• TECHNIQUE DE TRANSMISSION DE DONNEES
• Eléments constitutifs d’une liaison de données

Une transmission de données met en œuvre des calculateurs d’extrémité et des éléments d’interconnexion dont les appellations et fonctions sont codifiées comme le montre la figure suivante :

On distingue :

• Les ETTD (Equipement Terminal de Traitement de Données) ou en anglais DTE (Data Terminal Equipement) est un élément susceptible d’échanger les données avec le réseau, qui ne se connecte pas directement à la ligne de transmission. Par exemple : un ordinateur, un terminal, une imprimante, etc. plus généralement tout équipement qui ne se connecte pas directement à la ligne téléphonique. Il réalise la fonction de contrôle du dialogue
• Les ETCD (Equipement Terminal de Circuit de Données) ou en anglais DCE (Data Circuit Equipement) sont des équipements qui réalisent l’adaptation entre les ETTD et le support de transmission. La connexion des terminaux ETTD au canal nécessite généralement l’adaptation qui sera réalisé par un ETCD. il peut être un modem, un multiplexeur, un concentrateur ou simplement un adaptateur à la ligne de transmission etc. cet élément remplit essentiellement des fonctions électroniques, il modifie la nature du signal mais pas l’information

L’ETCD a deux fonctions essentielles :

• L’adaptation du signal binaire entre l’ETTD et la ligne de transmission : il correspond à un codage ou démodulation (respectivement décodage, démodulation)
• La gestion de la liaison : il comprend l’établissement, le maintient et la libération de la ligne à chaque extrémité.
• La jonction : constitue l’interface entre l’ETTD et l’ETCD, elle permet à l’ETTD de gérer l’ETCD pour assurer le déroulement des communications (établissement d’un circuit, initialisation de la transmission, échange de données et libération du circuit).

Exemple : BNC, RJ45, etc.

• La ligne de transmission ou support physique : est une liaison entre les deux machines (l’émetteur et le récepteur). Elle permet de faire circuler les informations entre les ETTD. Il existe trois catégories e supports physiques selon le type de grandeur physique qu’ils permettent de circuler :  
• Les supports filières : permettent de faire circuler une grandeur électrique sur un câble.
• Les supports aériens : désigne l’aire ou le vide, ils permettent la circulation d’ondes électromagnétiques ou radioélectriques diverses
• Les supports optiques : permettent d’acheminer des informations sous forme lumineuse

Selon le type de support physique, la grandeur physique a une vitesse de propagation plus ou moins rapide (par exemple le son se propage dans l’air à une vitesse de l’ordre de 300 m/s alors la lumière a une célérité proche de 300000km/s).

• Mode d’exploitation de la liaison

        Selon le sens des échanges, on distingue 3 modes :

• La liaison simplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un seul sens, c'est-à-dire de l'émetteur vers le récepteur. Ce genre de liaison est utile lorsque les données n'ont pas besoin de circuler dans les deux sens (par exemple de votre ordinateur vers l'imprimante ou de la souris vers l'ordinateur...). Ici chaque ETCD ne remplit qu’une fonction, il est émetteur ou récepteur.
• La liaison half-duplex (parfois appelée liaison à l'alternat ou semi-duplex) caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un sens ou l'autre, mais pas les deux simultanément. Ainsi, avec ce genre de liaison chaque extrémité de la liaison émet à son tour. Ce type de liaison permet d'avoir une liaison bidirectionnelle utilisant la capacité totale de la ligne. Le ETCD remplissent alternativement les fonctions d’émetteur et de récepteur, le temps mis pour le passage d’une fonction à l’autre et pour leur synchronisation est appelé temps de retournement de l’ETCD il peut durer jusqu’à 1/3 de seconde.
• La liaison full-duplex (appelée aussi duplex intégral) caractérise une liaison dans laquelle les données circulent de façon bidirectionnelle et simultanément. Ainsi, chaque extrémité de la ligne peut émettre et recevoir en même temps, ce qui signifie que la bande passante est divisée par deux pour chaque sens d'émission des données si un même support de transmission est utilisé pour les deux transmissions.

                                    Type de liaison

• Classification des modes de transmissions

L’information élémentaire à transmettre est un mot binaire (constitué de 4, 8, 16, n bits). Deux techniques sont mises en œuvre selon que tous les bits d’un même mot sont transmis en même temps (transmission parallèle) ou successivement (transmission série).
Si les différents mots (caractères), du message à transmettre, sont transmis de façon arithmétique, c’est-à-dire indépendamment les uns des autres (il n’y a pas de lien temporel entre les caractères, mais il existe un lien temporel entre tous les bits d’un même caractère), on parle de transmission asynchrone. En revange, si tous les mots (caractères) à transmettre sont regroupés en bloc transmis à un rythme irrégulier, on parle de transmission synchrone, il existe un lien temporel entre les différents blocs, mais il existe un lien entre tous mes bits d’un même bloc.
Pour résumer, Lorsque le transfert à lieu :

• Sans contrainte temporelle on parle de transfert asynchrone (application de type conversationnel ou transactionnel),
• Sans contrainte temporelle mais avec des contraintes de débits (transfert de masse, imagerie) on parle de transfert synchrone,
• Sous contrainte temporelle (voix, vidéo) on parle de transfert isochrone.

• •   Les transmissions parallèles et série.
    • La transmission parallèle.

La transmission parallèle est caractérisée par un transfert simultané de tous les bits d’un même mot. Elle nécessite autant de conducteurs qu’il y a de bits à transmettre et un conducteur commun (liaison asymétrique) ou autant de paires que de fils si la masse n’est pas commune (liaison symétrique). Un conducteur supplémentaire peut être utilisé pour transmettre un signal qui assurera la synchronisation entre les intervalles d’émission et ceux de réception. La synchronisation peut aussi être obtenue par lecture des transitions du signal reçu.

Transmission parallèle
La transmission parallèle autorise une grande vitesse de transmission (débit), mai a un coût élevé (nombre de conducteurs) et la distance entre les hôtes doit être réduite. L’exemple le plus courant est la liaison imprimante-ordinateur.

• • • La transmission série

En transmission série, tous les bits d’un mot ou d’un message sont transmis successivement sur une même ligne.

Transmission série
Dans les calculateurs les données (bits) sont traitées en parallèle (bus). La transmission série nécessite une interface de conversion pour sérialiser les bits à l'émission (conversion parallèle/série) et les désérialiser à la réception (conversion série/parallèle). La transmission série ne nécessite, pour la transmission des données, que deux conducteurs, d’un coût moins important, elle est utilisée pour les transmissions sur des distances importantes.

• •   Les transmissions asynchrones et synchrones
    • La transmission asynchrone

En transmission série, les bits d’un même caractère sont régulièrement espacés. Mais l’intervalle qui sépare deux caractères peut être variable, transmission asynchrone ou arythmique.

t1=t2=t3

Pour effectuer correctement la lecture des bits reçus le récepteur doit “être réveillé”. L’intervalle de temps pendant lequel s’effectue la lecture doit correspondre, au temps de transmission près, à celui d’émission du bit par l’émetteur. Les horloge émetteur et récepteur doivent être, au temps de propagation près, en phase. Cette opération s’appelle la synchronisation des horloges. En transmission asynchrone, les caractères sont délimités par un bit, dit bit de start, et un ou plusieurs bits, dits bits de stop. Le ou les bits de stop correspondent à un temps minimal de repos du système entre l’émission ou la réception de deux caractères successifs (période de discernement).

Les transmissions asynchrones s’effectuent selon un ensemble de règles régissant les échanges (protocole). Les protocoles les plus connus sont :

• XON-XOFF, protocole orienté caractères, le terminal réactive la ligne
  quand il est prêt à émettre, il la désactive quand il n’a plus de données
  disponibles ;
• X-MODEM, protocole orienté blocs, les caractères sont regroupés en
  blocs. Ce protocole du domaine public met en œuvre des techniques
  de détection et reprise sur erreurs ;
• Y-MODEM, protocole orienté blocs, les blocs de données sont suivis de
  code de correction d’erreurs. Aucune reprise sur erreur n’est assurée ;
• Z-MODEM, protocole orienté blocs, il met en œuvre des mécanismes
  de détection et de reprise sur erreurs.

Ces protocoles, très simples, mettent en jeu un nombre réduit de commande
(Start ou début, Stop ou fin, ACK ou accusé de réception, NACK ou non accusé de
réception).

• • • La transmission synchrone

Lorsque tous les bits d’un même message sont régulièrement espacés, on parle de transmission synchrone

t1=t2=t3

En transmission synchrone, les caractères à transmettre sont regroupés pour former des blocs. La transmission des différents blocs (ou trames) peut être arythmique. De manière identique à la transmission asynchrone, le début et la fin d’une entité transmise, ici le bloc, doivent être délimités. Les blocs sont délimités par des caractères spéciaux (fanion de début et de fin) reconnus comme tels par le protocole utilisé. Le fanion de début d’un bloc peut servir de fanion de fin du précédent.

Structure type d’un bloc de données en transmission synchrone
A la réception, le récepteur doit être capable de se positionner correctement pour la lecture des bits. Cette opération de synchronisation des horloges est réalisée à l’aide d’une séquence de bits contenant un grand nombre de transitions (synchronisation bit). Puis, il doit identifier les différents caractères transmis (alignement de la lecture sur des frontières de mots ou synchronisation caractère).
Dans la procédure BSC, le caractère utilisé pour ces fonctions est le caractère SYN “ 001010110 ”. Lorsqu’une station reconnaît ce caractère, elle positionne les frontières de ce caractère en se basant sur le caractère reconnu.
La lecture du flot de bits arrivant s’effectue dans un registre à décalage contenant autant de bits que le caractère à lire en comporte. Chaque bit qui arrive est introduit dans le registre en poussant le premier bit entré ; enfin, on examine le mot contenu dans le registre pour y rechercher le caractère SYN.
Les principaux protocoles synchrones sont :

• BSC, Binary Synchronous Communication (IBM)
• SDLC, Synchronous Data Link Control (IBM)
• HDLC, High Level Data Link Control (ISO)
  • • Comparaison des modes de transmission

On veut transmettre 1 message de 100 caractères de 8 bits (bit de contrôle inclus).
Déterminons le mode de transmission le plus efficace. Les caractéristiques de chacun des modes de transmission sont indiquées par les figures suivantes. On admettra que les temps de silence sont nuls entre les caractères (mode asynchrone orienté bloc) et entre les blocs (mode synchrone et asynchrone)
Transmission par bloc ou transmission synchrone

Transmission par caractère ou transmission asynchrone

Compte tenu, que par hypothèse, il n’y a pas de temps de silence entre deux blocs ou deux caractères successifs, l’efficacité d’un protocole est mesurée par le rapport entre le nombre de bits utiles transmis (bit d’information) et le nombre de bits réellement transmis (information + service). L’efficacité est donnée par la relation :

En transmission asynchrone, on transmet pour chaque caractère 1 bit de start et 1,5 bits de stop.
Dans ces conditions, soit N le nombre de bit réellement transmis :

• En transmission asynchrone

N = 100 x 8 (bits d'information) + 100 (bit de start) + 1,5 x 100 (bits de stop)
    = 800 + 100 + 150 = 1050
Ce qui donne 1050 bits transmis pour 800 utiles.

D’où une efficacité du mode asynchrone au maximum est de 76%.

• En transmission synchrone

3 caractères sont ajoutés : un fanion, un champ de commande et un caractère de contrôle soit
3 x 8 = 24 bits.
N = 800 + 24 = 824 bits
Dans ces conditions, l’efficacité du mode synchrone est de 97% (800/824).
L’efficacité du mode synchrone est supérieure à celle du mode asynchrone ; de ce fait, seules les transmissions à faible débit seront effectuées en mode asynchrone (débit ≤ 2400 bit/s).

• Les transmissions dans le réseau

Pour transmettre des informations binaires sur un support de transmission, il est nécessaire de le transformer au préalable en un signal électrique mieux adapté aux contraintes physiques du système de transmission. Les réseaux informatiques présentent la particularité de demander de très hauts débits, de plusieurs mégabits par seconde. Dans ce contexte, deux techniques de transmission sont envisageables : la transmission dite en mode de bade qui n’effectue qu’une simple transformation du signal, et la transmission qui réalise une translation du spectre (modulation)

• • Transmission en bande de base

La transmission en bande de base (base band) typique de la plupart des réseaux locaux, consiste à transmettre directement les signaux numériques sur le support de transmission. La figure ci-dessous résume le principe de la transmission en bande de base.

Principe de la transmission en bande de base
Le Codeur bande de base, à essentiellement pour objet de :

• transformer le signal numérique en un autre, à fin que le spectre du nouveau signal soit mieux adapté aux caractéristiques du support de transmission (de bande passante en particulier)
• maintenir la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur.

Un tel procède est simple et non coûteux, mais demande des supports de transmission à grande bande passante.
Remarque :
On appelle codage, l’opération qui fait correspondre à chaque caractère une représentation binaire on l’appel codage à la source.
On désigne par transcodage ou codage en ligne l’opération qui consiste à représenter les suites binaires par un signal électrique mieux adapté à la transmission. Cette transformation est réalisée par un codeur bande de base (figure ci-dessus), d’où une possibilité de confusion.

• Les principaux codages en bande de base

Différents codages sont utilisés pour transmettre les données en bande de base :

• Le codage NRZ

Le codage NRZ (Non Return to Zéro, non-retour à zéro) utilise une tension négative pour représenter un ‘ 0 ‘ binaire, et une tension positive pour un ‘ 1 ‘ binaire22. Donc pour la suite binaire 10011, on trouve les signaux illustrés sur la figure ci-dessous.

Exemple de données binaires codées en NRZ
Un tel codage est mal adapté à un canal de transmission (sa puissance maximale est concentrée au voisinage des basses fréquences (voir Annexe) or les supports de transmissions coupent les très basses fréquences défigurant ainsi le signal). De plus, de sérieux problèmes de synchronisation des horloges sont à redouter, puisque le signal sera constant pour une longue suite de bits identiques.

• Le codage Manchester et le codage Manchester différentiel

Le principe de ce codage est de deviser la période de transmission de bit ‘ T ’ en deux intervalles égaux, ainsi chaque période de transmission comporte une transition en son milieu, ce qui facilite la synchronisation entre l’émetteur et le récepteur ; le spectre du signal a été décalé vers les hautes fréquences par rapport au signal NRZ, mais il s’étale sur une bande double du codage précèdent.
Le codage Manchester ou sa version Manchester différentiel est donc bien adapté à la transmission sur un canal à large bande passante et il est utilisé dans la plupart des réseaux locaux et notamment dans les réseaux Ethernet.

• Codage Manchester

Avec le codage Manchester (appelé aussi le codage biphasé), c’est le point où le signal change qui représente la valeur de bit transmis. Un ‘ 0 ‘ binaire est représenté par une tension allant de bas en haut, tandis que le ‘ 1 ‘ binaire est représenté par une tension allant du haut en bas. La figure ci-dessous montre la même suit de bits que le codage précédent codé en Manchester.

Exemple de données binaires représenté en codage Manchester
Le codage Manchester nécessite un repérage des fils de ligne pour éviter de les croiser, et donc d’avoir une réception complémentaire à l’émission, il faut donc soit : posséder une prise non symétrique, soit utiliser le codage Manchester différentiel (ce codage à l’avantage d’être indépendant de la polarité et ne nécessite aucun repérage des fils)

• Codage Manchester différentiel

Le codage Manchester différentiel tient compte du bit précèdent, comme illustre la figure suivante. Un ‘ 0 ‘ binaire est représenté par un changement de tension au début de la transmission, et le ‘ 1 ‘ binaire est représenté par l’absence de changement de tension au début de la transmission.

Exemple de codage Manchester différentiel
Il existe une multitude de signaux en bande de base, leur différence se voit essentiellement lorsque l’on étudie leur répartition de puissance en fonction de la fréquence (spectre de puissance, obtenue par la transformée de Fourier), leur sensibilité au bruit et la facilité de restitution du signal d’horloge. Chaque signal est adapté pour telle ou telle support de transmission. Dans l’Annexe on trouve d’autre méthode de codage utilisé dans les réseaux.

• Limitation de la transmission en bande de base

Les signaux en bande de base sont sujet à une atténuation au fur et à mesure de la distance parcouru, ce qui constitue le principal problème de la transmission en bande de base. Si le signal n’est pas régénéré très souvent, il prend une forme quelconque, que le récepteur est incapable de comprendre (puisque le niveau logique haut, peut être détecté comme niveau bas si son amplitude devient inférieure à une tension de seuil). Cette méthode de transmission ne peut être utilisé que sur de très courtes distances, la distance maximale d’utilisation dépend essentiellement de la qualité du support utilise, elle est de l’ordre de 5 Km. Sur des distances plus longues, on utilise un signal qui oscille en permanence, nommée porteuse. Ce signal est de forme sinusoïdale.
Pour envoyer les données par-dessus ce signal continue, l’émetteur modifie la porteuse de manière à refléter les informations à transmettre, ce type de modification de la porteuse s’appelle modulation et ces techniques ont été en usage pour la radio, la télévision, le téléphone, bien avant l’avènement des réseaux informatiques.

• •   Modulation discrète

Pour mettre en œuvre l’opération de modulation on utilise (en amont du canal) un organe appelée modulateur, à la sortie du canal on utilise un organe effectuant l’opération inverse de la modulation (séparation du signal en bande de base de la porteuse), cette opération s’appelle démodulation et l’organe qui l’effectue s’appelle démodulateur. Ces opérations de modulation et de démodulation sont généralement mises en œuvre au sein d’un même organe physique appelé dans ce cas MODEM (MOdulateur DEModulateur). On dit que le MODEM est la liaison entre le monde numérique et le monde analogique.
Il existe plusieurs manières dont une porteuse analogique peut être modulée pour représenter des données numériques :

• Modulation d’amplitude

La modulation d’amplitude est employée pour la radio AM (Amplitude Modulation) et peut l’être également pour les réseaux informatiques. Dans cette technique, l’amplitude de la porteuse est modifiée de manière à représenter, à coder, les données. Par exemple, une amplitude élevée peut représenter un ‘ 1 ‘ binaire, et une amplitude basse un ‘ 0 ‘ binaire. La figure ci-dessous montre un exemple de porteuse modulée en amplitude.

Modulation d'amplitude
La modulation d’amplitude à tendance à être sensible aux bruits et n’est pas une technique de modulation très efficace pour les réseaux informatiques, c’est cependant celle qui est utilisé pour transmettre des données numériques sur fibre optique. Elle est parfois appelée modulation par saut d’amplitude (en anglais ASK, Amplitude Shift Keying).

• Modulation de fréquence

La modulation de fréquence consiste à modifier la fréquence de la porteuse pour représenter les données. Par exemple, on associe une fréquence f0 pour un ‘ 0 ‘ binaire et la fréquence f1 pour un ‘ 1 ‘ binaire. La figure ci-dessous montre un exemple de porteuse modulé en fréquence avec f1 = 2f0.

Modulation de fréquence
La modulation de fréquence n’est pas aussi sujette aux erreurs que la modulation d’amplitude. Elle est couramment employée dans les transmissions radio (radio FM, Frequency Modulation) et la télédiffusion. Elle est parfois appelée modulation par saut de fréquence (en anglais FSK, Frequency Shift Keying).

• Modulation de phase

La modulation d’amplitude et de fréquence utilisent toutes les deux au moins une période complète de la porteuse pour coder un ‘ 0 ‘ ou un ‘ 1 ‘ binaire. Or, si on peut coder plusieurs bits pendant une seule période, le nombre de bits transmis par seconde en serait augmenté d’autant. Cette possibilité a été implanté dans les réseaux informatiques grâce à la modulation de phase, avec cette technique, c’est la phase de la porteuse qui est modifié de manière à représenter les données. La figure ci-dessous montre une porteuse avec quatre phases, on peut coder ainsi 2 bits à chaque état. La modulation de phase est également appelée modulation par saut de phase (en anglais PSK, Phase Shift Keying).

• La phase 0 correspond à 00
• La phase  correspond à 01
• La phase  correspond à 10
• La phase  correspond à 11

Modulation de phase

• Modulation hybride

Il est possible de combiner les différents types de modulation que nous venons de présenter afin de transmettre un nombre important de bits par secondes. Il est ainsi fréquent d’utiliser à la fois une modulation d’amplitude et une modulation de phase.
Remarque :
Une autre fonction que le MODEM peut faire est d’adapter le signal au canal de transmission en décalant la largeur de bande du signal de manière à la faire coïncider avec la bade passante (éventuellement avec une sous bande) du canal, c’est pour cette raison la que la modulation est appelée aussi transmission par transposition de fréquence. Ce décalage de largeur de bande du signal peut être obtenue par les techniques de modulation que nous venons de voir

• Protection contre les erreurs de transmission

Si, entre les deux extrémités d’une liaison, la transmission de données était parfaite, les signaux reçus par l’une seraient tout à fait identiques aux signaux émis par l’autre. Mais on a vue dans les sections précédentes qu’en plus des imperfections connues du support de transmission (affaiblissement, déphasage), les données transmises sont perturbées de façon aléatoire par du bruit. Ces imperfections et ces perturbations se traduiront au niveau de l’information reçu, par des modifications des positions binaires : soit des disparitions, soit des adjonctions, soit des inversions (‘ 0 en 1 ’ ou ‘ 1 en 0 ‘).
La technique adoptée dans la plupart des systèmes de détection d’erreurs, consiste à ajouter des bits supplémentaires (dit redondants) à chaque bloc de données avant de le transmettre sur le support de transmission. Ces techniques utilisent un codeur30 à l’émission et un décodeur à la réception, comme le montre la figure ci-dessous.

Place du codeur et du décodeur
Dans cette figure, l’opération de codage consiste à ajouter des informations de contrôle (informations redondantes) à l’information utile émise par la source, l’opération de décodage devra découvrir et corriger les éventuelles erreurs qui seraient produites au cours de la transmission du bloc. Les stratégies d’utilisation du codeur et du décodeur dépendent du type de système de transmission utilisé, cette stratégie est une simple détection d’erreur au niveau du récepteur, elle peut avoir pour objet une correction des erreurs alors il faut distinguer deux cas, suivant les possibilités du décodeur :

• Lorsque le décodeur corrige lui-même automatiquement certaines erreurs, on dit que la stratégie est une correction d’erreurs directe.
• Lorsque le décodeur ne peut que détecter des erreurs, il est nécessaire de retransmettre le bloc de données pour réaliser la correction, on dit que la stratégie est une correction par retransmission et on la note ARQ (Automatique Repeat reQuest, procédure de retransmission automatique), cette retransmission peut être de trois types différents comme l’indique la figure 2.22.

Stratégie de protection contre les erreurs