Download - Téléinformatique - clarinet.u-strasbg.frclarinet.u-strasbg.fr/~merindol/uploads/Teaching/02_teleinfo.pdf · 1 Téléinformatique Antoine Gallais, Maître de Conférences Université

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Téléinformatique

Antoine Gallais, Maître de Conférences

Université Louis Pasteur, Département Informatique

Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT

[email protected]://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais

Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.

2008/2009Téléinformatique – LP SIL/ARS

Cours 2: Couche Physique

� Quels supports de transmission pour les données?

� Quelles techniques de transmission pour les données?


Couche physique (1)

� Rôle

� Etablir la connexion physique entre un système et le réseau

� Dépend du mode de transport du message

� Câbles, ondes ....

Réseau

Liaison

Physique

Réseau

Liaison

PhysiqueSous-réseau

decommunication

Sous-réseaude

communication

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Couche physique (2)

� Unité d’information

� Le bit

� Services assurés� Synchronisation

� Délimitation des informations significatives

� Modulation

� Représentation des bits

� Mécanique

� Réalisation des connecteurs

Réseau

Liaison

Physique

Réseau

Liaison

PhysiqueSous-réseau

decommunication

Sous-réseaude

communication


I. Les supports de transmission


Les supports de transmission

� Câbles� Métalliques, fibre optique☺ Hauts débits� Déploiement + coût + staticité

� Ondes☺ Mobilité et flexibilité� Débits moins élevés + sécurité (des données, des

personnes?)

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Quelques supports de transmission

� Le cable coaxial

� La paire torsadée

� La fibre optique

� L’air…


� Utilisation� Téléphonie, télévision, informatique, …

� Avantages� Bande passante max = 150 MHZ� Bonne résistance aux bruits

� Inconvénients� Encombrant� Coûteux� Non universel

Câble coaxial (1)Cœur de

cuivreIsolant Tresse

conductriceGaine protectrice isolante


Câble coaxial (2)

� Fonctionnement� Signal électrique transmis sur le fil de cuivre

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� Utilisation� Téléphonie, informatique, vidéo…

� Avantages� Bon marché� Bon débit� Largement répandu

� Inconvénients� Moins bonne résistance aux bruits

Paire torsadée (1)


Paire torsadée (2)

� Paires non blindées� UTP (Unshielded Twisted-Pair)

� Paires blindées� STP (Shielded Twisted-Pair)

� Paires torsadées avec blindage géneral� FTP (Foiled Twisted Pairs )

� Paires torsadées avec double blindage� SFTP (Shielded and Foiled Twisted Pairs)


Paire torsadée (3)

� Fonctionnement� Signal électrique transmis sur le fil de cuivre

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� Utilisation� Interconnexion de réseaux

� Avantages� Support léger, peu encombrant, sécurisé� Hauts débits sur longues distances� Pas d’interférences, pas de rayonnement

� Inconvénients� Plus cher que STP� Fragilité� Difficile à installer et à maintenir

Fibre optique (1)


Fibre optique (2)

� Fonctionnement� En entrée

� Diode électroluminescente (DEL ou LED pour light-emitting diode)� Diode laser

� En sortie� Photodiode ou phototransistor

� Plusieurs catégories de fibres� Monomode

� Trajet direct pour la lumière� Multimode

� Plusieurs trajets possibles, fonction de l’indice de réfraction de la fibre


L’air… (1)

� Ondes lumineuses� Faciles d’utilisation� Facilement perturbables

� Ondes infra-rouge� Transmission faible portée, en LoS (Line of Sight)� Ne traversent pas les objets solides

� Ondes radios (radioélectriques) ou hertziennes� Nombre d’oscillations/s = fréquence

� Distance entre deux maxima/minima = longueur d’onde

� Traverse les objets (à basses fréquences)� Longues distances mais chute rapide de la puissance

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L’air… (2)

� Fonctionnement - Générer des ondes radio� Antennes émettrices

� conducteurs métalliques� circulation de courants très haute fréquence

� Création d’un champ électromagnétique� aller-retour très rapides des électrons� Propagation => onde radio.

� Antennes réceptrices� conducteurs métalliques� Agitation des électrons lors de l’arrivée de l’onde radio� Rythme identique à celui des électrons de l’antenne émettrice� Mouvement des électrons => courant électrique


L’air… (3)

� Les ondes radio� Interférences possibles avec équipements électriques

� Faible bande passante

⇒ Contrôle strict des gouvernements sur les fréquences


L’air… (4)

� Inconvénients� Sécurité

� Accès au medium� Interférences

� Avantages� Grande facilité de déploiement

� Mobilité accrue� Plusieurs chemins émetteur/récepteur

� Réflexions, trajets multi-chemins, …

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Choix des supports de transmission

� Imposé par le lieu de déploiement� Quelle taille de zone à couvrir?� Quelle contraintes?

� Bâtiment historique, zone sinistrée, …

� Imposé par l’utilisateur final� Quel débit?� Quelle bande passante?� Quelle sécurité?� Quel coût?� Quelle utilisation?

� Événement ponctuel (salon d’exposition, LAN party, …)� Déploiement long terme

� …


Exemple à Strasbourg

� Objectif� Recenser les points d’accès déployés

� Entreprises, particuliers, …

� S’affranchir des GPS en ville

� Réalisé par R. Kuntz et G. Schreiner� Matériel

� Un vélo et un PC dans le dos

� Scan des points d’accès� Enregistrement des SSIDs

2008/2009Téléinformatique – LP SIL/ARS https://www.wifiathome.net/

Résultat: près de 20000 points d’accès trouvés!

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II. Les techniques de transmission


Caractériser les échanges (1)

� Liaison unidirectionnelle� Simplex



� Liaison à l’alternat� Half-duplex

ou

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� Liaison bidirectionnelle� Full-duplex


Définitions (1)

� Débit (b/s)� Nombre de bits par seconde traversant le circuit de données

� Capacité� Débit utile max du canal

� Fréquence� Nombre de fois qu'un phénomène temporel régulier se reproduit

identique à lui-même par intervalle de temps donné


Techniques de transmission

� Signal analogique� Variation de manière

continue dans le temps (signal sinusoïdal)

� Signal numérique� Variation de manière

discontinue dans le temps

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Série de Fourier

� Décomposition d’une fonction périodique� Somme de sinusoïdes de fréquences différentes� Fréquence temporelle exprimée en Hertz

� Définition : � soit g(t) une fonction périodique quelconque de période T,

sa décomposition en série de Fourier est :


� f = 1/T � fréquence fondamentale du signal g(t)

� c� composante continue

� an et bn� coefficients de Fourier� représentent les amplitudes respectives des

sinus et cosinus de rang n� chaque terme de rang n est une harmonique du

signal� fréquence n*f (f = fréquence fondamentale)

� Inversement, an , bn et c peuvent se calculer en fonction de g(t)


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Définitions (2)� Fréquence de coupure

� Fréquence d’un signal au-delà de laquelle le signal subit une forte atténuation

� Bande passante = f2 - f1

Bande passante Gain décroît de 20dB par décade

2008/2009Téléinformatique – LP SIL/ARS Source: Wikipedia


Spectre électromagnétique

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Relation entre bande passante du canal et signal transmis

� Affaiblissement dû au support (ou canal)� Harmoniques affaiblies non uniformément� Limité à n dB dans la bande passante

⇒ Pour une transmission correcte d’un signal, La plage des fréquences correspondant aux principales harmoniques du signal doit être comprise dans la bande passante du canal


Relation entre débit et harmoniques (1)

� D = 1/T : débit binaire en bits/sec (b/s)� T : période du bit

� Pour un débit binaire de D b/s :� temps nécessaire pour transmettre un caractère (octet) = 8/D sec� (au moins une transition par caractère)

� Fréquence de l’harmonique fondamentale: D/8 Hz

� Liaison téléphonique analogique� BP = environ 3000Hz� intervalle des fréquences de la voix: [300Hz,3400Hz]


Relation entre débit et harmoniques (2)

� Nombre d’harmoniques effectivement transmises sera approximativement : 3000/(D/8)� Quand D augmente, le nombre d’harmoniques permettant

de reconstituer le signal diminue� Cas extrême si D > 24000 : aucune harmonique reçue

� Conclusion:� limiter la largeur de la bande passante limite le débit

binaire maximum sur un canal

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Théorème d’échantillonnage

� Claude Shannon, Harry Nyquist

� Théorème : Rmax = 2 H� R = fréquence d’échantillonnage� H = bande passante de la ligne

� Exemple : si voie téléphonique de 4000 Hz=> voix échantillonnée 8000 fois/sec


Débit maximum d’un canal (1)

� Conséquence du théorème de Nyquist� V = valence du signal� Un signal comportant un nombre V de niveaux significatifs

� débit binaire maximum = Dmax = 2H log2 V

� Exemple� BP du canal = 3 000 Hz,� V=2 (signal bivalent) => Dmax = 6 000 b/s� V=4 (signal quadrivalent) => Dmax = 12 000 b/s

� Signal multivalent� Optimisation de l’utilisation de la bande passante



� Cas des canaux bruités :� S/N : rapport signal sur bruit

� S : énergie du signal� N : énergie des bruits et parasites

� Exprimé en décibels (dB)� 10 log10(S/N)

� Exemple :� S/N = 10 => 10 dB� S/N = 1000 => 30 dB

� Théorème de Shannon :� Dmax = H*log2 (1 + S/N) (max théorique)� Exemple avec H= 3 000 Hz

� S/N = 30dB => Dmax ~ 30Kb/s� S/N =10dB => Dmax ~ 10Kb/s

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� Définition :� BP à n décibels :

� Intervalle de fréquence où l’affaiblissement est inférieur à n décibels

� Affaiblissement du signal : Aff = 10 log10 Pe/Pr� Pe : puissance du signal émis

� Pr : puissance du signal reçu

� Exemple :� affaiblissement de 3 dB : 10 log10 Pe/Pr = 3 dB => Pe/Pr = 2

� la fréquence de coupure fc correspond au point où Pe/Pr = n dB pour une BP à n dB

� réseau téléphonique : BP [300, 3400] à 3 dB

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Antoine Gallais, Maître de Conférences

Université Louis Pasteur, Département Informatique

Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT

[email protected]://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais

Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.