Technologies xdsl Table des matières 1 Introduction 2 1.1 Une courte histoire d Internet.......................................... 2 1.2 La connexion à Internet.............................................. 3 1.3 L évolution...................................................... 3 2 Les technologies xdsl 4 2.1 Deux grandes familles............................................... 4 2.1.1 Les solutions symétriques......................................... 4 2.1.2 Les solutions asymétriques........................................ 4 2.2 Description des différentes technologies.................................... 5 2.2.1 La plus ancienne : l ADSL......................................... 5 2.2.2 La technologie symétrique : le SDSL................................... 5 2.2.3 L augmentation de portée : le ReADSL................................. 5 2.2.4 Un débit plus élevé : le ADSL2+..................................... 6 2.2.5 Un débit encore plus élevé : le VDSL.................................. 6 2.3 Conclusions..................................................... 7 2.3.1 Avantages.................................................. 7 2.3.2 Inconvénients................................................ 7 3 L ADSL : aspects techniques 8 3.1 Pourquoi l ADSL?.................................................. 8 3.2 Comment ça marche?.............................................. 9 3.3 Les équipements xdsl............................................... 12 3.3.1 Installation abonné............................................ 12 3.3.2 Installation NRA (Noeud de Raccordement d Abonnés)...................... 13 4 Conclusions 14 1
1 Introduction 1.1 Une courte histoire d Internet L histoire d Internet remonte au développement des premiers réseaux de télécommunication. L idée d un réseau informatique, permettant aux utilisateurs de différents ordinateurs de communiquer, se développa par de nombreuses étapes successives. La somme de tous ces développements conduisit au «réseau des réseaux» que nous connaissons aujourd hui en tant qu Internet. Les premières versions mettant en place ces idées apparurent à la fin des années 1950. L application pratique de ces concepts commença à la fin des années 1960. Dès les années 1980, les techniques que nous reconnaissons maintenant comme les fondements d Internet moderne commencèrent à se répandre autour du globe. Année 1958 1961 1962 1964 Évènement Les Laboratoires Bell crée le premier Modem permettant de transmettre des données binaires sur une simple ligne téléphonique. Leonard Kleinrock du Massachusetts Institute of Technology publie une première théorie sur l utilisation de la commutation de paquets pour transférer des données. Début de la recherche par ARPA, une agence du département de la Défense américain, où J.C.R. Licklider y défend avec succès ses idées relatives à un réseau global d ordinateurs. Leonard Kleinrock du MIT publie un livre sur la communication par commutation de paquets pour réaliser un réseau. 1967 Première conférence sur ARPANET 1969 Connexion des premiers ordinateurs entre 4 universités américaines via l Interface Message Processor de Leonard Kleinrock 1971 23 ordinateurs sont reliés sur ARPANET. Envoi du premier courriel par Ray Tomlinson. 1972 Naissance du InterNetworking Working Group, organisme chargé de la gestion d Internet 1973 L Angleterre et la Norvège rejoignent le réseau Internet avec chacun 1 ordinateur 1973 Définition du protocole TCP/IP 1979 Création des NewsGroups (forums de discussion) par des étudiants américains 1983 Adoption du protocole TCP/IP et du mot «Internet» 1983 Premier serveur de noms de sites 1984 1 000 ordinateurs connectés 1987 10 000 ordinateurs connectés 1989 100 000 ordinateurs inter-connectés 1990 Disparition d ARPANET 1990 Annonce publique du World Wide Web 1992 1 000 000 ordinateurs connectés 1993 Apparition du Navigateur web NCSA Mosaic 1996 36 000 000 ordinateurs connectés 2000 Explosion de la bulle internet (368 540 000 ordinateurs connectés) 2 / 14
1.2 La connexion à Internet 1.2 La connexion à Internet Le moyen le plus simple bien sûr est d utiliser un modem V90 (55,6Kbps) que l on branche à sa ligne téléphonique pour se connecter au web. Avant l arrivée des technologies xdsl, cette solution apportait de nombreux avantages mais aussi quelques inconvénients. Avantages Les lignes téléphoniques sont déjà installées dans la plupart des bâtiments, ce qui ne nécessite aucun travail particulier, donc aucun frais de ce point de vue pour l utilisateur. Les frais se limitent en fait à l achat du modem, au paiement des communications téléphoniques, et éventuellement au paiement d un abonnement à Internet. Cette facilité d installation et ce coût réduit ont fait le succès de cette formule. Inconvénients Le débit de l information est peu élevé (55,6Kbps au maximum en débit théorique) On ne peut pas téléphoner et se connecter à Internet en même temps puisque la ligne téléphonique est utilisée dans sa globalité pour accéder à Internet. Le coût des communications peut devenir très élevé si le temps de connexion est important. Pour palier à ces inconvénients, plusieurs systèmes ont été imaginés dont les technologies xdsl et parmi celles-ci l ADSL. 1.3 L évolution Le rapide développement des technologies de l information a fait apparaître de nouveaux services gourmands en capacité de transmission. L accès rapide à Internet, la vidéoconférence, l interconnexion des réseaux, le télétravail, la distribution de programmes TV, etc... font parties de ces nouveaux services multimédia que l usager désire obtenir à domicile ou au bureau. Jusqu à présent les services à hauts débits existant comme le câble coaxial ou la fibre optique n étaient pas bien adapté aux besoins réels. En effet, remplacer ou même installer des fibres optiques coûtent très chers et une connexion en câble coaxial n est pas toujours très stable. L idée d utiliser la paire torsadée semble donc la mieux adaptée puisque dans le monde plus de 800 millions de connexions de ce type sont déjà en place et qu il suffit d ajouter un équipement au central téléphonique ainsi qu une petite installation chez l utilisateur pour pouvoir accéder à l ADSL. 3 / 14
2 Les technologies xdsl 2.1 Deux grandes familles Le terme DSL ou xdsl signifie Digital Subscriber Line (Ligne numérique d abonné) et regroupe l ensemble des technologies mises en place pour un transport numérique de l information sur une simple ligne de raccordement téléphonique. Les technologies xdsl sont divisées en deux grandes familles, celle utilisant une transmission symétrique et celle utilisant une transmission asymétrique. Ces deux familles seront décrites plus loin dans ce support. 2.1.1 Les solutions symétriques La connexion s effectue au travers de paires torsadées avec un débit identique en flux montant comme en flux descendant. 2.1.2 Les solutions asymétriques En étudiant différents cas de figure, on s est aperçu qu il était possible de transmettre les données plus rapidement d un central vers un utilisateur mais que lorsque l utilisateur envoie des informations vers le central, ceux-ci sont plus sensibles aux bruits causés par des perturbations électromagnétiques car plus on se rapproche du central, plus la concentration de câble augmente et donc ces derniers génèrent plus de diaphonie. L idée est donc d utiliser un système asymétrique, en imposant un débit plus faible de l abonné vers le central. 4 / 14
2.2 Description des différentes technologies 2.2 Description des différentes technologies Nom Technologie Débit descendant Débit montant Distance max. SDSL sym. 2 Mbits/s 2 Mbits/s 2.4 Km ADSL asym. 0.5 à 9 Mbits/s 16 à 640 kbits/s 5,4 Km ReADSL asym. 0.6 à 7 Mbits/s 128 à 1024 kbits/s 5,4 Km VDSL asym. 13 à 53 Mbits/s 1,5 à 8 Mbits/s 1,5 Km VDSL sym. 30 Mbits/s 30 Mbits/s 1,5 Km VDSL2 asym. 34 à 100 Mbit/s 1.5 à 8 Mbit/s 5.4km VDSL2 sym. 50 Mbit/s 50 Mbit/s 5.4km 2.2.1 La plus ancienne : l ADSL La première version déployée dans le début des années 2000 est l ADSL Asymetric DSL : elle offre un assez bon compromis entre performances et coût, et elle est bien adaptée à une clientèle grand public. Toutefois, l ADSL présente plusieurs inconvénients : la portée maximale est d environ 5km (pour des lignes en calibre 4/10) ; certaines lignes ne sont pas éligibles le débit est limité à 8 Mbit/s, valeur maximale possible uniquement sur les lignes courtes, inférieures à 2km le débit est asymétrique : les données circulent plus rapidement vers l abonné (débit descendant) que vers l internet (débit montant). Afin de pallier ces différentes limites techniques, d autres variantes DSL ont été développées depuis. 2.2.2 La technologie symétrique : le SDSL Le SDSL Symetric DSL permet des débits symétriques. Sa portée est cependant plus réduite que celle de l ADSL : pour un débit de 2 Mbit/s, la ligne ne doit pas faire plus de 2km, contre 3,5km en ADSL. Le SDSL est donc bien adapté aux applications qui ont autant besoin d envoyer que de recevoir des données (par exemple, le fonctionnement en réseau de sites d entreprise distants), et qui ne sont pas trop éloignés du répartiteur téléphonique. Accessoirement, le SDSL est utilisé pour relier à internet des points d accès Wi-Fi, par exemple pour couvrir des zones blanches ; en ce cas le SDSL sert de lien de collecte, le Wi-Fi assurant la desserte. Les caractéristiques du SDSL et son coût en font une technologie qui vise principalement une clientèle professionnelle. 2.2.3 L augmentation de portée : le ReADSL Le ReADSL reach-extended ADSL permet d augmenter la portée du signal ADSL d environ 5 à 10%, en injectant davantage de puissance dans les bandes de fréquences les plus basses. Le débit reste toutefois très limité (offres à 512 kbit/s). Le ReADSL sert donc principalement à fournir un service minimum à des abonnés qui se trouvent juste en limite extérieure de la zone de couverture normale de l ADSL. 5 / 14
2.2 Description des différentes technologies 2.2.4 Un débit plus élevé : le ADSL2+ L ADSL2+, version améliorée de l ADSL, utilise une bande de fréquence élargie. Elle permet un débit maximal d une vingtaine de Mbit/s. Mais plus la ligne est longue, plus le gain de débit de l ADSL2+ par rapport à l ADSL se réduit (gain insignifiant à partir de 3 km en calibre 4/10), car les fréquences hautes s atténuent plus rapidement. 2.2.5 Un débit encore plus élevé : le VDSL Avec une bande de fréquence encore plus large et un encodage plus efficace, le VDSL very high bitrate DSL et le VDSL2 (portée et débit largement supérieurs) offrent des débits plus élevés, ainsi qu une possibilité de symétrie. La plupart des opérateurs européens ont annoncé des déploiements VDSL2 à grande échelle. 6 / 14
2.3 Conclusions 2.3 Conclusions 2.3.1 Avantages Ces technologies présentent un triple avantage : la conservation de l installation existante (la paire de cuivre) un accès à Internet haut débit permanent la possibilité (comme avec le câble) de téléphoner tout en surfant sur le Web Le dégroupage de la boucle locale, qui consiste à donner un accès physique aux opérateurs alternatif à la partie terminale du réseau de l opérateur historique, favorise le déploiement de ces technologies en France. 2.3.2 Inconvénients Les technologies DSL présentent cependant trois inconvénients. D une part, l abonné ne doit pas être éloigné de plus de 5,4 Km de son central téléphonique de rattachement (il faut préciser que cette distance s entend comme la distance réelle et non la distance à vol d oiseau). Cette technologie est donc réservée de fait à des zones d habitat dense. D autre part le débit est directement dépendant du trafic de la ligne, les débits sont très variables, ce qui en fait, en l état actuel du savoir-faire, une technologie destinée aux particuliers plutôt qu aux entreprises. Enfin, les débits sont, pour les versions actuellement proposées sur le marché, asymétriques, c est-à-dire qu elles sont bien adaptées à la consultation/réception de données mais beaucoup moins à l émission. 7 / 14
3 L ADSL : aspects techniques 3.1 Pourquoi l ADSL? Pour des raisons de simplicité, nous traiterons, dans ce chapitre, uniquement de la technologie ADSL. L internaute, si son endroit d habitation fait partie du réseau ADSL, peut aujourd hui bénéficier de débits théoriquement dix fois supérieurs aux débits obtenus avec le modem classique (V90 à 56 kbits/s). Ces débits sont devenus parfois indispensables tant les sites Internet sont de plus en plus «lourds» à charger (à cause des animations notamment). De plus, ils génèrent de surcroît un confort d utilisation non négligeable. L ADSL, «A» pour Asymetric, développée par le Centre national de recherche en télécommunications (Cnet, aujourd hui France Télécom R&D) fin 1970, fait partie de la famille des technologies DSL. Le but de la technologie est d augmenter les possibilités de transmissions des lignes téléphoniques afin qu elles soient capables, en plus de la voix, de véhiculer des données numériques très rapidement. Quand vous téléphonez, vous n utilisez même pas 10% des capacités des fils de cuivre de votre ligne téléphonique. En effet, il reste encore de la «place» (de la bande de passante) qui n est absolument pas exploitée! L ADSL utilise donc les 90% restants pour véhiculer des données numériques à grande vitesse. 8 / 14
3.2 Comment ça marche? 3.2 Comment ça marche? La technique de l ADSL est une technique qui permet d utiliser, sur de courtes distances, les lignes téléphoniques classiques avec un débit très supérieur à celui des normes plus classiques. L ADSL est multiplexée en FDM (Frequency Division Multiplexing), basée sur une modulation DMT (Discret Multi Tone) utilisant 256 sous-canaux, modulés indépendamment en QAM (Quadrature Amplitude Modulation) pour accélérer le débit et avec une bande passante de 1,1 MHz. Le multiplexage FDM L ADSL fonctionne en full duplex grâce à FDM, permettant de faire transiter simultanément les signaux montants et descendants accompagnés également des signaux portant la voix téléphonique. Voici l illustration de ce multiplexage dans le cas où les fréquences pour les voies montantes et descendantes ont été clairement séparées. La séparation des canaux montants et descendants s effectue par une bande suffisamment large à l aide d un multiplexage FDM de manière à éviter les phénomènes d écho. Une autre méthode peut être utilisée, c est celle de l annulation d écho. Elle consiste à mesurer en temps réel l écho produit par le signal transmis, puis à soustraire le résultat du signal de manière à annuler l écho. Modulation DMT (Discret Multi Tone) est une technique de modulation plus récente. Son principe repose sur l utilisation d un grand nombre de sous-porteuses réparties sur la bande de fréquence utilisée par le système. Pour son application à l ADSL, le spectre de fréquence compris entre 0 Hz et 1,104 MHz est divisé en 256 sous-canaux distincts espacés de 4,3125 khz. Les sous-canaux 1 à 6 sont utilisés pour la téléphonie, les sous-canaux 7 à 31 pour le flux montant, le sous-canal 32 est réservé, les sous-canaux 33 à 256 sont utilisés pour les flux descendant. 9 / 14
3.2 Comment ça marche? Dans le cas où la ligne de transmission est de bonne qualité et que l annulation d écho est en place, le maximum possible est de 15 bits/s par canal. Les zones de la bande passante pour lesquelles l atténuation du signal est importante ou le rapport signal/bruit trop faible, auront moins de bits/s d alloués afin de garantir une bonne qualité à la réception. Si la qualité est vraiment trop faible pour un canal, il peut ne pas être utilisé. Le débit maximum théorique d un tel système est donc de 15 bit/s x 4000 Hz = 60 kbit/s par canal. Chacun des 256 sous-canaux est modulé indépen- Modulation QAM (Modulation d amplitude en quadrature) damment en utilisant la technique de QAM. Chacun des canaux définis par le multiplexage DMT en ADSL est modulé en QAM sur 15 bits au maximum soit : 32768 combinaisons d amplitude et de décalage de phase sont donc nécessaires. Voici un exemple de modulation QAM sur 3 bits et sa «constellation» associé : 10 / 14
3.2 Comment ça marche? Avant tout transfert de données, une procédure de négociation (handshake) est mise en place pour mesurer la qualité de la transmission et l adapter en fonction de la ligne. On appelle cette technique «rate adaptative» (débit adapté), où l on mesure le rapport «signal/bruit». La qualité de la transmission n est pas fonction de la distance contrairement à l atténuation, mais de la qualité de la ligne car elle est capable de diminuer le débit si la qualité de la transmission se dégrade. 11 / 14
3.3 Les équipements xdsl 3.3 Les équipements xdsl 3.3.1 Installation abonné L installation du modem chez l abonné nécessite un filtre ADSL permettant la séparation des données ADSL (f > 25kHz) d une communication téléphonique (f < 4kHz). Généralement, les FAI fournissent à leurs clients une «Box tout-en-un» regroupant la fonction de modem et routeur. 12 / 14
3.3 Les équipements xdsl 3.3.2 Installation NRA (Noeud de Raccordement d Abonnés) Un NRA (Noeud de Raccordement d Abonnés) possède aussi un dispositif de filtrage permettant de diriger le flux de données numériques ADSL vers le DSLAM (Digital subscriber line access multiplexer) et la voix analogique vers le réseau RTC (Réseau Téléphonique Commuté). Un DSLAM (Digital subscriber line access multiplexer) en français Multiplexeur d accès DSL. Pour faire simple et imagé c est le modem ADSL qui est à l autre bout de la ligne de cuivre. Un DSLAM est un boîtier qui contient 500 à 1000 modems ou plutôt, qui à une capacité 500 à 1000 lignes pour les DSLAM d aujourd hui. Voici un DSLAM Huawei : Au milieu la carte contrôleur avec la fibre optique (un emplacement est disponible juste a sa droite pour une seconde carte contrôleur). Contrairement au DSLAM Alcatel, les connecteurs apportant les lignes de cuivre sont en façade. 13 / 14
4 Conclusions ADSL ou Asymetric Digital Subscriber Line désigne l utilisation de la ligne téléphonique pour accéder à internet. L internaute, en surfant à haut débit, bénéficie d un transfert d informations dix fois plus rapide que les modems classiques. Cette technologie permet de profiter pleinement des ressources offertes par Internet : jeux en réseau, vidéoconférence, téléchargements de musique sur plateforme légale, VOD, etc... Le nombre d accès à l Internet à haut et à très haut débit s élève à 25,4 millions au 30 juin 2014, et augmente d un million en un an. Le nombre d abonnements au haut débit est de 23,1 millions, et s accroit de 430 000 en un an. La technologie DSL représente 98% des accès haut débit (22,6 millions d abonnements, +1,7% en un an), mais le nombre de souscriptions aux autres modes d accès (câble, satellite, boucle locale radio, wifi) progresse également (+14,5% sur un an) pour atteindre 424 000 à la fin du trimestre. Le nombre de souscriptions aux accès au très haut débit, y compris les accès VDSL2 dont le débit est supérieur à 30 Mbits/s, atteint 2,3 millions au 30 juin 2014. 14 / 14