Réseaux Numériques de Communication, Premières définitions

Transcription

Chapitre 1
Réseaux Numériques de Communication,
Premières définitions
A) Différents type de Réseaux
I) Réseaux Informatiques
Origine : interconnexion entre des terminaux et le site central.
Puis communications avec des Périfs :
• Ressources physiques :
Imprimantes
Mémoires de masse
…
• Ressources logiques :
Base de données
Info : données
Classement relativement à la distance
0m
Bus interne
des
ordinateurs
1m
10m
Liaisons
d’interconnexion
avec périf ou entre
10Km
LAN (local area
network) : à
l’echelle de
l’entreprise /
100 Km
MAN (métropolitan area
network) : pour faire
l’interconnexion de LAN :
Cours Réseaux – RNC Licence – Introduction + couche physique
WAN ( Wide area
network : à
l’echelle du monde
– dommaine
1/51
Evolution
Transport de la voix et des images
•
•
•
Les anciennes contraintes sur les données étaient des contraintes d’intégrité
(essentiellement).
Les nouvelles contraintes sont des contraintes temporelles, d’ordre…
Commutation de paquets.
II ) Réseaux Telecom
Origine : RTC (Réseau téléphonique commuté) en 1876
Info : voix
Ł contraintes d’isochronisme
• Limitation délai d’acheminement (sans gène si <150 ms).
• Régularité de la délivrance d’information Ł pas de gigue (variation de délai)
Evolution :
•
•
•
•
Mobilité
Transport des données et de l’image
ADSL : 2mbits/s
Commutation de circuit
III ) Réseaux des cablo-opérateurs
Origine : diffusion de la TV en zone urbaine
Ł contraintes volumiques et temporelles.
Evolution :
•
•
Transport de la voix et DATA (ex : Cégetel propriétaire du câble à Amien à ouvert la
téléphonie sur le câble – Internet sur le câble).
Commutation large bande.
IV) Parenthèse
2/51
Convergence : les réseaux ne sont plus dédiés aux transports d’un type d’informations
particulières.
Ł Réseaux Numérique de communication
Transporter des bits sous contraintes multiples et variées.
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V ) RNIS
Réseaux Numériques à Intégrations de Services = ISDN (Numéris chez FT)
Idée : ajouter au service de base des services additionnels.
Intégration : transport d’infos provenant de sources diverses.
Idée 2 : avoir une interface unique utilisateur pour accéder aux différents réseaux spécialisés.
I
N
T
E
R
F
A
C
TERMINAL
RTC
X25
Satellite
I
N
T
E
R
F
A
C
Réseaux RNIS bande étroite
Interface = commutateur.
Numéris possèdent deux abonnements :
• De base : 2B + D soit 2x64 + 16 kbits/s = 144 Kbits/s
• Accès primaire : 30B + D soit 30x64 + 64 kbits/s = 2 Mbits/s
5.2 RNIS avec Réseau Sémaphore
On a intégré un réseau sémaphore :
TERMINAL
RTC
I
N
T
E
R
F
A
C
X25
Satellite
I
N
T
E
R
F
A
C
E
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Le réseaux sémaphore transporte des données de contrôle ou d’informations sur les
communications véhiculées sur les autres réseaux.
Intérêts :
• pas de gaspillage de bande passante lors de phase de numérotation (pour la
téléphonie, 20% d gain !).
• infos sur communications en cours (tarifs, identification appelant, signal
d’appel…).
Ex : Numéris : accès de base : 2B + D : 2 canaux B à 64 Kbits/s et un canal D à 16 Kbits/s Ł
sémaphore.
Pour téléphoner, on a besoin de la bande passante 300-3400 Hz soit 3100 Hz. (d’après la loi
de Shannon, fe = 6800 hz ~ 8000Hz). Chaque échantillon est codé sur 8 bits
D’ou 8000 x 8 bits = 64 kbits/s
5.3 RNIS large bande
où B-ISDN (Broadband)
On ajoute un réseau large Bande = très haut débits
5.4 Réseau large bande intégré
IBCN (Integrated Broadband Communication Network) 1 seul réseau très haut débit supporte
tout.
VI ) Les types de Réseau
6.1 Réseaux Locaux industriels
Interconnections d’automates.
• contraintes temps réels : temporelles : environ 10ms
• contraintes environnementales : champs magnétiques intenses Ł câbles spéciaux
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ex : SINEC, TELWAY, FIP, Profibus
6.2 Réseaux Domotiques
•
gestion de la maison (lumière, chauffage ).
Ex : I2C, EIB…
•
immotique : gestion technique de bâtiment :
• Réguler le chauffage
• Réguler les accès
• Alarme incendie, intrusions etc…
6.3 Réseaux embarqués
Dans les voitures, bus, trains. Dans les voitures, il existe deux types de réseaux : confort et
sécurité.
• Réseau CAN, VAN, J1850
VII) WSN Wireless Sensor Network
Des capteurs (très nombreux) qui doivent se causer. Système d’informations spontanés : des
PDA qui se parlent : rendez vous etc…
B) Modes connectés, Non connectés
I ) Def :
Demande de connexion : demande préalable faite à une entité distante pour lui proposer de
communiquer (éventuellement sans condition). Acceptation ou refus.
Connexion : relation entre deux entités distantes consécutives à une demande de
communication paramétrée ou non.
II ) Intérêts
Sécurisation,…, qualité de service… [transfert fichier, communication sous contraintes].
Objectif : définition d’un environnement de communication dans lequel les partenaires
pourront communiquer de façon optimale.
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III ) Inconvénients
Perte de temps avant le transfert des informations utiles,
Lourdeur du mécanisme.
Gênant pour certaines applications (qui ne peuvent pas attendre).
Problèmes pour les applications multipoints.
Les deux modes cohabites.
IV ) Niveau de connexions
Ex : messagerie électronique
Pas besoin d’être connecté au niveau utilisateur mais besoin d’être connecté au niveau
matériel
Ex : téléphone
Obligé d’être connecté utilisateur & matériel.
C ) Multipoints
Bipoints :
Multipoints : 1
M
N
N
2 extrêmes :
• Centralisés (1 - N)
•
totalement décentralisés :
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Problèmes du Multipoints :
• comment gérer les demandes de connexions ?
• acquittements , Retransmission : à tous ? à ceux qui ont mal reçu ? immédiate ? ou
différée ?
• contrôle de flux : privilégier les plus lents ou les plus rapides ?
C) Temps de Propagation,
d’acheminement.
de
Transmission,
Délais
I ) Temps de propagation Tp
Temps de propagation sur le support de transmission (médium) + temps de traversée
d’éventuels éléments actifs (répéteurs...).
Sur le support « vide » ou « aire » : C = 3.108 m.s-1
Sur le support métallique Vp = 2/3 C
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II ) Temps de Transmission Tt
Pour transmettre un message de n bits à une vitesse de m bits/s, il faut n/m secondes.
III ) Délai d’acheminement
Temps séparant le début de l’émission de la fin de la réception : Da = Tp + Tt.
E ) COMMUTATION
I ) Introduction
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On veut faire progresser de l’info de l’émetteur vers le destinataire.
Def : Commutateur :
Il dirige sur 1 sortie de l’information reçue de l’entrée : plus ou moins intelligent.
II ) Commutation de circuit
On établie un circuit (liaison physique) permanente entre Emetteur et récepteur pendant toute
la durée de la communication.
Ex : Les demoiselles du téléphone avec leurs fiches, le réseau téléphonique commuté…
Pb
liaison non optimisées
Ex : blanc dans les conversation
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Ex 2 : on n’utilise pas la liaison quand on lit une page ou quand on la saisie sur
le minitel : soit environ 99%.
Avantage : exclusivité.
Inconvénient : pas de partage de la liaison.
Néanmoins pour certaines applications cette commutation reste intéressante :
- phonie
- télé opérateur
III ) Commutation de message
Def : message
• suite d’informations qui forment un tout. Ex : fichier, une phrase, image…
• Longueur à priori inconnue
• Les message est envoyé de nœud en nœud vers le destinataire. Un nœud ne transmet le
message que lorsqu’il est totalement et correctement reçu. Ł le chemin n’est donc utilisé
que par morceau. Un seul segment (entre deux nœuds) véhicule le message à un instant
donnée. Les autres segments du chemin peuvent être utilisé pour d’autre communication.
D’ou une meilleure utilisation du réseau.
Inconvénients :
• Stockage de tout le message au niveau de chaque nœud. Taille du message inconnue
(éventuellement très grande) Ł beaucoup de mémoire dans chaque nœud Ł très cher !
• Si le message est très gros, par rapport au Taux d’erreur bits (BER : bit error rate) de la
liaison entre deux nœuds, le message n’arrivera jamais correctement même après de
multiples retransmission au nœud destinataire.
• Perte de temps.
IV ) Commutation de paquets
Le message est découpé en paquets de longueur maximal connu.
Avantages :
évidents : on résous les problèmes de la commutations de message
En plus c’est plus rapide car il y a parallélisme des transmission (voir
illustrations plus loin).
Moins de mémoires.
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Pb : il faut également rassembler les paquets pour reconstituer le message Ł gestion
supplémentaire. (des paquets peuvent prendre des itinéraires =/= , se doubler, être perdu,
dupliqués… Ł numérotation des paquets).
La commutation de paquets est plus performante en temps (avec ou sans erreurs). La tendance
serait donc à avoir de très petits paquets. Limite ? Tous les paquets sont accompagnés
d’informations additionnelle préconisant la route à comparer. La limite est le rapport entre
volume d’info utile et volume d’info total.
V ) Illustration
4.1 Introduction
4.1.1 Temps de propagation
Le signal met un certain temps pour se propager sur le support. De plus, sur une grande
distance, on dispose de répéteurs (nettoyage et amplification du signal) qui vont freiner le
signal.
4.1.2 Temps de transmission
Voir précédent.
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4.2 Commutation de message
Delai (E,R) = 2(Tp + Tt)
4.3 Commutation de paquets
D’ou un délai(E,R) = 2 Tp + 4/3 Tt
On a donc intérêt a avoir de petits paquets qu’on appellera cellules.
Ł commutation de cellule. Il y a néanmoins une limites.
Ordres de grandeur :
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TakenRing IBM
paquet ~ 8200 octets max
Ethernet
paquet ~ 1500 octets max
ATM
cellule ~ 53 octets max.
4.4 Commutation de messages avec erreur
Si le message fait n bits, E a transmis 2n bits
4.5 Commutations de paquets avec erreurs
Si le message fait 2 buts, E a transmis 4/3 n bits.
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VI ) Commutations Hybrides
Commutation de paquets sur circuit ?
Commutation de circuit sur commutation de paquets ?
Commutation multicircuit : établissement de plusieurs circuits simultanément.
Exemple : Numéris : 2B + D.
Pb : Multiplexage et démultiplexage de l’info.
VII ) Commutation de cellules
Rappel : cellule = petit paquet de 53 octets dont 48 utiles.
Intérêt surtout sur les grandes distances Ł WAN haut débit.
Entre la fin de l’émission et le début de la réception :
• E et R ne font rien, et peuvent donc traiter d’autres cellules.
• La cellule concerné est sur le câble qui se comporte comme un buffer
(mémoire).
CL : Si Tt<< Tp on a une grande fluidité du réseau.
Ł grande longueur et grand débit Ł Tp grand et Tt petit.
Principe retenu dans les WAN implémentant le protocole ATM (JP COUDREUSE du CNET)
Commutation de trames.
Ł voire plus tard : Frame RELAY
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Chapitre 2
Architectures de Réseaux
« Tentative » de définition d’un réseau : Dispositif de communication constitué de liens et
de nœuds orchestré par des procédures de gestion.
I ) Introduction
Problématiques de communication
Physiques :
Support de transmission ?
Signaux ?
Prises ?
Sémantique : sens de l’info
Langue
Interprétation
Logique : choix itinéraire (routage).
Le succès d’une communication résulte de respect de règles par ses différents acteurs de la
communication. Ces règles répondent aux problématique physique… sémantique. L’ensemble
de ces règles est appelé Protocoles de Communication.
Objectif : défini des standards respectés par tous ou interfacé avec d’autre standards respectés
par d’autres.
La complexité est la multitudes et la variété des problèmes à résoudre Ł classer , organisé les
problèmes de façon à résoudre tout ce qui relèvent d’un même niveau simultanément.
Normalisation de cette organisation des problèmes à résoudre.
Normalisation internationale : ISO (International Standard Organisation). Proposé en 1977, un
modèle de structuration de la problématique générale de communication.
Il faut 5 ans a partir du début de la procédure pour aller jusqu’à un DraftProtocol (Protocole
brouillon).
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[!] Il ne s’agit pas de résoudre les problèmes, mais de les organiser ! Il s’appelle le
modèle OSI (open system interconnections) IS7498.
NB : Animation de WG (working group) ISO par Zimmermann. (Français)
Problème : Naissance d’une norme :
Identification d’un problème
Mise en place de groupes de travail
Proposition d’un DIS (Draft International Protocol)
Amendable pendant 5 ans
Publication de l’IS
Ł Très Long
C’est même trop long pour certains industriels qui, par exemple, souhaitent
interconnecter leur équipement.
Ł Réunion rapide à résultats immédiats même s’ils sont incomplets et non universels.
Les Lobbies industriels ont été super importants pour l’établissement de propositions qui ont
pu rapidement être testées et qui souvent ont été ratifiés par les organisme de normalisations.
En plus, travail des laboratoires de recherche.
Tous ces travaux « non officiels » trouvent leur plus belle illustration avec le succès de
l’architecture TCP/IP qui n’est pas normalisé comme l’architecture OSI, mais qui est devenu
un standard de fait.
Enfin, ces architecture qui « datent » doivent être adaptées aux multiples besoins de
communications.
J – 30 ans : fichiers
J : voix, images…
Nouveaux besoins Ł Nouvelles architectures.
Modèle UIT (Union Internationale des Télécoms)
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II ) Normalisation
Normalisation Ł officiel ou non
Ł sectorielle ou non
Ł géographique
Officiel
Monde
ISO (UIT)
ITU (International
Telecommunication
Union
CCITT (Comit
consultatif n
i ternational
du T l gr aphe et du Tl p hone
IEEE : Institute of Electronic
and Electric Engineers
Europe
CEN (comit E urop en de
Normalisation)
Pays
Afnor (association Francaise
de Normalisation)
DIN (Deutche Institute fur
Normung)
Non Officiel
EIA ( Electronique
Industrie Association)
==> RS232 devenue V24
IEEE (Institue des Industries
Electriques Electroniques
Electrotechnique)
DSI (British Standard Institute)
ANSI (American National )
CEPT(Comit E urop en Poste
et t l co m)
ex : projet 802 (methode
d’acc s CSMA/CD,
Token Ring ) normalis
par l’ISO : IS8802
III) Le Modèle OSI
La problématique générale est partagé en grande famille de problèmes à résoudre.
Celles-ci ne sont pas indépendante. L’idée est de limiter ces liens de dépendance Ł modèle
en couche.
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Ex d’architecture de communication en couche modèle Structuré:
Expression
Mise en Forme
Transport
Solution 1 courrier postal :
Règles de
Française
la
langue
Règles de rédaction
Règles d’envois postal :
enveloppe, adresse…
Rq : Une bonne structure permet de remplacer une couche par une autres sans changer les
autres. Ex : changement de langue…
Solution 2 : téléphone
Règle de Français
Règles de conversations
téléphoniques (Allo)
Règle de composition d’un
N°…
Ł retenant chaque grande famille de problèmes à résoudre, la solution la plus adaptée au
contexte, aux contraintes… que l’on a, on va pouvoir construire le système de communication
idéal satisfaisant les besoins.
Il faut néanmoins que les interfaces soient standard. Ł normalisation des interfaces.
Le Modèle OSI
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IV ) Rôles des couches
1. Physique
Elément de base : le bit.
Rôle : coder les bits en signaux véhiculaires et les transporter chez le destinataire.
On lui confit un bit qu’elle doit acheminer à la couche physique du destinataire. Elle
s’occupe :
• du câblage (FO, coax, câble tel, sans fil…)
• connexion
BNC RJ45
• signaux
• conversion de bit en signaux.
2. Liaison de donnée
Elément de base : la trame = ensemble de bits
Deux rôles :
• Accès à la voie de transmission. Plusieurs méthodes d’accès car plusieurs
topologie (forme) de réseau.
• Corriger les erreurs de la couche physique : calculer les clé de parité, gérer les
acquittements, politiques de retransmission.
Par définition, dans le modèles OSI, les couches sont indépendante (on peut remplacer
une solution de couche N sans toucher au couche N+1 et N-1 .
Par execption dans le modèle OSI, les couche 1 et 2 ne peuvent pas l’etre, car l’accès à la voie
de transmission dépend de la topologie du réseau Ł la couche 2 est découpés en deux souscouches :
• LLC : logiciel Link Control indépendant de la couche physique.
• MAC : Medium Accès Control dépendant de la couche physique.
20/51
La couche liaison s’occupe de l’échange d’infos entre stations directement connectés (sur le
même réseau).
3. La couche Réseau
Echange d’info entre stations non directement connectées.
Elément de base : le paquet
Problème :
choix d’itinéraire : routage.
Adressage.
IP est un protocole de niveau 3 (couche réseau).
4. La couche transport
Elément de base : le message.
Couche charnière entre le monde tes transmissions (couches basses 1, 2 et 3) et le monde des
traitements (couches hautes : 5, 6 et 7). Elle a pour mission le transport du message qui lui est
confié par les couches hautes en spécifiant les conditions de celui-ci.
Q.S (Qualité de service) :
sécurité
Délai d’acheminement
…
La couche transport coupe le message en paquet et les confie à la couche réseau pour
émission. En réception, elle rassemble les paquets pour reconstituer le message en vérifiant :
Ordre
Pas de perte
Pas de duplication
La couche transport doit assurer un transport de bout en bout Ł TCP (transport Control
Protocol).
5. La couche Session
Une session c’est un échange de message, c’est un dialogue. Un dialogue doit être organisé :
c’est le travail de la couche session. On doit pouvoir gérer les points de synchronisation dans
le dialogue.
6. La couche présentation
But : représenter l’info
Crypter l’info
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Authentification du partenaire de dialogue
Homogénéisation des données.
7. La couche Transport
C’est par cette couche que l’utilisateur accède au service réseau. Elle rend transparent au
utilisateur les problèmes de réalisation de ces services.
Elles sont fonctionnelles :
• Transfert de fichiers FTP
• Messagerie électronique : SMTP (Sinple Mail Transfert protocol)
• Navigation HTTP
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V ) Formalisation d’une couche
Site A
Site B
Couche N
Couche N
N PDU (Protocol Data
Unit )
Couche N-1
Couche N-1
SDU : Service Data Unit
Une couche est formalisé par un protocole (de couche N) est un service. Le protocole
représente le dialogue « Horizontal » mais n’existe pas dans la réalité car il se fait en utilisant
les service des couches inférieur.
Le service représente le dialogue réel que l’on peut qualifier de vertical entre les couche N et
N-1 qui se rendent ce service.
Les services (SDU) prennent la forme de primitive : 4 :
• Requête : req
• Indication : ind
• Réponse : resp
• Confirmation : conf
Modèle client – serveur :
Client
Serveur
Ł req Ł
Ł ind Ł
rep
conf
Ce service doit répondre à un certain format :
Initial de la couche_nom du service.primitive
23/51
T_CONNECT.req
Un service peut etre accompagné de paramaètres
T_DATA.req (voir les données à transmettre)
Pour chaque couche, la norme prévoit un certain nombre de services.
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VI ) Encapsulation
Chaque couche pour son propre fonctionnement a besoin d’informations additionnelles.
Ex : à l’émission, la couche transport numérote les paquets pour que la couche duale chez le
destinataire puisse effectuer correctement le rassemblement.
User :
Application :
Présentation :
Session :
Transport : message
Réseau : paquets
Liaison : trame
Physique : bits
VII ) Multiplexage ou éclatement d’une connexion de transport
25/51
•
Multiplexage : grouper les PDU de plusieurs connexions de niveau N « peu
bavardes » en une PDU pour un niveau N-1 performant.
•
Eclatement : Séparation d’une PDU de niveau N « volumineuse » en plusieurs
PDU pour plusieurs niveau N peu performants.
VIII ) Architecture TCP/IP (Evolution)
Le modèle OSI reste conceptuel et est peu utilise. Simplification : le modèle TCP/IP.
Elle prend le nom de deux couches équivalentes dans le modèle OSI (couche 3 IP, couche
4 TCP).
Elle peut reposer sur n’importe quels niveaux 1 et 2. Elle est le plus souvent utilisé sur des
couches basses de type ethernet.
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Son principal intérêt, c’est sa simplicité.
Applicatif courrant de TCP/IP :
SMPT, FTP, Telnet…
TCP
IP
2
1
UDP est un protocole de la même couche que TCP (en remplacement de ce dernier) mais
beaucoup moins complexe (User Datagram Protocol) (Ł service minimal : mode non
connecté).
IX ) Modèle UIT
~1995 : 20 ans après le modèle OSI, les besoins en communications sont devenus très
différents : en 1977, transmission asynchrone de DATA, en 1995, transmission synchrone
d’image, de son Ł ère multimédia : MM.
Informations volumineuse et contrainte dans le temps.
Le modèle OSI n’est plus adapté :
• Trop de couche Ł trop long
• Traitement logiciel important avant même d’arriver sur le câble.
Idée : limiter le nombre de couches.
Les communications sont passées d’un nombre relativement faible à des proportions énormes
qui saturent les réseaux (ex : trafic routier Paris impose gestion pas GN).
Idée : mettre en œuvre des procédures de :
• Contrôle
• Supervision
• Signalisation
On obtient un modèle tridimensionnel à 4 couches.
27/51
Couche Physique : couche 1,2, et 3 de OSI.
Couche ATM : Asynchronous Transfert Mode : gère la commutation de cellule.
Couche AAL : ATM Adaptation Layer : découpe le message en cellules.
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Chapitre 3
La couche physique (modèle OSI)
Rappel On lui confie des bits pour qu’elle les achemine chez le destinataire.
Problème bits immatériels donc pas véhiculable.
Ł les transformer en grandeur physique véhiculable = signaux.
Véhiculable sur quoi ? Supports de transmission ?
Cable
Signaux
Codage
Prises
Topologie…
I ) Topologie
•
•
Squelette du réseau
L’ensemble des liens d’interconnexion entre les nœuds du réseau, ses abonnés…
1 ) Réseaux maillés
Basé sur des liaisons bipoints
• Intérêts :
o pas de pb d’accès à la voie
o Redondance des liens :
sécurité
• Inconvénients :
o Redondance des liens Ł
cher
o Problème de routage
Topologie des opérateurs qui doivent assurer
la continuité du service (redondance).
Utilisé dans les WAN
2 ) Réseau en étoile
29/51
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Basé sur des liaisons bipoints.
o La commutation entre 2 SP nécessite la médiation de la SC.
o Centralisation des risques : si SC est HS, plus de communication.
o SP bavarde Ł saturation de la station centrale
o Autant de coupleurs sur SC qu’il y a de SP
o Topologie non normalisé.
o Retenu par les PABX (Private Branch Exanche) = autocommutateurs (standards
téléphonique des entreprises).
3 ) Réseaux en bus
Idée : optimiser la longueur du câble
Ł économique en ligne et en coupleurs.
Pb :
o Il faut partager la voie de transmission
o Conflit d’accès
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o Résolution de collisions
o Problème de taille : beaucoup de stations Ł beaucoup de conflit : solution :
segmentation.
o Passage à l’échelle (Scalability).
Filtrage sur adresse. Il permet l’établissement simultané d’un échange par réseau. C’est la
topologie des réseaux de type Ethernet. Le pont fait du filtrage en fonction des machines afin
de ne pas engorger le réseau.
Loi du 20/80 : 80% du chiffre d’affaire se fait avec 20%
Câblage en étoile des réseaux Ethernet (voir bientôt).
Problématique (réseaux locaux)
•
•
S’adapter au mieux à l’architecture des bâtiments.
Banalisation du câblage (tout les 6m_ on met une prise).
o Prise tel ?
o Prise informatique ?
o …?
Il faut ensuite associer chaque prise soit au réseau téléphonique soit informatique…
Si pas de précablage
Ł tirer de très nombreuses
lignes
Ł évolution difficile
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Si on fait un précablage « étoile active» Ł évolution facile par gestion d’une baie de brassage
dans laquelle l’association de chaque prise à son réseau se fait par l’utilisation de jarretière
(quelque dizaine de cm de câble).
Equipement actif qui simule int rieurement
le hub.
•
•
Voir plus tard : hub, commutateur (switch)
Voir TD « brassage ».
Les équipements actifs ont tendance à devenir plus intelligent : lite l’adresse du destinataire et
savoir sur quel port il faut renvoyer le message.
Bande passante d’un HUB : D
Bande passante d’un switch : (N/2)xD
4 ) Topologie en boucle
•
•
Succession de liaison bi-points Ł simple
Boucle mono ou bidirectionnelle.
Problèmes :
• A Ł C nécessite la médiation de B.
• Nécessité d’un mécanisme de contournent de station hors
tension ou en panne Ł mécanisme passif.
LAN : Token Ring d’IBM (peu aujourd’hui)
MAN : réseaux fédérateurs de réseaux locaux (ex : FDDI : double boucle optique à 100
Mbits/s).
Adaptation d’une boucle : comme le bus. Utilisation d’un MAU : Multistations Attachement
Unit : simule intérieurement une boucle.
33/51
5 Architecture composite
Demain : Wireless : économie en câble.
6 Conception et exploitation architecture
Aide grace à des outils logiciels.
Ex : CSM : Cabling Systeme Management
Partie DAO : dessin topographique
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Partie Base de Données : pour contenir différents éléments.
Gestion des utilisateurs
Le logiciel permet d’aider le technicien de maintenance pour le brassage naturel et le
rebrassage.
Autres softs : ex : évolution de performance d’une topologie à partir.
- modèles des equipements d’interconnexion
- modèle du traffic (statistique).
Ł charge des switch, délai de bout en bout.
II ) Supports de transmission
= médium
Ne pas confondre support et voie de transmission
•
•
1 voie est associée à une communication
Il peut y avoir plusieurs voies sur un même support.
Propagation guidée : médium matériel : câble (FO, Coax, Paire téléphonique)
Propagation non guidée : médium immatériel : communication hertzienne, laser…
1) Paire téléphonique
2 conducteurs isolés (∅ 0.2 Ł 1 mm) torsadés l’un par rapport à l’autre.
Dans le câble classique, ont trouve 2, 4,… 8 paires.
Le tout est gainé
UTP : Unschielded Twisted Pair (paires torsadées non blindées).
STP : Schielded --- (---blindées)
(+)
pas cher
léger
souple (sens mécanique)
(-)
atténuation élevé Ł porté très limité : on ne va pas loin (quelques dizaines de mètres
<100m). Sinon répéteurs qui nettoient le signal et l’amplifient.
sensible à l’environnement (perturbation électromagnétique).
Elle influe sur son environnement.
Ł « faibles » débits.
35/51
Plus l’atténuation est forte, moins on peut aller vite.
En 2001 : 100 Mbits/s sur 100 metres.
2 ) Paire symétrique haute fréquence blindée.
∅ plus gros : meilleur cuivre.
Avant la gaine externe, on a un blindage (tresse métallique Ł cage de faraday).
Ł Plus vite, plus loin, plus sur (facteur 10).
Ł Très peu utilisé.
2) Câble coaxial
Meilleur rapport des ∅ : 3.6
Atténuation faible : 3 à 4 Km sans répéteurs à plusieurs centaines de Mbits/s.
Très bonne immunité par rapport aux perturbations extérieurs.
Deux grands standards suivant l’impédance caractéristique.
(Pour éviter le signal réfléchit, qui va s’ajouter et perturber le signal incident, il faut absorber
le signal en bout de ligne : on y place un impédance dite caractéristique)
• Standard 75 Ω : câble Commutation Antenne TV
• Standard 50 Ω : câble utilisé en « réseau » en particulier les 1er réseaux ethernet.
• Câble « jaune » ou Thick Ethernet (160 Kg/Km : RG59)
• Câble fin ou Thin Ethernet (RG 58)
3) Fibre Optique
2 milieux concentrique d’indice de réfraction différents.
FO à saut d’indice ou gradient
d’indice.
Ouverture
numérique :
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angle solide à l’intérieur duquel le signal doit etre émis pour qu’il n’y ait pas diffraction.
Conséquence : respecter les conseils de pose (rayon de courbure à ne pas dépasser).
(+)
atténuation faible Ł plusieurs dizaines de Kms (2-3 db / Km)
gros débits (Gbits/s)
très peu sensible aux parasites
léger
bon contre le piratage
(-)
cher
problème de conversion « électrique »
raccordement difficil
“lumière”
Ł Jamais utilisé dans les topologie en bus !
Utilisation en MAN (fédérateur de LAN) en boucle et WAN (Maillé)
Utilisation de la technologie DWM : 100 couleurs !!!
Leger : bien pour les réseaux embarqués.
III ) Raccordement au médium
•
•
•
Paire téléphonique :
• Prise T
• Prise RJ45, RJ11
Paire symétrique :
• Prise DIN
• Prise Canon
Coaxiaux :
• Fin : BNC
• Gros : transceiveur
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Définition :
ETTD : Equipement Terminal de Transmission de Données
Equipement utilisateur du système de communication : ex : ordinateur
ETCD : Equipement de Terminaison du Circuit de Données
Réalise l’adaptation de l’Info à émettre / recevoir par rapport aux caractéristiques du support physique.
IV ) Sens de Transmission
Communication unidirectionnelle : simplex
Communication bidirectionnelle à l’alternat : half duplex
Communication bidirectionnelle : full duplex
V ) Numérisation
Toute l’information est aujourd’hui numérisée avant d’être émise.
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Numérisation : échantillonnage Ł quantification Ł codage
VI ) Voie et support de transmission
Voie =/= support
Plusieurs voies de transmission sur un même support (plusieurs canaux TV sur un
même câble TV).
Problème : trouver le meilleur rapport performance / prix d’un support pour transporter une
information commune.
Autre expression de la problématique :
A quelle vitesse maximale (bits/s) peut on émettre des données sur un même support
dont on connaît les caractéristique, en tenant compte de son environnement ?
Ex : à quelle vitesse puis-je rouler sur une route (virage, état…) selon la circulation courante.
Capacité d’une voie de transmission = F(qualité support, environnement)
Shannon :
Cmax = BP log2 ( 1 + S/B )
Cmax en bits/s
PB : bande passante en Hz
S/B : signal sur bruit sans dimension ( S/Noise en Anglais) Ł rapport de puissance.
Puissance moyenne du signal / puissance moyenne du bruit.
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Signal = émission utile
Bruit = bruit extérieur à la voie : impulsif ex : une ligne téléphonique qui passe à coté d’une
alimentation électrique
+ bruit intrinsèque à la voie : non impulsif ex : souffle d’un amplificateur HIFI.
Cela n’interdit pas que N>S (risque d’etre cause d’erreur de transmission).
•
•
Utilisé sans dimension dans la formule
Il est généralement exprimé en dB :
(S/N)dB = 10 log10(S/N)
ex : S/N = 2 Ł (S/N)
dB
=3
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BP : Bande passante
Lorsque Precue = Pemis Ł pas d’atténuation Ł support bien adapté à cette fréquence.
BP = f2 – f1 : la bande passante, c’est l’intervalle de fréquence pour laquelle puissance reçue
reste supérieur à : Puissance _ emise (cela correspond à une perte de 3 dB).
2
Ex : Voix (téléphonique)
BP = 3400 Hz – 300 Hz = 3100 Hz
Si, sur une ligne téléphonique, S/N = 105
(S/N)dB = 50 dB
Cmax = BP log2 (1+ S/N) = 3100 log2 (1 + 105) = 51,5 Kbits/s
Cela définie la vitesse maximal du modem que l’on peut utiliser sur cette ligne téléphonique.
Bauds =/= Bits/s
La transmission d’un bit se fait pendant une durée de référence T.
T = base de temps sur laquelle on code une info.
R = 1/T : rapidité de modulation : s’exprime en Bauds (hommage à BAUDOT)
Un bit 0 ou 1 pendant T Ł 2 signaux différents qui représentent chacun un bit.
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Et si pendant T, on pouvait différencier non pas 2, mais 2n signaux différents ?
On pourrait alors émettre n bits pendant T.
Le nombre de signaux différentiables pendant la base de temps T s’appelle le nombre de
moment.
D (bits/s) = R (bauds) x log2 V
D : débit
R : rapidité de modulation
V : valence = 2n ou n est le nombre de bits représentable pendant une durée T
D=nxR
VII ) Modes de transmission
o Série ou Parallèle.
• Série : n bits sont transmis sur une ligne pendant nT
• Parallèle : n bits sont transmis sur n ligne pendant T
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o Synchrone ou Asynchrone
• Synchrone : référence temporelle commune entre E et R. Entretenue en
permanence (même lorsqu’il n’y a pas de communication). Les
transmissions se font par rapport à cette référence (ex : 1 train part toutes
les heures de Nancy vers Paris). Voir SDH - SONET
• Asynchrone : l’émetteur démarre quand il veut. Il n’y a pas entretient d’une
référence commune entre émetteur et récepteur. Ł envois d’un signal
particulier précédent les données pour synchroniser H® et H(E) (ex : bit de
start en RS232).
VII ) Multiplexage
1) Multiplexage Temporel
Tranche de temps cycliquement affectées aux voies BV sur la HV
HV = Σ BV
2) Multiplexage fréquentiel
Chaque voie BV possède une bande dans la voie HV ( ex : n canaux TV dans un câble,
à des fréquences différentes).
HV = Σ BV
3) Multiplexage statique
Temporel et fréquentiel Ł induisent un gâchis
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Ł HV < Σ BV ( cas du surbooking)
VIII) Codage
Pb de couche physique
Transformer des informations logiques (0,1) en signaux physiquement transportables.
Ł Sous problèmes :
synchronisation des horloges E et R
adaptation fréquence du signal du support (Bande passante).
Un bon « codage » peut résoudre certains de ces problèmes
2 familles :
Ł transmission en bande de base.
Ł transmission en modulation.
1) Codage en bande de base
Caractéristique principale : simplicité.
Propriétés intéressantes :
• Propriétés statiques (nombre de transitions du signal)
• Propriétés spectrales (optimisation largeur de bande nécessaire)
a) Codage NRZ
No Return to Zero
0 Ł -V
1 Ł +V
Si 0V : pas de transmission.
Avantage : simple
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Inconvénient :
• Signal monotone lorsque longue suite de 0 ou de 1 Ł impossibilité du récepteur de
caler sont horloge sur celle de l’émetteur : dérive !
• Repérage des fils nécessaire car la valeur du bit dépend de la polarité du signal.
b) Codage NRZ i
No Return to Zero Inverted.
Nécessite une initialisation.
Soit θn l’état (+ ou – V) du signal transmis lors de la nième période de H.
0 Ł θn + 1 = -θn
1 Ł θn + 1 = θn
Problème de longues suites de 0 résolu.
Problème de longues suites de 1 non résolu.
Problème de repérage des fils résolu.
c) Codage biphasé ou Manchester I
Idée : pour tout bit à transmettre, le signal correspondant doit être porteur d’une transition (le
récepteur peut donc caler son horloge sur tout les bits reçus).
Bit 0 à émettre Ł signal transmis
Bit 1 à émettre Ł signal transmis
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Problème de repérage des fils non résolu.
Nouveau problème : fréquence plus élevée du signal qu’en NRZ
Ł meilleur électronique
Ł meilleur support de transmission
D) Codage biphasé différentiel ou Manchester II
Necessite ne initialisation.
0 Ł θn + 1 = -θn
1 Ł θn + 1 = θn
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Pour les LAN (débit ~100Mbits/s) on peut assurer ce problème de fréquence et Manchester 2
est très utilisés.
F) Codage bipolaire
Pb : Wan : vitesse élevées ( ~10 Gbits/s) Ł problème de fréquence devient majeur.
Statistiquement : sur un WAN il y a toujours du trafic.
• Pas/peu de non transmission
• Pas/peu de longue suite de0 et de 1.
Codage appelé AMI : Alternate Mark Inversion
a) Bipolaire simple
0Ł0V
1 Ł θn + 1 = θn non nul (on émet l’inverse du dernier non nul)
Nécessite une initialisation
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Problème de longues suites de 0 non résolu.
Problème de fréquence résolu.
b) Bipolaire d’ordre 2
Idée : faire baisser la fréquence max du signal (lors de longue suite de 1).
0 Ł 0V
1 Ł θ2(n + 1) = -θ2
1 à transmettre Ł le signal émis est l’inverse du signal de même rang non nul précédent Ł
nécessite 2 initialisation.
c) Bipolaire Haute Densité (DHB)
Idée : Lever le dernier problème pour les WAN (longue suite de 0).
Remplacer artificiellement toute suite de (n+1) 0 par un signal non uniformément nul : BHDn.
Ex : BHD3 : remplace les séquences de 4 « 0 » successifs.
On appelle A : identique au dernier non nul et et B l’inverse du dernier non nul.
La séquence de remplacement va être : 000A si le nombre de symbole =/= 0 est impaire
depuis le début de la dernière séquence de remplacement. A00A sinon.
2) Modulation
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Voir surtout en Télécoms :
Porteuse : Acos(2Πft + ϕ)
Le bits 0 ou 1 peuvent affecter les variable A, f et ϕ.
Combinaison multiples de ces modulations de base (voir télécoms) : QPSK, QAM…
Histoire : transmission modulée utilisé pour la diffusion radio et TV (superposition de tous les
canaux sur un même câble).
Pb : lorsqu’on veut mettre sur le câble des stations qui veulent aussi pouvoir émettre.
Idée : les émetteurs potentiels envois leur signal à la tête de câble qui l’ajoute aux signaux
qu’elle diffuse. Mais le câble a une grande bande passante Ł les 2 câbles sont sur le même
support physique :
Freq basse : retour
Freq haute : diffusion
Normalisation LAN : retour à 5-116 Mhz Ł 6 canaux de 6 Mhz appelés 3,4,4A, 5, 6, FM1
Diffusion à 163-300 Mhz Ł 6 canaux de 6 Mhz : P,Q,R,S,T,U
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Elles vont par paires : 3-P, 4-Q, 4A-R, 5-S, 6-T, FM1-U
Transmission sur Fréquence porteuse
C’est de la AM, FM, PM ou hybride pour transporter 1 seul flux binaire sur le support
transmission. Ł 1 seul canal sur le câble = carrier band.
Utilisé sans les LAN mais aussi utilisé sur certaines LS.
Transmission Large Band
Plusieurs canaux sur le même support : porteuse différente Ł « Broad Bande »
X) La correction de niveau physique
But : être capable de détecter ET CORRIGER les erreurs sans demander retransmission.
Nécessite l’usage de codes redondantes.
1) Code de Hamming
Soit un alphabet de 4 symboles. Proposition d’ajouter 3 bits de parité. Chaque objet est codé
sur 5 bits.
_
00
00000
_
01
01111
_
10
10110
_
11
11001
Observons les distances de Hamming 2 à 2. Elle vaut au moins 3.
Or si il y a une erreur simple la distance de H (émis, reçu) = 1.
Pour corriger, lorsque l’on reçoit une combinaison binaire hors code, il suffit de choisir
l’élément du code le plus proche.
Si on veut détecte des erreurs doubles, il faudra un code avec une DH d’au moins 5.
D’une manière générale, si on veut corriger n erreur, il faut coder une distance de Hamming
du code de 2n + 1.
Autre code de Hamming : 4 bits utiles – 3 bits de parité.
I3,i2,i1,i0
z,y,x
7 6 5 4 3 21
I3, i2, i1, z , i0, y, x
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Lorsqu’on a un quartet I3,i2,i1,i0 à émettre, on envoie en plus les 3 bits x, y, z que l’on calcule
ainsi.
X rend paire la suite 1 3 5 7
Y rend paire la suite 2 3 6 7
Z rend paire la suite 4 5 6 7
En réception, on calcule x’ y’ z’.
On lit z’, y’ et x’
Ł si 0 : pas d’erreur
Ł si =/= 0 = k Ł bit k erroné qu’il suffit d’inverser.
Conclusion ces deux méthode (il y en a d’autre) permettent la detection et la correction. Mais
elles necessitent la transmission de nombreux bits de parité. C’est pourquoi elles sont
rarement utilisés et on préfère une correction de niveau liaison (voir plus haut).
La correction de niveau physique est néanmoins interressante dans certains cas très
particuliers.
Tp très long : 120 ms
Si on a envoyé 1000 bits à 10 Mbits/s, on a TT = 10-4 = 0.1 ms
Temps total (si retransmission non erronée !) = 480,2 ms
Si on avait utilisé un code correcteur (ex Hamming) du type 3 bits de parité pour 4 bits utiles :
Tp + Tp (1000*7/4) = 120,2 ms
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Réseaux Numériques de Communication, Premières définitions

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