Poly Reseau Transparents Ppt

1Rseaux et ProtocolesRseaux et ProtocolesRseaux et ProtocolesRseaux et ProtocolesNFP 104NFP 104NFP 104NFP 104

G.FlorinG.FlorinG.FlorinG.Florin S.NatkinS.NatkinS.NatkinS.Natkin

2Plan du coursPlan du coursPlan du coursPlan du coursINTRODUCTION NOTION GNRALES1. NIVEAU PHYSIQUE

1.1. Transmission sur un canal1.2. lments de technologie

2. NIVEAU LIAISON2.1 Liaison point point2.2 Liaison dans les rseaux locaux

3. NIVEAU RSEAU3.1 Problmes gnraux de la couche rseau3.2 Exemple de protocole : IP

4. NIVEAU TRANSPORT4.1 Problmes gnraux de la couche transport4.2 Exemples de protocoles : TCP/UDP

3BibliographieBibliographieBibliographieBibliographieAndrew Tanenbaum : Rseaux, Pearson Education, 4ime dition 2003. Traduction en franais de Computer NetworksClaude Servin : Rseaux et Telecom , Dunod, Paris 2006

James F Kurose, Keith W Ross: Computer Networking, Addison Wesley 2001Laurent Toutain : Rseaux locaux et Internet HermsStevens W.R : TCP/IP Illustrated, Addison Wesley 1993.Bouyer, G : "Rseaux synchrones tendus PDH et SDH", HermsLes pages WEB : Groupes de travail, constructeurs, cours universitaires, ... Et les RFC Internet

4IntroductionIntroductionIntroductionIntroduction

Notions gnrales concernant les Notions gnrales concernant les Notions gnrales concernant les Notions gnrales concernant les rseauxrseauxrseauxrseaux

Premier ChapitrePremier ChapitrePremier ChapitrePremier Chapitre

5Origine des rseaux Origine des rseaux Origine des rseaux Origine des rseaux ---- EvolutionEvolutionEvolutionEvolution

Introduction Notions gnralesIntroduction Notions gnralesIntroduction Notions gnralesIntroduction Notions gnrales

6TTTTlllltraitementtraitementtraitementtraitement

Au dbut de linformatique : problme majeur rentabiliser des units centrales coteuses.

Egalement: installer les terminaux prs des utilisateurs. Solution : Mettre en place une organisation des

moyens informatiques qui s'adapte l'approche centralise. S'affranchir des contraintes gographiques de localisation

des systmes informatiques.

Processeurdentres

sorties

Processeur central

Voie point point srie

Voie multipoint srie

Terminaux

Bus E/S parallle

7Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Gestion des ressourcesGestion des ressourcesGestion des ressourcesGestion des ressources

A) Optimisation des ressources (partage)B) Donner accs des ressources distantes

rares/chres. Exemples 1 : puissance de calcul, logiciels spciaux Exemples 2 : priphriques spciaux rapides, archivage

UnitCentrale 2

Terminaux

UnitCentrale 1

Liaison

Intercalculateurs

PuissanceFonctionnalits

8Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Interconnexion des processeurs: Sret de fonctionnementSret de fonctionnementSret de fonctionnementSret de fonctionnement

La tolrance aux pannes Permettre des applications sensibles de continuer de

fonctionner en prsence de pannes. Exemple : Architecture Projet Apollo 1965.

UnitCentrale 2

UnitCentrale 1

Liaisons Inter calculateurs: synchronisation

Vote majoritaire 2 sur 3

UnitCentrale 3

UnitCentrale 2

UnitCentrale 2

VoteurAlternants passifs

(en attente de panne)

9Les rseaux gnraux dordinateursLes rseaux gnraux dordinateursLes rseaux gnraux dordinateursLes rseaux gnraux dordinateurs

Exprimentation du rseau ARPA ("D-ARPA DefenseAdvanced Research Project Agency") Ensemble de travaux universits/industries sur contrat militaires

partir de 1967 avec des objectifs initiaux de sret de fonctionnement. Dveloppement des principes essentiels des rseaux informatiques Protocoles de communications couches basses

Niveau liaison et rseau : dveloppement de la commutation de paquets. Protocoles d'applications (courant 1970) : Sessions distance,

Transport de fichiers, Messagerie Succs considrable de lexprience ARPA => Internet. Dveloppement de projets similaires : Exemple cyclades.

Architectures constructeurs : IBM SNA ("System Network Architecture" 1974)

La normalisation : Exemple X25 (1974)

10

Notions relatives aux rseaux Notions relatives aux rseaux Notions relatives aux rseaux Notions relatives aux rseaux gnraux dordinateursgnraux dordinateursgnraux dordinateursgnraux dordinateurs

Rseau gnral : Ensemble des systmes informatiques autonomes capables d'changer des informations en univers htrogne.Autonomes : Mmoire propre chacun des sites.

Pas de synchronisation matrielle puissante (mmoire partage).

Echanges : Communications en mode message asynchrone "Asynchronous message passing" (ide de faible couplage).Sur des distances quelconques => Dbits plus faibles (mais en

accroissement constant, et en fonction des moyens financiers).

Htrognes : faire fonctionner ensemble des systmes d'origines diffrentes.

11

TerminologieTerminologieTerminologieTerminologie

Ordinateurs Htes ("Hosts Computers") Les systmes informatiques interconnects.

Sous-rseau de communication ("Communication Subnet") : Le moyen de communication des htes. Des calculateurs spcialiss (ou non) dans la commutation :

Commutateurs, noeuds de commutation, routeurs, "Packet Switches","Nodes","Routers

Des voies physiques de communication: Liaisons spcialises, voies, canaux, rseaux de transport dinformations.

HteSous-rseau

Commutateurs

12

TopologiesTopologiesTopologiesTopologies

Boucle ou anneau (ring) Etoile (star)

Maille (meshed)Complte ou clique (fully connected)

Arbre (tree)Bus (bus)

13

Rseaux gnraux et Rseaux gnraux et Rseaux gnraux et Rseaux gnraux et communications communications communications communications interinterinterinter----personnellespersonnellespersonnellespersonnelles

Convergence de deux tendances dans les annes 1970: informatique et tcommunications => la tlmatique (1981)

Rseaux gnraux Rsultat de l'exprience ARPA. Les rseaux d'ordinateurs sont des supports fiables de transport de

messages textuels =>Dveloppement des messageries.

Techniques de commutation La construction des autocommutateurs volue vers les techniques

numriques et la commutation temporelle synchrone => Premier commutateur temporel 1975.

Concrtisation: le RNIS Rseau Numrique Intgration de Service (dbut des annes 1980) Intgration sur le mme support de transmissions voix, donnes et

images (faiblement animes) Dbits de base 64 kilobits/seconde, 2 mgabits/seconde

14

Rseaux locaux Rseaux locaux Rseaux locaux Rseaux locaux ("LAN Local Area Networks")("LAN Local Area Networks")("LAN Local Area Networks")("LAN Local Area Networks")

Rseaux locaux : communications en mode message asynchrone dbit lev sur des distances plus faibles.

A) Exprimentation : darchitectures de rseaux en boucles ou sur bus courte distance (rseaux filaires et hertziens).

B) Rseau Ethernet : rseau filaire en bus ( partir de 1972). Diffusion grande chelle partir de 1980 (10 Megabits/s). Amliorations constantes : 100 Mb/s, 1Gb/s, annes 2000 10

Gb/s).

C) Rseaux locaux radio : depuis 1970 Rseau Aloha => Rseaux Wifi (1997).

15

Systmes rpartis (Systmes rpartis (Systmes rpartis (Systmes rpartis (DistributedDistributedDistributedDistributedsystemssystemssystemssystems, , , , NNNN----tierstierstierstiers, , , , PeerPeerPeerPeer to to to to peerpeerpeerpeer))))

Notion de systme rparti ou distribu ( partir de 1980) Utilisation dun rseau dans une approche d'homognisation. Systme et application commune permettant d'offrir un service rseau

quivalent celui d'un processeur unique.

Rsolution des problmes de dsignation. Exemple : localisation des fichiers.

Rsolution de problmes de gestion de ressources. Exemple : slection d'un processeur pour excuter une tche.

Rsolution de problmes de synchronisation. Exemple : contrle d'excution rpartie en squence, en parallle.

Exemples de systmes: Mach, Chorus. Evolution ultrieure : les systmes d'objets rpartis, les

approches composants logiciels (Corba, EJB).

16

Dveloppement des applications Dveloppement des applications Dveloppement des applications Dveloppement des applications des rseaux et systmes rpartisdes rseaux et systmes rpartisdes rseaux et systmes rpartisdes rseaux et systmes rpartis

Communications inter personnelles Tlphonie, diffusion radio/tlvision, informations (Web).

Algorithmique parallle Calcul intensif, grilles de calcul (Grid computing).

Informatique industrielle Systmes rpartis de contrle de procds.

Informatique d'entreprise Architectures client-serveur.

Intelligence artificielle Rseaux de neurones, systmes multi-agents.

Multi mdia Jeux en rseaux.

17

Problmes rsolus dans les Problmes rsolus dans les Problmes rsolus dans les Problmes rsolus dans les rseauxrseauxrseauxrseaux


18

ObjectifObjectifObjectifObjectif

Prsenter des problmes importants de la construction des rseaux.

En se limitant aux couches basses. Problmes que l'on doit rsoudre dans un ou

quelquefois dans plusieurs des niveaux d'une pile de protocoles.

Donner des ides gnrales de solutions. Des solutions prcises seront revues propos de

chaque niveau.Z Lordre de prsentation des problmes nest pas significatif

de leur importance.

19

1) Modulation, Synchronisation, 1) Modulation, Synchronisation, 1) Modulation, Synchronisation, 1) Modulation, Synchronisation, Reprsentation des informationsReprsentation des informationsReprsentation des informationsReprsentation des informations

Fonction de base des rseaux : acheminer des suites binaires, structures, interprtables.

Problmes de synchronisation: Synchronisation trame : A quel moment une

suite binaire significative est elle prsente ? Synchronisation bit : A quel moment un bit (un

symbole) doit-il tre chantillonn. Problmes de modulation: comment sont

reprsents les units dinformation (bits, symboles). Problmes de codage : comment sont cods les

donnes (octets, caractres, numriques, ).

20

2) Gestion des connexions: les 2) Gestion des connexions: les 2) Gestion des connexions: les 2) Gestion des connexions: les modes avec ou sans connexionmodes avec ou sans connexionmodes avec ou sans connexionmodes avec ou sans connexion

Mode sans connexion (non connect): Les changes peuvent tre raliss tout instant sans

prcautions particulires. Exemples : courrier postal, protocoles IP, UDP, courrier

lectronique SMTP .

Mode en connexion (mode connect) : Les changes sont contrls par des connexions:

dlimitation dans le temps par deux phases douverture et de fermeture de connexion.

Exemples : tlphone, protocoles PPP, TCP .

21

Gestion des connexions :Gestion des connexions :Gestion des connexions :Gestion des connexions :le mode connectle mode connectle mode connectle mode connect

Ouverture: Dlimitation de dbut des changes. Dsignation du destinataire atteindre . Ngociation de qualit de service QOS "Quality Of

Service".Paramtres qualitatifs Ex: mode simplex, l'alternat, duplex. Paramtres quantitatifs Ex : dbit, taux d'erreur rsiduel accept.

Dsignation de la connexion : notion de rfrence de connexion.

Fermeture: Dlimitation finale des changes. Dconnexion abrupte ("Destructive release"):

Perte des informations en transit. Dconnexion ordonne ("Orderly release"):

Echange des donnes en cours avant fermeture Dconnexion ngocie ("Negociated release")

Fermeture avec l'accord des deux parties.

22

3) Eclatement/Recombinaison3) Eclatement/Recombinaison3) Eclatement/Recombinaison3) Eclatement/Recombinaison

clatement ("Splitting") : Une connexion de niveau N+1 est clate sur plusieurs connexions de niveau N.

Utilisation : pour amliorer le dbit (usage peu frquent). Opration inverse sur le site distant: la recombinaison

=>Problme : reconstruire la squence initiale (utilisation de numros de squence).

Eclatement Recombinaison

Niveau N+1

Niveau N

Hte metteur A Hte destinataire B

23

4) Multiplexage (accs multiple)4) Multiplexage (accs multiple)4) Multiplexage (accs multiple)4) Multiplexage (accs multiple)MultiplexingMultiplexingMultiplexingMultiplexing

Multiplexage (switching) : Acheminer plusieurs flots de messages de niveau N+1 sur un mme flot de niveau N.

Problme rsoudre: rassembler puis sparer les messages appartenant aux diffrents flots de communication.

Multiplexage Dmultiplexage

Niveau N+1

Niveau N

Hte metteur A Hte destinataire B

24

Utilisation du multiplexageUtilisation du multiplexageUtilisation du multiplexageUtilisation du multiplexageMultiplexage de flots appartenant des usagers

diffrents: protocoles d'accs multiple.Exemple: tlphonie, rseaux d'ordinateurs.

Multiplexage de flots appartenant un mme usager.

Exemple: ouverture de plusieurs connexions diffrentes entre deux htes pour le mme usager.

Multiplexage de flots appartenant des protocoles diffrents.

Exemple: multiplexage des protocoles TCP/IP et Novell sur le mme cble Ethernet.

=> Le Multiplexage est omniprsent en rseaux tous les niveaux.

25

Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :a) Multiplexage en frquencea) Multiplexage en frquencea) Multiplexage en frquencea) Multiplexage en frquence

FDMA 'Frequency Division Multiple Access. AMRF 'Accs multiple rpartition de frquences. Multiplexage analogique : chaque usager utilise une

bande de frquence fixe selon un codage prdfini pendant une plage de temps (selon rservation frquence/temps).

Frquence

B

CodeTemps

Usager 1 Usager n

Les usagers sont spars par les frquences. La largeur de bande est limite par le nombre n d'usagers (pour un usager B/n). Chaque usager dispose en continu de son canal: qualit garantie mais perte de ressources si l'usager ne transmet pas. Les usagers n'ont pas se synchroniser. Les usagers utilisent le plus souvent le mme codage (mais les codages peuvent aussi tre diffrents).

26

Multiplexage frquentiel : exemple Multiplexage frquentiel : exemple Multiplexage frquentiel : exemple Multiplexage frquentiel : exemple du multiplexage de voies physiquesdu multiplexage de voies physiquesdu multiplexage de voies physiquesdu multiplexage de voies physiques Principe : Le spectre d'une voie rapide est dcoup en

bandes troites associes chaque voie basse vitesse.

Applications anciennes: tlphonie fixe (groupes primaires quaternaires) ou cellulaire (Radiocom 2000), rseaux locaux "Broadband".

Application actuelle: modulation OFDM, multiplexage dans des fibres optiques WDM 'Wavelenght Division Multiplexing (16), Dense-WDM (80-160), Ultra-dense (400).

DEMUX

MUX

1

2

3

4

1 2 3 41

2

3

4

S(t)

t

f

A(f)A(f)

f

A(f)

S(t)

27

Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :b)Multiplexage en temps (temporel)b)Multiplexage en temps (temporel)b)Multiplexage en temps (temporel)b)Multiplexage en temps (temporel)

Chaque usager utilise des d'intervalles de temps (mthode de partage du temps), d'une bande de frquences prdfinie, le plus souvent selon le mme principe de codage.

Les usagers sont spars par le temps. Les usagers mettent et reoivent de faon discontinue dans le temps : ils doivent se synchroniser. Meilleure optimisation possible des ressources.

Frquence

Usager 1

Usager n

Code

Temps

28

Multiplexage temporel (1) : Multiplexage temporel (1) : Multiplexage temporel (1) : Multiplexage temporel (1) : multiplexage temporel synchronemultiplexage temporel synchronemultiplexage temporel synchronemultiplexage temporel synchrone

TDMA "Time Division Multiple Access", AMRT "Accs Multiple Rpartition de Temps" Exemple: multiplexage temporel synchrone de voie physique

Principe : Des intervalles de temps constants d'une voie haute vitesse sont priodiquement

attribus des chantillons de n voies basse vitesse (mme sil ny a n'a rien transmettre).

On forme des trames rptes de manire synchrone. Applications :

Tlphonie fixe et RNIS-BE (Rseau Numrique Intgration de Services Bande troite). Tlphonie mobile GSM.

1

2

3

4

1 2 3 41

2

3

4

S1(t)

t

t

S2(t)t

S3(t)

S4(t)

t

1S1(t)

t

t

S2(t)

S3(t)

S4(t)

t

t t

4

29

Multiplexage temporel (2) : Multiplexage temporel (2) : Multiplexage temporel (2) : Multiplexage temporel (2) : multiplexage temporel asynchronemultiplexage temporel asynchronemultiplexage temporel asynchronemultiplexage temporel asynchrone

ATDM "Asynchronous Time Division Multiplexing" MTA "Multiplexage Temporel Asynchrone"

En franais assez souvent => Multiplexage statistique. Principe : Les units de donnes significatives (messages)

des voies basses vitesses sont acquises selon leur rythme d'arrive et sont mises sur la voie haute vitesse.

Multiplexage des rseaux informatiques tous les niveaux: multiplexage de niveau liaison sur niveau physique, niveau rseau sur liaison, transport sur rseau, etc Rseaux locaux: partage d'une voie commune en comptition

Ethernet, Wifi. Internet : protocoles PPP, MPLS , IP, TCP Rseau ATM "Asynchronous Transfer Mode".

30

Exemple : le multiplexage temporel Exemple : le multiplexage temporel Exemple : le multiplexage temporel Exemple : le multiplexage temporel asynchrone dune voie physiqueasynchrone dune voie physiqueasynchrone dune voie physiqueasynchrone dune voie physique

Notion de multiplexeur statistique : Partage d'une voie haut dbit en plusieurs voies bas dbits.

Principe : Les donnes sont chantillonnes lorsquelles sont prsentes sur des

voies basses vitesses et sont rassembles en trames sur la voie haute vitesse.

Un codage dadresse ou un code prfixe permettent de dterminer si un chantillon est prsent ou pas dans la trame.

1

2

3

4

12 341

2

3

4

S1(t)

t

t

S2(t)t

S3(t)

S4(t)

t

t

4

Trame nTrame n+1

S1(t)

t

t

S2(t)

S3(t)

S4(t)

t

t

31

Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :Solutions de multiplexage :c) Multiplexage en codec) Multiplexage en codec) Multiplexage en codec) Multiplexage en code

CDMA Code Division Multiple Access. AMRC 'Accs multiple rpartition de codes. Les usagers utilisent des codes diffrents sur une bande

de frquences prdfinie pendant une plage de temps donne (selon rservation).

Les usagers sont spars par le code utilis. Les usagers peuvent mettre et recevoir de faon continue et simultanment dans la mme bande de frquence. Les usagers n'ont pas besoin de se synchroniser dans le temps ni de se distinguer dans le domaine des frquences..Usager 1

Frquence

Usager n

Code

Temps

32

Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : 1) Emission1) Emission1) Emission1) Emission

Bit Bi =0 ou 1 reprsent en niveaux (NRZ).0 => +1 et 1 => -1 pendant un temps bit Tb.

Pour chaque usager dfinition d'une squence d'talement. Chaque temps bit est divis en n 'chips' (Tb = n* Tc)

Exemple pour n=4 : On utilise un code pour 0 C1=+1, C2=-1, C3=+1, C4=-1 (pour 1 loppos).

0

B4

0

B1

111

Tb

B2 B3 B5

V1,4V1,1

Tc

33

Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : Exemple trs simplifi de CDMA : 2) Rception2) Rception2) Rception2) Rception

Squence reue.

Dcodage pour : C1=+1, C2=-1, C3=+1, C4=-1On calcule Bi = (1/n) j=1,4 Vi,j Cj

Pour le bit B1 = (1/4)*(1+1+1+1+1) =1Pour le bit B2 = (1/4)*(-1-1-1-1-1) =-1 etc

On restitue la squence mise :

V1,4V1,1

Tc

0

B4

0

B1

111

B2 B3 B5

34

Fonctionnement trs simplifi de Fonctionnement trs simplifi de Fonctionnement trs simplifi de Fonctionnement trs simplifi de CDMA avec plusieurs utilisateurs 1)CDMA avec plusieurs utilisateurs 1)CDMA avec plusieurs utilisateurs 1)CDMA avec plusieurs utilisateurs 1)

Squences de chips: On choisit des vecteurs orthogonaux (les produits scalaires de squences associes deux usagers s'annulent).

Exemple: Usager-1 (+1, +1, +1, +1)Usager-2 (+1, -1, +1, -1)Usager-3 (+1, +1, -1, -1)Usager-4 (+1, -1, -1, +1)

Hypothses simplificatrices : Bits synchroniss lmission.Pas de retards diffrents de propagation. Pas de bruit.

35

Exemple de CDMA avec plusieurs Exemple de CDMA avec plusieurs Exemple de CDMA avec plusieurs Exemple de CDMA avec plusieurs utilisateurs (2)utilisateurs (2)utilisateurs (2)utilisateurs (2)

Un scnario de fonctionnement ou les quatre usagers mettent ensemble

Emission Usager-1 bit a (+a, +a, +a, +a)Usager-2 bit b (+b, -b, +b, -b)Usager-3 bit c (+c, +c, -c, -c)Usager-4 bit d (+d, -d, -d, +d)

Signal mis pendant un bit(a+b+c+d),(a-b+c-d),(a+b-c-d),(a-b-c+d)

Rception de la transmission de l'usager 21/4[(a+b+c+d)-(a-b+c-d)+(a+b-c-d)-(a-b-c+d)] = 1/4 [4b] = b

36

Conclusion CDMAConclusion CDMAConclusion CDMAConclusion CDMA

Ide dutiliser les codages : pour distinguer les usagers dans une approche de transmissions simultanes (en comptition avec collisions).

Transposer lide dans le monde rel : problmes importants de mise au point Squences de chips non synchronises. Squences de chips non orthogonales : beaucoup d'usagers =>

nombreuses squences de codage pas toutes orthogonales. Prsence de bruit. En utilisation mobile et communication hertzienne : Effet Doppler du

aux mobiles en mouvement. Communications hertziennes : Rflexions multiples.

Applications Transmissions militaires. Tlphonie mobile de troisime gnration UMTS.

37

5) Commutation (5) Commutation (5) Commutation (5) Commutation (switchingswitchingswitchingswitching)))) Objectif gnral : Acheminer un message dans un rseau

maill en visitant des commutateurs successifs. Commuter (switching): Raliser l'aiguillage d'une donne

d'une voie entrante dun commutateur sur une voie sortante. Router (routing): Dterminer le chemin suivre pour aller

d'un point un autre (calculer des routes optimales). Optimiser: Grer des files d'attente associes aux voies (en

entre, en sortie ou au milieu) pour satisfaire des critres de qualit de services (temps de rponse,

gigue, dbit ). et limiter au maximum les pertes de messages dues la

congestion. Un problme majeur en rseaux : la commutation est

traite aux niveaux 2 et 3.

38

Solutions de commutation :Solutions de commutation :Solutions de commutation :Solutions de commutation :a) Commutation de circuita) Commutation de circuita) Commutation de circuita) Commutation de circuit

Principe : Un chemin permanent (un circuit) est tabli entre deux entits communicantes et assure un dbit (une bande passante) fixe.

Avantages Existence d'un canal totalement disponible et indiffrent

au type de donnes transfres. Permet de rserver une capacit nette pour des trafics

synchrones ou temps rel: voix, image, donnes chances.

Inconvnients La capacit mise disposition n'est pas toujours adapte

au besoin et peut-tre parfois extrmement mal employe (donnes sporadiques en informatique, voix ou images compresses).

39

Solutions de commutation de Solutions de commutation de Solutions de commutation de Solutions de commutation de circuit : a1) Commutation spatialecircuit : a1) Commutation spatialecircuit : a1) Commutation spatialecircuit : a1) Commutation spatiale

Principe : tablissement d'un lien mtallique permanent au moyen d'aiguillages d'interconnexion.

Exemple type ("crossbar") : Commutateur N entres N sorties : N2 aiguillages commands par adresses destinations.

Optimisation pour N grand : diminuerle nombre de points d'aiguillages => notion de rseau d'interconnexion

Utilisation Commutation tlphonique ancienne. Commutation lectronique haut dbit(accs mmoire, commutateurs gigabits, ....).

Entres

Sorties

Adresses

40

Solutions de commutation de circuit : Solutions de commutation de circuit : Solutions de commutation de circuit : Solutions de commutation de circuit : a2) Commutation temporelle synchronea2) Commutation temporelle synchronea2) Commutation temporelle synchronea2) Commutation temporelle synchrone

Chaque entre est chantillonne de faon synchrone. On constitue une trame d'entre. On crit la trame en mmoire. Une table de correspondance entre voies d'entre et voies de sortie dfinit

les rgles d'aiguillage. Chaque trame est relue et affiche sur les voies de sortie selon la table.

Utilisation Commutation tlphonique filaire actuelle, RNIS.

Voie 1Voie 2Voie 3Voie 4

XY

ZT

Organe d'entre

XYZT

Scrutation

CommutationMmoire

XYZT

2413

ZXTY

Voie 1Voie 2

Voie 3Voie 4

X

Y

Z

TAdresses

Organe de sortie

Trame d'entre Trame de sortie

41

Solutions de commutation : Solutions de commutation : Solutions de commutation : Solutions de commutation : b) Commutation de paquetsb) Commutation de paquetsb) Commutation de paquetsb) Commutation de paquets

Packet switching : Une commutation temporelle asynchrone. Les paquets ont une entte avec l'adresse du destinataire. Les paquets arrivent de faon asynchrone (multiplexage asynchrone). Les paquets sont mis en file d'attente entre aprs acquisition sur une

voie d'entre, Les paquets sont aiguills vers une file de sortie en fonction de

l'adresse destinataire atteindre par un organe de commutation. Les paquets en file de sortie sont renvoys sur la voie de sortie.

Hte

A

Commutateur de paquetsPacket switch B

C

B B

C

C

C

COrgane de commutation

Commutateur de paquetsPacket switch

Files dattente

42

Commutation de paquets : Commutation de paquets : Commutation de paquets : Commutation de paquets : Terminologie, Concepts associsTerminologie, Concepts associsTerminologie, Concepts associsTerminologie, Concepts associs

Commutation de messages, de paquets, de cellulesCommutation de messages: ancienne commutation de

donnes de taille quelconque => problmes d'allocation de tampons (Exemple : rseau SITA au dbut).

Commutation de paquets: la taille des paquets est borne par connexion usager et permet une meilleure gestion mmoire (X25).

Commutation de cellules: la taille des cellules est strictement fixe et identique pour tous les usagers => efficacit maximale en gestion mmoire. (ATM)

Circuits virtuels et datagrammesCircuits virtuels : les paquets empruntent le mme chemin.Datagrammes : les paquets circulent indpendamment les

uns des autres.

43

Commutation de paquets : Commutation de paquets : Commutation de paquets : Commutation de paquets : Avantages et inconvnientsAvantages et inconvnientsAvantages et inconvnientsAvantages et inconvnients

Avantages Apporte une grande adaptabilit aux dbits soumis par

les usagers. Optimise les voies de communication.

Inconvnients L'opration de commutation est plus complexe qu'en

commutation de circuits et les dbits commuts sont plus faibles.

Les trafics voix image ont des caractristiques synchrones qui rendent dlicate l'utilisation de la commutation de paquet.

Applications Commutation des rseaux informatiques : Ethernet, ATM,

MPLS, IP, X25.

44

6) Fragmentation / Segmentation6) Fragmentation / Segmentation6) Fragmentation / Segmentation6) Fragmentation / SegmentationFragmentationFragmentationFragmentationFragmentation

Problme: Dans le cas ou une information usager transporter au niveau N+1 (N-SDU) est trop longue pour la taille (d'un maximum impos) des messages du niveau (N-PDU). Exemple: Ethernet taille maximum 1500 octets Notion de MTU : Medium Transmission Unit.

Autre situation: La voie de communication est trop bruite. Exemple : Wifi.

Solution (rencontre dans certains niveaux 2,3,4): dcouper les messages longs en morceaux plus courts (segmentation ou fragmentation).

Opration inverse : rassemblage (identifiant de fragment, position).

Une N-SDU

Quatre N-PDU1 2 3 4

45

7) Groupage (Concatnation)7) Groupage (Concatnation)7) Groupage (Concatnation)7) Groupage (Concatnation) Problme : dans le cas ou une information

transporter (N-PDU) est trop petite par rapport la taille des messages qui optimisent les performances du niveau (taille fixe ou d'un minimum donn)

Optimisation (groupage) : regroupement de messages courts (rare).

Opration inverse : dgroupage (bas sur la position des diffrents messages courts).

Une N-PDU

Trois N-SDU1 2 3

46

8) Contrle de flux 8) Contrle de flux 8) Contrle de flux 8) Contrle de flux FlowFlowFlowFlow controlcontrolcontrolcontrol

Problme : diffrences de vitesse entre lmetteur et le destinataire (htrognit des puissances de calcul, de la capacit mmoires, des dbits des voies de communication) => Arrives sporadiques qui ne peuvent tre traites par le destinataire (pertes de messages).

Solution indispensable (niveaux 2, 3, 4) : Adaptation de la vitesse de l'metteur celle du rcepteur par rtroaction au moyen de messages spcifiques: les crdits.

Contrle de flux inter sites "Peer flow control" Entre deux niveaux apparis => contrle de flux dfini dans un

protocole. Contrle de flux inter niveaux "Inter layer flow control "

Entre un niveau N+1 et le niveau N : la solution dpend de l'implantation du fournisseur de logiciel systme/rseau.

47

9) Contrle derreur 9) Contrle derreur 9) Contrle derreur 9) Contrle derreur ErrorErrorErrorError controlcontrolcontrolcontrol

Problmes : Perte de messagesBruit sur les voies de communication, dans les mmoires. Incapacit de stocker (congestion).

Solution indispensable (niveaux 2, 3, 4) : contrle de l'intgrit des donnes transfresCodes auto correcteurs d'erreurs : Dfinir un code qui

permet de savoir sil y a eu erreur et qui permet de corriger cette erreur.

Codes dtecteurs d'erreurs: Dfinir un code qui permet de dtecter la modification ou la perte des donnes changes et retransmettre en cas d'erreur.

Contrle total ou contrle partiel :Contrle sur la totalit du message : protocole et usager.Contrle sur les enttes protocolaires : traiter uniquement

des problmes protocolaires (exemple : erreurs de routage).

48

10) Contrle de squence 10) Contrle de squence 10) Contrle de squence 10) Contrle de squence Proprits dordreProprits dordreProprits dordreProprits dordre

Problme : assurer le respect de proprits d'ordre dans les communications

A) Ordre local (livraison en squence, besoin frquent) On attend en gnral dun protocole quil prserve l'ordre des donnes

qui lui sont confies par un metteur. Si le rseau perd, duplique ou dsquence les informations il faut

restituer les donnes dans l'ordre des soumissions. B) Ordre global (cas des communications en diffusion)

Tous les destinataires dune suite de messages reoivent les messages dans le mme ordre.

C) Ordre causal: Tous les destinataires reoivent les messages dans le mme ordre qui

est celui de la relation de causalit des instants dmission. Un message en cause un autre sil est dlivr avant lmission de lautre. Ordre causal = ordre de prcdence intersites dduit des

communications par messages.

49

11) Qualit de service 11) Qualit de service 11) Qualit de service 11) Qualit de service QOS QOS QOS QOS QualityQualityQualityQuality OfOfOfOf serviceserviceserviceservice

Problme: respect de proprits dans les communications. Point de vue ancien: fournir deux niveaux qualitatifs

Transfert de donnes normales ("Normal data flow") : Les donnes habituellement changes.

Transfert de donnes expresses ("Expedited data transfer") : Les donnes devant circuler rapidement (exemple alarmes, exceptions).

Point de vue actuel: essentiel pour les donnes multimdia A) Proprits qualitatives ou smantiques

Exemple : proprits dordre, existence de canaux unidirectionnels ou bidirectionnels

B) Proprits quantitatives : qualit de service temporelle (donnes temps rel, multimdia) Nombreux paramtres quantitatifs de qualit: Temps de transmission

(latence), Variation du temps de transmission (gigue), taux derreur. Contrats de qualit de service:

Responsabilit de l'usager 'usage parameter control et responsabilit du prestataire de service.

50

12) Contrle de congestion 12) Contrle de congestion 12) Contrle de congestion 12) Contrle de congestion Congestion controlCongestion controlCongestion controlCongestion control

Problmes: viter en prsence d'une surcharge la diminution

anormale des performances => continuer satisfaire les contrats de qualit de service en prsence des surcharges acceptes.

viter le phnomne d'croulement (thrashing) c'est dire l'effondrement du trafic utilisateur transport.

Solutions (indispensables aux niveaux 2 et 3) : Allouer suffisamment de ressources : bande passante,

puissance de commutation, tampons. viter la destruction de messages par manque de

ressources conduisant des pertes par le dveloppement de protocoles de prvention ou de traitement de la congestion par exemple utilisation de messages de signalement de surcharge.

51

13) Compression 13) Compression 13) Compression 13) Compression

Problme : viter de transmettre un volume de donnes important

risquant de gaspiller la bande passante disponible.

Solutions : Quelquefois prsentes au niveau physique et surtout

de niveau application. Dtecter les redondances prsentes dans les donnes et

les supprimer en utilisant un codage plus efficace. Quelquefois utile dans les donnes informatiques mais trs

efficace dans la transmission dimages et de son.

52

14) Dsignation et liaison 14) Dsignation et liaison 14) Dsignation et liaison 14) Dsignation et liaison NamingNamingNamingNaming, , , , BindingBindingBindingBinding

Problmes: Dsignation : construire des ensembles de noms logiques ou

dadresses physiques (dans le contexte de grands rseaux). Liaison : tablir un lien entre un nom logique et une adresse physiques

permettant de retrouver la localisation dun destinataire. Solutions de dsignation (niveaux 2, 3, 4) :

Dfinition de la structure des noms et adresses dans les rseaux (approches hirarchiques)

Dfinition des autorits responsables de lattribution des noms et adresses

Solutions de liaison (niveaux 2, 3, 4) : Dfinition des services et protocoles de recherche (utilisant

surtout des annuaires) pour tablir une liaison entre un nom et un attribut qui est le plus souvent une adresse.

On peut aussi associer un nom de nombreux autres types dattributs utiles comme des cls, des alias, des serveurs .

53

15) Scurit 15) Scurit 15) Scurit 15) Scurit SecuritySecuritySecuritySecurity

Problme: rsister aux actions de malveillance pour assurerConfidentialit : donner accs en lecture aux personnes

autorises. Intgrit : donner accs en criture aux personnes

autorisesProtection : vrifier de manire gnrale les droits de

chaque usager.Authentification : vrifier lidentit dun usager.Non rpudiation : assurer quun usager est bien lauteur

dune action. Solutions indispensables (niveaux 2, 3, 4) :

Utiliser des fonctions cryptographiques : chiffres, fonctions de hachage, gnrateurs de nombres alatoires.

Utiliser des protocoles de scurit : des changes de messages ddis la scurit.

54

16) Administration de rseau 16) Administration de rseau 16) Administration de rseau 16) Administration de rseau (Network management)(Network management)(Network management)(Network management)

Problme: Assurer le suivi de l'exploitation dun rseau dans cinq domaines. Gestion des configurations : suivre le parc des moyens matriels et

logiciels dploys et suivi des versions. Gestion des pannes : suivre ltat de fonctionnement des appareils. Gestion de la comptabilit: tablir les consommations de ressources

des usagers pour facturer. Gestion des performances : suivre les performances des diffrents

dispositifs (dbits, temps de rponse). Gestion de la scurit : dfinir la politique de scurit et administrer

les paramtres de la scurit (identificateurs, cls, mots de passe) Solutions indispensables aux niveaux 1,2,3,4 :

Utiliser des logiciels dadministration qui implantent des protocoles dadministration et des services de prsentation des donnes dadministration.

55

Modle de rfrence pour les Modle de rfrence pour les Modle de rfrence pour les Modle de rfrence pour les architectures de rseaux : architectures de rseaux : architectures de rseaux : architectures de rseaux :

Le modle OSILe modle OSILe modle OSILe modle OSI


56

Introduction :Introduction :Introduction :Introduction :Notion de modle de rfrenceNotion de modle de rfrenceNotion de modle de rfrenceNotion de modle de rfrence

Pourquoi dfinir un modle de rfrence d'architecture de rseaux?

1) Pour permettre la construction rationnelledes logiciels rseaux.

Modularit, Extensibilit, Paralllisme, Tolrance aux pannes.

2) Pour rgler des problmes d'incompatibilitentre diffrentes choix techniques.

=> Notion d'ouverture (architecture de systme ouvert).

57

Architectures de systmes ouvertsArchitectures de systmes ouvertsArchitectures de systmes ouvertsArchitectures de systmes ouvertsRalisation de louverture (1)Ralisation de louverture (1)Ralisation de louverture (1)Ralisation de louverture (1)

Objectif : Assurer que des logiciels rseaux htrognes peuvent tre intgrs dans des ensembles cooprants de grande dimension sans entraner des cots trop importants.

Techniques employes 1) La normalisation ("Standardization"):

Production de spcifications papiers faisant rfrence pour la dfinition des diffrents aspects dun fonctionnement rseau.

=> Une norme prcise des fonctionnements communs obligatoires (mandatory) et donc par suite autorise des variantes sur les points optionnels et surtout sur les points non spcifis.

58


2) L'interoprabilit ("Interoperability") : Production dimplantations qui peuvent effectivement

changer des informations significatives. => Non seulement la connexion physique est ralise mais

galement tous les protocoles employs sont compatibles.

3) La portabilit ("Portability"): Un mme logiciel portable peut tre excut sur une

grande varit de machines. => On peut ainsi utiliser une implantation commune qui

aura de bonnes chances dtre compatible avec elle mme.

59


4) L'extensibilit ("Scalability") : Signifie quun systme ouvert peut supporter des extensions de

configuration jusqu une taille trs importante (arbitraire si possible). => Dans son dveloppement un systme ouvert peut accompagner

l'extension des demandes des applications en leurs assurant des performances acceptables.

=> Terminologie : Passage lchelle. 5) L'intgration ("Integration") :

Signifie que les applications doivent avoir une interface bien dfinie et que les implantations respectent ces spcifications.

=> Les applications peuvent tre assembles (composes) pour former un systme complexe fonctionnant correctement dans la mesure ou les clients respectent les interfaces des applications serveuses.

=> Terminologie : Interface de programmation dapplication API Application Programming Interface.

60

Organisation des architectures de Organisation des architectures de Organisation des architectures de Organisation des architectures de rseauxrseauxrseauxrseaux

Organisation en couches ou niveaux (Layers, OSI) Pour modulariser et structurer les diffrentes fonctions:

Eviter les approches "fourre-tout" ou tous les aspects sont mls dans le mme logiciel.

On situe dans une hirarchie de couches (une pile ou "stack") les diffrentes fonctions raliser (Dijskstra 1968). Chaque niveau est dfini en termes du service rendu au niveau

suprieur. Chaque niveau est dfini par la faon de dialoguer avec un niveau

analogue.

Organisation oriente composants logiciels (objets) On ne pas une seule pile (une hirarchie de rutilisation). Tous les composants sont sur le mme plan: utilisables via

leur API par dautres composants (Exemple CORBA).

61

Organisation en couchesOrganisation en couchesOrganisation en couchesOrganisation en couchesServices et protocoles: un exempleServices et protocoles: un exempleServices et protocoles: un exempleServices et protocoles: un exemple

Exemple (A.S. Tannenbaum): Deux philosophes qui ne parlent pas la mme langue souhaitent mener un dbat philosophique par la poste). Ils produisent des textes

philosophiques. Ils utilisent les services de

traducteurs. Les textes circulent par la

poste.

PHILOSOPHE

A

PHILOSOPHE

B

TRADUCTEUR

A

TRADUCTEUR

B

SERVICES POSTAUX

62

Notion de service Notion de service Notion de service Notion de service (flches verticales)(flches verticales)(flches verticales)(flches verticales)

Interface du service de traduction : requtes ou primitives. Pourriez vous envoyer un texte mon ami le philosophe B qui habite

telle adresse. Oui c'est possible ou Non j'ai trop de travail. Un texte pour vous est arriv de B.

Interface du service postal Mettre une lettre la poste Effectuer un envoi recommand (qualit du service). Guichet surcharg (file d'attente) Le bureau de poste est ferm.

63

Notion de protocole :Notion de protocole :Notion de protocole :Notion de protocole :(flches horizontales)(flches horizontales)(flches horizontales)(flches horizontales)

Protocole entre philosophesCher et estim collgue. Thse, antithse, synthse.

Protocole entre traducteursVotre cinquime paragraphe du dernier texte tait

incomprhensible.Dans une langue "pivot" (anglais) : Que pensez vous

d'utiliser pour le prochain envoi l'allemand afin de ne pas perdre la main.

64

Architecture de communication :Architecture de communication :Architecture de communication :Architecture de communication :Prsentation formelle des notionsPrsentation formelle des notionsPrsentation formelle des notionsPrsentation formelle des notions

Architecture de rseau ("Network Architecture") Spcification d'un ensemble de fonctions dcoupes en niveaux

hirarchiss Couches ou niveaux ("Layers") dfinis par:

Une interface de service : des primitives daccs au service. Un protocole de communication entre un niveau N et un niveau N

distant. Services et protocoles

Le niveau N communique avec le niveau N+1 auquel il fournit un service.

Le niveau N communique avec le niveau N-1 auquel il demande un service

Les services rendus servent tablir finalement un dialogue(protocole) entre deux niveaux N apparis.

Le niveau le plus bas est celui de la communication effective sur une voie physique de bits d'information.

65

Reprsentation des niveaux, Reprsentation des niveaux, Reprsentation des niveaux, Reprsentation des niveaux, protocoles et servicesprotocoles et servicesprotocoles et servicesprotocoles et services

Exemple dune architecture trois niveaux.

Sur le schma: distinction flots de contrle et flots de donnes (exemples RNIS, ATM).

Selon les choix de conception ces flots: Circulent sur le mme canal

physique ou la mme voie logique

Circulent sur des canaux physiques ou des voies logiques diffrentes.

3 3

2 2

11

de niveau 3

Interface 3/2

Hte A Hte B

Protocole

de niveau 2

Protocole

Protocole

de niveau 1

Interface 2/1

66

Notions lies aux services :Notions lies aux services :Notions lies aux services :Notions lies aux services :Primitives de servicePrimitives de servicePrimitives de servicePrimitives de service

Primitive de service (IDU Interface Data Unit)Une fonction prcise active dans un niveau par un autre

niveau.Exemples : demande de connexion, demande de

transfert, Caractristiques associes : type, paramtres dappel

et de rponse- type de l'opration (de la primitive).- adresse du destinataire et adresse de lmetteur.- spcification de qualit de service attendu.- donnes usager.

67

Notions lies aux services :Notions lies aux services :Notions lies aux services :Notions lies aux services :ServicesServicesServicesServices et entits de serviceset entits de serviceset entits de serviceset entits de services

ServiceEnsemble de primitives changes par un niveau donn

et le niveau suprieur. Les primitives de service circulent dans les deux sens N vers N+1 et N+1 vers N.

Profil d'appel des primitives : analogue de la signature.Contraintes denchanement : l'interprtation dune

primitive dpend de l'tat. Par exemple : dans un certain tat d'un niveau certaines primitives sont utilisables et d'autres pas.

Notion d'entit de service Instance d'un ensemble de primitives permettant la

ralisation effective du service (analogue de l'instanciation de classe en approche objet).

68

Notions lies aux protocolesNotions lies aux protocolesNotions lies aux protocolesNotions lies aux protocoles Units de donne protocolaires (PDU Protocol Data Unit)

Spcification d'un ensemble de donnes types, changes entre deux niveaux apparis. Selon les niveaux : trames, paquets, segments, messages. Exemple : demande de connexion, transfert de donnes.... Caractristiques associes : les informations transportes

- type de l'opration- adresse du destinataire- informations auxiliaires transportes - donnes usagers

Protocole Dfinition de lensemble des PDU changes par un niveau avec un niveau pair. Dfinition des contraintes d'enchanement.

Dans un tat d'un niveau certains messages sont interprtables et d'autres pas. L'interprtation d'un mme message peut tre diffrente selon l'tat.

=> Indterminisme des applications rseaux.

69

Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: ServicesServicesServicesServices

Unit de donnes d'interface : IDU Interface Data Unit Objets changs entre les niveaux lors de l'mission d'une primitive de service => Composs de deux parties:

1) Units de donnes de service : SDU Service Data Unit La partie que l'usager souhaite transmettre effectivement l'usager distant.

2) Informations de contrle de l'change : ICI Interface Control Information L'ensemble des informations de contrle qui permettent au niveaudestinataire de traiter correctement la requte.

Type de la requte, adresse destinataire, Autres informations dans le dialogue entre niveaux (par exemple pour rguler le flux d'informations sur l'interface de service). La normalisation ne spcifie pas comment sont changes les SDU.

Niveau N+1 SDU

Niveau N

ICI

ICI SDU

N-IDU

70

Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Point daccs de servicesPoint daccs de servicesPoint daccs de servicesPoint daccs de services

Guichet permettant une entit de demander un service une autre entit . Sa ralisation dpend des choix d'implantation du logiciel rseau par le fournisseur.Exemples: en appel systmes, appel de procdure. Le point d'accs de service est l'lment essentiel de la dsignation dans les rseaux. Autres dnominations: port, porte, "sockets", prises.

Entit N+1

SAP

SAP : Service Access Point

Entit N+1

Entit N

SAP

Ralisation d'un SAP en schma producteur

consommateur

Entit N Entit N

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Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: ProtocolesProtocolesProtocolesProtocoles

Units de donnes de protocole ("PDU Protocol Data Unit") L'ensemble des objets changs entre niveaux apparis. Compos d'un (N+1)-PDU et d'une information de contrle (N)-PCI.

Informations de contrle protocolaire ("PCI "ProtocolControl Information")

Ensemble des informations de contrle de l'change entre niveaux.

Exemples : - adresses metteur et destinataire- type- version de protocole utilise.

(N+1)-PDU

(N-1)-PDU Trame (Liaison)

(N)-PCI

(N-1)-PCI

(N)PDU Paquet (Rseau)

(N+1)-PDU Message (Transport)

(N+1)-PDU

(N)-PCI (N+1)-PDU

72

Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Approfondissements: Rsum de la structuration OSI Rsum de la structuration OSI Rsum de la structuration OSI Rsum de la structuration OSI

Niveau N+1

(N)- IDU

ICISDU

Niveau N

PCI

(N)-PCI (N)-SDU ICI

(N)-PDU

(N-1)- IDUNiveau N-1

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Exemple dun dialogue avec accord Exemple dun dialogue avec accord Exemple dun dialogue avec accord Exemple dun dialogue avec accord confirm OSI (confirm OSI (confirm OSI (confirm OSI (handshakehandshakehandshakehandshake) ) ) )

"Request"Indication

"Response"Confirmation

Utilisateur de service(client)

Fournisseur de service decommunication Serveur distant

Couche NCouche N +1 Couche N +1

Requte

"SDU" Message

"PDU type REQ"

Message

"PDU type RESP""SDU"

"SDU"

"SDU"

Rponse

"Indication"

"Confirmation"

Couche N

74

Commentaires: dialogue avec Commentaires: dialogue avec Commentaires: dialogue avec Commentaires: dialogue avec accord confirm OSI (accord confirm OSI (accord confirm OSI (accord confirm OSI (handshakehandshakehandshakehandshake) ) ) )

Primitives De Service Requte ("Request") :

Initialise par le niveau N+1 pour obtenir un service du niveau N Exemple de primitives : Connect-Request, Data-Request.

Indication ("Indication") : Le niveau N avise le niveau N+1 de l'activation d'un service. Exemple de primitives : Connect-Indication, Data-Indication.

Rponse ("Response") : Rponse du niveau N+1 au niveau N sur une indication Exemple : Connect-Response.

Confirmation ("Confirmation") : Du niveau N au niveau N+1 en terminaison du service requis; Exemple : Connect-Confirmation)

Units de protocole REQ: PDU qui achemine la requte entre le client et le serveur: RESP: PDU qui achemine la rponse entre le serveur et le client.

75

Introduction la spcification des Introduction la spcification des Introduction la spcification des Introduction la spcification des services et des protocolesservices et des protocolesservices et des protocolesservices et des protocoles

Dfinition de toutes les squences correctes d'changes de d'units de service et de protocole"ASDC Abstract Service Definition Convention""FDT Formal Definition Techniques"

Exemple de solution (la plus rpandue)- Automate d'tats finis ("Finite State Machine")- Notion d'tat ("state")- Notion de transition ("transition") entre tats.- Gnration dvnements (missions d'information) !info.- Traitement dvnements (rceptions d'information) ?info.

Besoin de mthodes formelles de spcification et de preuve de comportements corrects FDT Dtection des interblocages, des rceptions non spcifies.

76

Exemple partiel du service d'accord confirm de connexion

CONNEXION ENTRANTE

CONNEXION SORTANTE

! CONNECT.indication? CONNECT.request

! CONNECT.confirmation ? CONNECT.response

? CONNECT.response

? CONNECT.request

CONNEXION FERMEE

CONNEXION OUVERTE

77

Le modle OSI (Le modle OSI (Le modle OSI (Le modle OSI (ISO/IEC 7498)Open Open Open Open SystemSystemSystemSystem InterconnectionInterconnectionInterconnectionInterconnection

Principes de base du modle

Les fonctions excuter doivent tre divises en niveaux sparables du point de vue physique et logique.

Les fonctions associes dans un niveau doivent avoir une finalit cohrente.

Chaque couche doit contenir un volume suffisant de fonctions afin de minimiser le nombre des couches.

Les protocoles doivent agir uniquement l'intrieur de la mme couche.

Les interfaces entre couches doivent tre aussi simples que possible de manire minimiser les changes entre couches.

Les couches doivent pouvoir tre modifies sans que soient affects les services qu'elles offrent.

Une fonction devrait n'apparatre qu'une seule fois. L'ensemble doit tre efficace en termes de performances

78

Les sept couchesLes sept couchesLes sept couchesLes sept couchesProtocole d

Protocole de prsentation

Protocole de session

Protocole de Transport

'ApplicationApplication Application7 A

Prsentation Prsentation6 P

Session5 Session S

4 Transport Transport T

Rseau Rseau Rseau Rseau3 R

Liaison Liaison Liaison Liaison2L

Physique Physique Physique Physique1 P

Sous-rseau de communication

IMP IMP

HOTE A HOTE B

Protocole Rseau Hote-IMPProtocole Liaison Hote IMP

Protocole Physique Hote IMP

79

1 1 1 1 ---- Niveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau Physique Objectif: Fournir les moyens ncessaire l'activation au maintien et la

dsactivation des connexions physiques destines la transmission de suites binaires.

Mcaniques : Exemples: connecteurs, forme des prises, utilisation des broches pour les diffrents signaux.

lectriques : Exemples: modulations, utilisation des niveaux disponibles pour coder un bit, dures.

Procduraux : Exemples: protocoles de synchronisation entre l'metteur et le rcepteur, multiplexage, transmission bidirectionnelle, l'alternat.

Notion de niveau physique Dfinit la globalit de la chane de transmission, Exemple : Ethernet au niveau physique sur paire torsade (100 Base T).

Notion d'interface standard Entre la voie physique de transmission et le systme informatique (interface ETTD-ETCD). Constitue une partie du niveau physique. Exemple : interface Ethernet sur paire torsade RJ45.

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2 2 2 2 ---- Niveau Liaison (1) :Niveau Liaison (1) :Niveau Liaison (1) :Niveau Liaison (1) :Voies multipoints partagesVoies multipoints partagesVoies multipoints partagesVoies multipoints partages

Objectif : Le niveau liaison assure le transfert d'informations entre deux calculateurs relis par une voie physique.

Selon le support physique et les options de conceptionune partie des fonctions suivantes est offerte.

Voies multipoints Partage de l'accs au mdium ("MAC Medium Access Control") Autres fonctions (contrle derreur, de flux, administration, ). Exemples :

Rseau Ethernet filaire IEEE 802-3 (10 Mb/s 10 Gb/s) Rseau Hertzien WIFI 802-11 (1 Mb/s 54 Mb/s) Gestion de boucles jeton IBM ISO 8802-5, FDDI ANSI X3T9 Rseaux locaux industriels (FIP, Profibus, CAN, )

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Niveau Liaison (2) :Techniques en point point

Gestion de liaison entre deux voisins relis par une voie physique quelconque (typiquement une liaison spcialise).

Fonctions ralises Dlimitation/mise en correspondance d'units de donnes. Multiplexage de flots de donnes d'origine diffrentes. Contrle d'erreur : transformer une voie bruite en une voie de taux d'erreur acceptable. Contrle de flux. Contrle de squence. tablissement et libration de connexions. Fonctions d'administration de liaison Fonctions dauthentification et de scurit.

Exemples d'implantations Niveaux liaisons en connexion type HDLC High Level Data Link Communication (LAPB, LAPD ). Internet PPP: Point to Point Protocol.

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Niveau Liaison (3) : Techniques de commutation rapide

Utilisation de la commutation pour acheminer rapidement des trames au niveau liaison entre des stations relies en mode multipoint.

Solutions considres maintenant comme de niveau liaison. 1) Commutation de rseaux locaux (LAN Switching).

Utilisation de techniques de commutation pour acheminer plus efficacement les trames de rseaux locaux Ethernet.

2) ATM : Asynchronous Transfer Mode Rseau numrique intgration de service large bande ralisant une commutation de cellules haut dbit utilis pour acheminer rapidement les datagrammes IP (appoche htrogne avec IP).

3) MPLS : Multi Protocol Label Switching Utilisation de techniques de commutation pour acheminer rapidement des datagrammes IP en cur de rseau (trs intgr IP).

4) Relais de trames FR Frame Relay. Une simplification pour amliorer la vitesse de commutation des commutateursX25.

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3 3 3 3 ---- Niveau RseauNiveau RseauNiveau RseauNiveau Rseau Objectif : Raliser la commutation de paquets dans un sous-rseau de

communication principalement en dterminant comment les paquets sont commuts d'un hte source vers un hte destinataire.

Selon les options : une partie des fonctions suivantes est ralise Adressage uniforme de tous les htes connects au rseau. Routage (en point point ou en diffusion) : change d'units de donnes entre sites relis par un rseau (indpendamment de la technologie du rseau, local, maill,...). Contrle de congestion Fragmentation. Multiplexage (des connexions de rseau sur des connexions de liaison). Contrle de squence. Contrle d'erreur (dtection et correction des erreurs d'hte hte). Contrle de flux. Gestion des connexions.

Exemple : IP Internet Protocol X25 niveau paquet.

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4 4 4 4 ---- Niveau TransportNiveau TransportNiveau TransportNiveau Transport Objectif : Assurer un service de transmission fiable entre processus (donc

de bout en bout, "end to end"). Le premier des niveaux utilisable directement par l'utilisateur final pour dvelopper des applications. Il rsume les fonctions de tlcommunications des couches basses.

Fonctions ralises (selon les options de conception) Gestion des connexions. Multiplexage des connexions de transport sur des connexions de rseaux. Contrle d'erreur. Contrle de flux. Contrle de squence. Segmentation. Gestion de la qualit de service.

Exemples de protocoles de transports: Internet TCP Transmission Control Protocol (en connexion). Internet UDP User Datagram Protocol (sans connexion). Internet RTP Real-Time Transport Protocol (orient donnes multimdia). Autres protocoles : Novell SPX "Sequenced Packet eXchange" , IBM SNANiveau "Transmission Control, OSI

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5 5 5 5 ---- Niveau Session (1):Niveau Session (1):Niveau Session (1):Niveau Session (1):Lapproche OSILapproche OSILapproche OSILapproche OSI

Objectif : le niveau session structure et synchronise le dialogue entre deux entits. Le transport offre une voie logique de communication par message asynchrone ("un tube") sans organisation spcifique des donnes changes.La session permet de structurer les changes pour les coordonner.

L'approche OSI de la couche session

La session dfinit des fonctions de reprises sur pannes et de synchronisation

Structuration des changes en units de travail Activits (travail important) Dialogue (partie d'un travail) Notion de point de synchronisation pour dlimiter des parties d'un change.

Fonctions de reprise arrire en cas de panne. Difficult majeure: la session OSI a t dfinie prmaturment alors

que le domaine de la structuration et de la synchronisation rpartie tait peu avanc.

86

Niveau Session (2) :Niveau Session (2) :Niveau Session (2) :Niveau Session (2) :Lappel de procdure distanteLappel de procdure distanteLappel de procdure distanteLappel de procdure distante

Objectif : lappel de Procdure Distante APD RPC RemoteProcedure Call permet un usager dexcuter une procdure ou une fonction sur un autre site En lui passant dans un message d'appel des paramtres d'appel. En recevant en retour des paramtres en rsultat. Un mode de communication synchrone deux messages.

Problme difficile Assurer en environnement rparti une smantique pour l'appel deprocdure distante voisine de celle connue en univers centralis.

Exemples: SUN-RPC : Remote Procedure Call OSF-DCE:Open Software Foundation/Distributed Computing Environment OMG-CORBA: Object Management Group/Common Object Request Broker Architecture Java-RMI : Remote Method Invocation. Web Services : SOAP Simple Object Access Protocol.

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6 6 6 6 ---- Niveau PrsentationNiveau PrsentationNiveau PrsentationNiveau Prsentation Objectif : grer la reprsentation (le codage) des donnes changes. Les conversions

Ncessaires pour tous les types de donnes Types chanes de caractres. Types numriques: entiers, flottants, ... Types complexes: articles, ensembles, unions, tableaux...

Dfinition de deux notions. Syntaxe abstraite : permettant la dfinition d'une grande varit de structures de donnes (analogue de la syntaxe de dfinition de types dans un langage volu). Syntaxe de transfert : une reprsentation unique dans le rseau utilise pour transfrer les donnes dans les messages.

Exemples de niveau prsentation: Rseaux publics: Syntaxe abstraite ASN1 X208 Syntaxe de transfert X209. SUN-OS: XDR : "eXternal Data Representation". CORBA IDL Interface Definition Languages , CDR Common data Representation. Web Services : WSDL Web Services Definition Languages , XML eXtendedMarkup Language

88

7 7 7 7 ---- Niveau ApplicationNiveau ApplicationNiveau ApplicationNiveau Application

Objectif : Le niveau application est dfini pour fournir l'utilisateur des fonctions dont il a besoin couramment. en termes d'un cadre de dveloppement d'une application informatique rpartie (structuration objet), en termes de "bibliothques" de protocoles (fonctions rseaux) prdfinies qui dchargent l'utilisateur de travaux rptitifs de programmation d'applications souvent utilises.

Les moyens prcdents permettent lutilisateur de dvelopper ses propres applications considres elles aussi comme de niveau application.

89

Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles de niveau application (1)de niveau application (1)de niveau application (1)de niveau application (1)

Dsignation : Crer des espaces de noms et grer des annuaires permettant un utilisateur de retrouver des caractristiques associes ces noms (principalement l'adresse rseau d'un correspondant). Exemples : Internet DNS Domain Name System , LDAP Lightweight Directory Access Protocol.

Messagerie : Permettre d'changer du courrier lectronique entre usagers Exemples : Internet SMTP Simple Mail Transfer Protocol, protocoles de relve de courrier POP Post Office Protocol, IMAP Internet Mail Access Protocol, format dchange MIME Multimdia Internet Mail Exchange.

L'change de documents lectroniques : Permettre d'changer des documents structurs (textes, images, son, vido). Exemples : Documents gnraux WEB Protocole HTTP, Langages de structuration de documents HTML Hyper Text Markup Language et XML Extended Markup Language L'change de donnes informatises: change de documents administratifs standards sur des rseaux de transmission de donnes (commandes, factures, ....) entre agents conomiques. Normes EDI Electronic Data Interchange

90

Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles Quelques exemples de protocoles de niveau application (2)de niveau application (2)de niveau application (2)de niveau application (2)

Transfert de fichier : Dplacer des fichiers (plats en gnral d'un site un autre).Trs nombreux protocoles proposs Exemple : Internet FTP File Transfer Protocol

Accs aux fichiers distants : Accs unifi en univers rparti diffrents fichiers (ralisation des requtes d'accs). Exemple : SUN-OS NFS Network File System.

Gestion transactionnelle : Cohrence, persistance de donnes distribues (assurer le maintien cohrent de donnes accdes en parallle en prsence de pannes). Optimiser. Exemple : X-Open DTP Distributed Transaction Processing. OSI TP.

Accs aux bases de donnes distantes: Permettre un client d'accder une base de donnes distante (le plus souvent au moyen de requtes SQL) Exemple : ODBC Open Data Base Connectivity.

91

Conclusion : Modle de rfrence Conclusion : Modle de rfrence Conclusion : Modle de rfrence Conclusion : Modle de rfrence en couchesen couchesen couchesen couches

Un incontestable succs : trs nombreuses ralisation de modles darchitectures de rseau en couches dont lInternet.

Des critiques diverses de ces modles Les niveaux ne sont pas galement remplis. Certaines fonctions sont dplaces au cours du temps => Ncessaire volution historique. Certaines fonctions peuvent tre rptes plusieurs niveaux (selon les choix des profils). Par exemple Contrle d'erreur ou Contrle de flux. => Ces rptitions dues des dveloppements spars ne sont pas forcment inutiles. Les modles en couches des rseaux sont domins par une approche tlcommunications et n'intgrent pas assez les approches informatiques. Exemple : gestion vnementielle des applications en mode message => volution vers l'approche objet.

En fait les modles en couches des architectures de rseaux sontutiliss dans les aspects transmission des informations.

Plus on se rapproche des applications informatiques traditionnelles, plus on retrouve la structuration de ces applications (exemple organisation de la couche application).

92

Quelques exemples Quelques exemples Quelques exemples Quelques exemples darchitectures de rseauxdarchitectures de rseauxdarchitectures de rseauxdarchitectures de rseaux


93

Rseaux dinfrastructure (rseaux Rseaux dinfrastructure (rseaux Rseaux dinfrastructure (rseaux Rseaux dinfrastructure (rseaux dorsaux, "dorsaux, "dorsaux, "dorsaux, "BackboneBackboneBackboneBackbone Networks")Networks")Networks")Networks")

Objectif : Dfinir des infrastructures de tlcommunications permettant d'acheminer des donnes numriques Sur nimporte quelle distance. En gnral pour des volumes et des dbits trs importants Pour des donnes varies : tlphonie, informatique, multimdia etc (les diffrents trafics qu'un oprateur ou un grand compte doit supporter).

Deux gnrations successives: PDH "Plesiochronous Digital Hierarchy". SDH "Synchronous Digital Hierarchy".

94

SDH "SDH "SDH "SDH "SynchronousSynchronousSynchronousSynchronous Digital Digital Digital Digital HierarchyHierarchyHierarchyHierarchy""""

Hirarchie numrique synchrone : G707 , G708, G709 Normes drives des travaux SONET ("Synchronous Optical NETwork") (Bellcore).

Solution de niveau physique et liaison : Traite les problmes de PDH => un rseau d'infrastructure plus souple. Verrouillage de trames, justification et pointeurs achemins dans les trames qui permettent de compenser les problmes de dlais de propagation et dcalages d'horloges. Pointeurs : L'accs des circuits de faibles dbits dans des trames de dbits levs se fait simplement (extraction rapide). Rseaux maills SDH et boucles SDH.

Exemples de normes et de dbits :20 Gb/sSTM-128 (OC384)

40 Gb/sSTM-256 (OC768)

STM-64 (OC192)

STM-16 (OC48)

STM-4 (OC12)

STM-1 (OC3)

Trame

9953,280 Mb/s

2488,320 Mb/s

622,080 Mb/s

155,520 Mb/s

Dbit

95

RTC Rseau Tlphonique RTC Rseau Tlphonique RTC Rseau Tlphonique RTC Rseau Tlphonique CommutCommutCommutCommut

POTS Plain Old Telephone System. Rseau filaire de transport de la voix mais aussi ouverture au

transport de donnes numriques (informatique, fax, ). Interface de l'usager

Canaux de 300 3400 Hertz de bande passante. Protocole de signalisation dans la bande : mission d'appel dcrochage de combin), Enregistrement du numro demand, Surveillance, Libration du circuit.

Fonctionnement interne Multiplexage de voies MIC 64 Kb/s Rseau de signalisation : Systme de signalisation no 7 Trs grand nombre de problmes rsoudre : Tolrance aux pannes, quilibrage de charge, Acheminement international.

96

Architectures de rseaux sans filsArchitectures de rseaux sans filsArchitectures de rseaux sans filsArchitectures de rseaux sans fils

Rseaux personnels sans fils (WPAN) Bluetooth : IEEE 802.15.1.

Rseaux locaux sans fils (WLAN) WiFi : IEEE 802.11.

Rseaux mtropolitains sans fils (WMAN) Wimax : IEEE 802.16.

Rseaux tendus sans fils (WWAN) GSM : Global System for Mobile. GPRS : General Packet Radio Service. UMTS : Universal Mobile Telecommunication System.

97

Rseaux ATMRseaux ATMRseaux ATMRseaux ATMAsynchronousAsynchronousAsynchronousAsynchronous TransferTransferTransferTransfer ModeModeModeMode

Objectif : Utilisation de la commutation de paquet pour construire un rseau intgration de services haut dbit. RNIS-LB large bande B-ISDNBroadband Integrated Service Data Network

Hirarchie des protocoles

Couche physique

Couche liaison- rseau

Couche d'adaptationAAL

ATM

SDH

Couche suprieure

Contrle DonnesU S A G E R

98

Rseaux LocauxRseaux LocauxRseaux LocauxRseaux LocauxLocal Area NetworksLocal Area NetworksLocal Area NetworksLocal Area Networks

Objectif : Dfinir des moyens de communication d'entreprise dbit lev (10Mb/s 10 Giga bits/s) sur des distances courtes (kilomtres). Le niveau liaison dans les rseaux locaux de type IEEE802 ou ISO 8802 dfinit le tramage et rsout le problme d'accs au mdium ("MAC Medium Access Control"). Il dfinit le codage de niveau physique.

Exemples de quatre architecture de rseaux locaux IEEE 802-3 Ethernet : Rseau comptition sur bus filaire. IEEE 802.11 Wifi : Rseau comptition sur voie radio.

PHYSIQUE

LIAISONPoint point

Accs au mdium

802.X (3->N)

802.X (3->N)802 - 2

99

Architectures compltes :Architectures compltes :Architectures compltes :Architectures compltes :InternetInternetInternetInternet

Hritier du rseau ARPANET Construction du rseau ARPANET partir de 1967 sous forme de contrats entre l'ARPA (ministre de la dfense des USA) et des organismes industriels et universitaires. Dveloppement de protocoles de transmission (couches basses) aujourd'hui abandonns puis dveloppement d'applications : beaucoup sont encore utilises (transfert de fichiers FTP, accs distant TELNET,... ).

INTERNET Cration suite la sparation d'ARPANET en 1983 entre un rseau militaire et un rseau civil. Architecture 7 couches en volution constante pour tenir compte des progrs technologiques et recherche.

100

Organisation de la pile InternetOrganisation de la pile InternetOrganisation de la pile InternetOrganisation de la pile Internet

5. Session

7. Application

6. Prsentation

4. Transport

3. Rseau

2. Liaison

1. Physique

NFS: "Network File System"

IP: Internet Protocol

Rseaux Locaux

Lignes spcialises

Point Point

Applications TCP/IP directes

Rseaux Publics

Pratiquement tout support de transmission

Rseau tlphonique RNIS, ATM

Encapsulation IP sur LAN ou PPP

FTP: "File TransferProtocol" XDR:"ExternalData

Representation"

RPC:"RemoteProcedure Call"

SMTP "Simple Mail Transfer

Protocol"

UDP: User Datagram Protocol (non connect)TCP: Transmission Control Protocol (connect)

Applications pile SUN/OS

EXEMPLES

101

ConclusionConclusionConclusionConclusion


102

Conclusion : Notions GnralesConclusion : Notions GnralesConclusion : Notions GnralesConclusion : Notions Gnrales

Domaine des rseaux informatiques : un axe essentiel du dveloppement des techniques numriques (donnes, son, images).

Domaine vaste et complexe qui comporte aussi bien des techniques de tlcommunications (plutt matriels) que des aspects de plus en plus smantiques (logiciels) des interactionsentre machines.

Grande htrognit des propositions malgr des efforts de normalisation et d'homognisation multiples.

Evolutivit des concepts et des techniques trs importante. Importance considrable des perspectives de

dveloppement industriel.

103

Niveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau Physique

Second ChapitreSecond ChapitreSecond ChapitreSecond Chapitre

104

Plan du cours physiquePlan du cours physiquePlan du cours physiquePlan du cours physique

Transmission sur un canal Transmission en bande limite Transmission en prsence de bruit Dtection et correction des erreurs Reprsentation des signaux

Technologie du niveau physique Les contrleurs Les interfaces standards Les modems Les voies de communication Les rseaux au niveau physique

Rseau tlphonique commut Rseaux PDH et SDH

105

Rappel des objectifs du Rappel des objectifs du Rappel des objectifs du Rappel des objectifs du niveau physiqueniveau physiqueniveau physiqueniveau physique

Dfinition :Transmission effective des informations

binaires sur une voie physique en sadaptant aux contraintes du support physique utilis.

Problmes rsoudreProblmes de synchronisation : dlimitation

des informations significatives.Problmes de modulation : reprsentation des

bits (lectronique ou optique).Problmes mcanique : ralisation des

connecteurs (connectique).

106

Premire partiePremire partiePremire partiePremire partie

Transmission du signalTransmission du signalTransmission du signalTransmission du signal

Niveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau PhysiqueNiveau Physique

107

Introduction : canal de Introduction : canal de Introduction : canal de Introduction : canal de transmissiontransmissiontransmissiontransmission

Disposer d'un support Physique qui vhicule les signaux lectromagntiques:

fils mtalliques => signaux lectriques Atmosphre => ondes radio fibre optique => lumire

Canal de transmission : une source (dispositif d'adaptation en mission), un mdium (un milieu de transmission) et une destination (dispositif d'adaptation en rception).

Type de canal de transmission tudi : unidirectionnel(ou simplexe).

Source

Contrleur

Ordinateur A Ordinateur BCanal

Dispositifs d'adaptation au canal (modems)

Milieu Destination

108

Problme principal du canal : Problme principal du canal : Problme principal du canal : Problme principal du canal : le dbit binairele dbit binairele dbit binairele dbit binaire

Quel dbit d'information peut-tre transmis par un canal de transmission en fonction des caractristiques de ce canal ?La bande passante : bande des frquences qui

sont transmises par le canal.La dformation du signal : distorsions

apportes par les imperfections de la transmission.Le bruit : influences externes provoques dans le

canal par le milieu extrieur.

109

Etude 1 : Canal sans bruit en bande Etude 1 : Canal sans bruit en bande Etude 1 : Canal sans bruit en bande Etude 1 : Canal sans bruit en bande limitelimitelimitelimite

La bande de frquence est limite une valeur B. On ne sintresse pas au problme des bruits additifs. La source code les donnes mettre (les bits) par une

fonction g(t) du temps : une reprsentation dans le domaine temporel dun signal numrique ou analogique/continu.

Outil de cette tude : l'analyse de Fourier. Objectif : Introduire l'importance de la disponibilit d'une

large bande passante => passer dans le domaine frquentiel.

g(t)

t

0 01 1 1g(t)

t

110

Fonctions Fonctions Fonctions Fonctions sinusoidessinusoidessinusoidessinusoides

On dcompose un signal selon un somme de fonctions sinusodes.

Le signal analogique lmentaire est le sinus (ou le cosinus).

Signal priodique caractris par trois paramtres: amplitude c, frquence f, phase

)sin(ct

g(t) +c

-c

Priode T avec f=1/T

)2sin()( += ftctg )2sin()( += ftctg

111

a) Cas ou la fonction g(t) est a) Cas ou la fonction g(t) est a) Cas ou la fonction g(t) est a) Cas ou la fonction g(t) est priodiquepriodiquepriodiquepriodique

+

=

+=1

0 )2cos()(n

nn nftcctg

Correspond une prsentation dans un cas trs particulier: g est priodique (par exemple une horloge).

g(t) peut-tre reprsente comme une somme infinie de fonctions sinus ou cosinus.

f la frquence du signal priodique f = 1/T ou T est la priode. Chaque terme en cosinus est caractris par :

. nf est une harmonique du signal.

. une composante d'amplitude:

. une composante de phase: n nc

112

Reprsentation spectraleReprsentation spectraleReprsentation spectraleReprsentation spectrale Spectre d'amplitude : Reprsentation des amplitudes cn en

fonction des frquences. Fonction priodique=> spectre de raies : une raie est

associe chaque harmonique.

Spectre de puissance :Reprsentation des puissances contenues dans les diffrentes harmoniques.Puissance moyenne d'un signal

Amplitude

Frquence

f 2f0 nf

A(f)

f

Puissance Frquence

f 2f0 nf

P(f)

fP =1T g(t)

2 dt0

T

= cn2n=0

+

113

Premire application de cette Premire application de cette Premire application de cette Premire application de cette reprsentationreprsentationreprsentationreprsentation

Lorsque l'on transmet un signal on le dforme de manire diffrente selon les frquences.

Dformation fondamentale : on ne transmet jamais toutes les frquences => Les frquences leves disparaissent.

Un canal se comporte comme un filtre.

Exemple : Bande passante rseau tlphonique commut 300-3400 Hz

A(f)

f

Filtre passe-basA(f)

f

Filtre passe-bande

B

B

114

Distorsion due la suppression des Distorsion due la suppression des Distorsion due la suppression des Distorsion due la suppression des frquences leves sur une horlogefrquences leves sur une horlogefrquences leves sur une horlogefrquences leves sur une horloge

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

f0(x)f1(x)f2(x)f3(x)f4(x)

f0(x)

f1(x)

f2(x)

f3(x)f4(x)

115

b) Cas ou la fonction g(t) est b) Cas ou la fonction g(t) est b) Cas ou la fonction g(t) est b) Cas ou la fonction g(t) est non priodiquenon priodiquenon priodiquenon priodique

+

=

0

))(cos()(1)(

dtStg

)(

Intgrale de Fourier Un signal non priodique peut tre mis sous la

forme d'une intgrale de fonction sinusodale:

Spectre continu : Pour toutes les frquences f (avec =2f la pulsation) on a : une amplitude

une phase

)(S

116

Notion de fonction de Notion de fonction de Notion de fonction de Notion de fonction de transferttransferttransferttransfert

+

+=0

))()(cos()()(1)(

dBtSAtr

Canal par nature imparfait => chaque composante est dforme de faon diffrente selon la frquence.

Fonction de transfert du canal A(), B() . Attnuation en amplitude : A() le coefficient multiplicatif qui

caractrise l'attnuation en fonction de la frquence (rsistance, dispersion donde).

Retard de phase : B() le coefficient additif caractrisant le retard en fonction de la frquence.

Modifications apportes au signal: Si le signal g(t) est mis, le signal reu est alors r(t):

+

=

0

))(cos()(1)(

dtStg

117

Mesure de lattnuation: Mesure de lattnuation: Mesure de lattnuation: Mesure de lattnuation: le dcibelle dcibelle dcibelle dcibel

L'attnuation (affaiblissement) est une perte de puissancequi sexprime en dcibels:

S=10*log10(PS/PE) (valeur ngative). Le dcibel est la reprsentation en logarithmes d'un

rapport de puissances (meilleure chelle, et les pertes en cascade sexprime par des additions). On peut aussi exprimer les pertes sur des tensions N=20*log10(TS/TE) puisque P=U2/R.

Une puissance de signal peut tre donne en dcibel par watt ou par milliwatt dBmW:

SdBmW=10*log10P (ou P est en milliwatt). Pour contrecarrer laffaiblissement on utilise des

amplificateurs qui procurent un gain. G=10*log10(PS/PE) a une valeur positive.

118

Engagements contractuels sur les Engagements contractuels sur les Engagements contractuels sur les Engagements contractuels sur les voies de communicationvoies de communicationvoies de communicationvoies de communication

Notion de gabarit : Performance les plus mauvaises offertes par la voie en termes d'attnuation et de dphasage: les gabarits.

Exemple: Gabarit de rseau tlphonique commut

800 1000 2400 2600

1

1,5

Dphasage en ms

f en hz

65

300500 1900 2600

Affaiblissement en dcibel

f en hz

119

Rsultat dchantillonnage de Rsultat dchantillonnage de Rsultat dchantillonnage de Rsultat dchantillonnage de Shannon, Shannon, Shannon, Shannon, NyquistNyquistNyquistNyquist

B La largeur de bande d'un filtre en hertz : on transmet un signal au travers de ce filtre.

R La rapidit de modulation en bauds : le nombre d'intervalles lmentaires par unit de temps (secondes) qui permettent l'change dun chantillon (dun symbole).

V La valence d'un signal chantillonn : le nombre de symboles diffrents qui peuvent tre distingus par intervalle.

Q La quantit d'information par intervalle en bits

Q = log2 V C Le dbit maximum d'informations en bits/seconde

C= R log2 V = 2B log2 V

120

Interprtation de Shannon, Interprtation de Shannon, Interprtation de Shannon, Interprtation de Shannon, NyquistNyquistNyquistNyquist Thorme dchantillonnage

Un signal peut (thoriquement) tre reconstruit partir dune frquence dchantillonnage gale deux fois la largeur de bande (deux fois la frquence maximale du signal pour un filtre passe-bas).

Soit encore : toutes les frquences infrieures la moiti de la frquence dchantillonnage peuvent tre exactement restitues.

Exemple : Le son CD est chantillonn 44100 fois par seconde => on ne peut restituer correctement que les frquences de 0 22050 Hz.

Rsultat de dbit maximum pour un signal support de largeur de bande B. Le dbit maximum thorique est atteint pour R = 2B (en chantillonnant

2B fois par unit de temps on atteint le dbit maximum). Dans une bande B pour augmenter le dbit au il faut augmenter V la

valence (le nombre de symboles par intervalles lmentaires).

121

Etude 2: Transmission en Etude 2: Transmission en Etude 2: Transmission en Etude 2: Transmission en prsence de bruits.prsence de bruits.prsence de bruits.prsence de bruits.

Objectif de la thorie de l'information de Shannon Modliser un canal soumis un bruit additif. Dterminer la capacit maximum de transmission d'un canal

Origine des bruits Thermiques : Bruit de fond des rsistances. Diaphoniques : Influence permanente d'un conducteur

sur un autre. Impulsionels : Influences transitoires des impulsions Harmoniques : Phnomnes de battements, de rflexions.

122

Entropie dune sourceEntropie dune sourceEntropie dune sourceEntropie dune source

=

=

M

kkk xpxpH

12 )(log)(

)(log2 kxp

)(),...,(),...,(),(),( 321 Mk xpxpxpxpxp

Hypothses : Une source met des messages (ou symboles) pris dans un ensemble

(un alphabet) donn fini (cas infini non trait ici)

Les messages mis sont alatoires sinon il n'y a pas de communication d'information => Ensemble des probabilits a priori

L'entropie d'une source H : cest la quantit d'information moyenne apporte par la source Quantit d'information apporte par le message k : Quantit moyenne : esprance mathmatique pour tous les messages

possibles :

Mk xxxxxX ,...,,...,,, 321=

123

Influence du bruit: Influence du bruit: Influence du bruit: Influence du bruit: probabilits a posterioriprobabilits a posterioriprobabilits a posterioriprobabilits a posteriori

)/( ik yxp

Le rcepteur reoit des messages qui appartiennent un ensemble qui n'est pas ncessairement identique celui mis par la source.

Le bruit intervient pour modifier un message mis xk en un message reu yi selon une probabilit a posteriori

(probabilit conditionnelle) : la probabilit que l'metteur ait envoy xk sachant que le rcepteur a vu arriver yi

Ni yyyyyY ,...,,...,,, 321=

124

Information mutuelle et Information mutuelle et Information mutuelle et Information mutuelle et capacit dun canalcapacit dun canalcapacit dun canalcapacit dun canal

)()/((log),( 2

k

ikik xp

yxpyxI =

Information mutuelle de deux messages mis et reus La quantit d'information apporte lorsqu'on reoit yi alors

que xk a t mis:

Exemples: Si yi et xk sont indpendants I(xk ,yi)=0Si p(xk/yi)=1 on retrouve -log2(p(xk))

Information mutuelle moyenne : source/destinataire

Capacit d'un canal : La valeur maximum de l'information mutuelle moyenne sur toutes les distributions a priori.

= X Y ikik yxIyetxpYXI ),()(),(

),(max )( YXIC kxp=

125

Rsultats de ShannonRsultats de ShannonRsultats de ShannonRsultats de Shannon

Premier rsultat de Shannon : une source n'est caractrise que par son entropie. On ne change rien sur l'information gnre par la source

en changeant de codage. La seule mesure de linformation qui compte est lentropie

(son dbit en bit/unit de temps). Second rsultat de Shannon : dbit maximum C

Si H C il existe une codification des messages qui sur une priode suffisamment longue permet de transmettre les messages avec une probabilit d'erreur rsiduelle aussi faible que l'on veut.

Si H>C il n'existe pas de codification qui assure sur une priode de dure arbitraire une transmission sans erreurs.

126

Interprtation de ShannonInterprtation de ShannonI

Poly Reseau Transparents Ppt

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