Chapitre 1 : La Couche Physique (PDF)

CHAPITRE 1 La couche physique Plan – Rôle de la Couche Physique – Schéma d’un circuit de données ETTD et ETCD – Mode de liaison ( simplexe , half duplexe ,…) – Quelques notions sur le traitement Signal ( signal numérique , signal analogique ,….). – Bande passante et débi...

CHAPITRE 1 La couche physique Plan – Rôle de la Couche Physique – Schéma d’un circuit de données ETTD et ETCD – Mode de liaison ( simplexe , half duplexe ,…) – Quelques notions sur le traitement Signal ( signal numérique , signal analogique ,….). – Bande passante et débit de transmission – Codage et modulation 1  La couche physique dans le modèle OSI La couche Physique définit les : – spécifications électriques, – mécaniques – fonctionnelles des procédures assurant la transmission des éléments binaires sur la liaison physique Couche liaison Couche liaison de données de données Couche Transmission de Couche Bits Bits physique signaux physique 2  Rôle de la couche physique Codage de l’information en un signal ( Codage en bande de base , Codage par modulation ). L’émission physique sur la ligne de communication 3  Circuit de données Un circuit de données est constitué d’une ligne de transmission et de deux Equipements de Terminaison de Circuit de Données ETCD (DCE : Data circuit-terminating Equipement ) L’ETTD ( Equipement Terminal de Traitement de Données ) : est un équipement informatique quelconque Support de transmission ETTD ETCD ETTD Emetteur Récepteur 4  La transmission La transmission correspond à l’envoi de 0 et 1 entre l’émetteur et le récepteur sur un support de transmission La transmission est assurée par l'ETCD (équipement terminal de circuit de données). 5  Modes de liaison Selon le sens de la communication , un circuit de donnée peut être : simplex ( dans un seul sens ) semi-duplex ( half-duplex ) : dans les deux sens à l’alternant duplex ( full-duplex ) : dans les deux sens en simultané ETCD ETCD ETTD ETTD Émission Émission Emetteur Récepteur Simplex 6  ETCD ETCD ETTD ETTD Émission Émission Emetteur Récepteur Semi-duplex ( half-duplex ) ETCD ETCD ETTD ETTD Émission Émission Emetteur Récepteur duplex ( full-duplex ) 7 Quelques notions sur le traitement du signal 8  Signal numérique Un Signal numérique est un signal discret dans le temps avec un nombre fini de valeurs ( nombre d’états ) Tension 0 1 0 0 1 1 0 1 Temps Signal numérique Le nombre d’états ( niveaux ) d’un signal numérique s’appel la valence Dans cet exemple la valence est 2 9  Signal analogique Un Signal analogique est un signal continu dans le temps avec une Infinité de valeurs Temps Signal analogique 10  Signal analogique sinusoïdal Un signal analogique peut être décomposé en un ensemble de signaux élémentaires. Les signaux de base sont de la forme d’un sinus ou cosinus Un signal sous la forme d’un sinus est de la forme suivante : s (t )  A sin( f t   ) Un signal est défini par – Amplitude A : la force du signal – Fréquence f : la vitesse du signal – Phase : le décalage du signal par rapport à l’origine  11  Propriétés d’un signal sinusoïdal: la fréquence Temps T Un signal possède une période T ( seconde ) Un signal possède une fréquence ( vitesse ) : F = 1/T Hertz 12  Propriétés d’un signal sinusoïdal: l’amplitude A Temps -A Un signal possède une amplitude ( une force ) Les valeurs du signal sont comprises entre une valeur MAX = A et une valeur MIN= -A 13  Propriétés d’un signal sinusoïdal: la phase La phase représente le décalage du signal par rapport à l’origine A Temps -A Lorsque t = 0 on obtient : s (t )  A sin( ) si  0 alors la valeur du signal est égale à 0 si  90 alors la valeur du signal est égale à A si  180 alors la valeur du signal est égale à 0 si  270 alors la valeur du signal est égale à - A 14 A Phase = 90 Temps -A A Phase = 270 Temps -A 15  Modulation en phase Le signal avec la couleur rouge : une phase de 0 ° Le signal avec la couleur noire : une phase de 180 ° Tension Temps 16  Qualité d’un signal Plusieurs paramètres influent sur la qualité d’un signal  dégradation du signal  erreurs de transmission. Les deux phénomènes qui affectent le plus un signal : – L’atténuation – Le bruit 17  L’ Atténuation Une partie de la puissance du signal est perdue lors de la transmission  Cette perte s’appelle l’atténuation. L'atténuation est la perte de la force du signal. Cela se produit, par exemple, lorsque les câbles dépassent la longueur maximale ou à cause de la présence d'une résistance électrique. 18  Tension 20 15 10 5 0 -5 Temps -10 -15 -20 Atténuation 19  Le Bruit Le bruit est un ajout d’un signal indésirable à un signal. Un bruit peut modifier les caractéristiques d’un signal : fréquence , amplitude ou phase Les principales causes du bruit : Intempérie ( pluie , chaleur ,…..) Champs électrique et magnétique Aucun signal n'est exempt de bruit  Dans la pratique durant une transmission il y a toujours des perturbation (parasite ). Mais , il est important de maintenir le rapport signal/bruit le plus élevé possible. 20 20 Tension Signal 15 original 10 5 0 -5 Temps -10 -15 -20 Tension 20 15 Signal perturbé 10 5 0 -5 Temps -10 -15 -20 21 Caractéristiques d’un canal transmission 22  C’est quoi un canal de transmission ? Un canal de transmission est le moyen physique de transmission de l’information ( un signal ) Exemple : – L’air ( le vide ) – File de cuivre – File en fibre optique Il est caractérisé par la bande passante qui représente l'intervalle de fréquences dans lequel les signaux sont correctement transmis sur le canal. 23  La Bande passante Tout canal de transmission a des limitations liés à des fréquences qu’il laisse passer : C’est la Bande Passante Bande passante Temps Fmin F max Bande passante = (F max – Fmin ) Exemple : Une ligne téléphonique ne laisse passer que des signaux de fréquence comprise entre 300Hz et 3400Hz. La largeur de bande est de 3100Hz. 24  Débit binaire de transmission On appel débit binaire ( bit rate ) d’un circuit de données le nombre maximum de bits par seconde que ce circuit est capable de transporter. 25  Remarque 1Kb/s = 1000 bits/s 1kb/S = 103 bits/s 1Mb/s = 1 000 kb/s = 1000 000 bits/s 1Mb/s = 103 kb/s = 106 bits/s 1Gb/s = 1 000 Mb/s = 1000 000 Kb/s=1 000 000 000 b/s 1Gb/s = 103 Mb/s = 106 Kbits/s = 109 bits/s 26 Relation entre le débit binaire et la bande passante Soit un signal de bande passante W et d’une puissance S On considère un bruit de puissance N Selon le théorème de Shannon , le débit maximal est donné par la formule suivante : D = W. log2 (1+S/N) La limite de shannon est une limitation théorique et elle est difficile à atteindre dans la pratique vu la variation des bruit et d’autres paramètres. 27  Remarque : Débit physique/ débit applicatif Débit physique : Débit sur le support physique ( débit théorique  maximal ). Débit applicatif (ou utile ) – Débit de l’émission des données applicatives – Observé au niveau des applications par l’utilisateur 28  Remarque : Débit physique/ débit applicatif Débit applicatif peut être inférieur au débit physique : – Partage du débit physique entre les différents utilisateurs. – Informations supplémentaires nécessaires aux protocoles utilisés  l’encapsulation ( ajout des entêtes ) 29  Comment calculer le temps de transfert ? Le temps de transfert d’une quantités de données entre une source et une destination dépond de plusieurs paramètres. Quelques paramètres sont liés au canal de transmission utilisé : – Débit physique du canal – Vitesse de propagation du signal sur le canal – La distance qui sépare la source et la destination 30  D’autres paramètres sont liées : Aux équipements d’interconnexion (nombre, temps de traitement,…) Nombre d’utilisateurs Types des applications utilisées ( Taille des paquets , protocole utilisé,…..) La quantité des données ……………………. Hôte A Hôte C Hôte B Hôte D 31  Temps de transfert Temps de transfert = temps d’émission + temps de propagation Temps émission : temps nécessaire pour mettre les données sur le support. Temps de propagation : temps nécessaire pour que le signal arrive à la destination. 32  Temps d’émission Le débit d’une ligne définit le nombre de bit émis par seconde sur le support. Temps d’émission d’un paquet de données de taille M Temps d’émission = M/D Tension 33  Vitesse et temps de propagation L’information binaire est représentée à l’aide d’une onde physique sur le canal de transmission. Une onde possède une vitesse qui dépend du support Tension Vitesse Le temps de propagation dépend de la vitesse V de l’onde et la longueur L du support : Temps de propagation = L/V 34  Exercice 1 Supposons qu'une station émit un message d’une taille 800 bits vers une autre station avec un débit de 64 K bits/s – Calculer le temps d’émission de ce message – Calculer le temps de propagation – Calculer le temps de transfert de message Dans le cas : 1. Les deux stations communiquent entre elle via un câble de longueur de 200 m. La vitesse de propagation d’un signal sur le câble est égale à 200000 km/s. 2. Les deux stations communiquent entre elle via un satellite de communication. Le satellite est situé à 36000 Km de la terre et la vitesse de propagation d’un signal dans l’air est égale à 300000 km/s. 35  Exercice 1 : cas N° 1 Le temps de transmission du message : 64 *1000 bits  1 seconde 800 bits  T trans Ttrans = 800 / 64 *1000 = 0,0125 seconde = 12,5 ms Tprop = Distance /vitesse = 200 /200 000 000= 10-6 s= 0,001 ms Le temps de transfert = T trans + T prop Temps de transfert = 12,5 + 0,001 = 12,501 ms 36  Exercice 1 : cas N°2 Le temps d’émission du message : 64 *1000 bits  1 seconde 800 bits  T trans Ttrans = 800 / 64 *1000 = 0,0125 seconde = 12,5 ms Le temps de transfert = T trans + T prop Tprop = Distance /vitesse = 36000 *2/300000= 240 ms Temps de transfert = 12,5 + 240 = 252,5 ms 37  Exercice 1:débit applicatif Taille des données : 800 bits Débit : 64 K bits/s Débit Applicatif =Taille de données /Temps du transfert Temps de transfert ( 1 er cas ) = 12,5 + 0,001 = 12,501 ms Temps de transfert ( 2 éme cas ) = 12,5 + 240 = 252,5 ms Débit applicatif ( 1 er cas ) = 800/12,501= 63, 99 Kb/S Efficacité = Debit_Applicatif/Débit physique= 63, 99 /64 = 99% Débit applicatif ( 2 éme cas ) = 800/252,5 = 3, 16 Kb/s Efficacité = Debit_Applicatif/Débit physique= 3, 16 /64 = 4% 38  Exercice 2 On veut transporter 2 To de données de deux manières différentes : Sur plusieurs DVD dans une voiture avec une vitesse de 18 km/h. Sur un lien en fibre optique de 1.2 Gb/s. Dans quelle plage de distance la voiture possède-elle une plus grande vitesse de transmission. 39  On néglige le temps de propagation sur la fibre optique : négligé Temps_transfert_fibre= Données/Débit_fibre + Tprog_fibre Temps de transfert fibre = 2 *8* 1024 *1024 *1024*1024 /1.2 * 1000*1000*1000 = 14660,15 s = 4.07 heures 40 On néglige le temps d’emmision lors du transfert par voiture: négligé Temps_transfert_V= Tp_V + Temm_V Temps_transfert_V = Distance_V / vitesse_V C’est plus intéressant d’utiliser la voiture si : Temps_trabsfert_V < temps_transfert_Fibre Distance_V / vitesse_V < temps_transfert_Fibre Distance_V < vitesse_V * Temps_transfert_Fibre = 18 * 4.07 = 73 km Si la distance est inférieure à 73 km c’est plus intéressant d’utiliser la voiture 41