V.ECHANGE DE DONNEES AVEC UN ORDINATEUR
V.1.AVANT-PROPOS:
La compréhension du fonctionnement des systèmes informatiques est grandement facilitée par la connaissance de
quelques notions de base concernant la transmission des informations digitales. Ce chapitre les expose sommairement.
V.2.NOTIONS SUR LA TRANSMISSION DES INFORMATIONS DIGITALES:
V.2.1.MEDIA DE TRANSMISSION:
V.2.1.1.DIFFERENTS TYPES DE MEDIAS:
Pour échanger des données entre deux systèmes informatiques, il faut utiliser un MEDIA DE TRANSMISSION,
c'est à dire un support dans lequel des signaux peuvent se propager. Les trois catégories de médias les
plus utilisés sont:
- Les conducteurs électriques (qui permettent la propagation de signaux électriques).
- Les fibres optiques (qui permettent la propagation de signaux lumineux.
- Les liaisons hertziennes (appelées encore transmissions sans fil ou WIFI),
qui utilisent la propagation d'ondes électromagnétiques..
Evidemment, chacune des catégories ci-dessus n'est capable de propager qu'un certain type de signal:
- Pour un conducteur électrique, ces signaux sont des variations de tension.
- Pour une fibre optique, les signaux seront des variations d'intensité lumineuse.
- Pour une transmission «sans fil» (WIFI), c'est la variation d'un champ magnétique dans l'espace qui transporte le signal.
V.2.1.2.CHOIX D'UN MEDIA:
Pour chacune de ces catégories, plusieurs types de médias existent sur le marché.
PAR EXEMPLE:
Dans la catégorie des conducteurs électriques, on trouvera les «paires torsadées», les «paires
torsadées blindées» et les «câbles coaxiaux», chaque type ayant ses inconvénients et ses avantages:
- Une paire torsadée simple est facile à installer, peu coûteuse mais assez sensible aux parasites. On l'utilise pour des liaisons à courte distance (jusqu'à 200 m environ) dans un environnement électromagnétique peu perturbé.
- Une paire torsadée blindée est également facile à installer et beaucoup moins sensible aux parasites, mais nettement plus coûteuse. On l'utilise également pour de courtes distances dans un environnement électromagnétique perturbé
- Une liaison par câble coaxial est très peu sensible aux parasites, mais coûteuse et difficile à installer. On l'utilise également sur de courtes distances quand on veut se protéger de toute perturbation électromagnétique
- La fibre optique permet des transmissions sur de longues distances. Elle est totalement insensible aux perturbations électromagnétiques. Cependant, elle est très coûteuse à installer.
- Le débit d'une fibre optique (jusqu'à plusieurs giga-bits/seconde suivant le type de fibre) est très nettement supérieur à celui d'une paire torsadée ou d'un coaxial (autour de 100 mbits/seconde).
- Les liaisons sans fil permettent de traverser des zones que l'on ne peut ou ne veut pas équiper d'installations fixes, mais, à part pour des distances très courtes (à l'intérieur d'un local), elles sont très coûteuses et soumises à des réglementations très strictes.
- Etc...
De ce fait, les liaisons sur de longues distances sont composées de médias de diverse nature, en
fonction des longueurs de chaque segment, du débit à assurer et du milieu traversé (environnement
électromagnétique, complexité du trajet, risque de vandalisme, etc...).
V.2.1.3.INJECTION D'UNE INFORMATION DANS UN MEDIA:
Un système informatique ne traitant que des signaux électriques, c'est uniquement sous cette forme
qu'il pourra délivrer les informations à émettre sur le média. Si celui-ci n'accepte pas ce type de signal,
ceux-ci devront, avant leur injection, être transformés en signaux compatibles avec lui. De même, le
récepteur devra retransformer les informations reçues en signaux électriques.
V.2.1.4.EXEMPLE N°1: TRANSMISSION PAR FIBRE OPTIQUE:
Une FIBRE OPTIQUE est une fibre de verre de grande longueur et de petite section, dont l'indice
de réfraction varie entre la région axiale et la périphérie. Cette particularité lui permet de guider
les rayons lumineux le long de son axe longitudinal, leur permettant ainsi de se propager sur de grandes
distances sans atténuation notable.
Pour transmettre une information issue d'un ordinateur sur une fibre optique, il faut la transformer en
impulsions lumineuses, c'est à dire faire varier l'intensité du faisceau lumineux d'une façon analogue aux
variations du signal électrique qui la code. Ce passage du signal électrique au signal lumineux est obtenu
grâce à une DIODE PHOTOLUMINESCENTE (diode LED). En effet, l'intensité de l'émission de lumière d'une telle
diode croît et décroit dans le même sens que l'intensité du courant électrique qui la traverse. Un dispositif
optique permet d'injecter cette lumière sous la forme d'un « rayon » fin dans l'âme de la fibre.
A l'autre extrémité de la fibre, les impulsions lumineuses doivent être retransformées en impulsions
électriques. On utilise pour cela une DIODE PHOTOSENSIBLE qui produit un courant électrique lorsqu'elle est
frappée par un rayon lumineux. L'intensité du courant électrique ainsi produit croît et décroit dans le même
sens que l'intensité du rayon lumineux qui la frappe.
V.2.1.5.EXEMPLE N° 2: TRANSMISSION PAR ONDES ELECTROMAGNETIQUES (WIFI):
Dans le cas d'une transmission par ondes électromagnétiques, le signal électrique d'origine est
incorporé à un signal électromagnétique à haute fréquence (une « onde porteuse ») capable de se propager
dans l'espace interatomique. Nous étudierons plus loin ce procédé, appelé MODULATION.
A l'émission, une BORNE D'EMISSION (constituée d'un circuit électronique émetteur à haute fréquence)
module la porteuse avec le signal électrique représentant les informations à émettre, puis émet la porteuse
modulée.
En réception, une BORNE DE RECEPTION (constituée d'un circuit électronique récepteur) démodule la porteuse
reçue pour récupérer le signal électrique d'origine.
V.2.2.TRAME D'ENVOI DE DONNEES:
A l'intérieur d'un ordinateur, une information à transmettre se présente sous la forme d'une suite d'octets
contenant le codage de l'information en binaire. Ces octets, qui sont en général enregistrés dans la
mémoire centrale, constituent la partie utile de la transmission.
Cependant, une transmission ne peut se résumer à l'acheminement des octets utiles vers le destinataire.
Il faut également s'assurer:
- Que ce destinataire reconnaîtra bien le début et la fin du train d'octets transmis (indispensable pour pouvoir repérer les données à l'intérieur).
- Qu'il pourra s'assurer qu'il en est bien destinataire (indispensable si plusieurs destinataires possibles sont branchés sur le média, ce qui est le cas dans un réseau ).
- Qu'il pourra vérifier que les données n'ont pas été altérées par la transmission.
De ce fait, un certain nombre d'octets «de service» sont rajoutées aux octets utiles. On pourra trouver ainsi:
- Des octets d'en tête et de fin du «train d'octets».
- Des octets servant à vérifier, à la réception, l'intégrité du contenu des données transmises (nombre d'octets transmis, code de vérification).
- Eventuellement, des octets servant à identifier le récepteur, s'il y en a plusieurs possibles sur le média. C'est le cas lorsqu'on transmet des données sur un réseau. Ces octets sont appelés «octets d'adressage».
Le nombre et le contenu de ces octets supplémentaires dépendent de la technologie de transmission utilisée (BSC,
HDLC, ETHERNET, etc...). Comme ils sont ajoutés au début et à la fin des octets d'information, on dit couramment
qu'ils ENVELOPPENT l'information utile (Par exemple, on entend quelquefois parler d'enveloppe ethernet: ce terme
désigne les octets de service rajoutés dans une trame ethernet).
DEFINITION:
On appelle TRAME DE TRANSMISSION DE DONNEES une suite d'octets de données et de service,
transmise en série, sous la forme d'un flux continu et bien délimité d'octets sur un média,
et correspondant au contenu d'un message ou d'un segment d'un message dont la transmission s'effectue en
plusieurs segments.
Le contenu et la position des octets de service dans la trame dépendant du protocole de liaison utilisé,
on parlera d'une TRAME ETHERNET, d'une TRAME BSC, d'une TRAME HDLC, etc.
V.2.3.CODAGE ELECTRIQUE D'UNE INFORMATION DIGITALE:
V.2.3.1.INTRODUCTION:
Une fois les informations utiles enveloppées dans une trame correspondant à la technologie de liaison
adoptée, il est nécessaire, pour pouvoir injecter cette trame sur le média, de la transformer d'abord
en signaux électriques. Une trame se présentant toujours sous la forme d'une suite d'octets (octets
d'information et octets de service), il suffit d'examiner les modalités de codage d'un octet.
V.2.3.2.CODAGE D'UN OCTET:
La figure suivante représente le codage électrique de l'octet 10110110 par la méthode dite «NRZ».
Nous voyons que la forme du signal traduit directement la configuration binaire de la donnée transmise,
sous forme de variations de tension appelées «signaux carrés»:
- Les bits dont la valeur est 1 sont transmis sous la forme d'un pallier de tension à +5 volts, maintenu pendant une durée DT.
- Les bits de valeur 0 sont traduits par des palliers de même durée, mais de tension -5 volts.
- Une absence de transmission est traduite par un pallier à 0 volts.
La variation du signal électrique en fonction du temps (courbe rouge) correspond à la transmission de la
valeur binaire 10110110 (soit 182 en décimal, s'il s'agit d'un entier naturel):
Le codage NRZ n'est qu'une des nombreux codages électriques existants. Il n'est pas question d'en faire
une étude approfondie dans le cadre de ce cours. Nous avons choisi un exemple en NRZ parce c'est la méthode
la plus intuitive.
Remarquons que la durée DT détermine la vitesse de transmission du message, donc le débit de la ligne.
Dans le cas présent, si DT vaut 0,1 milliseconde, le débit de la ligne pourrait atteindre:
1/0,0001 = 10000 bits par seconde, soit 10 kbits/s
V.2.3.3.TRANSMISSION D'UN MESSAGE:
La transmission d'une information se présente sous la forme d'une suite de signaux électriques codés
d'une manière analogue à celle qui a été présentée au paragraphe précédent (on utilise souvent
l'expression «signaux carrés», à cause de la forme de la courbe de variation).
V.2.4.TRANSMISSION EN BANDE DE BASE:
V.2.4.1.PRINCIPE:
Les signaux représentant les trames sont injectés directement sur le média de transmission, tels qu'ils
ont été codés électriquement. La forme du signal sur le média est donc semblable à la courbe représentée
au paragraphe II.5.2.1.
V.2.4.2.CARACTERISTIQUES ET UTILISATION:
La transmission en bande de base est simple est peu coûteuse. Elle a cependant plusieurs désavantages:
- Elle ne permet pas de transmission à grande distance sur un conducteur électrique (distance maximale: 200 à 500m).
- Elle est relativement sensible aux perturbations électromagnétiques.
- Elle ne permet pas de transmettre simultanément plusieurs messages sur le même média.
L'injection sur une fibre optique permet d'éliminer les parasitages et d'augmenter la portée, mais c'est
une solution coûteuse. De même, on peut employer des paires blindées ou des câbles coaxiaux pour réduire
les parasites, mais cela augmente également les côuts.
De ce fait, on utilise la bande de base pour des transmissions locales (réseaux locaux, par exemple).
V.2.5.TRANSMISSION PAR MODULATION:
V.2.5.1.PRINCIPE:
Dans ce cas, la trame est injectée sur le média sous la forme de variations d'un signal périodique à
haute fréquence, appelé «PORTEUSES» (la dénomination exacte est «ondes porteuses»), en fonction du codage
électrique obtenu.
Le schéma suivant représente un codage de l'octet 10110010 par une modulation de l'amplitude de la
porteuse: Un bit à 0 est représenté par une amplitude moindre qu'un bit à 1, maintenue pendant une durée Dt:
REMARQUE:
Il est également possible de moduler la FRÉQUENCE de la porteuse (modulation de fréquence) ou encore
sa PHASE (modulation de phase).
V.2.5.2.CARACTERISTIQUES ET UTILISATION:
- La modulation a pour avantage de permettre des transmissions sur de LONGUES DISTANCES.
- Elle permet également de transmettre simultanément plusieurs signaux sur le même média: Il suffit pour cela d'utiliser des fréquences de porteuses suffisamment éloignées les unes des autres. A l'arrivée, chaque porteuse est séparée des autres en utilisant des filtres en fréquence, puis les modulations sont transformées en signaux carrés, correspondant à un des codages utilisés en bande de base. Permettre à un média de transmettre simultanément plusieurs messages s'appelle un MULTIPLEXAGE.
- Dans le cas des liaisons sans fil (WIFI, faisceaux hertziens, etc.), la modulation est le seul mode de transmission possible, les signaux en bande de base ne pouvant se transmettre dans l'espace.
De ce fait, les domaines d'utilisation de la transmission modulée sont:
- Les transmissions sur de longues distance (par exemple, la transmission ADSL);
- Le multiplexage de médias.
- La transmission sans fil (WIFI).
V.2.6.NOTION DE MODEM:
La transmission par modulation est réalisée en intercalant dans le circuit de transmissions deux
composants appelés MODEM (Modulateur-DEModulateur). Ce sont eux qui, à l'émission, modulent les
porteuses avec les signaux électriques en bande de base et qui, à la réception, filtrent les porteuses,
récupèrent les informations et les recodent en bande de base:
EXEMPLE:
Les liaisons ADSL sont de bons exemples d'utilisation de la modulation. Une liaison A.D.S.L. (Asymétric
Digital Suscribed Line) désigne un procédé de transmission de signaux numériques entre deux postes à partir
des liaisons téléphoniques locales de ces deux postes («boucle de cuivre» locale, reliant l'abonné au central
téléphonique).
Les informations ADSL utilisent donc le même média que les signaux téléphoniques. Pour séparer ces deux
flux, un multiplexage en fréquence est utilisée. La technique de modulation D.T.M. (Discret Multi Tone)
divise la bande de fréquences de 0 à 1,104 Mhz en 256 canaux de 4,3125 Khz. Les 6 premiers canaux sont
réservés à la téléphonie analogique, les 27 suivants à la voie A.D.S.L. montante et le reste à la voie
descendante. A chacun des canaux ADSN correspond une onde porteuse.
C'est donc le multiplexage en fréquences qui permet de séparer flux ADSL et téléphonie classique
(en utilisant un filtre ADSL). Les différents canaux attribués au flux ADSL peuvent transmettre simultanément
les informations du web, la télévision numérique et la téléphonie numérique, en utilisant des porteuses
différentes.
Les modems utilisés sont, dans ce cas des MODEMS ADSL, en général intégrés aux diverses BOX (LifeBox,
NeufBox...) fournies par les fournisseurs d'accès à internet.
