Chapitre II Couche physique

1. Chapitre IICouche physique ARCHITECTURE MATERIELLE DES SYSTEMES INFORMATIQUE

2. I – Codage de l’information  Les réseaux de données ont pris naissances dans la numérisation des informations. Le codage des informations par des 0 et des 1. Plusieurs codes normalisés existent. Les principaux codes sont : le code ASCII, le code EBCDIC et Télégraphique.

3. II – Notion de transmission II – 1. Système de communication Sens de transmission Une fois le codage des données, il faut transmettre ses bits sur le réseau. Récepteur Emetteur Canal de Communication Signal

4. II – Notion de transmission II – 1. Système de communication Problème de la transmission : Trouver une bonne transformation de l’information de signal tel que le canal soit capable de le propager correctement. Une fois le codage des données, il faut transmettre ses bits sur le réseau.

5. II – 2. Système de communication informatique • Les ETTD (Équipement  Terminaux de traitement de donnée : Ordinateurs, PC, imprimante, …). Dans le cas de système informatique, l’information à transmettre est une suite de bits et les éléments composants le bipoint du système sont : • Les ETCD (Équipement Terminal de circuit de Donnée) : Équipements qui permettent de transformer les bits en signaux (modem).

6. II – 2. Système de communication informatique ETCD ETTD ETTD ETCD Ligne de Communication Recepteur Emetteur

7. II – 3. Notion de signal Un signal est une grandeur physique qui évolue au cours du temps : grandeur électrique (intensité, tension) ou une onde électromagnétique. Mathématique : y(t) = V . sin(t + )

8. II – 4. Support de transmission Les caractéristiques des supports de transmission (débit, taux d’erreurs) dépendent de la bande passante, de l’affaiblissement du signal … etc, et de la façon d’utiliser le support pour transmettre des données (multiplexage ou non, …).

9. B.P. Fréquence Fmin Fmax La Bande Passante : Rapport d’affaiblissement : La bande passante d’une voie est la plage de fréquence sur laquelle la voie est capable de transmettre des signaux sans que leur affaiblissement soit trop important. Courbe d’affaiblissement : Amplitude du signal reçu Le rapport d’affaiblissement = Amplitude du signal émis

10. La Bande Passante : Un circuit de données est assimilable à un filtre de type Passe Bande. Autrement dit, seule une certaine bande de fréquence est correctement transmise. La réponse spectrale d’un circuit parfait indique une atténuation totale de toutes les fréquences extérieures à la bande. Dans la pratique, la réponse n’est pas aussi franche, et on définit en général la bande passante (encore appelé largeur de bande du circuit par : W = f2 - f1 W est exprimé en Hertz (Hz)

11. La Bande Passante Ces 2 fréquences f1 et f2, limitant la bande passante, correspondent à une puissance transmise P1 = P0 / 2 Avec P0 représentant la puissance dans la bande. Cette largeur de bande est dite à 3 dB (décibel) : 10 log10 P0/ P1 = 10 log10 2 = 3 dB

12. La Bande Passante Exemple : La ligne téléphonique usuelle ne laisse passer que les signaux dont l’affaiblissement est inférieur à 6 dB ce qui correspond à une plage de fréquences allant de 300 Hz à 3400 Hz. La bande passante est donc égale à 3100 Hz. La bande passante est très importante pour un circuit de données puisqu’elle détermine directement sa capacité de transmission.

13. Quantité d’information pouvant être transmise en une seconde. S’exprime en bit/s. Voir aussi la notion de bauds, liées à la valence. Capacité d’une voie Dés 1924, H. Nyquist prouvait de façon empirique que la capacité d’un circuit de donnée est limitée par sa bande passante : C = 2 W C’est C. Shannon qui en 1949 a prouvé que la capacité d’un canal de transmission n’était pas seulement limitée par la bande passante mais aussi par le rapport Signal/Bruit :

14. Capacité d’une voie Exemple : Avec une ligne téléphonique usuelle (W = 3100 Hz) et un rapport Signal/Bruit de 30 dB, La capacité de transmission est d’environ 4500 bits/s. En pratique, les débits binaires sur de telles voies n’excédaient guère 9600 bits/s.

15. Longueur élémentaire d’une voie Longueur (en mètres) au-delà de laquelle le signal doit être amplifié ou répété pour être correctement reçu. La longueur élémentaire est plus important dans le cas de la fibre optique que dans le cas du coaxial.

16. Temps de transfert Durée qui sépare le début d’émission de la fin de réception : T transfert = T émission + T propagation .

17. Taux d’erreur Probabilité de perte ou d’altération d’une information (1 bit). On peut la mesurer en calculant pendant un temps significatif le rapport du nombre de bits erronés sur le nombre de bits émis.

18. Rapidité de modulation et Débit binaire : La rapidité de modulation R est la quantité d’informations transmises par moments élémentaires. D représente la durée (s) de l’intervalle significatif le plus court séparant deux instants significatifs successifs. Dans une transmission asynchrone, il est préférable de se référer à la notion de rapidité de modulation.

19. Rapidité de modulation et Débit binaire : Pour ce faire, il suffit de regarder dans chaque moment élémentaire le nombre de bits qui sont transmis, ou de déterminer sur la ligne le nombre de valeur ou d’états différents qui existent et d’appliquer la formule suivante : Avec I : La quantité d’information contenue dans un moment élémentaire, N : Le nombre de valeurs différentes sur la ligne de transmission.

20. Rapidité de modulation et Débit binaire : Pour ce faire, il suffit de regarder dans chaque moment élémentaire le nombre de bits qui sont transmis, ou de déterminer sur la ligne le nombre de valeur ou d’états différents qui existent et d’appliquer la formule suivante : La relation entre D et R peut s’exprimer de la façon suivante : Remarque : Dans le cas où l’on transporte 1 bit (cas où n =2 ) par moments élémentaires nous obtenons : R = D

21. Rapidité de modulation et Débit binaire : Exemple : On considère le signal numérique dont on reléve un échantillon représentatif suivant :

22. II – 5. Nature des liaisons de données Pour communiquer des informations entre deux points il existe différentes possibilités pour le sens de transmission : - Liaisons unidirectionnelles, Simplex - Liaisons bidirectionnelles, Semi-Duplex - Liaisons bidirectionnelles simultanées, Duplex

23. Sens de transmission : La liaison unidirectionnelle ou simplex a toujours lieu dans le même sens Emetteur/Récepteur.

24. Sens de transmission : La liaison bidirectionnelles ou à l’alternat ou semi-duplex ou half-duplex permet de faire dialoguer l’émetteur et le récepteur à tour de rôle;

25. Sens de transmission : La liaison bidirectionnelle simultanée ou duplex ou full-duplex permet une transmission simultanée dans les deux sens.

26. Topologie des réseaux : - Les canaux en mode point à point. Nous pouvons dire pour résumer la structure des réseaux de communication qu’il existe deux types de conception : - Les canaux de diffusion.

27. Les canaux en mode point à point : Ces réseaux contiennent de nombreux câbles ou lignes téléphoniques louées chacun reliant deux nœuds du réseau (ou encore IMP Interface Message Processor). Si deux nœuds veulent communiquer, ils peuvent le faire par l’intermédiaire d’autres nœuds. Dans ce cas les messages sont acheminés de nœud en nœud dans leur intégralité. Si un nœud n’est pas libre, le message est mémorisé puis réexpédiée à la libération du nœud=> Store and Forward (mode différé). L’interconnexion des nœuds entre eux est un des problèmes les plus important dans la conception des réseaux. Dans les réseaux locaux du type point à point, on s’attache à réaliser des topologies symétriques, ce qui est en revanche totalement impossible pour des réseaux point à point étendus.

28. Les canaux en mode point à point :

29. Les canaux de diffusion : Ces systèmes ont un seul réseau de communication partagé par toutes les machines composant le réseau. L’information envoyée par une machine est reçue par toutes les autres. Une adresse de destination contenue dans le message transmis précise le destinataire. Dés réception d’un message, chaque machine teste l’adresse de destination et ignore le message si celui-ci ne lui est pas destiné.

30. Les canaux de diffusion :

31. BV BV BV MUX HV III – Multiplexeurs Lorsque plusieurs circuits de données existent, il est intéressant de concentrer les données transmises sur des voies de basse vitesse (BV) sur un seul circuit de donnée à plus fort débit (HV). Multiplexeurs et concentrateurs réalisent cette opération.

32. BV BV BV MUX HV III – Multiplexeurs La voie HV doit avoir une capacité suffisante pour absorber toutes les données provenant des voies BV. Multiplexage en fréquence : Chaque voie BV conserve sa BP sur la voie HV

33. BV BV BV MUX HV III – Multiplexeurs Multiplexage temporel : Suit le même mécanisme, mais au lieu de diviser la voie HV en fréquences, on découpe le temps en tranches affectées régulièrement à chaque voie. L’allocation est réalisé en fonction d’unités de temps entre les différentes transactions.

34. III – Multiplexeurs La fonction de multiplexage peut être réalisée sur un réseau par un concentrateur.

35. IV – Moyens de transmission Support métallique : reposent sur la propriété de conductivité électrique des métaux (cuivre, bronze, …). Les principaux supports utilisés : métalliques, ondes, fibres optiques. • Paire de fils torsadés. • Câble coaxial : – câble fin (Eternet fin) – gros câble (gros Eternet).

36. IV – Moyens de transmission Fibre optique : la transmission se fait par propagation d’un rayon lumineux dans une fibre de verre. Les principaux supports utilisés : métalliques, ondes, fibres optiques.

37. IV – Moyens de transmission Hertzienne : Utilise des ondes radio – électriques. La propagation se fait par ligne droite (radio, télé, …) pour permettre des liaisons grandes distance, on utilise des satellites. Les principaux supports utilisés : métalliques, ondes, fibres optiques. • Avantages : liaison grande distance. Pas de câblage. • Inconvénients : affaiblissement des signaux et le temps de propagation est de 260 ms pour un aller – retour.

38. V – Transmission de donnée sur une voie La transmission de bit peut – être faite de deux manières : • En parallèle : Transmission de plusieurs bits simultanément (bus d’un micro de 8 ou 16 bits). Plusieurs communication simultanément. V – 1. Transmission série et parallèle • En série : Les bits sont transmis séquentiellement les un après les autres.

39. V – Transmission de donnée sur une voie a) Transmission asynchrone : • Les caractères sont transmis de façon irrégulière (clavier, …). • L’intervalle entre 2 caractères est aléatoire. V – 2. Synchronisation • Le début du message peut arriver à n’importe quel moment.

40. V – Transmission de donnée sur une voie a) Transmission asynchrone : Mais il faut reconnaître le début et la fin d’un caractère pour permettre la synchronisation bit intra caractère. Ce qui se fait par l’ajout des start – bit et stop – bit. V – 2. Synchronisation Les avantages de la transmission asynchrone : • Simple à mettre en œuvre, • Peu coûteuse, • Débit limité.

41. V – Transmission de donnée sur une voie b) Transmission synchrone Les bits sont émis de façon régulière sans séparation entre les caractères. Pour cela, émetteur et récepteur possèdent une horloge bit de même fréquence. V – 2. Synchronisation

42. VI – Différents modes de transmission VI – 1. Transmission en bande de base Il n’est pas nécessaire de moduler le signal après codage. Le signal émis sur la ligne est celui obtenu après le codage. L’intérêt de ce codage est son coût peu élevé. Remarque : Les signaux bande de base sont sujets à une atténuation dont l’importance dépend du support. Ils doivent être régénérer périodiquement, en utilisant des répéteurs.

43. VI – Différents modes de transmission VI – 1. Transmission en bande de base Il n’est pas nécessaire de moduler le signal après codage. Le signal émis sur la ligne est celui obtenu après le codage. L’intérêt de ce codage est son coût peu élevé. Répéteur : Mémorise une fraction de seconde les signaux avant de le retransmettre sur la ligne sortante.

44. La Transmission bande de base La transmission bande de base consiste à émettre sur la ligne des courants qui reflètent les bits du caractère à transmettre. Dans le cadre de telle transmission, le MODEM (MOdulateur DEModulateur) est réduit à un Codeur dont le rôle est de substituer au signal initial un autre signal similaire mais dont le spectre est mieux adapté à la ligne. Il s'agit en fait, pour résumer, de dire que la transformation qui à lieu est du type NUMERIQUE/NUMERIQUE.

45. La Transmission bande de base 1001011101 Dont la représentation sous la forme d'un signal électrique est donnée par la figure suivante : Pour illustrer ce propos nous allons étudier quelques transformations particulières avec la suite de bits suivante : Cette représentation est faite sous la forme de créneaux unipolaires avec une tension positive +V pour les niveaux logique '1', et une tension nulle 0V pour les niveaux logique '0'.

46. Le code NRZ : Les niveaux '1' sont codés par une tension +V Les niveaux '0' sont codés par une tension -V,

47. Le code Bipolaire : Les niveaux '1' sont codés alternativement par un niveau +V et -V Les niveaux '0' sont codés par une tension Nulle (0V),

48. Le code Bipolaire à haute densité (BHD) : Le niveau logique '1' provoque un changement de polarité sur le signal, Le niveau logique '0' fait passer le signal alternativement entre la polarité précédente et la valeur nulle (0V). Le niveau logique à coder pendant un moment élémentaire dépend des états précédents.

49. Le code DELAY MODE : Le niveau logique à coder pendant un moment élémentaire dépend de l'état précédent. Le niveau logique '1' provoque un changement de polarité sur le signal au milieu du moment élémentaire, Le niveau logique '0' provoque un changement de polarité sur le signal au début du moment élémentaire si le niveau logique précédent était un '0' ou laisse le signal constant si le niveau logique précédent était un'1'.

50. Le code Manchester ou Biphase-L : Le niveau logique '0' provoque le passage de +V à -V au milieu du moment élémentaire, Le niveau logique '1' provoque le passage de -V à +V au milieu du moment élémentaire.