Supports physiques, Transmission physique. C. Pham RESO-LIP/INRIA Université Lyon 1

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1 Supports physiques, Trasmissio physique C. Pham RESO-LIP/INRIA Uiversité Lyo 1

2 Les différetes catégories de réseauxr Les besois et les cotraites e sot pas du tout les mêmes d'ue catégorie à l'autre. Les LANs sot souvet sur des support e partage,les MAN et les WAN sot plutôt poit à poit. La distace iflue sur les mécaismes à mettre e oeuvre das les protocoles. La otio de sécurité 'est plus la même etc... Supports physiques, Trasmissio physique 2

3 Support cuivre Paire torsadée (STP et UTP) peu coûteuse, symétrique, écraté ou o très utilisée (téléphoe, réseaux locaux), large ifrastructure existate, débit limité (cetaie de MBits/s) 4 paires de fils Câble coaxial plus coûteux, asymétrique mais, meilleur protectio cotre les iterféreces, distace plus élevée et meilleur débit (1 à 2 Gbits/s sur 1 km) Supports physiques, Trasmissio physique 3

4 Fibres optiques (1) Fibre optique de mois e mois coûteuse, plus légères, e silice le plus souvet, raremet e verre (attéuatio). Le plastique est possible. eviro 50km sas répéteurs. très haut-débit (50000 Gbits/s théorique) et très boe fiabilité. Supports physiques, Trasmissio physique 4

5 Fibres optiques (2) Fibres optiques multi-mode fibre multimode (obsolete) 50 ou 62,5 9m à gradiet d idice Fibre à gradiet d'idice 125m moo-mode 50 ou 62,5 9m Fibre moomode 5 à 9m 125m Supports physiques, Trasmissio physique 5

6 Fibres optiques (3) Supports physiques, Trasmissio physique 6

7 Liaisos radio Sas fils ifrastructure mois coûteuse, mais erreurs plus fréquetes et dépedates des coditios climatiques. Supports physiques, Trasmissio physique 7

8 Satellites répéteurs das le ciel, d'ue base source vers ue base destiatio, possède gééralemet plusieurs traspoder (1 traspoder = plusieurs cetaies de commuicatios téléphoiques), faisceau large ou plus étroit (very small aperture termials, VSATs) grade bade passate (>500MHz), plusieurs orbites dispoibles, grade couverture géographique, mais délais plus grads (250 a 300 ms) et, coût élévé par équipemet. BANDES FREQUENCES BANDE C 4/6 GHz 60 GHz = Fréquece d échage etre satellites. Il y a eviro 1000 Satellites. BANDE KU BANDE Ka 11/14 GHz 20/30 GHz Supports physiques, Trasmissio physique 8

9 Satellites (suite) Iridium, 66 satellites Iitialemet 77 Supports physiques, Trasmissio physique 9

10 Les coûts d u d satellite PRIX DE FABRICATION D UN SATELLITE : à F / Kg. COUT DE LANCEMENT : F LE KG EN LEO F LE KG GEO. PRIX D UNE FUSEE : ARIANE 1 à 4 : MF ARIANE 5 : MF PRIX DE REVIENT D UNE MINUTE DE TELEPHONE. SATELLITE 300 MF LANCEMENT 300 MF FONCTIONNEMENT 400 MF TOTAL MF Capacité d u satellite = liges = 100 Milliards de Miutes dispoibles sur 10 as. Le coût d ue miute : 10 cetimes. Supports physiques, Trasmissio physique 10

11 Le spectre électromagétiquetique Supports physiques, Trasmissio physique 11

12 Phéom omèes es idésirables (1) Attéuatio affaiblissemet de l'amplitude du sigal, e foctio de la distace gééralemet. L'attéuatio augmete quad la fréquece augmete. Attéuatio = 10log 10 (P t /P r ) (e db), P i e watts Gai = 10log 10 (P r /P t ) si plusieurs sectios d'attéuatio/gai différets, o peut les sommer: 400mW a=16db g=20db a=10db?? Supports physiques, Trasmissio physique 12

13 Phéom omèes es idésirables (2) Perturbatios etre 2 paires d'u même câble (NEXT: Near Ed Crosstalk) Supports physiques, Trasmissio physique 13

14 Phéom omèes es idésirables (3) Bade passate limitée Pour u matériau doé les fréqueces de 0 à f peuvet être raisoablemet véhiculées sas subir de distorsio trop grade. C'est la bade passate. Les composates d'u sigal périodique e serot doc pas trasmis de la même maière. Distorsio temporelle La vitesse de propagatio d'u sigal siusoïdale varie e foctio de la fréquece. Les composates d'u sigal périodique 'arriverot doc pas e même temps. iterférece etre symboles eye diagram Supports physiques, Trasmissio physique 14

15 Eye diagram Supports physiques, Trasmissio physique 15

16 Phéom omèes es idésirables (4) Bruit Chaque support itroduit des perturbatios électriques qui fot que même e l'absece de sigal, il y a des sigaux parasites. C'est le bruit de la lige. O utilise le rapport S/N (sigal reçu à bruit, SNR) e le caractérisat par SNR=10log 10 (S/N) db Le théorème de Shao-Hartley doe le débit maximum sur ue lige bruité (S et N e watts, W e Hz, C e bits/s): ( ) C = W 1+ N S log2 Supports physiques, Trasmissio physique 16

17 Ce qui e résulter sulte Supports physiques, Trasmissio physique 17

18 Iformatios aalogiques et umériques Aalogique E aalogique, les iformatios sot représetées par des iveaux de valeurs cotius, proportioels à la valeur de l'iformatio. La trasmissio de ces iformatio se fait directemet sur le support physique. Ex: Micros, photographie sur égatif. Numérique Seulemet u ombre faible de iveaux est utilisé. O doit d'abord échatilloer le sigal aalogique pour obteir ue représetatio umérique. O trasmet alors ces échatillos sur le support physique e utilisat le codage biaire pour 'utiliser que les valeurs pré-défiies de voltages. Ex. +5 volts et -5 volts pour les 1 et les 0. Questio: Le télégraphe est-il u système aalogique ou umérique? Supports physiques, Trasmissio physique 18

19 Avatages et icovéiets iets Aalogique Iformatios complètes, pas de perte dues à l'échatilloage. Numérique Facilité de regéérer le sigal, de le retravailler. Détectio et correctios des erreurs possibles. Possibilité de mixer plusieurs types de doées (voix, images,doées...) Des débits plus élevés peuvet être obteus avec les ifrastructures existate. Supports physiques, Trasmissio physique 19

20 Elémets de trasmissio de doée Chaque support de trasmissio permet u certai ombre de chagemet d'états par secode (rapidité de modulatio, Rm) exprimé e baud. 1 baud e correspod pas forcémet à 1 bit. Avec des schémas de codage complexe, 1 baud peut coder plusieurs bits. Le débit biaire est directemet relié à la rapidité de modulatio: quel est le débit biaire avec 2 iveaux de valeur? quel est le débit biaire avec 4 iveaux de valeur? Supports physiques, Trasmissio physique 20

21 Trasmissio etre équipemets voisis Supports physiques, Trasmissio physique 21

22 Trasmissio e bade de base E bade de base, les 0 et les 1 biaires sot directemet représetés par des valeurs de tesios. L'avatage est la simplicité, mais les distaces sot limitées à quelques kilomètres. NRZ: les 1 sot codés par ue tesio positive, les 0 par l'opposé. Pas d'horloge véhiculée, problème de sychroisatio. Machester: Trasitio au milieu de chaque bit. Les 0 sot codés par u frot motat, les 1 par u frot descedat. Sychroisatio. Machester Différetiel: Les trasitios e codet que l'horloge. Les bits sot codés par la présece (0) ou l'absece de trasitio (1) e début. Pas de polarité. Supports physiques, Trasmissio physique 22

23 Exemple de codage e base de base Supports physiques, Trasmissio physique 23

24 Autres exemples de codages e bade de base Horloge Doées Codage "JK" J K 1 J Machester avec "o_data" Toke Rig Délimiteurs J (bas) et K (haut) Symbole Carrier Bad Délimiteur Codage 4B/5B (FDDI) Symbole 1 Symbole 8 "bade porteuse"(carrier bad) = MFM modulatio de fréquece modifiée) MiiMAP Codage de bloc xb/yb FDDI, FastEtheret, 100VG- AyLAN, etc. x bits de doées sur y sigaux par table 0 à F - "0" et "1" logiques Idle, Halt, Quiet Délimiteurs J,K,L,T NRZI (iversé) u zéro provoque u chagemet que doe la séquece ? Supports physiques, Trasmissio physique 24

25 Exemple, 4B/5B (FDDI) Chaque groupe de 4 bits est trasformé e u groupe de 5 bits avec u ecodeur pas plus de deux 0 de suite. Esuite e code e NRZI O peut ajouter des symboles e plus IDLE J K T R S QUIET HALT Supports physiques, Trasmissio physique 25

26 Type mbl m bits représetés par modulatios à L iveaux Ex: 4B3T 4 bits représetés par 3 modulatios à 3 iveaux (T comme terary) 8B6T 8 bits représetés par 6 modulatios à 3 iveaux O obtiet aisi ue réductio de 1/4 sur le débit e bauds avec 4B3T. Supports physiques, Trasmissio physique 26

27 Trasmissio sur de plus logues distaces Pour les logues distaces, o utilise le large bade qui utilise les théories de Fourier sur la décompositio d'u sigal périodique e sommes de siusoïdes et cosiusoïdes. La bade passate limite directemet le débit que l'o peut ijecter sur u support. Le théorème de Nyquist (e 1924) stipule pour u support sas bruit la relatio suivate: Débit max = 2Hlog 2 V bits/s U caal de H=3KHz e pourra doc pas véhiculer plus de 6000 bits/s (V=2 pour des iveaux biaires). Supports physiques, Trasmissio physique 27

28 Nécessité d'u modem Supports physiques, Trasmissio physique 28

29 Trasmissio e large bade (broadbad( broadbad) 4 types de modulatio amplitude fréquece phase combié amplitude+phase Avatages Plusieurs caaux de trasmissio sur le même support de Doées de Sigaux vidéo aalogiques Supports physiques, Trasmissio physique 29

30 Modulatio combiée Modulatio sur porteuse siusoïdale (modems et remodulateurs) Modulatio combiée: Amplitude sas porteuse + Phase S(t) = A 0 s 1 (t) Si (2pF 0 t + f 0 + k s 2 (t)) Séparatio des sigaux Emis porteuse Fe Reçus porteuse Fr Fe - Fr = 192,5 Mhz Remodulateur Statio Statio Modem Modem Modem 80,75Mhz 273Mhz Remodulateur Statio Supports physiques, Trasmissio physique 30

31 Exemple de modulatio siusoïdale Supports physiques, Trasmissio physique 31

32 Modulatio plus complexe Supports physiques, Trasmissio physique 32

33 Le multiplexage Lorsque plusieurs circuits de doées existet e parallèle etre deux poits, il peut être itéressat de cocetrer les doées das ue voie à fort débit afi de maximiser le taux d'utilisatio des liges. O utilise le multiplexage das les réseaux grade distace car gééralemet o va utiliser ue lige très haut-débit pour trasporter les doées. O s'itéresse alors à l'aptitude à mélager les messages de doées de types différets (voix, doées...) Supports physiques, Trasmissio physique 33

34 Frequecy Divisio Multiplexig FDM Supports physiques, Trasmissio physique 34

35 Time Divisio Multiplexig TDM (exemple de trame T1) Supports physiques, Trasmissio physique 35

36 Le multiplexage sur fibre optique 2 Attéuatio e db/km Logueur d ode e m Wave-legth Divisio Multiplexig mettre sur ue même fibre plusieurs caaux de doées, e utilisat différetes logueurs d ode (couleurs). Supports physiques, Trasmissio physique 36

37 Pricipes du WDM WDM(Wavelegth Divisio Multiplexig). >1m DWDM(Dese Wavelegth Divisio Multiplexig). < 0,1 m Supports physiques, Trasmissio physique 37