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Téléinformatique
Antoine Gallais, Maître de Conférences
Université Louis Pasteur, Département Informatique
Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT
Antoine.Gallais@dpt-info.u-strasbg.frhttp://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.
2008/2009Téléinformatique – LP SIL/ARS
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
Réseau
Liaison
PhysiqueSous-réseau
decommunication
Sous-réseaude
communication
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Couche physique (2)
� Unité d’information
� Le bit
� Services assurés� Synchronisation
� Délimitation des informations significatives
� Modulation
� Représentation des bits
� Mécanique
� Réalisation des connecteurs
Réseau
Liaison
Physique
Réseau
Liaison
PhysiqueSous-réseau
decommunication
Sous-réseaude
communication
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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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Quelques supports de transmission
� Le cable coaxial
� La paire torsadée
� La fibre optique
� L’air…
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� Utilisation� Téléphonie, télévision, informatique, …
� Avantages� Bande passante max = 150 MHZ� Bonne résistance aux bruits
� Inconvénients� Encombrant� Coûteux� Non universel
Câble coaxial (1)Cœur de
cuivreIsolant Tresse
conductriceGaine protectrice isolante
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Câble coaxial (2)
� Fonctionnement� Signal électrique transmis sur le fil de cuivre
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� Utilisation� Téléphonie, informatique, vidéo…
� Avantages� Bon marché� Bon débit� Largement répandu
� Inconvénients� Moins bonne résistance aux bruits
Paire torsadée (1)
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Paire torsadée (2)
� Paires non blindées� UTP (Unshielded Twisted-Pair)
� Paires blindées� STP (Shielded Twisted-Pair)
� Paires torsadées avec blindage géneral� 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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� Utilisation� Interconnexion de réseaux
� Avantages� 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
Fibre optique (1)
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Fibre optique (2)
� Fonctionnement� En entrée
� Diode électroluminescente (DEL ou LED pour light-emitting diode)� Diode laser
� En sortie� Photodiode ou phototransistor
� Plusieurs catégories de fibres� Monomode
� Trajet direct pour la lumière� Multimode
� Plusieurs trajets possibles, fonction de l’indice de réfraction de la fibre
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L’air… (1)
� Ondes lumineuses� Faciles d’utilisation� Facilement perturbables
� Ondes infra-rouge� 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
� conducteurs métalliques� circulation de courants très haute fréquence
� Création d’un champ électromagnétique� 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
� Un vélo et un PC dans le dos
� Scan des points d’accès� Enregistrement des SSIDs
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Résultat: près de 20000 points d’accès trouvés!
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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)� Nombre de bits par seconde traversant le circuit de données
� Capacité� 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� Fréquence temporelle exprimée en Hertz
� 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� 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 Gain décroît de 20dB par décade
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Spectre électromagnétique
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Relation entre bande passante du canal et signal transmis
� Affaiblissement dû au support (ou canal)� Harmoniques affaiblies non uniformément� Limité 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 = fréquence d’échantillonnage� H = 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
� débit binaire maximum = 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
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Débit maximum d’un canal (2)
� Cas des canaux bruités :� S/N : rapport signal sur bruit
� S : énergie du signal� N : énergie des bruits et parasites
� Exprimé en décibels (dB)� 10 log10(S/N)
� Exemple :� 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 :
� Intervalle de fréquence où l’affaiblissement est inférieur à 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
� la fréquence de coupure fc correspond au point où Pe/Pr = n dB pour une BP à n dB
� réseau téléphonique : BP [300, 3400] à 3 dB
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Antoine Gallais, Maître de Conférences
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Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT
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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.