Principes Fondamentaux de la Transmission de Données et Réseaux

Transmission Synchrone

Dans ce type de transmission, il est nécessaire que l'émetteur et le récepteur utilisent la même fréquence d'horloge. La transmission se fait alors par blocs, nécessitant la définition de deux groupes de bits appelés délimiteurs, qui indiquent le début et la fin de chaque bloc.

Cette méthode est plus efficace car le flux d'informations est uniforme, ce qui permet d'atteindre des débits de transmission élevés.

Pour réaliser la synchronisation, l'émetteur envoie un signal de départ. La transmission est activée par l'horloge du récepteur. Dès ce moment, l'émetteur et le récepteur sont synchronisés.

Transmission Asynchrone

La connexion asynchrone est un mode de transmission dans lequel chaque caractère est envoyé à des intervalles de temps irréguliers (par exemple, un utilisateur qui saisit des caractères au clavier en temps réel).

Pour remédier à ce problème, chaque caractère est précédé d'une information indiquant le début de la transmission du caractère (ce début de transmission est appelé bit START) et se termine par l'envoi d'informations concernant l'achèvement de la transmission (appelé bit STOP, qui peut même être composé de plusieurs bits).

Supports de Transmission

Le support de transmission est le canal qui permet la transmission d'informations entre deux terminaux dans un réseau de transport.

La propagation des ondes est généralement effectuée par multiplication électromagnétique à travers le canal.

Parfois, le canal est physique et parfois non, car les ondes électromagnétiques peuvent se propager dans le vide.

Supports Guidés

Les supports de transmission guidés sont constitués d'un câble qui est responsable de la conduction (ou du guidage) des signaux d'un bout à l'autre.

La vitesse de transmission dépend directement de la distance entre les terminaux et du type de liaison (point à point ou multipoint). Pour cette raison, différents supports de transmission ont des vitesses de connexion différentes, ce qui permet des usages variés.

Exemples : paires torsadées (UTP), fibre optique et câble coaxial.

Supports Non Guidés

Les supports de transmission non guidés n'utilisent pas de câble pour envoyer des signaux, mais les signaux se propagent librement dans un milieu non physique. Il peut s'agir de l'air ou du vide.

La transmission et la réception de l'information sont réalisées au moyen d'antennes. Lors de la transmission, l'antenne émet de l'énergie électromagnétique dans l'environnement. En revanche, lors de la réception, l'antenne capte les ondes électromagnétiques de l'environnement.

Les transmissions non guidées peuvent être directionnelles ou omnidirectionnelles.

Dans le cas de la transmission directionnelle, l'antenne d'émission concentre l'énergie dans un faisceau électromagnétique. Les antennes émettrice et réceptrice doivent être alignées.

Le rayonnement omnidirectionnel se fait de manière dispersée, émettant dans toutes les directions, et le signal peut être reçu par plusieurs antennes. En règle générale, plus la fréquence du signal transmis est élevée, plus il est facile de concentrer l'énergie dans un faisceau directionnel.

La transmission de données par des supports non guidés ajoute des problèmes supplémentaires dus à la réflexion du signal sur les différents obstacles présents dans le milieu.

Exemples : Bluetooth, infrarouge, Wi-Fi.

Modes de Transmission

Simplex

Le mode Simplex est celui dans lequel une station agit toujours comme source et l'autre toujours comme récepteur. Cette méthode permet la transmission des informations dans une seule direction. Exemple : La télévision.

Semi-Duplex (Half Duplex)

Le mode Semi-Duplex (ou Half Duplex) permet à une station d'agir comme source et à une autre station (B) d'agir comme récepteur à un moment donné. Ensuite, la station B devient la source et la station A le récepteur. Il permet la transmission dans les deux sens, mais pas simultanément. Exemple : Une conversation avec un talkie-walkie ou des radios SW.

Full Duplex

En mode Full Duplex, les deux machines (A et B) agissent simultanément comme source et récepteur, émettant et recevant des informations en même temps. Il permet la transmission dans les deux directions simultanément. Exemple : Une conversation téléphonique.

Techniques de Multiplexage

Le multiplexage est une procédure dans laquelle diverses informations peuvent partager un même canal de communication.

Multiplexage par Division de Fréquence (MDF)

Le Multiplexage par Division de Fréquence (MDF) est une technique utilisée pour diviser la bande passante disponible sur un support physique en plusieurs petits canaux logiques indépendants, chacun ayant une faible bande passante.

Il est réalisé en divisant le spectre disponible en canaux qui correspondent à différentes gammes de fréquences, attribuant ces canaux à différents utilisateurs et permettant des communications sans interférence mutuelle.

Il est utilisé pour transmettre plusieurs canaux d'information simultanément sur la même communication.

Multiplexage par Division de Temps (MDT)

Le Multiplexage par Division de Temps (MDT) est une technique qui permet la transmission de signaux numériques. L'idée est de faire occuper un canal de transmission par différentes sources, réalisant ainsi une meilleure utilisation du support de transmission.

Dans cette technique, la bande passante totale du support de transmission est attribuée à chaque canal pour une fraction du temps total (intervalle de temps).

Transmission Unicast

La transmission Unicast est l'envoi de paquets ou d'informations d'un seul émetteur vers un seul récepteur, c'est-à-dire une transmission un-à-un. On peut dire que c'est une transmission point à point.

Dans un environnement Unicast, même si plusieurs utilisateurs peuvent demander la même information au serveur en même temps, le serveur répond aux requêtes en envoyant les informations à chaque utilisateur individuellement.

La méthode Unicast envoie séparément le trafic de données à chaque équipement qui a demandé les données, ce qui, à son tour, peut provoquer une surcharge (inondation) du réseau en raison de la quantité de trafic.

Transmission Multicast

Le Multicast est l'envoi d'informations à de multiples récepteurs simultanément (un-à-plusieurs). C'est-à-dire qu'un émetteur envoie un message et plusieurs récepteurs le reçoivent. Il convient de noter que l'émetteur ne transmet l'information qu'une seule fois, et non n copies, même s'il y a n destinataires. C'est le routeur qui est responsable de la diffusion de l'information.

Un exemple de communication Multicast pourrait être une conférence, où plusieurs personnes communiquent entre elles.

Cette méthode est similaire à la diffusion (Broadcast), à l'exception que le Multicast n'envoie l'information qu'à un groupe spécifique, tandis que le Broadcast envoie l'information à tous les nœuds du réseau.

Transmission Broadcast

Le Broadcast est un mode de transmission où un nœud émetteur envoie l'information à une multitude de nœuds récepteurs simultanément (un-à-tous), sans avoir besoin de reproduire l'information nœud par nœud.

Un exemple simple de mise en œuvre de la communication Broadcast est un émetteur radio qui diffuse des signaux sans connaître les destinataires ; ces derniers décident de les recevoir ou non, tout comme un signal TV qui est envoyé à tous les récepteurs.

Le problème avec ce type de transmission dans un réseau est qu'il augmente le trafic de données sur le réseau et qu'il est possible que l'information atteigne des ordinateurs qui n'ont aucun intérêt pour l'information transmise.

Exigences pour la Conception d'un Réseau

La conception d'un réseau consiste à déterminer sa structure physique. Une bonne conception de réseau est essentielle pour éviter toute perte de données, les pannes continues du réseau, les problèmes de lenteur de traitement de l'information et les questions de sécurité.

À chaque étape de la conception du réseau, il faut déterminer les équipements à utiliser : le nombre de commutateurs, de routeurs, de cartes Ethernet, ainsi que la disposition des connecteurs RJ45.

Vous devez déterminer :

• Le type de chaque matériel informatique.
• Les commutateurs ou les serveurs pour les connexions entre les ordinateurs.
• Le type de cartes réseau nécessaires.
• Le matériel nécessaire : modems, routeurs, commutateurs, type de câble, goulottes.
• Le processeur réseau et les périphériques de mémoire.
• Une mesure de l'espace entre les ordinateurs et le serveur.

D'autres exigences à prendre en compte lors de la conception d'un réseau sont :

Nombre de Points de Câblage

Il est important de connaître le nombre de points de câblage nécessaires.

Emplacement de l'Installation du Réseau

Il est nécessaire de disposer de plans détaillés des installations qui indiquent l'emplacement des futurs points de réseau. Il est très important d'effectuer une visite technique pour vérifier les exigences d'installation et les limitations possibles.

Matériaux, Outils et Protection

Le matériel d'installation, le câble et les connecteurs sont des éléments essentiels à la mise en œuvre d'un réseau câblé. Il est nécessaire que les matériaux de base, tels que le câble et les connecteurs, disposent de leurs certificats pertinents fournis par le fabricant, spécifiant les paramètres et le respect des normes requises.

Certification du Câblage

Lors de l'installation de câbles, la certification garantit la conformité aux normes et le bon fonctionnement de tout le matériel installé.

Carte d'Interface Réseau (NIC)

La majorité des réseaux transfèrent les données à un débit fixe, souvent plus rapide que la vitesse à laquelle les ordinateurs sont capables de traiter les bits. Pour compenser ces vitesses inégales, les ordinateurs connectés à un réseau utilisent une carte d'interface réseau (NIC) à usage spécial.

Sécurité du Réseau

Afin d'assurer la sécurité des informations stockées sur le serveur réseau, il est nécessaire de disposer de plus d'un (1) disque dur pour la sauvegarde des données et d'unités de sauvegarde sur bande.

Contrôle de Flux

C'est une technique utilisée pour s'assurer qu'une entité émettrice ne surcharge pas l'entité réceptrice avec une quantité excessive de données. En règle générale, l'entité réceptrice réserve une zone de mémoire temporaire pour le transfert. En l'absence de procédures de contrôle de flux, la mémoire temporaire du récepteur pourrait se remplir et entraîner un débordement avant le traitement des données précédentes.

Contrôle de Flux par Fenêtre Glissante

C'est un mécanisme visant à contrôler le flux de données entre un émetteur et des récepteurs appartenant à un réseau.

La fenêtre glissante est un type de dispositif de contrôle de flux logiciel, c'est-à-dire que le contrôle de flux est réalisé par l'échange de caractères spécifiques ou de trames de contrôle, avec lesquels le récepteur indique à l'émetteur son état de préparation à recevoir des données.

La fenêtre glissante contrôle le taux de transferts de l'expéditeur au destinataire. Ce dispositif permet de résoudre deux problèmes majeurs : le contrôle du flux de données et l'efficacité de la transmission.

Fenêtre de Transmission

La Fenêtre de Transmission permet à l'expéditeur de transmettre plusieurs paquets d'informations avant d'attendre que le récepteur confirme la réception des paquets. Cette confirmation est appelée validation, et le récepteur envoie un message appelé ACK à l'expéditeur. L'émetteur stocke dans une mémoire tampon toutes les trames émises et non validées, au cas où il aurait besoin de les retransmettre. Elles ne sont supprimées de la mémoire tampon qu'à la réception de la confirmation par le destinataire. La taille de cette mémoire tampon doit être égale ou supérieure à celle de la fenêtre glissante.

Fenêtre de Réception

Le récepteur possède une Fenêtre de Réception, similaire à celle de transmission, mais avec un but totalement différent. Sa fonctionnalité permet au récepteur de recevoir un ensemble de trames même si elles arrivent dans le désordre. La fenêtre de réception est la liste des numéros de séquence des trames consécutives que le récepteur peut accepter. Les trames sont stockées temporairement dans une mémoire tampon jusqu'à ce que toutes les trames prévues soient disponibles, que la séquence de trames soit complète, et qu'elles puissent ainsi être triées.

Contrôle de Flux Arrêt-et-Attente

Un émetteur envoie une trame. Dès réception, le récepteur indique sa volonté d'accepter une autre trame en envoyant une confirmation de la trame qu'il vient de recevoir. La source doit attendre la confirmation avant de procéder à la transmission de la trame suivante. De même, la destination ne peut arrêter le flux de données que pour retenir les confirmations.

Détection d'Erreurs

Ces techniques reposent sur l'idée d'ajouter des informations redondantes aux données soumises. Ainsi, le récepteur peut déterminer, de manière fiable, si les bits reçus correspondent bien aux bits originaux. Certaines méthodes sont les suivantes :

Parité

La Parité : Les codes de parité sont utilisés pour détecter, et dans certains cas corriger, les erreurs de transmission. Pour cela, un bit supplémentaire, appelé bit de parité, est ajouté aux n bits qui forment le caractère original.

• Parité paire : Le bit de parité est un 0 si le nombre total de 1 dans la transmission est pair, et 1 si le nombre total de 1 est impair.
• Parité impaire : Le bit de parité est un 1 si le nombre total de 1 dans la transmission est pair, et 0 si le nombre total de 1 est impair.

Exemple : Pour transmettre le caractère 0111001 en utilisant la parité paire, un 0 est ajouté car le nombre de 1 est pair, ce qui donne 00111001. Si, au lieu de cela, on utilise la parité impaire, un 1 est ajouté, ce qui donne 1011001.

Vérification de Redondance Cyclique (CRC)

La Vérification de Redondance Cyclique (CRC) : C'est un type de fonction qui prend un flux de données de n'importe quelle longueur en entrée et retourne une valeur de sortie de longueur fixe. Elle peut être utilisée comme somme de contrôle pour détecter l'altération des données lors de la transmission ou du stockage. Le CRC est populaire car son implémentation matérielle binaire est simple, facile à manipuler mathématiquement, et particulièrement efficace pour les erreurs causées par le bruit dans les canaux de transmission.

Contrôle d'Erreurs

Le contrôle d'erreurs fait référence aux mécanismes de détection et de correction des erreurs qui apparaissent dans la transmission des trames. Il existe deux types d'erreurs potentielles :

Trame Perdue

Trame Perdue : Se produit lorsqu'une trame envoyée n'atteint pas l'autre extrémité.

Trame Endommagée

Trame Endommagée : Se produit lorsqu'une trame arrive, mais avec des erreurs sur les bits (altération lors de la transmission).

Toutes ces techniques sont génériquement appelées Automatic Repeat Request (ARQ). Il existe trois types :

• ARQ Arrêt-et-Attente.
• ARQ Retour-N (Go-Back-N).
• ARQ avec Rejet Sélectif.

ARQ Arrêt-et-Attente

Il est basé sur la technique de contrôle de flux Arrêt-et-Attente. La station source émet une trame unique et attend de recevoir un accusé de réception (ACK). Elle n'enverra pas une autre trame tant que la réponse n'est pas parvenue à la station émettrice.

Il existe deux types d'erreurs. La première est que la trame atteignant la cible peut être endommagée. Le récepteur détecte cet état de fait en utilisant des techniques de détection d'erreurs et jette simplement la trame. Après l'envoi d'une trame, la station attend la réception d'une confirmation. Si aucune confirmation n'est reçue avant l'expiration du temporisateur, la même trame sera retransmise. Il convient de noter que cette méthode exige que l'expéditeur conserve une copie de la trame émise jusqu'à ce qu'il reçoive la confirmation.

Le deuxième type d'erreur concerne une confirmation altérée. Par exemple, l'émetteur A envoie une trame qui est correctement reçue par le récepteur B, lequel répond avec un accusé de réception (ACK). Si l'ACK est altéré de manière à ne pas être identifiable par l'expéditeur, un délai d'attente se produira et la trame sera retransmise. Cette trame en double arrive et est acceptée par B. Ainsi, B aura accepté deux copies de la même trame comme si elles étaient différentes.

ARQ Retour-N (Go-Back-N)

La technique de contrôle d'erreur basée sur la fenêtre glissante est appelée ARQ Retour-N (Go-Back-N). Dans cette technique, une station peut envoyer une série de trames numérotées jusqu'à une valeur maximale donnée. Tant qu'il n'y a pas d'erreurs, la destination confirme la réception des trames comme d'habitude. Si la station de destination détecte une erreur dans une trame, elle peut envoyer un accusé de réception négatif (REJ, Rejet) pour cette trame. La station cible jette la trame erronée et toutes celles reçues après cette trame erronée jusqu'à ce qu'elle reçoive la trame correctement. Ainsi, lorsque la station d'origine reçoit un REJ, elle doit retransmettre la trame erronée ainsi que toutes les trames ultérieures qui avaient été transmises.

Problème du Rejet Simple

L'objectif est d'utiliser le temps perdu à attendre l'ACK de l'émetteur ou la pénalité. Pour ce faire, on envoie également des trames pendant ce temps.

Il est facile de supposer que la mise en œuvre de ce système peut poser des problèmes. Par exemple, si la trame I0 n'est pas reçue correctement. Ensuite, si le temporisateur le permet, on envoie I1 et I0, cette dernière étant une trame différente de la première, mais ayant le même nom (par exemple, si seuls 0 et 1 sont disponibles comme noms possibles). Le récepteur, qui attendait I0 mais l'a mal reçu, ignore I1 car ce n'est pas ce qu'il attend, et accepte le deuxième I0 comme si c'était le premier. Par conséquent, des trames sont perdues et, pire encore, personne n'en est conscient.

ARQ avec Rejet Sélectif

Dans ce cas, si une erreur se produit, seule la trame non confirmée est retransmise. Cela améliore la capacité de transmission, mais génère une forte demande sur la mémoire du récepteur. Celui-ci doit stocker en mémoire toutes les trames arrivant après une erreur, en attendant que la trame manquante arrive pour pouvoir les trier ultérieurement.

Le principal inconvénient de cet ARQ est la réception désordonnée des informations, ce qui rend nécessaire de maintenir une autre fenêtre de réception pour transmettre les données de manière ordonnée à la couche supérieure si un paquet d'erreurs est reçu.