Chapitre II Transmission de Données

1. Les Réseaux Informatiques Chapitre IITransmission de Données

2. Sommaire Les Réseaux Informatiques • Introduction • Notions de base en transmission • 2.1. Modes d’exploitation d’un circuit de données • 2.2. Bande passante • 2.3. Rapidité de modulation et Débit binaire • 2.4. Capacité d’une voie de transmission • La Transmission en bande de base • La Modulation • Mode de Transmission • Multiplexage

3. 1. Introduction Les Réseaux Informatiques

4. 1. Notions de base en transmission Les Réseaux Informatiques • Un circuit de données, composé habituellement de deux ou plusieurs ETCD et de la ligne de transmission, possède plusieurs caractéristiques. Nous citons, à titre d'exemple, quelques unes des caractéristiques des circuits de données : • Mode d'exploitations • Bande passante, • Débit mesuré en nombre de bits par seconde • Rapidité de modulation mesuré en baud • Capacité, • Type de modulation • Mode de transmission (synchrone ou asynchrone) • …etc

5. 2.1. Modes d’exploitation d’un circuit de données Les Réseaux Informatiques • La transmission des informations entre deux extrémités d’un circuit de données peut s’effectuer de plusieurs façons : • Mode Simplex : une extrémité émet l’autre ne fait que recevoir • Mode semi-duplex : appelé également bidirectionnel (en anglais half-duplex ou HDx) la transmission se fait dans les deux sens mais pas simultanément(liaison à l’alternat) • Mode duplex : appelé bidirectionnel simultané (Full Duplex) ou la transmission s’effectue dans les deux sens et simultanément.

6. 2.2. Bande passante Les Réseaux Informatiques On appelle bande passante W d’une voie de transmission l’espace de fréquences tel que tout signal appartenant à cet intervalle, ne subit qu’un petit affaiblissement. Autrement dit : la Bande passante d’une voie de transmission est le domaine de fréquences dans lequel les distorsions de la voie restent dans des limites acceptables 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)) 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.

7. 2.2. Bande passante Les Réseaux Informatiques Il existe plusieurs façon de définir la bande passante d’un signal : (a) Bande passante à 3 dB (b) Bande passante équivalente. (c) Lobe principal. (d) Densité spectrale bornée.

8. 2.3. Rapidité de modulation et Débit binaire Les Réseaux Informatiques • Un symbole est un élément d'un alphabet. Si M est la taille de l'alphabet, le symbole est alors dit M-aire. Lorsque M=2, le symbole est dit binaire. En groupant, sous forme d'un bloc, n symboles binaires indépendants, on obtient un alphabet de M = 2nsymboles M-aires. Ainsi un symbole M-aire véhicule l'équivalent de n = log2 M bits. • Valence d’un signal: Nombre d’états que peut prendre un signal pour eprésenter l’information. • La rapidité de modulation Rse définit comme étant le nombre de changements d'états par seconde d'un ou de plusieurs paramètres modifiés simultanément. Un changement de phase du signal porteur, une excursion de fréquence ou une variation d'amplitude sont par définition des changements d'états. • La "rapidité de modulation   s'exprime en "bauds". • Le débit binaire Dse définit comme étant le nombre de bits transmis par seconde. Il sera égal ou supérieur a la rapidité de modulation selon qu'un changement d'état représentera un bit ou un groupement de bits. • Le "débit binaire s'exprime en "bits par seconde". • Pour un alphabet M-aire, on a la relation fondamentale : T = nTb soit D = n R. • Il y a égalité entre débit de source et rapidité de modulation uniquement dans le cas d'une source binaire (alphabet binaire).

9. 2.3. Rapidité de modulation et Débit binaire Les Réseaux Informatiques Exercice: (Débit binaire) Si la durée de transmission d’un bit est 20ms, quel est le débit binaire ? Solution de l'exercice Le débit binaire est D= 1/20x0.001 = 50 bits/s Exemple: (Rapidité de modulation) T=1ms M=8 n=log2M=3 R = 1/T = 1000bauds D = nR = 3000 bits/s Ne pas confondre Bits par seconde et Bauds Log2 : Logarithme à base 2, Log2 (x)= Ln(x)/Ln(2)

10. 2.4. Capacité d’une voie de transmission Les Réseaux Informatiques • Dés 1924, H. Nyquist a montré que la rapidité de modulation maximale admissible sur un canal (ou circuit de données) est égale à 2 fois sa bande passante. • Exemple pour une ligne téléphonique de largeur de bande égale à 3100 Hz la rapidité de modulation maximale est de 2 x 3100 = 6200 bauds. Autrement dit, avec une représentation bivalentes le débit maximale est 6200 bits/secondes(en réalité ne dépasse pas 9600bits/s). • 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 : Exercice Quelle est la capacité d'une ligne pour téléimprimeur de largeur de bande 300 Hz et de rapport signal/bruit de 3 dB ? Solution de l'Exercice C = 475,5 bits/s.

11. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques Les données utilisées en téléinformatique sont numérique, c’est à dire qu’elles possèdent deux états (haut et bas). Autrement dit, qu’un signal (ou message) binaire est une suite d’impulsions 1 et 0. On dit que le signal est en bande de base. La transmission bande de base consiste à émettre sur la ligne (médium) 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. Pour illustrer ce propos nous allons étudier quelques transformations particulières avec la suite de bits suivante : 1001011101 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‘

12. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques Le code NRZ : Signifie Non Return to Zero (non retour à zéro) Les niveaux '0' sont codés par une tension -V, Les niveaux '1' sont codés par une tension +V

13. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques Le code bipolaire : Les niveaux '0' sont codés par une tension Nulle (0V), Les niveaux '1' sont codés alternativement par un niveau +V et -V Le code Bipolaire à haute densité (HDBn) : 0: Si les n+1 bits suivants ne sont pas tous à 0, idem que le codage bipolaire simple. Si les n+1 bits suivants sont tous à 0, les n bits suivants sont codés à 0 et le n+1 sera codé avec la même valeur que le code du 1 précédent (on viole alors l'alternance). 1: comme en code bipolaire (inverse du précédent)

14. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques Le code Manchester ou Biphasé : 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. Le code Manchester différentiel : Le niveau logique '0' du moment élémentaire t recopie le signal du moment élémentaire t-1. Le niveau logique '1' du moment élémentaire t inverse le le signal du moment élémentaire t-1.

15. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques Le code DELAY MODE(Miller) : 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'.

16. 3. La transmission en bande de base Les Réseaux Informatiques • Conclusion • Avantages/Inconvénients • Mise en oeuvre très simple et peu coûteuse • Adaptée à la transmission de données • Débits très élevés … • Monopolisation du support (interdit le multiplexage) • … sur de courtes distances seulement • Pourquoi? • Repose sur des signaux numériques (carrés) • Large gamme de fréquences pour obtenir un signal carré (cf. Fourier) • Signaux sensibles aux atténuations/déformations… • Dégradation rapide du signal en fonction de la distance • Usage limité aux réseaux locaux • Idée: utiliser des signaux analogiques • Moins sensibles aux atténuations/distorsions/bruits • Débits élevés sur de longues distances

17. La Modulation Les Réseaux Informatiques • Le principal problème de la transmission en bande de base est la dégradation très rapide des signaux avec la distance. Si le signal n'est pas régénéré très souvent, il prend une forme quelconque, et récepteur sera incapable de comprendre. Cette méthode de transmission ne peut-être utilisée que sur de très courte distance (moins de 5 Km). Au delà, on utilise un signal de type sinusoïdal (Modulation). Ce type de signal, même affaibli, pourra être décodé par le récepteur(Démodulation). • Le MODEM prend un signal en bande de base et va le moduler, c'est à dire le mettre sous une forme analogique particulière. Cette transformation est du type NUMERIQUE/ANALOGIQUE et permet d’éliminer un certain nombre de dégradations qui sont occasionnées par la distance parcourue par le signal dans le câble. • Le signal de modulation est de forme sinusoïdale et les différents types de modulation sont obtenues en agissant sur les différents paramètres de l’équation suivante : • Il existe trois grands types de modulation : • La modulation d'amplitude, • La modulation de phase, • La modulation de fréquence.

18. La Modulation Les Réseaux Informatiques La modulation d'amplitude Cette modulation est obtenue en jouant sur la valeur de V, en donnant une valeur VI pour un niveau logique '0' et en donnant une valeur Vh pour un niveau logique '1'. La modulation de phase : Cette modulation est obtenue en jouant sur la valeur de Ф, en donnant une valeur Ф0 pour un niveau logique '0' et en donnant une valeur Ф1 pour un niveau logique '1'.

19. La Modulation Les Réseaux Informatiques La modulation de Fréquence : Cette modulation est obtenue en jouant sur la valeur de f , en donnant une valeur f0 pour un niveau logique '0' et en donnant une valeur f1 pour un niveau logique '1'. Dans les 3 modulations précédentes, on code 1 bit donc, on cherche deux signaux différents pour coder les 2 possibilités (0 ou 1). Si on arrive au départ et à l'arrivée à coder et à décoder plus d'un bit à la fois on peut envisager de coder plusieurs bits par moment élémentaire en trouvant 2n signaux différents. Exemple : modulation de phase à 4 moments (codage de 2 bits avec les combinaisons 00, 01, 10, 11).

20. Mode de Transmission Les Réseaux Informatiques la transmission des données numériques entre deux ETTD peut s’effectuer en parallèle ou en série et ceci en bande de base. Autrement dit, que la transmission est effectuée sans que le signal binaire ne subissent une certaine transformation ou modification. Il existe habituellement deux types de transmission en bande de base : à savoir la transmission parallèle et la transmission série. • Transmission parallèle: l’ensemble des bits d’un caractère (ou une données) sont transmis simultanément sur un ensemble de conducteurs électriques. C’est une méthode rapide mais avec l’inconvénient qu’elle introduit beaucoup d’erreurs. La distance de transmission admise ne peut excéder une dizaine de mètres. • Transmission série: les données sont transmis sur une seule paire de fils (un conducteur + et une masse). Les bits sont donc envoyés l’un après l’autre. Ainsi, son principal inconvénient est la lenteur mais elle présente l’avantage d’être plus sûre. C’est à dire les erreurs introduites sont sensiblement plus faibles. La distance de transmission admise dans ce cas peut être importante.

21. Mode de Transmission Les Réseaux Informatiques Exemple I 1 0 0 1 0 0 1 0 S 1 1 0 0 1 0 1 0 o 1 1 1 1 0 0 1 0 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 Puits B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 source B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 Puits B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 source I S O 010010010101001101001111 Masse commune Masse commune Synchronisation Synchronisation Transmission série Transmission Parallèle

22. Mode de Transmission Les Réseaux Informatiques • Les données numériques transmises en série peuvent avoir deux modes possibles : • Transmission synchrone: les bits sont envoyés, entre l’émetteur et le récepteur, de façon régulière au rythme d’une horloge sans séparation entre les caractères. L’horloge de l’émetteur et celle du récepteur sont synchronisées sur la même cadence. Les paquets de données sont rythmées par une horloge qui assure à la fois une synchronisation entre chaque bit mais aussi entre chaque mot

23. Mode de Transmission Les Réseaux Informatiques • Transmission asynchrone : appelée également START/STOP. dans ce cas les caractères sont envoyés les uns après les autres mais l’intervalle de temps qui les sépare est quelconque et n’est pas le même. Cependant, les bits d’un seul caractère sont émis avec une cadence régulière. Afin, d’assurer une transmission sûre chaque caractère émis est précédé par un bit de START et il se termine par un bit de STOP. START STOP La synchronisation du récepteur sur le message envoyé est réalisée à l’aide d’un ou plusieurs bits de Start (début) et de Stop (fin) qui encadrent chaque mot. Mais aucune synchronisation entre les mots eux mêmes

24. Multiplexage Les Réseaux Informatiques Multiplexeur Multiplexeur Voies Incidentes Voies incidentes Utilisateurs Utilisateurs Voie Composite Principe de Multiplexage Voie composite MUX MUX Voies incidentes ETCD Voies incidentes ETCD Représentation symbolique d’une liaison multiplexée

25. Multiplexage Les Réseaux Informatiques Le multiplexage consiste à faire passer plusieurs messages sur un même tronçon de réseau. On distingue deux types de multiplexage : • Multiplexage fréquentiel ou spatial (FDM : Frequency Division Multiplex): La bande passante du canal est divisée en sous-bandes (canaux) chaque message correspond à une sous-bande de fréquence; un multiplexeur mélange les différents messages ; un démultiplexeur, à l'arrivée, sépare, grâce à un filtrage en fréquence, les messages.

26. Multiplexage Les Réseaux Informatiques • Multiplexage temporel (TDM: Time DivisionMulteplexing): Ce type de multiplexage est bien adapté aux réseaux à commutation de paquets. Le multiplexeur n'est autre qu'un mélangeur de paquets, le démultiplexeur est un trieur de paquets.

27. Multiplexage Les Réseaux Informatiques 3. Multiplexage en Longeur d’onde (WDM: Wave Division Multeplexing): est la technique de multiplexage utilisée dans les système de transmission par fibre optique. Le principe est d’envoyer plusieurs ondes lumineuses dans une seule fibre optique. Un prisme, ou un appareil de diffraction, combine au niveau de la source de transmission les différentes ondes lumineuses et transmet le signal combiné par la fibre. À l’autre extrémité, un autre prisme sert à séparer la lumière en longueurs d’onde distinctes, qui sont ensuite transmises au récepteur.