M1 Informatique 2015/16. E. Godard. Couche Physique

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1 Réseaux M1 Informatique 215/16 E. Godard Aix-Marseille Université Couche Physique

2 Plan Plan 7 OSI Application TCP/IP Application 6 5 Presentation Session Not present in the model Transport Network Data link Physical Transport Internet Host-to-network E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 3 / 2

3 Fonctions de la Couche Physique Fonctions Fondamentales Fonctions Fondamentales Transmission physique : support électrique, électromagnétique,... Tranformation d une suite de bits en signaux et inversement Faire abstraction du support physique : adaptation au support, Partage du support, E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 4 / 2

4 Fonctions de la Couche Physique Transmission Transmission Information : état logique (suite de et 1) état du support (signal) Signal : états physiques possibles : amplitude, fréquence, phase un symbole correspond à un état physique du système valence V : nombre de symboles physiques utilisés E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 5 / 2

5 Fonctions de la Couche Physique Signaux (a) Signal binaire (b) modulation d amplitude (c) modulation de E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 6 / 2 Signaux (a) (b) (c) (d) Phase changes

6 Fonctions de la Couche Physique Débits Débits Rapidité de modulation nombre de symboles physiques par unité de temps, k est le nombre de tels états physiques codants émis pendant T secondes. R m = k/t (en bauds) : Débit binaire : nombre de bits transmis par unité de temps, un signal de valence V transmet donc log 2 V bits par symbole, D = Rm log 2 V : Attention : un baud peut correspondre à plusieurs bits/s. E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 7 / 2

7 Fonctions de la Couche Physique Exemple : Modem Exemple : Modem La modulation consiste à tranformer une suite binaire en signal physique en faisant varier une de ces caractéristiques physiques : amplitude, phase, fréquence. La démodulation est l opération inverse. Modem : Modulateur / Démodulateur Modulation combinée : variation sur plusieurs caractéristiques (en général phase et amplitude). E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 8 / 2

8 Fonctions de la Couche Physique Diagramme de Constellation Diagramme de Constellation Représentation de l onde ( amplitude + phase ) dans le plan complexe : z(t) = Ae iωt+ϕ = Ae iϕ e iωt = z e iωt (a) 27 (b) 27 (c) E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 9 / 2

9 Fonctions de la Couche Physique Multiplexage Multiplexage Objectif : utiliser le même support physique pour transmettre simultanément plusieurs signaux physiques, => plusieurs suites binaires en parallèle même type de codage fréquence de base différente Traitement du signal via la numérisation Exemple : ADSL (Assymetric Digital Suscriber Line) kHz Channels Power khz Voice Upstream Downstream E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 1 / 2

10 Traitement du Signal Définitions Définitions La numérisation est la transformation d un signal physique en suite binaire. L échantillonnage est une des étapes de la numérisation, elle consiste à mesurer la valeur du signal à (petits) intervalles réguliers. E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 11 / 2

11 Traitement du Signal Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier ) Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier ) Fonction f : R R, 2π périodique On a f (t) = c + a n sin(nt) + b n cos(nt) avec c = 1 2π 2π 2π f (t)dt a n = 1 f (t) sin(nt)dt π 1 2π Time T Time (a) (b) (c) (d) (e) rms amplitude Harmonic number harmonic 2 harmonics 4 harmonics 8 harmonics Harmonic number E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 12 / 2

12 Traitement du Signal Débits Maximaux Théoriques Débits Maximaux Théoriques Théorème de Nyquist pour un canal parfait (=> sans bruit) debit binaire maximal = 2F log 2 V bit/s Idée de la preuve Un signal émis en dessous d une bande passante F peut être reconstitué avec un échantillonnage équivalent à 2F par seconde. Ex : canal 3Hz avec signal binaire (=> deux niveaux de valence) => débit ne peut pas dépasser 6 bits/s Conséquence Pour augmenter le débit, il suffit(?) d augmenter la valence E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 13 / 2

13 Traitement du Signal Théorie de l Information Théorie de l Information Rapport Signal/Bruit ce rapport est exprimé en Décibels (db) (S/B)db = 1 log 1 (S/B)bits/s Théorème de Shannon Débit binaire maximal (théorique) dans un canal bruité de bande passante F et de rapport signal-bruit S/B : Exemple debit = F Hz log 2 (1 + S/B) Ligne téléphonique classique, bande passante de 3 Hz, rapport signal bruit de 3 db. Celle-ci ne pourra jamais transmettre à un débit supérieur à 3 bit/s, quels que soient le nombre de niveaux utilisés ou la fréquence d échantillonnage. E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 14 / 2

14 Pour Résumer Pour Résumer : Paire Torsadée Pour Résumer : Paire Torsadée - Câble électrique torsadé en cuivre Ex : Ethernet RJ45, réseau téléphonique (boucle locale) Exemple Propagation en 5,3 µs/km, Débit jusqu a 1 Mbit/s, Jusqu à 1 km sans répéteur (selon catégorie), Coût faible => très répandu. Ethernet 1BaseTX à 1Mbits/s, 2 paires torsadées, catégorie 5, transmission en bande de base, codage Manchester, topologie bus avec hub, segment de 1m maximum. E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 15 / 2

15 Pour Résumer Pour Résumer : Câble coaxial Pour Résumer : Câble coaxial Meilleur blindage que la paire torsadée. Propagation en 4,1 µs/km, haut débit : jusqu à plusieurs GHz. Propagation sur plusieurs kilomètres. Peu sensible au bruit. Coût plus élevé que la paire torsadée. Exemple Ethernet 1Base5 à 1Mbits/s, coaxial 5, transmission en bande de base, codage Manchester, topologie en bus, segment de 5m maximum Télévision câblée, signal modulé, distances jusque 1km, multiplexage multicanaux. E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 16 / 2

16 Pour Résumer Pour Résumer : Fibre optique Pour Résumer : Fibre optique Très peu sensible au bruit => abolit limite Nyquist / Shannon Très haut débit théorique (> 5Tbits/s) Propagation en 5 µs/km, débit courant de 1GHz. Propagation sur de très longues distances. Exemple Ethernet 1BaseSX à 1Gbits/s, fibre monomode, transmission en bande de base, codage manchester, topologie en bus, segment de 5km maximum E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 17 / 2

17 Pour Résumer Pour Résumer : Courant Porteur en Ligne Pour Résumer : Courant Porteur en Ligne Utilisation du réseau électrique domestique (22V, 5Hz) Gros problème de bruits, atténuations, échos... Bas débit : modulation de fréquence, 2kbits/s Haut débit : multiplexage OFDM, de 14Mbits/s à 8Mbits/s E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 18 / 2

18 Pour Résumer Pour Résumer : Transmission sans fil Wifi, Bluetooth,... E. Godard Plus (Aix-Marseille de câbles, Université) Réseaux Couche Physique 19 / 2 Pour Résumer : Transmission sans fil

19 Pour Résumer Pour Résumer : USB sans fil Pour Résumer : USB sans fil E. Godard (Aix-Marseille Université) Réseaux Couche Physique 2 / 2