Télécoms. Sciences-U. Introduction : Types de réseaux Architecture des réseaux Accès aux réseaux Réseaux industriels QoS

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1 Télécoms Sciences-U Introduction : Types de réseaux Architecture des réseaux Accès aux réseaux Réseaux industriels QoS Pierre PARREND 1 Télécoms - Octobre 2004

2 Question Pour vous, que sont les Télécoms? Pierre PARREND 2 Télécoms - Octobre 2004

3 Sommaire Introduction : Types de réseaux Réseaux de distribution de données Réseaux de LAN, MAN, WAN Eléments des réseaux Normalisation Pierre PARREND 3 Télécoms - Octobre 2004

4 distribution de données La télévision, la radio Principes Codage de l'information Qualité de Service Pierre PARREND 4 Télécoms - Octobre 2004

5 distribution de données La télévision, la radio Diffusion point à multipoint Possibilité de décrochages locaux Pierre PARREND 5 Télécoms - Octobre 2004

6 distribution de données La télévision, la radio Transmission émetteur central -> émetteurs locaux point à point (transmission) réseaux filaires avec QoS forte, ou hertzien point à point Vers un émetteur local, ou satellite Transmission émetteur local -> particuliers Multipoint (diffusion) Antenne rateau Transmission satellite -> particulier Multipoint (diffusion) Antenne parabolique Cable, ADSL etc... Pierre PARREND 6 Télécoms - Octobre 2004

7 distribution de données Le codage de l'information Fréquence du signal : Hz Codage séparé de l'image et du son Transmission filaire, optique, hertzienne Codage hardware (DSP) Pierre PARREND 7 Télécoms - Octobre 2004

8 distribution de données Le codage de l'information Pierre PARREND 8 Télécoms - Octobre 2004

9 distribution de données Le codage de l'information Aquisition Codage de source Multiplexage Codage de canal Transport Décodage de canal correction Démultiplexage Décodage de source Affichage Pierre PARREND 9 Télécoms - Octobre 2004

10 distribution de données La Qualité de Service (QoS) Satisfaction de l'utilisateur Subjective Tests par des utilisateurs Notation absolue Notation par rapport au signal initial Pierre PARREND 10 Télécoms - Octobre 2004

11 distribution de données La Qualité de Service (QoS) Limitation des erreurs de transmission Quantifiable? Définition de paramètres Avec ou sans référence au signal initial Pb du codage, ex. : JPEG, effets de bloc Pas visible au niveau radio-fréquence Perceptible uniquement chez l'utilisateur Non visible par l'opérateur Pierre PARREND 11 Télécoms - Octobre 2004

12 Sommaire Introduction : Types de réseaux Réseaux de distribution de données Réseaux de LAN, MAN, WAN Eléments des réseaux Normalisation Pierre PARREND 12 Télécoms - Octobre 2004

13 Communication Téléphonie Internet Grand Public Réseaux d'entreprise Réseaux de portables Pierre PARREND 13 Télécoms - Octobre 2004

14 Téléphonie 1 G 2 G - GSM Evolution du GSM 2,5 G 3 G Et après... Pierre PARREND 14 Télécoms - Octobre 2004

15 Téléphonie Pierre PARREND 15 Télécoms - Octobre 2004

16 Téléphonie : 1 G Première génération de téléphones mobiles Fréquence : 450 ou 900 Mhz Analogique, avec modulation de fréquence Pierre PARREND 16 Télécoms - Octobre 2004

17 Téléphonie : 1 G Systèmes sans fils (70's) CT0 Cordless Telephone (USA, UK) Performances médiocres populaire CT1 Europe Améliorations Succès encore faible Vers le numérique Pierre PARREND 17 Télécoms - Octobre 2004

18 Téléphonie : 1 G Réseaux cellulaires Mobilité des terminaux AMPS (Advanced Mobile Phone System), USA (fin 70's) NMT (Nordic Mobile Phone), Scandinavie (1981) TACS (Total Access Communication System), UK Radiocom 2000, france (1985) Cellule : zone couverte par une antenne Pierre PARREND 18 Télécoms - Octobre 2004

19 Téléphonie : 2 G Pourquoi? Qualité de l'analogique insuffisante Croissance du nombre d'usagers Nécessité du numérique Pierre PARREND 19 Télécoms - Octobre 2004

20 Téléphonie : 2 G 1991 : American Digital Cellular (ADC) 1991 : Global System for Mobile Communication (GSM) 1992 : Digital Cellular System (DCS) : Personal Digital Cellular (PDC) 1995 : PCS 1900 Canada 1996 : PCS United States Pierre PARREND 20 Télécoms - Octobre 2004

21 Téléphonie : 2 G - GSM 1982 : fondation du groupe de travail GSM 1986 : tests de terrain 1987 : choix de TDMA 1988 : 'memorandum of understanding' 1989 : validation du système 1990 : opérationel 1991 : lancement commercial 1992 : couverture des aéroports et villes 1993 : couverture des routes 1995 : couverture rurale Pierre PARREND 21 Télécoms - Octobre 2004

22 Téléphonie : 2 G - GSM Pierre PARREND 22 Télécoms - Octobre 2004

23 Téléphonie : 2 G GSM Station mobile BSS - système de stations de base SS - système de commutation OSS - système d'opération et de support Pierre PARREND 23 Télécoms - Octobre 2004

24 Téléphonie : 2 G GSM Station mobile BSS OSS Terminal (matériel) Carte SIM (Subscriber Identity Module Utilisateur) Antenne BTS Système de Transmission de Base BSC Contôleurs de Stations de Base OMC - Operation and Maintenance Center (monitorisation) Pierre PARREND 24 Télécoms - Octobre 2004

25 Téléphonie : 2 G GSM SS Système de commutation MSC Mobile Service Switching Center (commutation des conversations) GMSC Gateway MSC (vers d'autres réseaux) VLR Visitor Location Register (utilisateurs présents sur le réseau) HLR Home Location Register (utilisateurs inscrits sur ce réseau ex : SFR) EIR : Equipement Identity Register (base de donnée de terminaux) AUC Autentication Center (vérification de l'identité des utilsateurs) Pierre PARREND 25 Télécoms - Octobre 2004

26 Téléphonie : 2 G GSM Et géographiquement? Pierre PARREND 26 Télécoms - Octobre 2004

27 Téléphonie : 2 G GSM Et géographiquement? Pierre PARREND 27 Télécoms - Octobre 2004

28 Téléphonie : 2 G GSM Et géographiquement? Exemple des Etats-Unis : Pierre PARREND 28 Télécoms - Octobre 2004

29 Téléphonie : 2 G Quelques notions Bande passante : largeur de la bande de fréquence disponible pour un canal Fréquence : nombre de cycle par seconde (en Herz) Megahertz (Mhz) : 1,000,000 hertz Duplex : possibilité de communiquer à la fois du terminal vers la station de base et de la station de base vers le terminal Lien montant (uplink) : du terminal vers la station de base Lien descendant (downlink): de la station de base vers le terminal Pierre PARREND 29 Télécoms - Octobre 2004

30 Téléphonie : 2 G GSM La norme indique les spécifications physiques et les interfaces Les matériels des différents constructeurs sont compatibles Spécifications Bande de fréquence : de 1850 à 1990 Mhz Distance de duplex : 80 mhz (espace entre le lien montant et le lien descendant) Séparation de canal : 200 khz (espace entre deux canaux adjacents) Modulation : GMSK (Gaussian minimum shift keying) Taux de transmission : 270 kbps Acces : TDMA (Time Division Multiple Access) Codeur de parole : LPC (linear predictive coding) Pierre PARREND 30 Télécoms - Octobre 2004

31 Téléphonie : Evolution du GSM - 2 G Quelques notions Commutation de circuits : fait de réserver les ressources dans un réseau, afin de garantir un flux de données (type voix) Commutation de paquets : fait de transmettre indépendamment sur le réseau les données segmentées en paquets, et de les reconstituer au niveau du recepteur Pierre PARREND 31 Télécoms - Octobre 2004

32 Téléphonie : Evolution du GSM - 2 G Quelques notions TDMA : découpage du canal de transmission par fenêtres temporelles FDMA : découpage du canal de transmission par fenêtre de fréquence Burst : transmission ponctuelle d'un flot important de données Pierre PARREND 32 Télécoms - Octobre 2004

33 Téléphonie : Evolution du GSM - 2 G GSM est un un stantard vivant Value Added Services (VAS) SMS Messagerie vocale Intelligent Network (IN) Personnalisation (services pré-payés, sonneries à télécharger) Phase 2 (1995) 9,6 kbps Pierre PARREND 33 Télécoms - Octobre 2004

34 Téléphonie : Evolution du GSM - 2,5 G Phase 2+ ( ) HSCSD (Commutation de circuit, données à haut débit, 50 kbps), 1999 GPRS (General Packet Radio Service) Commutation de packet Coeur de réseau parrallèle à la commutation de circuit EDGE Adaptation de l'interface Air au transfert de données Max théorique 384 kbps Pierre PARREND 34 Télécoms - Octobre 2004

35 Téléphonie : Evolution du GSM - 2,5 G WCDMA Wideband Coded Division Multiple Access Abandon des accès TDMA et FDMA mx. théorique 2Mbps Utilisé dans l'umts Concurrent direct de la 3G Pierre PARREND 35 Télécoms - Octobre 2004

36 Téléphonie : 2,5 G - GPRS Pierre PARREND 36 Télécoms - Octobre 2004

37 Téléphonie : 2,5 G - GPRS Principe identiques au GSM Noeuds différents SGSN : Serving GPRS Support Node GGSN : Gateway GPRS Support Node Applications Voix Données (connections longues, burst de données) SMS, MMS Web, WAP Pierre PARREND 37 Télécoms - Octobre 2004

38 Téléphonie : 2,5 G - GPRS Stations mobiles Classe A : connections en mode paquets et circuits simultannées Classe B : Connections en mode paquet ou circuit Attaché simultannément aux réseaux GSM et GPRS Classe C : Attaché à l'un des réseaux GSM et GPRS Pierre PARREND 38 Télécoms - Octobre 2004

39 Téléphonie : 2,5 G EDGE Architecture de réseau Pierre PARREND 39 Télécoms - Octobre 2004

40 Téléphonie : 2,5 G EDGE Modulation Pierre PARREND 40 Télécoms - Octobre 2004

41 Téléphonie : 3 G IMT-2000 Designation des système 3G Utilisables partout dans le monde Utilisables pour toutes les applications mobiles PS (Packet Switch) et CS (Circuit Switch) Haut débit (jusqu'à 2 Mbps) Grande efficacité de spectre Pierre PARREND 41 Télécoms - Octobre 2004

42 Téléphonie : 3 G UMTS Quelques notions Roaming : passage d'un réseau (d'opérateur, national, etc..) à un autre Pile protocolaire : ensemble des couches de réseau mis en oeuvre dans un système Pierre PARREND 42 Télécoms - Octobre 2004

43 Téléphonie : 3 G UMTS Successeur prévu du GSM Applications mobiles et Internet 2 Mbps prévus Roaming universel W-CDMA Pierre PARREND 43 Télécoms - Octobre 2004

44 Téléphonie : 3 G UMTS Architecture : Pierre PARREND 44 Télécoms - Octobre 2004

45 Téléphonie : 3 G UMTS Architecture : UTRAN (Segment d'accès) coexistant avec les stations de base GSM Réseau de commutation de circuit coexistant avec un réseau de commutation de paquet Pierre PARREND 45 Télécoms - Octobre 2004

46 Téléphonie : 3 G UMTS W-CDMA : principe Pierre PARREND 46 Télécoms - Octobre 2004

47 Téléphonie : 3 G UMTS W-CDMA Occupation de l'espace de fréquence Pierre PARREND 47 Télécoms - Octobre 2004

48 Téléphonie : 3 G UMTS W-CDMA Multiplexage en temps, fréquence, code Pierre PARREND 48 Télécoms - Octobre 2004

49 Téléphonie : 3 G UMTS W-CDMA : avantages Peu sensible au bruit, donc signal meilleur Plusieurs signaux possibles sur le même canal de fréquence, donc plus d'utilisateurs Codage inclu dans le protocole de transmission Non possible à décoder, donc sûr Applications militaires Pierre PARREND 49 Télécoms - Octobre 2004

50 Téléphonie : 3 G UMTS UTRAN Pierre PARREND 50 Télécoms - Octobre 2004

51 Téléphonie : 3 G UMTS UTRAN Node B : plusieurs Noeuds B peuvent recevoir le signal d'un même mobile. Ce signal est traité dans le RNC RNC : Radio Network Controller RNS : Radio Networking System, contrôlé par un RNC Interface Lu, Lub, Lur, basées sur ATM Pierre PARREND 51 Télécoms - Octobre 2004

52 Téléphonie : 3 G UMTS UTRAN - RNC Pierre PARREND 52 Télécoms - Octobre 2004

53 Téléphonie : 3 G UMTS UTRAN : pile protocolaire Pierre PARREND 53 Télécoms - Octobre 2004

54 Téléphonie : 3 G UMTS UTRAN Pierre PARREND 54 Télécoms - Octobre 2004

55 Téléphonie : après la 3 G 3,5G, 4G Le potentiel de la 3G reste à explorer Évolutions : Techniques de modulation Autre spectre de fréquence Emploi de IP Interopérabilité avec les LANs sans fil (WiFi)... Pierre PARREND 55 Télécoms - Octobre 2004

56 Communication Téléphonie Internet Grand Public Réseaux d'entreprise Réseaux de portables Pierre PARREND 56 Télécoms - Octobre 2004

57 Internet grand public Modems et PPP ADSL Liaison Satellite Courants porteurs PAN (Pesonal Area Network) Pierre PARREND 57 Télécoms - Octobre 2004

58 Internet grand public : Quelques notions RTC : Réseau téléphonique commuté Download : téléchargement Upload : émission de données vers le réseau POTS : Plain Old Telephone Service Pierre PARREND 58 Télécoms - Octobre 2004

59 Internet grand public : Quelques notions Modèle OSI Pierre PARREND 59 Télécoms - Octobre 2004

60 Internet grand public Le principe Pierre PARREND 60 Télécoms - Octobre 2004

61 Internet grand public : Modems Couche physique V32, V34 V90 35 kbps Modulation QAM (modulation d'amplitude en quadrature) 56 kbps Modulation PCM (Pulse coded modulation) Pierre PARREND 61 Télécoms - Octobre 2004

62 Internet grand public : Modems Couche liaison de données Protocole PPP (Point to Point Protocole) Entre deux machines reliées directement Pas de routage Couche OSI liaison de données PPP LCP (Link Control Protocol) Pierre PARREND 62 Télécoms - Octobre 2004

63 Internet grand public : Modems PPTP (Point to Point Tunneling Protocole) VPN de Windows 9X Pierre PARREND 63 Télécoms - Octobre 2004

64 Internet grand public Modems et PPP ADSL Liaison Satellite Courants porteurs PAN (Pesonal Area Network) Pierre PARREND 64 Télécoms - Octobre 2004

65 Internet grand public : xdsl Couche physique Digital Subscriber Line = ligne numérique d'abonné Téléphonie classique et Internet haut débit sur la même ligne Technologie symétrique ou asymétrique Pierre PARREND 65 Télécoms - Octobre 2004

66 Internet grand public : xdsl Utilisation des cablages existants Nouveau cablage coûteux Existant d'un réseau desservant presque 100% de la population : le RTC Structure d'un cable Pierre PARREND 66 Télécoms - Octobre 2004

67 Internet grand public : xdsl Solutions symétriques HDSL (High bit rate DSL) 1990 Connexion permanente possible Plusieurs paires torsadées Pas de standardisation aboutie Pas de connexion téléphonique simultanée Pierre PARREND 67 Télécoms - Octobre 2004

68 Internet grand public : xdsl Solutions symétriques SDSL (Single pair DSL) Doit être remplacé par HDSL2 Downstream : Upstream : Distance : [Kbit/s] [Kbit/s] [km] Pierre PARREND 68 Télécoms - Octobre 2004

69 Internet grand public : xdsl Solutions asymétriques Utilisation : en download surtout Diaphonie (bruits) dans les s en upload D'où réduction du débit en lien montant ADSL 1995 Développé pour la télévision Seule technologie capable de transporter MPEG1/2 Compatibilité TCP/IP, ATM, X.25 Pierre PARREND 69 Télécoms - Octobre 2004

70 Internet grand public : xdsl ADSL Trois canaux Téléphone analogique ou numérique (RNIS) Canal montant (800 kbps max) Canal descendant (8192 kpbs max) Pierre PARREND 70 Télécoms - Octobre 2004

71 Internet grand public : xdsl ADSL Architecture DSLAM, modulation Splitter, partage du canal avec la téléphonie Modem pour la démodulation Pierre PARREND 71 Télécoms - Octobre 2004

72 Internet grand public : xdsl ADSL Architecture avec téléphonie numérique NT, pour traiter les informations numériques Pierre PARREND 72 Télécoms - Octobre 2004

73 Internet grand public : xdsl ADSL Vitesse de transmission Downstream : Upstream : diamètre du Distance : [Kbit/s] [Kbit/s] fil : [Mm] [km] Pierre PARREND 73 Télécoms - Octobre 2004

74 Internet grand public : xdsl Solutions asymétriques RADSL (Rate Adaptative DSL) ADSL avec adaptation dynamique (sans coupure) du débit VDSL (Very High Rate DSL) Basé sur RDSL De 13 à 55,2 MBPS (downstream) De 1,5 à 6 Mbps (upstream) Ou : 34 Mbps en symétrique En cours de normalisation Pierre PARREND 74 Télécoms - Octobre 2004

75 Internet grand public : xdsl Quelques notions NRA : noeud de raccordement d'abonnés FAI : Fournisseur d'accès à Internet Opérateur Historique : qui détenait le monopole avant l'ouverture des marchés (France Telecom) Last Mile (dernier kilomètre): portion de réseau entre le NRA et l'abonné. C'est la boucle locale Pierre PARREND 75 Télécoms - Octobre 2004

76 Internet grand public : xdsl Dégroupage Dégroupage partiel Les FAI louent un accès aux NRAs de l'opérateur historique Intégrent le prix de cette location dans leur abonnement Dégroupage total Les FAI sont responsables des lignes 'Last Mile' (dernier kilomètre) Plus d'intervention de l'opérateur historique Concrètement, plus d'abonnement France Télecom nécessaire Pierre PARREND 76 Télécoms - Octobre 2004

77 Internet grand public Modems et PPP ADSL Liaison Satellite Courants porteurs PAN (Pesonal Area Network) Pierre PARREND 77 Télécoms - Octobre 2004

78 Internet grand public : Liaison Satellite Couche physique Lien descendant : Satellite Réception : parabole Lien montant : RTC Usage : à sens unique (consultation de données, peu d'upload) Régions rurales Pierre PARREND 78 Télécoms - Octobre 2004

79 Internet grand public Modems et PPP ADSL Liaison Satellite Courants porteurs PAN (Pesonal Area Network) Pierre PARREND 79 Télécoms - Octobre 2004

80 Internet grand public : Courants porteurs Couche physique CPL (Courants porteurs en ligne) Histoire 1950 : commandes électriques (relais, lumières urbaines) 1980's : recherche sur la transmission de données, unidirectionnelles 1997 : recherches, s bidirectionnelles 2000 : premières expérimentations en france Pierre PARREND 80 Télécoms - Octobre 2004

81 Internet grand public : Courants porteurs Pb de qualité du signal QoS de livraison d'énergie impropre à la transmission d'infos Rapport signal/bruit faible Déphasage Indoor Réseau personnel Mise en place simple Cryptage et Firewall nécessaire pour la sécurité Outdoor Accès haut débit par le réseau électrique Boucle locale électrique Pas de standardisation Pierre PARREND 81 Télécoms - Octobre 2004

82 Internet grand public Modems et PPP ADSL Liaison Satellite Courants porteurs PAN (Pesonal Area Network) Pierre PARREND 82 Télécoms - Octobre 2004

83 Internet grand public : PAN Personal Area Network Ethernet Couche liaison de données 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps (Gigabit Ethernet) 10 Gigabit Ethernet IEEE 802.3, 1985 Pierre PARREND 83 Télécoms - Octobre 2004

84 Internet grand public : PAN Architecture d'ethernet DTE : Data terminal equipment (Terminaux d'utilisateurs ou serveurs) DCE : Data equipment (répéteurs, switch, routeurs) Support : paire torsadée protégée ou non, fibres optiques Topologie : point-à-point, bus, étoile Pierre PARREND 84 Télécoms - Octobre 2004

85 Internet grand public : PAN Architecture d'ethernet Pierre PARREND 85 Télécoms - Octobre 2004

86 Internet grand public : PAN Relation au modèle ISO Pierre PARREND 86 Télécoms - Octobre 2004

87 Internet grand public : PAN Détail de la couche physique Pierre PARREND 87 Télécoms - Octobre 2004

88 Internet grand public : PAN : couche MAC Medium Access Control Trame Pierre PARREND 88 Télécoms - Octobre 2004

89 Internet grand public : PAN : couche MAC Accès au support de Méthode CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Carrier Sense détection de porteuse : écoute du support avant émission Multiple Access accès multiple : toutes les stations peuvent tenter d'émettre quand le support est silencieux Collision Detection : algorithme de rétablissement si une collision entre trames est détecté Pierre PARREND 89 Télécoms - Octobre 2004

90 Internet grand public : PAN : Cablage Pour relier deux machines directement entre elles, il faut croiser les fils de la paire torsadée Emission -> Réception Réception -> Emission Pierre PARREND 90 Télécoms - Octobre 2004

91 Conclusion Réseaux de Distribution Réseaux de Communication Voix Données Pierre PARREND 91 Télécoms - Octobre 2004