Transmission de données

La transmission de données consiste à déplacer des données d'un endroit à un autre, par exemple d'un ordinateur vers un site web, ou d'un téléphone vers une imprimante.

Les données circulent souvent sur un câble. Deux types courants sont illustrés ci-dessous.

Avant l'envoi, les données sont découpées en petits morceaux de taille égale appelés paquets. Chaque paquet voyage séparément et ils sont recomposés à l'autre extrémité.

L'utilisation de paquets présente des avantages :

• si un paquet est perdu ou endommagé, seul ce paquet est renvoyé, et non tout le fichier ;
• les paquets peuvent emprunter des routes différentes, évitant ainsi les routes congestionnées ou défaillantes ;
• De nombreux utilisateurs peuvent partager la même connexion simultanément.

Chaque paquet comporte trois parties.

L'en-tête de paquet contient :

• l'adresse IP de l'expéditeur (d'où vient le paquet),
• l'adresse IP du destinataire (où il va),
• le numéro de paquet (pour que les paquets puissent être remis dans le bon ordre).

Le commutation de paquets est la manière dont les paquets sont acheminés sur un réseau.

• Des appareils spécialisés appelés routeurs lisent l'en-tête de chaque paquet et choisissent le meilleur itinéraire pour celui-ci.
• Chaque paquet peut suivre son propre chemin, donc les paquets peuvent voyager différemment.
• Les paquets peuvent arriver hors ordre.
• Une fois le dernier paquet arrivé, les paquets sont remis en ordre grâce à leurs numéros de paquet.

Série et parallèle

Série envoie un bit après l'autre le long d'un chemin de données. Parallèle envoie plusieurs bits simultanément le long de chemins de données distincts. Avec des délais comparables, cela permet de transférer plus de bits par cycle d'horloge, mais la transmission parallèle n'est pas toujours plus rapide qu'un lien série moderne.

Simplex, demi-duplex et full-duplex

Ces termes décrivent la direction dans laquelle les données peuvent circuler.

Choisir une méthode

Le choix dépend de la distance, de la vitesse requise, du coût, et si les données doivent circuler dans les deux sens simultanément.

Exemple corrigé. Une école relie (a) un ordinateur à une imprimante située dans la même pièce, qui ne fait que recevoir des documents, et (b) deux bureaux distants de 200 m, qui s'envoient des fichiers toute la journée. Proposez une méthode pour chaque cas et justifiez-la.

(a) Série, simplex : les données ne doivent circuler que de l'ordinateur vers l'imprimante, et la transmission série nécessite un seul câble peu coûteux. (La transmission parallèle fonctionnerait aussi sur cette courte distance, mais le mode simplex est le point essentiel : l'imprimante ne renvoie jamais de données.)

(b) Série, duplex intégral : sur 200 m, les bits transmis sur des fils parallèles pourraient arriver à des moments différents et présenter un décalage temporel ; la transmission série est donc plus fiable et moins coûteuse. Le duplex intégral permet aux deux bureaux d'émettre simultanément sans attendre.

Reliez toujours le choix à une caractéristique de la situation : une réponse d'un seul mot ne rapporte aucun point.

Le bus série universel (USB) est une interface (point de connexion) courante pour relier des périphériques à un ordinateur.

Avantages :

• le même connecteur est utilisé par de nombreux appareils (une norme unique);
• l'appareil est détecté automatiquement et le pilote correct est chargé;
• il transporte de l'énergie, donc il peut alimenter ou charger un appareil;
• le connecteur ne s'insère que dans un sens, donc il est difficile de le brancher incorrectement.

Inconvénients :

• le câble ne peut avoir qu'une longueur limitée (quelques mètres);
• les anciennes versions USB sont plus lentes que les nouvelles;
• les vitesses de transfert peuvent être inférieures à celles de certains autres types de connexion.

Pendant le transit des données, l'interférence peut les altérer. Trois problèmes peuvent survenir :

• perte de données — certains bits n'arrivent pas;
• gain de données — des bits supplémentaires sont ajoutés;
• modification de données — certains bits sont inversés.

Ainsi, le destinataire vérifie si les données sont arrivées correctement.

Contrôle de parité

Une vérification par parité ajoute un bit supplémentaire, le bit de parité, à chaque octet. Il existe deux types :

• parité paire — le nombre total de 1 dans l'octet (y compris le bit de parité) doit être paire;
• parité impaire — le nombre total de 1 doit être impaire.

Exemple (parité paire) : les données 1011001 ont quatre 1, qui sont déjà pairs, donc le bit de parité est 0 :

parity bit + data
    0        1011001

Pour trouver une erreur : le destinataire compte les 1. Si la parité paire a été convenue mais qu'un octet arrive avec un nombre impair de 1, une erreur s'est produite lors de la transmission.

Un contrôle de parité ne peut pas détecter toutes les erreurs. Si deux bits s'inversent, le comptage peut sembler correct.

Exemple résolu. Un bit de parité unique vous indique que une erreur s'est produite, mais pas où. Un bloc de parité peut localiser le bit exact. Plusieurs octets sont envoyés ensemble, chacun avec un bit de parité de ligne, et un octet de parité supplémentaire en bas contient un bit de parité pour chaque colonne. La parité paire est utilisée ci-dessous, et un bit a été inversé lors de la transmission. Trouvez-le.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

La ligne byte 3 viole la parité paire, et la colonne b3 viole la parité paire. Le bit inversé se trouve à leur intersection : byte 3, bit b3. Le ramener de 1 à 0 restaure les données. Selon l'hypothèse d'une seule erreur de bit, la ligne et la colonne défaillantes localisent le bit, permettant au récepteur de le corriger. Des erreurs multiples peuvent échapper à la détection ou donner un résultat ambigu.

Somme de contrôle

Une somme de contrôle est une valeur calculée à partir de toutes les données avant l'envoi. Le récepteur recalcule la somme de contrôle à partir des données reçues. Si les deux valeurs ne correspondent pas, une erreur s'est produite et les données sont renvoyées.

Les étapes :

1. l'émetteur calcule la somme de contrôle du bloc de données à l'aide d'un algorithme convenu ;
2. la somme de contrôle est envoyée avec les données ;
3. le destinataire calcule à nouveau la somme de contrôle à partir des données reçues, à l'aide du même algorithme ;
4. il compare les deux valeurs : si elles correspondent, les données sont acceptées ; sinon, il demande un nouvel envoi des données.

Contrôle par écho

Dans une vérification par écho, le récepteur renvoie les données à l'expéditeur. L'expéditeur les compare avec l'original. S'ils diffèrent, une erreur s'est produite. (Cela nécessite que les données soient envoyées deux fois, ce qui est lent.)

Demande de répétition automatique (ARQ)

Automatic Repeat reQuest (ARQ) utilise des messages appelés acquittements.

Le programme d'études appelle cela une requête de répétition automatique ; automatic repeat request est un autre nom pour la même méthode. L'expéditeur déclenche une minuterie de délai lorsqu'il envoie un paquet. Le récepteur effectue une vérification d'erreur sur le paquet reçu. Si la vérification réussit, il envoie un acquittement positif. Si une erreur est détectée, il envoie un acquittement négatif.

À vous — paquet 4. Dans trois cas distincts, le paquet 4 (A) passe la vérification d'erreur du récepteur, (B) échoue la vérification, ou (C) n'arrive jamais. Pour chaque cas, choisissez la réponse du récepteur et la prochaine action de l'expéditeur.

Trace résolue.

Une réponse négative peut provoquer une répétition avant l'expiration de la minuterie. Si aucun acquittement positif n'arrive avant le délai, l'expéditeur répète la transmission. La minuterie gère le silence, y compris un paquet perdu ou une réponse perdue.

Transfert — une réponse perdue. Le paquet 4 arrive et passe sa vérification. Le récepteur envoie un acquittement positif, mais cette réponse est perdue. Que fait l'expéditeur lorsque sa minuterie expire ? Le délai prouve-t-il que le paquet 4 a été endommagé ?

Réponse. L'expéditeur renvoie le paquet 4 et redémarre sa minuterie. Le récepteur sait que le paquet est arrivé correctement, mais l'expéditeur n'a aucune confirmation. Le délai ne dit pas à l'expéditeur si le paquet ou la réponse a été perdu ou retardé. ARQ demande une autre transmission ; il ne répare pas lui-même les bits endommagés. Il utilise une vérification d'erreur pour décider s'il accepte un paquet reçu.

Chiffre de contrôle

Un chiffre de contrôle est un chiffre supplémentaire placé à la fin d'un nombre, calculé à partir des autres chiffres. Il est utilisé pour détecter les erreurs lors de la saisie d'un nombre.

Lorsque le nombre est entré, le chiffre de contrôle est recalculé et comparé. Selon la méthode, il peut détecter certaines de ces erreurs ; aucun chiffre de contrôle ne garantit que toutes les erreurs de saisie sont trouvées :

• un chiffre incorrect saisi,
• une erreur de transposition (deux chiffres échangés, ex. : 21 tapé comme 12),
• un chiffre oublié ou un chiffre supplémentaire ajouté,
• une erreur phonétique (un chiffre sonnant similaire, ex. 13 et 30).

Les chiffres de contrôle sont utilisés dans les codes-barres et les ISBN (numéros de livre).

Exemple corrigé (ISBN-13). Les 12 premiers chiffres d'un numéro de livre sont 978034083988. Calculez la clé de contrôle. La méthode ISBN-13 multiplie successivement les chiffres par 1, 3, 1, 3, …, additionne les résultats et choisit la clé de contrôle qui rend le total multiple de 10.

Le total est $139$. Divisez par 10 : le reste est $9$, et $10 - 9 = 1$, donc la clé de contrôle est 1 (si le reste est 0, la clé de contrôle est 0). Le numéro complet est 9780340839881.

Supposons maintenant que les chiffres de rang 9 et 10 soient intervertis lors de la saisie : ...8 9 3 8 8.... Les produits de ces deux chiffres deviennent $9 \times 1 + 3 \times 3 = 18$ au lieu de $3 + 27 = 30$ ; le total des 12 premiers chiffres est donc $127$, et $127 + 1 = 128$ n'est pas un multiple de 10 : l'erreur de transposition est détectée.

Pourquoi nous avons besoin de cryptographie

Chiffrement brouille les données afin qu'elles ne puissent pas être comprises si elles sont interceptées (capturées) par la mauvaise personne. Les données lisibles sont appelées texte en clair ; après chiffrement, elles deviennent texte chiffré.

La cryptographie ne stoppe pas les données d'être interceptées. Elle empêche seulement leur compréhension.

Chiffrement symétrique

Chiffrement symétrique utilise une seule clé à la fois pour chiffrer et déchiffrer les données. L'expéditeur et le récepteur doivent partager cette même clé secrète. Le risque est que la clé elle-même puisse être volée pendant son partage.

Cryptographie asymétrique

Chiffrement asymétrique utilise deux clés différentes :

• une clé publique que tout le monde peut posséder, utilisée pour chiffrer ;
• une clé privée qui reste confidentielle, utilisée pour déchiffrer.

Les données chiffrées avec la clé publique ne peuvent être déchiffrées qu'avec la clé privée correspondante, de sorte que la clé privée n'a jamais besoin d'être partagée. C'est plus sûr que de partager une seule clé secrète.

• Les données sont envoyées sous forme de paquets (un en-tête avec les adresses et le numéro de paquet, une charge utile et une fin de trame). Les paquets peuvent emprunter des chemins différents et arriver hors ordre, puis être remis en ordre selon leurs numéros de paquet.
• Associez les types de transmission : série (un bit à la fois, efficace sur de longues distances) vs parallèle (plusieurs bits simultanément, courtes distances) ; simplex / demi-duplex / full-duplex décrivent la direction.
• Un bit de parité détecte un nombre impair de bits inversés. Un bloc de parité localise le mauvais bit lorsqu'un seul bit a été inversé — la ligne et la colonne défaillantes s'y croisent.
• Apprenez les méthodes de détection d'erreurs et ce que chacune fait : contrôle de parité, somme de contrôle, contrôle par écho, ARQ et le chiffre de contrôle (pour les nombres saisis manuellement).
• Symétrique utilise une clé partagée ; asymétrique utilise une clé publique pour chiffrer et une clé privée pour déchiffrer, donc aucune clé secrète n'est jamais partagée.