Les réseaux
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A La téléinformatique

I Principe de transmission des données

I - a Transmission parallèle et transmission série

Deux principes peuvent être énoncés : transmission parallèle et transmission série. Ces deux technologies d’acheminement des informations binaires ont été abordées lors de l’étude des BUS (voir article sur l'architecture d'un PC).

1 - Rappel du principe parallèle:

Les bits partent par paquets de 8, 16, 32 sur un ensemble de fils placés côte à côte. Ce système est peu fiable et coûteux sur de longues distances mais est très rapide.

2 - Rappel du principe série :

Les bits partent un après l’autre sur un fil (deux en réalité). Si une tension V est appliquée pendant un certain temps on a 1, si une tension V n’est pas appliquée pendant un certain temps on a 0. Cette méthode nécessite un découpage du temps, et une synchronisation de l’émetteur et du récepteur. Cette transmission est fiable sur des distances relativement grandes mais est très lente.

I - b Nature du signal utilisé

Pour traduire les deux états de l’information 0 et 1, la représentation sinusoïdale du signal analogique est privilégiée. En effet les caractéristiques de la sinusoïde qui sont A - l’amplitude maximum -, f - la fréquence en Hertz - et f - la phase - vont permettre de définir ces deux états. Ceci est possible grâce à une onde de référence que l’on appelle onde porteuse. Toute variation par rapport cette onde va donc être significative.

On définira donc :

1 - Le moment élémentaire qui est le temps pendant lequel une ou plusieurs de ces caractéristiques sont significatives pour traduire un ou plusieurs états binaires.

Un moment élémentaire pourra ainsi coder 1 ou plusieurs bits (0 ou 1) en fonction de la valence du signal (amplitude qui traduit une tension servant à exprimer un état binaire).

2 - La rapidité de modulation qui est le nombre de moments élémentaires par seconde, noté R et mesurée en Bauds.

3 - Le débit binaire qui est le nombre de bits par seconde, noté D.

II - c Largeur de la bande passante.

Un signal utilise une zone de fréquence pour circuler (largeur de bande), le nombre d’informations pouvant être transmis dépend donc de cette largeur de bande. La bande passante est la largeur qu’autorise le canal physique de communication. Une ligne téléphonique transmet correctement de 300 à 3400 Hertz, soit une bande passante de 3100 Hertz. Sa rapidité de modulation est de 6 200 Bauds.

Remarque1 : La transmission subit des déformations (affaiblissement, distorsion, bruit), qui peuvent être rectifiées par des amplis ou des régénérateurs.

Remarque2 : L’arrivée de nouveaux supports à très large bande passante permet de véhiculer l’information sans aucun codage. Seule la variation des caractéristiques du signal (A, f, f) suffit. Les suites binaires passent par ces supports telle qu’elles ont été émises (0 le courant passe, 1 il ne passe pas). Dans ce cas l’affaiblissement est grand mais la transmission est rapide (câble coaxial, fibre optique, voie hertzienne). On parle alors de transmission en bande de base.

II - d La synchronisation

Ce système de codage nécessite comme nous l’avons vu une synchronisation entre l’émetteur et le récepteur. Deux manières de synchroniser le départ et l’arrivée du message existent.

Transmission asynchrone :

Dans ce cas, il n’y a pas de synchronisation permanente entre les deux horloges locales (émetteur, récepteur), mais un signal de départ (START) est donné pour déclencher la synchronisation des correspondants et un signal de fin pour la stopper (STOP). Cet “appel” est réalisé à chaque caractère. Étant donnée que la phase de synchronisation dure peu (frappe sur un clavier), le léger décalage qui peut se produire entre l'instant d’émission et l’instant de réception est sans conséquence.

Transmission synchrone :

Dans ce cas les deux horloges locales sont en permanence re-synchronisées, pour que l’émission et la réception correspondent exactement. La synchronisation peut se faire par exemple par l’envoi d’un code binaire. Pour les longues suites de bits, il faut tenir compte des transitions de re-calage, on utilise alors un code spécial dit embrouilleur.

Cette méthode pose ici un problème technique du à la synchronisation permanente des deux horloges. En effet pour cette technique tout ce passe comme si le flux était continu. Pour remédier à cette difficulté on peut procéder autrement et arrêter la synchronisation entre deux messages. A chaque départ d’un nouveau message une suite de caractères (SYN en ASCII) est envoyée pour relancer la synchronisation. Les méthodes de transmission synchrones sont conservées (code de re-calage, code embrouilleur) mais elles sont associées aux méthodes d’a-synchronisation.   

Ce type de transmission est dit asynchrone-synchrone et est utilisé dans les trames Ethernet en réseau local.

II - e Le multiplexage

Le multiplexage permet de faire passer sur la même ligne plusieurs messages simultanément. Deux techniques permettent de réaliser le multiplexage.

1 - Multiplexage de fréquence : attribut à chaque message une fréquence différente tout en évitant la diaphonie.

2 - Multiplexage temporel : Chaque message est divisé en sous-ensembles possédant un identificateur de temps IT. Ces sous-ensembles vont circuler l’un après l’autre sans se soucier de leur appartenance à tel ou tel message. Les IT serviront à reconstituer chaque message global.

B Configuration des réseaux

I Entités fonctionnelles des réseaux

I - a ETTD (Équipement Terminal de Traitement de Données)

Cet équipement permet de traiter les données transmises (ordinateur, terminal écran clavier, HUB). La machine chargée de recevoir les données doit être capable de les traiter. Ce matériel peut être spécialisé pour un traitement spécifique (terminal écran clavier) comme les postes de retrait bancaire automatiques ou non-spécialisé comme un micro-ordinateur.

I - b ETCD (Équipement Terminal du Circuit de Données)

Cet équipement assure la gestion (codage et décodage) de la communication, la bonne émission et la bonne réception des signaux. Le modem est un ETCD.

II Relation entre entités

II - a Unidirectionnel ou Simplex (exemple radio)

II - a Bidirectionnel à l’alternat ou Half-Duplex (exemple talkie-walkie)

II - a Bidirectionnel simultané ou Full-Duplex (exemple téléphone)

III Topologie des réseaux

III - a Topologie en étoile

Ici les liaisons sont dites point par point (ETTD <> ETTD). Chaque ETTD est relié à un ETTD central appelé HUB ou concentrateur.

III - b Topologie en bus

Ici chaque ETTD est connecté sur une voie unique le bus. Cette topologie nécessite donc un repérage de chaque station. Et une gestion du temps d’émission puisqu’une seule station ne peut émettre à l’instant T

Deux techniques sont  utilisées :

1 - Le polling-selecting qui consiste à donner provisoirement le statut de maître à chaque l’ETTD suivant un ordre déterminé en l’invitant à émettre puis ensuite à recevoir.

2 - La diffusion consiste à adresser chaque ETTD pour l’identifier. Un ETTD qui reconnaît son adresse prend en considération l’information qui circule.

Pour cette technique il y a contention quand deux ETTD émettent en même temps (collision des paquets).

III - c Topologie en anneau

On a ici une liaison point par point mais sur un circuit fermé, le principe est celui du relais. La station émettrice envoi le message et un “jeton”, chaque ETTD passe le relais jusqu’à ce qu’il y ait concordance d’adresse entre l’émetteur et le destinataire. Enfin le jeton revient à la station émettrice et le message est supprimé de la boucle. Cette topologie est aussi appelée Token-Ring (Ring pour anneau, Token pour “jeton”).

III - d La topologie maillée

Les ETTD sont reliés entre eux de telle sorte que plusieurs chemins soient possibles pour transporter l’information d’un ETTD à un autre. Ce type de réseau peu être plus ou moins fortement maillé. Les ordinateurs du réseau Transpac sont disposés en configuration fortement maillée.

III - e Choix d’une topologie

Topologie Avantages Inconvénients
Bus
  • Economie du câble
  • Mise en oeuvre simple
  • Simple et fiable
  • Facile à étendre
  • Ralatissement du trafic en cas de nombreuses stations
  • Problème (panne) difficile à isoler
  • Une coupure du câble affecte de nombreux utilisateurs
Anneau
  • Accès égalitaire à toutes les stations
  • Performances régulières même avec un grand nombre de stations

 

  • Une panne d'ordinateur peut affecter l'anneau
  • Problème (panne) difficile à isoler
  • La reconfiguration du réseau peut interrompre son fonctionnement.
Etoile
  • Ajout de station facile
  • Surveillance et gestion centralisée
  • Si le site central tombe en panne tout le réseau est hors-service

IV Éléments physiques et logiques d’un réseau.

IV - a Les terminaux

Un terminal peut être n’importe qu’elle machine capable de recevoir l’information qui circule sur un réseau. Sa capacité de traitement et son “intelligence” vont être des critères qui permettront de les distinguer. Terminal Lourd ou Intelligent et Terminal Léger. Le frontal est un ordinateur prenant en charge les divers protocoles et assurant la gestion des divers ETCD.

IV - b Interfaces de connexion normalisées ou jonctions (entre ETTD et ETCD).

IV - c Le MODEM (MOdulateur, DEModulateur)

Le modem est un ETCD. Il permet de transformer le signal numérique en signal analogique par modulation. Il permet aussi la compression des données, l’en cryptage, le décryptage ainsi que le contrôle des erreurs. Sa rapidité se mesure en bits par seconde (bps). Les modems actuels standards varient entre 33 600 bps et 56 000 bps. Les modems câbles sont destinés à communiquer avec les câbles télévision. Ici il n‘y a plus de norme et on atteint des débits largement supérieurs à Numéris (4 MBbs contre 128 KBps pour Numéris).

IV - d Voies de transmission  

V Communication

V - a La commutation

Plusieurs technologies sont utilisées pour rendre la communication possible entre les éléments d’un réseau, c’est la commutation.

V - b Le modèle architectural de L’OSI

Le modèle OSI est une norme, une conceptualisation des échanges d’un réseau permettant aux systèmes de communication qui la respectent de communiquer entre eux même s'ils sont hétéroclites. 

La transmission des données est découpée en 7 couches ayant chacune une fonction et des propriétés différentes.

1 Couche physique 

Champ de définition : elle définit l’aspect électrique de la communication.

Gestion : cette couche gère la transmission électrique de l’information (mode synchrone, asynchrone, modulation et démodulation si besoin est). Son unité d’échange est le bit. Elle assure qu’un bit 1 ne se retrouve pas à l’arrivée sous l’état 0.

Composants : sont concernés par cette couche, l’interface de connexion, le câblage et les cartes réseaux dans leur aspect physique.

2 Couche de liaison

Champ de définition : elle définit les règles de transmission et de réception des données au regard des connexions physiques des systèmes.

Gestion : elle met en forme et reconstitue le signal pour répondre correctement aux règles d’émission et de réception (adressage, gestion des erreurs, en-tête ou fanion, commandes informations).

Composants : sont concernées les cartes réseaux dans leur aspect physique.

3 Couche réseau

Champ de définition : elle définit l’aspect logique et physique du réseau dans sa fonction d’acheminement des données.

Gestion : elle est chargée de traduire les adresses logiques en adresses physiques, elle gère les problèmes de circulation des paquets (routage, itinéraire, nœuds..) ainsi que leur répartition et leur ré-assemblage

Composants : sont concernées les cartes réseaux dans leur aspect logique (drivers et protocoles).

4 Couche transport  

Champ de définition : elle définit le mode de transport des données.

Gestion : elle gère le découpage de l’information en paquets, vérifie l’ordre dans lequel ils sont envoyés, ainsi que la présence d’éventuels doublons.

Composants : sont concernées les cartes réseaux dans leur aspect logique (drivers et protocoles).

5 Couche session

Champ de définition : elle définit les propriétés du dialogue existant entre les stations du système.

Gestion : elle gère l’ouverture d’une session de travail, assure la synchronisation du dialogue (ajout du n° de trame, du type de trame aux paquets) et les contrôles d'accès.

Composants : sont concernés, les cartes réseaux ainsi que les systèmes d’exploitation.

6 Couche présentation :

Champ de définition : elle définit le format des données au regard du système d’exploitation.

Gestion : elle assure la conversion des formats de données (fichier texte MS-DOS > fichier texte UNIX).

Composant : sont concernés les systèmes d’exploitation.

7 Couche application

Champ de définition : elle définit les services auxquels l’utilisateur peut accéder sur un réseau.

Gestion : elle assure la gestion des processus logiciels nécessaires à la communication (transfert de fichiers, messagerie, travaux à distance, accès aux fichiers distants...).

Composants : sont concernés les systèmes d’exploitation, et les logiciels.

Les composants physiques sont concernés par les couches 1 et 2. Les  protocoles de communication et les composants logiciels qui les appliquent sont concernés par les couches 3 et 4. Les applications de traitement sont concernées par les couches 5, 6  et 7

Plusieurs protocoles utilisent cette norme OSI (TCP/IP en fait partie).

Synopsis de la circulation des données.

VI Particularité des réseaux locaux

Un réseau local sur le principe fonctionne de la même manière qu’un réseau longue distance. Cependant comme un réseau local met en relation des stations sur une distance plus courte, dans un espace géographiquement restreint, certains aspects physiques et logiques ont des caractéristiques différentes.

VI – a La topologie des réseaux locaux

Nous retrouvons pour la plupart les différentes topologies des réseaux longue distance. Seule la topologie maillée qui est directement liée à la situation géographique des ETTD n’est pas utilisée en réseau local. La topologie en étoile dans le cas d’un réseau local peut se présenter avec une variante. En effet elle peut se décliner dans une configuration dite en arbre.

VI – b Mode de transmission des données.

Compte tenu du faible éloignement on utilise la transmission en bande de base. Celle-ci, rappelons-le est une transmission numérique. La transmission en large bande est assez peu employée.

Gestion de la contention : La gestion des collisions sur une topologie en bus se fait suivant deux méthodes :

VI – c Le câblage

Comme pour les réseaux longue distance, on retrouve les principales voies de transmission. En réseau local la paire torsadée trouve cependant un intérêt pour son faible coût.

1 - Les paires torsadées

Elles sont rangées par catégorie suivant leur débit. On a donc 5 catégories qui vont du simple fil téléphonique (qui ne peut transmettre que la voix) au câble UTP (100Base-T) qui offre un débit de 100 MBps, en passant par UTP (10Base-T) avec 10 MBps ou 16 MBps.

2 - Liaisons infrarouges et liaisons radio.

Ces liaisons font partie des techniques de transmission sans câble, elles sont envisagée quand la situation géographique ne permet pas le passage de lignes (immeubles en vis à vis…).

Alexandre le Grand (Octobre 2000)

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