CHAPTER 1

Fundamental Concepts of Computer Networks

Introduction

●
In the 1960s, we witnessed the birth of microcomputing.

●
At that time, only large companies had access to computer hardware,
and the only way to exchange data between computers was through
floppy disks.

2
Introduction

●
Initially, this posed no major problems,

… However, the situation became increasingly complex as and

companies grew

when it came to transferring data from an office on one floor

to another, or even to another building within the company.

3
Introduction

Indeed, intensive research was conducted and led to the development

of a more direct peer-to-peer communication method.

This research culminated in the creation of what we commonly call a

Network Interface Card.

Today, networks are ubiquitous and dominate our daily lives.

4
Computer Network

What is it?

A computer network (also known as a data communication network

or DCN) is a collection of interconnected computing devices that
exchange data (Share resources). These devices are linked together
through communication media..

5
Application Areas of Computer Networks

Sharing data among different users.

Sharing physical resources such as printers, modems, scanners, etc..

Sharing and using logical resources without having to install them

on one's own computer (e.g., a single database shared by several
users installed on a shared disk in a network workstation).

To name a few...

6
Network Categories

Computer networks can be categorized in various ways.

Network Size (Taille des réseaux).

Transmission media (Les supports de transmission).
Functional Relationship Between Components.
Network Topology (L’organisation physique des équipements).
The private or public nature of the network.

7
Based on network size (1/2)

In terms of extent :

1. PAN (Personal Area Network): is a small network composed of a

person's devices such as a microcomputer, printer, smartphone,
television, etc.

2. LAN (Local Area Network): This is a network connecting a set of

computers belonging to the same organization in a small
geographical area. The cabling distance is a few hundred meters.

8
Based on network size (2/2)

3. MAN (Metropolitan Area Network): refers to a network composed

of computers typically used in campuses or cities (up to a few tens of
km). The network generally uses optical fibers (e.g., IP camera
network).

4. WAN (Wide Area Network) is a computer network covering a large

geographical area, typically at the level of a country, a continent, or
the entire planet. The largest WAN is the Internet.

The largest WAN is the Internet.

9
 Functional Relationship Between
Components (1/2)

Client-Server Architecture
Client-server architecture refers to a mode of information transmission
(often across a network) between multiple programs or processes: one,
called a client, sends requests; the other, called a server, awaits requests
from clients and responds.

10
 Functional Relationship Between
Components (2/2)

Unlike the client-server model, peer-to-peer (P2P) is a network

model where each entity acts as both a client and a server.

In such a model, each entity in the network is free to share

its resources

11
Network Topology (1/3)

The physical topology of a network refers to the manner in which

machines are organized and interconnected.
Bus topology
Corresponds to the case where all nodes are connected to a single
wire, a single hardware transmission medium.

Fully meshed topology

is one where all computers are connected to all others. The
number of links is then significant (proportional to the square of
the number of computers to be connected)

12
Network Topology (2/3)

Hybrid topology
Is equivalent to a mesh topology from which some point-to-point
links have been removed, Optimizing network link utilization to
minimize costs without significantly reducing the network
performance.

Star topology
is one where nodes are connected to a central network device. The
slightest failure of the central equipment causes the entire network
to fail, consequently, computers can no longer communicate with
each other.

13
Network Topology (3/3)

Linear topology
Is a chain-like topology. All computers are connected to two
neighbors, except for the two nodes at the end of the chain.

Ring topology
Is a ring-shaped topology. All computers are connected to two
neighbors, without exception. It is equivalent to a linear topology
where the two ends are connected

14
Each of the aforementioned topologies has its own advantages
and disadvantages, which we have summarized in the Course
Support…

15
Wired and Wireless Networks (1/2)

Wired Networks
Equipment in these networks is connected by
metallic cables that conduct electricity (notably, twisted pairs
and coaxial cables) or
very thin glass or plastic supports that conduct light
(commonly called optical fibers)

16
Wired and Wireless Networks (2/2)

Wireless Networks
A wireless network is a type of computer network that uses
wireless data connections between network nodes.

The information exchanged between devices is carried by

electromagnetic waves (radio, infrared, ...) that propagate
through the air.

17
Comparison (1/2)

●
Wired networks are traditionally considered more secure than wireless
networks because the data sent is contained within cables, making it more
difficult for hackers to access, encrypt, or disrupt the transmitted data.

●
Wired networks can provide higher connection speeds than wireless
networks.

●
Wired networks are desirable for applications that require a lot of
bandwidth, such as gaming and video streaming.

18
Comparison (2/2)

●
Wireless networks are preferred by many users because they are more
convenient and easier to set up and maintain than wired networks.

●
Wireless networks can be used in places where wired networks are not
practical.

●
Wireless networks can be easily expanded to support additional users
without any extra effort.

19
Public vs. Private Networks (1/2)

Private Networks
Private networks are internal networks belonging to a single
organization or company. In this type of network, restrictions and access
rules are always established to limit access to privileged users.

PANs and LANs are part of this category of networks.

20
Public vs. Private Networks (2/2)

Public Networks

A public network is a type of network that anyone, i.e., the general

public, can access and, through it, can connect to other networks.

The Internet is a special case of public networks.

21
Basic Components of a Computer Network
(1/3)

Multiple end nodes, computers and printers, each possessing a

unique network address.

One or more connection devices or interfaces network cards, modems,

network adapters, or other interfaces such as a USB Wi-Fi dongle

22
Les composants réseau informatique (2/3)

One or more intermediate routing nodes switches that connect client

stations, access points, repeaters, hubs, bridges, and routers.

Different stations can connect using wired (cables) or wireless

(waves) transmission media.

23
Les composants réseau informatique (3/3)

Logical addresses, uniquely assigned to each end node as an identifier.

IP Adressing

A set of protocols and rules that enable all devices on the network to
understand each other and function seamlessly.

24
 Lack of interoperability

In the early 1970s, each manufacturer designed its own networking

solutions with incompatible architectures and protocols.

This compartmentalization significantly limited the exchange of

information and the sharing of resources between different systems.

25
 need for a common standard

Faced with this crucial problem, the computer industry needed a universal
foundation (in the form of standards) to describe the functionalities and
interactions of networks.

These common standards aimed to guarantee Interoperability between

different systems and to simplify network management.

26
 Open Systems Interconnection (OSI) model

Is a conceptual framework, developed by the International

Organization for Standardization (ISO) in 1984 , to describes how
a network system should function.
It divides network communication into seven distinct layers.
Each layer has a specific role, providing services to the layer
above it.

27
 CHAPTER 2

Open Systems Interconnection (OSI) reference model

OSI reference model

The OSI model is based on a seven-layer

representation.

This layered representation considers the system

as being logically composed of a set of n ordered
subsystems.

Each subsystem is identified by a rank i (We talk

so about Layer i).

29
OSI reference model

« Peer-to-peer & virtual »

30
Concept of Encapsulation (1/4)

Some terminology :

Layer (i) service: These are functions offered by layer (i) and lower layers to
level (i+1) entities. Invoked by layer (i) service primitives.

Primitive: A command invoked by a higher-level entity requesting a service

from an underlying entity.

Protocol Data Unit (i) PDU (i) : Data units used by layer (i) protocols and
exchanged between peer (i) entities.

Service Data Unit (i+1) : Service data units exchanged locally between (i+1)
entities and (i) entities for the execution of a layer (i) service.

31
Concept of Encapsulation (2/4)

Encapsulation proceeds as follows:

●
Any entity (i+1) wishing to use a service provided by an entity (i) transmits
its data in the form of a PDU (i+1) through primitives appropriate to the
request for execution of this service.

●
An entity (i) constructs one or more service data units (SDU(i)) containing
data originating from entity (i+1).

32
Concept of Encapsulation (3/4)

●
Entity (i) adds a header and/or trailer to each SDU(i), control
information to allow the requested service to be executed, to form a
PDU(i).

Thus, the data (i+1) is encapsulated in a data unit (i)

●
A PDU (i) is intended for a lower layer, i.e., it constitutes an SDU (i-1)
at the interface between layers (i) and (i-1).

33
34
 Concept of Encapsulation (4/4)

Service Access
Points (SAP)

35
OSI reference model

« Peer-to-peer & virtual »

Black Box

36
Primitives de service (1/4)

We distinguish the use of four primitives :

Requête (Request) : An entity requests a service from another entity.

Indication (Indication) : An entity notifies another entity of an event or

condition.

Réponse (Response) : An entity responds to a request by providing the

requested service.

Confirmation (Confirm) : An entity confirms to another entity that the

service has been provided.

37
Primitives de service (2/4)

38
Primitives de service (3/4)

Structure of a Service Primitive:

A service primitive is generally composed of the following elements:

Primitive Name: Identifies the service requested or offered.

Prefix: The initial letter of the layer.
Suffix: The type of primitive.
Parameters: Information needed for the service's execution.

39
Primitives de service (4/4)

These are abstract objects (since the service is abstract!) exchanged

through an ideal interface (without loss or delay).

Their representation resembles a procedure with parameters.

Examples:

T_Data.req (T_SDU)
LLC_Data.req (ad-locale, ad-distante, L_SDU, classe-de-service)

40
 5 - Session S-DATA Transfert de données
4 - Transport T-CONNECT Demande de connexion
4 - Transport T-ACCEPT Acceptation de la connexion
4 - Transport T-RELEASE Libération de la connexion
4 - Transport T-DATA Transfert de données
3 - Réseau N-CONNECT Demande de connexion
3 - Réseau N-ACCEPT Acceptation de la connexion
3 - Réseau N-RELEASE Libération de la connexion
3 - Réseau N-DATA Transfert de données

The N-CONNECT primitive is part of the Network Layer (Layer 3) of the OSI model.
It's used for connection-oriented communication, where a dedicated path is established
before data is transmitted.

The N-CONNECT primitive is essential for applications that require reliable, ordered
delivery of data, like file transfer or remote login.

41
TCP/IP

42
Service Access Points (SAP)

Like ISO with the concept of SAP (Service Access Point), a layer address organizes the vertical
dialogue.

Each protocol unit in TCP/IP identifies the higher-level protocol or application.

The EtherType of Ethernet 2 frames identifies the network layer protocol.

The protocol identifier in the IP datagram designates the transport protocol being used.
The concept of a port within the TCP segment identifies the local instance of the application.

43
 CHAPITRE 3

Couche physique
Introduction

La transmission physique de l’information entre ETTDs (Équipement

Terminal de Traitement de Données) nécessite la transformation des
séquences binaires échangées (indépendamment de ce qu’elles représentent)
en signaux qui vont transiter les supports de transmission soit avec de la
lumière soit avec des tensions électriques.

45
Liaison de données

la fabrication des signaux récupération des signaux

Fournir des données

ETCD
Modulateur-démodulateur

un codec (codeur-décodeur)

46
Caractéristiques globales des supports

un support de transmission est caractérisé par :

Bande passante
Bruits et distorsions
Capacité
La qualité du circuit de données
Techniques de transmission des informations

47
Bande passante (1/4)

La quantité d’informations transmises sur un support de transmission est

étroitement liée à la capacité de sa bande passante.

Plus cette dernière est large, plus de quantité d’informations est transportée
par unité de temps.

La bande passante représente la bande de fréquences dans laquelle se

propagent les signaux.

48
Bande passante (2/4)

Les signaux sont souvent affaiblis, la probabilité qu’ils soient

reconnaissables ou pas à la sortie du support dépond d’une valeur seuil.

Cette valeur correspondant à un rapport déterminé entre la puissance du

signal à l’entrée et celle trouvée à la sortie.

49
Bande passante (3/4)

Les supports de transmission sont caractérisés par leurs bandes passantes à 3 dB

(décibels)

Par la plage de fréquences à l’intérieur de laquelle la puissance trouvée à la sortie

est, au plus pire des cas, divisée par deux.

50
Bande passante (4/4)

L’affaiblissement du signal, noté A, est exprimé par la formule suivante :

51
 Bruits et distorsions (1/3)

les meilleures conditions

dans des fréquences bien adaptées.

Les signaux sont souvent

déformés par les supports

Le bruit s’exprime par le rapport S/B (signal/bruit)

S est l’amplitude (maximal) du signal porteur l’information.
B celui du signal de bruit. Il peut s’exprimer aussi en dB (décibel) :

52
Bruits et distorsions (2/3)

Les sources de bruit perturbateur sont de différentes natures

●
Le support lui-même (parasites, diaphonie). Ce type de bruit est dit bruit blanc.

• Bruit d’origine environnemental (foudre, orages, champs électromagnétiques),

appelé bruit impulsif.

• La distance est un autre facteur d’affaiblissement, si important pour les

liaisons satellitaires.

53
Bruits et distorsions (3/3)

Ces différentes sortes de distorsions sont souvent gênantes pour la bonne

reconnaissance des signaux en sortie.
Un bit à 1 émis peut-être altéré en zéro à la réception, ce qui provoque des
erreurs de transmission.

54
Capacité des supports de transmission

La quantité d’informations transportées par unité de temps sur un support de

transmission représente sa capacité.

la borne maximale CapMax de la capacité d’un support de transmission est

exprimée selon le théorème de Shannon, en bits par seconde, ainsi :

55
La qualité du circuit de données

Différents paramètres techniques permettant de mesurer la qualité d’un circuit de

donnée :

56
Le délai d’acheminement

Le délai d’acheminement noté Da , est le temps qui s’écoule depuis le début de la

transmission (l’instant d’envoi du premier bit) jusqu’au moment de la réception du
dernier bit.

Da = Te + Tp
Temps de transmission (Te )
Temps de propagation (Tp )

57
Latence (1/2)

Pour obtenir le délai total (Latence) de transit d’un paquet d’un point à un autre,
deux autres facteurs doivent être pris en considération :

Temps d’attente (Tqueue ou temps de mise en file d’attente), il représente le temps

nécessaire pour obtenir l’accès au canal de transmission.

Et cela dépend de la congestion au niveau de l’équipement concerné par l’émission.

●
Temps de traitement (Tproc) : correspond au temps de vérification d’erreurs
(CRC), traitement d’entête,... etc.

58
Latence (2/2)

Enfin, le délai total de transit est exprimé par la formule suivante :

59
La rapidité de modulation

La rapidité de modulation notée R, représente le nombre de symboles transmis par

unité de temps. Elle est exprimée en bauds, et calculée ainsi :

∆ représente la durée (en secondes) d’un moment élémentaire ( l’intervalle de

temps séparant deux valeurs significatives du signal)

60
Rapidité maximale

Le calcul de la rapidité maximale dépend de la bande passante et prend en compte

la présence ou l'absence de bruit.

Pour un support où il y a de bruit, la rapidité maximale est exprimée en fonction

de débit max (selon la formule de Shannon) et la valence.

Dans le cas d'un support exempt de bruit (où il n'y a pas de bruit), la rapidité
maximale est exprimée par la formule de Nyquist : Rmax = 2w

61
Valence d’un signal

La valence d’un signal notée V , indique le nombre d’impulsions (états) de base

pouvant former un signal.

un codage de la suite binaire 10011100 en quatre impulsions (4 états) de base

Le rapport entre la valence V et le nombre de bit par impulsion, noté n, est

exprimé ainsi :

62
Valence, Rapidité et débit

- Dans le cas de modulation bivalente, une impulsion porte une valeur pour un
bit, donc:
∆ = Tbit, ce qui implique D=R.

- Dans le cas de modulation multi-valeurs (n'est pas bivalente), une impulsion de

base peut porter une valeur de n bit (n > 1), donc ∆ = n * Tbit ce qui implique:
D=R * n = R log2 (V), tel que V est la valence (le nombre d'impulsions de base).

63
Exemple

Calculer la rapidité de modulation nécessaire pour que le canal de

transmission ait un débit binaire de 2400 bit/s, sachant que le signal
transmis est de valence 4.

Comme le Débit (D) = nombre de bits par impulsion (n) x la rapidité (R)
alors
R = D/n

À partir de la valence on obtient le nombre de bits par impulsion :

Valence (V)=4, alors le nombre de bits par impulsion (n) = 2

R = 2400 / 2 = 1200 bauds

64
Le débit binaire

Le débit binaire noté D, représente le nombre de bits transmis par unité de

temps (une seconde). Il est exprimé en bits par seconde (bit/s, b/s ou bps), et
calculé selon les formules suivantes :

Le débit peut aussi être exprimé en fonction de la bande passante du support

65
Exemple

●
On considère une ligne téléphonique d’une bade passante W= 3000 Hz.
Trouver le débit maximum de la ligne si on considère un rapport S/B = 20

Conversion du rapport S/B en dB:

S/B en dB = 10 * log10(S/B) = 10 * log10(20) = 13 dB

Selon le théorème de Shannon, le débit maximal est de 13176 Bit/s (13.18 kBit/s).

66
Le taux d’erreurs

●
Le rapport entre le nombre de bits erronés et le nombre de bits transmis
représente ce qu’on appelle le taux d’erreur (Noté Te )

67
Techniques de transmission des informations

La transmission des informations sur un circuit de données consiste à

fabriquer un signal portant de cette information.

Les données transmises sont fournies par des ETTDs aux ETCDs qui à leur
tour les émettent sous forme de signal au support de transmission.

68
Transmission en bande de base (1/5)

La transmission en bande de base est une technique de transmission d’un

signal électrique rectangulaire, sur un support physique, sans aucune
opération de modulation.

Le signal à transmettre est une suite d’éléments binaires (0 et 1) dont la

durée de chacun est la durée d’un bit .

69
Codes des signaux rectangulaires (2/5)

Tout ou rien : Dans ce type de codage le « 0 » est représenté par une tension nulle
pendant une période complète, tandis que le « 1 » est représenté par une tension
positive.

Non retour à zéro (NRZ) : Ce type de codage est connu par le fait que le signal ne
revient jamais à zéro. Le « 0 » est représenté par un courant négatif, alors que le « 1
» est représenté par un courant positif.

Bipolaire : Le code bipolaire est codé de la même manière que le codage "tout ou
rien", sauf que le bit « 1 » est déterminé alternativement par une tension positive ou
négative afin d’éviter de maintenir des tensions continues.

70
Codes des signaux rectangulaires (3/5)

Si la suite binaire à transmettre contient une longue suite de 0 et 1, les codes

présentés précédemment peuvent engendrer un problème de perte de
synchronisation pour l’ETCD récepteur. Autrement dit, les signaux gardent la même
tension pendant longtemps, provoquant ainsi la perte de repères temporels.

71
Codes des signaux rectangulaires (4/5)

Biphase : Manchester, il est représenté par deux polarités opposées.

La première est appelée front montant (transition vers le haut) représentant par
exemple le bit « 0 », et la seconde dite front descendant (transition vers le bas) permet
de représenter le bit « 1 ».
Les changements de transition sont effectuées au milieu de l’intervalle de temps
élémentaire. De ce fait, une transition à chaque intervalle de temps est assurée, ce qui
garantit une bonne synchronisation entre les ETCDs communicants.

72
Codes des signaux rectangulaires (5/5)

Manchester différentiel

Similaire au codage Manchester. De plus, une règle propre à ce type de codage est à
considérer :

afin de représenter le bit « 0 » on doit utiliser une transition dans le même sens que la
précédente au début de l'intervalle. Tandis que, une transition dans le sens inverse de
la précédente au milieu de l'intervalle est utilisée pour représenter le bit « 1 ».

73
Le problème majeur de la transmission en bande de base est l’affaiblissement des
signaux en fonction de la distance parcourue.

l’utilisation des régénérateurs de signal (répéteurs) pour lui permettre de s’étendre le

plus loin possible.

Dans le cas échéant, l’utilisation de cette technique de transmission ne peut

être possible que sur les liaisons de très courtes distance.

74
Transmission par modulation (1/3)

Cette technique de transmission est réservée pour les liaisons de longues distances.

Elle consiste à convertir un signal rectangulaire en un autre signal sinusoïdale (onde

porteuse). Plus précisément, elle assure le décalage du spectre de fréquence d’un
signal initial (qui ne se coïncide pas avec la bande passante) en un autre spectre de
fréquence qui s’adapte parfaitement avec la bande passante du support.

La modulation (démodulation) est effectuée par les ETCDs à travers le changement

d’un ou plusieurs paramètres de la porteuse (fréquence, phase ou amplitude).

75
Transmission par modulation (2/3)

On distingue trois types de modulation de base : modulation d’amplitude, modulation

de phase et celle de fréquence :

Modulation d’amplitude : Elle permet de varier l’amplitude (A) du signal transmis,

pendant tout intervalle de temps élémentaire, en fonction des données échangées.

Modulation de fréquence : Elle permet de varier la fréquence (f) de l’onde porteuse,

pendant tout intervalle de temps élémentaire, en fonction des données échangées.

Modulation de phase : Elle permet de varier la phase (ϕ) du signal transmis, pendant
tout intervalle de temps élémentaire, en fonction des données échangées.

Modulation hybride : Consiste à modifier, pendant tout intervalle de temps

élémentaire, deux ou les trois paramètres de base susmentionnés.

76
Transmission par modulation (3/3)

À la réception, l’ETCD récepteur mesure l’amplitude, la phase ou la fréquence de

la porteuse reçue et en déduit la valeur de l’information transmise.

Modulations de la suite binaire 11010 selon les trois types de modulation de base.

77
 Transmission Série/parallèle

Les informations (bits) s’envoient de manière séquentielle → sur un seul canal physique.
C’est le mode de transmission le plus utilisé dans le monde des réseaux informatiques

Bits→ simultanément, sur des canaux différents. réduit considérablement le délai de transfert.
Sur un circuit long distancé → à cause de la variation du temps de propagation sur les différents canaux, ce qui
interdit la réception simultanée des bits transmis

78
Multiplexage

Le principe du Multiplexage consiste à faire transiter sur une seule liaison (dite liaison
haute vitesse) des communications ( appelées basses vitesses) appartenant à plusieurs
périphériques.

Quand la bande passante d’une voie haute vitesse est largement supérieure au spectre
du signal à transmettre, il est très optimal d’utiliser cette voie pour transmettre
simultanément plusieurs communications.

le multiplexage fréquentiel (spatial) et le multiplexage temporel.

79
Multiplexage Fréquentiel

Cette technique consiste à diviser la bande passante de la voie (HV) en un ensemble de

sous bandes de spectres disjoints. Ces sous-bandes sont exploitables simultanément par
les voies BV y affectées

80
Multiplexage Temporel

Consiste à partager l’utilisation de la voie HV par l’ensemble des voix basses vitesses d’une
manière périodique (voir successive).

Le principal inconvénient de cette technique est la synchronisation (horloge) qui doit être
partagée pour que les extrémités de communication puissent s’échanger leurs données
(reçues ou émis) sans interférences (10 points)

81
Multiplexage Statistique

C’est une amélioration du multiplexage temporel où seulement les voies BVs, qui ont des
données prêtes à émettre, sont autorisées à accéder à la voie HV.

82
Merci de votre
Attention

83