Reseaux_Protocoles_partie1

8/19/2019 Reseaux_Protocoles_partie1

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Introduction aux réseaux

Toute entreprise poss#de au1ourd?hui un ou plusieurs s+st#mes de télécommunication qui 3éhiculentles diérentes inormations nécessaires 7 sa 3ie et 7 son dé3eloppement6 9es s+st#mes sont or2anisés

en réseau-8 qu?on peut déinir comme des ensem*les d?équipements et de supports de transmissiondont une des onctions est de permettre le transert d?inormations6 ous sommes entrés dans l?#re dela communication o le 3olume et la di3ersité de ces inormations se ont de plus en plus 2rands6Dans les années $8 cette di3ersité conduisait 7 l?adoption de solutions de communication distinctes etdiérentes sui3ant la nature des inormations 7 transmettre : réseau téléphonique pour la transmissionde la 3oi-8 réseau spécialisé dans la transmission de données sur lon2ue distance comme Transpac enFrance ou sur courte distance comme les réseau- locau- d?entreprise8 réseau hertGien ou cH*lé pour latélé3ision6Au1ourd?hui les pro2r#s de l?inormatique rendent possi*le le traitement d?inormations de naturesdiérentes sur le mme ordinateur : séquences 3idéos et sonores8 présentation de documents6 9?est ledomaine du multimédia6De plus8 les pro2r#s des techniques de transmission permettent de transérer sur un mme support

(une i*re optique par e-emple) ces inormations 3ariées6 Bes ronti#res entre les diérents réseau-tendent 7 s?estomper6 !ar e-emple8 le réseau mondial Internet8 initialement destiné e-clusi3ement 7 latransmission de données8 transmet des communications téléphoniques sur6 Bes solutions 7 un *esoinde communication sont multiples et les pro2r#s techniques rendent oisonnant le domaine des réseau-6

Nature des informations transmises

ous parlerons d?applications téléphoniques8 inormatiques et téléinormatiques quelconques dans lamesure o la nature des inormations peut tre tr#s 3ariée : parole humaine et son haute idélité8 données alphanumériques8 te-tes et autres données structurées en un ensem*le de caract#res8 ima2es i-es en noir et *lanc ou en couleur8 ima2es animées8 ima2es de télé3ision par e-emple8 inormations multimédia qui int#2rent plusieurs t+pes d?inormations8 telles que te-tes8 sons8 ima2esi-es ou animées6!ar nature mme8 certaines inormations sont analogiques8 c?est7dire qu?elles correspondent 7 dessi2nau- qui 3arient continJment dans le temps et qui peu3ent prendre une ininité de 3aleursdistinctes6 Ba parole8 la musique8 les ima2es animées de la télé3ision sont des inormations de natureanalo2ique6

D?autres inormations sont par nature numériques6 D?une aKon 2énérale8 on consid#re qu?ellescorrespondent 7 des si2nau- qui 3arient de mani#re discr#te dans le temps et qui prennent unensem*le ini de 3aleurs distinctes6 !ar e-emple8 un te-te est une suite de caract#res appartenant 7 unalpha*et d?un nom*re ini de s+m*oles : c?est une inormation de nature numérique6

ci-dessus une information analogique : quatre syllabes de parole


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ci-dessous une information numérique : une suite de 0 et de 1

01111010100010111010000011010101000101010

Bes inormations numériques sont acilement transormées en une suite de données *inaires 2rHce 7une opération de codage qui ait correspondre 7 chaque s+m*ole de l?alpha*et une coni2uration *inaire particuli#re6 !lusieurs codes e-istent pour l?ensem*le des caract#res courants (les 3in2tsi-lettres de l?alpha*et8 les chires8 les s+m*oles de ponctuation8 les s+m*oles mathématiques8L)8 on enima2ine é2alement pour des s+m*oles 2raphiques ain de créer des ima2es i-es6

Nature des transmissions

Ba transmission des inormations sur un support peut tre analo2ique ou numérique selon que lesi2nal transporté 3arie de mani#re continue ou discr#te dans le temps8 et que son espace de 3aleurs estinini ou non6Un si2nal de parole module de mani#re analo2ique l?amplitude ou la réquence d?une onde porteusea3ec des 3ariations dans le temps qui sont continues6 0n parle de transmission analogique.

en haut un signal analogique, en bas une onde porteuse dont l’amplitude est celle du signal du haut

Une suite de données *inaires permet de construire un si2nal qui prend8 par e-emple8 deu- 3aleurs $et ' et qui 3arie dans le temps 7 des inter3alles de temps ré2uliers kT o k est un entier6 0n parle detransmission numérique.

Mais la correspondance entre nature de l?inormation et nature de la transmission ne se réduit pas 7une telle *i1ection6 0n sait transormer une inormation analo2ique pour la mettre sous ormenumérique et ensuite la transmettre6 9ette opération s?applique aussi *ien 7 un si2nal de parole qu?7une ima2e i-e8 une *ande son haute idélité ou des ima2es de télé3ision animées et en couleur6Au1ourd?hui la quasitotalité des transmissions sont numériques6 Seul l?acc#s au réseau téléphonique8c?est7dire la liaison entre le poste téléphonique et le réseau8 est encore ma1oritairement analo2ique6

ci-dessus un signal numérique transportant la suite 01110001 et le signal d’horloge (rythme) associé

Exemple d’informations à transmettre : données alphanumériquesBa transmission de données alphanumériques répond 7 de multiples *esoins6 Dans le cadre du courrier électronique8 on cherche 7 transmettre le plus sou3ent de courts te-tes constitués de caract#res6 Ba

méthode la plus simple pour le coda2e associe 7 chaque caract#re un mot de < ou *its comme a3ecle code AS9II6 Si un caract#re est codé par un octet8 un courrier électronique de ;$ li2nes de ;$

0

1

0 1 1 1 0 0 0 1

signal d'horloge associé

T


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caract#res tient en '@$$ octets8 soit '8 *it6 Une pa2e de te-tes d?un li3re imprimé ait t+piquement;$$ octets6 Un chapitre de li3re d?une trentaine de pa2es est codé en en3iron @$$ *it sansconsidérer la mise en orme6 Be roman Les misérables comprend de l?ordre de / millions decaract#res8 soit ; M*it60n 3oit donc que la taille de l?inormation peut considéra*lement 3arier6 Dans certains cas8 il estintéressant d?utiliser des techniques de compression pour réduire la taille des données 7 transmettre6Dans d?autres cas8 on désire pri3ilé2ier la simplicité en adoptant un coda2e tr#s simple comme le codeAS9II sans compression6

Exemple d’informations à transmettre : la voix et sa numérisation

Be lu- d,air en pro3enance des poumons est modulé par les cordes 3ocales8 créant des ondes de pression qui se propa2ent 7 tra3ers le conduit 3ocal6 9e dernier8 constitué des ca3ités orales et nasales8se comporte comme un N iltre O caractérisé par des réquences de résonance6Bes sons de parole sont classés en / caté2ories :les sons voisés : les cordes 3ocales 3i*rent de aKon quasipériodique6 Be si2nal de parole est alorsquasipériodique et est caractérisé par sa réquence ondamentale6 T+piquement8 la périodeondamentale des diérents sons 3oisés 3arie entre et $ ms6

'a' 'ou'

Sons voisés

les sons non voisés : les cordes 3ocales ne 3i*rent pas6 B,air passe 7 haute 3itesse entre les cordes3ocales6 Be si2nal produit est équi3alent 7 un *ruit *lanc6les plosives : ces sons sont o*tenus lorsqu,on li*#re soudainement l,air comprimé par ermeture totaledu conduit 3ocal6Ba premi#re étape de numérisation consiste 7 échantillonner8 c?est7dire prendre en compteseulement l?amplitude du si2nal 7 des inter3alles de temps ré2ulier T 6 Ba réquence d?échantillonna2e

est donc de f P'&T 6 !our tre capa*le de reconstituer le si2nal d?ori2ine8 le théor#me del?échantillonna2e ourni par la théorie du si2nal dit que la réquence d?échantillonna2e doit tresupérieure ou é2ale 7 f max8 soit dans notre e-emple Q;$$$ P $$$ =G6 Ba période d?échantillonna2e

est donc de '& ms soit '" s6 Il aut ensuite quantiier le si2nal échantillonné8 c?est7dire luiassocier une 3aleur parmi un ensem*le ini de 3aleurs6 Ba quantiication peut se aire sur "@ni3eau- le coda2e du ni3eau8 troisi#me étape8 est inalement eectué sur ' octet6 Ba numérisationd?un si2nal 3ocal produit donc un lu- ré2ulier d?inormations numériques de ' octet toutes les'& ms8 soit un dé*it de @; *it&s6 9ette technique8 appelée MI9 (Modulation par Impulsion et9oda2e)8 est utilisée dans le réseau téléphonique6En résumé8 la numérisation consiste en trois étapes ondamentales :B,échantillonnage : le si2nal analo2ique est un si2nal continu qui par déinition contient un nom*reinini d,éléments6 B,échantillonna2e consiste 7 préle3er un nom*re déterminé d,éléments (échantillons)qui seront suisants pour reconstituer 7 l,arri3ée un si2nal analo2ique de qualité6 Bes diérentesétudes ont montré qu,il suit d,échantillonner 7 deu- ois la réquence supérieure contenue dans le


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Trois images avec des pixels de tailles différentes !

Un écran d?ordinateur $$-@$$ contient ;$$$$ pi-els si chaque pi-el est codé sur ; *its ( *its pour chaque couleur rou2e8 3ert et *leu)8 une ima2e sur tout l?écran est numérisée en ''8" M*it6 0nima2ine alors l?importance de la capacité d?une carte 2raphique dans des applications 3idéo8 3oire des 1eu-6 ous 3o+ons que la taille des données peut tre considéra*le8 mais8 de mme que pour la 3oi-8 destechniques de compression sont possi*les6 En 2énéral8 la couleur d?un pi-el est corrélée a3ec lacouleur du pi-el 3oisin6 De aKon tr#s simpliiée8 il est plus économique de coder la diérence de

couleur entre un pi-el et son 3oisin plutt que la couleur de celuici6 Ba norme !EC ( Joint Photographic Experts Group représente des ima2es i-es de qualité photo2raphique en réduisant lataille de l?ima2e d?un acteur $ par rapport 7 une représentation *itmap6

Exemple d’informations à transmettre : images animées

Bes séquences animées sont o*tenues par une succession d?ima2es i-es 7 un r+thme t+pique de "ima2es par seconde6 9eluici est suisamment rapide pour donner 7 l?il une impression de 3ariationcontinue (ce r+thme ournit un mou3ement sans saccades8 par opposition au- premiers ilms tournés 7' ima2es&s8 7 la création du cinéma)6 En prenant une ima2e non compressée 7 ''8" M*it8 la séquenceanimée produit alors "-''8"P M*it&s6 Be dé*it nécessaire est considéra*le6En utilisant les techniques de compression de t+pe !EC com*inés a3ec l?e-ploitation des

corrélations temporelles8 la norme M!EC' ( !otion Picture Experts Group) réduit le dé*it produit 7'8 M*it&s6 Si les ima2es 3arient rapidement8 le lu- d?inormation est plus important si les ima2essont quasiment i-es8 le lu- est moins important6

Définition de la qualité de service

Be transert d?une inormation élémentaire entre deu- équipements ait inter3enir de multiples autreséquipements et pro3oquer la transmission de si2nau- de nature 3ariée sur des supports é2alement3ariés6 Ba 2rande réussite des télécommunications est celle de la transparence : l?utilisateur inal neconna5t pas la nature des supports de transmission utilisés8 il n?est concerné que par la qualité du

service qui lui est oert et e-prime des e-i2ences dans ce domaine6 Ba qualité de ser3ice est sou3entappelée >0S8 "ualit# of $ervice6>uelques éléments de qualité de ser3ice peu3ent tre donnés :

la disponibilité des mo+ens de transert de l?inormation qui est liée au tau- de panne deséquipements et des liaisons8 le taux d%erreur maximal 8 e-primé comme le rapport entre le nom*re de *its dont la 3aleur estmodiiée par rapport au nom*re total de *its d?inormation émis8 le débit de transert8 le délai8 c?est7dire la durée entre la décision d?émettre l?inormation et la réception par ledestinataire6Ba qualité de ser3ice n?est pas une notion a*solue6 Elle est 2énéralement liée 7 la nature desinormations transmises et du t+pe de *esoin6 ous illustrons cette 3ariété de la notion de qualité deser3ice 7 l?aide de di3ers e-emples6


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Données alphanumériques, textes et images fixes

Un courrier électronique est une inormation en 2énéral courte6 Il n?+ a pas de contraintes de dé*itimportantes6 De plus on tol#re que le courrier mette plusieurs minutes 7 tre transmis6 En re3anche8l?usa2er e-i2e que son messa2e ne soit pas perdu par suite de la déaillance d?un équipement6Ima2inons que .ictor =u2o écri3e de nos 1ours Les misérables sur son ordinateur personnel et le

transmette sous orme d?un ichier te-te 7 son éditeur6 Be ichier a une taille de ; M*it8 sans aucunecompression6 Supposons qu?il utilise un mo+en de télécommunication dont le tau- d?erreur *inaire(i6e6 la pro*a*ilité qu?un *it soit mal transmis) soit '$@6 Si au cours de la transmission8 un seulélément *inaire est mal reKu8 le te-te est modiié6 Ba pro*a*ilité que l?ensem*le du li3re soit *ientransmis en une seule ois est de (''$@);$$$$$$ P ;'$''6 Il est pratiquement certain qu?il + a une ou plusieurs erreurs dans le te-te reKu par l?éditeur8 si aucune 3ériication n?est aite6 Si .6 =u2otrans#re le ichier pendant la nuit8 un dé*it modéré peut con3enir : 7 %@$$ *it&s8 le transert dure unequarantaine de minutes6 Be mo+en de télécommunication ra1oute un délai de plusieurs diGaines deminutes sans impact important pour l?éditeur6 9et e-emple illustre que le tau- d?erreur est2énéralement le acteur principal de qualité de ser3ice pour la transmission de ichiers et que le délain?a pas d?importance (l?importance du dé*it dépend étroitement de l?utilisation)6Bes 1ournau- sont maintenant composés directement par ordinateur6 Ils comportent du te-te et des

ima2es i-es mais8 dans certaines parutions8 te-tes comme photo2raphies sont considérés comme desima2es et transmis tels quels (en *itmap)6 Un quotidien tient ainsi sur $ Mo soit '8 C*it6 9ommedans l?e-emple précédent8 il + a une nécessité que l?inormation soit correctement transmise del?atelier de composition 7 l?imprimeur6 otons cependant que la solution *itmap permet de supporter des erreurs de transmission isolées : un pi-el erroné parmi des pi-els corrects est non détecta*le6 Untau- d?erreur de '$@ est accepta*le6 B?e-i2ence principale s?e-prime a3ec la disponi*ilité :l?impression ne doit pas tre retardée 7 cause de l?indisponi*ilité du réseau inormatique6 Ba qualitéde ser3ice prend en compte ce acteur6 Be transert doit de plus tre rapide8 il aut donc un dé*it asseGéle3é : a3ec un liaison 7 M*it&s8 le transert du 1ournal demande en3iron '" minutes6Borsqu?on consulte un ser3eur Ve*8 on est dans le cas d?une application interacti3e : on transmetquelques inormations pour demander d?aicher une pa2e d?écran que le ser3eur trans#re ensuite6 Baqualité de ser3ice dépend de plusieurs param#tres : disponi*ilité8 délai8 rapidité de transmission de la

pa2e6 otons que les lu- 2énérés sont lar2ement diss+métriques : une commande transmise 3ers leser3eur peut tre codée sur quelques diGaines d?octets en re3anche8 le char2ement de la pa2e peutdemander la transmission de plusieurs centaines de ilooctets s?il + a des ima2es (7 @; *it&s8 lechar2ement est de '/ secondes pour '$$ ilooctets)6 Bes lu- sont de plus tr#s sporadiques : ondemande le char2ement d?une pa2e8 puis on la re2arde pendant quelques minutes au *out desquelleson consulte une nou3elle pa2e6 Be dé*it mo+en e-i2é peut tre ai*le (en3iron "$$ *it&s si l?usa2er char2e ' pa2e de '$$ ilooctets toutes les minutes) mais le dé*it instantané doit tre relati3ementimportant si on ne 3eut pas impatienter l?usa2er

La voixBa 3oi- est un lu- produit par le locuteur8 puis numérisé6 Be dé*it produit peut tre ai*le si les

techniques de compression sont utilisées6 Il est essentiel que le lu- soit ré2énéré 7 l?arri3ée a3ec lemme r+thme8 sans quoi la con3ersation est inaudi*le6 9ependant8 on tol#re un tau- d?erreur asseGimportant en conser3ant une *onne compréhension : l?auditeur entend8 par e-emple8 des claquementsou un son métallique qui peu3ent tre désa2réa*les mais n?empche pas la communication6Dans le cas d?une communication téléphonique8 le délai doit tre le plus réduit possi*le dans le cas8 par e-emple8 d?une diusion d?émission radiophonique8 il a une 3aleur plus éle3ée mais doit treconstant6Un autre élément de la qualité de ser3ice pour les communications téléphoniques est la disponi*ilitédes mo+ens de transmission6 Un usa2er est empché de téléphoner 7 cause de la panne d?unéquipement mais aussi par manque de ressource dans le réseau6 !our aire un appel depuis un porta*le8 il aut disposer d?un canal radio (une réquence radio)6 Si au moment8 o on tente de airel?appel8 aucun canal n?est disponi*le8 l?appel échoue6 Ba pro*a*ilité d?échec d?un appel inter3ient ici

ortement dans la qualité de ser3ice6


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Les images animées

De la mme aKon que pour la 3oi-8 la transmission d?ima2es animées e-i2e que le lu- d?ori2ine soitrestitué au mme r+thme6 Il + a donc des contraintes de délais6 En re3anche8 le dé*it requis est *eaucoup plus important6En conclusion8 déinir la qualité de ser3ice nécessite une anal+se précise du t+pe d?utilisation

recherchée et de la nature des inormations 7 transmettre6 Ba qualité de ser3ice dépend 2énéralementde la disponi*ilité8 du dé*it8 du délai8 du tau- d?erreur mais l?importance respecti3e de chaque aspect peut 2randement 3arier sui3ant les applications6

Historique : les systèmes centralisés

Bes circuits lo2iques et la mémoire qui supportaient l?intelli2ence des ordinateurs centrau- ontlon2temps été des éléments coJteu- par rapport au- li2nes de transmission et au- terminau-6 0ncherchait donc 7 les renta*iliser au mieu- en les mettant en commun au ser3ice d?un nom*re ma-imald?utilisateurs dans des s+st#mes centralisés6 Ba distri*ution des onctions au sein d?un tel s+st#meétait simple : le ma-imum dans le s#st&me central 6Dans les premiers s+st#mes téléinormatiques8 les terminau- ne contenaient que des onctions de2estion des transmissions et d?interace a3ec les utilisateurs6 Be lo2iciel du s+st#me central assurait lecontrle du parta2e des ressources (mémoire8 ichiersL) entre les diérentes applications6 B?acc#s 7distance impliquait des outils de contrle d?acc#s et de parta2e de mémoire ou de données6D?autre part8 le s+st#me central de3ait aire ace 7 des déaillances é3entuelles et donc contenir desmécanismes de reconi2uration6 Il assurait é2alement la 2estion des terminau- qui lui étaientconnectés et orait des onctions de protection des données6 Bes communications étaient 2érées par des procédures de communication6Be nom*re de terminau- au2mentant8 la conne-ion directe de terminau- 7 l?ordinateur central de3int pro*lématique : le matériel nécessaire 7 la conne-ion d?un terminal 7 l?ordinateur représentait un coJt nonné2li2ea*le et la 2estion des terminau- mo*ilise la puissance de l?ordinateur pour des tHchesau-quelles il n?est pas tou1ours adapté les li2nes de transmission ellesmmes commenKaient 7 représenter un coJt important alors qu?ellesa3aient un ai*le tau- d?utilisation (un terminal d?interro2ation de *ases de données est inacti entre/$ et


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9ette étape coXncide a3ec l?apparition de terminau- intelli2ents capa*les d?assurer eu- aussi desonctions de traitement local des données et de mettre en u3re des procédures de communicationcomple-es6 Dans un réseau maillé8 on distin2ue donc : le sousréseau de communication mettant en correspondance tout un ensem*le d?usa2ers (munisd?équipements inormatiques tr#s 3ariés) et parta2eant ainsi les ressources de communication entreces usa2ers les usa2ers eu-mmes8 N a*onnés O 7 un ser3ice de communication donné ou clients passa2ers etdJment identiiés6Be sousréseau de communication est ormé d?un ensem*le de li2nes de transmission et de n'uds decommutation. 9eu-ci sont des miniordinateurs spécialisés : ils assurent des onctions de sur3eillancedu réseau8 de collecte de statistiques8 de choi- des cheminsL Ils sont donc 2énéralement constituésd?un processeur spécialisé dans les onctions de commutation et de 2estion des transmissions et d?un processeur 2énéral char2é des autres onctions (ta-ation par e-emple)6Dans les années


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Bes a3anta2es de la numérisation sont nom*reu- :- la fiabilité de la transmission : l,inormation transmise étant une séquence *inaire8 les 3aleursreprésentées appartiennent 7 un ensem*le discret et limité6 Ainsi8 contrairement 7 une sourced,inormation analo2ique8 on utilise des techniques 7 seuil lors de la déormation du si2nal transmis6Apr#s reconnaissance par discrimination8 le si2nal est ré2énéré (répété) orant ainsi une transmissionia*le6- la banalisation de l'information transmise : indépendamment de la source8 l,inormation transmisecorrespond 7 des séquences *inaires6 Ainsi8 le support 3éhicule des *its6 9es derniers représententaussi *ien du te-te8 de la parole8 de l,ima2e (i-e ou animée)6 !ar conséquent8 il est possi*le deconstituer un réseau N multiusa2es O6- la compression : les al2orithmes de compression inormatiques sont utilisés d#s la phase denumérisation terminée6 Dans ce cas8 il est possi*le de choisir entre tel ou tel al2orithme selon lecontenu inormationnel d,ori2ine6- le cryptage : de la mme aKon que la compression8 on applique des techniques de cr+pta2e issuesdu monde inormatique8 et tout t+pe de manipulation sur les données (eets spéciau- sur lesima2es8L)6- la protection contre les erreurs : lorsque l,application le permet (pas de contrainte temporelleéle3ée)8 des techniques de protection contre les erreurs sont mises en u3re orant ainsi encore plusde ia*ilité6

Exercices

Exercice 19iter les codes ou alpha*ets que 3ous connaisseG >uels sont les s+m*oles représenta*lesY 9ommentreprésenteton la parole8 la musique8 les ima2es pour les applications que 3ous connaisseG : letéléphone8 la télé3ision8 les 9D audio ou 3idéo Y >uels sont les intérts du numérique par rapport 7l?analo2ique Y

Exercice 2Dans un s+st#me 7 disque compact8 chaque canal stéréo est échantillonné 7 ;;8' =G a3ec unerésolution de '@ *its par échantillon6 Déterminer le 3olume de données stocées sur le 9D pour l?enre2istrement de la %#me s+mphonie de Zeetho3en (durée


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Exercice #

Soit un ensem*le de @ s+m*oles 7 coder en *inaire pour la transmission et le traitementinormatique6a) 9om*ien de *its sont nécessaires pour chaque s+m*ole8 si l?on choisit un code de lon2ueur i-e Y *) Si @ s+m*oles ont une mme pro*a*ilité d?occurrence de $8' et les $ autres une mme pro*a*ilité

(7 calculer666)8 montrer qu?a3ec un code 7 lon2ueur 3aria*le on peut optimiser la représentation par rapport 7 la question a)6 >uel est le 2ain o*tenu Yc) Si tous les s+m*oles sont équipro*a*les8 peuton ima2iner un code 7 lon2ueur 3aria*le Y

Exercice $Soit 7 coder8 en *inaire pour la transmission et le traitement inormatique8 une pa2e au ormat A;6 0nchoisit de représenter chaque pi-el par un *it ($ s?il est *lanc8 ' s?il est noir)6a) Sachant qu?il + a (pour le a-) 'uelle est la suite des lon2ueurs de pla2es séparant les ' Y *) 9oder cette suite sur P / *its6 9omment se représente '" Yc) >uelle est la suite o*tenue Y quel est le tau- de compression Y

d) !euton décoder la suite Ye) Et s?il + a une erreur au cours de la transmission Y) Recommencer la mme opération une deu-i#me ois6 >u?o*tienton Y

Exercice &0n consid#re une suite de données *inaires8 issues de la numérisation d?un document papier6 9haque pi-el *lanc est codé par $8 chaque pi-el noir est codé par '6Bes données sont re2roupées par octets pour aciliter la lecture6

00000000 00000000 00000000 00000000 00001000 00011100 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00001000 00011000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00000100 00010000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00000110 00010000 00000000 00000000 0000000000000000 00000000 00000000 00000000 00000011 00010000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00000001 10010000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 11100000 00000000 00000000 00000000

00000000 00000000 00000000 00000000 00000000 01100000 00000000 00000000 00000000

Il + a huit li2nes de neu octets ce qui représente une surace d?en3iron mn - mn (pour untélécopieur par e-emple)6 >uel est le nom*re de *its utilisés pour le coda2e de cette petite surace YRemarquant que cette suite de données contient *eaucoup de Géros8 on choisit de la compresser de laaKon sui3ante : on remplace la suite des données par la concaténation des lon2ueurs de pla2es deGéros consécutis6 Ainsi la premi#re li2ne de3ient /@8 @ 8 $ 8$ 8 @ qui se comprend : /@ Géros8 ' un8 @Géros8 ' un8 $ Géro8 ' un8 $ Géro8 ' un8 @ GérosDonner de la mme aKon les sept li2nes sui3antes6

9om*ien de pla2es de Géros trou3eton8 en mo+enne par li2ne Y


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Bes données eecti3ement stocées sont donc le coda2e en *inaire des lon2ueurs de pla2es a3ec lar#2le sui3ante : les lon2ueurs comprises entre $ et /$ sont codées en *inaire naturel sur " *its8 leslon2ueurs entre /' et @/ sont codées sur '$ *its dont les " premiers sont tou1ours ''''' et les cinqsui3ants représentent le coda2e en *inaire naturel de la lon2ueur /' les lon2ueurs comprises entre @;et %" sont codées sur '"*its dont les '$ premiers sont ''''' ''''' et les " sui3ants représentent lecoda2e en *inaire naturel de la lon2ueur @;8 etc6Ainsi la premi#re li2ne de3ient

11111 00101 00110 00000 00000 11010

Sans donner les autres li2nes8 quel est le nom*re total de *its nécessaire 7 cette représentation Y>uel est le 2ain de la compression Y

nnexe

Les préfixes multiplicateurs et diviseurs pour les unités

kilo (k) 1000= 103 milli (m)

10-3

Méga (M) 1000000= 106 micro ()

10-6

Giga (G) 109 nano (n)

10-9

Téra (T) 1012 pico (p)

10-12

Péta (P) 1015 femto (f)

10-15

Exa (E) 1018 atto (a)

10-18

Yotta (Y) 1021 yocto (y)

10-21

Zéta (Z) 1024 zepto (z)

10-24

'ilo ou (ilo )

En informatique, on substitue souvent Kilo (avec un K majuscule) à kilo (avec un k minuscule).

Kilo représente 210 soit 1024 qui est très proche de 1000. Par la suite les autres préfixés (qui ne sont pas

différenciés par l’initiale) s’entendent dans le même sens, c’est-à-dire comme des puissances de 2 :

Méga = 220 soit 1048576 au lieu de 1000000, ce qui fait 4,8% d’écart

Giga = 230 soit 1073741824 au lieu de 1000000000, ce qui fait 7,3% d’écart

et ainsi de suite….

Les unités de volumes d’informations

Le bit est l’unité normalisée d’information : c’est l’information élémentaire qui peut prendre deux valeurs 0

ou 1 (vrai ou faux, noir ou blanc, ouvert ou fermé…). L’octet est un ensemble de huit bits. En anglais byte

(prononcer baït et ne pas confondre avec bit !).

On utilisera le Kilooctet (1024 octets), le Mégaoctet (1048576 octets), le Gigaoctet, le Téraoctet,…. commeunité de volume de données binaires dans un fichier, voire un système de stockage de données.


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Références

*ites utilisés

Bes illustrations de ce chapitre sont e-traites des deu- sites sui3ants :

http:&&[[[6httr6upstlse6r&peda2o2ie&

http:&&[[[6rennes6supelec6r&ren&perso& plera+&audio&audio\$6htm

http://membres.lycos.fr/imgnum/intro.html

pour en savoir plus

http://web.ccr.jussieu.fr/urfist/image_numerique/Image_numerique1.htm

http://www.tcom.ch/Tcom/Laboratoires/digivox2000/chap/chap4/mod_diff.htm

!uelques corri"és

Exercice 1

9iter les codes ou alpha*ets que 3ous connaisseG réponses possi*les : AS9II8 EZ9DI98 Unicode8U9S P IS0 '$@;@ 666>uels sont les s+m*oles représenta*les Y réponses possi*le selon les codes : les @ lettres del,alpha*et (parois minuscules ET ma1uscules)8 les chires8 les s+m*oles de ponctuation8 less+m*oles mathématiques8 les s+m*oles de monnaie8 des éléments 2raphiques6668 des caract#res de miseen pa2e et de structures (non imprima*les)Il + a parois pro*l#me pour représenter les spéciicités de chaque lan2ue (lettres accentuées duranKais8 par e-emple)9omment représenteton la parole8 la musique8 les ima2es pour les applications que 3ous connaisseG :

le téléphone8 la télé3ision8 les 9D audio ou 3idéo Ytéléphonie classique : acc#s P analo2ique8 transport dans le réseau P numériquetéléphonie sans il8 RIS : numériquetélé3ision classique analo2iquestudios : numérique9D Audio8 D.D : inormations numériques>uels sont les intérts du numérique par rapport 7 l?analo2ique Y question de cours : re3oir le chapitre

Exercice 2

musique stéréo P *andes son (2auche et droite) chacune est numérisée : il audra multiplier par lerésultat;;8' =G P ;;'$$ =G il + a donc ;;'$$ échantillons par seconde de musique8 chacun codé sur '@ *its8 sur chaque *ande son


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ensuite ' pi-el P ' *it (coda2e noir et *lanc) donc le 3olume de la pa2e est de /;$"/$ *its pour o*tenir le résultat en Mé2aoctet il aut di3iser par Q'$;Q'$; (et non par Q'$$$$$$)on o*tient ;8'" Mo pour pou3oir imprimer ; pa2es par minutes8 l,imprimante doit a3oir une capacité de ;8'";Q; P '@8@Mo&minute ou 8 M*it&s6

Exercice $

a) 3olume d,inormation dans une pa2e numérisée'


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Constitution d’une liaison simple

#aractéristiques d$une transmission locale

B?introduction d?une distance entre les équipements inormatiques a un tel impact sur les

communications qu?une architecture compl#te de r#2les d?échan2es a dJ tre déinie et normalisée au plan international6Supposons qu?un ordinateur échan2e des données a3ec son périphérique8 déroulant ainsi uneentrée&sortie6 B?échan2e met en 1eu : un *us d?adresse (permettant de 3éhiculer l?adresse du périphérique qui peut ainsi reconna5tre qu?ilest concerné par l?échan2e)8 ce *us a+ant autant de N ils O qu?il + a de *its d?adresse un *us de données (permettant de 3éhiculer les données dans un sens ou dans l?autre8 données quisont sou3ent échan2ées en parall#le8 sur un *us de ils) des ils de contrle8 3éhiculant chacun un si2nal particulier8 nécessaires au *on déroulement del?entrée&sortie6Bes caractéristiques d?un tel échan2e sont : la 3itesse 7 laquelle on peut transérer des données entre l?ordinateur et son périphérique est tr#s

2rande8 elle s?e-prime t+piquement en milliards d?octets par seconde la qualité de ce transert est 2énéralement e-cellente8 il est tr#s rare qu?un *it d?inormation soiterroné 7 la réception8 l?ordre de 2randeur du tau- d?erreur est de '$'8 '$'/ L 3oire moins plusieurs sortes d?inormations sont échan2ées8 (données8 adresses8 contrle) dans les deu- sens8mme si le transert des données n?a lieu que dans un sens précis6 9es inormations sont identiiées par le il ou le *us sur lequel elles circulent6 9es diérentes inormations sont émises en parall#le8chacune sur son support6

+aractéristiques d’une transmission à distance

Be pro*l#me de la transmission 7 distance est donc de reproduire le mme échan2e en introduisant unmo+en de transporter l?inormation sur des diGaines ou des milliers de ilom#tres6 0n utilise un

support de transmission et un si2nal qui doit transporter8 sous une orme ou sous une autre8 lesinormations6B?introduction du support a de nom*reuses conséquences6 Be support est 2énéralement une ressource ch#re que l?on cherchera 7 renta*iliser au ma-imum6 Unsupport de transmission unique doit 3éhiculer en série toutes les inormations précédentes (qu?ils?a2isse d?adresses8 de données ou de contrle)6 Il audra donc ima2iner un mo+en d?identiier cesinormations correctement6 Be support a une *ande passante limitée8 il ne peut pas transmettre n?importe quels si2nau-8 nin?importe quelle quantité d?inormation sur ces si2nau-6 Tous supports conondus8 le dé*it d?unetransmission 7 2rande distance peut 3arier de "$ *it&s 7 quelques centaines de M*it&s6 Un échan2e 72rande distance se ait en 2énéral plus lentement qu?un échan2e local et il aut en tenir compte dansles pro2rammes des diérentes machines inormatiques6

Be support n?est pas parait6 Mme si les si2nau- sont correctement adaptés 7 la *ande passante8 ilssont tou1ours aectés par des distorsions8 des aai*lissements et surtout du *ruit qui pertur*ent leur propa2ation et créent une qualité de réception nettement moindre6 Il audra donc ima2iner un mo+ende détecter les erreurs de transmission et les corri2er si le tau- d?erreur sur le support estinsupporta*le pour l?application8 c?est7dire pour les *esoins de l?utilisateur : une liaisontéléphonique peut tre considérée de tr#s *onne qualité pour transmettre de la parole et se ré3éler demédiocre qualité pour la transmission de données *ancaires6 Ba transmission des si2nau- sur n?importe quel support suppose un certain délai de propa2ation8incompressi*le8 qui peut atteindre des 3aleurs tr#s 2randes (des centaines de millisecondes dans le casde transmissions par satellite)6 Il audra tenir compte de ce param#tre dans le déroulement de lacommunication6 ous 3enons donc de 3oir que de nom*reu- param#tres de la communication sont chan2és : le tau-

d?erreur est plus éle3é8 le dé*it plus ai*le et le délai de propa2ation plus 2rand6 Enin8 toutes lesinormations sont transmises en série6


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Eléments de ase

Il est d?usa2e de structurer la transmission en un ensem*le de N *o5tes noires O8 chacune remplissantune onction particuli#re6 B?ETTD8 ,quipement Terminal de Traitement des -onnées8 dési2ne l?équipement inormatique qui2én#re les données 7 transmettre et traite les données reKues6 B?ETTD est8 par e-emple8 un ordinateur

personnel6 B?ET9D8 ,quipement de Terminaison du ircuit de -onnées8 reKoit en entrée la suite de données *inaires et ournit en sortie un si2nal dont les caractéristiques sont adaptées au support detransmission6 Il eectue é2alement l?opération in3erse : rece3ant le si2nal qui s?est propa2é dans lesupport8 il en e-trait une suite de données *inaires6 B?ET9D rend ainsi transparente 7 l?utilisateur lanature du support de transmission réellement utilisé6

Techniques detransmission

ETTD A ETTD BETCD ETCD

Circuit de données

Support detransmission

Constitution d’un circuit de données

Be nom ET9D est normalisé6 B?importance de la normalisation dans ce domaine ainsi que lesdiérentes instances qui ré2lementent les transmissions au- ni3eau- international8 européen etnational sont présentées plus loin6 En an2lais8 l?ET9D est appelé D9E8 -ata terminating ircuit

Equipment et l?ETTD est dési2né par DTE8 -ata Terminating Equipment 6 Il est possi*le dereprésenter la onction de l?ET9D en deu- transormations successi3es6 Un ou plusieurs *itssuccessis sont con3ertis en un s#mbole choisi 7 l?intérieur d?un alpha*et limité6 9e s+m*ole est alorstransormé en un si2nal particulier (électrique8 électroma2nétique ou optique) pendant une duréeélémentaire6 Dans le cas le plus simple8 un *it est associé de aKon *iuni3oque 7 un s+m*ole6B?ET9D est couramment appelé modem pour modulateurdémodulateur6 Il est sou3ent inté2ré au-

ordinateurs (le minitel8 par e-emple8 est un terminal tr#s simple muni d?un modem inté2ré)6 !our permettre une indépendance entre les ordinateurs et les ET9D8 une interace a été déinie sous le nomde .;6 9ette interace peu perormante mais relati3ement simple s?est considéra*lement dé3eloppée6Ba 2rande ma1orité des ordinateurs en sont pour3us6 B?ensem*le constitué par le support et les deu-ET9D placés 7 chaque e-trémité constitue un circuit de données. 9ompte tenu des caractéristiques dusupport que nous 3enons de 3oir8 on peut dire que le circuit de données est une entité capa*led?écouler une suite de données *inaires 7 un dé*it donné a3ec un délai donné8 mais sans 2arantie dequalité6 Si la transmission simultanée dans les deu- sens est possi*le8 le circuit est dit full/duplex ouduplex intégral Borsqu?elle n?est possi*le que dans un seul sens 7 un moment donné b on parle detransmission 7 l?alternat b8 le circuit est dit half/duplex ou semi duplex. Enin8 lorsqu?elle n?est possi*le que dans un seul sens prédéini8 le circuit est dit simplex.

La qualité du circuit de donnéesBa qualité du circuit de données est mesurée 7 l?aide de diérents crit#res6 Be taux d%erreurs est le rapport du nom*re de *its erronés reKus au cours d?une périoded?o*ser3ation8 au nom*re total de *its transmis pendant cette période6 Ba disponibilité permet d?é3aluer la proportion de temps pendant lequel la transmission est possi*le(a*sence de panne ou de coupure)6 Dans certains cas8 on s?intéresse é2alement au nom*re d?incidentset 7 leur durée cumulée8 ain d?en déterminer la durée mo+enne et8 le cas échéant8 le coJt6 Be débit binaire - représente le nom*re de *its transmis par seconde6 0n précise é3entuellement sice dé*it est possi*le en duple- inté2ral8 en semi duple- ou en simple-6 Ba rapidité de modulation 0 indique le nom*re de s+m*oles transmis par unité de temps ets?e-prime en bauds6 Be mot *aud 3ient d?Emile ZAUD0T (';"'%$/)8 in2énieur ranKais6 Si d

représente la durée e-primée en secondes de l?inter3alle si2niicati le plus court séparant deu-s+m*oles successis8 alors 0 P '&d *auds6


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Ba relation liant la rapidité de modulation au dé*it *inaire est la sui3ante : - P 0 6 lo21 o 1 est la 3alence des si2nau- émis8 c?est7dire le nom*re de s+m*oles utilisés6 !our des si2nau- de3alence 8 donc pour lesquels chaque inter3alle d transporte un *it8 les 3aleurs numériques du dé*it etde la rapidité de modulation sont é2ales6

#aractéristiques des su%%orts de transmission

Bes supports de transmission8 quels qu?ils soient8 ne sont malheureusement pas paraits6 Ils ont une *ande passante limitée8 supportent di3ers *ruits et ont de ce ait une capacité 7 transmettre les si2nau-limitée6

-ande passante

Ils ont une bande passante limitée c?est7dire que certains si2nau- se propa2ent correctement dans lesupport (ils sont aai*lis mais encore reconnaissa*les 7 l?autre e-trémité)8 mais d?autres ne letra3ersent pas du tout (ils sont tellement aai*lis ou déormés qu?on ne les retrou3e plus du tout 7 lasortie)6 Ba *ande passante d?un support est la *ande de réquences des si2nau- dont la puissance 7 lasortie8 apr#s la tra3ersée du support8 est supérieure 7 un seuil donné6 En 2énéral8 on caractérise unsupport par sa *ande 7 / dZ (déci*els)8 c?est7dire par la pla2e de réquence 7 l?intérieur de laquellela puissance de sortie d?un si2nal sinusoXdal est au pire di3isée par deu- (en notant P s la puissance desortie et P e la puissance d,entrée8 l,aai*lissement en dZ s,e-prime comme '$ lo2'$ P e& P s6 !our

P e 2P s P 8 on trou3e '$ lo2'$ P e& P s P / dZ)6 Intuiti3ement8 plus un support a une *ande passantelar2e et plus il pourra transporter d?inormations par unité de temps6

-ruits et distorsionsBes supports de transmission déorment les si2nau- qu?ils transportent mme lorsque ceu-ci ont desréquences adaptées6 En eet8 plusieurs sources de bruit pertur*ent les si2nau- et des distorsions(d?amplitude ou de phase) peu3ent s?a3érer 2nantes pour la reconnaissance des si2nau- en sortie6!ar ailleurs8 la distance est un acteur d?aai*lissement8 particuli#rement important pour les liaisons par satellite6 Enin8 certaines pertur*ations de l?en3ironnement peu3ent é2alement introduire des *ruits (oudre8 ora2es pour le milieu aérien8 champs électroma2nétiques dans des ateliers pour lessupports métalliquesL)6 Mme lorsque les si2nau- sont adaptés au- supports de transmission8 on ne pourra pas 2arantir 7 '$$W leur e-actitude 7 la réception6

+apacité limitée

B?ensem*le des caractéristiques que nous 3enons de 3oir ait que la capacité d?un support detransmission est limitée6 !ar capacité8 nous entendons la quantité d?inormation transportée par unitéde temps6Un théor#me dJ 7 $hannon 3 9laude Shannon8 mathématicien américain du #me si#cle qui adé3eloppé la théorie de l?inormation) donne une *orne ma-imale de cette capacité8 notée ap !ax et

e-primée en *its par seconde :ap !ax P 4 lo2 (' $ & 5 )o 4 est la lar2eur de la *ande passante e-primée en =ertG8 $ & 5 est la 3aleur du rapport puissance dusi2nal 7 puissance du *ruit8 la *ase deu- du lo2arithme ser3ant pour e-primer l?inormation en *its6A titre d?e-emple8 sur une liaison téléphonique dont la *ande passante a une lar2eur de /'$$ =G eta3ec un rapport $ & 5 correspondant 7 / dZ (3aleurs courantes)8 on o*tient :'$ lo2'$$ & 5 P / donc lo2'$ $ & 5 P /8 soit $ & 5 P '""

ap !ax P /'$$ lo2 (' '"") soit a3ec '"@ P '$8@/

ap !ax P /'$$ - '$8@/ P //$$$ *it&s6

&es su%%orts de transmission

!our de nom*reuses applications8 il est nécessaire de disposer d?une liaison directe et permanenteentre deu- ordinateurs éloi2nés6 Be plus ancien support de transmission emplo+é 7 cette in8 et encore


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le plus lar2ement utilisé au1ourd?hui8 est la paire torsadée6 Bes cH*les coa-iau- et les i*res optiquessont é2lement réquents6 Enin8 les communications sans ils sont en plein essor6

La paire torsadée

Une paire torsadée non *lindée (UT!8 6nshielded T7isted Pair ) est composée de deu- conducteurs

en cui3re8 isolés l?un de l?autre et enroulés de aKon hélicoXdale autour de l?a-e de s+métrielon2itudinal6 9et enroulement permet de réduire les conséquences des inductions électroma2nétiques parasites pro3enant de l?en3ironnement6 B?utilisation la plus courante de la paire torsadée réside dansla desserte des usa2ers du ser3ice téléphonique ou des usa2ers de réseau- pri3és6 Bes a*onnés sontreliés 7 l?autocommutateur local par de simples paires de ils métalliques dont les diam#tres sontcompris entre $8; et $8 mm6 9es ils sont en cui3re ou quelqueois en aluminium6Be principal incon3énient des ils métalliques téléphoniques est leur aai*lissement8 d?autant plusimportant que le diam#tre est ai*le6 Il peut donc tre nécessaire de placer dans la paire 7 inter3allesré2uliers des éléments8 appelés répéteurs ou ré2énérateurs8 qui ré2én#rent le si2nal transmis6 En outre8quand plusieurs paires sont rassem*lées dans un mme cH*le8 les si2nau- électriques qu?ellestransportent inter#rent plus ou moins les uns a3ec les autres par ra+onnement ce phénom#ne porte lenom de diaphonie. Ba *ande passante d?une liaison téléphonique est d?en3iron /8' =G entre les

réquences /$$ et / ;$$ =G6 Bes dé*its permis par les liaisons téléphoniques sont de l?ordre de '$*it&s : % @$$ *it&s en duple- inté2ral8 3oire '; ;$$ *it&s6 B?utilisation de techniques d?adaptationd+namique au- caractéristiques réelles de la liaison permet d?atteindre un dé*it de $$ *it&s8 3oire"@ *it&s6Sur des distances relati3ement courtes de quelques diGaines de ilom#tres8 par une transmission en *ande de *ase8 on atteint


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permet le multiple-a2e sur un mme support de tr#s nom*reu- canau- de télé3ision8 de hii8 detéléphone8L Ba ai*le atténuation des i*res conduit par ailleurs 7 en3isa2er un espacement plusimportant des points de ré2énération des si2nau- transmis6 Bes meilleures i*res optiques présenteune atténuation de $8/ dZ&m8 ce qui permet d?en3isa2er des pas de ré2énération de plus de "$$ m6 Atitre de comparaison8 le cH*le coa-ial en cui3re !arisB+on utilisé 7 @$ M=G possédait des répéteurstous les m6 Borsque l?on conna5t les incon3énients que présentent les ampliicateurs ré2énérateursintermédiaires sur une li2ne de transmission8 on comprend l?importance de cet aspect technique pour les télécommunications6De surcro5t8 l?insensi*ilité des i*res au- parasites électroma2nétiques constitue un a3anta2e particulier pour la transmission de données8 dans la mesure o elle leur permet de supporter sansdiiculté la pro-imité d?émetteurs radioélectriques6B?incon3énient des i*res optiques tient au coJt des ET9D8 appelés dans ce conte-te coupleursoptiques6 9et aspect limite leur 2énéralisation dans le cadre des réseau- locau- d?entreprise6

L’éther

B?utilisation des ondes électroma2nétiques permet la transmission de si2nau- sur un supportimmatériel8 dési2né par le terme d?éther 8 qui peut tre l?atmosph#re ou le 3ide6 Elle est pratiquement

indispensa*le dans le cas de liaisons tr#s lon2ues distances6 De plus8 l?a*sence de support matériel permet d?apporter une certaine souplesse et con3ient *ien au- applications ponctuelles6 9e t+pe detransmission comprend principalement les aisceau- hertGiens8 les ra+ons inrarou2es et les ra+onslaser6Bes transmissions par ra+ons laser ou inrarou2es sont enti#rement numériques et 7 aisceau- tr#sdirectis8 ce qui les prot#2e contre la plupart des interceptions rauduleuses6 Touteois8 les conditionsmétéorolo2iques peu3ent8 selon les réquences de tra3ail choisies8 altérer la qualité descommunications entre les immeu*les6Bes aisceau- hertGiens reposent sur l?utilisation de réquences tr#s éle3ées (réquences de C=G 7'" C=G 3oire 1usqu?7 ;$ C=G qui correspondent 7 des lon2ueurs d?onde centimétriques 7décimétriques) et de aisceau- directis produits par des antennes ra+onnant principalement dans unedirection donnée6 Ba propa2ation est limitée 7 l?horiGon optique6 Ba transmission se ait entre des

stations placées en hauteur (par e-emple sur une tour ou au sommet d?une colline) pour é3iter leso*stacles dus au- constructions en3ironnantes6 Dans les réquences éle3ées (audessus de ' C=G)8 la pluie et la nei2e introduisent un aai*lissement supplémentaire8 ce qui conduit 7 rapprocher lesstations6 Bes aisceau- hertGiens sont utilisés pour la transmission de cha5nes de télé3isions et pour constituer des art#res de transmission lon2ue distance dans les réseau- téléphoniques sans a3oir recours 7 la pose coJteuse de cH*les6 Ils sont utilisés é2alement dans les transmissions par satellite6Bes ondes dites radioélectriques correspondent 7 des réquences comprises entre '$ =G et C=G69es ondes sont diusées8 c?est7dire que8 d?un émetteur8 on peut les capter a3ec des récepteursdispersés 2éo2raphiquement6 9ontrairement au- aisceau- hertGiens8 il n?est pas nécessaire d?a3oir une 3isi*ilité directe entre l?émetteur et le récepteur car le récepteur utilise l?ensem*le des ondesréléchies et diractées6 En re3anche8 la qualité de la transmission est ai*le6

/tilisation des différentes gammes de fréquencesB?attri*ution de telle ou telle *ande de réquence (ou lon2ueur d?onde) 7 tel ou tel ser3ice e-ploitantest aite en tenant compte de la situation e-istante8 du désir de contenter tout le monde et de réser3er les lon2ueurs d?onde les mieu- appropriées 7 l?utilisation en3isa2ée6 Elle 3arie sui3ant les continentset ait l?o*1et d?accords internationau-6 Bes 2randes li2nes de la répartition des ondes sont donnéesdans le ta*leau6 Audel7 de %@$ M=G8 on trou3e un parta2e comple-e entre radiotéléphonie8transmission par aisceau- hertGiens8 radars8 communication par satellite6

Gamme de fréquence Type d’utilisation

10 kHz - 150 kHz Communications radiotélégraphiques

150 kHz - 300 kHz Radiodiffusion (grandes ondes)

510 kHz - 1605 kHz Radiodiffusion (petites ondes)6 MHz - 20 MHz Radiodiffusion (ondes courtes)

29,7 MHz - 41 MHz Radiotéléphonie


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47 MHz - 68 MHz Télévision

68 MHz - 87,5 MHz Liaisons radio en modulation de fréquences

87,5 MHz - 108 MHz Radiodiffusion

108 MHz - 162 MHz Radiotéléphonie

162 MHz - 216 MHz Télévision

216 MHz - 470 MHz Radiotéléphonie

470 MHz - 860 MHz Télévision et radar860 MHz - 960 MHz Radiotéléphonie

Autour de 1800 MHz Radiotéléphonie

Entre 6 et 30 GHz Services satellites en fixe

Utilisation des différentes gammes de fréquences

'ecniques de transmission

Apr#s la con3ersion parall#le&série8 l?ETTD peut déli3rer ses caract#res accolés les uns 7 la suite desautres en une succession ré2uli#re8 dans le temps8 de s+m*oles *inaires8 sous orme d?un si2nalélectrique *i3alent appelé message de données s#nchrone6 Il peut aussi déli3rer des suites de

caract#res séparés par des inter3alles de temps 3aria*les et aléatoires pour lesquels la durée de chaqueétat est multiple ou non d?un inter3alle de temps élémentaire T e6 Be messa2e de données sera alors ditas#nchrone6

0ransmission snchrone

Un si2nal numérique est s#nchrone si les inter3alles de temps alloués 7 chaque s+m*ole sont é2au- etcoXncident a3ec les périodes successi3es d?un si2nal appelé *ase de temps ou horlo2e6 Be si2nald?horlo2e associé est indispensa*le 7 l?interprétation du si2nal de données6 B?interprétation esteectuée en échantillonnant le si2nal de données au- instants qui coXncident a3ec les ronts du si2nald?horlo2e6 9e si2nal est périodique de période T 6 B?ETTD déli3re8 chaque seconde8 un nom*re des+m*oles é2al 7 '&T 8 réquence du si2nal d?horlo2e6Bes transmissions s+nchrones sont utilisées pour acheminer des 3olumes importants d?inormation(transert de ichiers par e-emple)6 En transmission s+nchrone8 la s+nchronisation se ait au ni3eaudes éléments *inaires et8 é3entuellement8 au ni3eau des caract#res6 Elle est ondée sur l?utilisation decom*inaisons spéciales : les caract#res de s+nchronisation6

0

1

0 1 1 1 0 0 0 1


T

Transmission synchrone

0ransmission asnchrone

Borsque la source produit des caract#res8 7 ai*le dé*it et 7 des instants aléatoires8 il est parois plussimple de transmettre ces caract#res au moment o la source les déli3re8 sans tenir compte descaract#res précédents ou sui3ants6 0n a alors des successions de trains de s+m*oles *inairess+nchrones pour la durée de transmission d?un caract#re8 qui se succ#dent 7 des instants aléatoires6


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1


S T A R T

silence

0 1 1 0 0 0 1

S T O P

duréequelconque

S T A R T

010

…

Le délimiteur de début START dure une période et prend l’état 0.Le délimiteur de fin STOP dure deux périodes et prend l’état 1.

Transmission asynchrone

Au repos8 la li2ne de transmission reste 7 l?état '8 utilisé comme état d?inacti3ité6 Il est nécessaired?ad1oindre au caract#re des délimiteurs de dé*ut (START) et de in (ST0!) permettant unereconnaissance du caract#re6 Be délimiteur START correspond 7 un état acti $ pendant un temps*it :il pro3oque nécessairement une transition qui marque ainsi le dé*ut de transmission6 Be délimiteur ST0! correspond 7 un état inacti ' pendant un ou deu- temps *its sui3ant la coni2uration choisie : il

permet de s?assurer que la li2ne re3ient *ien au repos 7 la in du caract#re (Il est possi*le d,inter3ertir les états ' et $ dans le te-te et d,utiliser l,état $ comme état inacti entre les caract#res6 0n présente icila coni2uration la plus courante)6 Be caract#re luimme est 2énéralement transmis en commenKant par les *its de poids ai*le6 Une telle transmission est dite as#nchrone ou ar#thmique ou encore$T90T2$T(P. B?a3anta2e d?une telle transmission est sa simplicité8 l?incon3énient ma1eur pro3ientde l?allon2ement du délai de transmission : pour chaque caract#re8 il aut transmettre au moins deu- *its supplémentaires6

0ransmission en ande de ase

Bes supports de transmission sont caractérisés par le ait qu?ils ont une *ande passante limitée69ertains peu3ent tre assimilés 7 des iltres passe*as8 c?est7dire qu?ils ne laissent passer que les *asses réquences8 d?autres se comportent comme des iltres passe*ande8 c?est7dire qu?ils ne

laissent passer les réquences que dans un certain inter3alle6Borsqu?un si2nal numérique tra3erse un iltre8 il su*it des modiications qui ont pour eet8 entreautres8 d?atténuer la raideur des ronts6 9es déormations ne sont pas 2nantes si l?inormationnumérique contenue dans le si2nal8 en sortie du iltre8 peut encore en tre e-traite6 B?estimation desinormations contenues dans les si2nau- reKus permettra de ré2énérer localement des si2nau-identiques au- si2nau- ori2inau-6 Ba condition pour que cette estimation soit correcte est qu?enéchantillonnant les si2nau- 7 un r+thme correspondant au- inter3alles si2niicatis8 on mesure sansam*i2uXté des 3aleurs é2ales 7 celles des impulsions qui constituent le si2nal initial69ertains supports de transmission autorisent la transmission directe des si2nau- numériques8 ditetransmission en bande de base 8 qui conduit 7 des réalisations simples et économiques6Bes principales diicultés rencontrées dans la transmission directe d?une inormation en li2ne sontdues 7 la limitation de la *ande passante dans les *asses et les hautes réquences ainsi qu?7 latransparence 3is73is des données6 !ar ailleurs8 le si2nal d?horlo2e associé au- données doit pou3oir tre correctement reconstitué8 quelle que soit la séquence de données *inaires transmise8 lesdistorsions d?amplitude et de phase doi3ent pou3oir tre corri2ées6Ba transmission du si2nal d?horlo2e peut tre réalisée de deu- aKons : indépendamment du si2nal dedonnées ou en utilisant les transitions du si2nal codé6Be mode de représentation le plus ha*ituel de l?inormation numérique est le si2nal *inaire sans retour 7 Géro ( :0;< :o 0eturn to ;ero)6 Un ni3eau de tension (a sur la i2ure) pendant une périodecompl#te est utilisé pour représenter un '6 Un autre ni3eau ( a sur la i2ure) est utilisé pour le $6 Besi2nal a3ec retour 7 Géro ( 0;< 0eturn to ;ero) utilise le mme principe mais la durée du ni3eau detension est inérieure 7 la période6


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-a

+a

1 0 1 1 0

Représentation d’une information numérique en NRZ Be code *iphase réquemment appelé Manchester est une représentation 7 deu- ni3eau- o*tenue entransmettant pendant chaque inter3alle de temps correspondant 7 un s+m*ole *inaire8 deu- polaritésopposées : un ront montant ou un ront descendant8 au milieu de l?inter3alle de temps si2niicati6Bes états lo2iques $ et ' peu3ent tre aectés 7 chacun de ces s+m*oles6

-a

+a

1 0 1 1 0

Code biphaseBes codes *iphases assurent au moins une transition 7 chaque période d?horlo2e quelle que soit laséquence transmise6 Ba puissance au 3oisina2e de la réquence Géro est nulle8 ce qui est intéressant pour la transmission en *ande de *ase6 En re3anche8 le spectre du si2nal est plus étalé que celui d?unsi2nal R6 Une succession de ' en coda2e *iphase correspond 7 un si2nal de réquenceondamentale f pour une réquence d?horlo2e f 6

Princi%e de la transmission %ar trans%osition en fréquence

Ba plupart des supports de transmission8 les li2nes téléphoniques en particulier8 ne permettent pas latransmission directe d?un si2nal numérique en *ande de *ase6 Ils a*outissent 7 des pertes de s+m*olesau cours de la transmission6 D?autre part8 il est nécessaire que le spectre de réquence des si2nau-

émis coXncide a3ec la *ande passante du support8 ain que ces derniers ne soient pas iltrés60n utilise alors la transmission par transposition de fréquence qui consiste 7 moduler une ondesinusoXdale porteuse de réquence con3ena*le par le si2nal 7 transmettre B?opération de modulationéqui3aut 7 une translation du spectre du si2nal dans le domaine des réquences6 9ette opération permet de centrer son éner2ie autour de la réquence de la porteuse donc 7 l?intérieur de la *ande passante du support de transmission6Bes diérentes techniques de modulation utilisées en transmission numérique consistent 7 manipuler un ou deu- des param#tres de l?onde sinusoXdale : l?amplitude8 la phase8 la réquence6 B?utilisation deces techniques sur le réseau téléphonique est normalisée par l?ITU dans les recommandations de lasérie .6

0ransmission en modulation d’amplitude

Soit une porteuse v(t ) de réquence f $6 Sans limiter la 2énéralité de la présentation8 on peut considérer une phase nulle et une amplitude é2ale 7 ' :v(t ) P cos( f $t )En modulation d?amplitude8 l?amplitude du si2nal modulé 3arie linéairement en onction du si2nald?entrée x(t ) :m(t ) P (ak x(t )) cos( f $t ) o k ' est appelé indice de modulation6Ba modulation d?amplitude présente l?incon3énient d?tre sensi*le au *ruit car la puissance du si2nalmodulé est onction du si2nal d?entrée6 Be spectre du si2nal modulé contient une raie 7 la réquence f $due au acteur a6 Borsqu?il est nul8 cette raie dispara5t : c?est la modulation a3ec suppression de porteuse ou modulation sans porteuse6De plus8 le spectre du si2nal modulé est dou*lé par rapport au spectre du si2nal d?entrée6 9?est

pourquoi8 on l?appelle la modulation d%amplitude = double bande 3-5. Elle n?est pas utilisée tellequelle dans les transmissions numériques mais essentiellement pour la transmission de radiodiusion


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analo2ique (et la transmission du son de la télé3ision hertGienne) car la a*rication d?un récepteur este-trmement simple6

0ransmission par modulation de phase

En modulation de phase< le si2nal 7 transmettre est utilisé pour aire 3arier la phase de l?onde porteuse

utilisée pour décaler le spectre de réquence du si2nal 7 transmettre6 Elle peut s?écrire sous la orme :m(t ) P cos( f $t k x(t ))Il e-iste deu- t+pes de coda2e utilisés en modulation de phase6 Dans le premier t+pe8 la 3aleur dus+m*ole transmis suit pour déterminer la 3aleur des données transmises la démodulation doit alorstre cohérente6 Dans le second8 c?est la diérence entre les deu- s+m*oles consécutis qui portel?inormation on parle alors de modulation de phase différentielle la démodulation peut trecohérente ou non cohérente6En cas de transmission numérique8 l?ensem*le des phases possi*les prend 3aleur dans un ensem*ledénom*ra*le d?au moins deu- éléments6 Elle est appelée !S_8 Phase $hift >e#ing 6

0ransmission par modulation de fréquence

En modulation de fréquence< le si2nal est o*tenu en utilisant le si2nal 7 transmettre pour aire 3arier laréquence de l?onde porteuse utilisée :m(t ) P cos( ] f $k x(t )^ t )Be spectre du si2nal modulé en réquence ne s?e-prime pas acilement en onction du spectre dusi2nal 7 transmettre6 En théorie8 il est mme inini6 Borsque le rapport f & 0 3aut '&;8 une 2rande partiede l?éner2ie est concentré autour de la réquence porteuse et il est acile d?assurer une continuité de phase6 Ba modulation est alors appelée MS_ ( !inimum $hift >e#ing )6 Elle est réquemment utiliséedans les s+st#mes radiomo*iles6

ulti%lexa"e

Borsque la *ande passante d?un support est nettement plus lar2e que le spectre du si2nal 7 transmettre8il est intéressant d?utiliser un mme support pour transmettre parall#lement plusieurs si2nau-6 0n parle alors de multiplexage6 Be démultiple-a2e consiste 7 reconstituer les diérents si2nau- 7 partir du si2nal multiple-é6

ultiplexage fréquentiel

Be multiple-a2e réquentiel est utilisa*le dans les transmissions analo2iques et numériques6 Ilconsiste 7 transposer les n si2nau- d?entrée en réquence b ce qui re3ient 7 une modulation b8chacun a+ant une réquence porteuse diérentes6 0n parle alors d?Acc#s Multiple 7 Répartition enFréquence (AMRF) ou ?requenc# -ivision !ultiple 9ccess (FDMA)6

…

voie 1

voie 2

voien

f 1 f 2 f n

Multiplexage en fréquence

Be multiple-a2e réquentiel est utilisé pour les transmissions sur i*re optique6 Bes opérations de

multiple-a2e&démultiple-a2e peu3ent se aire de mani#re compl#tement optique en 1ouant sur les


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phénom#nes de réraction qui sont onctions des lon2ueurs d?onde : un démultiple-eur est similaire 7un prisme6 0n parle alors de multiple-a2e en lon2ueur d?onde6

ultiplexage temporel

Be multiple-a2e temporel est en 2énéral utilisé dans les transmissions numériques6 Il est appelé Acc#s

Multiple 7 Répartition dans le Temps (AMRT) ou Time -ivision !ultiple 9ccess (TDMA)6Si on consid#re n si2nau- numériques : le multiple-a2e consiste 7 transmettre d?a*ord un ou plusieurs *its de la 3oie '8 puis de la 3oie et ainsi de suite 1usqu?7 la 3oie n pour ormer une trame T-!9 etde répéter ce c+cle6 Si le dé*it des entrées est de b *it&s alors le dé*it en sortie de la 3oie multiple-ée

est de n6b *it&s8 ce qui si2niie que le spectre de cette derni#re est étalée6 !our pou3oir démultiple-er8il est nécessaire de transmettre des éléments de s+nchronisation ain de réaecter correctementl?entrée 7 la 3oie correspondante6B?AMRT est utilisé dans le réseau téléphonique pour les transmissions des communications6 0n parlealors de 3oie MI98 Modulation par Impulsions 9odées6 Ba 3oi- humaine est numérisée sous la ormed?un si2nal 7 @; *it&s8 ' octet transmis toutes les '" s8 puis codé en *ande de *ase6 En Europe8 onmultiple-e temporellement /$ 3oies6 Be si2nal multiple-é contient /$ inter3alles de temps ou ITcontenant chacun une 3oie au-quels on ra1oute un élément de s+nchronisation (dans l?IT $) et un

élément de si2nalisation (en 2énéral dans l?IT '@)6 0n o*tient donc un total de / IT et un dé*it *rutde /-@;P$; *it&s capa*le de transporter /$ communications6 0n parle alors de MI9 /$ 3oies(dans le lan2a2e courant8 un MI9 dési2ne en ait l?ensem*le des /$ 3oies multiple-éestemporellement)6

v oie 1

v oie 2

v oie 30

multi-plexage

IT0

…

IT1 IT2 IT31

125 µs Trame TDMA, durée=125µs

2,048 Mbit/s

marque le début de la trame

Les voies 1 à 15 sont placées dans les IT 1 à 15 ; les voies 16 à 30 dans les IT 17 à 31.

Exemple de multiplexage temporel

Il est possi*le de multiple-er plusieurs 3oies dé17 multiple-ées si le support est capa*le de transmettredes dé*its plus éle3és6 Dans le cadre du réseau téléphonique8 diérents ni3eau- de multiple-a2e sontdéinis8 en multiple de 8$; M*it&s8 produisant ce qu?on appelle une hiérarchie de multiplexage6Be multiple-a2e de n si2nau-8 occupant chacun une lar2eur de *ande 58 2én#re un si2nal de lar2eur

supérieure ou é2ale 7 n6 58 pour le multiple-a2e réquentiel comme pour le multiple-a2e temporel6 Iln?+ a aucune économie aite sur la *ande consommée mais seulement économie sur l?aspect matériel(un seul support au lieu de n)6

*yntèse

!our relier deu- N équipements O inormatiques distants l?un de l?autre8 on utilise : un support de transmission pour ranchir la distance séparant les équipements8 ce support est loind?tre parait des N modems O ou des N codeurs O qui ont pour rle de a*riquer les meilleurs si2nau- adaptés 7 lanature du support de transmission8 on constitue ainsi un circuit de données6Bes supports de transmission sont de nature tr#s diérente les uns des autres : paires métalliques8cH*les coa-iau-8 i*re optique8 éther6 Ils sont caractérisés par leur bande passante qui limite le dé*itma-imal auquel on peut transmettre et le taux d%erreur qu?ils introduisent sur les si2nau- transportés6Bes techniques de transmission (en *ande de *ase ou par transposition de réquence) ont pour o*1etd?adapter au mieu- les si2nau- au- caractéristiques de ces supports6 Elles sont normalisées au ni3eauinternational et mises en u3re dans un @ modem A6 9e dernier est relié au- équipementsinormatiques par une interface ellemme normalisée6 Ba plus classique est .;8 alias RS /96


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Exercices

Exercice 1

Soit la suite d?éléments *inaires $ ' ' ' ' ' ' $6Représenter les si2nau- transmis lorsqu?on transmet en *ande de *ase a3ec les codes R8 code

*iphase et *ipolaire6 9iter des e-emples d?application de ce t+pe de transmission6Représenter les si2nau- transmis lorsqu?on transmet en transposition de réquence a3ec unemodulation d?amplitude 7 deu- ni3eau-8 une modulation de phase 7 deu- ni3eau-8 une modulation deréquence 7 deu- ni3eau-6 Si le dé*it D est donné8 quelle est la rapidité de modulation Y 9iter dese-emples d?application de ce t+pe de transmission6Représenter les si2nau- transmis lorsqu?on transmet en transposition de réquence a3ec unemodulation d?amplitude 7 quatre ni3eau-8 une modulation de réquence 7 quatre ni3eau-6 Si le dé*it Dest donné8 quelle est la rapidité de modulation Y 9iter des e-emples d?application de ce t+pe detransmission6

Exercice 2

E-primer et comparer les 3aleurs du dé*it *inaire et de la rapidité de modulation du modem ./('$$ *it&s a3ec une modulation de réquence (FS_) 7 deu- ni3eau-) et du modem .% (%@$$ *it&sa3ec une modulation com*inée d?amplitude 7 deu- ni3eau- et de phase 7 huit ni3eau-)6

Exercice

Dans le réseau Téle-8 on utilisait une transmission as+nchrone a3ec un alpha*et qui contient " *its par caract#re6 9omment pou3aiton coder les lettres de notre alpha*et8 les chires et les autres s+m*oles(ponctuation8 par e-emple) qui constituent cette pa2e Y

Exercice !Un terminal est relié 7 un ordinateur par une liaison as+nchrone6 Ba transmission utilise < *its de

données8 ' *it de START et *its de ST0!6 9haque rappe sur une touche du cla3ier pro3oquel?émission du caract#re correspondant codé en AS9II6 Représenter le si2nal o*tenu lorsqu?on appuiesur la touche =6


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!uelques corri"és

Exercice 1

Exercice 2Be modem ./ est le f3ieu-f modem que l,on trou3e dans le Minitel : dé*it P '$$ *it&s8 modulationde réquence simple8 rapidité de modulation P '$$ *auds8 c7d un inter3alle de temps (P'&'$$

seconde) transporte ' *itBe modem .% utilise dans le mme inter3alle une modulation d,amplitude 7 ni3eau- et modulationde phase 7 ni3eau-

e-empleil + a deu- amplitudes A' et Ail + a huit phases !'8 !8 !/8 !; !"8 !@8 !


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Les protocoles de liaison de données

+énéralités sur les %rotocoles de liaison de données

Un protocole est un ensem*le de r#2les 7 respecter pour échan2er des données dans de *onnes

conditions entre deu- équipements6 Un protocole de liaison de données a pour o*1et de rendre ia*lele circuit de données qui peut altérer les inormations transportées6Un protocole de liaison de données ournit un ser3ice spéciique supplémentaire par rapport au circuitde données : principalement la ia*ilisation de la transmission6 B?implantation d?un protocole sur unéquipement peut tre 3u comme la réalisation d?un ensem*le de procédures inormatiques : cellesciacceptent les données que 3eut transmettre l?utilisateur8 prennent totalement en char2e la transmission puis a3ertissent l?utilisateur lorsque la transmission est eectuée6 En réception8 ces mmes procédurestrans#rent 7 l?utilisateur les données reKues et si2niient 7 l?émetteur que la réception s?est *iendéroulée6 9et ensem*le de procédures est dési2né sous le terme 2énéral d? entité. Ici8 il s?a2it d?uneentité de liaison de données orant un ser3ice de transmission ia*le sur un circuit de données6B?utilisateur du ser3ice peut tre un autre lo2iciel ou un opérateur humain6

R,les et fonctions d$un %rotocole de liaison de donnéesAlors que le circuit de données est capa*le de transmettre des éléments *inaires8 les protocoles deliaison de données tra3aillent sur des *locs d?éléments *inaires appelés trames6 Ba trame est l?unité de *ase que 2#re le protocole de liaison de données6Ba trame transporte les données de l?utilisateur mais elle contient aussi des inormations de contrlequi sont nécessaires au protocole pour le *on déroulement du dialo2ue6 9ertaines trames sontd?ailleurs réduites 7 ces seules inormations de contrle6 Dans une trame8 on déinit diérentschamps6 Un champ est un *loc d?éléments *inaires dont la si2niication est précisée dans la déinitiondu protocole6 En 2énéral8 chaque champ est déini par sa place dans la trame6Il aut ensuite déinir les r#2les de dialo2ue6 Be circuit de données introduisant des pertur*ations8 ilaut pou3oir détecter les erreurs6 9eci est réalisé en introduisant une redondance dans la transmission

et en 3ériiant 7 la réception que cette redondance est conser3ée6 Si des erreurs arri3ent8 il estnécessaire de spéciier des procédures de correction des erreurs détectées6 Enin8 il est utile dedétecter les pannes d?équipement et les ruptures compl#tes de liaison pour a3ertir l?utilisateur del?indisponi*ilité du ser3ice6Déinir un protocole de liaison de données consiste donc 7 préciser : le ormat des trames8 le crit#re de dé*ut et de in de trames8 la place et la si2niication des diérents champs dans une trame8 la technique de détection d?erreur utilisée8 les r#2les de dialo2ue : les procédures apr#s détection d?erreur ou de panne et la super3isionde la liaison6

ise en forme des donnéesEn théorie8 le crit#re de dé*ut et de in de trame est indépendant de la technique de transmissionutilisée6 En pratique8 cela est au- car certains procédés utilisent des particularités du coda2e en li2ne pour délimiter les trames6 Bes solutions les plus réquentes sont la délimitation par un séquence *inaire spéciale ou l?indication directe de la lon2ueur de la trame6

3 Délimitation par séquence inaire

Bes trames sont des *locs composés d?un nom*re quelconque de *its et on parle de protocole orientébit. Une séquence spéciique de *its sert 7 délimiter les trames8 elle est sou3ent appelée fanion 3flag.Un mécanisme de transparence rend la transmission indépendante du coda2e utilisé6En 2énéral8 la suite d?éléments *inaires $''''''$ est utilisée comme anion6 Un mécanisme de

transparence est nécessaire pour é3iter l?apparition de la séquence du anion 7 l?intérieur de la trame6Il consiste8 en émission8 7 insérer dans le corps de la trame un élément *inaire de 3aleur $ apr#s a3oir rencontré " éléments *inaires consécutis de 3aleur '6 En réception8 il aut donc supprimer un élément


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*inaire de 3aleur $ apr#s a3oir rencontré " éléments *inaires consécutis de 3aleur '6 A3ec un telmécanisme8 on interdit donc l?émission de plus de " éléments *inaires de 3aleur ' sau pour ladélimitation de trames69ette méthode a l?a3anta2e de permettre la transmission de trames de lon2ueur 3aria*le8 sanslimitation8 mais elle introduit des 3ariations sur la durée de transmission des données utilisateur : cettedurée dépend tr#s lé2#rement de la 3aleur des données transmises et pas seulement de la taille decellesci6Trame contenant les données utiles sui3antes : $''$ '''' '''$ '$$'6Ba trame réellement émise est la sui3ante : *++++++* $''$ '''' '4''$ '$$' *++++++*o les anions sont marqués en italique et le *it inséré est souli2né en 2ras6

3 Délimitation par transmission de la longueur

Une autre méthode consiste 7 indiquer dans un champ particulier le nom*re d?octets contenus dans latrame6 0n peut utiliser une séquence particuli#re pour indiquer le dé*ut de la trame6 Ensuite8 un octet(ou é3entuellement plusieurs)8 dont la place est i-ée dans la déinition du protocole par rapport audé*ut de trame8 indique la lon2ueur de la trame6 9ette lon2ueur est 2énéralement e-primée en octetsmais pourrait l?tre en *its ou en nom*re de mots de '@8 /666 *its69e procédé induit une limitation dans la taille de la trame6 Si la lon2ueur est e-primée en octets etcodée sur un octet8 on est limité 7 des trames de "@ octets6 Elle a l?a3anta2e d?é3iter les pro*l#mes detransparence : le récepteur n?interpr#te en aucun cas les données reKues comme des délimiteurs6 Il nese met en attente d?une séquence de dé*ut de trame qu?7 la in de réception d?une trame6 En re3anche8elle est sensi*le 7 des erreurs de transmission : si le champ de lon2ueur est mal reKu8 le récepteur risque de perdre son cadra2e par rapport 7 l?émetteur6 !our remédier 7 ce pro*l#me8 certains protocoles introduisent alors une protection supplémentaire sur les champs de contrle69ette méthode re3ient en orce sur les liaisons de radiotéléphonie6 Ba trame est a1ustée 7 une lon2ueur i-e par a1out d?éléments *inaires de *ourra2e6 Un champ précise la lon2ueur utile6

5rincipe du contr6le de validité de l’information

!our contrler la 3alidité de l?inormation transmise8 on ad1oint 7 celleci une redondance calculée

a3ec un al2orithme spéciié dans le protocole6 A la réception8 le mme al2orithme est appliqué pour 3ériier que la redondance est cohérente : s?il + a cohérence8 on consid#re qu?il n?+ a pas eu d?erreur de transmission et on traite l?inormation reKue s?il n?+ a pas cohérence8 on est certain quel?inormation est in3alide et on ne la traite pas6

information à transmettre

algorithme de calcul

informationredondante

comparaison

Calcul à l'émission Vérification à la réception

Principe général de la détection d%erreursIl est tou1ours possi*le qu?une erreur de transmission apparaisse et que la cohérence par malchancereste 3raie : on est alors dans le cas d?une erreur résiduelle6 Be contrle aura pour o*1et de minimiser le tau- d?erreurs résiduelles6Il est é2alement possi*le que l?erreur se produise uniquement sur la redondance et non sur l?inormation mais le récepteur n?a aucun mo+en de le détecter : l?inormation reKue est déclarée non3alide et n?est donc pas traitée6


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étode de contr,le de la validité : %rotection au niveau du code

Une protection au ni3eau du code consiste 7 or2aniser une redondance interne au code o quelquesunes des com*inaisons *inaires possi*les sont retenues comme 3alides6 9e t+pe de protection est donclié au coda2e6 Une protection au ni3eau du caract#re est possi*le lorsque l?émission des données seait par caract#re : on introduit une redondance 7 chaque caract#re transmis6 !ar e-emple8 on ra1oute 7chaque caract#re un bit de parité on parle alors de parité longitudinale L0 ( Longitudinal

0edundanc# hecking )6 !our chaque caract#re8 on ait la somme des *its représentant ce caract#re6 Encas de parité dite paire8 si cette somme est paire8 on ra1oute un $ 7 la in du caract#re8 si elle estimpaire on ra1oute un '6 Ba séquence *inaire o*tenue8 appelée mot de code< est ainsi tou1ours paire6 Ala réception8 il suit de 3ériier cette parité pour considérer ou non le mot comme 3alide6Be contrle de 3alidité par parité lon2itudinale est réquemment utilisé a3ec le code 99ITT ng " sur les liaisons as+nchrones6 !ar e-emple8 le caract#re M est codé par '$$''$'8 le *it de parité est donc $60n transmettra dans cet ordre le mot de code '$''$$'$ (< *its en commenKant par les poids ai*les puis parité)6 B?incon3énient 2énéral au- contrles par parité est que les erreurs dou*les ne sont pasdétectées6

étode de contr,le de la validité : %rotection au niveau de la trame

Ba protection au ni3eau des trames est la plus classique : une redondance est ra1outée 7 chaque trameen onction de l?ensem*le des éléments *inaires qui la constituent6 !lusieurs techniques sontutilisa*les8 nous 3errons ici la parité trans3ersale et le contrle pol+nomial6

3 +ontr6le de parité transversale

0n orme un mot de contrle en aisant la somme modulo des *its de mme ran26 0n parle alors de parité verticale (.R98 .ertical Redundanc+ 9hecin2)60n associe sou3ent la parité lon2itudinale et la parité 3erticale (.R9 BR9)6 A chaque caract#re8 onra1oute un *it de parité (BR9) et un caract#re de .R9 comportant é2alement un *it de parité6 9ettedou*le parité permet d?améliorer la détection d?erreurs6

E-emple

Soit la suite de caract#res B8 8 M 7 transmettre6 Elle est codée en 99ITT ng" par les 3aleurs ;98 / et;D6 En parité paire8 les *its de parité pour chaque caract#re sont respecti3ement '8 ' et $6 Be caract#rede parité 3ertical est calculé sui3ant le ta*leau cidessous :+ ' $ $ ' ' $ $ caract#re B parité BR9+ $ ' ' $ $ ' $ caract#re parité BR9* ' $ $ ' ' $ ' caract#re M parité BR9* * + + * * + + caract#re du .R9Ba suite des éléments *inaires émise est donc $$'' $$'' $'$$ ''$' '$'' $$'$ ''$$ ''$$ si ontransmet en commenKant par les poids ai*les6

3 +ontr6le polnomial

Be contrBle pol#nomial est tr#s utilisé dans les protocoles modernes car il permet de détecter les

erreurs sur plusieurs *its6 Il est appelé couramment (par a*us de lan2a2eL) contrBle c#clique (9R98#clic 0edundanc# hecking )6 Be propos de ce para2raphe n?est pas d?en aire la théorie mais d?endécrire le processus60n consid#re la trame 7 transmettre comme un 2roupe de *its6 0n lui ait correspondre un pol+nme

P ( x) tel que le coeicient de de2ré i correspond 7 la 3aleur du i#me *it6 Bes al2orithmes de calcul seont modulo sur les pol+nmes6 ]par e-emple8 ( x x) ( x x) P x x ^60n choisit un pol+nme G( x) de de2ré r 8 appelé pol#nBme générateur. 9e pol+nme estcaractéristique du contrle6 A l?émission8 on multiplie P ( x) par xet on di3ise le pol+nme o*tenu par G( x) (di3ision euclidienne)6 0n o*tient un reste de de2ré inérieur strictement 7 r noté 0( x) :

x6 P ( x) P G( x)6"( x) 0( x)6 (')0n transmet le pol+nme T ( x) constitué 7 partir de P ( x) et du reste 0( x) déini par l?équation () :T ( x) P x6 P ( x) 0( x)6 ()

D?apr#s les équations () et (') et du ait des calculs modulo 8 ce pol+nme 3ériie :T ( x) P G( x)6"( x)8 il est donc di3isi*le par G( x)6


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Be circuit de données peut modiier l?inormation6 Soit E ( x) le pol+nme associé au- erreursapportées par le circuit6 Bes données reKues ont pour pol+nme associé $ ( x)8 lequel est déini par $ ( x)P T ( x) E ( x)6A la réception8 on di3ise $ ( x) par G( x) et on o*tient un reste 0'( x) qui 3ériie l?équation sui3ante :$ ( x) P G( x)6"'( x) 0'( x)6

Si 0'( x) est nul8 on consid#re que E ( x) est nul et que l?inormation reKue correspond 7 celle émise6 Si 0'( x) est non nul8 le pol+nme E ( x) n?est donc pas nul : le circuit de données a introduit une ou plusieurs erreurs et l?inormation reKue n?est pas prise en compte6

E-empleB?inormation '$$$$$'''$$$$'$$ est associée 7 P ( x) P x x x x x6Soit le pol+nme 2énérateur de de2ré ' : G( x) P x x x x x '6Ba di3ision de x6 P ( x) par G( x) donne : 0( x) P x x x x x x '60n transmet : ' $ $ $ $ $ ' ' ' $ $ $ $ ' $ $ ' $ ' ' ' ' $ ' $ $ $ '6

x6 P ( x) 0( x)A la réception8 on 3ériie que le reste de la di3ision par G( x) est nul6

odes d’exploitation de la liaisonBe mode d%exploitation peut tre simple-8 semiduple-8 duple- inté2ral6 Dans le mode simplex<l?échan2e de données se ait dans un seul sens6 En semi/duplex (half/duplex. il se ait dans les deu-sens mais alternati3ement : les deu- stations ne transmettent 1amais simultanément6 En duplexintégral ( full/duplex< les stations peu3ent transmettre simultanément sans aucune contrainte6

BA BA BA

SIMPLEX SEMI-DUPLEX(half duplex)

DUPLEX INTEGRAL(f ull duplex)

!ode d%exploitation de la liaisonIl est 7 noter que le mode d?e-ploitation peut tre diérent des caractéristiques du circuit : on peut par e-emple e-ploiter une liaison en semiduple- alors que le circuit permet des transmissions en duple-inté2ral6

Du %rotocole uto%ique au %rotocole - fen.tre

En considérant un e-emple simple de dialo2ue entre deu- équipements8 nous introduisons les

diérents t+pes de protocoles de liaisons de données6

7eprésentation des échanges

Be temps s?écoule sui3ant un a-e horiGontal6 Ba transmission d?une trame est schématisée par un trait2ras6 Ba lon2ueur du trait représente donc la durée d?émission de la trame6 Ba propa2ation estschématisée par une l#che lé2#rement inclinée par rapport 7 une 3erticale6 B?instant d?arri3ée de laseconde l#che au destinataire représente donc l?instant o la trame est totalement reKue6 Borsqu?unetrame est mal reKue par le récepteur8 la transmission est représentée par un trait pointillé sans l#che6


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trame

délai depropagation

A commenceà émettre latrame

A finitd'émettrela trame

B finit derecevoirla trame

tempsB commence àrecevoir latrame

durée de transmission

A

B

0eprésentation des échangesBes temporisations sont s+m*olisées par un sa*lier8 le traitement des inormations par un petiten2rena2e et la non prise en compte des inormations par le récepteur par une pou*elle

+ontr6le de flux

9onsidérons deu- équipements A et Z reliés 3ia un circuit de données parait6 A 3eut en3o+er desdonnées 7 Z6B?équipement A découpe les données en trames et transmet les trames les unes 7 la suite des autres69es trames sont appelées trames d%information et sont notées par la lettre I6 Elles respectent un certainormat permettant de déterminer le dé*ut des données utilisateurs8 la in de la trame et le t+pe detrame6 Be circuit étant parait8 toutes les données sont déli3rées sans erreur 7 Z qui les stoce pour lese-ploiter6

IA

B

I I I

?

Mémoire

Exemple d%une transmission sans contrBle de fluxSupposons que A soit un calculateur et Z une imprimante lente a3ec une capacité mémoire limitée6B?imprimante Z doit 2arder en mémoire toutes les inormations en3o+ées par A tant qu?elles ne sont pas imprimées6 Mais le r+thme d?en3oi des inormations est *ien supérieur au r+thme d?impression : il+ a donc rapidement saturation de la mémoire de Z et perte d?inormation par Z qui n?a plus mo+en deles stocer6Il aut donc mettre en place un mécanisme pour contrler le r+thme d?en3oi des inormations6 9emécanisme s?appelle le contrBle de flux.!our réaliser ce contrle de lu-8 on introduit deu- trames8 dites de supervision8 RR ( 0eceiver 0ead#)et RR ( 0eceiver :ot 0ead#)6 9es trames ne transportent aucune inormation utile6 Elles sont2énérées et e-ploitées seulement par le protocole de liaison de données pour la 2estion du dialo2ue :elles sont donc in3isi*les pour un utilisateur6Be mécanisme est le sui3ant : 7 chaque réception de trame8 la station Z en3oie une trame RR si elle est prte 7 accepter d?autres trames et une trame RR si elle ne peut plus en rece3oir de nou3elles6 Dansce dernier cas8 Z en3oie RR d#s qu?elle est 7 nou3eau prte 7 accepter des trames6


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I

RR

I

RR

I

RNR RR

I

RR

A

B

blocage

!écanisme du contrBle de fluxIl e-iste des 3ariantes de ce mécanisme : la station Z peut s?a*stenir d?en3o+er des trames RR dans lecas 2énéral6 Borsque la mémoire disponi*le descend audessous d?un certain seuil8 elle 2én#re une ou plusieurs trames RR sui3ies de trames RR lorsqu?une partie de la mémoire est li*érée6 A contrario8il est possi*le de transmettre en continu des trames RR quand la station Z a de la mémoire disponi*le(quelle que soit l?action de la station A) et des trames RR quand la mémoire est pleine6 Un tel processus est couramment utilisé pour les liaisons entre microordinateur et imprimante6 Bes trames

sont alors réduites 7 un seul caract#re8 RR est codée par le caract#re 0FF (9ontrleS) et RR par 0 (9ontrle>)6

8estion d’acquittement

Supposons maintenant que le circuit ne soit pas totalement ia*le et introduise des erreurs6 Unmécanisme de détection d?erreur comme décrit précédemment est implanté dans les stations6 Il auta1outer un processus d?acquittement. !lusieurs options sont possi*les8 par e-emple : lorsqu?une trame est *ien reKue8 la station réceptrice en3oie une trame d?acquittement et ne ait rienen cas de mau3aise réception8 lorsqu?une trame est mal reKue8 la station réceptrice en3oie une demande de retransmission 7l?émetteur et ne ait rien en cas de *onne réception6

Dans la deu-i#me straté2ie8 l?a*sence de réponse est considérée comme un acquittement : 7 chaquetrame8 la station émettrice lance une temporisation correspondant 7 l?attente ma-imale d?une demandede retransmission6 Si elle reKoit une telle demande8 elle rép#te la derni#re trame dans le cas contraire87 échéance de la temporisation8 elle consid#re que la transmission s?est *ien eectuée6 9ette straté2ieest peu ia*le b la demande de retransmission peut ellemme tre mal transmise b et peu eicace b elle pro3oque une attente s+stématique en cas de *onne transmission60n utilise donc8 le plus sou3ent8 une straté2ie d?acquittement positi 7 l?aide des trames desuper3ision précédentes (RR et RR)6 Be onctionnement de la station Z de3ient le sui3ant : si la station Z reKoit une trame correcte alors elle ren3oie un acquittement 7 l?aide de la trame RR ou RR sui3ant l?état de sa mémoire (on 2arde le mécanisme de contrle de lu-)8 si elle reKoit une trame erronée8 elle ne mémorise pas la trame et ne ren3oie aucune trame6 Aortiori8 si la station Z ne reKoit pas une trame émise par A8 elle ne réa2it pas et ne ren3oie rien

Be onctionnement de la station A est le sui3ant : 7 l?émission de chaque trame8 A lance unetemporisation correspondant 7 l?attente ma-imale d?un acquittement de Z6 D#s que A reKoit unacquittement8 elle arrte la temporisation et émet la trame sui3ante6 En cas de non réponse de Z 7l?échéance de cette temporisation ou en cas de réponse *rouillée8 A émet la trame 7 nou3eau et réit#rele processus précédent6 Be nom*re de répétitions autorisées est limité6 Audel7 d?un certain seuil8 onconsid#re qu?un incident 2ra3e s?est produit (rupture totale de la liaison8 panne de la station Z8 panned?un élément de transmission sur A ou Z666)6 Il aut a3ertir l?utilisateur que la liaison est rompue69e protocole n?est pas encore satisaisant6 En eet8 le circuit de transmission peut corrompre lestrames émises par A et aussi les trames émises par Z6


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info 0

I[inf o 0]

RR

I[info 1]

info 0info 1

I[inf o 1]

inf o 0

I[inf o 1]

RR RR

inf o 1inf o 1

A

B

I[info 0] signifie que la trame I tran

Reseaux_Protocoles_partie1

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