Réseaux et Télécommunications Principes de base Version 9f – 08/2001

Sommaire DEFINITIONS ET PRINCIPES DE BASE TYPES D'INFORMATIONS ET CONFIGURATIONS TECHNIQUES DE TRANSMISSION TECHNIQUES DE COMMUTATION HIERARCHIE DES PROTOCOLES PROTOCOLES DE SIGNALISATION CLASSIFICATION DES RESEAUX Histoire des Réseaux

"Le monde des télécommunications est en train de subir une révolution entièrement d'origine technique. Les révolutions industrielles des XVIIIème et XIXème siècles avaient créé le métier d'ingénieur. Aujourd'hui le monde a besoin d'ingénieurs décideurs ayant une vision claire des technologies et de leur évolution."

Interconnexion de réseaux Réseau de commutation RESEAU LOCAL DE TRANSMISSION DE DONNEES LAN WAN Boucle locale RESEAU LOCAL DE TRANSMISSION DE DONNEES PASSERELLE Réseau de transmission PABX Ligne d’abonné

Nature des informations transmises LA VOIX par nature analogique la parole: 300 à 3400 Hz la Hi-Fi: jusqu'à 30000 Hz peut être convertie en numérique (échantillonnage) L'ECRIT, LE TEXTE, LES DATA par nature numérique nécessite un codage: n bits / caractère transmis alpha-numérique, alpha-géométrique, graphique peut-être transmis en analogique (Modems) L'IMAGE, LA VIDEO peut être transmise en analogique ou numérique le codage dépend de la définition (pixels, couleurs)

Caractéristiques des informations transmises LA VOIX Peu sensible aux erreurs de transmission Très sensible aux problèmes de retards, délais, synchro, gigue, etc… L'ECRIT, LE TEXTE, LES DATA Peu sensibles aux problèmes de retards, délais, etc Très sensibles aux erreurs (intégrité des réseaux) L'IMAGE, LA VIDEO Comme la voix: très sensible aux problèmes de délais, synchro… Sensibilité accrue aux erreurs en cas de compression (intégrité des algorithmes de compression) Pendant de nombreuses années ces média ont été gérés par des réseaux différents, Aujourd’hui, le Multimédia nécessite un réseau unique alliant des performances optimales en termes de’erreurs et de délais….

Configuration d’un réseau TERMINAL RESEAU JONCTION CODAGE CENTRAUX DE TRANSIT LIGNE D'ABONNE CENTRAUX D'ACCES CODAGE JONCTION RESEAU DE TRANSMISSION RESEAU DE COMMUTATION TERMINAL

Transmission & Commutation LA TRANSMISSION Permet d'acheminer l'information jusqu'à l'usager final Terminaux, Eléments de Codage, Médium de Communication LA COMMUTATION Permet d'aiguiller la communication à l'intérieur du réseau Permet d'optimiser les réseaux de télécommunications Autocommutateurs, Centraux, Multiplexeurs, Répartiteurs

Transmission: médias de transport DEBITS ADMISSIBLES (réseaux de télécommunications) 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G PAIRE TORSADEE 6M CATV CABLE COAXIAL 155M FIBRE OPTIQUE OU LIAISON SATELLITE >10G 34MBIT/S: VIDEO HAUTE-DEFINITION 2MBIT/S: VIDEO NON COMPRESSEE 64KBIT/S: VOIX NON COMPRESSÉE VISIO COMPRESSEE 9,6KBIT/S: VOIX COMPRESSEE

Transmission: la fibre optique BANDES PASSANTES LARGES JUSQU'A 10GHZ INSENSIBLE AUX PERTURBATIONS ELECTROMAGNETIQUES ENCOMBREMENT REDUIT (rapport 6 / câble) TAUX D'ERREURS REDUITS (<10-10) HAUTE SECURITE (localisation aisée des ruptures) COUT FAIBLE (sur 200KM, 3 fois moins cher que le cuivre) CAPACITES D'EXTENSION malgré..... REPETEURS NECESSAIRES TOUS LES 50/90KM CONNECTIQUE ENCORE FRAGILE ET COUTEUSE

Transmission: topologie de réseaux (1) LIAISONS POINT-A-POINT liaison unique et directe entre 2 noeuds du réseau en étoile arborescente N1 N2 N1 N2 N4 N3 N6 N5 N1 N2 N3 N4 N5

Transmission: topologie de réseaux (2) LIAISONS MULTI-POINT un noeud est relié à plusieurs autre noeuds par une liaison unique et commune en BUS en ANNEAU N1 N2 N3 N4 N5 Nx N1 N2 N3 Nx

Transmission: topologie de réseaux (3) LIAISONS MAILLEES les noeuds sont interconnectés entre eux par de multiples liaisons différentes c'est une configuration multi-points c'est la configuration type des réseaux de Télécommunications N1 N2 N4 N3 N6 N5

Transmission: fonctions de codage ADAPTATION D'UN TERMINAL NUMERIQUE (PC) A UN CONDUIT ANALOGIQUE (Réseau téléphonique) Modem =Modulateur/Démodulateur; c'est un élément de controle (décodage) de données (ETCD) transcodage: fréquences analogiques (3000 Hz) vers signaux numériques Techniques: modulation d'amplitude, fréquence, phase de 300 Bits/s (V21) à 72/144KBits/s (V35, V36, V37) MODEM Jonction numérique Ligne analogique

Transmission: modulation & états de codage Modulation de Fréquence Modulation de Phase Modulation d’amplitude

Transmission: fréquences Vocales La téléphonie classique "sur cuivre" utilise largement quelques propriétés de la sensibilité physiologique aux ondes radio électriques : Si l'oreille humaine est sensible à une gamme de fréquences étendue, allant des infrasons jusqu'aux ultrasons, une plage beaucoup plus réduite de fréquences suffit pour reconnaitre une voix. Cela vient de la courbe de répartition de l'énergie associée à chaque fréquence. Cette courbe atteint son maximum vers 800 Hz  

Transmission: fonctions d’échantillonnage ADAPTATION D'UN TERMINAL ANALOGIQUE A UN CONDUIT NUMERIQUE, CONVERSION D'UN SIGNAL ANALOGIQUE EN DONNEES NUMERIQUES signaux analogiques dans la bande 300 - 3000 HZ il faut échantillonner à au moins deux fois la fréquence max. (Théorême de SHANNON) soit 8000 HZ chaque échantillon est codé sur 8 Bits soit un débit de 8*8 = 64 KBit/s Valeur sur 8 Bits ( 7 + signe) Valeur sur 8 Bits ( 7 + signe) Fréquence d'échantillonnage à 8000 HZ 125 microsec.

Transmission: Notion de Multiplexage Le multiplexage joue un rôle prépondérant dans la construction des réseaux de transmission. Il consiste à associer ou regrouper des débits incidents ou primaires pour former un débit supérieur ou résultant qui est plus facile à transmettre et à gérer dans le réseau de transmission. Il est en effet évidemment impossible de transporter sans multiplexage l’ensemble des signaux à 64 kbit/s du réseau téléphonique ! Le réseau de transport est divisé en deux parties qui sont : -le réseau d’accès ou réseau local de raccordement qui est près de l’abonné, -le réseau de transport haut débit qui regroupe le réseau d’interconnexion principal (appelé parfois « backbone» ), le réseau sectoriel et les réseaux locaux principaux

Transmission: Canaux MIC Le MIC (Multiplexage d’Informations Codées) est basé sur l’utilisation de canaux à 64 Kbits/s LE MIC ( Norme Européenne) UTILISE UN CONDUIT NUMERIQUE A 2048Kbit/s = 32 canaux (IT) de 8 bits échantillonnés à 64Kbit/s ou E1 IT0 = synchronisation de la trame courante IT1 à 15 = 15 voies de parole IT16 = signalisation de deux voies de parole (4bits/voie) IT17 à 31 = 15 voies de parole IT0 VOIES DE PAROLE IT16 BALAYAGE DE LA TRAME A 8KHZ 8 BITS DE SYNCHRO 2*4BITS DE SIGNALISATION 15 CANAUX A 8 BITS

Transmission: principes du multiplexage temporel L'intervalle de temps séparant deux prises d'échantillon est fixé à 125 microsecondes, c'est ce que l'on appelle IT (un intervalle de temps). Si la durée de prise d'échantillon reste faible, 4 microsecondes par exemple, alors l'on peut multiplexer 125/4 = 32 signaux dans un même IT. En réalité l'on ne mutiplexe pour le téléphone que 30 voies, les deux restantes étant consacrées à à signalisation. L'IT 0 sert à la synchonisation, l'IT 16 transporte la signalisation des 30 autres IT.  Le débit binaire de la ligne sera de 1/125x10-3 secondes x 32 voies x 8 bits = 2048 Kbps, soit 2 Mbps.

Transmission: paramètres de performance LE DEBIT C'est la vitesse à laquelle le réseau est capable de transmettre l'information Soit T le temps de commutation. La rapidité de commutation, qui s'exprime en bauds, se définit par R=1/T. Le débit binaire est alors D = R log2 N, où N est le nombre d'états de codage. D s'exprime en bits par seconde LE TEMPS DE PROPAGATION C'est le temps mis par l'information pour traverser le réseau de bout en bout LE TAUX D'ERREURS C'est le nombre d'erreurs détectées par quantité d'information transmise: erreurs BITS, TRAMES... LE TAUX DE COUVERTURE C'est l'étendue du réseau: local, national, planétaire

Commutation: Techniques en présence TYPES DE COMMUTATION: comment établir une connexion à travers le réseau ? Commutation de circuits Commutation de paquets (Commutation de messages) TECHNIQUES DE ROUTAGE: comment sélectionner le chemin à travers le réseau ? Routage fixe, alterné, adaptatif, par diffusion, … virtuel TECHNIQUE DE CONTROLE DE FLUX: comment adapter des différences de débits à travers le réseau ? transmission "élastique" des paquets dans le réseau

La commutation de circuits information connexion directe, transparente à travers le réseau (commutation spatiale ou temporelle) temps de transfert fixes et minimum Capacités temps-réel optimum: idéal pour la voix mais.... éxige des débits, codes,formats ... identiques aux extrémités inefficacité, risque de blocage en cas d'incident  EXEMPLE: le réseau téléphonique commuté (RTC)

La commutation de paquets information établissement d'un circuit virtuel à travers le réseau optimisation des resources du réseau adaptation des débits par controle de flux: permet des configs. Client/Serveur découpage des informations en paquets : idéal pour les data, mais.... temps de transfert fluctuants, non déterministes et plus élevés complexité des noeuds de réseaux (protocoles)  EXEMPLES de réseaux paquets: le réseau TRANSPAC (TPC), les réseaux IP , le GPRS, l’ATM, l’UMTS…….

La commutation de paquets: exemple de multiplexage statistique ( 7 Multiplexeur statistique

La commutation de paquets et le Circuit Virtuel (CV) CLIENT: TERMINAL X25 RESEAU TRANSPAC CV3 N N N CV1 N N N CV2 CV1+2+3 CV1 CV2 CV3 SERVEUR X25

Fonctions d’un Commutateur (ou Switch) Fonction d’aiguillage de l’information de nœud en nœud à travers le réseau Switch Infos de signalisation ITn Trame MIC à 2Mbit/s Switch ITn Trame MIC à 2Mbit/s ITn Trame MIC à 2Mbit/s

Réseau de commutation

Modes de connexion MODE SANS CONNEXION (CONNECTIONLESS) pas d'établissement de connexion, le terminal est toujours à l'écoute si le terminal se reconnait: il se "LOGIN/LOGOUT" sur le réseau  communément utilisé sur les LANs MODE COMMUTE AVEC SIGNALISATION le terminal est capable d'établir la connexion la liaison est établie à travers un COMMUTATEUR (SWITCH)  l’évolution va vers des réseaux commutés (performance) MODE CONNECTE SUR LIAISONS PERMANENTES OU SEMI-PERMANENTES la connexion est établie préalablement par un "Serveur de Connexions" lié au système de management la liaison est établie à travers un BRASSEUR (CROSS-CONNECT)

Principes de Signalisation C'EST L'ENSEMBLE DES SIGNAUX NECESSAIRES A LA GESTION D'UNE COMMUNICATION signaux d'établissement/rupture de la communication signaux de contrôle, taxation signaux de surveillance, maintenance communication établissement rupture contrôle

Caractéristiques de la signalisation NATURE DES SIGNAUX DE SIGNALISATION aujourd'hui: analogiques sur la ligne téléphonique (sonnerie, invitation, occupation...) tendance: séquences numériques comme sur le RNIS (plus riche, sécurisé, accessible en cours de communication). RESEAUX DE SIGNALISATION aujourd'hui: la signalisation emprunte le même réseau que les voies de parole (encombrement des voies) tendance: avoir des voies séparées: canal de signalisation dans le RNIS (Canal D), ou réseau sémaphore superposé au réseau de parole (SS7) Pour un établissement rapide des communications.

Signalisation RNIS: un exemple Réseau Sémaphore SS7 Canal D Canaux de Signalisation E1 – IT-16 Réseau de commutation voix-données Canaux B Signalisation UNI Signalisation NNI

Protocoles de Signalisation Abonnés (UNI – de bout-en-bout) TERMINAL APPELANT TERMINAL APPELE ESTABLISH / SET-UP (Adresse,VPI,VCI,Débit, QoS) ACCEPT / CONNECT (REJECT / RELEASE) DISCONNECT / RELEASE COMMUNICATION EFFICACE

Protocoles: les couches « réseaux » N1 N2 PROTOCOLE AU NIVEAU PHYSIQUE définit: le médium, la connectique, les signaux électriques, les codages des bits pour LIAISONS POINT-A-POINT niveau BITS PROTOCOLE D'ACCES définit: l'adrzssage, les priorités, les collisions pour LIAISONS MULTI-POINTS niveau TRAMES PROTOCOLE DE ROUTAGE définit: les chemins, le routage, la gestion de flux, la gestion des erreurs, les transcodages pour LIAISONS MAILLEES niveau PAQUETS, MESSAGES, CELLULES N1 N2 N3 N4 N5 Nx N1 N2 N4 N3 N6 N5

Protocoles: niveaux « réseaux » et niveaux « applicatifs » NIVEAUX RESEAU NIVEAUX APPLICATIFS NIVEAUX RESEAU Protocole Interface Medium de transmission

Le Modèle ISO: les 7 couches de protocoles 7: APPLICATION 6: PRESENTATION 5: SESSION 4: TRANSPORT 3: RESEAU 2: LIAISON 1: PHYSIQUE TYPE D'APPLICATION SUPPORTEE PAR LE RESEAU FORMAT DES DONNEES STANDARD DES TERMINAUX SUIVI DES COMMUNICATIONS, INTERACTIONS ENTRE APPLICATIONS INTEGRITE DE L'INFORMATION DE BOUT EN BOUT ACHEMINEMENT DE L'INFORMATION A TRAVERS LE RESEAU FORMATS DE DONNEES ENTRE NOEUD, MODES D'ADRESSAGE, PRIORITES D'ACCES ACHEMINEMENT DES DONNEES SUR LA LIGNE DE TRANSMISSION

Interfonctionnement des protocoles 7: APPLICATION 7: APPLICATION 6: PRESENTATION PASSERELLE (réseau Intelligent) 6: PRESENTATION 5: SESSION 5: SESSION 4: TRANSPORT 4: TRANSPORT 3: RESEAU 2: LIAISON 1: PHYSIQUE 3: ROUTEUR 3: RESEAU 2: PONT (filtre) 2: LIAISON 1: REPETEUR 1: PHYSIQUE

Quelques exemples de protocoles 7: APPLICATION 6: PRESENTATION 5: SESSION 4: TRANSPORT 3: RESEAU 2: LIAISON 1: PHYSIQUE Messageries MHS, Gestion de Doc ODA, GESTION DE FICHIERS INFORMATIQUES FTAM TELEPHONIE, VIDEOTEX, TELECOPIE, TELETEX CLASSES 0/1/2/3/4: avec ou sans connexion TCP/IP X25/1 X25/2 X25/3 TRANSPAC I451 I441 I431 RNIS X21 V24,V28, V35 RTC 802.2/3/4/5/6/7/8/9 RESEAUX LOCAUX RESEAUX PUBLICS RESEAUX LOCAUX

Classification des réseaux / couverture REPARTITION GEOGRAPHIQUE DISTANCE RESEAUX MOBILES (Wireless) RESEAUX ETENDUS TERRESTRES (Wireline) (WAN) RESEAUX METROPOLITAINS (MAN) RESEAUX LOCAUX(LAN)

Classification des réseaux / technologie EVOLUTIONS DES TECHNOLOGIES ANALOGIQUES NUMERIQUES - électrique - optique MULTIMEDIA - Autoroutes de l'Information voix voix,données voix,données,images

Panorama des réseaux fixes (Wireline) 1K 10K 100K 1M 10M 100M 1G PAIRE TORSADEE 6M DEBITS ADMISSIBLES CATV CABLE COAXIAL 155M FIBRE OPTIQUE >10G réseau téléphonique technique PDH/MIC technique SDH télex 200 liaisons spécialisées Le domaine du Haut-Débit réseau TRANSPAC / Relayage de Trâme 34M RNIS 64K technique ATM: RNIS Large-Bande réseaux câblés de videocommunications

Un peu d’histoire: le RTC Transmission de la voix en commutation de circuits Le réseau téléphonique commuté (RTC) repose sur quelques principes simples : Transmission analogique de la voix. Economie de bande passante par la transmission uniquement des "fréquences utiles", de 300 à 3400 Hz. Commutation de circuits. Phase préalable d'établissement de la communication, pour réserver un circuit physique. Réservation continue du circuit, même pendant les périodes de silence et quelque soit leur durée. Phase de terminaison de la communication.

Un peu d’histoire: les réseaux à intégration de services ou RNIS Voix et données en commutation de circuits Le RNIS (ISDN) repose sur la transmission numérique d’échantillons à 64Kbits/s. Ces échantillons peuvent contenir: Des voies de parole Des données (fichiers, Internet) De la signalisation L’accès de Base est proposé à 144Kbits/s sur la ligne d’abonné: 2 canaux B à 64 Kbits/s 1 canal D de signalisation à 16Kbits/s L’accès primaire est proposé à partir d’un MIC à 2Mbits/s 30 canaux B et 1 canal D à 64Kbits/s chacun.

Un peu d’histoire: Transpac et le protocole X25 Transmission de données en commutation de paquets, en mode Circuit Virtuel (canal pré-établi) Le protocole mis en place pour créer les réseaux de transmission de données vocales a naturellement repris les solutions qui avaient fait le succès du téléphone analogique. Le réseau est informatique, il transporte donc des paquets parce que c'est la solution la plus économique. Mais il reproduit la commutation de circuits jugée indispensable pour la transmission point à point, en réservant des circuits virtuels. Ce protocole s'appelle X25, il est à la base des grands réseaux nationaux comme Transpac de France Télécom, ou Retipac de la SNCF. Il a assuré le succès des applications du type Client/Serveur (minitel)  Une version « dopée » de Transpac – appelée Frame-Relay – permet la réalisation de réseaux à hauts-débits (jusqu’à 34Mbits/s)

Un peu d’histoire: l’avènement d’Internet Transmission de données en commutation de paquets, en mode Datagramme Internet peut être vu comme un réseau de communication reliant des ordinateurs connectés un protocole : IP ou comme organisation librement consentie L'échange de fichiers a d'abord été l'application de base d'internet. Puis le courrier électronique est venu faciliter les échanges, suivi de près par des extensions comme les news, etc. Une seconde génération de services internet est venue avec le world wide web, avec ses protocoles html, http, url. A partir de 1993, internet a entamé sa croissance exponentielle, et son extension vers les masses du grand public et vers l'activité commerciale des entreprises.

Merci pour votre attention !