architecture des réseaux

I n f o r m a t i q u e

Synthsede cours

exercicescorrigs

&

collectionSynthex

Lexpos des principales caractristiques des rseaux : protocoles, architectures de communication, rseaux locaux, TCP/IP

Une centaine dexercices avec leurs corrigs dtaills

Sur www.pearson.fr : des exercices complmentaires et un chapitre sur la scurit des rseaux

Danile DROMARDDominique SERET

Architecturedes rseaux

Informatique

&

Architecturedes rseaux

Danile Dromard Universit Pierre et Marie Curie (Paris 6)

et Dominique SeretUniversit Ren Descartes (Paris 5)

collectionSynthex

Synthsede cours

exercicescorrigs

ISBN : 978-2-7440-7385-4ISSN : 1768-7616

2009 Pearson Education France

Tous droits rservs

Composition sous FrameMaker : IDT

Toute reproduction, mme partielle, par quelque procd que ce soit, est interdite sans autorisation pralable. Une copie par xrographie, photographie, fi lm, support magntique ou autre, constitue une contrefaon passible des peines prvues par la loi, du 11 mars 1957 et du 3 juillet 1995, sous la protection des droits dauteur.

IIISommaire

Sommaire

Les auteurs ..................................................................................... V

Introduction ..................................................................................... VI

Chapitre 1 Les transmissions et les supports .................................. 1

Chapitre 2 Les protocoles de liaison de donnes ............................ 25

Chapitre 3 Les concepts gnraux des rseaux ............................. 57

Chapitre 4 Les architectures de communication ............................. 89

Chapitre 5 Les rseaux locaux dentreprise ................................... 105

Chapitre 6 Le protocole IP (Internet Protocol) ................................. 147

Chapitre 7 Les protocoles de transport .......................................... 175

Chapitre 8 Le routage .................................................................... 199

Chapitre 9 Les applications ........................................................... 217

Index ..................................................................................... 245

VLes auteurs

Les auteurs

Danile DROMARD, matre de confrences luniversit Pierre et Marie-Curie (Paris 6).Son domaine denseignement et de recherche concerne les architectures informatiques etles rseaux. Elle est responsable de lunit denseignement introduction aux rseaux entroisime anne de licence dinformatique. En outre, elle enseigne les principes de base delarchitecture des ordinateurs dans lunit denseignement machines et reprsentation .Elle a publi plusieurs ouvrages sur les rseaux informatiques, dont Rseaux et tlmatique,Eyrolles, Rseaux informatiques, cours et exercices, Eyrolles, LArchitecture SNA, Eyrolles.

Dominique SERET, professeur luniversit Ren-Descartes (Paris 5), est directrice delUnit de Formation et de Recherche en mathmatiques et informatique. Elle enseigne lalogique, lalgorithmique et lintroduction aux rseaux en licence dinformatique, ainsi quela scurit des rseaux en master MIAGE. Son domaine de recherche concerne plus particu-lirement les rseaux et lvaluation des performances. Elle a publi plusieurs ouvrages eninformatique, dont Rseaux et tlmatique, Eyrolles, Rseaux informatiques, cours et exerci-ces, Eyrolles, RNIS, description technique, Masson, Introduction aux rseaux, Herms.

Ensemble, elles ont crit plusieurs articles pour lEncyclopaedia Universalis.

VIIntroduction

Introduction

Les rseaux informatiques sont devenus incontournables aujourdhui. Ils sont employsdans toutes les entreprises et mme chez les particuliers. Ils permettent de mettre en uvredes applications trs diverses, des plus simples aux plus sophistiques. La plus connue est lanavigation sur le Web, cest--dire le partage dinformations grce Internet.

Quil sagisse de rseaux locaux, de rseaux sans fil, de rseaux doprateurs ou de petitsrseaux privs, ils obissent tous des principes de structuration quil est indispensable decomprendre. Ils utilisent une architecture en couches, dans laquelle la communicationentre ordinateurs obit des rgles prcises dfinies par des protocoles de communication.Les protocoles les plus connus sont TCP et IP, ils ont donn leur nom larchitecture TCP/IP.

Le Synthex Architecture des rseaux offre un cadre pratique qui permet dacqurir la matrisedes rseaux informatiques, en associant troitement ltude des mcanismes de communi-cation celle des protocoles. Aprs avoir prsent les supports de transmission et le codagedes signaux en ligne, il tudie chacune des couches de protocoles en proposant des exercicesadapts chaque notion. Louvrage expose les fondamentaux des architectures de rseaux etprsente les notions dadressage, de routage et dinterconnexion de rseaux. Cette prsenta-tion est accompagne de nombreux exemples et exercices qui montrent la puissance duprincipe de structuration en couches et de lencapsulation.

Cet ouvrage est issu dun enseignement dispens de nombreuses fois des tudiants en for-mation initiale mais aussi des apprenants en formation continue. Il a lambition de rpon-dre lattente de tous ceux qui veulent comprendre le fonctionnement des rseaux et deleurs protocoles.

Le planLes architectures de rseaux informatiques et leurs protocoles sont exposs au cours de neufchapitres de la faon suivante :

Chapitre 1 : Transmissions et supports. Ce chapitre prsente les lments de base de latransmission et montre comment les signaux lectriques, lumineux ou lectromagntiques,se propagent dans des supports comme les cbles ou les fibres optiques et permettent ainsila communication entre quipements informatiques distance les uns des autres.

VIIIntroduction

Chapitre 2 : Les protocoles de liaison de donnes. Centr sur les mcanismes de base de lacommunication entre deux quipements informatiques, le contrle de la validit des mes-sages transmis et du rythme de la transmission, lutilisation de la temporisation, ce chapitremontre le rle du protocole de liaison de donnes.

Chapitre 3 : Les concepts gnraux des rseaux. Il gnralise la communication plu-sieurs quipements pour constituer un rseau. Il expose les besoins dadressage, de rou-tage et de partage des ressources entre les diffrentes communications. Il dtaille lesdiffrentes solutions de commutation mises en place pour plusieurs exemples de rseaux :rseaux tlphoniques, rseaux de donnes, Internet.

Chapitre 4 : Les architectures de communication. Il montre lintrt de la normalisationpour la dfinition dune architecture en couches et aborde les variantes conues pour lesrseaux locaux et Internet.

Chapitre 5 : Les rseaux locaux dentreprise. Prsents partout, ils constituent lenviron-nement initial de toutes les entreprises et de tous les particuliers pour accder Internet.Ethernet est le produit le plus rpandu. Ce chapitre dtaille son fonctionnement ainsi queses volutions vers des dbits plus levs et vers lutilisation des commutateurs. Il expliquegalement les spcificits des rseaux sans fils.

Chapitre 6 : Le protocole IP. Cest le protocole phare de larchitecture TCP/IP. Ce chapitreexplique son fonctionnement mais aussi ses limitations. Il montre comment un data-gramme est trait dans linterconnexion de rseaux que constitue Internet.

Chapitre 7 : Les protocoles de transport. Pour lutilisateur, la qualit du service rendu parInternet peut tre insuffisante. Ce chapitre montre comment un protocole de transportcomme TCP pallie les dfaillances du rseau. Il illustre la rcupration des messages perdus, ladtection des messages dupliqus et le contrle de flux ou de dbit.

Chapitre 8 : Le routage. Ce chapitre montre les problmes spcifiques de recherche dunchemin travers un rseau et explique comment les routeurs communiquent entre euxpour partager les informations sur ltat des liaisons du rseau. Il illustre par des exemplesles deux principaux algorithmes de recherche du plus court chemin.

Chapitre 9 : Les applications. Ce chapitre dcrit les principales applications qui ont justi-fi la construction des architectures de communication : le courrier lectronique, le transfertde fichiers, la navigation sur le Web.

Le lecteur pourra galement trouver sur le site www.pearsoneducation.fr deux chapitressupplmentaires :

Scurit et mobilit. Ce chapitre aborde les diffrents services de scurit et les mcanis-mes mis en place pour assurer cette scurit : le chiffrement, les signatures numriques, lescertificats, les pare-feu

tudes de cas. Ce chapitre aborde des aspects transversaux, avec une approche en couchesconforme larchitecture des rseaux.

Les exercices, qui occupent la moiti du livre, sont intgralement corrigs et permettent aulecteur dapprhender, de faon progressive, toutes les notions de base des architectures derseaux. Tous les noncs sont le fruit dune exprience pdagogique diversifie. Ils ont ttests et ont prouv leur efficacit.

11

Chapitre

Les transmissions et les supports

Un rseau suppose plusieurs quipements informatiques

(ordinateurs) situs distance les uns des autres.

La premire chose mettre en uvre pour constituer

le rseau est la transmission des informations dun

quipement lautre : on utilise, pour cela, des supports

de transmission dont nous prsentons les caractristiques

principales dans les deux premires sections de ce

chapitre. De plus, chaque nature de support correspond

une forme particulire du signal qui sy propage.

Il faut donc fabriquer les signaux, grce lquipement

communment appel modem . Les techniques de

transmission et linterface entre lordinateur et son modem

sont normalises pour assurer linteroprabilit des

quipements. titre dexemple, nous dcrivons

brivement le raccordement ADSL dans la dernire

section.

1. Supports de transmission ............ 22. Caractristiques globales

des supports de transmission ...... 43. Fabrication des signaux :

techniques de transmission ......... 74. Caractristiques

dune transmission ................. 1115. ADSL (Asymmetric Digital

Subscriber Line) ....................... 13Problmes et exercices1. La notion de dcibel.................. 152. valuation dun rapport

signal/bruit (S/B) .................... 153. Dbit binaire et rapidit

de modulation ......................... 164. Signaux transmis en bande

de base et par modulation ........ 165. Code Manchester et autres codes 176. Formule de Shannon ................ 187. Connexion Internet ................ 198. Caractristiques des modems

V23 et V29 ............................. 199. Modem normalis V32 ............ 2010. Systme de radiomessagerie .... 2111. Codage des informations ......... 2212. Interface ETTD ETCD ............. 2313. Principes de fonctionnement

de lADSL ................................ 24

2 Architecture des rseaux

1 Supports de transmission

Les supports de transmission (dcrits brivement dans cette premire section) sont nom-breux. Parmi ceux-ci, trois familles sont distinguer : les supports mtalliques, nonmtalliques et immatriels. Les supports mtalliques, comme les paires torsades et lescbles coaxiaux, sont les plus anciens, les plus largement utiliss et servent transmettredes courants lectriques. Les supports de verre ou de plastique, comme les fibres optiques,transmettent de la lumire, tandis que les supports immatriels des communications sansfil transmettent des ondes lectromagntiques et sont en plein essor.

1.1 PAIRES TORSADES

Une paire torsade non blinde (UTP, Unshielded Twisted Pair) se compose de deuxconducteurs en cuivre, isols lun de lautre et enrouls de faon hlicodale autour de laxede symtrie longitudinal (voir figure 1.1).

Lenroulement rduit les consquences des inductions lectromagntiques parasitesprovenant de lenvironnement. Lutilisation la plus courante de la paire torsade est le rac-cordement des usagers au central tlphonique (la boucle locale) ou la desserte des usagers derseaux privs. Son principal inconvnient est laffaiblissement des courants transmis, dautantplus important que le diamtre des conducteurs est faible. Les paires torsades contiennent, intervalles rguliers, des lments appels rpteurs qui rgnrent les signaux transmis.Quand plusieurs paires sont rassembles dans un mme cble, les courants quelles trans-portent interfrent les uns avec les autres. Ce phnomne est appel diaphonie.

Pour les rseaux locaux dentreprise, o les distances se limitent quelques kilomtres, lapaire torsade peut suffire. Ses avantages sont nombreux : technique matrise, facilit deconnexion et dajout de nouveaux quipements, faible cot. Certains constructeurs pro-posent des paires torsades blindes (STP, Shielded Twisted Pair). Enrobes dun conducteurcylindrique, elles sont mieux protges des rayonnements lectromagntiques parasites.Une meilleure protection prvoit un blindage par paire.

1.2 CBLES COAXIAUX

Pour viter les perturbations dues aux bruits externes, on utilise souvent deux conducteursmtalliques cylindriques de mme axe spars par un isolant. Le tout forme un ensembleappel cble coaxial (voir figure 1.2). Ce cble prsente de meilleures performances que la pairetorsade : affaiblissement moindre, transmission de signaux de frquences plus leves, etc.

La capacit de transmission dun cble coaxial dpend de sa longueur et des caractristiquesphysiques des conducteurs et de lisolant. Sur 1 km, un dbit de plusieurs dizaines de Mbit/speut tre atteint alors que sur des distances plus courtes, des dbits suprieurs sont possibles.Sur des distances suprieures 10 km, les dbits de transmission sont infrieurs 10 kbit/s.

Figure 1.1Paire torsade.

2 conducteurs mtalliquesenrobs d'isolant et torsads

3Les transmissions et les supports

1Chapitre

1.3 FIBRE OPTIQUE

Une fibre optique est constitue dun fil de verre trs fin. Elle comprend un cur, danslequel se propage la lumire mise par une diode lectroluminescente ou une source laser(voir figure 1.3), et une gaine optique dont lindice de rfraction garantit que le signallumineux reste dans la fibre.

Les avantages de la fibre optique sont nombreux : le diamtre extrieur est de lordrede 0,1 mm, son poids de quelques grammes au kilomtre. Cette rduction de taille et depoids la rend facilement utilisable. En outre, sa trs grande capacit permet la transmis-sion simultane de trs nombreux canaux de tlvision, de tlphone Les points dergnration des signaux transmis sont plus loigns, du fait de lattnuation plus faiblede la lumire. Enfin, linsensibilit des fibres aux parasites lectromagntiques constitueun avantage trs apprci, puisquune fibre optique supporte sans difficult la proximitdmetteurs radiolectriques. On peut donc les utiliser dans des environnements trsperturbs (avec de puissants champs lectromagntiques, par exemple) ou pour isolerlectriquement des btiments entre eux.

1.4 TRANSMISSIONS SANS FIL

Les ondes lectromagntiques se propagent dans latmosphre ou dans le vide (le termedther dsigne parfois ce type de support). Labsence de support matriel apporte unecertaine souplesse et convient aux applications comme la tlphonie ou les tlcommuni-cations mobiles, sans ncessiter la pose coteuse de cbles. On utilise des faisceaux direc-tifs, faisceaux hertziens (pour franchir de grandes distances) ou ondes diffuses (pouratteindre des rcepteurs gographiquement disperss).

Faisceaux hertziensLes faisceaux hertziens reposent sur lutilisation de frquences trs leves (de 2 GHz 15 GHz et jusqu 40 GHz) et de faisceaux directifs produits par des antennes directionnellesqui mettent dans une direction donne. La propagation des ondes est limite lhorizonoptique ; la transmission se fait entre des stations places en hauteur, par exemple sur unetour ou au sommet dune colline, pour viter les obstacles dus aux constructions environ-nantes. Les faisceaux hertziens sutilisent pour la transmission par satellite, pour celle deschanes de tlvision ou pour constituer des artres de transmission longue distance dansles rseaux tlphoniques.

Figure 1.2Cble coaxial.

Figure 1.3Fibre optique.

2 conducteurs mtalliquescylindriques de mme axe spars par un isolant

Gaine extrieure isolante (blinde ou non)

Gaine extrieure isolante

Un cur de fibre

Une gaine de fibreavec un indice derfraction particulier


Ondes radiolectriquesLes ondes radiolectriques correspondent des frquences comprises entre 10 kHz et2 GHz. Un metteur diffuse ces ondes captes par des rcepteurs disperss gographique-ment. Contrairement aux faisceaux hertziens, il nest pas ncessaire davoir une visibilitdirecte entre metteur et rcepteur, car celui-ci utilise lensemble des ondes rflchies etdiffractes. En revanche, la qualit de la transmission est moindre car les interfrencessont nombreuses et la puissance dmission beaucoup plus faible.

2 Caractristiques globales des supports de transmission

Quelle que soit la nature du support, le terme signal dsigne le courant, la lumire oulonde lectromagntique transmis. Certaines caractristiques physiques des supports enperturbent la transmission. La connaissance de leurs caractristiques (la bande passante,la sensibilit aux bruits, les limites des dbits possibles) est donc ncessaire pour fabriquerde bons signaux, cest--dire les mieux adapts aux supports utiliss.

2.1 BANDE PASSANTE

Les supports ont une bande passante limite. Certains signaux sy propagent correctement(ils sont affaiblis mais reconnaissables lautre extrmit), alors que dautres ne les traversent

Remarque

Lattribution des bandes de frquences varie selon les continents et fait lobjet daccords internatio-naux. Le tableau 1.1 donne les grandes lignes de la rpartition des ondes en France. On constateque le dcoupage est complexe et quil reste peu de place pour de nouvelles applications.

Gamme de frquences Type dutilisation

10 kHz 150 kHz Communications radiotlgraphiques

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 Radiotlphonie

47 MHz 68 MHz Tlvision

68 MHz 87,5 MHz Liaisons radio en modulation de frquence

87,5 MHz 108 MHz Radiodiffusion

108 MHz 162 MHz Radiotlphonie

162 MHz 216 MHz Tlvision


470 MHz 860 MHz Tlvision et radar


Autour de 1 800 MHz Radiotlphonie

Entre 6 et 30 GHz Services satellites en fixe

Tableau 1.1

Affectation des frquences en France


1Chapitrepas (ils sont tellement affaiblis ou dforms quon ne les reconnat plus du tout la sortie).Intuitivement, plus un support a une bande passante large, plus il transporte dinformationspar unit de temps.

2.2 BRUITS ET DISTORSIONS

Les supports de transmission dforment les signaux quils transportent, mme lorsquilsont des frquences adaptes, comme le montre la figure 1.5. Diverses sources de bruit peuventperturber les signaux : parasites, phnomnes de diaphonie Certaines perturbations delenvironnement introduisent galement des bruits (foudre, orages pour le milieu arien,champs lectromagntiques dans des ateliers pour les supports mtalliques).

Par ailleurs, les supports affaiblissent et retardent les signaux. Par exemple, la distance estun facteur daffaiblissement, particulirement important pour les liaisons par satellite. Cesdformations, appeles distorsions, peuvent tre gnantes pour la bonne reconnaissance dessignaux en sortie, dautant quelles varient gnralement avec la frquence des signaux mis.

Mme lorsque les signaux sont adapts aux supports de transmission, on ne peut pasgarantir leur rception correcte 100 %. Le rcepteur dun signal doit prendre unedcision dans un laps de temps trs court. De ce fait, cette dcision peut tre mauvaise.

Dfinition

La bande passante est la bande de frquences dans laquelle les signaux appliqus lentre dusupport ont une puissance de sortie suprieure un seuil donn (aprs traverse du support detransmission). Le seuil fix correspond un rapport dtermin entre la puissance du signaldentre et la puissance du signal trouv la sortie (voir figure 1.4).

Figure 1.4Notion de bande passante.

Remarque

En gnral, on caractrise un support par sa bande passante 3 dB (dcibels), cest--dire parla plage de frquences lintrieur de laquelle la puissance de sortie est, au pire, divise par deux.En notant Ps la puissance de sortie, et Pe la puissance dentre, laffaiblissement A en dB estdonn par la formule :

A = 10*log10 Pe/Ps. Pour Pe/Ps = 2, on trouve : 10*log10 Pe/Ps = 3 dB.

Puissance du signal reu

Frquences

Ps

Pe

Pe 2

Bande passante 3 dB

Bande passante


Par exemple, un symbole 1 mis peut donner une dcision symbole 0 reu , ce quiconstitue une erreur de transmission. Les fibres optiques sont les meilleurs supports, car letaux derreur y est trs faible : 1012 (cest--dire une mauvaise dcision pour 1012 bitstransmis). Les cbles et les supports mtalliques prsentent des taux derreur moyens.Les liaisons sans fil ont un taux derreur variable, sensible aux conditions mtorologiques.

2.3 CAPACIT LIMITE DES SUPPORTS DE TRANSMISSION

La capacit dun support de transmission mesure la quantit dinformations transportepar unit de temps. Lensemble des caractristiques que nous venons de voir fait que lacapacit dun support est limite. Un thorme d Shannon1 exprime, en bits parseconde, la borne maximale de la capacit CapMax dun support de transmission :

CapMax = W*log2 (1 + S/B).

Dans cette formule, W est la largeur de la bande passante du support de transmissionexprime en hertz, S/B reprsente la valeur du rapport entre la puissance du signal(note S) et la puissance du bruit (note B) ; la base 2 du logarithme sert exprimer laquantit dinformations en bits (voir section 4.2).

Exemple Sur une liaison tlphonique dont la bande passante a une largeur de 3 100 Hz et un rapportS/B correspondant 32 dB (valeurs courantes), on obtient :10 log10S/B = 32 donc log10 S/B = 3,2 soit S/B = 1585 ;CapMax = 3100*log2 (1 + 1585) ; comme 1586 = 210,63, CapMax = 3100*10,63 = 33 000 bit/s.

Le choix dun support de transmission tient compte de nombreux lments. Des consid-rations conomiques (le prix de revient du support, le cot de sa maintenance, etc.) inter-viennent en plus des facteurs techniques que nous venons de prsenter, de mme que lanature des signaux propags, puisque lquipement de transmission de donnes contientune partie spcifique au support de transmission utilis. Examinons maintenant lestechniques de transmission du signal vhiculant les donnes sur le support.

Figure 1.5Signal mis et exemple de signal reu.

1. Claude Shannon (1916-2001), mathmaticien amricain qui a dvelopp la thorie de linformation.

Signal mis

Exemple designal reu


1Chapitre3 Fabrication des signaux : techniques

de transmission

Selon les techniques de transmission utilises, un quipement spcifique est plac cha-que extrmit du support : soit un modem (modulateur-dmodulateur), soit un codec(codeur-dcodeur). Cet quipement assure la fabrication des signaux en mission et leurrcupration en rception. Pour mettre les donnes, le modem reoit la suite de donnesbinaires transmettre et fournit un signal dont les caractristiques sont adaptes au sup-port de transmission. Inversement, en rception, le modem extrait la suite des donnesbinaires du signal reu. Le support de transmission est ainsi transparent lutilisateur. Lesupport de transmission et les deux modems placs chacune de ses extrmits constituentun ensemble appel circuit de donnes, comme le montre la figure 1.6.

LISO2 et lITU (International Telecommunications Union) ont attribu des appellationsgnriques normalises au modem et lquipement qui met ou reoit les donnes(ordinateur de lutilisateur, imprimante). Ainsi, le modem et le codec appartien-nent la famille des ETCD (quipement de terminaison du circuit de donnes), lordi-nateur ou limprimante font partie des ETTD (quipement terminal de traitement desdonnes).

LETTD metteur fournit lETCD, rgulirement dans le temps, les donnes trans-mettre. LETCD les met sous forme dun signal deux valeurs (correspondant 0 et 1),appel message de donnes synchrone (voir figure 1.7). En effet, les intervalles de tempsallous chaque symbole sont gaux et concident avec les priodes successives dune basede temps (ou horloge) indispensable linterprtation du message de donnes.

Figure 1.6quipements constitutifs dun circuit de donnes.

2. Le nom de lorganisation donnerait lieu des abrviations diffrentes selon les langues (IOS pour International Organisation forStandardization en anglais, OIN pour Organisation internationale de normalisation en franais). Il a t dcid demble dadopter un motprovenant du grec isos (gal), pour que la forme abrge du nom de lorganisation soit toujours ISO.

Dfinition

Le circuit de donnes est une entit capable denvoyer ou de recevoir une suite de donnes binaires, un dbit donn, dans un dlai donn et avec un taux derreur dpendant du support utilis.

ETTD ETTD

ETCDETCD Techniques detransmission

Circuit de donnes


Le message de donnes synchrone utilise une reprsentation conventionnelle de linforma-tion. La plus habituelle est un signal binaire sans retour zro, dit NRZ (No Return to Zero).On utilise un niveau de tension (+a, figure 1.8) pendant une priode complte pourreprsenter la valeur 1 dun bit, et un autre niveau (a, figure 1.8) pour sa valeur 0.

Certains supports autorisent une transmission directe des signaux numriques appeletransmission en bande de base. Elle conduit des ralisations simples et conomiques maisnest pas possible sur tous les supports. De plus, pour une bonne transmission, la bandepassante des signaux doit concider avec la bande passante du support. Lorsque ce nestpas le cas, des techniques de modulation doivent tre utilises. Nous allons successivementdtailler les techniques de transmission en bande de base et les transmissions par modulation.

3.1 TRANSMISSION EN BANDE DE BASE

Dans la transmission en bande de base, lETCD code le message de donnes synchrone enune suite de signaux compatibles avec les caractristiques physiques du support de trans-mission (lETCD effectue, en fait, un simple transcodage du signal que fournit lETTD).Plusieurs facteurs expliquent les principales difficults rencontres dans la transmissionen bande de base : la limitation de la bande passante dans les basses comme dans leshautes frquences et le fait quil faille transfrer les donnes quelle que soit leur valeur.

Remarque

Lutilisation dun circuit de donnes dpend de la nature des ETCD situs aux extrmits du sup-port de transmission. La communication est en mode duplex intgral si la transmission simultaneest possible dans les deux sens. Si elle nest possible que dans un seul sens un moment donn(transmission lalternat), le circuit est semi-duplex. Enfin, le circuit est simplex lorsque la trans-mission ne se fait que dans un seul sens prdfini.

Figure 1.7Message de donnes synchrone.

Figure 1.8Reprsentation dune information en NRZ.

0

1

0 1 1 1 0 0 0 1

T

Signal d'horlogeassoci

a

+a

0 1 1 1 0 0 0 1


1ChapitreNous verrons que les longues suites de 0 ou de 1 peuvent engendrer des problmes larception.

LETCD rcepteur doit reconstituer correctement le signal dhorloge associ aux donnes.Pour cela, deux techniques de transmission de lhorloge sont envisageables : soit indpen-damment du message de donnes (ce qui consomme une partie de la puissance disponiblepour le signal), soit en utilisant les transitions du signal cod (il faut donc que le signalprsente suffisamment de transitions). Dans ce dernier cas, si les donnes transmettrecontiennent une longue suite de 0 ou de 1, le signal NRZ reste la mme valeur pendantlongtemps, provoquant ainsi une absence de repre temporel pour lETCD rcepteur, doune perte de synchronisation. On ne transmet donc pas directement le signal en NRZmais sous une forme voisine, qui prend en compte les contraintes prcdentes. Le codebiphase est un exemple trs connu de codage pour la transmission des donnes en bandede base.

Le code biphase, galement appel code Manchester (voir figure 1.9), utilise une reprsen-tation deux niveaux : pendant chaque intervalle de temps correspondant un symbolebinaire, deux polarits opposes sont transmises. Selon la donne coder, on trouve unfront montant (transition vers le haut) ou un front descendant (transition vers le bas) aumilieu de lintervalle de temps significatif. Il y a donc systmatiquement une transitiondu signal chaque intervalle de temps, ce qui garantit une bonne synchronisation entre lesdeux ETCD et facilite le travail de dcision du rcepteur.

3.2 TRANSMISSION PAR MODULATION

La transmission par modulation consiste envoyer une onde sinusodale appele porteuse.En fonction de la donne transmettre, lETCD modifie lun des paramtres de la por-teuse (frquence, phase ou amplitude). Soit a cos(2f0t +) une porteuse de frquence f0,et d(t) la suite des donnes binaires transmettre (le message de donnes synchrone de lafigure 1.7 par exemple). Appelons lintervalle de temps significatif pendant lequel d(t)vaut 0 ou 1, cest--dire que d(t) est constant sur lintervalle [t, t + [. En modulation damplitude simple, lamplitude du signal transmis change avec les donnes.Ainsi, pendant tout lintervalle [t, t + [, le signal transmis vaudra : m(t) = (a k)cos(2f0t+) si d(t) = 0, et m(t) = (a + k) cos(2f0t+) si d(t) = 1. Dans ces expressions,

Remarque

LETCD qui met en uvre une transmission en bande de base est parfois appel modem bandede base par abus de langage, bien quil ne fasse pas de modulation.

Remarque

Le code Manchester est le code le plus frquemment employ dans les transmissions numriques.Il sutilise en particulier dans les rseaux locaux Ethernet.

Figure 1.9Code biphase ou Manchester.

a

+a

0 1 1 1 0 0 0 1


k est une constante. la rception, pendant lintervalle [t, t + [, lETCD rcepteurmesure lamplitude du signal reu et en dduit la valeur de la donne d(t).

En modulation de frquence simple, la frquence du signal transmis change avec lesdonnes. Ainsi, pendant tout lintervalle [t, t+ [, le signal transmis sera :m(t) = a cos(2(f0h)t+) si d(t) = 0 et m(t) = a cos(2(f0+h)t+) si d(t) = 1, expressionsdans lesquelles h est une constante. Pendant lintervalle [t, t+[, lETCD rcepteur mesurela frquence du signal reu et en dduit la valeur de la donne d(t).

En modulation de phase simple, la phase du signal transmis change avec les donnes. Ainsi,pendant tout lintervalle [t, t+ [, le signal transmis sera : m(t) = a cos(2f0t+) sid(t) = 0 et m(t) = a cos(2f0t+( +)) si d(t) = 1. Pendant lintervalle [t, t+[, lETCDrcepteur mesure la phase du signal reu et en dduit la valeur de la donne d(t).

Une modulation simple (voir figure 1.10) consiste modifier la porteuse et mettre lesignal produit pendant lintervalle (qui dpend du dbit binaire utilis). Sur cet inter-valle, la donne transmettre peut prendre deux valeurs (0 ou 1), et le signal aura deuxvaleurs (par exemple, les deux amplitudes a k et a + k). Le nombre de valeurs possiblesdu signal sappelle la valence ; elle est note V.

Pour atteindre des dbits levs, on pourrait imaginer de rduire lintervalle . Rempla-ons par /3 : linformation d(t) change chaque intervalle /3, de mme que le signalmodul. Le rcepteur na plus quun intervalle /3 pour effectuer ses mesures et prendre sadcision. Cette mthode devient peu fiable si on restreint trop lintervalle de temps. Onprfre donc dcoupler lintervalle de variation des donnes, dsormais not , de linter-valle de variation du signal modul, toujours not ; on parle alors de modulation com-plexe. Par exemple, si vaut /3, les donnes contiennent 3 bits dans un intervalle (donchuit valeurs diffrentes) : le signal modul prend alors, pendant tout un intervalle , unevaleur parmi les 8 possibles.

Figure 1.10Exemples de modulations simples.

0 1 1 1 0 0 0 1

Modulationd'amplitude

Modulationde frquence

Modulationde phase


1ChapitreL in rt d une modu at on r ide dans le choix de la f quence f0 de la port u e Cel e-ci st choi ie de faon que e ignal ransmis t ou e a p ace dans a bande pa sante du upport Si ette de n re est g ande il ne l occupe pas ent rement c est a o s po s b e d y tr n me tre un voi e p us eurs au re( ) signa (ux) dont les rquences de porteu e i sont conv n blement chois es pour vi er es in er rences ette echnique est appe e mu t pl xage Nous n ve rons un premier ex mple av c l ADSL plus oin et nous y rev endrons au hapi re 3

4 Caractristique dune transmission

Lintroduction dune distance entre quipements informatiques ncessite un support detransmission. Or, nous avons vu que les ETCD cachaient la nature relle du support luti-lisateur (pour lequel elle est transparente). Celui-ci ne voit donc la transmission qu traverslinterface entre ETTD et ETCD. Du circuit de donnes, il ne connat pratiquement que ledbit binaire utilis pour la transmission.

4.1 LA QUALIT DU CIRCUIT DE DONNES

La qualit du circuit de donnes est mesure selon diffrents critres techniques :

Le taux derreurs est le rapport entre le nombre de bits errons, sur le nombre total debits transmis.

La disponibilit permet dvaluer la proportion de temps pendant lequel la transmis-sion est possible (absence de panne ou de coupure). On peut sintresser galement aunombre dincidents et leur dure cumule, afin de dterminer la dure moyenne et lecot dune panne.

Le dbit binaire D reprsente le nombre de bits transmis par seconde. On peut prciser,en outre, que le dbit est en mode duplex intgral, semi-duplex ou en simplex.

La rapidit de modulation R, exprime en bauds3, indique le nombre de symbolestransmis par unit de temps. Si reprsente la dure (en secondes) de lintervalle detemps sparant deux valeurs significatives du signal, alors R = 1/ bauds.

Le dlai de propagation dfinit le temps matriellement ncessaire au signal pourtraverser le support. Par exemple, il faut environ un quart de seconde un signal sepropageant la vitesse de la lumire pour parcourir une distance de 72 000 km (cas dessatellites gostationnaires).

4.2 LES DONNES TRANSMISES

Les informations changes sur le rseau proviennent de textes, de tableaux de nombres,dimages fixes ou animes, de musiques ou de sons : tout est mis sous forme numrique,cest--dire de donnes binaires. La numrisation de la parole, du son, des images nentre

3. Le mot baud vient dmile Baudot (1845-1903), ingnieur franais.

Remarque

La formule : D = R*log2V exprime la relation liant la rapidit de modulation au dbit binaire.Pour des modulations simples des signaux de valence 2 chaque intervalle transporte 1 bit.Les valeurs numriques du dbit binaire et de la rapidit de modulation sont alors gales.

Remarque

Pour un support de transmission, la rapidit de modulation maximale dpend de sa bande pas-sante (critre de Nyquist). La rapidit de modulation maximale Rmax est gale au double de lafrquence la plus leve disponible sur le support : Rmax = 2Fmax.


pas dans le cadre de cet ouvrage. La notion de caractre (une lettre dans un texte) est elleaussi assimile une suite de bits (par exemple, chaque lettre ou chaque chiffre se code sur7 bits dans lalphabet ASCII. On peut donc reprsenter 27 soit 128 caractres diffrentsavec ce code). Dune faon gnrale, on associe tous les objets traits par linformati-que (et donc par les rseaux) des codes binaires dont la longueur dpend directement dunombre dobjets dnombrer ou coder.

4.3 LINTERFACE SRIE ETTD-ETCD

Linterface srie entre lETTD et lETCD, ou jonction, est le point de raccordement physi-que entre lquipement informatique et son modem. Les spcifications de cette jonctionsont mcaniques (la forme du connecteur et le nombre de broches), lectriques (lesniveaux de tension utilise) et fonctionnelles (signification des informations vhiculessur chaque fil).

Linterface la plus courante est la jonction V24 (ou RS232C). Elle correspond un connec-teur ISO 2110 25 broches. Elle a une porte maximale de 50 m et un dbit infrieur ougal 20 kbit/s. Le 1 est une tension ngative comprise entre 3 V et 25 V, le 0 une ten-sion positive comprise entre +3 V et + 25 V. chaque broche correspond un fil (ou cir-cuit). Chaque fil possde un numro et joue un rle dans lchange de donnes comme lemontre le tableau 1.2 dans lequel seuls figurent les principaux circuits.

Dfinition

En informatique, lunit de quantit dinformations est le bit et tous ses multiples : octet, Kilo-octet(Ko), mgaoctet (Mo). Un Kilo-octet (avec un K majuscule)4 contient 210 octets, soit 1 024 octets(et non 1 000) ; un mgaoctet vaut 1 024 Kilo-octets soit 1 048 576 octets (et non 106) ; lesunits suivantes sont le gigaoctet (Go), qui vaut 1 024 Mo, le traoctet (1 024 Go), le ptaoctet(1 024 To)Dans les rseaux informatiques et les tlcommunications, le dbit binaire sexprime en bit/s etses multiples : un kilobit/s (avec un k minuscule), un mgabit/s ; ces dernires sont des puis-sances de 10 du bit/s. Ainsi, un modem 56 kbit/s peut mettre ou recevoir jusqu56 000 bit/s (et non 57 344 bit/s).

4. Bien que lIEC (International Electrotechnical Commission) ait dcid daligner les units dinformatique sur toutes les autres unitsphysiques avec kilo = 1 000, mga = 106, de nombreux logiciels continuent dutiliser les prfixes qui sont des puissances de 2.

No broche No circuit Rle Sens Type

2 103 Donnes mises ETTD vers ETCD Donnes

3 104 Donnes reues ETCD vers ETTD Donnes

4 105 Demande pour mettre ETTD vers ETCD Commande

5 106 Prt mettre ETCD vers ETTD Commande

6 107 Poste de donnes prt ETCD vers ETTD Commande

8 109 Dtection de porteuse ETCD vers ETTD Commande

20 108.2quipement de donnes prt

ETTD vers ETCD Commande

Tableau 1.2

Les principaux circuits de linterface srie V24


1ChapitreLinitialisation dun change met en jeu les circuits 107 et 108.2. Lorsque lETTD veutmettre des donnes, il le signale par le circuit 105 pour que le modem se prpare (celui-cienvoie par exemple une porteuse non module pour que le modem distant se synchro-nise). Quand le modem est prt, il rpond sur le circuit 106. Enfin, les donnes mettresont fournies en srie sur le circuit 103, accompagnes du signal dhorloge associ5. Lors-que le modem reoit une porteuse de la part du modem distant, il le signale par le cir-cuit 109. Ds quil est capable de dmoduler le signal reu, il en extrait les donnes quiltransmet en srie sur le circuit 104. LETTD chantillonne les donnes reues grce ausignal dhorloge transmis par lETCD. Lchange de donnes sur les circuits 104 et 105peut avoir lieu simultanment si la transmission est en duplex intgral.

On voit donc quun dialogue existe entre lETTD et lETCD, par lintermdiaire des diff-rents circuits. La normalisation dfinit ce dialogue indpendamment du mode de trans-mission, du support utilis et de la configuration du circuit. Linterface srie V24 a t trslargement rpandue, en particulier avec un connecteur simplifi 9 broches seulement(DB9 au lieu de DB25). Elle a fait place dautres interfaces plus performantes, commeRS449 qui peut supporter jusqu 2 Mbit/s. Depuis 1995, on utilise frquemment le portUSB (Universal Serial Bus) dont la version la plus rapide supporte jusqu 480 Mbit/s car il permet de brancher ou de dbrancher le modem chaud (sans avoir redmarrerlordinateur). Le port USB ne contient que 4 circuits : un pour lalimentation, deux pourles donnes (un par sens de transmission) et une terre de protection. Le dialogue delinterface se droule alors directement sur les circuits de donnes, par des changes demessages cods.

5 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)

LADSL fait partie dune famille daccs haut dbit (do le nom gnrique xDSL donn ces techniques de transmission), qui utilise les lignes tlphoniques ordinaires commesupport de transmission. LADSL utilise la boucle locale raccordant chaque usager du tl-phone au central tlphonique dont il dpend. Lide est la suivante : puisque la bandepassante utilise pour les conversations tlphoniques est faible (de 300 3 400 Hz), lamajeure partie de la bande passante des paires torsades est inutilise et peut semployerpour le transfert des donnes numriques. LADSL multiplexe, sur la ligne de labonn, lesdonnes numriques (provenant dun ordinateur par exemple) et le tlphone vocal.Les deux quipements sutilisent ainsi simultanment sans interfrences.

Une des caractristiques de lADSL tient dans son nom : le dbit est diffrent dans les deuxsens de transmission ; le sens le moins rapide possde un dbit environ 10 fois infrieur lautre sens. Le dbit binaire disponible dpend de la longueur et de ltat de la bouclelocale. Ces deux facteurs dterminent, linitialisation, le dbit maximal offert labonn.Au dpart, lADSL permettait dmettre jusqu 8 Mbit/s dans le sens descendant (dufournisseur vers lusager) et jusqu 800 kbit/s dans le sens montant (de lusager vers le four-nisseur). Les dernires versions offrent des dbits pouvant aller jusqu 50 Mbit/s, mais surdes distances beaucoup plus courtes.

Dans le central tlphonique, les deux types de systmes coexistent : le rseau de donnes(le rseau du fournisseur daccs) vient se greffer sur le rseau tlphonique classique, les

5. Le circuit utilis pour lhorloge dpend du type du modem et de la nature du transfert de donnes (mission ou rception) : une missionutilise le circuit 113 ou 114, une rception utilise le circuit 115. Quand la transmission est en mode duplex intgral, le modem utilise deuxsignaux dhorloge, un par sens de transmission.


deux rseaux utilisant la ligne de labonn (voir figure 1.11). Les deux types de signauxsont achemins dans leurs quipements respectifs, chez labonn comme dans le centraltlphonique. Un quipement appel rpartiteur (splitter) est responsable de lclatementet de la recombinaison des deux types de signaux dans le central et chez labonn (indis-pensable chez ce dernier uniquement lorsque celui-ci utilise un tlphone numrique ; ilsert alors sparer les canaux utiliss pour la tlphonie de ceux employs pour la trans-mission des donnes). Pour un tlphone analogique, un simple filtre plac devant le tl-phone de labonn suffit.

La transmission des donnes de lADSL utilise une modulation particulire (DMT, Dis-crete MultiTone), spcifiquement adapte aux caractristiques physiques des lignesdabonns sur une courte distance (gnralement moins de 3,5 km) et utilisant deuxdbits diffrents. Le modem ADSL log chez labonn et linterface utilisateur peuvent seprsenter sous plusieurs formes, dont la plus rcente est le port USB.

RsumPour relier deux quipements informatiques loigns lun de lautre, on utilise un circuit dedonnes constitu par un support de transmission, des modems et une interface srie.

Les supports de transmission sont trs varis (paires mtalliques, cbles coaxiaux, fibreoptique, sans fil). La bande passante et le taux derreur quil introduit dans lessignaux transports sont les principales caractristiques dun support. chaque extr-mit, des modems (modulateurs-dmodulateurs de signaux analogiques) ou descodecs (codeurs-dcodeurs de signaux numriques) transmettent des signaux adapts la nature du support. Les techniques de transmission de donnes (en bande de baseou par modulation) permettent dadapter au mieux les signaux aux caractristiquesdes supports. Une interface srie relie chaque modem lquipement informatique quienvoie ou reoit des donnes. Les techniques et les interfaces sont normalises auniveau international par lISO et lITU.

Le raccordement ADSL des usagers Internet est un exemple de transmission utilisantla boucle locale tlphonique. Un multiplexage de la tlphonie et des donnes utiliseune modulation spcifique. Linterface srie est frquemment un port USB.

Figure 1.11Raccordement ADSL.

Tlphone

uperMo em X56

ModemADSL

Sparationvoix-donnes

Sparationvoix-donnes

Multiplexeurd'accs DSL

Commutateurtlphonique

classique

Vers un fournisseur

Lignetlphonique


1ChapitreProblmes et exercices

EXERCICE 1 LA NOTION DE DCIBEL

La bande de motards produit 8 fois plus de puissance sonore quune seule moto. On a donc :10*log10 (8S) = 10*log10 8 + 10*log10 S, ce qui revient ajouter 10 fois le logarithme dci-mal de 8 au bruit dune moto pour obtenir le nombre de dcibels produit par les 8 motos.

Puisque : 10*log108 = 10*log1023 = 3*10*log102 = 9 dB, la puissance des 8 motos vaut :

S = 87 + 9 = 96 dB.

Cela correspond une puissance sonore de 4*109, soit 4 milliards de fois le fond sonore derfrence !

EXERCICE 2 VALUATION DUN RAPPORT SIGNAL/BRUIT (S/B)

Un rapport S/B de 400 correspond 10*log10400 : 10*(log104 + log10100). Do : 20*(log102 + log10100) = 26 dB.

Le rapport S/B est 100 fois plus lev que le prcdent, cest--dire quil vaut :26 + 20 = 46 dB.

On peut calculer simplement une bonne valeur approche du nombre N de dcibels enremarquant que : 500 000 = 106 2. On aura donc : N = 10*(log1010

6 log102) = 10*[6*log1010 log102] = 60 3 = 57 dB.

Dans un environnement urbain, la puissance sonore produite par les nombreuses sour-ces de bruits est value en dcibels, en comparant la puissance sonore de la source debruit un niveau sonore de rfrence.

Si on value la puissance sonore S dune grosse moto 87 dB, quelle est, en dcibels, lapuissance sonore produite par une bande de 8 motards roulant sur des motos iden-tiques circulant la mme vitesse ?

Trouvez la puissance sonore rellement mise.

Remarque

Pendant que la valeur en dcibels du bruit a augment denviron 10 %, la puissance sonore rel-lement mise a t multiplie par 8.

Sur un support de transmission, le rapport S/B vaut 400.

Quelle est la valeur de ce rapport en dcibels ?

Mme question avec un rapport S/B de 40 000.

Quelle est la valeur N en dcibels dun rapport S/B gal 500 000 ?


EXERCICE 3 DBIT BINAIRE ET RAPIDIT DE MODULATION

Daprs la formule D = R log2V, nous trouvons : D/R = log2V soit : V = 2D/R, cest--dire

que la valence vaut 16.

En appliquant la mme formule, nous trouvons : D = 2 400*4 = 9 600 bit/s.

EXERCICE 4 SIGNAUX TRANSMIS EN BANDE DE BASE ET PAR MODULATION

Les figures 1.12 et 1.13 reprsentent les donnes codes en NRZ et Manchester :

Soit un signal numrique dont la rapidit de modulation est 4 fois plus faible que ledbit binaire.

Quelle est la valence du signal ?

Si la rapidit de modulation du signal vaut 2 400 bauds, quel est le dbit binaire dispo-nible ?

Soit la suite dlments binaires 0 1 1 1 1 1 1 0.

Reprsentez les signaux transmis lorsquon transmet en bande de base avec les codesNRZ et Manchester.

Reprsentez les signaux transmis lorsquon transmet les donnes avec une modulationdamplitude deux valeurs, une modulation de phase deux valeurs, une modulation defrquence deux valeurs.

Si le dbit D est connu, quelle est la rapidit de modulation R ?

Figure 1.12Codage NRZ.

Figure 1.13Codage biphase ou Manchester.

0 1 1 1 1 1 1 0

+a

a

0 1 1 1 1 1 1 0

+a

a


Exercice

s

1ChapitreLes modulations damplitude, de frquence et de phase sont reprsentes la figure 1.14.

Si D est connu et que la valence des signaux est gale 2, alors R = D bauds.

EXERCICE 5 CODE MANCHESTER ET AUTRES CODES

La figure 1.15 reprsente les donnes avec le code Manchester.

Figure 1.14Reprsentation des diffrentes modulations.

Le code Manchester prsente lintrt de possder au moins une transition du signal aumilieu de lintervalle pour une bonne synchronisation du rcepteur mais il peut pr-senter trop de transitions, en particulier si la suite de donnes binaires contient unelongue suite de 0 par exemple.

Reprsentez le signal transmis avec le code Manchester pour les donnes100000000001.

Le code de Miller offre une alternative intressante. Il consiste, partir du code Man-chester, supprimer une transition sur deux. Dessinez le signal transmis pour lesmmes donnes et montrez que le dcodage nest pas ambigu.

Figure 1.15Donnes en codage Manchester.

Amplitude

Frquence

Phase

0 1 1 1 1 1 1 0


La figure 1.16 reprsente les donnes avec le code de Miller.

Le dcodage du code de Miller est trs simple : une transition au milieu de lintervallereprsente un 1, une absence de transition dans lintervalle reprsente un 0. Il ny a doncaucune ambigut de dcodage.

EXERCICE 6 FORMULE DE SHANNON

On utilise la formule D = R*log2V.

On obtient : 64*103 = R*log232, ce qui donne D = 5R, do : R = 12 800 bauds. La bandepassante est donc gale 6 400 Hz.

En utilisant la formule de Shannon D = W*log2(1 + S/B), on trouve :64*103 = 6 400*log2(1 + S/B), do : log2(1 + S/B) = 10, cest--dire que S/B = 2

10 1,soit 1 023 (on pourra ngliger le 1 devant le rapport S/B), ce qui correspond 30 dBenviron.

Figure 1.16Donnes en codage de Miller.

p

Remarque

Le choix dun bon code est difficile ! Il faut trouver un compromis entre le nombre de transi-tions indispensable la synchronisation du codec rcepteur et une solution transparente auxdonnes transmises.

Si on nutilise pas de techniques de compression de donnes, une transmission de voixnumrise ncessite un dbit binaire de 64 kbit/s.

En supposant que la transmission se fasse par des signaux moduls de valence 32,quelle est la bande passante disponible, sachant que celle-ci est gale la moiti de larapidit de modulation utilise ?

Quel doit tre le rapport S/B de la ligne de transmission offrant un dbit binaire de64 kbit/s et possdant une largeur de bande trouve dans la question prcdente ?On exprimera cette valeur en vraie grandeur et en dcibels.


Exercice

s

1ChapitreEXERCICE 7 CONNEXION INTERNET

Le dbit binaire de la ligne vaut 49 600 bit/s. Daprs le thorme de Shannon, on obtient :49 600 = 3100*log2(1 + S/B), soit : log2(1 + S/B) = 16, do : S/B = 2

16 1. En ngligeantle 1, nous trouvons un rapport S/B = 65536, soit environ 48 dB.

Toujours en utilisant le thorme de Shannon, nous trouvons : 24 800 = 3100*log2(1 + S/B),soit : S/B = 28 1 = 255. Le rapport S/B vaut environ 24 dB.

Selon le critre de Nyquist, la rapidit de modulation maximale est gale 2 fois la bandepassante de la ligne. Celle-ci vaut donc 2 400 Hz.

Le temps t ncessaire pour transfrer 2*106 octets est gal : t = 2*8*106/49 600 = 322,58 ssoit environ 5 minutes et 22 secondes.

Le temps t ncessaire nest plus que de 1,6 s

EXERCICE 8 CARACTRISTIQUES DES MODEMS V23 ET V29

Pour vous connecter Internet, vous avez reli votre ordinateur portable au rseaugrce un modem de type PCMCIA, raccord la ligne tlphonique de votre domicile.On suppose que votre modem a un dbit maximal de 56 kbit/s et que votre ligne tl-phonique possde une bande passante comprise entre 300 et 3 400 Hz. Pendant votreconnexion, vous constatez que la vitesse de transfert des donnes effective est 6 200 octet/s.

Si la vitesse constate ne provient que dun mauvais rapport S/B de votre ligne, quelleest la valeur de ce rapport durant votre connexion ?

La vitesse de transmission est maintenant de 24 800 bit/s. Si la rapidit de modulationest de 4 800 bauds, quelle est la valence du signal modul ?

On suppose que la ligne tlphonique rpond au critre de Nyquist et que la rapidit demodulation vaut 4 800 bauds. Si on utilise la rapidit de modulation maximale, quelleest la bande passante du support ?

Supposons que le dbit binaire indiqu reste constant et gal 49 600 bit/s pendanttoute la dure de la connexion. Combien de temps devrez-vous rester connect pourtlcharger un fichier de 2 Mo (on pourra prendre ici 1 Mo = 106 octets) sur votreportable ?

Vous utilisez dsormais une connexion 10 Mbit/s. Combien de temps resterez-vousconnect pour tlcharger le mme fichier que celui de la question d ?

Exprimez et comparez les valeurs du dbit binaire et de la rapidit de modulation dumodem V23 et du modem V29. Le modem V23 fonctionne 1 200 bit/s avec unemodulation de frquences deux valeurs. Le modem V29 offre un dbit binaire de9 600 bit/s et utilise une modulation combine damplitude et de phase (modulationdamplitude 2 valeurs et modulation de phase 8 valeurs).

Proposez un codage simple des donnes binaires transmises par le modem V29.


Le modem normalis V23 est le vieux modem intgr au Minitel. Les caractristiquestechniques fournies montrent quil transmet des signaux de valence 2, cest--dire quunintervalle de temps de 1/1 200 s contient 1 bit. Donc la rapidit de modulation de cemodem est gale son dbit binaire soit 1 200 bauds.

Dans le modem V29, on utilise deux amplitudes A1 et A2 et huit phases P1, P2, P3, P4, P5,P6, P7, P8. Pendant un intervalle de temps, il sagit de la combinaison dune amplitudeet dune phase, donc le modem transmet une valeur parmi les 16 possibles. Il transmet4 bits par intervalle de temps ; les informations transmettre sont codes par groupespar 4 bits (appels parfois quadribits) par le modem. Voici un exemple possible de codagedes quadribits :

Comme le dbit du modem V29 est de 9 600 bit/s, lintervalle de temps est de 4/9 600 s,soit 1/2 400 s ; la rapidit de modulation vaut : 9 600/4 = 2 400 bauds. On peut retrouverce rsultat en appliquant la formule : D = R*log2V, dans laquelle D et V sont connus etvalent respectivement 9600 et 16.

EXERCICE 9 MODEM NORMALIS V32

La seule chose certaine est que la valence du signal produit doit tre suprieure 2 puis-que, daprs le critre de Nyquist, le modem ne pourrait envoyer (ou recevoir) que6 200 bit/s au maximum avec cette valence.

En appliquant la formule liant la rapidit de modulation au dbit binaire et la valence,vous obtenez : log2V = 9600/3100, soit V = 2

3,097 environ. Sans mme faire le calcul, vousvous rendez compte que cette solution est inacceptable puisque, par dfinition, la valenceest un nombre entier. Dautre part, le dbit binaire ne vaudra pas exactement 9 600 bit/s !Il faut donc que la rapidit de modulation soit un sous-multiple entier du dbit binaire, cest--dire que le rapport entre les deux grandeurs doit tre une puissance de 2.

0000==> A1 et P1

0001 ==> A1 et P2

0010 ==> A1 et P30011 ==> A1 et P40100 ==> A1 et P50101 ==> A1 et P60110 ==> A1 et P70111 ==> A1 et P8

1000 ==> A2 et P11001 ==> A2 et P21010 ==> A2 et P31011 ==> A2 et P41100 ==> A2 et P51101 ==> A2 et P61110 ==> A2 et P71111 ==> A2 et P8

Vous avez dnich dans votre cave un vieux modem fonctionnant lalternat, capabledenvoyer et de recevoir les donnes 9 600 bit/s. Sans connatre les normes utilisesdans la construction de ce modem, vous essayez de trouver ce que pourraient tresa rapidit de modulation et la valence des signaux quil produit, sachant que labande passante du tlphone vaut 3 100 Hz. Indiquez les solutions que vous aveztrouves.


Exercice

s

1ChapitreVous proposez :

a. Une rapidit de modulation valant 2 400 bauds. Do : D = 4R et donc V = 16.

b. Une rapidit de modulation valant 1 200 bauds. Do : D =8R et donc V = 256.

c. Une rapidit de modulation valant 3 200 bauds. Do : D =3R et donc V = 8.

En fouillant dans les vieilles normes AFNOR (Association franaise de normalisation),vous constatez que les modems transmettant lalternat 9 600 bit/s fonctionnaientconformment la recommandation V32. Cette norme prconisait une rapidit de modu-lation de 2 400 bauds ; la modulation employe tait une modulation damplitudecomplexe utilisant une valence 16 ou 32.

EXERCICE 10 SYSTME DE RADIOMESSAGERIE

Le dbit binaire rellement utilis est : D = 3 125*2 = 6 250 bit/s.

Il faut : 8*200/6250 = 0,256 seconde pour transfrer le message sur le rcepteur.

Remarque

La valence 32 fournit ici un dbit binaire de 5*2 400 = 12 000 bit/s soit plus que 9 600 !En fait, sur les 12 000 bits transmis la seconde, seuls 9 600 taient rellement utiles , les2 400 autres servant de protection contre les erreurs : ils taient calculs partir des 9 600 pre-miers et permettaient au modem rcepteur de dtecter et de corriger dventuelles erreurs. Pourlutilisateur, le dbit rellement utilisable reste de 9 600 bit/s. Ce mcanisme, trs gnral, serarepris au chapitre 2.

Un systme de radiomessagerie de poche (un pager) rpondant la norme ERMES(European Radio Message System) prsente les caractristiques techniques suivantes :

bande de frquences : 169,425 MHz 169,800 MHz ;

modulation de frquences 4 tats ;

rapidit de modulation : 3 125 bauds ;

rapport S/B dun rcepteur : 76 dB.

Quel est le dbit binaire rellement utilis dans cette radiomessagerie ?

En supposant quon transmette un octet par caractre, combien de temps faut-il pourtransmettre un message de 200 caractres sur un rcepteur de radiomessagerie ?

Au lieu du dbit binaire trouv la question a, quel dbit binaire pourrait-on thori-quement obtenir en exploitant au mieux les caractristiques techniques de la radio-messagerie ?

Pourquoi nest-ce pas utilis ?


La bande passante du support vaut : (169,8 169,425)*106 = 375 kHz. Daprs le tho-rme de Shannon, on pourrait transmettre au maximum : D = 375*103*log2 (1 + S/B) soitenviron : 9 467 495 bit/s.

Parce que la vitesse daffichage utilise est bien suffisante pour un lecteur humain,puisquun cran entier saffiche en un quart de seconde. On peut ainsi se contenterdemployer des composants bon march pour la fabrication des rcepteurs.

EXERCICE 11 CODAGE DES INFORMATIONS

Il faut coder chaque caractre de lalphabet avec un nombre constant de bits. 26 tant unnombre compris entre 16 et 32, on choisira donc la puissance de 2 par excs qui permet decoder tous les caractres, mme si certains codages sont inutiliss. Il faut donc log232 bitspour coder les caractres de lalphabet, cest--dire 5 bits.

Avec 5 bits, on peut coder 25 symboles soit 32 caractres diffrents, ce qui est notoirementinsuffisant pour coder les 26 lettres, plus les chiffres et les signes de ponctuation. Les tl-graphistes ont donc invent la notion de caractre dchappement, un caractre dont la pr-sence modifie linterprtation du ou des caractres qui suivent. On a dfini un code Lettre et un code Chiffre , les autres caractres tant interprts en fonction du carac-tre dchappement qui les prcde. Ainsi, chaque codage binaire a deux interprtations,selon quon se trouve en mode Lettre ou en mode Chiffre (par convention, on restedans le mode slectionn tant quon ne trouve pas un nouveau caractre dchappement).

On dispose ainsi de 30 caractres en configuration Lettre et 30 caractres en configura-tion Chiffre . On dispose donc au maximum de 62 codes diffrents pour reprsentertous les caractres.

On utilise un alphabet de 26 caractres diffrents. Pour transmettre ces donnes, oncode chaque caractre par une suite de bits.

Si le codage des caractres est longueur constante, combien faut-il de bits pour coderun caractre de cet alphabet ?

Dans le rseau Tlex (rseau tlgraphique), on utilisait un alphabet contenant 5 bitspar caractre. Comment pouvait-on coder les lettres de lalphabet latin, les chiffres etdautres symboles (comme les signes de ponctuation, par exemple) ?

Combien de caractres diffrents peut-on reprsenter avec la mthode de codage prc-dente ?

Remarque

Pour la saisie des caractres dactylographis sur un clavier, la touche Maj est un caractredchappement qui modifie la valeur du caractre suivant : tant quon nappuie pas sur cettetouche, on tape les minuscules ou les caractres spciaux correspondant au codage en modeMinuscule.


Exercice

s

1ChapitreEXERCICE 12 INTERFACE ETTD-ETCD

Oui, on appelle une telle liaison zro-modem (ou null modem). Cela consiste croiserles fils, de telle sorte que ce qui est mis par lETTD1 soit reu par lETTD2 et vice versa.Les ETCD tant absents, le cblage doit toujours tre prt mettre, do la boucle localedes circuits 105 106 de chaque ct, de mme pour les circuits 107 et 108. Enfin, il ny aplus de porteuse mais les deux ETTD doivent tre informs du fonctionnement de linter-face. Les circuits 107 et 109 doivent recevoir un signal pendant la dure des changes : onutilise pour cela le signal 108.

Linterface ETTD-ETCD dfinie par V24 est conue de telle sorte quun ETTD ne puissetre reli qu un ETCD. Peut-on relier deux ETTD utilisant localement (cest--diresans ETCD) une interface V24 ? Reliez les signaux des circuits des deux ETTD donnssur la figure pour permettre un change de donnes correct entre les deux ETTD.

ETTD1 ETTD2

ED (103) ED (103)

RD (104) RD (104)

DPE (105) DPE (105)

PAE (106) PAE (106)

PDP (107) PDP (107)

PD (108.2) PD (108.2)

DP (109) DP (109)

ETTD1 ETTD2

ED (103) ED (103)

RD (104) RD (104)

DPE (105) DPE (105)

PAE (106) PAE (106)

PDP (107) PDP (107)

PD (108.2) PD (108.2)

DP (109) DP (109)


EXERCICE 13 PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT DE LADSL

Il reste 248 canaux pour les flux de donnes montant et descendant.

Le nombre de canaux affects chaque sens dpend du dbit binaire quon veut offrir auxabonns : plus ce nombre est grand et plus le dbit binaire sera important pour le fluxconsidr. Cest bien videmment le fournisseur daccs qui rpartit les canaux, enallouant gnralement 90 % des canaux au flux descendant et les 10 % restants au fluxmontant.

Il faut simplement allouer autant de canaux pour le flux montant que pour le flux descendant.On obtient ainsi une technologie DSL symtrique (SDSL).

On peut obtenir : 4 312,5*32 = 138 kbit/s pour le flux montant.

Il reste pour le flux descendant : 248 32 = 216 canaux, soit un dbit binaire de931,5 kbit/s.

On peut obtenir : 15*4 000*224 = 13,44 Mbit/s.

Examinons les principes de transmission utiliss dans lADSL. Dans la modulationDMT, la plage des frquences disponible sur la boucle locale est divise en 256 canauxjuxtaposs de 4 312,5 Hz chacun. Le canal 0 est utilis pour le tlphone vocal et lescanaux 1 5 ne sont pas exploits pour viter les interfrences entre la voix et les don-nes. Parmi les canaux restants, deux sont rservs pour le contrle des flux montant etdescendant, le reste est utilis pour transmettre les donnes.

Combien reste-t-il de canaux utiliser pour le transfert des donnes dans les deux sensen modulation DMT ?

De quoi dpend le nombre de canaux affecter aux donnes de chaque sens ? Qui secharge de laffectation des canaux ?

Que faudrait-il faire pour que les flux montant et descendant aient des dbits iden-tiques ?

Lutilisation la plus courante en ADSL consiste rserver 32 canaux pour le flux mon-tant et les canaux restants pour le flux descendant. Quel est le dbit thorique que lonpeut obtenir pour le flux montant si lon transmet des signaux binaires sur chaquecanal ?

Mme question pour le flux descendant.

Une autre technique de modulation utilise, pour le flux descendant, une rapidit demodulation de 4 000 bauds et met 15 bits par signal transmis sur 224 canaux.Quel dbit binaire peut-on obtenir avec cette technique ?

Remarque

Les technologies symtriques sont rserves aux oprateurs et aux fournisseurs daccs. Elles nesont pas disponibles pour les abonns. On natteint pas dans la pratique le dbit obtenu laquestion f, car le rapport S/B des lignes est insuffisant le plus souvent. On obtient couramment8 Mbit/s sur de courtes distances, avec une boucle locale de bonne qualit.

225

Chapitre

Les protocoles de liaison de donnes

Le circuit de donnes pouvant altrer les informations transportes, le protocole de liaison de donnes le supervise et dfinit un ensemble de rgles pour assurer la fiabilit des changes sur une liaison de donnes. Ce protocole spcifie le format des units de donnes changes (les trames), leur dlimitation, les moyens de contrler leur validit (parit, code polynomial), ainsi que le mode de correction des erreurs dtectes. Il fixe galement les rgles du dialogue entre les deux extrmits de la liaison. Il exerce en outre deux fonctions importantes : le contrle de flux (mcanisme vrifiant le rythme denvoi des informations) et la gestion des acquittements (mcanisme validant la rception des informations). HDLC (High level Data Link Control) est un exemple de protocole normalis trs rpandu, orient bit, transparent tous les codes, dans lequel toutes les trames ont le mme format. Il permet dexploiter une liaison bidirectionnelle simultane avec contrle derreurs, de squence et de flux. PPP (Point to Point Protocol ) en est une version trs simplifie, utilise dans Internet.

1. Rle et fonctions dun protocole de liaison ................................ 26

2. Fonctionnalits dun protocole de liaison ................................ 30

3. Description du protocole HDLC . 384. Cas particulier du protocole PPP 41Problmes et exercices1. Problme li linsertion du bit

de transparence ...................... 422. Transparence aux donnes

transmises ............................... 423. Calcul du VRC et du LRC ......... 434. Dtection derreur par VRC et LRC 435. VRC, LRC et contrle polynomial 446. Calcul dun contrle polynomial 457. Dtection derreur par contrle

polynomial .............................. 458. Contrle polynomial avec

le polynme V41 ..................... 469. change de donnes avec des temps

de propagation importants ...... 4610. Relation entre taille de fentre et modulo

de la numrotation des trames ... 4711. Premire reprsentation dun change

de donnes selon le protocole HDLC ...................................... 48

12. Rejet simple et rejet slectif de trames errones ................. 49

13. Autre exemple de rejet des trames errones ................................. 53

14. Cas dquipements ayant des dbits binaires diffrents .... 55


1 Rle et fonctions dun protocole de liaisonPour faire communiquer des machines identifies par leurs adresses, il faut dfinir ungrand nombre de rgles concernant la structuration du dialogue, le format des messagestransmis, leur enchanement logique, le codage de linformation, le rythme de trans-mission, etc. Lensemble des rgles, assimilables des rgles dorthographe et de grammairedfinissant la construction des phrases dune langue, sappelle protocole de liaison de donnesou protocole de communication. Un programme (logiciel de communication), install sur lesquipements qui doivent communiquer distance, lexcute. Afin dassurer un maximumdinteroprabilit entre quipements diffrents, les instances de normalisation ont travaill la dfinition des protocoles de communication lchelle internationale.

Alors que le circuit de donnes transmet des lments binaires, le protocole de liaison dedonnes travaille sur des blocs dlments binaires appels trames. La trame est donclunit de donnes quil gre. Elle transporte les donnes de lutilisateur et contient, enoutre, des informations de commande, ncessaires au protocole pour garantir le bondroulement du dialogue (certaines trames, les trames de supervision, sont dailleursrduites aux seules informations de commande). Une trame compte diffrents champs.Chacun deux est un bloc dlments binaires dont la signification et linterprtation sontprcises dans la dfinition du protocole.

Le protocole doit galement dfinir les rgles du dialogue et spcifier la faon de corrigerles erreurs dtectes. Enfin, on doit pouvoir dtecter les pannes des quipements ou lesruptures compltes de liaison pour avertir lutilisateur de lindisponibilit du service.

1.1 MISE EN FORME DES DONNES

En thorie, les dlimitations de dbut et de fin de trame sont indpendantes de la techniquede transmission utilise. En pratique, certains procds utilisent des particularits du codageen ligne pour dlimiter les trames. Les solutions les plus frquentes sont la dlimitationpar une squence binaire spciale ou lindication explicite de la longueur de la trame.

Dlimitation par une squence spcifique dlments binaires Les trames ayant un nombre quelconque de bits, une squence spcifique, appele fanion(ou flag), sert indiquer le dbut aussi bien que la fin des trames. En gnral, il se composede loctet 01111110. Un mcanisme de transparence est ncessaire pour viter de retrouvercette squence lintrieur dune trame : lmission, on insre dans le corps de la trameun lment binaire 0 aprs avoir rencontr cinq lments binaires conscutifs de valeur 1.

Dfinition

Un protocole est un ensemble de rgles et de formats de donnes respecter pour changer desdonnes dans de bonnes conditions entre deux quipements ou deux programmes. Un protocolede liaison de donnes a pour objet de rendre fiable le circuit de donnes.

Remarque

Dfinir un protocole de liaison de donnes consiste prciser : le format des trames changes,les conditions de dlimitation des trames (dbut et fin) et leur validit, la position et la significa-tion des diffrents champs dune trame, la technique de dtection derreur utilise, les rgles dudialogue (supervision de la liaison) et les procdures respecter aprs dtection derreurs ou depanne de la liaison.

27Les protocoles de liaison de donnes

2ChapitreEn rception, il faut supprimer llment binaire de valeur 0 aprs avoir rencontr cinqlments binaires conscutifs de valeur 1. Un tel mcanisme (le bit stuffing) interdit lmis-sion de plus de cinq lments binaires de valeur 1 dans le corps de la trame, puisque cetteconfiguration est rserve sa dlimitation. Cette mthode permet la transmission de tramesde longueur quelconque sans contraintes particulires.

Exemple Prenons les donnes utiles suivantes : 0110 1111 1110 1001. Prcdes et suivies defanions, elles seront rellement mises sous la forme : 01111110 0110 1111 10110 100101111110. Dans cette squence, les fanions sont souligns et le bit insr pour la transpa-rence est en gras soulign.

Dlimitation par transmission de la longueur du champ de donnesUne autre mthode de dlimitation consiste indiquer, dans un champ particulier, lenombre doctets utiles contenus dans la trame. Aprs une squence de dbut de trame, unou plusieurs octets indiquent sa longueur (lemplacement de ce champ est fix par rapportau dbut de trame), qui sexprime gnralement en octets ou en nombre de mots (de 16 ou32 bits, par exemple).

Ce procd induit une limitation de la taille des trames : ainsi, si la longueur, exprime enoctets, est code sur un octet, on se limite des trames de 256 octets. Ce faisant, on viteles problmes de transparence puisque le rcepteur ninterprte en aucun cas les donnesreues comme des dlimiteurs. La longueur de la trame peut tre ajuste une longueurfixe par ajout dlments binaires de remplissage. Le champ prcise alors la taille desdonnes utiles transportes dans la trame.

1.2 CONTRLE DE LA VALIDIT DE LINFORMATION TRANSMISE

Le contrle derreurs consiste vrifier la validit des donnes transmises. Si on admet quele service de transmission nest pas fiable, il faut se protger contre dventuelles erreurs,donc les dtecter puis les corriger. Pour cela, on ajoute linformation transmise uneredondance, cest--dire des informations de contrle calcules par un algorithme spcifidans le protocole partir du bloc de donnes. la rception, on excute le mme algo-rithme pour vrifier si la redondance est cohrente. Si cest le cas, on considre quil ny apas derreur de transmission et linformation reue est traite ; sinon, on est certain quelinformation est invalide et elle est ignore. La figure 2.1 illustre le principe de contrle devalidit de linformation transmise.

La correction des erreurs se fait soit par lintermdiaire dune nouvelle tentative de trans-mission, soit en exploitant la richesse des informations de redondance, qui localisent et

Figure 2.1Principe de calcul du code de contrle de validit.

Information transmettre

Informationredondante Comparaison

Vrification la rceptionCalcul l'mission

Algorithmede calcul


corrigent les erreurs dtectes. Lorsquon utilise une simple dtection derreurs, le rcep-teur na aucun moyen de localiser lerreur dtecte : celle-ci peut se situer aussi bien dansle champ de redondance que dans le champ des donnes. Dans tous les cas, la trame estconsidre comme invalide et ignore du rcepteur. Il est toujours possible que des erreursde transmission apparaissent et que, par malchance, la cohrence reste vraie. On se trouvealors en prsence derreurs rsiduelles. Dans ce cas, le mcanisme de contrle derreurs napas pu dtecter que plusieurs erreurs de transmission se sont mutuellement compenses.Le taux derreurs rsiduelles doit tre aussi faible que possible mais il ne peut jamais trenul sur une liaison de donnes relle.

La dtection des erreurs rsiduelles ne seffectue donc pas au niveau du protocole deliaison mais des niveaux plus levs de larchitecture de communication : par exemple,au niveau de lapplication ou mme seulement par lutilisateur qui a reu une informationincohrente par rapport ce quil attendait.

Contrle de la validit : protection au niveau du codeLa protection au niveau du code consiste organiser une redondance interne celui-ci :parmi toutes les combinaisons possibles, certaines sont retenues comme valides. Ce typede protection est possible lorsque lmission des donnes se fait par caractre (on introduitune redondance pour chaque caractre transmis). Par exemple, on ajoute chaque caractreun bit de parit dit parit verticale ou VRC (Vertical Redundancy Check)1, calcul commesuit : pour chaque caractre, on fait la somme modulo 2 de ses bits. Si le nombre de bits 1est pair, on ajoute 0 la fin du caractre, et si le nombre de bits 1 est impair, on ajoute 1.

Le contrle de validit par VRC est frquemment utilis avec le code CCITT no 5 sur lesliaisons asynchrones. Par exemple, pour le caractre M cod par 1001101, le bit de paritvaut 0. On transmet dans cet ordre 10110010 (les 7 bits de donnes en commenant parles poids faibles puis le bit de parit). Linconvnient gnral li aux contrles par paritest quon ne dtecte pas les erreurs doubles.

Contrle de la validit : protection au niveau de la trameLa protection au niveau des trames consiste rajouter une redondance chaque trame, enfonction de lensemble des lments binaires qui la constituent. Plusieurs techniques sontenvisageables, mais nous nexaminerons ici que la parit longitudinale et le contrle poly-nomial, qui sont les mthodes les plus connues et les plus utilises.

Contrle de parit longitudinale ou LRC (Longitudinal Redundancy Check) Pour am-liorer la dtection des erreurs dans les transmissions utilisant les contrles par parit, onassocie souvent parit longitudinale et parit verticale (VRC + LRC). Pour cela on ajoute, la fin de la trame, un mot de code appel parit longitudinale ou LRC, constitu par lasomme modulo 2 de tous les bits de mme rang.

Remarque

Les erreurs rsiduelles peuvent galement exister sur des liaisons de donnes employant descodes correcteurs derreurs. Le nombre derreurs compenses a alors dpass les capacits decorrection du code correcteur, et le protocole de liaison ne peut pas signaler cet vnement.

1. Par rfrence aux bandes magntiques utilises comme mmoire de masse. Sur la bande, vue comme un long ruban, on crivait, dune part,en parallle les bits du caractre, do le nom de par t verticale donn cette mthode de protection du caractre, et, dautre part, lescaractres les uns la suite des autres, dans le sens longitudinal de la bande, pour constituer le bloc de donnes. Un autre code de protectiontait inscrit en fin de bloc.


2ChapitreExemple Soit la suite de caractres L, 2, M transmettre, code en CCITT no 5 par les valeurs

hexadcimales 4C, 32 et 4D. En parit paire, les bits de parit (en gras dans le texte) pourchaque caractre valent respectivement 1, 1 et 0. Le caractre de parit longitudinale estcalcul comme suit :1 1 0 0 1 1 0 0 caractre L + parit VRC ;1 0 1 1 0 0 1 0 caractre 2 + parit VRC ;0 1 0 0 1 1 0 1 caractre M + parit VRC ;0 0 1 1 0 0 1 1 caractre du LRC ajouter la fin du bloc de donnes comme carac-tre de contrle.La suite des lments binaires mise est donc 0011 0011 0100 1101 1011 0010 1100 1100,si on transmet les caractres les uns derrire les autres, en commenant par les poids faiblesde chaque caractre.

Contrle polynomial Le contrle polynomial, appel couramment par abus de langagecode cyclique ou CRC (Cyclic Redundancy Check), est trs utilis dans les protocolesmodernes car il permet de dtecter les erreurs sur plusieurs bits. Nous nous contentons iciden dcrire le processus sans en faire la thorie.

Dans le contrle polynomial, on considre la trame transmettre comme un groupe debits auquel on fait correspondre un polynme P(x), tel que le coefficient de degr i corres-pond la valeur du ie bit. Les algorithmes de calcul se font modulo 2 sur les polynmes[par exemple, (x7 + x3) + (x3 + x) = x7 + x]. On choisit un polynme G(x) de degr r,appel polynme gnrateur, caractristique du contrle. lmission, on multiplie P(x)par xr et on divise le polynme obtenu par G(x). Le reste not R(x), obtenu par divisioneuclidienne, est de degr strictement infrieur r. Il est ajout la fin de la trame commecode de contrle. Ainsi :

xr*P(x) = G(x)*Q(x) + R(x). (1)

On transmet le polynme T(x), constitu partir de P(x) et du reste R(x) et dfini parlquation (2) :

T(x) = xr*P(x) + R(x). (2)

Daprs les quations (1) et (2) et en tenant compte du fait que les calculs seffectuentmodulo 2, ce polynme vrifie :

T(x) = G(x)*Q(x).

Il est donc divisible par G(x).

Nous avons vu que le circuit de donnes peut modifier linformation. Soit E(x) le poly-nme associ aux erreurs apportes par le circuit. Les donnes reues ont pour polynmeassoci S(x), dfini par : S(x) = T(x) + E(x). la rception, on divise S(x) par G(x) et onobtient un reste R1(x) qui vrifie lquation suivante :

S(x) = G(x)*Q1(x) + R1(x).

Si R1(x) est nul, on considre que E(x) est nul et que linformation reue correspond celle mise. Si R1(x) nest pas nul, le polynme E(x) ne lest pas non plus : le circuit dedonnes a introduit une ou plusieurs erreurs et linformation reue doit tre ignore.

linformation 1000001110000100 est associe P(x) = x15 + x9 + x8 + x7 + x2. Soit le polynme gnrateur de degr 12 :

G(x) = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1.

La division de x12*P(x) par G(x) donne :

R(x) = x11 + x9 + x8 + x7 + x6 + x4 + 1.


On transmet :

1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1

x12*P(x) R(x)

la rception, on vrifie que le reste de la division par G(x) est nul.

1.3 MODES DEXPLOITATION DUNE LIAISON DE DONNES

Le mode dexploitation dune liaison de donnes dpend du choix fait par le protocole deliaison (voir figure 2.2). La liaison peut tre exploite en simplex, semi-duplex (ou half-duplex ou lalternat), duplex intgral (ou full-duplex). Dans le mode simplex, lchangede donnes se fait dans un seul sens. En semi-duplex, il se fait alternativement dans lesdeux sens, cest--dire que les deux stations ne doivent pas transmettre simultanment(sinon il y a contention). En duplex intgral, les stations peuvent mettre simultanmentsans aucune contrainte.

2 Fonctionnalits dun protocole de liaison

partir dun exemple simple de dialogue entre deux quipements, nous introduisons lesdiffrents types de protocoles de liaisons de donnes et les concepts quils utilisent.

2.1 REPRSENTATION DES CHANGES DE DONNES

Pour reprsenter les changes de donnes, considrons que le temps scoule selon un axehorizontal. La transmission dune trame est schmatise par un trait gras la figure 2.3 etsa longueur reprsente la dure dmission de la trame. Une flche lgrement incline parrapport la verticale reprsente la propagation de la trame ; la fin de la seconde flche(ct destinataire) reprsente linstant o la trame est totalement reue.

Remarque

Le mode dexploitation de la liaison de donnes peut diffrer des caractristiques du circuit dedonnes : par exemple, on peut exploiter une liaison en semi-duplex alors que le circuit de don-nes autorise des transmissions en duplex intgral.

Figure 2.2Modes dexploitation de la liaison.

BA BA BA

SIMPLEX SEMI-DUPLEX(half-duplex) DUPLEX INTGRAL(full-duplex)


2Chapitre

2.2 CONTRLE DE FLUX

Considrons deux quipements A et B relis par un circuit de donnes sur lequel A veutenvoyer des donnes B. Lquipement A dcoupe les donnes en trames, appeles tramesdinformation, et les transmet les unes la suite des autres. Elles sont repres par la let-tre I. Le circuit tant exempt danomalies, toutes les donnes sont dlivres sans erreur lquipement B qui les stocke pour les exploiter.

Supposons que A soit un ordinateur et B une imprimante lente, dote dune capacit mmoirelimite, lui imposant de garder en mmoire toutes les informations envoyes par A tantquelles ne sont pas imprimes. Si le rythme denvoi des informations est nettement suprieur son rythme dimpression, il y a rapidement saturation de la mmoire et perte dinforma-tions par B. Il faut mettre en place un mcanisme de contrle du rythme denvoi des informa-tions vers le rcepteur, appel contrle de flux. Le petit engrenage de la figure 2.4 reprsente lemcanisme mis en jeu pour contrler le flux des informations arrivant dans limprimante.

Pour raliser le contrle de flux, on introduit deux trames de supervision, RR (ReceiverReady) et RNR (Receiver Not Ready). Ces trames ne transportent aucune information utile etne servent qu la gestion du dialogue. Elles sont gnres et exploites par le protocole deliaison et sont invisibles pour lutilisateur. Le mcanisme est le suivant : chaque rception detrame, lquipement B envoie une trame RR sil est prt accepter dautres trames ou une

Figure 2.3Reprsentation des changes.

Figure 2.4Exemple dune transmission sans contrle de flux sur un circuit de donnes parfait.

Trame

Dlai depropagation

A commence mettre latrame

A finitd'mettrela trame

B finit derecevoirla trame

Temps

A

B

Dure de transmission

B commence recevoir latrame

IA

B

I I I

?Mmoire


trame RNR sil ne veut plus en recevoir de nouvelles. Dans ce dernier cas, B envoie RRds quil est prt accepter de nouvelles trames, comme le montre la figure 2.5.

Il existe des variantes ce mcanisme : par exemple, lquipement B peut sabstenirdenvoyer des trames RR. Lorsque la mmoire disponible descend au-dessous dun certainseuil, lquipement gnre une ou plusieurs trames RNR et envoie des trames RR dsquune partie de la mmoire est libre. Dans une autre variante, B peut transmettre encontinu des trames RR tant quil a de la mmoire disponible (quelle que soit lactionde lquipement A) et des trames RNR ds que sa mmoire est pleine. Un tel processus estcouramment utilis pour les liaisons entre ordinateur personnel et imprimante. Les tramesde supervision sont alors rduites deux caractres : la trame RNR est code par le carac-tre XOFF (Ctrl+S), la trame RR par XON (Ctrl+Q).

2.3 GESTION DES ACQUITTEMENTS

Supposons maintenant que le circuit ne soit pas totalement fiable et introduise des erreurs.Au mcanisme de contrle de flux dcrit prcdemment, il faut ajouter un processusdacquittement des trames dinformation reues. Plusieurs options sont possibles :

Lorsque lquipement rcepteur reoit correctement une trame, il envoie une tramedacquittement et ne fait rien en cas de mauvaise rception.

Lorsquune trame est mal reue, lquipement rcepteur envoie une demande deretransmission lmetteur et ne fait rien en cas de bonne rception.

Dans la seconde stratgie, labsence de rponse est considre comme un acquittement : chaque trame, lquipement metteur arme un temporisateur correspondant lattentemaximale dune demande de retransmission provenant du rcepteur ; si une telledemande parvient lmetteur, il rpte la dernire trame. Dans le cas contraire, expira-tion de la temporisation, lmetteur considre que la transmission sest bien effectue.Cette stratgie prsente deux inconvnients : elle est peu fiable car la demande de retrans-mission elle-mme peut tre mal transmise. Elle est en outre peu efficace puisquelleprovoque une attente systmatique en cas de bonne transmission.

Dans les protocoles de liaison de donnes, on utilise plutt une stratgie dacquittementpositif, laide des trames de supervision prcdentes (RR et RNR). La stratgie de fonction-nement de B devient :

Si B reoit une trame correcte, lquipement envoie un acquittement (trame RR ouRNR), selon ltat de sa mmoire pour assurer le contrle de flux.

Figure 2.5Mcanisme du contrle de flux.

Blocage

IA

B

I I I

RR RR RNR RR RR


2Chapitre Sil reoit une trame errone, il ne la mmorise pas et ne renvoie rien, comme sil

navait rien reu.

Le principe de gestion des trames est le suivant : lmission de chaque trame dinforma-tion, A arme un temporisateur (correspondant lattente maximale de lacquittementde B) qui sera dsarm rception de lacquittement correspondant. lchance de cettetemporisation, si B na pas rpondu ou si sa rponse est brouille, A rmet la trame etritre le processus prcdent. Le nombre de rptitions autorises est limit : au-deldun certain seuil, on considre quun incident grave sest produit (rupture totale deliaison, panne de lquipement B, panne dun lment de transmission sur A ou B). Ilfaut alors avertir lutilisateur que la liaison de donnes est rompue.

Ce mode dacquittement nest pas encore satisfaisant, car le circuit de transmission peut cor-rompre aussi bien les trames mises par A que celles mises par B. La figure 2.6 montre unchange de donnes mal conduit : une trame mal reue par le rcepteur se reprsente par untrait pointill sans flche ; les sabliers symbolisent les temporisations associes aux trames.

En effet, supposons que A envoie vers B une trame contenant linformation 1 et queB rponde cette trame bien reue par une trame RR qui est mal transmise (que lquipe-ment A ne reconnat pas). Il rmet la mme trame qui sera duplique dans B. Or, celui-cina aucun moyen de dtecter la duplication, puisquen aucun cas il nanalyse le contenu dela trame (A peut trs bien dcider de transfrer deux fois de suite la mme trame !). Puis-que le protocole de liaison de donnes doit tre compltement indpendant du contenu destrames transfres, il faut introduire un mcanisme supplmentaire qui distingue deuxtrames successives diffrentes. Lintroduction dun champ supplmentaire de numrotationou dindication de retransmission rpond ce besoin.

2.4 NUMROTATION DES TRAMES DINFORMATION

Le protocole numrote chaque trame dinformation. La numrotation est place danslen-tte, tout comme le type de la trame. Deux trames possdant des numros diffrentssont considres comme transportant des units de donnes distinctes. Le protocole durcepteur exploite len-tte pour vrifier si la trame est correcte et en squence. Danslaffirmative, linformation contenue dans le champ de donnes est dlivre lutilisateur.

On appelle N(S) [S pour send] la variable donnant le numro de la trame. Cette variable,code sur quelques bits, est prise modulo M, un entier qui peut prendre les valeurs : 2 (leminimum pour distinguer deux trames successives diffrentes), 8 ou 128. Lintroduction

Figure 2.6Protocole avec acquittement simple.I[info 0] signifie que la trame I transporte

architecture des réseaux

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