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Transmission de données

Informatique IGCSE · Sujet 2

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10:56

Transmission de données

Vous envoyez une photo à un ami à l'autre bout du monde. Elle ne voyage pas en un seul bloc. Elle est découpée en centaines de petits paquets, chacun étiqueté…

Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés

2.1

Qu'est-ce que la transmission de données ?

La transmission de données 数据传输 signifie déplacer des données d'un endroit à un autre — par exemple de votre ordinateur vers un site web, ou d'un téléphone vers une imprimante。

Les données voyagent souvent le long d'un câble. Deux types courants sont illustrés ci-dessous。

Gros plan sur un câble réseau se terminant par une prise en plastique transparent avec des broches métalliques dorées
Un câble Ethernet avec connecteur RJ45, souvent utilisé pour transmettre des données sur un réseau câblé
Un câble ouvert montrant les fines fibres de verre à l'intérieur, avec une règle à titre d'échelle
Un câble à fibre optique transporte des données sous forme d'impulsions lumineuses le long de fines fibres de verre

Avant d'être envoyées, les données sont découpées en petites pièces de taille égale appelées paquets 数据包. Chaque paquet voyage séparément et ils sont reconstitués 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。
2.1

Structure d'un paquet

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 (a) Comprendre que les données sont découpées en paquets pour être transmises
(b) Décrire la structure d'un paquet • Un paquet de données contient un : – en-tête de paquet – corps du paquet – fin de paquet • L'en-tête du paquet comprend les : – adresse de destination – numéro de paquet – adresse de l'expéditeur
(c) Décrire le processus de commutation de paquets • Les données sont découpées en paquets • Chaque paquet peut prendre un itinéraire différent • Un routeur contrôle l'itinéraire d'un paquet • Les paquets peuvent arriver hors ordre • Une fois le dernier paquet arrivé, les paquets sont réordonnés
2 (a) Décrire comment les données sont transmises d'un appareil à un autre en utilisant différentes méthodes de transmission de données • Incluant : – série – parallèle – simplex – demi-duplex – full-duplex
(b) Expliquer l'adaptabilité de chaque méthode de transmission de données pour un scénario donné • Incluant les avantages et inconvénients de chaque méthode
3 Comprendre l'interface bus série universel (USB) et expliquer comment elle est utilisée pour transmettre des données • Incluant les avantages et inconvénients de l'interface

Source : Programme Cambridge International

Chaque paquet comporte trois parties.

Un paquet représenté par trois blocs reliés — en-tête, charge utile et fin de trame — avec le contenu de l'en-tête listé ci-dessous
Un paquet possède un en-tête, une charge utile (les données) et une fin de trame ; l'en-tête contient les adresses et le numéro du paquet
Partie Ce qu'il contient
en-tête de paquet 包头 informations de contrôle (voir ci-dessous)
charge utile 有效载荷 les données réelles transportées
fin de trame 尾部 indique où se termine le paquet, ainsi qu'un contrôle d'erreur

L'en-tête de paquet contient :

  • l'adresse IP de l'expéditeur 地址 (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).
2.1

Commutation par paquets

La commutation par paquets 数据包交换 est la méthode permettant d'envoyer des paquets sur un réseau.

Deux paquets voyageant d'un expéditeur vers un destinataire à travers un maillage de routeurs, chacun suivant un chemin de couleur différente
Les routeurs transmettent les paquets, et différents paquets peuvent emprunter des chemins différents vers le même destinataire
  • Des appareils spéciaux appelés routeurs 路由器 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.
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Comment les données circulent sous forme de paquets

Suivez le commutation de paquets. Diviser un fichier en paquets adressés explique pourquoi la perte d'un seul paquet nécessite seulement sa retransmission, et pourquoi plusieurs utilisateurs peuvent partager la même ligne.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
data transmission/ˈdeɪtə trænˈsmɪʃn/ 数据传输 shù jù chuán shū
packets/ˈpækɪts/ 数据包 shù jù bāo
packet header/ˈpækɪt ˈhedə/ 包头 bāo tóu
payload/ˈpeɪləʊd/ 有效载荷 yǒu xiào zài hè
trailer/ˈtreɪlə/ 尾部 wěi bù
address/əˈdres/ 地址 dì zhǐ
packet switching/ˈpækɪt ˈswɪtʃɪŋ/ 数据包交换 shù jù bāo jiāo huàn
routers/ˈruːtəz/ 路由器 lù yóu qì
2.1

Méthodes de transmission de données

Série et parallèle

Série 串行 Parallèle 并行
Comment un bit à la fois, sur un seul fil plusieurs bits simultanément, sur plusieurs fils
Distance efficace sur de longues distances efficace uniquement sur de courtes distances
Coût moins cher (moins de fils) plus cher (plus de fils)
Erreurs les bits restent dans l'ordre les bits peuvent arriver à des moments légèrement différents sur de longs fils

Série envoie un bit après l'autre sur un seul fil. Parallèle envoie plusieurs bits en même temps sur plusieurs fils, ce qui est plus rapide sur de courtes distances.

Transmission série sous forme de bits alignés sur un fil, et transmission parallèle sous forme de plusieurs bits voyageant ensemble sur plusieurs fils
Série envoie un bit à la fois sur un fil ; parallèle envoie plusieurs bits simultanément sur plusieurs fils

Simplex, demi-duplex et full-duplex

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

Deux appareils A et B avec des flèches montrant le simplex (un sens), le demi-duplex (deux sens mais un à la fois) et le full-duplex (deux sens simultanément)
Simplex est un sens uniquement ; demi-duplex est deux sens mais un à la fois ; full-duplex est deux sens simultanément
Méthode Direction
simplex 单工 un seul sens (ex. ordinateur → imprimante)
demi-duplex 半双工 deux sens, mais un à la fois (ex. talkie-walkie)
full-duplex 全双工 deux sens en même temps (ex. appel téléphonique)

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.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
serial/ˈsɪərɪəl/ 串行 chuàn xíng
parallel/ˈpærəlel/ 并行 bìng xíng
simplex/ˈsɪmpleks/ 单工 dān gōng
half-duplex/hɑːf ˈdjuːpleks/ 半双工 bàn shuāng gōng
full-duplex/fʊl ˈdjuːpleks/ 全双工 quán shuāng gōng
universal serial bus/ˌjuːnɪˈvɜːsl ˈsɪərɪəl bʌs/ 通用串行总线 tōng yòng chuàn xíng zǒng xiàn
2.1

USB

Le bus série universel 通用串行总线 (USB) est un interface 接口 courant (point de connexion) pour relier des appareils 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.
Cinq formes différentes de connecteurs USB côte à côte — micro, mini, type-B et type-A — avec une barre d'échelle de 5 cm
Quelques formes de connecteurs USB. Tous utilisent la même norme USB, donc les appareils sont détectés automatiquement.
Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
interface/ˈɪntəfeɪs/ 接口 jiē kǒu
interference/ˌɪntəˈfɪərəns/ 干扰 gān rǎo
2.2

Pourquoi vérifier les erreurs

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Comprendre la nécessité de vérifier les erreurs après la transmission de données et comment ces erreurs peuvent survenir • Des erreurs peuvent survenir lors de la transmission de données en raison d'interférences, par exemple : perte de données, gain de données et modification de données
2 Décrire les processus impliqués dans chacune des méthodes de détection d'erreurs suivantes pour détecter des erreurs dans les données après la transmission : contrôle de parité (impair et pair), somme de contrôle et contrôle par écho • Incluant le contrôle par byte de parité et bloc de parité
3 Décrire comment un chiffre de contrôle est utilisé pour détecter des erreurs de saisie de données et identifier des exemples où un chiffre de contrôle est utilisé, y compris les numéros de livre normalisés internationaux (ISBN) et les codes-barres
4 Décrire comment une requête de répétition automatique (ARQ) peut être utilisée pour établir que les données sont reçues sans erreur • Incluant l'utilisation de : – accusés de réception positifs/négatifs – temporisation (timeout)

Source : Programme Cambridge International

Pendant le transit des données, des interférences 干扰 peuvent les modifier. Trois choses peuvent mal tourner :

  • 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.

2.2

Méthodes de détection d'erreurs

Contrôle de parité

Un contrôle de parité 奇偶校验 ajoute un bit supplémentaire, le bit de parité 奇偶校验位, à chaque octet. Il existe deux types :

Données avec quatre 1 (pair) ; un bit de parité de 0 le garde pair
Un bit de parité est ajouté pour rendre le nombre de 1 pair (ou impair)
  • 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 dit qu'une erreur s'est produite, mais pas où. Un bloc de parité 奇偶校验块 peut localiser le bit exact. Plusieurs octets sont envoyés ensemble, chacun avec un bit de parité de ligne, et un octet de parité supplémentaire octet de parité 奇偶校验字节 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 brise la parité paire, et la colonne b3 brise la parité paire. Le bit inversé se trouve à leur intersection : byte 3, bit b3. Le changer de 1 à 0 répare les données. Un bit de parité unique indique seulement qu'une erreur s'est produite ; un bloc de parité indique exactement où, permettant au destinataire même de la corriger.

Somme de contrôle

Une somme de contrôle 校验和 est une valeur calculée à partir de toutes les données avant l'envoi. Le destinataire recalculer 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.

Contrôle par écho

Dans un contrôle par écho 回送校验, le destinataire renvoie les données à l'expéditeur. L'expéditeur les compare avec l'original. Si elles diffèrent, une erreur s'est produite. (Cela nécessite d'envoyer les données deux fois, donc c'est lent.)

Demande de répétition automatique (ARQ)

La demande de répétition automatique 自动重传请求 (ARQ) utilise des messages appelés accusés de réception 确认.

  • Le destinataire envoie un accusé de réception positif si un paquet est arrivé correctement, ou un accusé de réception négatif sinon.
  • L'expéditeur démarre un minuteur de délai d'attente 超时. Si aucun accusé de réception positif ne revient à temps, l'expéditeur renvoie le paquet.

Chiffre de contrôle

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

Lorsque le nombre est saisi, le chiffre de contrôle est recalculé et comparé. Il peut détecter :

  • non chiffre incorrect saisi,
  • une erreur de transposition 换位错误 (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 条形码 et les ISBN (numéros de livre).

Explorer

Laboratoire de concepts informatiques

Classez les exemples concrets selon le concept informatique qu'ils illustrent.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
parity check/ˈpærɪti tʃek/ 奇偶校验 jī ǒu jiào yàn
parity bit/ˈpærɪti bɪt/ 奇偶校验位 jī ǒu jiào yàn wèi
parity block/ˈpærɪti blɒk/ 奇偶校验块 jī ǒu jiào yàn kuài
parity byte/ˈpærɪti baɪt/ 奇偶校验字节 jī ǒu jiào yàn zì jié
checksum/ˈtʃeksəm/ 校验和 jiào yàn hé
echo check/ˈekəʊ tʃek/ 回送校验 huí sòng jiào yàn
automatic repeat request/ˌɔːtəˈmætɪk rɪˈpiːt rɪˈkwest/ 自动重传请求 zì dòng zhòng chuán qǐng qiú
acknowledgements/əkˈnɒlɪdʒmənts/ 确认 què rèn
timeout/ˈtaɪmaʊt/ 超时 chāo shí
check digit/tʃek ˈdɪdʒɪt/ 校验码 jiào yàn mǎ
transposition error/trænspəˈzɪʃn ˈerə/ 换位错误 huàn wèi cuò wù
barcodes/ˈbɑːkəʊdz/ 条形码 tiáo xíng mǎ
2.3

Cryptographie

Programme
Les candidats doivent être capables de : Notes et orientations
1 Comprendre la nécessité et le but de la cryptographie lors de la transmission de données
2 Comprendre comment les données sont chiffrées en utilisant la cryptographie symétrique et asymétrique • La cryptographie asymétrique inclut l'utilisation de clés publiques et privées

Source : Programme Cambridge International

Pourquoi nous avons besoin de cryptographie

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

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

Chiffrement symétrique

La cryptographie symétrique 对称加密 utilise une seule clé 密钥 pour chiffrer et déchiffrer les données. L'expéditeur et le destinataire doivent partager cette même clé secrète. Le risque est que la clé elle-même puisse être volée pendant le partage.

Cryptographie asymétrique

La cryptographie asymétrique 非对称加密 utilise deux clés différentes :

  • une clé publique 公钥 que tout le monde peut avoir, utilisée pour chiffrer;
  • une clé privée 私钥 gardée secrète, utilisée pour déchiffrer.

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

Cryptographie symétrique utilisant une clé partagée pour les deux étapes, et cryptographie asymétrique utilisant une clé publique pour chiffrer et une clé privée pour déchiffrer
Le chiffrement symétrique utilise une clé partagée ; le chiffrement asymétrique utilise une clé publique pour chiffrer et une clé privée pour décrypter
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Le chiffrement de César

Décalez chaque lettre pour chiffrer un message — l'idée la plus simple d'un chiffrement et sa clé.

Vocabulaire Entrainer
Anglais Chinois Pinyin
encryption/enˈkrɪpʃn/ 加密 jiā mì
intercepted/ˌɪntəˈseptɪd/ 拦截 lán jié
plaintext/ˈpleɪntekst/ 明文 míng wén
ciphertext/ˈsaɪfətekst/ 密文 mì wén
symmetric encryption/sɪˈmetrɪk enˈkrɪpʃn/ 对称加密 duì chèn jiā mì
key/kiː/ 密钥 mì yào
asymmetric encryption/ˌeɪsɪˈmetrɪk enˈkrɪpʃn/ 非对称加密 fēi duì chèn jiā mì
public key/ˈpʌblɪk kiː/ 公钥 gōng yào
private key/ˈpraɪvət kiː/ 私钥 sī yào
2.3

Conseils d'examen

  • 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 unique indique seulement qu'une erreur s'est produite ; un bloc de parité localise le bit erroné exact — la ligne et la colonne qui échouent toutes deux.
  • 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.

Leçons interactives sur ce sujet

Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.

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