couche physique

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Réseaux et Protocoles

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2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 1

Chapitre 2 La couche physique §  Plan

§ Transmission du signal §  affaiblissement, bande passante, bruit, débit maximal

§ Codage, modulation, synchronisation § Multiplexage § Supports de transmission


La couche physique : principe §  Comment transmettre des informations

Emetteur Récepteur canal

Émetteur possède l’information

•  son, image, données informatiques

•  information stockée en mémoire ou produite en temps réel (micro, webcam, logiciel…)

•  Analogique ou numérique (digitale)

• Engendre un signal sur le canal (support)


La couche physique : principe (2) §  Comment transmettre des données

§  Onde transmise sur un canal §  Ondes électriques

§  Support métallique §  Ondes radio

§  Canal sans fil (air, espace) §  Ondes lumineuses

§  Fibre optique §  Ondes acoustiques

§  Milieu sous-marin

§  Comment une onde est-elle transmise ? §  Quelles sont les contraintes sur la transmission ? §  => L’objectif est que le récepteur reconstitue l’information

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1. Concepts de la transmission de données §  Petit rappel sur les séries de Fourier §  1.1. Série de Fourier :

§  décomposition d’une fonction périodique en une somme de sinusoïdes de fréquences différentes

§  fréquence temporelle exprimée en hertz (Hz)

§  Propriété : soit g(t) une fonction périodique quelconque de période T.

§  Elle peut se décomposer en une suite potentiellement infinie de fonctions sinusoïdes (harmoniques) :


Série de Fourier g(t) = 1/2 c + ∑(an sin (2πnft) + bn cos (2πnft)) n ≥ 1

§  f = 1/T fréquence fondamentale du signal g(t) §  c représente la composante continue §  an et bn sont les coefficients de Fourier, et

représentent les amplitudes respectives des sinus et cosinus de rang n

§  chaque terme de rang n est une harmonique du signal de fréquence n*f (f = fréquence fondamentale)

§  Inversement, an bn et c peuvent se calculer en fonction de g(t)


Calcul des coefficients T

an = 2/T ∫ g(t) sin(2πnft)dt 0

T

bn = 2/T ∫ g(t) cos(2πnft)dt 0

T

c = 2/T ∫ g(t) dt 0

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Exemple (Tanenbaum Chap 2.1.2) §  Transmettre 1 octet 01100010 (« b » en ASCII)


an = (cos (πn /4) - cos (3πn /4) + cos(6πn /4) - cos (7πn /4))/πn

bn = (sin (3π n /4) - sin (πn /4) + sin(7πn /4) - sin (6π n /4))/πn

c = 3/4 Première harmonique ( n = 1)

a1 = √ 2 /2*π

b1 = (1 - √ 2 /2 )/π harmo1(t) = 3/8 + a1 sin (2πft) + b1 cos (2πft)


§  1 harmonique

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§  2 harmoniques


§  4 harmoniques


§  8 harmoniques

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§  16 harmoniques


1.2. Bande passante

§  un canal fait subir des déformations aux signaux §  affaiblissement (diminution amplitude) §  décalage de phase (retard) §  bruit (blanc ou non)

§  Pour certains canaux, les signaux sont transmis avec des affaiblissements d’amplitude négligeable jusqu’à une fréquence fc, dite fréquence de coupure.

§  Fréquences > fc fortement atténuées §  bande passante : intervalle des fréquences que le

canal transmet « sans » affaiblissement plus souvent affaiblissement inférieur à un seuil, exemple 3 dB => bande passante à n dB


1.2. Bande passante (2)

§  Relation entre bande passante du canal et signal transmis : §  l’affaiblissement dû au canal s’applique

indépendamment à chaque harmonique du signal § pour qu’un signal soit correctement transmis sur

un canal il faut que la plage des fréquences correspondant aux principales harmoniques du signal soit comprise dans la bande passante du canal

§ => signal adapté au canal

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1.3. Relation débit et harmoniques

§  D = 1/T : débit binaire en bits/sec (b/s) § T : période du bit

§  pour un débit binaire de D b/s : §  le temps nécessaire pour transmettre un caractère

(octet) est 8/D sec (au moins une transition par caractère)

§  fréquence de l’harmonique fondamentale : D/8 Hz § une liaison téléphonique analogique possède une

bande passante fixée à environ 3000Hz §  intervalle des fréquences de la voix [300Hz,3400Hz]


1.3. Relation débit et harmoniques (2)

§  le nombre d’harmoniques effectivement transmises sera approximativement :

3000/(D/8) § quand D augmente, le nombre d’harmoniques

permettant de reconstituer le signal diminue § Cas extrême si D > 24000 : aucune harmonique

reçue

§  Conclusion: limiter la largeur de la bande passante limite le débit binaire maximum sur un canal


1.4. Rapidité de modulation §  débit binaire: D= 1/T b/s (T= durée du bit) §  rapidité de modulation : R = 1/Δ bauds

§  Δ = moment élémentaire §  Δ : plus petit intervalle pendant lequel le signal reste

constant §  R : nombre de fois où le signal change d’état par seconde

§  Exemples §  T = 1 µs, Δ = 1 µs => D = R = 106

§  1 bit par moment élémentaire §  T = 1 µs, Δ = 0,5 µs, D = 106 b/s , R = 2D = 2*106 bauds

§  2 moments élémentaires par bit (ex code Manchester) §  T= 1 µs, Δ = 8 µs, D = 106 b/s , R = D/8 = 1,25 105 bauds

§  8 bits par moment élémentaire §  code à 28 = 256 niveaux

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1.5. Théorème d’échantillonnage

§  Claude Shannon, Harry Nyquist §  Théorème : Rmax = 2 H

§  R = fréquence d’échantillonnage §  H = bande passante du canal §  si un signal quelconque est appliqué à l’entrée d’un filtre

passe-bas ayant une bande passante H, le signal ainsi filtré peut être entièrement reconstitué en effectuant un échantillonnage de ce signal à une cadence égale à 2H

§  Exemple : si canal téléphonique de 4000 Hz => voix échantillonnée 8000 fois/sec


1.6. Débit maximum d’un canal §  Conséquence du théorème de Nyquist

§  signal comporte un nombre V de valeurs (états)significatifs (V = valence du signal),

§  le débit binaire maximum est : Dmax = 2H log2 V

§ Exemple : BP du canal = 3 000 Hz, §  V=2 (signal bivalent) => Dmax = 6 000 b/s §  V=4 (signal quadrivalent) => Dmax = 12 000 b/s

§  signal multivalent : optimisation de l’utilisation de la bande passante

§  Dmax est-il limité ?


§  Cas des canaux bruités : §  S/N : rapport signal sur bruit

§  S : énergie du signal §  N : énergie des bruits et parasites

§  exprimé en décibels : 10 log10 S/N (dB) §  Exemple :

§  S/N = 10 => 10 dB §  S/N = 1000 => 30 dB

§  Th de Shannon : §  Dmax = H*log2 (1 + S/N) (max théorique) §  Exemple : Pour H= 3 000 Hz

§  S/N = 30dB => Dmax ~ 30Kb/s, §  S/N = 10dB => Dmax ~ 10Kb/s

1.6. Débit maximum d’un canal (2)

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1.6. Débit maximum d’un canal (3) §  Définition :

§  BP à n décibels : §  intervalle de fréquence où affaiblissement < n décibels

§  Affaiblissement du signal : Aff = 10 log10 Pe/Pr §  Pe : puissance du signal émis §  Pr : puissance du signal reçu

§  Exemple : §  affaiblissement de 3 dB : 10 log10 Pe/Pr = 3 dB => Pe/Pr = 2

§  pour une BP à n dB la fréquence de coupure fc correspond au point où

Pe/Pr = n dB §  réseau téléphonique : BP [300, 3400] à 3 dB §  Note1 : BP liaison ADSL beaucoup plus élevée (distance faible) §  Note2 : c’est pour cela que tout le monde ne peut avoir l’ADSL


2. Codage et modulation §  transmission en bande de base

§  pas de décalage de fréquence § entre signal « informatique » et signal transmis

§  transmission en large bande ou transposition de fréquence §  « modulation » du signal (modems) §  transposition de fréquence autour de la

fréquence de la porteuse


2.1. Transmission en bande de base §  code NRZ (Non Retour à Zéro)

§  2 niveaux : 1 codé +a, 0 codé -a §  Pendant t ∈ [0, TB] §  (TB = durée bit = Δ )

§  spectre du signal : puissance maximale au voisinage de la fréquence 0

§  coupure des basses fréquences §  problème des longues suites de 0 ou 1 (signal continu) =>

perte de synchronisation §  => nécessité de codes à transition

Δ

1 0 1 1 0 0 1 0

+a -a

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2.1. Transmission en bande de base (2) §  code biphase ou Manchester

§  1 -> +a t ∈ [0, TB /2 ], -a t ∈ [TB /2, TB] §  0 -> -a t ∈ [0, TB /2 ], +a t ∈ [TB /2, TB] §  Δ = TB /2

§  valeur moyenne du signal nulle §  spectre s’étale deux fois plus que pour le NRZ

§  transition en milieu de bit

§  Avantage : élimine le problème de synchronisation §  Inconvénient : occupation plus grande de la bande passante

TB = 2Δ

+a -a

1 0 1 1 0 0 1 0


2.1. Transmission en bande de base (3) §  Code biphase (ou Manchester) différentiel

§  codage fait par rapport au bit précédent § 1 -> une transition (en milieu de bit) § 0 -> deux transitions (en début et milieu de bit) § même spectre et mêmes propriétés que le code

biphase §  Insensible aux erreurs de polarité

TB = 2Δ

+a -a

1 0 1 1 0 0 1 0


2.1. Transmission en bande de base (3) §  Code bipolaire

§ 3 niveaux -a, 0, +a Δ = TB §  0 codé 0 t ∈ [0, TB] §  1 codé alternativement +a, -a

§ Problème synchronisation si longues suites de 0 1 0 1 1 0 0 1 0

TB = Δ

+a 0 -a

1 0 1 1 0 0 0 0 1

TB = Δ

+a 0 -a

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2.1. Transmission en bande de base (4)

§  codes BHDn (bipolaires à haute densité) §  suites de n 0 consécutifs remplacées par des

séquences de remplissage § Remplissage détecté en réception par viol

d’alternance § Plus n est grand plus le code est symétrique

n=3

1 0 1 1 0 0 0 0 1

TB = Δ

+a 0 -a


2.1. Transmission en bande de base (4)

§  Conclusion §  codes bipolaires occupent la même BP que les

NRZ, mais possèdent 3 niveaux, ce qui augmente leur sensibilité au bruit


2.2. Transmission en large bande §  transmission par transposition de

fréquence (ou modulation) §  Principe : le signal entrant est modulé par

une porteuse sinusoïdale de la forme : §  s(t) = A sin (2π f0t + φ)

§ A est l’amplitude de la porteuse §  f0 est la fréquence de la porteuse § φ est la phase de la porteuse

§  quand on module le signal entrant par la porteuse on fait varier un (ou une combinaison) de ces trois paramètres A, f0, φ

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2.2. Transmission en large bande (2) § Modulation d’amplitude. Ex :

§ 1 -> A sin (2π f0t ) t ∈ [0, TB] § 0 -> A/2 sin (2π f0t ) §  Inconvénient : l’amplitude est sensible aux bruits

§ Modulation de fréquence. Ex : § 1 -> A sin (2π f0t ) t ∈ [0, TB] § 0 -> A sin (2π f1t ) §  Inconvénient : s’étale davantage sur la bande

passante


2.2. Transmission en large bande (3) § Modulation de phase

§ 1 -> A sin (2π f0t ) § 0 -> A sin (2π f0t + π) §  très utilisée dans la transmission de données

binaires

§ Modulation combinée §  les modems élaborés permettent de regrouper n

bits par ∆ (=> signal de valence 2n) § exemple : 8 niveaux phase et 2 niveaux amplitude

§  valence 16, 4 bits par moment (D = 4 R)


Ex : modems téléphoniques §  Avis V.21 (années 80)

§ débit de 300 b/s §  rapidité de modulation de 300 bauds § modulation de fréquence §  transmission asynchrone, exploitation full duplex

§  Avis V.34 (années 90) § débit de 28800 b/s §  rapidité de modulation 3200 bauds (valence 29) § modulation de phase + amplitude §  transmission synchrone, exploitation full duplex

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3. La synchronisation bit §  un coupleur de communication doit sérialiser

l’info à l’émission et la désérialiser à la réception §  le récepteur doit échantillonner le signal reçu :

§  à la bonne fréquence (1/Δ) §  à la bonne phase (par ex. au milieu de Δ)

§  la synchronisation bit peut être maintenue §  en permanence : transmission synchrone §  rétablie pour chaque caractère : transmission

asynchrone §  rétablie à chaque trame, ex : ethernet half-duplex


3.1. Transmission asynchrone §  Ex : Transmission asynchrone par caractère

§  synchronisation maintenue pendant la durée d’émission (réception) d’un caractère

§  Code à 2 niveaux (actif et repos) §  caractère encadré par bits START et STOP §  bit START : fait passer la ligne de repos à actif §  bit STOP : remet la ligne à l’état de repos §  Quand START est détecté par le récepteur, HR fait

échantillonnage par bit §  nombre de bits du caractère connu §  décalage d’horloge négligeable pendant 1 caractère

§  intervalle entre deux caractères quelconque §  Pas nécessairement un multiple de la durée bit


3.2. Transmission synchrone §  l’horloge du récepteur est (re-)synchronisée en

permanence sur celle de l’émetteur §  Remarque : montre à quartz qui avance de 1’ par an §  => 1’/525600’ => à 1 Mb/s, 2 bits de décalage par seconde

§  le signal de synchronisation est transmis §  sur une ligne séparée (ex. entre ordinateur et modem) §  véhiculée dans le signal (ex: codes à transition Manchester)

1 1 1 0 0

Horloge

Données NRZ

Données Manchester

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3.2. Transmission synchrone

§  il faut aussi assurer la synchronisation trame §  synchronisation au niveau des groupes de bits

§  (blocs, trames) : où commence la prochaine trame ? §  Ex :

§  Fanion HDLC (protocole de liaison) 01111110 §  Délimite les débuts et fins de trame §  Problème de tranparence §  Dans la trame

un zéro ajouté après 5 « 1 » consécutifs ( pas de fanion) retiré en réception

§  préambule Ethernet 10101010…1011 §  permet de décoder les informations même si les premiers

bits sont perdus


3.2. Retour sur le codage §  Codage pour les transmissions haut-débit synchrones

§  Nombre de transitions suffisant (synchro bit) §  Synchro trame : séquence spéciale (différente des données)

§  Codes 4B5B : principe §  Chaque groupe de 4 bits de données codé par une suite de 5 bits §  Donc 16 des 32 combinaisons possibles utilisées par les données

§  Choisies pour éviter les longues suites de 0 §  Certaines des 16 combinaisons restantes

§  Délimitent les trames §  Avantage : synchro bit et synchro trame par le même code

§  Utilisé par ethernet 100Mb/s (100 baseTX) §  Inconvénient : fréquence bit signal 1,25 fois fréquence bit données

§  Remarque : pour Manchester c’est 2 fois


5. Multiplexage §  5.1. Types de multiplexage

§  le multiplexage consiste à partager un même support physique entre plusieurs utilisateurs/communications

§  Largement utilisé dans la plupart des réseaux §  Partage = diminution des coûts

§  Multiplexage en fréquence §  FDMA : Frequency Division Multiple Access (AMRF) §  partage la bande passante du support en un nombre de

canaux (ou sous-bandes) plus étroits, affectés chacun à un utilisateur

§  Multiplexage temporel §  TDMA : Time Division Multiple Access (AMRT) §  affecte à tour de rôle à chaque utilisateur la totalité de la

bande passante pendant un instant (partage dans le temps)

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5.1. Types de multiplexage (2) §  Multiplexage temporel statique

§  les intervalles de temps (IT) sont affectés à chaque utilisateur de façon rigide et invariable dans le temps

§  pas nécessaire d’identifier les émetteurs

§  Multiplexage temporel statistique §  Les IT sont affectées aux émetteurs qui en ont besoin §  Nécessite d’identifier les émetteurs

§  Multiplexage par code §  CDMA Code Division Multiple Access §  Chaque émetteur a un code et utilise les n fréquences §  Ex : Téléphonie mobile US

§  Multiplexage hybride §  Ex : GSM : fréquentiel + temporel


5.2. Multiplexage : Principes de base §  le multiplexeur est un équipement permettant

d’utiliser une voie haute vitesse VHV pour écouler le trafic en provenance de plusieurs voies basse vitesse VBV

§  efficacité d’un multiplexeur §  e = Σ di / D §  di : débit utile de la ième voie basse vitesse §  D : débit maximum sur la voie haute vitesse

§  e < 1 : cas du multiplexage statique §  e ≥ 1 : cas du multiplexage statistique

MUX MUX VHV VBV1

VBVn


5.3. Multiplexage fréquentiel §  le multiplexeur module les signaux de chaque voie

basse vitesse avec une porteuse différente §  la transmission sur la voie haute vitesse se fait en

transposition de fréquence avec une porteuse fi pour chaque voie basse vitesse i

§  Ex en modulation de fréquence : 0, 1 de la voie i codés par fi + Δ f, fi - Δ f

§  Exemple (ancien) sur le réseau téléphonique analogique : §  bande passante des voies basse vitesse :

§  4000 Hz = 3100 Hz + 2* 450 Hz (espaces inter-bande) §  la bande passante de la voie haute vitesse est découpée en

canaux de 4000Hz §  groupe primaire = 12 canaux entre 60 kHz et 108 kHz §  Gr. secondaire = 5 groupes primaires 312-552 kHz 60 voies §  Gr. tertiaire = 5 groupes secondaires, 300 voies §  Gr. quaternaire = 3 gr. tertiaires, 900 voies

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5.3. Multiplexage fréquentiel (2) §  Exemples

§  ADSL (téléphonie analogique + canaux numériques) §  GSM plusieurs canaux (fréquences) par cellule

§  Fréquences différentes cellules adjacentes §  BP d’un canal ~200 kHz §  124 canaux montants entre 890 - 915 MHz (idem descendant)

§  DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing §  Fibre optique §  Fréquence <=> longueur d’onde λ §  Ex: 160 λ à 2,4 Gb/s


GSM §  Fréquences GSM (en 900 MHz)

§  Fu(n) = 890, 2 + 0, 2×(n - 1) MHz §  Fd(n) = 935, 2 + 0, 2×(n - 1) MHz §  u : montant, d : descendant, 1≤n≤124

§  entre station de base et mobile §  écartement de 200 KHz §  124 fréquences partagées entre opérateurs §  espace découpé en cellules

§  fréquences différentes dans cellules voisines §  Réutilisation dans l’espace =

Multiplexage « géographique »


5.4. Multiplexage temporel §  5.4.1. Multiplexage temporel statique (TDMA)

§  le temps est découpé en tranches fixes (IT, slots) qui sont allouées cycliquement aux voies basse vitesse

§  on envoie cycliquement trames de longueur L sur VHV §  D = débit VHV => on envoie D/L trames / sec

§  une trame est divisée en IT de λi bits, avec Σ λi = L

1 2 1 3 4 1 2 4 3

slot trame

Débit VBVi = 1 slot par trame = λi * D/L

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5.4. Multiplexage temporel (2) §  Une partie de la bande passante réservée à la signalisation

§  Allocation des IT §  Pendant une période, IT allouée à une communication §  communication téléphonique…

§  Synchronisation , … §  En général signalisation hors bande :

§  un ou plusieurs IT sont réservés à la signalisation §  verrouillage de la trame :

§  permet de délimiter le début de la trame (caractère de synchronisation)

§  le multiplexeur récepteur vérifie qu’entre deux caractères de verrouillage il y a une trame de longueur L

§  prise de synchronisation entre les multiplexeurs §  Note : désynchronisation trame => « mélange » des VBV


5.4.1 Multiplexage temporel statique

§  Téléphonie numérique MIC : Modulation par Impulsions et Codage

§  Transmission de voix numérisée sur des réseaux téléphoniques numériques

§  conversion de signaux analogiques en signaux numériques (CODEC)

§  R = 8000 Hz (R = 2H) => Δ = 125 µs §  les voies basse vitesse ont un débit de :

§  64 kbps = 8000 * 8 = R log2 V ( V = 28 = 256) §  le débit normalisé sur la voie haute vitesse est :

§  2,048 Mb/s (32 * 64 000) §  30 IT contiennent des données utiles (voix) §  2 IT sont réservées à la signalisation

§  une voie MIC (VHV) transporte donc 30 voies téléphoniques (VBV)

§  Possibilité d’une hiérarchie de multiplexage


5.4.1 Ex : Multiplexage temporel GSM

§  Pour une fréquence (montante ou descendante) §  temps découpé en slots (577 µs)

§  148 bits dont 114 de données

§ 8 slots regroupés en trame (durée 4,615 ms) §  donc débit par canal logique (1 slot de chaque trame) §  114/ 4,615 = 24,7 kb/s débit de données

§ 26 trames regroupées en multitrame §  trame 12 utilisée pour le contrôle (hors bande)

§  La station de base alloue aux mobiles §  fréquence (FDMA) §  et slot (TDMA)

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5.4.2. Multiplexage temporel statistique

§  les IT sont alloués dynamiquement aux voies qui en ont besoin §  gain d’efficacité §  un codage particulier doit permettre d’identifier les voies

§  Principe : §  le contenu de chaque voie active est précédé d’un entête

§  n° de la voie concernée §  Longueur des données transférées

§  aucune place n’est allouée aux voies inactives §  codage des données transparent

§  efficacité > 1 si ∑ di moyen < DHV < ∑ di max

§  Rem : pour des applications informatiques, en général : di moyen << di max


5.4.2. Multiplexage temporel statistique (2)

§  si tous les canaux entrants deviennent actifs simultanément alors le débit global ne peut pas être écoulé. Le multiplexeur doit :

§  stocker une partie de l’information pour la retransmettre plus tard => mémoire tampon

§  Et/ou bloquer le trafic sur une ou plusieurs voies entrantes §  contrôle de flux §  Ex : protocole XON / XOFF

§  Risque de perte si débordement mémoire tampon

§  Conclusion : §  le MT statistique offre de meilleures performances mais

§  retard de transmission plus important et variable (gigue) §  risque de pertes


5.4.2. Multiplexage temporel statistique (3)

§  Multiplexage dans les réseaux à commutation de paquets ou de trames

§  Possibilité que di max = DHV §  pas de distinction VHV VBV §  Tant que ∑ di moyen < DHV §  Capacité mémoire importante §  Ex :

§  Commutateur de trames ethernet §  Routeurs paquets IP

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Conclusion multiplexage § Multiplexage fréquentiel :

§ n’introduit aucun retard de transmission §  totalement transparent aux codes

§  Peut mixer des flux hétérogènes : vidéo analogique, data, …

§ efficacité faible (pour des flux variables)

§ Multiplexage temporel : §  introduit un retard systématique de transmission

§  MT statique : §  Retard limité (longueur trame) §  efficacité bonne, autour de 90%, si débits constants

§  MT statistique : §  retard variable, pertes si débordement mémoire §  très bonne efficacité si débits variables


Conclusion multiplexage (2) §  Multiplexage mixte (ex GSM, câble, …)

§  Premier niveau fréquentiel §  Deuxième niveau temporel

§  Implantation §  Multiplexage fréquentiel et temporel statique

§  généralement par matériel §  couche physique

§  Multiplexage temporel statistique §  peut être fait par logiciel §  implantable dans les couches supérieures

§  Liaison (exemple méthodes de contrôle d’accès des LAN) §  Réseau (exemple réseaux IP) §  Transport (multiplexage des connexions TCP, …)


6. Supports de transmission §  avec guide physique (câble)

§  câbles métalliques, fibres optiques §  sans guide physique

§  ondes radio ou lumineuses (IR), ultrason

§  caractéristiques des supports §  bande passante §  affaiblissement §  sensibilité aux bruits §  Coût

§  du support, des équipements d’extrémité, de l’installation

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6.1. Câbles métalliques à paires torsadées

§  Paire torsadée : deux conducteurs en cuivre

enroulés de façon hélicoïdale §  réseau téléphonique ou réseaux locaux §  signaux analogiques ou binaires §  câbles UTP (Unshielded Twisted Pair) :

§  câbles de catégorie 3 : 4 paires (ex. 10 Base T Ethernet) §  câbles de catégorie 5 : mieux adaptés aux transmissions à

haut débit (ex. anneau à jeton, ethernet 100BaseT: 100 Mb/s))

§  câbles catégorie 5e, 6, …

§  câbles STP (Shielded Twisted Pair) §  Chaque paire est blindée séparément


Ex : câble 4 paires torsadées

Source : wikipedia

Prise RJ45


câblage systématique prise bureau local câblage/brassage PC Câblage fixe

rocade

Commutateur routeur

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6.2. Câbles coaxiaux (1) §  composés de deux conducteurs métalliques

imbriqués (tresse, coeur) séparés par un isolant §  large bande passante §  excellente immunité aux bruits

§  câbles coaxiaux en bande de base §  transmission de signaux numériques §  hauts débits (jusqu’à 2 Gb/s sur 1 km) §  ex. Ethernet 10 Base 5 (« thick Ethernet ») 10 Mb/s sur

500m

Vue en coupe Gaine Tresse Isolant Ame


6.2. Câbles coaxiaux (2) §  câbles coaxiaux en large bande

§  transmission de signaux en transposition de fréquences §  fréquences de 300 MHz à 450 MHz §  distances proches de 100 km §  canaux de transmission utilisés pour la TV analogique, le son

numérisé ou les données §  très utilisés dans les MAN (réseaux de TV par câble)

§  Multiplexage en fréquence §  Canaux TV analogique, TV numérique, internet, téléphonie §  (triple play sur le câble)

§ 


6.3. Fibres optiques (1) §  bits transmis sous forme d’impulsions lumineuses :

§  1 : impulsion, 0 : absence d’impulsion §  lumière : onde de fréquence ~ 1014 Hz §  bande passante de potentiel énorme (terabit/s)

§  système formé de 3 composants : §  support de transmission de la lumière (fibre optique) §  dispositifs d’émission et réception de l’onde lumineuse :

§  LED (Light Emitting Diode), laser en émission §  photodiode ou phototransistor en réception

§  système de transmission en général unidirectionnel §  Câble optique : au moins deux fibres

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6.3. Fibres optiques (2) §  Fibre composée de couches concentriques

§  Cœur transmet signal utile §  Indice de réfraction constant (fibre à saut d’indice) §  Ou indice de réfraction variable (gradient d’indice)

§  Gaine (cladding) d’indice de réfraction plus faible §  protection

§  Signal : §  Propagation directe dans le cœur §  Signaux réfléchis sur la gaine => retard

gaine

gaine

coeur


6.3. Fibres optiques (3) §  fibre multimode :

§  plusieurs rayons (modes) se propagent dans la fibre §  Retard, interférence => débit limité §  moins coûteux §  Diamètre (gradient d’indice) :

§  Cœur 50 à 62,5 µm §  Gaine 125 à 150 µm

§  fibre monomode : §  un seul rayon (mode direct) se propage dans la fibre §  meilleur débit §  distances plus longues (y compris intercontinentales) §  Diamètre

§  Cœur 10 µm §  Gaine 125 µm

§  Possibilité de multiplexage (D)WDM §  (Dense) Wavelength Division Multiplexing


6.3. Fibres optiques (3)

Exemple de connecteurs optiques : ST et SC

Source Wikipédia

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6.4. Ondes sans support (1) Transmission sans fil

§ ondes radioélectriques ou lumineuses §  suivant fréquence

6.4.1 Radio électriques omnidirectionnelles § diffusion § basses fréquences :

§  forte atténuation en fonction de la distance

§ hautes fréquences : §  propagation en ligne droite §  tendance à rebondir sur les obstacles §  Réseaux GSM, Wifi


6.4. Ondes sans support (2) 6.4.2 Faisceaux hertziens

§  ondes électromagnétiques de courte longueur d’onde (micro-ondes)

§  se propagent en ligne droite §  antennes paraboliques directionnelles

§  émetteur et récepteur doivent être alignés §  tours hertziennes

§  fréquences > 800 MHz en transmission de données §  hauts débits

6.4.4 Liaisons satellitaires §  Satellite géostationnaires GEO (36000 km altitude)

§  Fixes/sol, long délais de propagation §  Satellites à défilement (constellations, LEO, MEO)

§  Délais plus faibles, changement de satellite


6.4.3 Ondes lumineuses §  ondes infra-rouges (IR)

§  communications à faible portée/débit §  omnidirectionnelles §  ne traversent pas les obstacles §  meilleure sécurité contre écoutes indiscrètes §  utilisées dans RL sans fil à l’intérieur des bâtiments

§  Faisceau laser §  Faisceau lumineux en ligne droite §  peu coûteuses, large bande passante §  sensibles aux perturbations météorologiques

§  Longueur d’onde absorbée par l’eau

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Conclusion supports §  Transmissions sur câble

§  Paires torsadées pour LAN §  Paire téléphonique (ADSL), coaxial (TV) pour accès §  Fibres optiques pour réseaux LAN haut débit ou

liaisons des MAN ou WAN (câbles trans-océaniques)

§  Transmissions sans fil §  Faisceaux hertziens : moins coûteux que les fibres

optiques §  sites difficilement accessibles, liaisons mobiles temporaires

§  Réseaux locaux sans fil (Wifi, Bluetooth) §  Réseaux cellulaires (GPRS, UMTS) §  Réseaux satellite (large couverture)

couche physique

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