Fonction de la couche physique

Transcription

1 Ce cours est construit à partir d un certains nombres de support de cours disponibles sur le net. Riveil, Cousin, Grimaud sont les principales sources d inspiration. L usage de ce composite ne peut être qu académique. Couche physique

2 Fonction de la couche physique transformer une suite de bits en signaux (et inversement) s adapter au canal de communication partager le canal de communication

3 Support physique de communication

4 Les supports de communication Trois types d agents de communication (physique) : l électron les ondes électromagnétiques le photon Deux grandes classes de supports de transmission : les supports à guide physique les paires torsadées, les câbles coaxiaux, les fibres optiques,... les supports sans guide physique les ondes hertziennes, radio-électriques, lumineuses,... Les supports : la paire métallique le câble coaxial la fibre optique les faisceaux hertziens (et autres)

5 La paire métallique Une paire de conducteurs (alliage de Cu) entourés d un isolant (plastique). diamètres courants du conducteur : 0,4; 0,6; 0,8; 1 mm les distorsions croissent en sens inverse du diamètre (sur le Æ)! en paire : différence de potentiel torsadés : diminution des phénomènes électromagnétiques (atténuation, diaphonie). isolée de l environnement : blindée /fil ou /câble Il existe plusieurs qualités de paires métalliques Les câbles téléphoniques constitués de multiples paires torsadées, (prise RJ45). 56kbit/s avec les modems récents (fiabilité 1/105). 10 (voir 100) Mbits/s (sur quelques mètres). Utilisée dans les réseaux 10 Base T Evolution vers 100 Base T voir «Gigabit».

6 Le câble coaxial Deux conducteurs ayant le même axe. Jusqu à 150MHz en large bande (fiabilité 1/107). Support encombrant. Télévision et téléphone. réduit les distorsions ectromagnétiques rapport entre les diamètres des 2 conducteurs ~ 3,6. Diamètres courants : 2,6/9,5 ou 1,2/4,4 mm. Version 10 Base 2 (10MHz sur 200m) Version 100 Base 5 (100MHz sur 500m) Connecté au poste avec un BNC (Ethernet fin)

7 Connecteurs prise vampire ; perce le câble prise en T : nécessite la coupure du câble (prise BNC)

8 La fibre optique Fibre de silicium (ou plastique!) Supporte le transport de plusieurs GBits/s sur de très longues distances (fiabilité 1/1012). Faible sensibilité électromagnétique & difficultés d écoute. très grande largeur de bande diode électroluminescente (en AsGa) laser (+ puissant, coût + élevé, + faible durée de vie, mono fréquentiel) Principe d émission/réception

9 Sans fil Différents types : infrarouge, hertzien (2.4GHz) Débit : 11 MBits/s Portée moyenne : 10m à 150m Forte sensibilité aux perturbations électromagnétiques. Pas de sécurité physique.

10 Les faisceaux hertziens Deux types d utilisations : transmission terrestre (direct ou par réflection) - portée : 50 à 1000km transmission satellitaire - (géostationnaire ou à défilement, hauteur : ou 800 km)

11 Transmission Information suite de 0 et 1 représenté par un état logique Signal état physique : amplitude, fréquence, phase valence : nombre d états physiques utilisés pour coder des bits moment élémentaire : durée T pour transmettre un état logique

12 Débit binaire Rapidité de modulation nombre maximal d état physiques (amplitude) par unité de temps [bauds] : Rm = k / T (k est le nombre de moments élémentaires nécessaires pour coder un état logique) Débit binaire nombre de bits par unité de temps [bit/s] : D = Rm log2 V (V : Valence) Exemple codage biphase signal physique : deux niveaux d amplitude par T état logique : une valeur de phase pour 1 bit Rm = 2 / T

13 Mode de transmission : le mode de base Définition On transmet en mode de base, quant on transmet directement l information codée sous forme d un signal. Transmission synchrone de bits Tous les bits sont transmis calés sur une même horloge. La synchronisation se fait en régénérant le signal d horloge à la réception Exemples liaison terminal-ordinateur, quelques mètres sur paire torsadée débit de quelques Kbit/s. distance limitée par l affaiblissement du signal.

14 Codage en bande de base Le signal est transmis tel quel Pb1 : composante continue non nulle = échauffement par effet Joule Pb2 : pas de distinction entre 0 et pas de transmission

15 NRZ Le signal est transmis avec une simple transposition en tension -Résout les problèmes précédents mais désynchronisation possible sur des longues séquences identiques Dépendance vis-à-vis de la polarité

16 Si 0 alors V = 0 sur la période Si 1 alors V = alternativement A et +A sur la période Indépendant la polarité, Problème de désynchronisation et de détection de transmission

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18 XOR entre les données et l horloge Indépendant la polarité, Remarque : Manchester est le codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/ s

19 Une transition à la demi-période si 1 Une transition à la fin de la période si 0 si le bit suivant est également 0

20 Transmission modulée Problème de la transmission en bande de base : dégradation du signal. Usage limité au réseau local. Utilisation d un modem (modulateur - démodulateur) Convertisseur bande de base en : Modulation d amplitude Modulation de fréquence Modulation de phase et réciproquement on démodule

21 La modulation Définition L information codée sert à modifier un ou plusieurs des paramètres (amplitude, fréquence, phase) d un signal sinusoïdal appelé onde porteuse et représenté par : v(t) = a sin( wt + j ) Les organes qui effectuent le travail de modulation et de démodulation s appellent des modems. Les caractéristiques des modems font l objet de normes du CCITT Exemple saut de fréquence bivalent (Avis V21), porteuse f0=1750 Hz, 0 -> 1650 Hz, 1 -> 1850 Hz saut de phase tétravalent (Avis V26), 00-> 0, 01->90, 11->180, 11->270

22 Modulation d amplitude

23 Modulation de fréquence

24 Modulation de phase

25 Utilisation de la modulation Domaine d utilisation Saut de fréquence : équipement à faible vitesse ou voies à très large bande passante (faisceaux hertziens) Saut de phase et d amplitude sont souvent combinés pour des transmissions à grande vitesse sur des lignes.

26 Transmission modulée Les transmissions modulées peuvent combiner plusieurs formes de modulations simultanées. Exemple : 1 niveau de modulation d amplitude + 1 niveau de modulation de fréquence Permet de coder [0 1] en AM et [0 1] en FM. Donc un temps d horloge permet de coder 4 valeurs (00, 01, 10, 11) sur 2 bits : Dans ce cas 1 Baud = 2 bits/s.

27 Synchronisation de la transmission But assurer que le récepteur prélève l information aux instants où le signal est significatif. Il s agit donc essentiellement de synchronisation temporelle. Méthode synchrone Emetteur et récepteur disposent d un même référentiel temporel qui détermine les instants de dépôt et de prélèvement des bits. Le référentiel temporel appelé horloge est un signal de synchronisation le plus souvent fourni par l émetteur : Sur un fil spécialisé (sur une distance courte : qq. m) Grâce aux transitions du signal d information : ce qui peutnécessiter un brouilleur. Par la fréquence de la porteuse (voir modulation)

28 Exemple de transmission synchrone

29 Multiplexage Fonction : Partage d une même ligne de transmission entre plusieurs communications simultanées. Deux types de multiplexage : Fréquentiel (FDMA : Frequency division multiple access ) : répartition en fréquence, adapté aux transmissions analogiques. Temporel (TDMA : Time division multiple access ): répartition en temps, plus souple/adaptatif, uniquement pour les données numériques.

30 Multiplexage

31 Multiplexage fréquentiel

32 Multiplexage temporel Statique accès réservé - périodique. un intervalle de temps (IT) est implicitement et périodiquement réservé pour chaque canal une trame est formée d IT. Un IT au moins pour chacun des canaux Dynamique multiplexage adaptatif, le nombre d IT attribués à un canal dépend de la demande (peut être nul!), l identification IT/canal est souvent explicite. (Méthode d accès?) + souple : contrôle a priori ou a posteriori, risque de collisions! employée par les réseaux locaux.

33 Exemple : le modem ADSL ADSL : Asymetric bit rate Digital Subscriber Line. Division des signaux en 256 sous-canaux de fréquences (de 0 à 1100kHz) (technologie DMT : Discrete MultiTone). Modulation d Amplitude Quadratique (QAM) sur 4 niveaux d amplitude pour chaque canal de 4,3kHz.

34 Grandeurs caractéristiques Débit Unité : bit/s Débit nominal : vitesse de transmission du support (débit brut) Débit utile : débit nominal moins le débit affecté au contrôle de la liaison Evolution actuelle : Kbit/s á Gbit/s

35 Suite Délai Unité : s Délai de propagation : éloignement, équipements intermédiaires, vitesse de propagation Durée de transmission : quantité de données, débit Temps d aller-retour» (transmission + propagation + traitements) *2!

36 Suite Taux d erreurs Unité : BER ( Bit error rate ) probabilité qu un bit soit erroné pendant la transmission Dépend de la qualité de la transmission, de la charge du réseau, etc. Exemples : 10-3 = mauvaise liaison = réseau de faible étendue avec un support de très bonne qualité. Autres taux d erreurs : taux d erreurs du message taux d établissement de la connexion taux de disponibilité : MTBF ( Mean Time Between Failure )