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Département de génie électrique et de génie informatique

GEL−1001 Design I (méthodologie)

Technique 3 –Transmission et stockage de données

Hiver 2017

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Plan

Transmission de l’information et systèmes de télécommunication

Stockage de l’information et bases de données

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Transmission de l’information

Transmission de l’information (voix, images, données)

Systèmes de télécommunicationTransmission fiable de l’informationTransmission sécuritaire de

l’information

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Transmission de l’informationRôle : Transmission à distance de l’information (signaux analogiques ou données numériques) par fil électrique, ondes radio ou optique.

émetteur récepteur

canal

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Systèmes de télécommunication

• Réseaux sans fil (e.g. Wi-Fi, Bluetooth)

• Systèmes cellulaires (radio-mobiles)

• Câbles coaxiaux (e.g. DOCSIS)

• Transmission par fibres optiques

• Systèmes de transmission par satellite

• Radiodiffusion sans fil (e.g. ATSC, FM)

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Systèmes de télécommunication : allocation des bandes de fréquence

Source : Industrie Canada

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VLF, 3-30 kHz : navigation longue distance, sous-marinsLF, 30-300 kHz : navigation longue distance, balises radioMF, 300 kHz-3 MHz : radiolocalisation, radiodiffusion AMHF, 3-30 MHz : radio amateur, avions, naviresVHF, 30-300 MHz : télédiffusion (VHF), radio FM duplexUHF, 300 MHz-3 GHz : télédiffusion (UHF), radiolocalisation, GPS, téléphonie

cellulaireSHF, 3-30 GHz : communications satellites, liaisons micro-ondesEHF, 30-300 GHz : radars, systèmes satellites expérimentaux103 - 107 GHz : systèmes de communication optique

ISM : Wi-Fi, Bluetooth, téléphone sans fil, four micro-onde, …

Systèmes de télécommunication : allocation des bandes de fréquence

Réseaux sans fil:Wi-Fi (Wireless Fidelity) Norme IEEE 802.11 réseaux locaux sans fil (WLAN) Couches : physique et liaison Débit : 11 Mbit/s (802.11b), 54 Mbit/s (802.11g) et

150 Mbit/s (802.11n) Portée : 30 à 50 m (jusqu’à 10 fois plus à l’extérieur) Sécurité : 802.11i (gestion des clés, chiffrement et

authentification) Fréquences : 2.4 GHz et 5 GHz Réseaux : infrastructure (points d’accès) et ad hoc Protocole : sans connexion

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Réseaux sans fil:Bluetooth Connexion radio courte distance entre ordinateurs

et périphériques (réseaux personnels) Portée : 1, 10, 100 mètres (3 puissances) Débit : 1 Mbit/s (v1) à 3 Mbit/s (v2) Fréquences : ISM de 2.4 à 2.485 GHz (UHF)

Réseaux sans fil:WiMAX

Norme (IEEE 802.16) réseaux métropolitains sans fil

Couches : physique et liaison Débit : 30-40 Mbit/s (1 Gbit/s stations fixes) Portée : 50 km Mobilité : norme 802.16e Fréquences : 2.3 GHz – 3.5 GHz (réglementées),

5.x GHz (non réglementées) Réseau : infrastructure et ad hoc Protocole : orienté connexion

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Réseaux sans fil:ZigBee

Norme (IEEE 802.15.4) de réseaux personnels Plus simples et moins coûteux que Bluetooth Portée : jusqu’à 100 m Débit : 250 kbit/s Fréquences : 915 MHz et 2.6 GHz Créneau : réseaux ad hoc nécessitant de faibles

débits, une faible consommation énergétique et une bonne sécurité.

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Systèmes radio-mobiles cellulaires 1G (analogique, voix) :

Radiocom 2000, NMT (Nordic Mobile Telephone), etc.

2G (numérique, voix) : GSM (Global System for Mobile Communication) débit : 9,05 kbit/s

3G (numérique, voix et données) : UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) débit : 1.9 Mbit/s (idéal), 384 kbit/s (milieu urbain)

4G : (numérique) : LTE-Advanced (Long Term Evolution Advanced) débit : 1 Gbit/s (arrêté)

5G : (numérique) : en recherche et développement débit : >10 Gbit/s (projeté)

Couverture : dépend des fournisseurs…

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Systèmes de télécommunication

• Transmetteur : transforme le message de manière à faciliter sa transmission dans le canal (modulation)

• Canal : médium entre le transmetteur et le récepteur (perturbations : bruit, interférences, affaiblissements)

• Récepteur : reconstituer le message transmis

( )m t ( )s t

récepteur

( )m t( )r t

transmetteur canal de transmission

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Canaux de transmission (perturbations)• Sources de bruit

• Bruit thermique (récepteurs)• Radiations (cosmique)

• Interférences• Interférences provenant d’autres systèmes• Interférence intersymbole

• Propagation par trajets multiples• Atténuation du signal• Affaiblissements (fading) dus au multivoie• Affaiblissements sélectifs en fréquence

Transmission fiable de l’information

Deux besoins principauxTransmettre les données régulièrementÉviter toute erreur de données

Donnée erronéeJamais reçueMal reçueMal envoyée (dédoublée, non-autorisée)Modifiée intentionnellement

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Transmettre régulièrement

Contraintes temporelles spécifiques imposées pour les envois de chaque utilisateur (p. ex. communications à heure fixe, distribuées dans le temps)

Réseau dimensionné en fonction de modèles et de prévisions du trafic

Garantir une qualité de service (QoS)

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Éviter les erreurs

Accusé de réception (« acknowledge ») pour chaque paquet de données reçu

Vérifier les numéros d’envoi des donnéesDétecter si les données sont en erreur par

une somme de contrôle (« checksum »)Détecter et corriger les données en erreur

(code correcteur)…tolérance aux fautes! Authentifier les données chiffrées

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Transmission sécuritaire de l’information

Chiffrement («encryption») Utilisation de clés pour chiffrer et déchiffrer les

informations transmises.Authentification Vérifier l’identité d’une personne pour autoriser

l’accès à des ressources.Contrôle d’accès Limite l’utilisation de ressources en fonction de

l’usager.

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Chiffrement (« encryption ») Chiffrement symétrique Une même clé pour chiffrer et déchiffrer DES (Data Encryption Standard) AES (Advanced Encryption Standard)

Chiffrement asymétrique Paire composée d'une clé publique et d'une clé

privée Données chiffrées avec une clé doivent être

déchiffrées avec l’autre Cryptosystème RSA (Rivest-Shamir-Adleman) Cryptosystème à courbes elliptiques

Chiffrement symétrique

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Chiffrement symétrique

cryptanalyste(enregistrement et

traitement des cryptogrammes)

Clé secrètede chiffrement

(e.g. DES, 3DES, AES)

Clé secrètede chiffrementsource

message en clairDestinataire

légitime(message en clair)

message chiffré (encrypté)

…W W W=X

(même) séquencepseudoaléatoire

1010110101…00110011

Séquencepseudoaléatoire

1010110101…00110011

Chiffrement asymétrique

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Génération des clés

Chiffrement symétrique 128 bits, donc 2128 façons de chiffrerCertains disponibles pour 256 bits

Chiffrement asymétriqueAlgorithme RSA : basé sur la factorisation en

nombres premiers 1024 bits ou plus car la clé doit respecter une

structure particulière

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Cryptographie à clé publique

Cryptosystème RSACryptosystème à courbe elliptique Possibilité d’authentifier et de chiffrer

simultanément

M C C M( )

BKE S( )AkD M ( )

BkD C ( )AKE S

S S

Confidentialité

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Authentification

Valider l’identité d’un usager à partir d’informations personnelles. Disponible dans plusieurs environnementsUtilitaires disponibles (ex. LDAP, ASP.NET) Important – Chiffrement des mots de passe

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Authentification par chiffrement

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Cryptographie hybride

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Cryptographie hybride

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Contrôle d’accèsHabituellement basé sur des rôlesRole-based access control Le rôle détermine les permissions.

Nécessite l’authentification des usagers

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Stockage de l’information

Conception logicielle -architecture

Composants et connecteursBases de données

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Conception logicielle

Bien structurer notre code afin : D’offrir les fonctionnalités aux usagersD’assurer la qualité du logiciel

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Conception logicielle

Repose sur un bon choix d’architectureArchitecture = composantes + connecteurs

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Architecture logicielle

Presentation-Logic-DataModèle à 3 couchesUtile pour les systèmes d’information

Presentation (UI)

Application Logic

Data

• Saisir les inputs des usagers• Présenter les informations• Capter les événements de l’interface

• Gérer les commandes de l’usager• Traiter les données • Décider quoi présenter à l’usager

• Assurer la persistance des données• Faciliter la recherche et la manipulation

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Architecture logicielle

Modèle client-serveurPrincipal modèle pour les systèmes

distribués

ClientServeur

+service1()+service2()…+serviceN()

Requête

Réponse

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Architecture logicielle

Modèle client-serveurClient léger et client lourd (thin vs. fat)

ServeurClient lourd (fat)

UI Logic Logic Data

ServeurClient léger (thin)

UI Logic Data

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Architecture logicielle

Modèle client-serveur WebClient léger - Affichage avec un browser

ServeurWeb

Requête (HTTP)

Réponse (HTML)

HTMLJavaScript

AjaxAngularJS

XMLJson…

ClientJ2EEPHP.NET

PythonRuby

…

Base de données

Outil pour assurer la persistance des données Stockage et utilisation

Les informations sont structurées. Nombre, symbole, date, chaîne de caractères.

Système de gestion de base de données (SGBD) Un serveur qui manipule et dirige l’accès au contenu

4 opérateurs CRUD de manipulation de données Create (création) Read (lecture) Update (mise à jour) Delete (retrait)

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Base de données relationnelles

Enregistrement Tuple de données Plusieurs champs

Table Ensemble d’enregistrements

Clé primaire Désigne un enregistrement Différent pour chaque enregistrement

Clé étrangère Référence à une donnée connexe

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Base de données relationnelles

Langage de requête SQL SQL – Structured query language Standard de l’industrie

Exemple

SELECT Nom, Prénom, Salaire FROM PERSONNEL WHERE Salaire * 12 > 50000 order by Salaire DESC;

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Condition

Table sur laquelleon effectue la recherche

Informations recherchées

Tri sur les données

Conclusion Télécommunications et conception logicielle:

Systèmes de télécommunication Transmissions fiables et sécuritaires Réseaux numériques, Internet et TCP/IP Conception logicielle – architecture Base de données

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Cours pertinents

Cours liés aux télécommunications et à la sécurité GLO-2000 Réseaux pour ingénieurs GEL-3006 Systèmes de télécommunications GIF-3001 Réseaux de transmission de données GEL-4200 Communications numériques GEL-7064 Théorie et pratique des codes correcteurs GLO-3100 Cryptographie et sécurité informatique IFT-3201 Sécurité dans les réseaux informatiques IFT-7016 Sécurité basée sur les langages: confidentialité

et intégrité

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Cours pertinents Cours liés à la conception logicielle

GLO-2004 Génie logiciel orienté objet IFT-2004 Modèles et langages des bases de données GLO-2003 Introduction aux processus du génie logiciel GLO-3102 Développement d’applications Web GLO-3112 Développement avancé d’applications Web GLO-4000 Interface personne-machine GLO-4002 Qualité logicielle GLO-3013 Projet de conception multidisciplinaire GLO-4003 Architecture logicielle GLO-3002 Projet en génie logiciel (Design IV pour GLO)

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Des questions ?

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