Chapitre I : Introduction aux réseaux informatiques

Les Types de Transmissions : Afin de transmettre l’information sur le support de transmission, deux approches sont possibles : Soit l’information est véhiculé directement sous la forme bande de base c'est-à-dire un suite de signaux carrées. Soit chaque type d’information se voit allouer une bande passante en fonction de ses besoins. Donc, les signaux numériques sont modulés sur une porteuse. II.1. Transmission en Bande de Base : II.1.a. Définition : La transmission en bande de base consiste à envoyer directement les suite de bits sur le support à l'aide de signaux carrés constitués par un courant électrique pouvant prendre 2 valeurs (5 Volts ou 0 par exemple). L'émetteur envoie sur la ligne un signal carré du type de celui de la figure ci-dessous pour la séquence de bits 1010 par exemple. Signal carré de la séquence de bits 1010. Signal Carré de la séquence de bits 1010 II.1.b. Avantage et inconvénients : Le transport en bande de base est plus simple que celui modulé, car il n’y a pas de modulation nécessaire. La suite binaire représentant l’information est directement transmise sur le support par des changements dans les signaux représentant l’information (sous formes de transitions de tension ou d’impulsions lumineuses si on utilise des fibres optiques). Mais les signaux bande de base sont sujets à une atténuation dont l’importance dépend du support employé et doivent être régénérés périodiquement sur une longue distance. II.1.c. Codage de l’information en bande de base : Dans la figure ci-dessous nous trouvons quelques exemples de codage de l'information pour une transmission en bande de base. Le code tout ou rien : c'est le plus simple, un courant nul code le 0 et un courant positif indique le 1 Le code NRZ (non retour à zéro): pour éviter la difficulté à obtenir un courant nul, on code le 1 par un courant positif et le 0 par un courant négatif. Le code bipolaire : c'est aussi un code tout ou rien dans lequel le 0 est représenté par un courant nul, mais ici le 1 est représenté par un courant alternativement positif ou négatif pour éviter de maintenir des courants continus. Le code RZ : le 0 est codé par un courant nul et le 1 par un courant positif qui est annulé au milieu de l'intervalle de temps prévu pour la transmission d'un bit. Le code Manchester : ici aussi le signal change au milieu de l'intervalle de temps associé à chaque bit. Pour coder un 0 le courant sera négatif sur la première moitié de l'intervalle et positif sur la deuxième moitié, pour coder un 1, c'est l'inverse. Autrement dit, au milieu de l'intervalle il y a une transition de bas en haut pour un 0 et de haut en bas pour un 1. Le code Miller : on diminue le nombre de transitions en effectuant une transition (de haut en bas ou l'inverse) au milieu de l'intervalle pour coder un 1 et en n'effectuant pas de transition pour un 0 suivi d'un 1. Une transition est effectuée en _n d'intervalle pour un 0 suivi d'un autre 0. II.2. La transmission modulée : Le principal problème de la transmission en bande de base est la dégradation du signal très rapide en fonction de la distance parcourue, c'est pourquoi elle n'est utilisée qu'en réseau local (<5km). Il serait en effet trop coûteux de prévoir des répéteurs pour régénérer régulièrement le signal. C'est pourquoi sur les longues distances on émet un signal sinusoïdal qui, même s'il est affaibli, sera facilement décodable par le récepteur. Ce signal sinusoïdal est obtenu grâce à un modem (modulateur démodulateur)qui est un équipement électronique capable de prendre en entrée un signal en bande de base pour en faire un signal sinusoïdal (modulation) et l'inverse à savoir restituer un signal carré à partir d'un signal sinusoïdal (démodulation). Autrement dit il permet de passer de signaux numériques discrets (0 ou 1) à des signaux analogiques continus. Que veut dire moduler une porteuse par un signal ? D'abord on génère une sinusoïde pure de fréquence assez élevée pour être largement contenue dans la bande passante du support de transmission. Cette sinusoïde s'appelle la porteuse : carrier en anglais. On sait qu'une sinusoïde est définie par trois paramètres : son amplitude "A", sa fréquence "F", sa phase 'phi' Nous prenons pour porteuse la sinusoïde suivante : (1) Chacun des trois paramètres de la porteuse peut être séparément rendu proportionnel au signal à transmettre. Ce qui donne lieu aux trois types fondamentaux de modulation. II.2.1. La modulation d’amplitude : La modulation d'amplitude consiste à faire en sorte que l'amplitude de la porteuse soit fonction linéaire du signal à transporter. Le signal à transporter n'est généralement pas une sinusoïde mais peut toujours être décomposé (séries de Fourrier) en un certain nombre de sinusoïdes pures appelées ses harmoniques. Prenons l'une de ces harmoniques : (2) Pour moduler la porteuse p par le signal à transporter " s ", nous faisons en sorte que l'amplitude de la porteuse (1) soit fonction linéaire du signal s, Nous obtenons ainsi la porteuse p modulée par le signal s. (3) Cette opération peut être physiquement réalisée par des dispositifs électroniques appelés "modulateurs d'amplitude". Grâce à d'autres dispositifs électroniques appelés "démodulateurs d'amplitude", il est possible d'extraire le signal initial du signal modulé de la fonction (3). Donc plus simplement, on peut dire que La modulation d'amplitude envoie un signal d'amplitude différente suivant qu'il faut transmettre un 0 ou un 1. Cette technique est efficace si la bande passante et la fréquence sont bien ajustées et elle est techniquement simple. Par contre, il existe des possibilités de perturbation (orage, lignes électriques...), car si un signal de grande amplitude (représentant un 1) est momentanément affaibli le récepteur l'interprétera à tort en un 0. II.2.2. La modulation de fréquence : La même méthode s'applique à ce type de modulation, Dans la formule (1) de la porteuse, on remplace la fréquence par une fonction linéaire du signal formule (2). L'amplitude du signal modulé reste constante. C'est sa fréquence qui oscille autour d'une valeur centrale F0. Donc, La modulation de fréquence envoie un signal de fréquence plus élevée pour transmettre un 1. Comme l'amplitude importe peu, c'est un signal très résistant aux perturbations (la radio FM est de meilleure qualité que la radio AM) et c'est assez facile à détecter. Là encore, il existe des modulateurs et des démodulateurs de fréquence. II.2.3. La modulation de phase : La même méthode s'applique à ce type de modulation, Dans la formule (1) de la porteuse, on remplace la phase par une fonction linéaire du signal formule (2). La modulation de phase change la phase du signal suivant qu'il s'agit d'un 0 (phase montante) ou d'un 1 (phase descendante). Là encore, il existe des modulateurs et des démodulateurs de phase. Modulation d’amplitude, de fréquence et de Phase de la séquence de bits 0110010 Sens de Transmission : Trois modes d'exploitation peuvent être définis sur une liaison point à point reliant deux stations émettrices/réceptrices: mode simplex : l'une des stations émet et l'autre reçoit. La communication est donc unidirectionnelle pure. mode semi-duplex (half duplex ou alternatif) : la communication est unidirectionnelle, mais le sens de transmission change alternativement : une station émet, l'autre reçoit ; puis c'est la station réceptrice qui devient émettrice et réciproquement ; etc... mode duplex (full duplex) : les deux stations peuvent émettre et recevoir simultanément. Un moyen répandu (mais pas le seul) de permettre cette transmission à double sens est le multiplexage en fréquence : la plage de fréquence comporte deux bandes, l'une pour un sens, l'autre pour l'autre sens : Mode de Transmission : IV.1. La transmission en série ou en parallèle : IV.1.a. La transmission parallèle : Les ordinateurs manipulent non pas des bits isolés, mais des mots de plusieurs bits aussi bien pour le calcul que pour le stockage. On est donc conduit à imaginer un système de transport dans lequel les différents bits d'un mot sont véhiculés en parallèle. Cela implique que pour des mots de N bits il faut N lignes de transmission. Cette possibilité comporte des inconvénients évidents : - les lignes nécessitent une masse métallique délirante à grande distance - non synchronisation des bits transportés à grande distance Pour ces raisons, à grande distance, la transmission parallèle n'est pas employée ; elle peut l'être, par contre, entre un ordinateur et des périphériques proches (imprimante parallèle par exemple). Une autre possibilité, plus sophistiquée, est la transmission parallèle de signaux sur des canaux de fréquences différentes ; en fait, comme on le verra plus loin, cette possibilité correspond au multiplexage en fréquence. IV.1.b. La transmission en série : Dans ce mode, les bits sont transmis les uns derrière les autres, ce qui nécessite une "sérialisation" effectuée par une logique de transmission dont la pièce maîtresse n'est autre qu'un registre à décalage dont le fonctionnement est rythmé par une horloge. Une difficulté majeure de ce mode de transmission est liée à l'horloge ; en effet, il est nécessaire d'employer une horloge d'émission et une horloge de réception qui doivent fonctionner en synchronisme parfait. IV.2. La transmission Synchrone et Asynchrone : IV.2.a. La transmission Asynchrone : Elle consiste en la transmission d'une succession de blocs courts de bits (1 caractère - en grisé sur la figure ci-dessous) avec une durée indéfinie entre l'envoi de deux blocs consécutifs. Un bit START annonce le début du bloc (polarité inverse de celle de la ligne au repos - idle), un ou deux bits STOP annoncent la fin du bloc (polarité inverse de celle du bit STOP). Pour ce type de transmission, les débits sont normalisés : - blocs de 11 bits : 110 b/s ; - blocs de 10 bits : 300, 600, 1200, 2400, 3600, 4800, 9600, 19200 b/s. IV.2.b. La transmission Synchrone : Ce type de transmission est bien adapté aux données volumineuses et aux nécessités de transmission rapide. L'information est transmise sous la forme d'un flot continu de bits à une cadence définie par l'horloge d'émission. Le flot de bits est réparti cependant en trames qui peuvent être de longueur variable ou de longueur fixe. Les trames doivent être précédées d'un motif de bits annonçant un début de trame et, éventuellement se terminer par un motif analogue. Ce motif de bits ne doit pas évidemment être confondu avec une portion de la zone de données. On emploie à cet effet la technique du bit-stuffing. Comme nous l'avons déjà signalé, l'horloge de réception doit être synchrone avec l'horloge d'émission. Pour résoudre ce problème on peut envisager deux solutions : - solution 1 (mauvaise) : transmettre sur deux canaux parallèles l'information et l'horloge ; cette solution est à rejeter car en dehors du fait qu'elle nécessite une bande passante non négligeable, sur longue distance, les signaux des deux canaux se désynchronisent. - solution 2 (bonne) : intégrer l'horloge à l'information : emploi d'un encodage particulier Le Multiplexage : Sur une même ligne de communication formant une liaison entre deux points distants, il peut être intéressant de faire transiter en même temps les données de plusieurs clients. Plutôt que chaque client dispose de sa propre infrastructure, il est beaucoup plus économique de n’avoir qu’une liaison partagée par plusieurs utilisateurs. Le multiplexeur a pour but de recevoir des données de plusieurs terminaux par des liaisons spécifiques, que nous appelons les voies basse vitesse, pour les transmettre toutes ensemble sur une liaison unique que l’on nomme la voie haute vitesse. A l’autre extrémité de la liaison, il faut effectuer la démarche inverse, c’est-à-dire à partir des informations arrivant sur la voie haute vitesse, récupérer les données des différents utilisateurs et les envoyer sur les bonnes voies de sortie. C’est le démultiplexeur qui effectue cette tâche. La machine qui effectue le multiplexage ou le démultiplexage s’appelle un MUX . Plusieurs techniques sont possibles : III.1. Le multiplexage fréquentiel : Il consiste à affecter à chaque voie basse vitesse une bande passante particulière sur la voie haute vitesse en s'assurant qu'aucune bande passante de voie basse vitesse ne se chevauche. Le multiplexeur prend chaque signal de voie basse vitesse et le réemet sur la voie haute vitesse dans la plage de fréquences prévues. Ainsi plusieurs transmissions peuvent être faites simultanément, chacune sur une bande de fréquences particulières, et à l'arrivée le démultiplexeur est capable de discriminer chaque signal de la voie haute vitesse pour l'aiguiller sur la bonne voie basse vitesse. III.2. le multiplexage temporel : Il partage dans le temps l'utilisation de la voie haute vitesse en l'attribuant successivement aux différentes voies basse vitesse même si celles-ci n'ont rien à émettre. Suivant les techniques chaque intervalle de temps attribué à une voie lui permettra de transmettre 1 ou plusieurs bits. Ce type de multiplexage est plus efficace que le précédant par une meilleure utilisation de la bande passante. Cependant, un problème se pose : lorsqu’une trame se présente à l’entrée du multiplexeur et que la tranche de temps qui est affectée à ce terminal n’est pas exactement à son début, il faut mémoriser l’information jusqu’à ce que le bon moment soit arrivé. Dans les multiplexeurs temporels il faut des mémoires tampons mais en nombre limités, une seule est nécessaire, correspondant au nombre de bits qui peuvent arriver entre les deux tranches de temps affectées au terminal et ça coûte en temps par rapport au temps de propagation d’un signal sur une ligne de communication.

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