Transmissions et Liaisons de Donn

1
Transmissions et Liaisons de DonnéesGénéralités

• Création
• 1998 Bernard Tuy (UREC)
• Modification
• 1999 Jean-Paul Gautier (UREC),Vincent Roca (LIP6)
• 2000-2001 Christian Hascoët (CCR)

2
Plan

• Historique
• Éléments formels de transport de linformation
• Type de liaisons, Méthode d'échange
• Synchronisation des transmissions
• Généralités et définitions de base
• Types de signaux et Types de données (Numériques,
  Analogiques)
• Codage des signaux
• Modulation et Multiplexage des signaux
• Numérisation dun signal - Compression de données
  
• Un exemple de liaison de données normalisée HDLC

3
Historique

• 1865 Télégraphe (S.B. Morse)
• 1876 Téléphone (Bell)
• 1930 Télévision (principes)
• 1963 Télex, liaisons spécialisées bas débit
• 1964 Transmission de données sur RTC
• 1969 Internet
• 1970 Réseaux locaux
• 1977 Transmic (LS Transfix 2.4kb/s à 2Mb/s)
• 1978 Transpac (réseau de paquets X25 2.4kb/s à
  2Mb/s)
• 1988 RNIS (Réseau Numérique à Intégration de
  Services) (ISDN)
• 1995 ATM (Asynchronous Transfert Mode)
• 2000 DWDM (Dense Wavelengh Division
  Multiplexing)

4
Éléments de transport de l informationÉquipement
s voisins
Ordinateur ou terminal
Ordinateur ou terminal
ETTD
Canal de transmission

• Canal de Transmission coaxial, paires
  torsadées, FO
• ETTD Équipement Terminal de Transmission de
  Données (CCITT)
• DTE Data Terminal Equipment (EIA)

5
Éléments de transport de l informationÉquipement
s distants
Circuit de Données
ETTD
ETTD
Canal de transmission
Modem
Modem
ETCD
ETCD

• ETCD Équipement Terminal de Circuit de Données
• DCE Data Communication Equipment
• Modem Modulateur / Démodulateur
• Canal de Transmission Ligne téléphonique

6
Éléments de transport de l information
Liaison de Données
Circuit de Données
Source de données
Source de données
Contrôleur de Communications
Contrôleur de Communications
Canal de transmission
Modem
Modem
ETTD ETCD
ETCD
ETTD

• Canal de Transmission coaxial, paires
  torsadées, FO, RTC
• ETTD Équipement Terminal de Transmission de
  Données
• ETCD Équipement Terminal de Circuit de Données
• Modem Modulateur / Démodulateur

7
Différentes formes de liaisons

• Point à point
• Multipoint
• Point à Multipoint
• En boucle ou anneau

8
Modes d'échange

• Simplex
• 1 seul sens démission dans le canal de
  transmission
• Duplex à lalternat (half-duplex)
• Un émetteur à chaque extrémité, émission à tour
  de rôle dans le même canal de transmission selon
  les règles définies par la liaison de données
• Duplex (full-duplex)
• Un émetteur à chaque extrémité, émission
  simultanée dans le même canal de transmission
• Transmissions parallèles
• Bus des ordinateurs (E)ISA, PCMCIA, VME
• Transmissions séries

9
Synchronisation des transmissions

• Transmissions synchrones
• Suite de données synchrone le temps séparant
  les différents instants significatifs est un
  entier multiple du même intervalle de temps T
• Les caractères se suivent sans séparation
• Un signal dhorloge est toujours associé aux
  données (base de temps)

10
Synchronisation des transmissions

• Transmissions asynchrones (ou arythmiques)
• Suite de données à instants aléatoires plutôt
  transmise caractère par caractère gt succession
  de trains de symboles binaires séparés par des
  intervalles de temps quelconques
• La transmission asynchrone des données nécessite
  ladjonction à chaque caractère transmis
  d'éléments de repérage Start et Stop bits
• Durée du Start bit durée de 1 bit du caractère
  déclenchement de lhorloge locale
• Durée du Stop bit 1, 1.5 ou 2 bits du caractère
  (arrêt de lhorloge)
• Bit de Parité de vérification de la validité du
  caractère reçu

Exemple de caractère codée sur 4 bits
1 0 0 1
Start Parité Stop
Caractère suivant
11
Modes de connexion (1)

• Au niveau physique
• Commutation Circuit
• Téléphone
• Affectation ressources permanentes avec temps
  d'établissement
• Commutation Paquet
• Pour optimiser l'utilisation des ressources,
  supprime le temps d'établissement de la liaison
• Tampons nécessaires, engorgement possible
• Indépendance du chemin parcouru
• Commutation Cellule
• Commutation rapide de circuits (ATM)
• Paquets de petites tailles Cellule
• Taille fixe pour automatisation simple et surtout
  rapide

12
Modes de connexion (2)

• Au niveau liaison
• Mode sans connexion
• Avec acquittement
• Plus fiable, mais plus lent
• Sans acquittement
• Rapide, mais nécessite un réseau à taux d'erreur
  faible
• Mode connecté
• Le plus élaboré, le plus fiable, et le plus
  coûteux en ressource

13
Supports de Transmission
14
Généralités

• Transfert non instantané qui dépend
• Du support (air, cuivre, fibre optique)
• De la distance (du mètre à des milliers de
  kilomètres)
• Transfert non parfait du à
• Déformation de l' onde durant son transport
• Perturbations externes
• Au contraire de la vue ou de l'ouie, la
  transmission de données informatique ne supporte
  pas les erreurs.
• Il faut obligatoirement qu'elles soient corrigées
  à un moment ou à un autre avant leur possible
  utilisation sur l'équipement distant.

15
Définitions

• Unité de Fréquence du signal
• Hertz (Hz) 1/T (T période du signal)
• C'est le nombre de périodes (ou doscillations)
  par seconde (qui se décline kHz, MHz, GHz )
• Fréquence Longueur d'ondes
• 30/300 kHz Ondes kilométriques
• 30/300 MHz Ondes métriques
• 3GHz/30GHz Ondes centimétriques
• 30GHz/300GHz Ondes millimétriques

16
Définitions

• Bande Passante (Hz)
• Caractérise tous les supports de transmission,
  cest la bande de fréquences dans laquelle les
  signaux sont correctement reçus
• BP F maximale - F minimale
• Définit pour un rapport de puissance (Pe/Pr) en
  dB
• 10 log (P émission / P reçue) N
• Par convention, on prend N 3 soit 50 de
  "perte"
• Exemples
• Sensibilité de loreille dans la bande de
  fréquence 20 à 20000 Hz
• Caractéristiques Haut parleur Hi-fi 30 à
  18000Hz
• Bande passante du téléphone 300 à 3700 Hz (4000
  Hz 300 Hz)

17
Définitions

• Le débit binaire (D) caractérise plus une liaison
  au niveau réseau informatique (bits/s ou bps)
• formule de Shannon
• Est une fonction directe de la bande passante
  (BP)
• D BP log2 (1 S/N) S/N signal/bruit
• Cest la quantité maximale dinformation
  transmissible sur une voie
• exemple nos lignes téléphoniques
• BP 3400 Hz
• S/N 1000 gt Débit binaire maximal théorique
  34000 bits/s

18
Définitions

• Notion de spectre
• Le phénomène vibratoire le simple la
  sinusoïde
• Sinusoïde parfaite, le spectre d'énergie se
  représente par une raie
• Signal réel gt étalement autour de la fréquence F
  théorique (F?f)
• Signal binaire gt étalement de raies qui se
  chevauchent gt spectre continu

énergie du signal
Densité d'énergie
Fréquence
?f
Fréquence
Largeur de bande
19
Transmission directe de symbole binaire

• Technique non optimale car
• Limitation de la bande passante vers les hautes
  fréquences des supports de transmission (due aux
  adaptateurs d'impédance, transformateurs
  disolement )
• Composante continue gt suite de 0 ou de 1 non
  distinguable
• Nécessité de transmettre le rythme dhorloge pour
  la synchronisation du récepteur qui doit pouvoir
  reconstituer la séquence des données reçues
  (ajout d'infos à prévoir)
• Déformation des signaux transmis augmente avec la
  largeur de la bande de fréquence utilisée ltgt on
  cherche à réduire la fréquence principale du
  signal transmis

20
Transmission de Données et bande Passante

• Le spectre du signal à transmettre doit être
  compris dans la bande passante du support
  physique -)
• La transmission des signaux binaires engendre un
  spectre de fréquence étroit gt mauvaise
  utilisation du support de transmission sur un
  support à large bande passante .
• On a recours aux techniques de Codage, de
  Modulation et de Multiplexage pour pallier ces
  problèmes
• Adaptation des signaux au support
• Rentabilisation de lutilisation du support

21
Nature de linformation transportée
Émetteur
Récepteur
Transmission des Données
Support de transmission
Modem
Modem
ETTD
ETTD
ETCD
ETCD
Numérique Analogique
Numérique
0
1
1
1
0
1
1
1
Élément binaires (bits)
Élément binaires
(bits)
Propagation des ondes - Électriques paires
métalliques, coaxial - Électromagnétiques milie
u aérien - Lumineuses milieu aérien, fibre
optique
22
Types de transmissions

• Transmission analogique
• Signal analogique (radio, TV, téléphone)
• Signal numérique (ordinateur)
• Transmission numérique
• Signal numérique (Bande de Base)
• Signal analogique (MIC)
• MIC Modulation par Impulsion et Codage (Pulse
  Coding Modulation)

23
Types de transmissions Définitions

• Signal numérique
• L'amplitude varie en ne prenant que des valeurs
  discrètes par intervalle.
• Signal analogique
• L'amplitude varie de manière continue dans le
  temps, les valeurs étant différentes à chaque
  instant.
• Un tel signal nadmet pas de discontinuité.
• Différence entre Type de signal et Type de
  données.
• Un signal analogique peut résulter du codage de
  données numériques ou analogiques, et
  réciproquement

24
Transmission analogique

• Historiquement les premières (télex, LS bas débit
  au début des années 60)
• Base installée importante de liaison cuivre (PT
  ou coaxial) dans les villes
• 2ième jeunesse avec xDSL (Digital Subscriber
  Line)
• Exemple le plus courant la liaison série V24
  (CCITT) ou RS232C (EIA)
• Spécification mécaniques, électriques et
  fonctionnelles de la connexion physique
• Exemple simple de la transmission de données
• Connexion PC-Modem (V32,V34,V90 ), mode console
• Encore très répandue dans le monde informatique
• LS vers sites distants (V35, V11...)
• Signaux numériques

25
Caractéristiques Transmission analogique V24

• Mécaniques
• Prise trapézoïdale 25 broches (DB 25)
• 9 broches principalement utilisées (DB 9)
• Électriques Signal analogique
• 1 -3 volts 0 3 volts
• Débit 20kb/s sur 15 m (ETTD lt-gt ETCD)
• Fonctionnelles
• Voir figure diapositive suivante

26
Transmission analogique V24 (9 signaux de base)
1 Terre de protection 2 Transmission de données
(TD) 3 Réception de données (RD) 4 Demande pour
émettre / Request To Send (RTS) 5 Prêt à émettre
/ Clear To Send (CTS) 6 Poste de données prêt
/ Data Set Ready (DSR) 7 Terre de
signalisation 8 Détection signal de ligne /
Carrier Detect (CD) 20 ETTD prêt / Data Terminal
Ready (DTR)
ETTD
ETCD
27
Transmission analogique V24 Principes

• Initialisation
• ETTD sous tension DTR1 et ETCD sous tension
  DSR1
• Communication ETTD/ETCD
• ETCD détecte la porteuse gt ETTD prévenu par CD
• ETTD prévient ETCD volonté TX par RTS
• Réponse ETCD par CTS
• TX sur TD .
• Communication ETTD/ETTD - ETCD/ETCD
• Câble null modem avec croisement broche 2/3

28
Transmission analogique

• Codes principaux trouvés sur modem normalisé
  CCITT
• 103 Émission de données (ETTD vers ETCD)
• 104 Réception de données (ETCD vers ETTD)
• 105 Demande pour émettre (RTS) (contrôle de
  flux)
• 106 Prêt à émettre (contrôle de flux)
• 108 ETTD prêt (DTR) indique que ETTD prêt à
  fonctionner
• 109 Détection du signal de ligne reçu
• 122 Détection du signal reçu sur la voie de
  retour ( 109)
• 142 Indication de test
• Indicateur de qualité de ligne

29
Transmission numérique

• Remplace petit à petit la transmission analogique
• Transmission numérique performante
• Faible taux d'erreur des liaisons
• Simplicité du signal (0 ou 1) gt Simplicité
  amplificateur
• Pas d'effet cumulatif lié aux parasites
• Multiplexage plus facile
• Exemples pratiques
• ? qualité CD et qualité vinyle
• V90 (TX 33.6k, RX 56k) basée sur la qualité du
  réseau numérique
• Convertisseur Numérique -gt Analogique débit
  33.6k 56k

30
Transmissions numériques en Bande de Base

• Appelé aussi Modulation Bande de Base (BdB)
• Signaux synchrones (asynchrone débit trop
  faible)
• Signal en bande de base ne subit pas de
  transposition en fréquence (cas du réseau
  filaire)
• L' ETCD est un simple codeur (codeur BdB)
• Le signal doit occuper toute la bande passante
  disponible (optimum)
• Avantages
• Simplicité et faible coût (pas de
  modulation/démodulation)
• Débit binaire élevé possible, si la BP du support
  est large (FO)
• Désavantages
• L' affaiblissement augmente fortement, si la
  fréquence augmente

31
Transmissions numériques en Bande de Base
Fonction de codage

• La suite des symboles transformés appartient à un
  alphabet fini
• ? n T avec n e N et n gt 0

32
Codage du signal

• Le codage est réalisé principalement pour
• Supprimer la composante continue du signal,
• Une détection simple des erreurs de
  transmission
• Codages à 2 (-a, a) ou 3 niveaux (-a, 0, a)
• Codage biphase augmentation du rythme des
  transitions
• Codage bipolaire augmentation du nombre de
  niveau

33
Exemple de fonctions de codage

• Codages à 2 niveaux
• Codage NRZ (No Return to Zero) (le premier mis en
  place et le simple)
• Bit à 0 -a Bit à 1 a
• La suite binaire 0 1 0 1 1 0
  0 0 est représentée par
• Spectre de puissance du signal NRZ concentré au
  voisinage des basses fréquences gt mauvaise
  transmission par le support

34
Codage à 2 niveaux

• Codage NRZI (Utilisé par Ethernet 100)
• Le 1 est codé alternativement par front montant
  ou par un front descendant (fonction du précédent
  codage du 1)
• Le 0 garde le niveau de tension du dernier 1
• La même suite binaire que précédemment (01011000)
  sera codée
• Spectre de puissance de NRZI bande de fréquence
  0 , 1/?
• gt Réducteur de fréquence

0 1 0 1 1 0 0 0
a
0
-a
?
?
?
?
?
?
?
?
35
Codage à 2 niveaux

• Codage Manchester (Codage de l'ethernet 10
  Mb/s)
• Consiste à introduire dans le signal des
  transitions au milieu de chaque intervalle ? ( 0
  gt front montant, 1 gt front descendant
  synchronisation)
• La même suite binaire que précédemment (01011000)
  sera codée
• Spectre de puissance du signal Manchester utilise
  une bande de fréquence 2 x grande (0 , 2/?) gt
  BP du support doit être 2 x large et doit
  supporter 2 x de bruit (erreur)

0 1 0 1 1 0 0 0
a
0
-a
?
?
?
?
?
?
?
?
36
Autres codages à 2 niveaux

• Utilisent bande de fréquence 0 , 2/?
• Manchester différentiel
• a i-1 - ai vaut 0 gt front montant
• a i-1 - ai vaut 1 gt front descendant
• Utilisé par Token Ring
• Code de Miller
• Codage Manchester en supprimant une transition
  sur deux.

a -a
37
Codages à 3 niveaux

• Utilisent bande de fréquence 0 , 1/?
• Bipolaire simple
• Signal transmis vaut 0 si la donnée vaut 0
• Signal transmis vaut alternativement a ou -a si
  la donnée vaut 1
• BHDn (BHD3 ou HDB3 le utilisé)
• Bipolaire Haute Densité
• Variantes du code bipolaire simple limite le
  nombre n de zéros successifs
• Ajout d'un front montant ou descendant fonction
  du précédent bit 1
• Exemple de BHD1 ci-contre

a 0 -a
38
Codage pour Hauts Débits (1)

• On s'aperçoit rapidement que les codes utilisés
  pour éliminer la composante continue ne diminue
  pas la fréquence du signal et même l'augmente
• Pour les hauts débits, on va utiliser deux
  codages
• Un pour réduire les risques d'erreur
• Ajout de bit supplémentaire Codage de type
  mB/nB avec (n gt m)
• Augmente la fréquence d'un rapport n/m
• Un pour réduire sensiblement la fréquence
• NRZI, MLT3 ...

39
Codage pour Hauts Débits (2)

• Exemple 4B/5B
• Réduction de la puissance spectrale aux basses
  fréquence
• Choix judicieux (décodage) de 2n parmi les 2m
  combinaisons possibles
• Garantit un maximum de 2 bits successifs à zéro
  pour chaque symbole.

• 24 codes sur 32 de définis
• 16 pour les données
• 8 pour le contrôle (début, fin, état de la
  ligne)
• Les autres sont invalides

40
Codage pour Hauts Débits (3)

• 4B/5B suivi de NRZI
• En faisant suivre cette représentation par un
  codage NRZI (Non Return to Zero Invert ones), qui
  produit une transition pour chaque "1" transmis
  et pas de transition pour un "0" transmis gt
  fréquence de signal transmis sur le média
  diminuée d'un facteur 2.
• Application pour FDDI, Ethernet 100FX (- de
  contraintes avec FO)
• 4B/5B MLT3 (Multi-Level Transmit 3)
• Pour le cuivre (100BaseTX), on utilise le codage
  MLT3 à trois niveaux, afin de diminuer le
  rayonnement parasite et la fréquence d'un rapport
  3.

41
Codage pour Hauts Débits (4)

• Transmission sur de plus longues distances
  (atténuation et déformation du signal fonction de
  la fréquence)
• À distance égale, le décodage du signal est
  facilité
• Code Bloc 8B/10B (origine IBM)
• Utilisation de 2 codes blocs ( simple) pour un
  octet
• 5 bits de poids fort à 5B/6B
• 3 bits de poids faible en 3B/4B
• Utilisé par Gigabit Ethernet (802.3z)

42
Codage pour Hauts Débits (5)

• Données à transmettre
• Codage 4B/5B
• Codage 4B/5B NRZI
• Codage 4B/5B MLT3 à 3 niveaux

43
Transmissions analogiques par modulation dune
onde porteuse

• Le spectre des signaux modulés est centré sur la
  fréquence porteuse
• Largeur du spectre largeur du spectre des
  signaux à transmettre gt transmission par
  transposition de fréquence
• La porteuse na dautre rôle que de transporter
  les signaux dans la bande passante du support
• Ne véhicule aucune information en elle-même,
  seule sa modulation a une signification
• L'opération de modulation / démodulation du
  signal est réalisée par un Modem

44
Transmissions analogiquesUtilisation des
différentes modulations

• Modulations damplitude
• Radiodiffusion monophonique
• Téléphonie
• Modulation de fréquence
• Radiodiffusion stéréophonique, télédiffusion
• Téléphonie
• Modulation de phase
• Transport des signaux numériques sur circuits
  téléphoniques
• Faisceaux hertziens
• Liaisons satellites

45
Transmissions analogiques Formes des ? modulations

• Modulations damplitude (2 valeurs d'amplitude)
• Modulation de fréquence (2 fréquences)
• Modulation de phase (phase en d variable)

46
Modulation dun signal

• Un signal S est caractérisé par
• son amplitude A, sa fréquence F, et sa phase ?,
  tel que
• S(t) A sin (2 ??F t ?)
• Le signal est transporté sous la forme dune onde
  faisant varier une des caractéristiques physiques
  du support
• Tension électrique
• Onde radio-électrique
• Intensité lumineuse

47
Modulation dun signal

• La porteuse P se présente sous la forme dune
  onde de base régulière
• P(t) Ap cos (2 ??F tp ? p)
• Translation du signal dans la bande passante du
  support
• On fait subir des déformations ou modulations à
  cette porteuse pour distinguer les éléments du
  message
• gt 4 types de modulations
• Modulation damplitude, de fréquence, de phase
  (synchronisation)
• Modulation combinée (ex. damplitude et de
  phase)
• Nombre de modulations/s f (BP) du canal de
  transmission

48
Effets de la modulation

• La modulation est la transformation dun message
  à transmettre en un signal adapté à la
  transmission sur un support physique ou à la
  législation
• Transposition dans un domaine de fréquences
  adapté au support de transmission
• Offre une meilleure protection du signal contre
  le bruit
• Possibilité de transmission simultanée de
  messages dans des bandes de fréquences adjacentes
  pour une meilleure utilisation du support
  (multiplexage)

49
Modulation et Débit binaire Définitions

• Rapidité de Modulation RM (signal numérique)
• RM (bauds) 1 / T
• Le débit binaire D (bits/s) Q . RM
• T période de modulation
• ? durée d'un bit du signal modulé
• Q ?/T nombre de bits codé par intervalle de
  modulation T
• Remarque
• Q 1 (modulation simple), le débit binaire
  (bits/s) est égal à la rapidité de modulation
  (bauds)
• Par abus de langage, on parle de débit en bauds
  avec Q 1

50
Modulation et Débit binaire Exemples

• Exemples de modulation de la porteuse en
  fréquence
• avec 2 fréquences (F1 0, F2 1)
• Période de modulation T transport d1 bit
• gt RM (bauds) 1 / T D (bits/s)
• avec 4 fréquences (F1 00, F2 01, F3 10, F4
  11)
• Période de modulation T transport de 2 bits
• gt RM (bauds) 1 / T - D (bits/s) 2 x 1 / T
• D 2 x RM

51
Multiplexage

• Objectif
• Optimiser lusage des canaux de transmission
• gt transmissions simultanées d'un maximum
  dinformations
• Principe
• Traiter le signal pour concentrer des flux
  d origines diverses sous forme d un signal
  composite unique gt signal multiplex
• 3 techniques coexistent
• Multiplexage en fréquences
• Multiplexage temporel
• Multiplexage temporel statistique

52
Multiplexage équipements
Multiplexeur/ Dé-multiplexeur
Multiplexeur/ Dé-multiplexeur
M
M
Voies ou Portes
ETCD
Canal de Transmission
53
Multiplexage en fréquence

• Principe
• Découper la bande passante dun canal en
  plusieurs sous-bandes
• Chaque sous-bande est affectée à une voie de
  transmission

AAAAAA BBBBBBB CCCCCCC
AAAAAA F1 BBBBBBB
F2 CCCCCCC
F3
54
Multiplexage temporel

• Appelé souvent TDM (Time Division Multiplexing)
• Principe
• Des bits ou (des octets) sont prélevés
  successivement sur les différentes voies reliées
  au multiplexeur pour construire un train de bits
  (ou doctets) qui constituera le signal composite

AAAAAA BBBBBBB CCCCCCC
CC
CC
CC
BB
BB
AA
AA
t
Chaque intervalle de temps (IT) est affecté à une
voie
55
Multiplexage temporel statistique

• Principes
• Le prélèvement sur les différentes voies reliées
  au multiplexeur nest plus cyclique, mais modifié
  dynamiquement en permanence selon l'activité
  réelle sur chacune d elle
• Récupérer la bande passante des voies inactives
  impose de transmettre ladresse de la voie
  émettrice
• Avantages
• Signal composite de débit Dt inférieur à la somme
  des débits des voies reliées au multiplexeur (?
  Di), gt sur-allocation (overbooking)
• Le rapport ? Di / Dt est couramment de 4 à 5
• Technique très utilisée pour les lignes
  spécialisées permanentes (LS)

56
Transmission de signal analogique numérisé

• Liaisons MIC (Modulation par Impulsion et Codage)
• But Multiplexage de plusieurs conversations
  téléphoniques
• En fait pas de modulation Échantillonnage -
  Quantification - Codage
• Bénéficier de la technologie numérique
• Codec (codeur/décodeur) analogique -gt numérique
  (inverse modem)
• Signal analogique résultant d'une conversation
  téléphonique
• Fréquence maximale 4000 Hz
• Fréquence échantillonnage 2 x 4000 Hz 8 kHz (T
  125 ?s)
• Codage sur 8 bits gt Débit 64 kb/s (Europe)
• Codage sur 7 bits gt Débit 56 kb/s (USA,Japon)

57
Transmission de signal analogique numérisé

• CCITT normalise canal E1 (2.048Mb/s)
• Transmission TDM de 30 voies de 64kb/s
• IT0 service,alarme IT16 signalisation des
  voies
• 256 niveaux de quantification
• USA Japon 24 voies (1.544Mb/s) Canal T1 (Bell
  System)
• Voie de 56kb/s
• 127 niveaux de quantification
• Incompatible entre eux
• Interconnexion très coûteuse

58
Numérisation exemple du MIC
Amplitude
Échantillonnage
Pas déchantillonnage
temps
11
Pas de quantification
10
01
Quantification
00
Transmission binaire
Codage
00
11
01
11
01
temps
Modulation par Impulsion et Codage (en fait il
n'a pas de modulation)
59
Exemples de débit

• Son Haute Fidélité
• Fréquence maximale 20 000 Hz (20 kHz)
• Fréquence échantillonnage utilisée 44100 Hz
• Codage sur 16 bits
• Débit 0.7 Mb/s en mono, 1.4 Mb/s pour un signal
  stéréophonique
• Vidéo
• 1 Image (hauteur h, largeur l, n bits pour coder
  un pixel) h x l x n bits
• Qualité VCR (352 x 240 x 24) x (25 images/s)
  32 Mb/s
• Qualité TV (768 x 576 x 24) x (25 images/s)
  250 Mb/s
• Qualité TVHD (1920 x 1080 x 24) x (30 images/s)
  1120 Mb/s
• Nécessité de compression pour réaliser ce type de
  transmission à grande échelle

60
Codage de la voix

• Le traitement de la voix comprend deux étapes
• Analyse de la parole
• Convertir un signal analogique sous une forme
  numérique
• Synthèse de la parole
• Convertir un signal numérique sous une forme
  analogique
• Trois méthodes peuvent être utilisées
• Codage de la forme donde
• Approximation non linéaire de londe (PCM,
  ADPCM)
• Codage de la voix
• Voix synthétique (LPC)
• Codage hybride
• Code-excited Linear Prediction (CELP),...

61
Standards de codage de la voix

• Nom Débit (kb/s) Délai (ms)
• G.711 PCM 64 0.75
• G.726 ADPCM 16 1
• G.723 CELP MPMLQ 6.3 10 à 30
• G.729 CS-ACELP 8 10
• G.728 LD-CELP 16 3 à 5
• GSM Téléphone mobile 13
• Linear Predictive Coding (Xerox) 5
• Digital Video Interactive (DVI) 4 à 8 1 (ADPCM)

62
Techniques de compression vidéo

• Exploiter la corrélation spatiale
• Découpage en macro-blocs (matrice de pixels)
• Représentation dans le domaine des fréquences par
  une Transformation Cosinus discrète (DCT)
  (Conservatrice)
• Quantification des coefficients DCT
• Codage RLE, Huffman compression suites pixel
  fréquentes
• Exploiter la corrélation temporelle
• Codage par différence
• Codage Intra (compression) et Inter (prédiction)
  des images
• Vecteurs de mouvements

63
Standards de codage de la vidéo

• Ensemble de codage avec perte
• H.261 (1990) utilisé actuellement pour RNIS et
  MBone (Multicast IP)
• JPEG (Images) MJPEG (Vidéo) (1992) débits de
  8Mb/s à 40Mb/s
• MPEG-1 (1993) 352 x 240 (NTSC) ou 352 x 288
  (PAL)
• 0.2 Mb/s (audio) 1.2 Mb/s (vidéo qualité VCR)
• MPEG-2 (1994) 4 à 6 Mb/s (Qualité diffusion)
• H.263 (1996) Visioconférence sur RTC (10 à 20
  kb/s)
• MPEG-4 (1998) 5 kb/s à 5 M bit/s (vidéo) 2 kb/s
  à 64 kb/s (audio)
• MPEG-7 (2000) norme pour le multimédia
• Toutes les applications ne supportent pas des
  pertes (ex médicales)

64
Le niveau Liaison de Données

• Niveau OSI 2
• Fournit procédures et moyens fonctionnels
  nécessaires à
• Établir une connexion (ex choix du mode de
  fonctionnement)
• Maintenir (transferts uni ou bidirectionnels) et
  libérer la connexion
• Achemine des trames sur la liaison physique
• Effectue un contrôle de flux afin d'éviter la
  saturation
• Détecte et corrige les erreurs de transmission,
  provoque des retransmissions en cas d'anomalie
• Mais certaines technologies nassurent pas toutes
  ces fonctionnalités !

65
Le niveau Liaison de Données

• Caractéristiques dune liaison de données
• Configuration point-à-point ou multipoint (plus
  rare)
• Exploitation en full-duplex ou half-duplex
• Gestion hiérarchique ou symétrique de la
  transmission
• Hiérarchique distinction primaire/secondaire(s)
• Fonctionne par invitation à émettre ( polling )
• Symétrique une station accède au médium sans
  autorisation
• Gestion de la correction des erreurs ?
• 1 ou plusieurs trames retransmises (fonction
  acquittement)

66
Le niveau Liaison de Données

• Parfois (ex IEEE802.X) la couche ISO 2 est
  découpée en
• 1 couche "basse" MAC (Medium Access Control)
• Contrôle la méthode d'accès au support physique
  partagé
• Ex Toutes les stations du réseau accèdent au
  même canal gt concertation préalable
• 1 couche "haute" LLC (Logical Link Control)
  (IEEE 802.2)
• Liaison de données à proprement parler
• Contrôle la qualité de la transmission

67
Les protocoles de Liaison de Données

• Il en existe beaucoup
• SDLC Synchronous Data Link Control (IBM réseau
  SNA)
• HDLC High level Data Link Control
• Normalisé ISO (1976) avec nombreux sous-ensembles
  (LAP, PPP)
• IEEE802.3 et "Ethernet"
• IEEE802.5 (Token Ring)
• Sans-fil IEEE802.11(1 à 2Mb/s),
  IEEE802.11b(11Mb/s)
• FDDI (ANSI X3T9) .

68
Caractéristiques protocole de liaison

• Trame de données, Trame d'acquittement
• Temps d'émission de la trame
• Temps de propagation de la trame

Temps d'émission d'une trame
Émetteur Récepteur
Acquittements
Temps de propagation
69
Gestion des acquittements

• Protocole de base peu performant Attendre et
  Envoyer
• Émetteur envoie sa trame
• Récepteur acquitte la trame reçue ou demande la
  retransmission
• Perte d'une ou des trames attente d'un délai de
  temporisation pour le redémarrage du processus

Trame Nn
Émetteur Récepteur
Trame Nn1
Acquittement trame Nn Acquittement
trame Nn1
70
Gestion des acquittements

• Protocoles modernes et actuels Anticipation
• Groupement des acquittements
• Mode non connecté (ex Ethernet)
• Envoie de trame selon un processus commun à tous
  (statistique)
• Mode connecté (ex HDLC)
• Établissement liaison par trame de gestion

Émetteur Récepteur
Émission trames n,n1,n2 ...
Acquittement groupés des trames Nlt n
71
HDLC High level Data Link Control

• Exemple de liaison de données pour réseau public
• Issue de SDLC d'IBM
• Ensemble de classes de procédures et de
  fonctionnalités optionnelles (normalisée par
  l'ISO en 1976)
• gt Chaque liaison de données choisit sa procédure
  en fonction de ses besoins (coûts, ressources
  ...)

72
HDLC Modes opératoires

• 3 modes opératoires principaux
• NRM Mode normal de réponse (non équilibré
  primaire/secondaire)
• Station primaire autorise explicitement le
  secondaire à émettre
• Secondaire envoie trame(s) trame de fin
  d'émission
• ARM Mode asynchrone de réponse (non équilibré
  primaire/secondaire)
• Station secondaire peut émettre sans autorisation
• Nécessite l'ajout d'infos sur l'état du
  secondaire (N trame suivante, prêt, occupé ...)
• ABM Mode asynchrone équilibré (balanced) (le
  courant)
• Tous les équipements agissent de la même façon
• Nécessite l'ajout d'infos sur l'état de la
  station (N trame suivante, prêt, occupé ...)
• Étude restreinte au mode ABM pour limiter les ?
  cas de figure

73
Trames HDLC Type et Format

• Toutes les transmissions se font à l'intérieur de
  trames
• Bit de poids le faible transmis en premier
• Trame de données
• Trame de supervision (32 bits sans les 2 fanions)
  

8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
Fanion
FCS
Fanion
Adresse
Contrôle
74
HDLC Fanion
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• Fanion (8 bits) Délimiteur de trame (01111110)
• Permet la synchronisation de l'horloge du
  récepteur
• Sur les lignes point à point au repos,
  transmission continuelle de trame de longueur
  minimale (32 bits) (Exemple HDLC "Cisco" codage
  ?)
• 175408 Serial0 HDLC myseq 47551 mineseen
  47551 yourseen 47884 line up
• 175408 Serial1 HDLC myseq 408961 mineseen
  408961 yourseen 648137 line up
• 175418 Serial0 HDLC myseq 47552 mineseen
  47552 yourseen 47885 line up
• 175418 Serial1 HDLC myseq 408962 mineseen
  408962 yourseen 648138 line up
• 175428 Serial0 HDLC myseq 47553 mineseen
  47553 yourseen 47886 line up
• 175428 Serial1 HDLC myseq 408963 mineseen
  408963 yourseen 648139 line up
• ...

75
HDLC Adresses
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• Adresse (8bits) caractérise le destinataire de
  la trame
• Sur les liaisons point à point utilisant le
  protocole PPP (trame HDLC) adresse 11111111
• LAP-B (mode équilibré) adresses variables
• Si il s'agit de commandes ou des réponses
• Si il s'agit de liaison simple ou des multi
  liaisons
• Si il s'agit ETTD vers ETCD ou l'inverse
• Étendue sur 2 octets pour le canal D RNIS
  multipoint (trames I S)

76
HDLC Contrôle
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
Fanion
FCS
Données
Adresse
Contrôle

• Contrôle type de la trame
• Information, Supervision, non nUméroté
• NS N de Séquence
• P/F invitation à émettre (Poll) (commande)
• P/F bit Final pour une réponse
• NR N de séquence en Réception
• S Bit de fonction de Supervision
• M Bit de fonction de Modification

Nombre de bit 1 3 1 3
0 NS P/F NR
I S U
1 0 SS P/F NR
1 0 MM P/F MMM
Peut être aussi étendu à 2 octets gt NS NR à
7bits
77
HDLC Trame d'information (I)
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• Trame contenant les données
• NS codé sur 3 bits fenêtre d'anticipation de 7
  trames au maximum
• NR acquitte trames reçues (conventionN de trame
  non encore reçue)
• P/F (Poll/Final)
• P Permet l'invitation à émettre
• F Indique une réponse à la requête précédente
• Nom issu des modes non équilibrés, F indiquait la
  dernière trame des esclaves

78
HDLC Trame de supervision (S)
8 bits 8 bits 8 bits 16
bits 8 bits
Fanion
Adresse
FCS
Fanion
Contrôle

• Supervision de la liaison (sans données)
• Contrôle l'échange des données (Accusé de
  réception, demande de retransmission et de
  suspension temporaire des trames I)

79
HDLC Supervision de la liaison (1)
8 bits 8 bits 8 bits 16
bits 8 bits
Fanion
FCS
Fanion
Adresse
Contrôle

• RR Commande/Réponse prêt à recevoir (Receive
  Ready)
• ETTD prêt à recevoir une trame I
• Acquitte trame I dont N de séquence NR -1
• RNR Commande/Réponse non prêt à recevoir
  (Receive Not Ready)
• Indique l'état d'occupation de l'ETTD(Ctrl-Flux)
• Doit acquitter trame I dont N de séquence NR -1

80
HDLC Supervision de la liaison (2)
8 bits 8 bits 8 bits 16
bits 8 bits
Fanion
Fanion
Adresse
Contrôle
FCS

• REJ Commande/Réponse rejet (REJect)
• ETTD demande la retransmission de trame(s) I à
  partir de NR
• Doit acquitter trame I dont N de séquence NR -
  1
• SREJ Commande/Réponse rejet sélectif
  (Selective REJect)
• ETTD demande la retransmission d'une trame I à
  partir de NR
• Acquitte trame I dont N de séquence NR - 1

81
HDLC Supervision de la liaison (3)
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
Fanion
FCS
Données
Adresse
Contrôle

• Chaque station maintient des compteurs
• Compteur VS Nde séquence des trames I
  transmises à une station.
• Compteur VR Nde séquence des trames I reçues
  sans erreur de la part d'une station

82
HDLC Supervision de la liaison (4)
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• Trame non numérotée (U)
• Les 5 bits M permettent de définir des fonctions
  supplémentaires (32) de supervision de la liaison
  (tous ne sont pas utilisés)
• Les principales
• SABM, SARM, SNRM Initialisation et sélection du
  mode (Set ABM ...) (C)
• DISC Libération de la liaison (DISConnect)
  (Commande)
• UA Acquittement d'une trame U (Réponse)

83
HDLC Données
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• Les données utiles à transmettre ...
• Règles à respecter
• Insertion d'un 0 après séquence de 5 bit codé à 1
  gt différentiation du fanion
• Désinsertion de ce 0 par le récepteur

84
HDLC FCS
8 bits
8 bits
8 bits
8 bits
16 bits
taille variable
Fanion
FCS
Données
Fanion
Adresse
Contrôle

• FCS Frame Check Sequence (16bits)
• Détection des informations transmises de façon
  erronée,
• Calcul pour l'émetteur et le récepteur d'une
  trame
• Constitué du reste de la division polynomiale des
  N bits de la trame par un polynôme  générateur 
  normalisé de degré 16
• Reste FCS, on admet que la transmission s'est
  passée correctement
• Même règle que pour données (élimination codage
  Fanion)

85
HDLC Rejet de trames

• Calcul du FCS
• La taille minimale de la trame (hors fanions) est
  de 32 bits gt zone de données vide
• si la taille de la trame est lt 32 bits gt
  Destruction de la trame (erreur certaine de
  transmission)
• Si VR (locale) ? NS (de la trame)

86
Exemples déchanges de trames HDLC
n-1 n n-1 n

• Reprise par REJ
• Trame n'arrivant pas dans l'ordre
• Ré-émission de toutes les trames à partir de la
  trame en erreur même si trame n OK
• Algorithme simple à coder dans le silicium
  (SREJ pour liaison lente)
• Reprise par temporisateur
• Pas de réception, pas de mécanisme de reprise sur
  erreur gt tempo
• Utiliser en cas de problème grave (évite verrou
  mortel)

Erreur de NS
n-1 n Tempo n
Erreur Retransmission
87
Analogies

• De nombreux mécanismes présents avec HDLC se
  retrouvent dans les couches supérieures (ex TCP)
• Numérotation des trames gt Numéro de séquence TCP
• Acquittements gt Champ ACK de len-tête TCP
• Délai de retransmission gt Idem avec TCP
• Fenêtre démission gt Idem avec TCP
• Protection par FCS gt Protection par checksum
• Niveau 2 Niveau 4
• Mais attention on ne travaille pas au même niveau
  !

88
Protocoles dérivés LAP-B

• LAP B Link Access Protocol Balanced
• Utilisé par X25 (asynchrone full duplex) (ABM)
• Utilisé par le canal B (Bearer Channel) de
  transfert de RNIS
• Fournit un service de bout en bout.
• Fournit un circuit commuté de qualité numérique.

89
Protocoles dérivés LAP-D

• LAP D Link Access Protocol on D channel
• Utilisé par le canal D de signalisation du RNIS
  (16 Kb/s)
• Champ dadresse de 2 octets SAPI TEI
• SAPI Identificateur du Point dAccès au Service
• Pour multiplexer au niveau 2 différentes liaisons
  de données ( différents services)
• signalisation, commutation de paquets
  d'informations utilisateur, la télé-action, ...
• TEI Identificateur dExtrémité de Terminal
• Gestion de laccès de plusieurs terminaux sur un
  même bus
• Identifie les récepteurs vis-à-vis du réseau,
• Le terminal trouve les informations qui lui sont
  destinées.
• TEI 127 dont la valeur est fixée par
  convention est réservée à la diffusion
• Affectation du TEI non automatique (0 à 63) ou
  automatique (64 à 126).

90
Protocoles dérivés LAP-X

• LAP X Link Access Protocol Balanced
• Liaison à l'alternat (half duplex)
• Utilisation de HDLC en mode équilibré sur liaison
  à l'alternat (? avec le mode symétrique initial)

91
Techniques du jeton

• En général jeton permission d'émettre
• 802.4 Bus à jeton
• Applications industrielles
• 802.5 Anneau à jeton
• Token-Ring (TR)
• Standard US de l'ANSI (comité X3T9.5)
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

92
Jeton sur boucle Principes (1)

• Prise du jeton
• FDDI Par retrait du réseau et émission de
  trames multiples par la station (limité en temps)
• TR Bit de statut qui convertit le jeton en
  trame
• Émission d'une trame pour TR4
• Émission de trames multiples pour TR16

93
Jeton sur boucle Principes (2)

• Libération du jeton influence sensiblement
  l'efficacité du protocole
• (1) Si la trame est revenue entièrement (lent
  peu efficace)
• (2) Si la trame est revenue partiellement
• (3) Immédiatement (la efficace)
• TR à 4Mb/s utilise la méthode (2)
• TR à 16Mb/s et FDDI (100Mb/s) la (3)

94
Jeton sur boucle Priorités (1)

• Pas spécifique au réseau à jeton, mais non
  abordée précédemment
• Un champ "priorité" est inclus dans la trame
• Affectation d'une priorité à la station
• TR4 6 bits pour la mise en place des priorités
• 3 bits pour coder les 8 niveaux (0 à 7, 7 est le
  prioritaire)
• 3 bits pour la réservation demande explicite si
  aucune station prioritaire l'a fait avant
• Prise du jeton, si priorité à la priorité de la
  station

95
Jeton sur boucle Priorités (2)

• FDDI
• Réglage possible du temps de rétention du jeton
• 4000 à 16000 µs
• Négocié par les machines à la connexion
• Hardware is cxBus FDDI, address is 0000.0c3a.258c
• Phy-A state is active, neighbor is B, cmt signal
  bits 008/20C, status ILS
• Phy-B state is active, neighbor is A, cmt signal
  bits 20C/008, status ALS
• Requested token rotation 5000 µs, negotiated 5000
  µs
• Upstream neighbor 0040.0b3b.cce2, downstream
  neighbor 00e0.1ee5.054d

96
Bibliographie

• Téléinformatique (Dunod Informatique)
• Par C. Macchi, JF Guilbert
• Réseaux (InterEditions)
• Par Andrew Tanenbaum
• Architecture des réseaux Informatiques (Eyrolles)
• Tome 1 Les outils de communication
• Par G Pujolle, E Horlait
• FDDI Réseau Haut Débit (Masson)
• Par A.Shah, G Ramakrisnan