel :
§ n’introduit aucun retard de transmission § totalement transparent aux codes
§ Peut mixer des flux hétérogènes : vidéo analogique, data, …
§ efficacité faible (pour des flux variables)
§ Multiplexage temporel : § introduit un retard systématique de transmission
§ MT statique : § Retard limité (longueur trame) § efficacité bonne, autour de 90%, si débits constants
§ MT statistique : § retard variable, pertes si débordement mémoire § très bonne efficacité si débits variables
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 53
Conclusion multiplexage (2) § Multiplexage mixte (ex GSM, câble, …)
§ Premier niveau fréquentiel § Deuxième niveau temporel
§ Implantation § Multiplexage fréquentiel et temporel statique
§ généralement par matériel § couche physique
§ Multiplexage temporel statistique § peut être fait par logiciel § implantable dans les couches supérieures
§ Liaison (exemple méthodes de contrôle d’accès des LAN) § Réseau (exemple réseaux IP) § Transport (multiplexage des connexions TCP, …)
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 54
6. Supports de transmission § avec guide physique (câble)
§ câbles métalliques, fibres optiques § sans guide physique
§ ondes radio ou lumineuses (IR), ultrason
§ caractéristiques des supports § bande passante § affaiblissement § sensibilité aux bruits § Coût
§ du support, des équipements d’extrémité, de l’installation
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6.1. Câbles métalliques à paires torsadées
§ Paire torsadée : deux conducteurs en cuivre
enroulés de façon hélicoïdale § réseau téléphonique ou réseaux locaux § signaux analogiques ou binaires § câbles UTP (Unshielded Twisted Pair) :
§ câbles de catégorie 3 : 4 paires (ex. 10 Base T Ethernet) § câbles de catégorie 5 : mieux adaptés aux transmissions à
haut débit (ex. anneau à jeton, ethernet 100BaseT: 100 Mb/s))
§ câbles catégorie 5e, 6, …
§ câbles STP (Shielded Twisted Pair) § Chaque paire est blindée séparément
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 56
Ex : câble 4 paires torsadées
Source : wikipedia
Prise RJ45
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câblage systématique prise bureau local câblage/brassage PC Câblage fixe
rocade
Commutateur routeur
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6.2. Câbles coaxiaux (1) § composés de deux conducteurs métalliques
imbriqués (tresse, coeur) séparés par un isolant § large bande passante § excellente immunité aux bruits
§ câbles coaxiaux en bande de base § transmission de signaux numériques § hauts débits (jusqu’à 2 Gb/s sur 1 km) § ex. Ethernet 10 Base 5 (« thick Ethernet ») 10 Mb/s sur
500m
Vue en coupe Gaine Tresse Isolant Ame
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6.2. Câbles coaxiaux (2) § câbles coaxiaux en large bande
§ transmission de signaux en transposition de fréquences § fréquences de 300 MHz à 450 MHz § distances proches de 100 km § canaux de transmission utilisés pour la TV analogique, le son
numérisé ou les données § très utilisés dans les MAN (réseaux de TV par câble)
§ Multiplexage en fréquence § Canaux TV analogique, TV numérique, internet, téléphonie § (triple play sur le câble)
§
2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 60
6.3. Fibres optiques (1) § bits transmis sous forme d’impulsions lumineuses :
§ 1 : impulsion, 0 : absence d’impulsion § lumière : onde de fréquence ~ 1014 Hz § bande passante de potentiel énorme (terabit/s)
§ système formé de 3 composants : § support de transmission de la lumière (fibre optique) § dispositifs d’émission et réception de l’onde lumineuse :
§ LED (Light Emitting Diode), laser en émission § photodiode ou phototransistor en réception
§ système de transmission en général unidirectionnel § Câble optique : au moins deux fibres
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 61
6.3. Fibres optiques (2) § Fibre composée de couches concentriques
§ Cœur transmet signal utile § Indice de réfraction constant (fibre à saut d’indice) § Ou indice de réfraction variable (gradient d’indice)
§ Gaine (cladding) d’indice de réfraction plus faible § protection
§ Signal : § Propagation directe dans le cœur § Signaux réfléchis sur la gaine => retard
gaine
gaine
coeur
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6.3. Fibres optiques (3) § fibre multimode :
§ plusieurs rayons (modes) se propagent dans la fibre § Retard, interférence => débit limité § moins coûteux § Diamètre (gradient d’indice) :
§ Cœur 50 à 62,5 µm § Gaine 125 à 150 µm
§ fibre monomode : § un seul rayon (mode direct) se propage dans la fibre § meilleur débit § distances plus longues (y compris intercontinentales) § Diamètre
§ Cœur 10 µm § Gaine 125 µm
§ Possibilité de multiplexage (D)WDM § (Dense) Wavelength Division Multiplexing
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6.3. Fibres optiques (3)
Exemple de connecteurs optiques : ST et SC
Source Wikipédia
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6.4. Ondes sans support (1) Transmission sans fil
§ ondes radioélectriques ou lumineuses § suivant fréquence
6.4.1 Radio électriques omnidirectionnelles § diffusion § basses fréquences :
§ forte atténuation en fonction de la distance
§ hautes fréquences : § propagation en ligne droite § tendance à rebondir sur les obstacles § Réseaux GSM, Wifi
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6.4. Ondes sans support (2) 6.4.2 Faisceaux hertziens
§ ondes électromagnétiques de courte longueur d’onde (micro-ondes)
§ se propagent en ligne droite § antennes paraboliques directionnelles
§ émetteur et récepteur doivent être alignés § tours hertziennes
§ fréquences > 800 MHz en transmission de données § hauts débits
6.4.4 Liaisons satellitaires § Satellite géostationnaires GEO (36000 km altitude)
§ Fixes/sol, long délais de propagation § Satellites à défilement (constellations, LEO, MEO)
§ Délais plus faibles, changement de satellite
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6.4.3 Ondes lumineuses § ondes infra-rouges (IR)
§ communications à faible portée/débit § omnidirectionnelles § ne traversent pas les obstacles § meilleure sécurité contre écoutes indiscrètes § utilisées dans RL sans fil à l’intérieur des bâtiments
§ Faisceau laser § Faisceau lumineux en ligne droite § peu coûteuses, large bande passante § sensibles aux perturbations météorologiques
§ Longueur d’onde absorbée par l’eau
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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 67
Conclusion supports § Transmissions sur câble
§ Paires torsadées pour LAN § Paire téléphonique (ADSL), coaxial (TV) pour accès § Fibres optiques pour réseaux LAN haut débit ou
liaisons des MAN ou WAN (câbles trans-océaniques)
§ Transmissions sans fil § Faisceaux hertziens : moins coûteux que les fibres
optiques § sites difficilement accessibles, liaisons mobiles temporaires
§ Réseaux locaux sans fil (Wifi, Bluetooth) § Réseaux cellulaires (GPRS, UMTS) § Réseaux satellite (large couverture)
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