Réseaux de transmission des données
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Réseaux de transmission des données

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Master Miage

Master Miage
Université de Nice-Sophia Antipolis

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    Réseaux de transmission des données Réseaux de transmission des données Presentation Transcript

    • RéseauxTransmission de Données Master Miage 1Université de Nice-Sophia Antipolis (Second semestre 2009-2010) Jean-Pierre Lips (jean-pierre.lips@unice.fr) (à partir du cours de Jean-Marie Munier)
    • Plan général  Introduction  Transmission des données  Liaison de données  Architecture de Réseaux, modèle 0SI, services de réseaux  Réseaux locaux détablissement, interconnexion  Services de circuit virtuels : X25, relais de trame, ATM  Architectures TCP/IP, UDP  Protocoles applicatifs de bas niveaux  Conclusion2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 2
    • Introduction historique Nature du mode de transmission Analogique Numérique Analogique ----- CoDec Nature de la (1) (4) source des informations Numérique MoDem ----- (3) (2)  (1) Réseau téléphonique analogique  (2) Ordinateur et périphériques  (3) Connexion de terminaux distants à un ordinateur central  (4) Numérisation du réseau téléphonique2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 3
    • Définitions : analogique/numérique  Une grandeur est dite : – analogique si sa mesure donne un nombre réel variant de façon continue. Il existe une infinité de valeurs pour une grandeur analogique. A toute grandeur analogique on associe une unité. – numérique si elle est contrainte à ne prendre qu’un nombres restreints de valeurs.2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 4
    • Signaux analogiques/numériques  Signaux analogiques  Signaux numériques – représentés par une – Représentés par une grandeur grandeur physique variant physique de prenant quun de manière continue certains nombre de valeurs discrètes Amplitude Amplitude V5 V4 V3 temps temps V2 V12008-2009 Réseaux : Transmission de Données 5
    • Types dinformation  Données continues ou analogiques – Variation continue dun phénomène physique – Signal électrique analogique : dont les variations sont analogues à celles du phénomène physique – Infinités de valeur possibles (entre deux limites) – Ex : voix, images fixes, images animées – Numérisation  Données discrètes – Suite déléments indépendants les uns des autres – Nombre finis déléments – Ex : texte (caractères alphanumériques) – Codage (Baudot, ASCII, EBCDIC,Unicode, Morse, Huffman, ...)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 6
    • Numérisation  3 Étapes : – Échantillonnage – Quantification – Codage  Exemple : numérisation de la voix – MIC : Modulation par Impulsion et Codage (PCM : Pulse Coded Modulation) Il existe de nombreuses autres techniques2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 7
    • Échantillonnage  Théorème de Nyquist-Shannon – Un signal à spectre limité à la bande -F/2, +F/2 (0, F/2 dans la pratique) est complètement déterminé par les valeurs échantillonnées à des instant uniformément répartis dans le temps et égaux à 1/F. => le fréquence déchantillonage doit être au minimum égale au double de la fréquence maximale du signal à échantillonner.  Passage du continu au discret sur laxe des temps (abscisse)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 8
    • Échantillonnage – Exemples ● Canal téléphonique : – plage de fréquences : 4000Hz ( en fait 300-3400Hz) – Fe = 4000 x 2 = 8000 Hz (1 échantillon toutes les 125 μs) ● CD audio : – Plage de fréquence : 20 kHz – Fe = 20 x 2 = 40 kHz (normalisé à 44,1 kHz)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 9
    • Quantification  Mesure des échantillons à laide dun nombre fini de valeurs Numérisation des échantillons  Passage du continu au discret sur laxe des ordonnées. Mesure de l´amplitude du signal avec un nombre fini de  valeurs – Approximation à la valeur discrète possible la plus proche => erreur (ou bruit) de quantification – Compression logarithme pour obtenir un bruit de quantification relatif constant2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 10
    • Codage  8 bits par échantillon en codage MIC (256 valeurs) => débit binaire = 8000 x 8 = 64000 bit/s = 64 kbit/s2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 11
    • Code ASCII2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 12
    • Circuit de données ETTD ETTD Circuit de données : = Data Circuit = Data Channel Couche Couche physique physique = Data communications facility (DCF) Jonction Support de Jonction ETTD / ETCD ETCD transmission ETCD ETTD / ETCD Circuit de données  ETTD : Equipement Terminal de Transmission de Données DTE : Data Terminal Equipement  ETCD : Equipement de Terminaison de Circuit de Données DCE : Data Circuit Terminating Equipement  Jonction ETTD/ETCD = DTE/DCE Interface2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 13
    • Représentation électrique des données (1/2) Amplitude (V) 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 V 1 1) Signal bivalent 0 0 V3 11 V2 10 2) Signal quadrivalent (Valence = 2) V1 1 V0 0 V 3) Signal biphase (Manchester) 0 Temps (s) T2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 14
    • Représentation électrique des données (2/2) Débit binaire Rapidité de modulation Type du signal (bit/s) (bauds) 1) Bivalent D = 1/T R = 1/T 2) Quadrivalent D = 1/T R = 1/2T (*) 3) Biphase D = 1/T R = 2/T (*) De façon plus générale, si v est la valence du signal : D = R x log2 v2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 15
    • Mode de transmission (1/2)  Transmission synchrone Horloge Donnéess Caractère n Caractère n+1 – Synchronisation-bit – Synchronisation-caractère2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 16
    • Mode de transmission (2/2)  Transmission asynchrone St Sp Sp st 20ms Caractère 160 ms (Exemple de transmission asynchrone à 50 bauds) St : Start bit Sp : Stop bit – Nécessité de reconnaître le début et la fin de chaque caractère – Pas de synchronisation entre 2 caractères2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 17
    • Analyse spectrale (1/2)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 18
    • Analyse spectrale (2/2)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 19
    • Bande passante dun circuit de données  Circuit de données = Filtre passe-bande  Réponse spectrale Puissance Puissance P0 P0 P1= P0 / 2 W W  Bande passante : W = f2 – f1  Bande passante à -3 décibels d un circuit réel : 10 log10 P0/P1 = 10 log10 2 ≈ 3dB – Ex: Circuit téléphonique : W = f2 – f1 = 3400 -300 = 3100 Hz2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 20
    • Rapidité de Modulation / Débit Binaire  La rapidité de modulation caractérise le nombre de changements détats (ou nombre détats significatifs) par unité de temps. – Unité : baud  Le débit binaire mesure la quantité dinformations binaires émises par unité de temps. – Unité : Bits par seconde (bps)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 21
    • Capacité dun canal de communication (1/2)  Limite de Nyquist (1924) – Pour un canal de communication de bande passante W (Hertz) la rapidité de modulation maximale Rmax (bauds) est de 2W. – Ex : ligne téléphonique W = 3100Hz => Rmax = 6200 bauds  Il est possible de transmettre plusieurs bits par baud (ex : 4 niveaux damplitude = 2bits par baud) mais est-il possible daugmenter autant quon le veut ce nombre et donc le débit binaire ? (réponse page suivante)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 22
    • Capacité dun canal de communication (2/2)  Limite de Shannon (1948) – La capacité C (bit/s) dun canal de transmission est limitée par : ✓ sa bande passante W (Hertz) ✓ le rapport signal sur bruit S C =W log 2 1  B  Ex : ligne téléphonique : W =3100 Hz S => C =3100 x log 2 101 =20 dB=100 B C ≃3100 x 6,66≃20 000 bits / s2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 23
    • Mode dexploitation dun circuit de données  Mode unidirectionnel : Circuit simplex Source Contrôleur Contrôleur Source Modem Modem de de de de (ETCD) (ETCD) données communication communication données  Mode bidirectionnel à lalternat : Circuit semi-duplex (Half-duplex HDx) Source Collecteur Contrôleur Contrôleur Modem Modem de de (ETCD) (ETCD) communication communication Collecteur Source  Mode bidirectionnel simultané : Cicuit duplex (intégral) (Full-duplex FDx) Source Collecteur Contrôleur Contrôleur Modem Modem de de (ETCD) (ETCD) communication communication Collecteur Source2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 24
    • Multiplexage  Mutiplexage Fréquentiel – FDM : Frequency Division Multiplexing – Analogique – Exemple : transmission à longue distance dans le réseau téléphonique  Multiplexage temporel – TDM : Time Division Multiplexing – numérique – Exemple : transmission à longue distance dans le réseau téléphonique ✓ Technique MIC (Modulation par Impulsion et Codage)  PCM (Pulse Coded Modulation)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 25
    • Multiplexage fréquentiel analogique (1/3) M F3 F3 D voie 3 voie 3 P3 P3 M F2 F2 D voie 2 voie 2 P2 P2 M F1 A A A F1 D voie 1 voie 1 P1 P1 Support à large bande D F1 A A A F1 M voie 1 v oie 1 P1 P1 D F2 F2 M voie 2 voie 1 P2 P2 M : modulateur D F3 F3 M voie 3 Fi : filtre voie 1 D : démodulateur P3 A : amplificateur-répéteur P32008-2009 Réseaux : Transmission de Données 26
    • Multiplexage fréquentiel analogique (2/3) P voie 1 f P P voie 2 voie 1 voie 2 voie 3 f 4 kHz 4 kHz 4 kHz f P P1 P2 P3 voie3 f2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 27
    • Multiplexage fréquentiel analogique (3/3) Nombre Largeur Bande dce Multiplex de voies de bande fréquences Groupe primaire GP 12 48 kHz 60-108kHz Groupe secondaire GS (5GP) 60 240 kHz 312-552 kHz Groupe tertiaire GT (5GS) 300 1232 kHz 812-2044 kHz Groupe quartenaire GQ (3GT) 900 3872 kHz 8516-12388 kHz2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 28
    • Multiplexage temporel numérique (1/5) F C D F voie 3 voie 3 IT3 IT3 F C D F voie 2 voie 2 IT2 IT2 F C A A A D F voie 1 voie 1 IT1 IT1 Support à large bande F D A A A C F voie 1 voie 1 IT1 IT1 F D C F voie 2 voie 2 IT2 IT2 C: codeur F D C F voie 3 D: décodeur voie 3 F : filtre IT3 A : amplificateur-répéteur IT32008-2009 Réseaux : Transmission de Données 29
    • Multiplexage temporel numérique (2/5) IT 1 IT 2 IT 3 voie 1 voie 2 voie 125 microsecondes IT : Intervalle de Temps2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 30
    • Multiplexage temporel numérique (3/5)  2 normes : – MIC 30 voies européen ✓ E1, E2, ... ✓ 32 voies (30 utiles + 1 synchro + 1 signalisation) ✓ 1 voie => 8 bits / 125μs => 64 kbit/s ✓ multiplex : E1 : 32 voies = 32 x 64 kbit/s = 2,048 Mbit/s – Systèmes à 24 voies (USA, Japon) ✓ T1, T2, ..., J1, J2, ... ✓ 1 voie = 7 bits déchantillon + 1 bit de signalisation (toute les 6 trames) ✓ 1 trame = (24 x 8bits) + 1 bit de synchro => 193 bits /125μs => 1,544 Mbit/s2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 31
    • Multiplexage temporel numérique (4/5)  PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) – Avis ITU-T G.702, G.703, G.704 ✓ Multiplex européens  E1 : 2,048 Mbit/s, équivalent à 32 slots à 64 kbit/s  (E2 : 8,448 Mbit/s, construit à partir de 4 E1)  E3 : 34,368 Mbit/s, construit à partir de 4 E2  E4 : 139,264 Mbit/s, construit à partir de 4 E3 ✓ Multiplex américains  T1 : 1,544 Mbit/s, équivalent à 24 slots à 64 kbit/s  (T2 : 6,312Mbit/s, construit à partir de 4 T1)  T3 : 44,736 Mbit/s, construit à partir de 7 T2 ✓ Multiplex japonais  J1 : 1,544 Mbit/s, équivalent à 24 slots à 64 kbit/s  (J2 : 6,312 Mbit/s, construit à partir de 4 J1)  J3 : 32,064 Mbit/s, construit à partir de 5 J2  J4 : 97,728 Mbit/s, construit à partir de 3 J32008-2009 Réseaux : Transmission de Données 32
    • Multiplexage temporel numérique (5/5)  SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – Avis ITU-T G.707, G.708, G.709 – Equivalence avec les trames de la hiérarchie SONET (Synchronous Optical NETwork) Trame SDH Débit Trame SONET STM-N (Mbit/s) STS-N (OC-N) 51,840 STS-1 (OC-1) STM-1 155,520 STS-3 (OC-3) STM-4 622,080 STS-12 (OC-12) 1244,160 STS-24 (OC-24) STM-16 2488,320 STS-48 (OC-48)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 33
    • Support de transmission  Paires Métalliques  Paires coaxiales  Faisceaux hertziens  Satellites de communications  Fibre optiques2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 34
    • Paires métalliques (1/3)  Paires de fils métalliques torsadées (twisted pairs) : – Limitation de la diaphonie (crosstalk)  Caractéristiques ✓ Diamètre des fils de cuivre souvent inférieur à 1 mm ✓ Atténuation pour une paire de 0,6 mm de diamètre : ≈ 10 dB/km à 100kHz, 40 dB/km à 10MHz ✓ Impédance caractéristique dépend de :  la fréquence (ex: 600 Ω à 1000Hz, 100 Ω à 1MHz)  des caractéristiques de lisolant (souvent 100, 120 ou 150 Ω aux fréquences considérées) ✓ Adjonction possible dun blindage (par paire ou pour lensemble des paires)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 35
    • Paires métalliques (2/3)  Lignes dabonnés : – 30 millions de lignes principales en France – Ligne « 2 fils » : Lmoy ≈ 3km Ø = 0,4 à 0,8 mm – Utilisées au début pour la transmission de signaux analogiques – Réutilisés (le plus souvent) dans laccès de base RNIS (144 kbit/s)  Câblage détablissement – Raccordement téléphonique intérieur (paires de qualité voix ou catégorie 3) autour dun PABX (Private Automatic Branche eXchange) d impédance proche de 100Ω – Transmission de données sur paires de qualité donnée ou catégorie 5 dimpédance proche de 150Ω2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 36
    • Paires métalliques (3/3) – Type de câbles : ✓ Paires non blindées  UTP : Unshielded Twisted Pair ✓ Paires blindées  STP : Shielded Twisted Pair – Systèmes de pré-câblage ✓ ICS (IBM) : IBM Cabling System ✓ BCS (Bull) : Bull Cabling System ✓ Open Link (DEC) ✓ PDS Systimax (AT&T)2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 37
    • Paires coaxiales  Grande bande passante  Exemples: – Système 12MHz = 2700 voies sur coax 1,2 / 4,4 Répéteurs tous les 2 km – Système 140 Mbit/s = = 1920 voies sur coax 1,2 / 4,42008-2009 Réseaux : Transmission de Données 38
    • Liaisons optiques (1/3)  Composants : – Source de lumière ✓ Longueur donde ≈ 1000 nm ✓ Diode  éléctroluminescente (LED Light Emitting Diode) 0,1mW  Laser 10mW – Fibre optique : guide dondes lumineuses – Détecteur de lumière ✓ Photodiode de type PIN (Positive Intrinsic Negative) ou diode avalanche2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 39
    • Liaisons optiques (2/3)  Caractéristiques – PRO ✓ Bande passante élevée : ≈ 1 GHz.km => débits binaires importants ✓ Affaiblissement linéique faible : ≈ 1 db/km => pas damplification de plusieurs dizaines de km ✓ Insensibilité aux perturbations électromagnétiques ✓ Aucun rayonnement généré ✓ Matières premières à bon marché ✓ Faible poids et faible volume – CON ✓ Raccordements (épissures optiques) délicats sur le terrain ✓ Dérivations difficiles => limitation aux liaisons point à point – Progrès sur amplification optique et le Mux en longueur donde2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 40
    • Liaisons optiques (3/3)  Dimensions – Diamètre du cœur et de la gaine : ✓ quelques dizaines de μm ✓ Exemples : 62,5/125 50/125 100/140 10/1252008-2009 Réseaux : Transmission de Données 41
    • Propagation sur fibbe optique2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 42
    • Types de fibres optiques (1/3)  Multimode à saut dindice – Largeur de bande : 50 MHz.km – Atténuation : 3 dB/km à λ = 850nm (portée 10km) – GaAS pour LED, Si pour photodiode2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 43
    • Types de fibres optiques (2/3)  Multimode à gradient dindice – Largeur de bande : 1 GHz.km – Atténuation : 1 dB/km à λ = 1300nm (portée 30km) – AIGaAS pour LED, Ge ou InGaAsP pour photodiode2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 44
    • Types de fibres optiques (3/3)  Monomode – Largeur de bande : 100 GHz.km – Atténuation : 0,3 dB/km à λ = 1550nm (portée 100km) – InGaASP pour LED, Ge ou InGaAsP pour photodiode2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 45
    • Faisceaux hertziens  Gamme 1-15GHz (surtout 4-6 GHz)  Directivité du faisceau  Portée: 50 à 100 Km2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 46
    • Satellites de communications  Géostationnaires – Orbite équatoriale ✓ Altitude = 36000 Km (loi de Keppler) ✓ Délai de transmission aller-retour ≃ 300 ms – Bandes de fréquences : 6/4 GHz, 14/12 GHz, ... – Plusieurs répéteurs (transpondeurs) – Fonction de diffusion  Non géostationnaires – Satellites à défilement à orbite basse ✓ LEO : Low Earth Orbit2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 47
    • Satellites à défilement (1/2)  Orbite basse : 700 à 1500 Km  Exemples : – Skybridge (Alcatel) http://www.skybridgesatellite.com ✓ 80 satellites ✓ Orbite = 1470km => retard ≃ 30ms ✓ Débits résidentiels : 20 Mbit/s (downlink) / 2Mbit/s (uplink professionnels : 3 à 5 fois plus – Globalstar (consortium Loral-Qualcom) http://www.globalstar.com/ ✓ 48 satellites ✓ Orbite = 1414 km ✓ Service : téléphonie2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 48
    • Satellites à défilement (2/2)  Exemples (suite) : – Teledesic ✓ Partenaires : Bill Gates, Mc Caw, Motorola, Boeing ✓ 288 satellites en 12 plans de 24 satellites ✓ Débits : uplink ≤ 2 Mbit/s downlink ≤ 64 Mbit/s ✓ Projet arrêté en octobre 2002 – Orbcomm (Canada) http://www.orbcomm.com/ ✓ Constelletion de 29 satellites (48 max prévus) ✓ Orbite = 825 km ✓ Débits : uplink ≤ 2400 bit/s downlink ≤ 4800-9600 bit/s ✓ En service depuis 19952008-2009 Réseaux : Transmission de Données 49
    • ETCD  Equipement de Terminaison de Circuit de Données ETTD ETCD Support de transmission Jonction ETTD / ETCD  2 Types – MoDems à transposition en fréquence – Convertisseurs (« MoDems ») en bande de base2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 50
    • Modem à transposition en fréquences (1/2)  Modulation dune porteuse : – Le signal à émettre fait varier un des paramètres dune onde sinusoïdale : A sin t ✓ Amplitude : A  2  ✓ Pulsation : = =2  N T ✓ Phase: 2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 51
    • Modem à transposition en fréquences (2/2)  Le signal peut être précédemment traité pour assurer un maximum de transitions (brouillage)  Stockage temporaire des signaux à émettre dans le cas de modulations à plusieurs niveaux  Caractéristiques: – vitesse de transmission – type de connexion : 2fils, 4 fils – mode de transmission : synchrone, asynchrone – type de modulation – rapidité de modumation2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 52
    • Convertisseurs en bande de base  Codage des informations binaires pour : – supprimer la composante continue du signal – limiter la largeur de bande du signal2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 53
    • Transmission en bande de base (1/2)  Bande de base à 2 niveaux 1 Signal dhorloge 0 1 Messages 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 de données 0 a Code binaire NRZ -a a Code biphase -a a Code biphase différentiel -a a Code de Miller -a2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 54
    • Transmission en bande de base (2/2)  Bande de base à 3 niveaux 1 Signal dhorloge 0 1 Messages 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 de données 0 a Code bipolaire -a a Code bipolaire dordre 2 -a2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 55
    • Bande de base : spectres2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 56
    • Types de modulation simples2008-2009 Réseaux : Transmission de Données 57