Réseaux

M1 Informatique
Réseaux
Cours 1bis – Couche Physique
Notes de Cours
par laquelle l’information est effectivemnt transmise. Les technologies utilisées sont celles du traitement du signal. Nous les aborderons
brièvement ici.
L
1
A COUCHE PHYSIQUE EST LA COUCHE
Plan
OSI
2
TCP/IP
Application
7
Application
6
Presentation
5
Session
4
Transport
Transport
3
Network
Internet
2
Data link
Host-to-network
1
Physical
Not present
in the model
Fonctions de la Couche Physique
2.a
Fonctions Fondamentales
— Transmission physique :
support électrique, électromagnétique, ...
E. Godard
http://www.lif.univ-mrs.fr/~egodard/ens/reseaux/
M1 Informatique
R ÉSEAUX
Réseaux : Cours 1bis
— Tranformation d’une suite de bits en signaux
et inversement
— Faire abstraction du support physique :
adaptation au support,
— Partage du support,
2.b
Transmission
— Information : état logique (suite de 0 et 1) ←→ état du support (signal)
— Signal :
— états physiques possibles : amplitude, fréquence, phase
— un symbole correspond à un état physique du système
— valence V : nombre de symboles physiques utilisés
2.c
Signaux
0
1
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
0
(a)
(b)
(c)
(d)
Phase changes
(a) Signal binaire (b) modulation d’amplitude (c) modulation de fréquence (d) modulation de phase
2
2.d
M1 Informatique
R ÉSEAUX
Réseaux : Cours 1bis
Débits
Rapidité de modulation
— nombre de symboles physiques par unité de temps,
— k est le nombre de tels “états physiques codants” émis pendant T secondes.
— Rm = k/T (en bauds) :
Débit binaire : — nombre de bits transmis par unité de temps,
— un signal de valence V transmet donc log2 V bits par symbole,
— D = Rm log2 V :
Attention : un baud peut correspondre à plusieurs bits/s.
2.e
Exemple : Modem
La modulation consiste à tranformer une suite binaire en signal physique en faisant varier
une de ces caractéristiques physiques :
— amplitude,
— phase,
— fréquence.
La démodulation est l’opération inverse.
— Modem : Modulateur / Démodulateur
— Modulation combinée : variation sur plusieurs caractéristiques (en général phase et
amplitude).
2.f
Diagramme de Constellation
Représentation de l’onde ( amplitude + phase ) dans le plan complexe :
”
z(t) = Aeiωt+ ϕ = Aeiϕ × eiωt
”
”
= z0 eiωt
”
90
90
180
90
0
0
180
0
270
270
270
(a)
(b)
(c)
Les positions des points dans le plan complexe représentent z0 , les paramètres (phase et
amplitude) des ondes électriques correspondantes.
3
2.g
M1 Informatique
R ÉSEAUX
Réseaux : Cours 1bis
Multiplexage
Objectif : utiliser le même support physique pour transmettre simultanément plusieurs
signaux physiques, => plusieurs suites binaires en parallèle
— même type de codage
— fréquence de base différente
— Traitement du signal via la numérisation
Exemple : ADSL (Assymetric Digital Suscriber Line)
Power
256 4-kHz Channels
0
25
Voice
3
3.a
1100 kHz
Upstream
Downstream
Traitement du Signal
Définitions
La numérisation est la transformation d’un signal physique en suite binaire.
L’échantillonnage est une des étapes de la numérisation, elle consiste à mesurer la valeur
du signal à (petits) intervalles réguliers.
Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier )
— Fonction ” f : R −→ R”, ”2π” périodique
1
0
0
1
1
0
Time
— On a
0
0
1
rms amplitude
3.b
0
T
0.50
0.25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Harmonic number
(a)
1
1 harmonic
f (t) = c
∞
∑0 an sin(nt)
∞
∑0 bn cos(nt)
+
+
an =
bn =
1
(b)
2 harmonics
1
0
— avec
c =
0
1 2
(c)
Z 2π
1
2π
Z
1
π
Z
1
π
0
2π
0
2π
0
4 harmonics
1
f (t)dt
0
1 2 3 4
(d)
f (t) sin(nt)dt
8 harmonics
1
f (t) cos(nt)dt
0
1 2 3 4 5 6 7 8
Harmonic number
Time
(e)
4
R ÉSEAUX
Réseaux : Cours 1bis
3.c
M1 Informatique
Débits Maximaux Théoriques
Théorème de Nyquist pour un canal parfait (=> sans bruit)
”
debit binaire maximal = 2F log2 V bit/s
”
Idée de la preuve Un signal émis en dessous d’une bande passante F peut être reconstitué
avec un échantillonnage équivalent à 2F par seconde.
Ex : canal 3000Hz avec signal binaire (=> deux niveaux de valence) => débit ne peut pas
dépasser 6000 bits/s
Conséquence Pour augmenter le débit, il suffit( ?) d’augmenter la valence
3.d
Théorie de l’Information
Rapport Signal/Bruit ce rapport est exprimé en Décibels (dB)
”
(S/B)db = 10 log10 (S/B)bits/s
”
Théorème de Shannon Débit binaire maximal (théorique) dans un canal bruité de bande
passante F et de rapport signal-bruit S/B : ”
debit = FHz log2 (1 + S/B)
”
Exemple Ligne téléphonique classique, bande passante de 3000 Hz, rapport signal bruit de
30 dB.
Celle-ci ne pourra jamais transmettre à un débit supérieur à 30000 bit/s, quels que soient
le nombre de niveaux utilisés ou la fréquence d’échantillonnage.
4
4.a
Pour Résumer
Pour Résumer : Paire Torsadée
- Câble électrique torsadé en cuivre Ex : Ethernet RJ45,
réseau téléphonique (boucle locale)
— Propagation en 5,3 µs/km,
— Débit jusqu’a 1000 Mbit/s,
— Jusqu’à 1 km sans répéteur (selon catégorie),
— Coût faible => très répandu.
Exemple Ethernet 100BaseTX à 100Mbits/s, 2 paires torsadées, catégorie 5, transmission
en bande de base, codage Manchester, topologie bus avec hub, segment de 100m maximum.
5
R ÉSEAUX
Réseaux : Cours 1bis
4.b
M1 Informatique
Pour Résumer : Câble coaxial
— Meilleur blindage que la paire torsadée.
— Propagation en 4,1 µs/km, haut débit : jusqu’à
plusieurs GHz.
— Propagation sur plusieurs kilomètres.
— Peu sensible au bruit.
— Coût plus élevé que la paire torsadée.
Exemple Ethernet 10Base5 à 10Mbits/s, coaxial 50 , transmission en bande de base, codage
Manchester, topologie en bus, segment de 500m maximum Télévision câblée, signal modulé,
distances jusque 100km, multiplexage multicanaux.
4.c
Pour Résumer : Fibre optique
— Très peu sensible au bruit => “abolit” limite Nyquist /
Shannon
— Très haut débit théorique (> 50Tbits/s)
— Propagation en 5 µs/km, débit courant de 1GHz.
— Propagation sur de très longues distances.
Exemple Ethernet 1000BaseSX à 1Gbits/s, fibre monomode, transmission en bande de base,
codage manchester, topologie en bus, segment de 5km maximum
4.d
Pour Résumer : Courant Porteur en Ligne
— Utilisation du réseau électrique domestique
(220V, 50Hz)
— Gros problème de bruits, atténuations, échos ...
— Bas débit : modulation de fréquence, 20kbits/s
— Haut débit : multiplexage OFDM, de 14Mbits/s à
800Mbits/s
6
Réseaux : Cours 1bis
4.e
—
—
—
—
—
—
R ÉSEAUX
M1 Informatique
Pour Résumer : Transmission sans fil
Wifi, Bluetooth, ...
Plus de câbles,
Itinérance des systèmes,
Réseau à diffusion : sécurité par cryptage,
Système/système ou système/station,
Problème de l’allocation du spectre électromagnétique.
Exemple WiFi à 54 Mbits/s, modulation de phase, bande ISM des 2,4GHz, jusqu’à 400m
sans obstacles, 100m avec obstacles.
7
Réseaux : Cours 1bis
4.f
—
—
—
—
—
R ÉSEAUX
M1 Informatique
Pour Résumer : USB sans fil
Norme future pour étendre et remplacer l’USB (filaire)
fréquence 3,1 à 10,6 GHz
portée 10m
débit de 110 à 480 Mbits/s
chiffré (authentification manuelle)
8