Chapire 28 Transmissions numériques. Généraliés Les réseaux informaiques se fonden sur la numérisaion des informaions consisan à représener les données par des suies de e de. La figure suivane représene une liaison numérique enre deux équipemens informaiques. L un des équipemens joue le rôle d émeeur andis que l aure équipemen, celui de récepeur. à émere V V Suppor de ransmission (câble, fibre, ) Le problème consise à rerouver à l aure exrémié de la chaîne de ransmission numérique les mêmes données qu à la source. Ces données son ransmises suivan un ryhme régulier, fixé par un signal de référence appelé l horloge H. Pour ransmere ces données sur le suppor de ransmission, il es nécessaire de les ransformer au préalable en signal élecrique. La méhode la plus simple consise à représener les élémens binaires e par deux ensions V e V (voir chapire 27 - page 324). 2. Modes de ransmission 2.. Transmission parallèle Lorsque les équipemens informaiques son séparés par une coure disance, on peu envisager une ransmission parallèle (oce par oce généralemen), ce qui a pour effe d accroîre le débi. Les bis de la donnée son ransmis simulanémen. Les équipemens à relier comporen auan de fils de données que de bis à ransmere, un ou plusieurs fils de conrôle cadencen la ransmission. Cee ransmission es rapide mais inadapée aux ransfers sur de longues disances en raison de son coû, de son encombremen (un fil par bi) e de sa sensibilié à l environnemen élecrique. * LSB : Leas Significan Bi (bi de poids le plus faible) MSB : Mos Significan Bi (bi de poids le plus for) Equipemen LSB* MSB* Conrôle L exemple classique de ransmission parallèle es celui des liaisons enre un microprocesseur e les mémoires ou aures gesionnaires de périphériques (voir page suivane).
336 7. Transmission de l informaion Bus d adresses (unidirecionnel) Horloge A5 Microprocesseur Clock $3FFF A $3 A5 A2 Décodeur $FFF CS Mémoire more Clock $7FF A A A A CS Mémoire vive Clock R/W R/W R/W D7 D D7 D D7 D Bus de données (bidirecionnel) On uilise dans ce cas un «bus» (ensemble de lignes ransporan en parallèle des informaions de même ype) pour les adresses e un aure pour les données. Il en exise égalemen un pour les bis de conrôle (Read / Wrie, ec.) La seule remarque à faire concernan ce mode de ranspor es la nécessié d uiliser un décodeur qui, en foncion des valeurs des bis de poids for (A5 A2) du bus d adresses, sélecionnera el ou el circui mémoire grâce aux broches Chip Selec. Ainsi, pour une même valeur des bis de poids faible du bus d adresses (A A), seul le circui sélecionné, grâce aux bis de poids for (A5 A2), sera acif. 2.2. Transmission série Lorsque les équipemens informaiques son séparés de plus de quelques mères, on uilise la ransmission série où les bis son envoyés les uns derrière les aures sur un unique suppor de ransmission. LSB MSB Les équipemens à relier ne comporen qu un seul fil pour la ransmission des données. L horloge peu êre câblée ou non enre l émeeur e le récepeur. Dans ce cas, la ransmission es die synchrone e asynchrone dans le cas conraire. Cee ransmission es lene mais perme de couvrir des disances imporanes (réseaux informaiques). Equipemen Horloge (faculaif) Les liaisons effecuées par l inermédiaire d ondes infrarouges ou lumineuses, d ondes radio, de fibre opique, ec. son de ype série car le suppor ne peu ransmere qu une informaion à la fois. Le raiemen de l informaion au sein d un sysème numérique s effecue sur des mos binaires parallèles. Or, lors du ranspor, ils son envoyés en série. Il fau donc avan l émission une conversion parallèle / série e à la récepion, la conversion inverse pour rerouver l informaion. Equipemen Conversion parallèle / série Ceci es réalisé au moyen de deux regisres à décalage (cf. p 287).
Chapire 28 : Transmissions numériques 337 3. Synchronisaion La ransmission d informaions sous forme numérique exige en général un synchronisme précis enre l émeeur e le récepeur. Cee synchronisaion es essenielle pour la reconsiuion des données e peu êre mise en œuvre par différens procédés. 3.. Transmission asynchrone La ransmission es asynchrone car l horloge d émission H E n es pas ransmise vers le récepeur ni physiquemen, ni impliciemen dans le signal lui-même : les horloges H E e H R son indépendanes. E R à émere Les données son émises de façon irrégulière, au momen où celles-ci son disponibles, sans enir compe des données précédenes ou suivanes. Il es donc nécessaire d inroduire des élémens de repérage (bis de Sar e de Sop) permean non seulemen de reconnaîre le débu e la fin de chaque donnée, mais aussi d assurer la synchronisaion enre l émeeur e le récepeur. Dans le récepeur, l horloge locale H R de même période T que celle de l émeeur H E es acivée au débu de chaque donnée émise par le signal Sar e désacivée par le signal Sop. Niveau logique LSB = bi de poids le plus faible MSB = bi de poids le plus for Repos LSB Donnée (5 à 8 bis) MSB Parié Repos Donnée suivane bi de Sar T bi de Sop bi de Sar Un bi de parié faculaif perme le conrôle de la ransmission. Enre deux données successives, la ligne peu êre inacive pendan une durée variable (Repos). Dans le cas d une parié paire, on ajoue aux n bis de la donnée un bi supplémenaire, calculé pour que le mo à (n + ) bis émis compore un nombre pair de bis à. Le récepeur vérifie la parié du mo reçu. Une erreur sur un bi sera déecée, mais deux non, car la parié resera inchangée. Paramères de la ransmission : Donnée (7 bis) Parié Nombre pair de bis à - Durée du Sar : emps élémenaire d horloge (T) - Durée du Sop : T -,5T ou 2T (on uilise courammen T) - Proecion conre les erreurs : Parié paire (Even pariy) ou parié impaire (Odd pariy) - Viesse de ransmission : 3, 6, 2, 24, 96 ou 92 bauds ( baud = bi ransmis par seconde) La configuraion de l émeeur e du récepeur doi êre semblable. L exemple le plus connu de ransmission série asynchrone es sans conese la liaison série RS232, qui a fai les beaux jours de l informaique indusrielle naissane avec le RS485 des milieux indusriels (cf. page suivane).
338 7. Transmission de l informaion 3... Généraeur du bi de parié Dans le cas d une parié paire avec n = 7, on a : Emission Message émis b b b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 p p Bi de parié Récepion Message reçu b b b 2 b 3 b 4 b 5 b 6 p p Conrôle = S = = = = = = = = = = = = Le bi p p de parié paire s obien par la relaion : p p = b b L b n 2 b n Le code obenu à (n + ) bis (p p, b n-,..., b ) compore un nombre pair de bis à. Une parié impaire correspond au sysème inverse : p i = p p Il y a une erreur si S = e aucune si S =. Remarques : - Si un bi à es modifié à, e un aure bi passe de à, on ne déece pas d erreur. - Si une erreur survien sur le bi de parié, la vérificaion es faussée. La méhode du bi de parié, si elle a l avanage de limier la quanié de données insérées (un seul bi), n es pas rès fiable. En effe, le conrôle devien difficile voire impossible lorsque plusieurs erreurs surviennen dans le message ransmis. 3..2. Tableau comparaif des normes de ransmission série asynchrone Paramères RS232 RS423 RS422A RS485 () Srucure Asymérique (2) Asymérique (2) Symérique (3) Symérique (3) Longueur maxi. 5 m 2 m 2 m 2 m Débi maxi. 2 kbauds kbauds Mbauds Mbauds Niveau hau () de - 3 V à - 25 V de -,2 V à - 6 V de -,2 V à - 6 V de -,2 V à - 7 V Niveau bas () de + 3 V à + 25 V de +,2 V à + 6 V de +,2 V à + 6 V de +,2 V à + 7 V Nombre d émeeurs maxi. Nombre de récepeurs maxi. 32 32 () : Plusieurs émeeurs e récepeurs peuven dialoguer en même emps Bus mulipoin (par opposiion à une liaison poin à poin : émeeur récepeur) (2) : Un seul fil es uilisé pour la ransmission des données (V a ), ainsi qu un fil de masse ( V). La valeur binaire es déduie de la différence de poeniel V a. (3) : Les données ransien sur une paire de fils disincs de la masse, de façon différenielle : On ne li plus V a mais V a V b. Insensibilié aux bruis environnans car les ensions parasies V p s annulen dans le calcul de la différence de poeniel. Débis plus imporans que la srucure asymérique. Un seul fil de masse es uilisé comme pour la srucure asymérique. Equipemen V a (+ V p) V a V b V b (+ V p) ( V)
Chapire 28 : Transmissions numériques 339 3.2. Transmission synchrone En ransmission synchrone, les données son émises de façon régulière, sans séparaion enre les différenes données. Pour cela, un signal d horloge de période T foncionne pendan oue la durée de l émission. Pour assurer la synchronisaion, le récepeur doi reconsiuer, à un décalage près, le ryhme du signal d horloge qui a servi à l émission. On dispose de deux moyens pour y parvenir : Transporer le signal d horloge sur un suppor séparé relian l émeeur e le récepeur. Cee echnique es uilisée sur des coures disances (liaison USB). à émere Horloge Reconsiuer le signal d horloge à parir des changemens d éa du signal reçu. Exracion de l horloge à émere Les ransiions du signal de données doiven êre suffisammen nombreuses pour évier la pere de la synchronisaion. Cee deuxième alernaive es exrêmemen uilisée car elle perme de réaliser des ransmissions à rès hau débi. Pour mélanger l horloge avec les données, on uilise des ranscodeurs qui élaboren, de manière logique, un signal à parir de l horloge e de la donnée à ransmere. Un des codes les plus uilisés es le code Mancheser. On code le bi par une ransiion du niveau bas au niveau hau e le bi par la ransiion inverse (mais cela peu êre l inverse cf. page 325). Le signal ransmis S es issu du OU - EXCLUSIF enre l horloge H e la donnée iniiale D : Donnée iniiale D Signal ransmis S S = D H = DH + DH Ce sysème perme de faire apparaîre sur la donnée envoyée des frons monans ou descendans pour oues les périodes d horloge. Du côé récepion, il alors facile d élaborer une horloge de récepion en se synchronisan sur la déecion des frons. Cee synchronisaion qualifiée de «synchronisaion bi», doi êre consane, c es à dire aussi bien lors des périodes d émission que pendan les momens de «silence». Elle implique donc un aure niveau de synchronisaion pour déerminer le débu e la fin d'une rame. C es le rôle du code de synchronisaion (rôle joué par exemple par le champ «Préambule» dans les rames Eherne) siué au débu des rames ransmises e présenan des successions de e de, afin de recaler l oscillaeur local avan chaque message.
34 7. Transmission de l informaion Srucure générale d une rame synchrone Code de synchronisaion Champ de service Champ de données Champ de conrôle Suiven ensuie un champ de service pouvan conenir l adresse de l émeeur e du récepeur ou d aures informaions sur le ype de rame ou la srucure du message (débu de fichier, débu ou longueur de bloc, ), un champ de données correspondan au message e un champ de conrôle permean la déecion des erreurs de ransmission. Le message ransmis peu représener quelques milliers d oces se suivan sans emps mor. Bien que le message soi echniquemen ransmis de manière synchrone (synchronisaion bi), l inervalle de emps enre deux messages ne donne pas à lieu à synchronisaion. On parle parfois de ransmission asynchrone - synchronisée. 3.3. Comparaison enre ransmissions synchrone e asynchrone Niveau logique Paque ou rame Niveau logique Sync. Donnée Donnée Donnée Donnée Mode synchrone Sar Donnée Sop Sar Donnée Sop Mode asynchrone On suppose qu on a un bloc de données de 5 oces à ransmere. L efficacié d un mode de ransmission es mesurée par le nombre de bis uiles ransmis sur le nombre de bis réellemen émis. L efficacié noée E ff es donnée par la relaion suivane : Nombre de bis de données E ff = Nombre de bis ransmis Dans le mode synchrone, en raisonnan sur la rame suivane : Code de synchronisaion Adresse de desinaion Adresse de source Type applicaives Code de conrôle 8 oces 6 oces 6 oces 2 oces 5 oces 4 oces 5 8 E ff = 98,3 % (8 + 6 + 6 + 2 + 5 + 4) 8 Dans le mode asynchrone, il fau ajouer à chaque oce de données bi de Sar, 2 bis de Sop (par exemple) e bi de parié, soi 2 bis pour 8 bis uiles. Dans ces condiions : 5 8 E ff = = 67 % 5 2
Chapire 28 : Transmissions numériques 34 Conclusion La redondance due aux bis de Sar, de Sop e de parié ajoués à chaque oce dans la ransmission asynchrone, ne perme pas d aeindre des débis élevés (plus de 25% du emps es perdu). De ce fai, son uilisaion es limiée aux sysèmes de ransmission bas débi (< 2 kbis/s). Par conre, le mode synchrone perme des débis plus imporans. Les réseaux informaiques dépenden principalemen de la ransmission série synchrone. 4. Sens des ransmissions Lors d une ransmission enre deux poins, il fau raier un dialogue e non un monologue. Il fau donc une convenion pour fixer le sens de la ransmission. On renconrera 3 cas : Liaison SIMPLEX Cee liaison unidirecionnelle n auorise le passage de données que dans un seul sens. L un des équipemens es émeeur andis que l aure es récepeur. Equipemen Broche d émission d un por Broche de récepion d un por Liaison HALF DUPLEX Cee liaison es bidirecionnelle mais les équipemens ne peuven émere simulanémen. A chaque insan, le rôle d émeeur revien à un équipemen e celui de récepeur à l aure. Equipemen OU Liaison FULL DUPLEX Cee liaison bidirecionnelle requier un fil pour l émission e un pour la récepion des données. La communicaion enre équipemens peu se faire simulanémen. Equipemen Exemples : Transmission série asynchrone Liaison RS422A Liaison RS485 Unié cenrale RS422A Unié cenrale RS485 n n 2 n 3 n n 2 n 3 Simplexj Liaison mulipoin Liaison symérique (différenielle) Half duplexj ou Full duplexj (ligne doublée) Liaison mulipoin Liaison symérique (différenielle)