Syllabus teleinformatique

Ce syllabus présente les notions fondamentales de la téléinformatique, destinées aux étudiants en informatique et télécommunications. Il couvre les concepts de réseaux, la transmission de l'information, les protocoles, ainsi que des problématiques avancées telles que le contrôle de congestion et l'interconnexion des réseaux.

Objectifs et plan du cours

Le cours s’organise en plusieurs chapitres visant à fournir une compréhension progressive des réseaux et télécommunications :

• Introduction générale : définition, objectifs, présentation du projet et plan du cours.
• Le concept de réseau : réseaux à commutation, architectures protocolaires, grandeurs caractéristiques.
• Codage et transmission de l’information : caractéristiques des lignes, représentation des données, modes et techniques de transmission.
• Notions de protocoles : délimitation des données, contrôle d’intégrité, contrôle de l’échange.
• Problèmes d’interconnexion (Internetworking) et contrôle de congestion de bout en bout.

La note finale se compose de 60 % pour l’examen, 20 % pour une présentation orale, et 20 % pour une rédaction.

Le concept de réseau

Les réseaux à commutation

La commutation est une technique essentielle pour la transmission des données dans un réseau. Elle se décline en trois types :

• Commutation de circuits : un chemin dédié est établi entre deux points pour la durée de la communication.
• Commutation de messages : les messages sont transmis en entier d’un nœud à un autre, sans division en paquets.
• Commutation de paquets : les données sont découpées en paquets qui circulent indépendamment dans le réseau.

Les architectures protocolaires

Les architectures protocolaires organisent la communication en couches, chacune ayant des fonctions spécifiques :

• Concepts de base : chaque couche offre des services à la couche supérieure via des primitives.
• Encapsulation de données : les données sont encapsulées avec des en-têtes spécifiques à chaque couche.
• Définition des couches : modèles OSI et TCP/IP sont étudiés, avec une comparaison succincte.

Les grandeurs caractéristiques

Ce chapitre aborde les paramètres essentiels pour évaluer un réseau, tels que le débit, la latence, le taux d’erreur, etc.

Codage et transmission de l’information

Caractéristiques d’une ligne de transmission

Les supports de transmission varient et influencent la qualité du signal :

• Paires torsadées, câbles coaxiaux, fibres optiques, ondes radio.
• Affaiblissement du signal, bande passante disponible.
• Rapport signal sur bruit, taux d’erreurs, temps de transfert.

Représentation de l’information

La donnée peut être :

• Continue ou discrète.
• Codée en longueur fixe ou variable.
• Numérisée pour la transmission.
• Compressée à l’aide de méthodes telles que Huffman, Shannon, RLE, MIC.

Différents types et modes de transmission

• Simplex, half duplex, full duplex.
• Relations maître-esclave ou égal à égal.
• Modes symétriques ou asymétriques.
• Transmission synchrone ou asynchrone.
• Transmission série ou parallèle.

Techniques de transmission

Les techniques utilisées incluent :

• Transmission en bande de base ou en bande large.
• Codages NRZ, Manchester, Miler, HDBn, AMI.
• Mesure de la rapidité de modulation et du débit binaire.

Exemple de codage Manchester

Le codage Manchester associe un changement de niveau au milieu de chaque intervalle de bit, ce qui permet la synchronisation du signal.

Par exemple, pour transmettre la séquence binaire 1010 :

• 1 est codé par une transition de bas en haut au milieu de l’intervalle.
• 0 est codé par une transition de haut en bas au milieu de l’intervalle.

Notions de protocoles

La délimitation des données

Pour structurer les échanges, on utilise :

• Fanion : un motif spécial qui marque le début et la fin d’une trame.
• Transparence : techniques permettant d’éviter que les données contiennent des motifs identiques aux fanions.

Le contrôle d’intégrité

Pour garantir la fiabilité des données transmises :

• On détecte les erreurs par des clés calculées (par exemple, somme de contrôle).
• On utilise des codes auto-correcteurs capables de corriger certaines erreurs sans retransmission.

Le contrôle de l’échange

Les protocoles de communication gèrent le flux et la synchronisation :

• Du mode Send and Wait (envoi et attente de confirmation) aux protocoles à anticipation.
• Contrôle de flux pour éviter la saturation du récepteur.

Problèmes d’interconnexion et contrôle de congestion

Les chapitres avancés abordent :

• Le problème d’interconnexion (Internetworking) avec la séparation IP/TCP et la gestion des connexions.
• Le contrôle de congestion de bout en bout pour maintenir la qualité de service dans les réseaux étendus.

Exemple de script pour analyse TCP

Dans le cadre d’une rédaction, il est demandé de collecter des mesures de connexion TCP et UDP, puis de tracer des courbes débit = f(temps) ou délai = f(temps) à l’aide d’outils comme tcptrace, tcpstate, wireshark, gnuplot, awk, DITG.

Un exemple minimal de script bash pour tracer un débit pourrait être :

#!/bin/bash
# Extraction du débit à partir d'un fichier trace tcpdump
tcpdump -r trace.pcap -tttt -n | awk '
  /length/ {
    time = $1
    split(time, t, ":")
    sec = t[1]*3600 + t[2]*60 + t[3]
    bytes[sec] += $NF
  }
  END {
    for (s in bytes) {
      print s, bytes[s]*8/1000  # débit en kbps
    }
  }
' | sort -n > debit.txt

# Tracer avec gnuplot
gnuplot -e "
  set terminal png size 800,600;
  set output 'debit.png';
  set xlabel 'Temps (s)';
  set ylabel 'Débit (kbps)';
  plot 'debit.txt' using 1:2 with lines title 'Débit TCP';
"

Glossaire des termes clés

• Commutation de circuits : technique où un chemin dédié est réservé pour la durée de la communication.
• Commutation de paquets : découpage des données en paquets indépendants pour transmission.
• Encapsulation : ajout d’en-têtes à une donnée à chaque couche du modèle protocolaire.
• Fanion : motif spécial délimitant une trame dans un protocole.
• Code auto-correcteur : code permettant de détecter et corriger des erreurs sans retransmission.
• Transmission simplex : communication dans un seul sens.
• Transmission half duplex : communication bidirectionnelle alternée.
• Transmission full duplex : communication bidirectionnelle simultanée.
• NRZ (Non Return to Zero) : codage binaire sans retour à zéro entre les bits.
• Manchester : codage binaire avec transition au milieu de chaque bit pour synchronisation.
• Contrôle de flux : mécanisme pour éviter la surcharge du récepteur.
• Internetworking : interconnexion de réseaux hétérogènes.
• Contrôle de congestion : gestion dynamique du trafic pour éviter la saturation du réseau.

Points clés à retenir

• La commutation peut être de circuits, de messages ou de paquets, chacune adaptée à des besoins spécifiques.
• Les architectures protocolaires structurent la communication en couches avec encapsulation des données.
• La qualité d’une transmission dépend du support, du codage, et des techniques utilisées.
• Les protocoles assurent la délimitation des données, la détection et correction d’erreurs, ainsi que le contrôle du flux.
• Le contrôle de congestion et l’interconnexion des réseaux sont des défis majeurs dans les réseaux modernes.
• La pratique avec des outils d’analyse réseau (tcptrace, wireshark, gnuplot) est essentielle pour comprendre les performances.