27/09/11. Réseaux et Protocoles. L3 informatique UdS. Chapitre 2 La couche physique. La couche physique : principe. La couche physique : principe (2)

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1 Chapitre 2 La couche physique Plan Transmission du signal affaiblissement, bande passante, bruit, débit maximal Codage, modulation, synchronisation Multiplexage Supports de transmission 2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 1 La couche physique : principe Comment transmettre des informations Emetteur canal Récepteur 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) 2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 2 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

2 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) : 2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 4 Série de Fourier g(t) = 1/2 c + (a n sin (2πnft) + b n cos (2πnft)) n 1 f = 1/T fréquence fondamentale du signal g(t) c représente la composante continue a n et b n 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, a n b n et c peuvent se calculer en fonction de g(t) 2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 5 Calcul des coefficients T a n = 2/T g(t) sin(2πnft)dt 0 T b n = 2/T g(t) cos(2πnft)dt 0 T c = 2/T g(t) dt Réseaux et Protocoles Chap

3 Exemple (Tanenbaum Chap 2.1.2) Transmettre 1 octet («b» en ASCII) 2011 Réseaux et Protocoles Chap. 2 7 a n = (cos (πn /4) - cos (3πn /4) + cos(6πn /4) - cos (7πn /4))/πn b n = (sin (3π n /4) - sin (πn /4) + sin(7πn /4) - sin (6π n /4))/πn c = 3/4 Première harmonique ( n = 1) a 1 = 2 /2*π b 1 = (1-2 /2 )/π harmo1(t) = 3/8 + a 1 sin (2πft) + b 1 cos (2πft) 2011 Réseaux et Protocoles Chap harmonique 2011 Réseaux et Protocoles Chap

4 2 harmoniques 2011 Réseaux et Protocoles Chap harmoniques 2011 Réseaux et Protocoles Chap harmoniques 2011 Réseaux et Protocoles Chap

5 16 harmoniques 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 f c, dite fréquence de coupure. Fréquences > f c 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

6 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] 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 > : aucune harmonique reçue Conclusion: limiter la largeur de la bande passante limite le débit binaire maximum sur un canal 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 = bit par moment élémentaire T = 1 µs, Δ = 0,5 µs, D = 10 6 b/s, R = 2D = 2*10 6 bauds 2 moments élémentaires par bit (ex code Manchester) T= 1 µs, Δ = 8 µs, D = 10 6 b/s, R = D/8 = 1, bauds 8 bits par moment élémentaire code à 2 8 = 256 niveaux 2011 Réseaux et Protocoles Chap

7 1.5. Théorème d échantillonnage Claude Shannon, Harry Nyquist Théorème : R max = 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 : D max = 2H log 2 V Exemple : BP du canal = Hz, V=2 (signal bivalent) => D max = b/s V=4 (signal quadrivalent) => D max = b s signal multivalent : optimisation de l utilisation de la bande passante D max est-il limité? 2011 Réseaux et Protocoles Chap Débit maximum d un canal (2) Cas des canaux bruités : S/N : rapport signal sur bruit S : énergie du signal N : énergie des bruits et parasites exprimé en décibels : 10 log 10 S/N (db) Exemple : S/N = 10 => 10 db S/N = 1000 => 30 db Th de Shannon : D max = H*log 2 (1 + S/N) (max théorique) Exemple : Pour H= Hz S/N = 30dB => D max ~ 30Kb/s, S/N = 10dB => D max ~ 10Kb/s 2011 Réseaux et Protocoles Chap

8 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 log 10 Pe/Pr Pe : puissance du signal émis Pr : puissance du signal reçu Exemple : affaiblissement de 3 db : 10 log 10 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap Transmission en bande de base code NRZ (Non Retour à Zéro) 2 niveaux : 1 codé +a, 0 codé -a Pendant t [0, T B ] (T B = durée bit = Δ ) +a -a 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

9 2.1. Transmission en bande de base (2) code biphase ou Manchester 1 -> +a t [0, T B /2 ], -a t [T B /2, T B ] 0 -> -a t [0, T B /2 ], +a t [T B /2, T B ] Δ = T B / a -a T B = 2Δ 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 a -a T B = 2Δ 2011 Réseaux et Protocoles Chap Transmission en bande de base (3) Code bipolaire 3 niveaux -a, 0, +a Δ = T B 0 codé 0 t [0, T B ] 1 codé alternativement +a, -a Problème synchronisation si longues suites de 0 +a 0 -a a 0 -a T B = Δ T B = Δ 2011 Réseaux et Protocoles Chap

10 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 +a 0 -a T B = Δ 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 f 0 t + φ) A est l amplitude de la porteuse f 0 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, f 0, φ 2011 Réseaux et Protocoles Chap

11 2.2. Transmission en large bande (2) Modulation d amplitude. Ex : 1 -> A sin (2π f 0 t ) t [0, T B ] 0 -> A/2 sin (2π f 0 t ) Inconvénient : l amplitude est sensible aux bruits Modulation de fréquence. Ex : 1 -> A sin (2π f 0 t ) t [0, T B ] 0 -> A sin (2π f 1 t ) Inconvénient : s étale davantage sur la bande passante 2011 Réseaux et Protocoles Chap Transmission en large bande (3) Modulation de phase 1 -> A sin (2π f 0 t ) 0 -> A sin (2π f 0 t + π) très utilisée dans la transmission de données binaires Modulation combinée les modems élaborés permettent de regrouper n bits par (=> signal de valence 2 n ) exemple : 8 niveaux phase et 2 niveaux amplitude valence 16, 4 bits par moment (D = 4 R) 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 b/s rapidité de modulation 3200 bauds (valence 2 9 ) modulation de phase + amplitude transmission synchrone, exploitation full duplex 2011 Réseaux et Protocoles Chap

12 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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, H R 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 / => 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) Horloge Données NRZ Données Manchester 2011 Réseaux et Protocoles Chap

13 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) 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 permet de décoder les informations même si les premiers bits sont perdus 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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) 2011 Réseaux et Protocoles Chap

14 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 d i / D d i : débit utile de la i ème voie basse vitesse D : débit maximum sur la voie haute vitesse e < 1 : cas du multiplexage statique e 1 : cas du multiplexage statistique MUX VHV VBV 1 MUX VBV n 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 f i pour chaque voie basse vitesse i Ex en modulation de fréquence : 0, 1 de la voie i codés par f i + Δ f, f i - 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 khz 60 voies Gr. tertiaire = 5 groupes secondaires, 300 voies Gr. quaternaire = 3 gr. tertiaires, 900 voies 2011 Réseaux et Protocoles Chap

15 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 MHz (idem descendant) DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Fibre optique Fréquence <=> longueur d onde λ Ex: 160 λ à 2,4 Gb/s 2011 Réseaux et Protocoles Chap GSM Fréquences GSM (en 900 MHz) F u (n) = 890, 2 + 0, 2 (n - 1) MHz F d (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» 2011 Réseaux et Protocoles Chap Multiplexage temporel 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 λ i bits, avec Σ λ i = L Débit VBV i = 1 slot par trame = λ i * D/L slot trame Réseaux et Protocoles Chap

16 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 log 2 V ( V = 2 8 = 256) le débit normalisé sur la voie haute vitesse est : 2,048 Mb/s (32 * ) 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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) 2011 Réseaux et Protocoles Chap

17 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 d i moyen < D HV < d i max Rem : pour des applications informatiques, en général : d i moyen << d i max 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap Multiplexage temporel statistique (3) Multiplexage dans les réseaux à commutation de paquets ou de trames Possibilité que d i max = D HV pas de distinction VHV VBV Tant que d i moyen < D HV Capacité mémoire importante Ex : Commutateur de trames ethernet Routeurs paquets IP 2011 Réseaux et Protocoles Chap

18 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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, ) 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

19 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap Ex : câble 4 paires torsadées Source : wikipedia Prise RJ Réseaux et Protocoles Chap PC câblage systématique prise bureau local câblage/brassage Câblage fixe Commutateur routeur rocade 2011 Réseaux et Protocoles Chap

20 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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) 2011 Réseaux et Protocoles Chap Fibres optiques (1) bits transmis sous forme d impulsions lumineuses : 1 : impulsion, 0 : absence d impulsion lumière : onde de fréquence ~ 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

21 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 coeur gaine 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap Fibres optiques (3) Exemple de connecteurs optiques : ST et SC Source Wikipédia 2011 Réseaux et Protocoles Chap

22 6.4. Ondes sans support (1) Transmission sans fil ondes radioélectriques ou lumineuses suivant fréquence 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap Ondes sans support (2) Faisceaux hertziens ondes électromagnétiques de courte longueur d onde (microondes) 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 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap 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 2011 Réseaux et Protocoles Chap

23 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) 2011 Réseaux et Protocoles Chap