Des réseaux locaux aux réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 7) - 2ème partie

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Des réseaux locaux aux réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 7) - 2ème partie
Modems
Modems standards des PC
Modems câble
Modems RNIS
Modems DSL
Types de transmissions
Communications asynchrones
Communications synchrones
Opérateurs de télécommunications
Lignes téléphoniques classiques
Connexion à distance
Lignes spécialisées
Numérique
DDS
RNIS
T1/T3
xDSL

Des réseaux locaux aux réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 7) - 2ème partie

Modems

Au cœur de la communication par ordinateur se trouve un périphérique appelé modem, dont le nom provient des deux opérations qu'il assure : la modulation et la démodulation d'un signal informatique pour lui permettre de transiter sur une ligne téléphonique (voir plus bas la section "Modems standards des PC").

De nos jours cependant, la technologie des communications a dépassé les câbles familiers des poteaux téléphoniques : il existe en effet des communications cellulaires, par satellite et – d'un intérêt tout particulier pour la connexion réseau – numériques. Avec ces dernières ont vu le jour de nouveaux types de périphériques de transmission, souvent appelés eux aussi modems, parce qu'ils servent d'interface entre un ordinateur et une ligne de communication, bien qu'ils ne fonctionnent pas de la même manière que leurs ancêtres. On trouve ainsi des modems câble, des modems RNIS et des modems DSL. Comme ils diffèrent de plusieurs manières de leurs homologues traditionnels, basés sur le téléphone (par exemple au niveau de la vitesse et des technologies de communication sous-jacentes), chacun sera décrit séparément dans les sections suivantes.

Modems standards des PC

Le modem du PC est le plus classique : il s'agit d'un périphérique qui connecte un ordinateur familial à l'Internet ou à un réseau d'entreprise, par un accès à distance. C'est de lui que ces appareils tiennent leur nom : il module et démodule en effet un signal de transmission, pour permettre à deux ordinateurs de communiquer par ligne téléphonique standard.

En quoi un modem est-il nécessaire ? Après tout, un ordinateur comporte des prises. Ne pourrait-on simplement l'équiper d'un câble, branché à une prise téléphonique murale ? Non, car il ne sait pas (pas encore) parler et ne peut donc sans aide employer une ligne téléphonique. Il gère ses informations de manière électronique, sous forme numérique (1 ou 0, activé ou désactivé), alors qu'une ligne téléphonique – du moins celle qui relie le central au domicile, par exemple – transporte les signaux de manière acoustique, sous forme analogique (variant continuellement).

S'ils veulent donc recourir à une ligne téléphonique pour communiquer, les ordinateurs émetteur et récepteur doivent être chacun équipés d'un modem. Celui qui est rattaché à l'émetteur convertit son signal numérique (il le module), en chargeant ces informations sur un signal de porteuse acoustique (son) qui transite par la ligne téléphonique. Quand ce signal atteint l'ordinateur destinataire, son modem décharge (démodule) ces mêmes informations du signal de la porteuse, puis les ramène sous la forme numérique que requiert l'ordinateur. Le processus de modulation et de démodulation d'un signal est illustré à la figure 7-2. Pour en faciliter la compréhension, les modems de chaque ordinateur figurent à l'extérieur, sous forme de petites boîtes. En réalité, un modem peut être soit un boîtier externe, soit une carte interne insérée dans un connecteur d'extension.

Figure 7.2 Les modems modulent et démodulent les transmissions d'ordinateur à ordinateur, en convertissant les signaux numériques (1010101) sous forme analogique (sinusoïde), et vice versa.

La connexion entre ordinateur et modem se fonde en général sur la norme RS-232-C, qui définit leur interface. Dans son jargon, le modem est appelé DCE (Data Communications Equipment) et l'ordinateur DTE (Data Terminal Equipment). RS-232-C, qui définit des connexions au niveau de la couche Physique, est depuis longtemps la norme de facto pour les imprimantes et les communications par modem. Elle a été ensuite étendue sous l'appellation de norme RS-232-D, qui requiert un test supplémentaire d'échange de signaux entre modems, ainsi qu'un type particulier de connecteur. RS-232, comme on la désigne souvent, est approuvée par l'EIA et équivaut aux spécifications V.24 et V.28 des modems de l'ITU.

Modulation de l'onde. Depuis les années 80, la vitesse des modems a été considérablement accrue, passant d'un très faible 300 bps (bits par seconde) aux 56 Kbps (milliers de bits par seconde), maximum aujourd'hui autorisés sur la bande passante de 3 000 Hz (hertz) environ, allouée aux communications vocales sur ligne téléphonique.

Une partie de cette augmentation (mais non sa totalité, comme vous le verrez à la section suivante) résulte d'une plus grande sophistication dans la modulation du signal de la porteuse, ce qui permet d'y charger de plus en plus de bits. Ces différentes formes de modulation sont fascinantes, mais complexes. À la base toutefois, elles modifient toute l'onde porteuse, de façon à ce que cette altération représente la valeur d'un seul bit, 1 ou 0. La manière dont cette onde est modifiée détermine la quantité d'informations qu'elle transporte à tout moment donné.

Pour visualiser le fonctionnement de la modulation, imaginez une onde, telle que celle qui se répète indéfiniment sur l'écran d'un oscilloscope ; elle ondule et conserve toujours la même taille, ou amplitude, et se reproduit à l'identique, à intervalles réguliers ou fréquences, comme dans l'illustration suivante.

Supposez maintenant que l'onde soit modifiée d'une certaine manière :

• Les pics et les creux (maxima et minima) sont de plus en plus rapprochés ou de plus en plus écartés. C'est en quoi consiste la modulation de fréquence de l'onde. Dans un signal acoustique, les changements de fréquence seront perçus comme des variations de timbre.

• Les pics et les creux sont de plus en plus hauts et de plus en plus bas. C'est en quoi consiste la modulation d'amplitude (hauteur) de l'onde. Dans un signal acoustique, ces décalages seront perçus comme des modifications de volume.

Ces deux méthodes sont mises en œuvre par les modems modulant un signal. La modulation de fréquence, connue sous l'appellation FSK (Frequency Shift Keying), utilise différentes fréquences pour représenter des 1 et des 0. La modulation d'amplitude (AM ou Amplitude Modulation), appelée aussi ASK (Amplitude Shift Keying), recourt à plusieurs amplitudes d'onde pour représenter des 1 et des 0. Ces deux formes de modulation permettent de transmettre jusqu'à 2 400 bps.

Des techniques plus complexes que celles-ci servent aux modems transmettant à des vitesses plus grandes. Dans l'une, PSK (Phase Shift Keying ou Encodage par modulation de phase), des modifications de phase de l'onde (déphasages) – la partie de l'onde qui passe à un maximum, un minimum, etc – représentent l'information. DPSK (Differential Phase Shift Keying ou Encodage par modulation de phase différentielle) en est une variante ; elle dépend du déphasage, dans lequel le changement est relatif à l'état précédent de l'onde. Grâce à ce déphasage, un modem peut transmettre 2 bits par changement de phase, ce qui permet une vitesse maximale de 4 800 bps.

On mentionnera encore QAM (Quadrature Amplitude Modulation ou Modulation d'amplitude en quadrature), où et tant phase que l'amplitude de l'onde servent à créer ce que l'on appelle une constellation de points. Celle-ci ressemble à l'illustration suivante, où les anneaux internes ou externes des points représentent deux amplitudes différentes, et les lignes à 45° des changements de phase.

Comme vous le voyez, une constellation QAM comporte 16 points de signaux distincts. Bien qu'ils soient de visualisation difficile, ces points de signaux peuvent servir à représenter quatre bits distincts de données.

Les techniques de modulation de ce type sont utilisées par les modems standards basés sur le téléphone, pour transmettre de 4 800 bps à 9 600 bps. La même technique se trouve encore dans les modems câble, plus rapides, qui ont recours à la télévision par câble pour support de transmission.

Pour des vitesses dépassant 9 600 bps, l'astuce consiste à augmenter le nombre de points de signaux dans la constellation. À 14 400 bps, par exemple, le modem emploie une constellation de 64 points. Comme la constellation, pour des vitesses à ce niveau ou au-dessus, comporte de très nombreux points de signaux, certains modems utilisent une variante de QAM appelée trellis-coded modulation, qui rend possibles le contrôle d'erreur et le codage des données.

Transmissions par modem. En plus de leur tâche principale (consistant à moduler et démoduler les signaux), les modems communiquent selon l'une des formes suivantes :

• Simplex désigne une transmission à sens unique. Comme vous pouvez l'imaginer, elle se limite aux situations dans lesquelles les informations doivent être reçues, mais non envoyées ; ce n'est donc pas une option viable pour des communications bidirectionnelles.

• Half-duplex désigne la transmission bidirectionnelle, où expéditeur et destinataire transmettent chacun à leur tour. Elle équivaut à une conversation où les deux interlocuteurs ne se coupent pas la parole.

• Full duplex, grâce auquel les transmissions sont plus rapides, permet la transmission dans deux directions en même temps – comme si deux interlocuteurs parlaient simultanément, en supposant que chacun entende et parle en même temps. Le processus peut paraître chaotique, mais ce n'est pas le cas.

Outre des fonctionnements sous formes simplex ou duplex et des transmissions à différentes vitesses, les modems sont aussi dotés d'une certaine "intelligence", dans la mesure où ils comprennent et utilisent certaines commandes pour indiquer leur état – par exemple lorsqu'ils sont prêts à recevoir ou à émettre, lorsqu'ils activent le contrôle d'erreur, etc. L'ensemble le plus usuel de ces commandes est baptisé commandes Hayes, d'après le nom du constructeur de modems devenu le standard de facto. Lorsqu'elles s'affichent aux yeux des utilisateurs dans certains programmes de communication ou sur la façade des modems externes, elles se présentent de la sorte :

• CD (Carrier Detect ou Détection de la porteuse) : le modem est en ligne et prêt à l'emploi.

• CTS (Clear To Send ou Prêt à émettre) : le modem est prêt à recevoir des données de l'ordinateur auquel il est relié.

• RD (Receiving Data ou Réception des données) : le modem reçoit les données transmises.

• SD (Sending Data ou Envoi des données) : le modem est en train de transmettre des données vers un autre modem.

• RD et SD sont accompagnés de lumières clignotantes, sur le modem ou, dans Windows 95/98, d'une icône clignotante et d'un indicateur sur la Barre des tâches.

Modems standards. Depuis qu'ils sont associés aux PC, les modems relèvent de deux jeux de standards. On leur a d'abord appliqué, vers la fin des années 70 et au début des années 80, un ensemble de standards de fait, développé par AT&T. Désignés sous le terme de standards Bell, ceux-ci concernaient les modems opérant à 300 et 1 200 bps (ils étaient donc fort lents, mais les utilisateurs de PC de cette époque avaient du mal à concevoir une vitesse aussi fabuleuse que 1200 bps !).

Par la suite, ces standards se retrouvèrent sous l'autorité du CCITT (aujourd'hui rattaché à l'ITU) qui a développé et publié une série de recommandations, connue sous le nom de V series. Ce sont ces standards qui servent maintenant aux modems conçus pour un usage sur un réseau téléphonique public. Parmi ces recommandations, on distingue :

• V.21, qui définit les modems duplex à 300 bps.

• V.22, qui définit les modems duplex à 1 200 bps opérant sur le réseau téléphonique public et les lignes spécialisées.

• V.26bis, qui définit les modems half-duplex à 1 200/1 400 bps.

• V.26ter, qui définit les modems full-duplex à 1 200/2 400 bps.

• V.27ter, qui définit les modems à 2 400/4 800 bps.

• V.32bis, qui définit les modems opérant jusqu'à 14,4 Kbps.

• V.34, qui définit les modems opérant jusqu'à 28,8 Kbps.

• V.35, qui définit l'interface de communication des données pour des modems opérant à 56 Kbps ou plus.

• V.42bis, qui définit la compression des données utilisée par les modems à grande vitesse.

• V.90, qui définit la transmission à 56 Kbps, comme le décrit la section suivante, et combine les deux technologies utilisées dans les transmissions à 56 Kbps : x2 de 3Com/US Robotics et K56flex de Rockwell.

Remarque. Le bis ou le ter de ces recommandations indique que le nombre se rapporte à une révision (bis) ou à une révision de révision (ter) de la recommandation d'origine.

Modems à 56 Kbps. Les modems aujourd'hui les plus rapides en fonctionnement sur des lignes téléphoniques analogiques sont capables de recevoir des informations à 56 Kbps, bien que la vitesse pratique la plus rapide sur ces supports soit supposée se situer autour des 33,6 Kbps. Comment est-ce possible ? En grande partie, du fait de modifications introduites par des opérateurs téléphoniques.

Dans les décennies précédentes, ils ont systématiquement adopté des technologies numériques, là où c'était réalisable : dans les centraux téléphone et les infrastructures de commutation. De nos jours, la plus grande partie du réseau téléphonique est donc numérique, les lignes de cuivre analogiques ne figurant que dans la partie du réseau téléphonique appelée boucle locale analogique – la partie du câblage liant le central au domicile.

En raison des connexions numériques internes des sociétés de téléphone, les modems à 56 Kbps opérant dans une connexion à 56 Kbps de bout en bout (c'est-à-dire où des technologies à 56 Kbps sont acceptées par l'expéditeur et le destinataire) peuvent dépendre de la réception d'un flux de données qui a voyagé d'un serveur de réseau (disons, un serveur Internet) par le réseau téléphonique sous forme purement numérique. En d'autres termes, les données ne nécessitent qu'une conversion analogique-numérique dans leur trajet du serveur au destinataire, même lors de leur déplacement sur le réseau téléphonique. Ce n'est que lorsque la transmission quitte la société du téléphone qu'elle est convertie de numérique en analogique, au moyen d'une conversion "propre", dans laquelle le signal numérique est converti en signal analogique correspondant constitué d'un nombre clairement délimité – 255 – de valeurs analogiques. Ce type de conversion n'entraîne pas de perte de vitesse. Et c'est sous cette forme que le signal voyage alors sur la connexion de la société de téléphone au bureau de l'utilisateur final, où se produit la conversion d'analogique en numérique.

Toutefois, en raison de la nature des transmissions à 56 Kbps, cette vitesse n'intervient que dans une direction : en aval. Autrement dit, le flux des informations allant du réseau téléphonique au modem peut effectivement se produire à 56 Kbps (en supposant que les technologies 56 Kbps soient implémentées sur la connexion). En revanche, le flux des informations en amont, qui remontent du modem au réseau téléphonique et au-delà ne peut excéder les 33 Kbps, car il requiert plus qu'une simple conversion de numérique en analogique et que ces conversions sont sujettes à un effet, appelé "bruit de quantification", qui dégrade l'efficacité de la conversion du signal et réduit la vitesse de transmission.

Les technologies à 56 Kbps s'avèrent efficaces tant que :

• Elles sont employées de bout en bout.

• La connexion au serveur est numérique.

• La ligne téléphonique n'est pas bruyante.

Modems câble

Contrairement aux modems standards et à leurs frères plus rapides à 56 Kbps, les modems câble ne dépendent aucunement du réseau téléphonique. Ils se servent des connexions sur le câble (de la télévision par câble) pour transférer leurs informations. Bien plus rapides que les modems téléphoniques classiques, ils peuvent télécharger des informations à des vitesses allant de 10 à près de 36 Mbps.

Un modem câble connecte en général un PC à une prise murale de câble. Bien qu'il s'agisse bien d'un modem, dans la mesure où il module et démodule un signal de transmission, il est aussi en partie d'autres choses : une carte réseau, par exemple, car il se connecte à une carte réseau Ethernet 10BaseT installée dans le PC.

Un modem câble, tout comme un modem à 56 Kbps, est plus rapide dans la réception que dans l'émission. Bien que la vitesse de la réception puisse atteindre les 36 Mbps, comme nous l'avons vu précédemment, celle de la réception se révèle considérablement plus lente. Même si les 10 Mbps sont possibles, un maximum de 2 Mbps demeure le plus vraisemblable.

Une connexion modem par câble requiert :

• Un PC doté d'une carte Ethernet et d'un modem câble qui lui soit connecté.

• Une connexion du modem câble à la prise murale.

• Un câble de branchement (dans la maison), conduisant à un câble de distribution de voisinage, lequel est à son tour connecté à un câble de réseau urbain plus important.

• Un contrôleur de tête de réseau chez le câblo-opérateur, qui envoie le signal sur le câble et régule également les transmissions envoyées par le modem câble.

La télévision par câble est une technologie de diffusion à large bande ; comment travaille un modem câble avec les supports et équipement qui vous montrent par ailleurs les actualités et le match de football du dimanche ? Cette technologie repose sur la télévision par câble, qui opère sur une plage de fréquences entre 40 MHz et 550 MHz, divisée en bandes de 6 MHz, dont chacune peut servir à un canal de télévision – mais aussi, à des transmissions par modem (tant que ne les occupe pas une diffusion télévisée). Dans une transmission en aval, le contrôleur tête de réseau module le signal et le charge sur une bande inutilisée de 6 MHz. De nombreuses combinaisons de modulations sont en usage : la plus commune est QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, ou Encodage en quadrature par modulation de phase), qui permet des transmissions jusqu'à 10 Mbps ; la plus rapide, mais la plus sensible au bruit, est 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation, ou Modulation d'amplitude en quadrature) avec 64 points de constellation, ce qui autorise des transmissions jusqu'à 36 Mbps. Quelle que soit la manière dont elle est modulée, la transmission voyage sur le câble du réseau urbain, le câble de distribution et le câble de branchement, jusqu'à ce qu'elle atteigne le modem câble, qui démodule le signal et passe la transmission au PC par une connexion Ethernet 10BaseT. Inversement, durant une transmission en amont, le modem câble prend des ordres du contrôleur tête de réseau, qui lui indique quand il peut transmettre, pendant combien de temps et la bande de fréquence qu'il peut utiliser.

Modems RNIS

RNIS (Réseau Numérique à Intégrations de Services) est une technologie de communication que nous examinerons plus en détail dans la suite de ce chapitre, mais que nous mentionnons ici en rapport avec l'adaptateur – souvent appelé, de façon trompeuse, modem RNIS – qui connecte un PC à ce type de ligne de communications et permet une bande passante allant jusqu'à 2 Mbps.

La carte RNIS, appelée aussi adaptateur de terminal ou TA (Terminal Adapter), n'est en rien un modem, même si elle sert à envoyer et recevoir des transmissions et, dans le cas d'une unité externe, si elle se comporte comme un modem dans le sens où elle interagit avec le logiciel de communication de l'ordinateur. Au lieu de moduler et de démoduler les transmissions comme le fait un modem, une carte RNIS sert de périphérique adaptant les signaux – transmis sur plusieurs canaux de communication distincts – aux standards de communication compris par l'ordinateur. Elle peut être soit interne, sous la forme d'une carte d'extension, soit externe, sous celle d'une unité distincte connectée au port série ou parallèle de l'ordinateur.

Modems DSL

Tout comme RNIS, DSL (Digital Subscriber Line) est une technologie de communication numérique (nous la décrirons plus en détail dans la sous-section "xDSL", dans la suite de ce chapitre). Tout comme RNIS encore, DSL est rapide (avec une vitesse de transfert en aval de plus de 7 Mbps) et nécessite une manière de modem pour son fonctionnement. En fait, DSL en requiert deux – l'un connecté à l'ordinateur qui accède à l'Internet ou à un autre réseau, l'autre (géré par la société du téléphone) installé à l'autre extrémité du câblage en cuivre allant du domicile ou du bureau de l'abonné à la société de téléphone.

Les modems DSL sont des cartes installées dans l'ordinateur, qui s'apparentent aux modems téléphoniques classiques, dans la mesure où ils connectent la machine à une prise murale téléphonique standard. Toutefois, comme les transmissions DSL sont entièrement numériques, ces modems n'ont pas à convertir les transmissions. De plus, ils peuvent être équipés d'une puce, appelée diviseur (splitter en anglais), qui scinde littéralement la ligne téléphonique en deux (une partie pour la voix, l'autre pour les données), de sorte que les communications du modem n'interfèrent pas avec des appels vocaux normaux.

Types de transmissions

Bien que modems et périphériques analogues soient à la base des communications d'ordinateur à ordinateur, ils ne se contentent pas d'échanger n'importe comment des flux de données. Un modem n'en appelle pas un autre pour lui transmettre un avertissement. L'autre ne se contente pas non plus, une fois contacté, d'absorber tout ce que l'expéditeur lui transmet.

Comme des êtres humains, les modems doivent opérer d'une manière que tous deux comprennent, et échanger des données sous une forme que tous deux puissent reconnaître et manipuler. Les règles du jeu – dictées par les normes et protocoles, naturellement – sont assez complexes au niveau du flux effectif des bits et des octets ; de manière plus générale, les transmissions par modem se scindent en deux types de base : asynchrones et synchrones (en parallèle presque exact avec la manière dont les êtres humains communiquent). Des deux, les transmissions asynchrones sont les plus communes ; c'est pourquoi elles constituent un bon point de départ.

Communications asynchrones

Est asynchrone – comme on s'en doute – ce qui n'est pas synchrone, c'est-à-dire qui n'est pas soumis au temps. Dans les communications entre ordinateurs, cela signifie que récepteur et émetteur dépendant de communications asynchrones n'ont pas à se synchroniser avant de réaliser une transmission. L'expéditeur peut transmettre lorsqu'il est prêt, s'arrêter, puis reprendre sa transmission après un laps de temps indéterminé ; l'ordinateur destinataire étant capable de détecter où, dans le flux des bits transmis, un octet particulier– représentant un caractère – débute et se termine.

Cette histoire de bits et d'octets, de débuts et de fins, peut sembler impénétrable, mais c'est en fait l'un des aspects des communications d'ordinateurs les plus faciles à comprendre. Pour commencer, examinons la chaîne suivante de bits d'une transmission (il s'agit des équivalents binaires des lettres h et i) :

 h i
0110 1000 0110 1001

Ces 1 et 0, selon diverses combinaisons, sont habituellement utilisés en groupes de huit pour former de plus grandes unités, appelées octets. Comme vous le savez sans doute, un octet représente généralement un seul caractère : une lettre telle que a, b ou c, un nombre tel que 1, 2 ou 3, une marque de ponctuation ou un symbole spécial tel que ?, !, et %, voire certains caractères non imprimés, tels que ceux qui amènent un ordinateur à émettre un son, à reconnaître la touche echap, etc.

Naturellement, ces 1 et 0 ne sont pas de vrais nombres. Dans les communications, ils peuvent être représentés par des changements de fréquences, des modifications d'amplitude, des changements de phase ou une combinaison de ces éléments, comme dans le cas d'une modulation d'amplitude en quadrature. Dans l'ordinateur, ces mêmes "atomes" d'informations numériques sont représentés par de petites variations de tension. Comme toutes ces informations se ramènent à des chaînes constituées uniquement de deux chiffres binaires, rien dans l'une d'elles n'indique où débute et où s'achève un octet particulier.

Comment procède alors un ordinateur expéditeur pour indiquer au destinataire où commence et se termine un caractère particulier, s'il transmet de manière asynchrone et, par conséquent, ne peut recourir à la synchronisation pour le distinguer d'un autre ? La réponse est donnée par ce que l'on appelle les bits de départ et les bits d'arrêt. Ces bits – en fait ces signaux – encadrent ceux qui constituent un caractère. Le bit de départ indique le début d'un caractère et celui ou ceux d'arrêt (il peut y en avoir 1, 1,5 ou 2) marquent la fin du caractère. Entre bits de départ et bits d'arrêt se trouvent les bits représentant le caractère lui-même et, facultativement, un bit supplémentaire, appelé bit de parité, qui sert au contrôle d'erreur. Un octet transmis de façon asynchrone peut alors être représenté par un diagramme comme celui qui suit (les cases noires sont les bits de départ et d'arrêt, les grises ceux qui constituent effectivement le caractère, la blanche le bit optionnel de parité).

Les modems s'appuient en général sur des transmissions série asynchrones, indiquées pour des lignes téléphoniques ( "série" signifie simplement qu'ils transmettent et reçoivent des bits en série, l'un après l'autre). La norme RS-232, que nous avons vue précédemment, joue ici encore un rôle car elle régit ce type de communications série asynchrones. Elle définit les lignes électriques, les broches et les caractéristiques des signaux en usage dans ce type de transmission et, pour ce qui nous concerne, la manière dont les modems doivent opérer pour que des communications asynchrones se produisent.

Communications synchrones

Si la transmission asynchrone est la norme des communications de modem à modem, les systèmes numériques et les réseaux dépendent plutôt de communications synchrones. Cette méthode permet des transmissions plus rapides, mais elle se révèle aussi plus complexe et plus coûteuse.

À la différence des transmissions asynchrones, où les blocs fonctionnels sont constitués d'octets délimités par des bits de départ et des bits d'arrêt, les transmissions synchrones se fondent sur des trames – blocs de bits séparés par des intervalles de temps égaux. Pour communiquer de façon synchrone, les ordinateurs expéditeur et destinataire doivent coordonner leurs efforts, en recourant à une synchronisation basée sur leur horloge interne. Avant et pendant la transmission, ils se servent de caractères de synchronisation spéciaux, tant pour enclencher la communication que pour exécuter des tests périodiques sur la réalité de la synchronisation.

Les transmissions synchrones s'appuient sur des protocoles gouvernant le format des trames et spécifiant aussi les informations de contrôle et de détection des erreurs incluses dans chacune des trames transmises. Voici les protocoles synchrones fréquents, opérant au niveau de la couche Liaison :

• SDLC (Synchronous Data Link Control). Ce protocole a été développé par IBM, pour son modèle de réseau SNA (Systems Network Architecture), afin de permettre à ses équipements de différents types de communiquer. SDLC est un protocole orienté bit, car les informations sont transmises sous forme d'un flux de bits, non d'un flux de caractères basé sur une méthode particulière de codage, telle que l'ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Comme les bits n'ont pas de point de référence en termes de jeu de caractères, SDLC, tout comme d'autres protocoles orientés bits, en comporte des séquences spéciales qui remplacent les caractères de contrôle. Une trame SDLC est organisée comme le montre l'illustration suivante (les cases grises sont des champs de 1 octet appelés drapeaux ; ils marquent le début et la fin de la trame).

  

  SDLC se fonde sur le concept de nœuds primaires, contrôlant les transmissions sur le réseau, et de nœuds secondaires, qui ne peuvent rien transmettre tant que la permission ne leur en a pas été donnée par le nœud primaire.
  On trouve ce protocole à la fois dans les situations où des systèmes centraux communiquent avec plusieurs terminaux, et dans les connexions point à point (directes) entre expéditeur et destinataire. Il est largement en usage dans les réseaux fermés, tels que les réseaux d'entreprise.

• HDLC (High-level Data Link Control). HDLC est une extension de SDLC, qui a été approuvée par l'ISO. Tout comme SDLC, HDLC est un protocole orienté bit. Toutefois, à la différence de son précurseur, il est plus largement utilisé dans le public que dans les réseaux privés fermés. HDLC existe en plusieurs sous-ensembles ou versions, dont l'une, connue sous l'appellation HDLC NRM (Normal Response Mode), correspond à SDLC dans la mesure où elle supporte le même type de relation maître/esclave entre nœuds. Toutefois, la plupart des références à SDLC désignent généralement le sous-ensemble LAPB (Link Access Procedure Balanced), qui supporte les communications full-duplex, poste à poste, dans lesquelles expéditeur et destinataire n'ont pas le contrôle l'un de l'autre. HDLC (version LAPB) s'emploie dans les réseaux publics à commutation de paquets X.25, que nous décrirons au chapitre suivant. Une trame HDLC est analogue à une trame SDLC.

• Bisync (Binary synchronous communications protocol). Bisync, qui a été remplacé par SDLC, était le premier concurrent des protocoles originels d'IBM. À la différence de ses descendants SDLC et HDLC, il s'agit d'un protocole orienté octet, dans lequel les caractères sont codés soit en ASCII, soit en EBCDIC d'IBM (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), méthode bien connue d'encodage pour les systèmes centraux dans laquelle 8 bits servent à coder numériquement les 256 caractères possibles. Les messages bisync sont de longueur variable, mais ils débutent et se terminent toujours par des caractères de synchronisation. Le début du texte du message est précédé d'un caractère de contrôle, appelé STX, et sa fin est suivie d'un autre caractère de contrôle, ETX, suivi d'un ensemble de caractères inclus pour s'assurer que la transmission a correctement eu lieu. L'illustration qui suit montre la structure d'une trame bisync (les caractères de synchronisation sont en gris clair, le texte du message en gris sombre).

Maintenant que nous avons traité du messager (le modem) et de la méthode (le type de transmission), il nous reste à aborder brièvement les supports mêmes qui permettent la livraison de courrier électronique, de documents, mais aussi de séquences audio ou vidéo au moyen du réseau.

Opérateurs de télécommunications

Dans le monde des réseaux étendus et des communications, tout se réduit en fin de compte à des opérateurs de télécommunications. Chaque fois qu'un modem se connecte, par téléphone ou micro-ondes, un fournisseur de télécommunications est impliqué. La seule autre alternative aux opérateurs téléphoniques dans la connexion à un réseau est offerte par les modems câble. Ce type de connexions ayant précédemment été décrit, les sections qui suivent vont aborder tous les autres, qui dépendent, d'une manière ou d'une autre, de sociétés de télécommunication (fournissant à l'heure actuelle aussi bien des communications analogiques que numériques).

Lignes téléphoniques classiques

La communication analogique par modem suppose généralement le recours au service téléphonique classique que fournit la société du téléphone. À l'origine destiné aux communications vocales, cet appareil s'est révélé, au cours de la décennie passée, inestimable pour les télétravailleurs qui ont besoin d'un accès distant aux réseaux d'entreprise. Naturellement, il est aussi de grande importance pour tous ceux qui, de chez eux, veulent explorer sur le Web, lire leur courrier électronique, bavarder en ligne avec d'autres ou effectuer des achats.

Connexion à distance

La connexion réseau à distance (dial-up networking) consiste à appeler son bureau ou à accéder à l'Internet au moyen d'un modem. L'appel établit une connexion temporaire entre l'appelant et l'ordinateur distant, qui prend fin dès que l'appelant raccroche. La connexion au réseau à distance par téléphone sert à ceux qui ont besoin d'un accès distant à un réseau d'entreprise ; elle peut convenir à connecter deux réseaux locaux de façon intermittente, même si la longueur de la connexion et la quantité de données transférées peuvent être dissuasives en termes de coûts et de temps.

Lignes spécialisées

Les lignes spécialisées ou louées constituent une amélioration de la connexion réseau à distance. Lorsqu'un client loue une ligne à une société de téléphone, cette dernière est consacrée à temps plein à son usage. Sa qualité et la vitesse à laquelle les données peuvent y être transférées sont plus grandes que sur des lignes téléphoniques. La vitesse de transfert, par exemple, peut aller de 56 Kbps à plusieurs mégabits par seconde. Son coût est naturellement plus élevé.

On dit souvent des lignes louées qu'il s'agit de connexions directes, non routées par le système de commutation de la société du téléphone. Bien que ce puisse être vrai, les connexions à longue distance sont habituellement routées par des circuits commutés, même si les résultats donnent l'impression d'une connexion dédiée.

On voit en outre souvent dans les lignes spécialisées des versions permanentes de lignes téléphoniques pour l'accès distant, mais les communications numériques, RNIS et T1, sont elles aussi des lignes louées, dans le sens où elles sont réservées à l'usage d'un seul client.

Numérique

Les communications numériques sont aujourd'hui un sujet à la mode. Pourquoi ? Du fait de leur vitesse. Suite à la vogue de l'Internet, le monde entier désire plus de rapidité : pour les connexions, pour les temps de téléchargement et, si possible, pour les temps de chargement vers le serveur. Au fur et à mesure que croît l'intérêt pour la Toile, même les modems à 56 Kbps semblent trop lents et il est fréquent de voir les fournisseurs de services Internet proposer à leurs abonnés potentiels des lignes T1. Comme les entreprises, dans le monde professionnel, surtout celles qui ont une taille nationale et internationale, dépendent de plus en plus du réseau, leurs besoins en vitesse, en sécurité et en fiabilité dans ce domaine croissent eux aussi. Voilà ce qui explique l'intérêt du numérique, dont il existe plusieurs options.

DDS

Les lignes DDS (Digital Data Service) sont dédiées ; ce sont des connexions point à point qui utilisent des communications synchrones pour fournir des vitesses de transfert de données jusqu'à 56 Kbps. Tout comme les lignes T1, décrites dans la suite de ce chapitre, les lignes DDS recourent à un périphérique en deux parties, appelées CSU (Channel Service Unit) et DSU (Data Service Unit), pour connecter deux réseaux. Cet appareil, désigné souvent des simples lettres CSU/DSU, remplace le modem et effectue les tâches suivantes :

• La partie CSU intervient entre le DSU et la ligne de télécommunications à chaque extrémité de la connexion. Sa tâche consiste à traiter les signaux envoyés sur la ligne numérique et à isoler cette dernière des problèmes issus de l'équipement réseau.

• La partie DSU du périphérique intervient entre le réseau – en fait, le pont ou routeur qui transmet les paquets provenant du réseau – et le CSU. Sa tâche consiste à convertir les données du format informatique (qui convient aux réseaux) au format nécessaire à la transmission synchrone. Le DSU contrôle aussi le flux des données vers le CSU.

La figure 7-3 montre comment s'ajustent les différentes parties d'une connexion DDS.

Figure 7.3 Une connexion DDS dépend d'une unité CSU/DSU à chaque extrémité pour intervenir entre le réseau et la ligne numérique.

RNIS

Bien que RNIS – Réseau Numérique à Intégration de Services – existe depuis longtemps (1984), ce n'est que durant les dernières années qu'il est véritablement devenu une option. Il a été développé pour fournir un service numérique de bout en bout sur un réseau téléphonique et est conçu pour livrer de la voix, des données et des images, y compris de la vidéo, à une vitesse de 64 Kbps.

Disponible sous deux formes, désignées par les termes BRI (Basic Rate Interface) et PRI (Primary Rate Interface), RNIS se caractérise par la façon dont sa bande passante se divise en plusieurs canaux. Dans sa forme BRI, il existe deux canaux : B (dorsale), qui transportent des données à la vitesse de 64 Kbps, et D (données ou delta), qui transporte les signaux et autres informations de contrôle, à la vitesse de 16 Kbps. BRI est le type de RNIS typique que l'on trouve habituellement chez les particuliers.

Dans sa forme PRI, la ligne est divisée en de plus nombreux canaux, dont le nombre exact varie suivant l'endroit du monde où le service est fourni. En Amérique du Nord et au Japon, PRI comporte 23 canaux B et un canal D, opérant tous à 64 Kbps. En d'autres parties du monde, y compris en Europe, PRI consiste en 30 canaux B et un canal D. La forme PRI de RNIS est généralement utilisée pour connecter un PBX (autocommutateur) d'entreprise à la société de téléphone.

Bien que, comme nous l'avons expliqué précédemment, RNIS ne nécessite pas de modem, il lui faut toutefois un adaptateur terminal. Ce dernier convertit les signaux RNIS sous un format standard tel que RS-232, requis par l'équipement du type ordinateur. Pour compliquer les choses, cet adaptateur se situe en fait entre l'unité RNIS connue sous l'appellation de périphérique NT1 (Network Terminaison 1) et un équipement non RNIS, tel que l'ordinateur. Bien que la technologie soit assez complexe, le NT1 prend le signal RNIS voyageant de la société de téléphone sur deux câbles (désignés par les termes interface U) et le convertit pour que s'en servent quatre câbles (désignés par les termes interface S/T), qui le transportent à leur tour de la prise murale à l'adaptateur RNIS.

Il est important de se rappeler à propos de RNIS que :

• Il est numérique.

• Il est divisé en deux canaux B et un canal D (BRI), ou en 23 ou 30 canaux et un canal D (PRI).

• Il transporte la voix, les données et la vidéo.

• Il est utilisé à la fois par des abonnés individuels et des entreprises.

• Il coûte moins cher que l'option qui suit : le service T1.

T1/T3

T1, auquel on se réfère parfois sous le nom de porteuse T-1, a été développé par les laboratoires Bell et introduit dans les années 60 comme méthode permettant à des câbles téléphoniques de transporter plusieurs conversations à la fois. Aujourd'hui, T1 est l'une des technologies les plus largement répandues – et l'une des plus onéreuses – dans les communications numériques. Beaucoup plus rapides que RNIS, les lignes T1 transportent les informations à la vitesse de 1,544 Mbps.

T1 a été à l'origine conçu pour des transmissions full-duplex sur quatre câbles de cuivre en paire torsadée, deux destinés à l'envoi, deux à la réception. Toutefois, à l'heure actuelle, les lignes T1 peuvent aussi être des câbles de fibres optiques, des câbles coaxiaux et des micro-ondes.

Pour atteindre cette vitesse de transmission importante, T1 multiplexe 24 canaux distincts de 64 Kbps en un seul flux de données numérique. Chacun des 24 canaux est échantillonné 8 000 fois par seconde, et l'échantillon transmis sous forme d'une trame de 192 bits séparée de la suivante par 1 bit. (Détail amusant : multipliez 192 par 8 000 et ajoutez encore 8 000 pour les bits supplémentaires de la transmission. Le résultat donne la vitesse de transmission de 1,544 Mbps de T1.)

La documentation de T1 désigne souvent cette vitesse de 64 Kbps – celle d'un seul canal – par les termes DS-0 (Digital Services ou Digital Signal) niveau 0. La vitesse supérieure de 1,544 Mbps est connue sous la désignation DS-1. Cette vitesse DS-1, à son tour, peut être multiplexée pour fournir des vitesses de transmission encore plus grandes, telles :

• DS-2, qui est à la base des lignes T2, comporte quatre canaux T1 et transmet à 6,312 Mbps.

• DS-3, qui est à la base des lignes T3, comporte 28 canaux T1 et transmet à 44,736 Mbps.

• DS-4, qui est à la base des lignes T4, comporte 168 canaux T1 et transmet à la vitesse fabuleuse de 274,176 Mbps.

T1 et T2 peuvent être utilisés sur du câblage en cuivre. T3 et T4 nécessitent du câblage en fibre optique ou des micro-ondes. Afin de réduire la dépense considérable de la location d'une ligne T1, les entreprises ont l'option de choisir une alternative appelée T1fractionnel, qui consiste à louer une partie, plutôt que toute la bande passante T1. À l'autre extrémité de l'échelle, elles peuvent choisir d'utiliser des lignes T3 au lieu de plusieurs lignes T1.

Remarque. T1 est disponible en Amérique du Nord, au Japon et en Australie ; une technologie équivalente appelée E1 est disponible en Europe, au Mexique et en Amérique du Sud. E1 transmet à la vitesse de 2,048 Mbps.

xDSL

xDSL (Digital Subscriber Line ou ligne d'abonné numérique) désigne un nouvel ensemble prometteur de technologies de communications numériques, capables de fournir un accès à haute vitesse au réseau sur les câbles de cuivre standards installés dans les maisons et les bureaux. Son x représente l'une des lettres ci-dessous, dont chacune symbolise une de ses versions.

DSL présente un grand intérêt car il opère sur des câbles téléphoniques ordinaires. Pour parvenir à de grandes vitesses de données – allant de 8 à près de 52 Mbps – DSL se base sur la modulation et sur ce que les signaux numériques n'ont pas à être convertis sous forme analogique. Bien que la vitesse effectivement atteinte dépende de plusieurs facteurs, tels que la distance que doit parcourir la transmission sur le câble en cuivre et la qualité du câble lui-même, ceux de DSL sont suffisamment rapides pour permettre une livraison correcte d'imagerie 3-D, et de son et de vidéo de haute qualité. Avantage supplémentaire, les technologies DSL permettent de partager une connexion en composants données et voix, de sorte que la communication réseau n'interfère pas avec des appels téléphoniques vocaux.

De nos jours, au moins sous sa forme ADSL dominante (décrite ci-dessous), DSL présente avant tout un avantage pour les télétravailleurs, les petites entreprises et les abonnés du téléphone qui se servent d'Internet. Toutefois, comme nous l'avons vu précédemment, DSL existe sous diverses formes et il est vraisemblable qu'il se révélera également utile dans le contexte de larges réseaux. La technologie elle-même est très récente et n'est pas encore disponible pour grand monde. La liste qui suit en décrit les variantes, qu'elles existent déjà ou soient en cours de développement :

• ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line ou Ligne numérique à paire asymétrique) est dit asymétrique parce que la plus grande partie de la bande passante est réservée aux transmissions en aval, par présupposition qu'interviennent de plus larges volumes de téléchargements à l'intention du client que de chargement sur le serveur sur les connexions (Internet ou intranet) dans lesquelles il sera le plus vraisemblablement utilisé. Dépendant en grande partie de la distance du réseau à la société du téléphone, ADSL peut livrer des informations en aval à des vitesses atteignant 8 Mbps, et un maximum en amont de 640 Kbps (selon la proximité de la société du téléphone et la qualité du câble, la transmission est plus ou moins rapide). ADSL nécessite en général l'installation d'un modem ADSL comportant un séparateur (splitter) pour séparer les canaux de la voix et des données.

• DSL Lite est une variante de ADSL en cours de développement. Dans DSL Lite, le fractionnement a lieu à la société du téléphone, non sur l'extrémité destinataire. Il est moins complexe et moins coûteux à installer que ADSL ; en contrepartie la vitesse de transmission est réduite à 1,544 Mbps.

• HDSL (High bit-rate Digital Subscriber Line) est, à la différence d'ADSL, symétrique ; il fournit la même quantité de bande passante en amont et en aval, et, de là, la même vitesse dans les deux directions. Plus ancienne et plus établie que ADSL, bien que moins souvent mentionnée comme solution Internet pour les abonnés finals, cette technologie apporte la même vitesse de 1,544 Mbps qu'une ligne T1 (E1 en Europe et dans certains pays). HDSL fonctionne sur 5 000 mètres sans requérir de répéteurs qui renforcent le signal avant de le retransmettre.

• SDSL (Single-line Digital Suscriber Line) ressemble à HDSL, mais utilise une paire de câbles au lieu de deux paires comme HDSL, et sa distance de transmission est plus courte (3 500 mètres) comparée aux 5 000 mètres de HDSL. Mais tout comme HDSL, les informations sont transférées à des vitesses T1 (ou E1).

• RADSL (Rate Adaptative Digital Subscriber Line) est analogue à ADSL, mais utilise un logiciel pour ajuster la vitesse de transmission, selon la qualité de la ligne et la distance qu'elle doit parcourir. Les transmissions ADSL se font jusqu'à 2,2 Mbps en aval et 1,088 Mbps en amont.

• VDSL (Very high rate Digital Subscriber Line) est la forme de DSL (en développement) dotée de la plus grande vitesse de transmission possible : jusqu'à 52 Mbps en aval et 2,3 Mbps en amont. Bien que ses vitesses paraissent spectaculaires, cette technologie souffre de ce qu'elle n'opère que sur de courtes distances : 1 500 mètres au maximum.

Dans le chapitre qui suit nous allons traiter du routage et de la transmission des réseaux étendus, ainsi que de certaines technologies avancées (et récentes) de la mise en réseau.

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Dernière mise à jour le lundi 27 mars 2000

Pour en savoir plus

• Technologie des réseaux étendus (Les réseaux - Notions de base - Chapitre 8)

• Ressources sur le thème "Réseaux et accès distant"