Réseaux S. Vialle 2 Supports de communication & codages Problématique des supports Les différents types de supports Transmission des données Bilan des supports et transmissions 1 Réseaux Problématique des supports 2 1
Supports : Problématique Sans supports de communication point de réseaux!! Il existe des standards (ex: UTP-5) mais ils ont une histoire (une logique) : Quelles sont les caractéristiques essentielles d un support? Quels supports existent? Comment exploiter au mieux un support? Comprendre les supports pour comprendre les choix et les limites 3 Supports : Problématique Caractéristiques essentielles d un support de communication: Débit supporté Distances min et max Coût (install & maintenance) Nombre de nœuds supportés Encombrement (câbles) Facilité d installation Résistance aux interférences Types de supports existants: Câbles coaxiaux Câbles en paires torsadées (blindées ou non-blindées) Fibre Optique Liaisons hertziennes (et satellites) Liaisons InfraRouge 4 2
Supports : Problématique Débit numérique et bande passante analogique: support Si on n utilise qu un seul support à la fois, alors la Bw (analogique) et le théorème de Shanon impose une première limitation au débit (numérique) D = Bw.log (1 S / N) bit / s Hz 2 + (S/N = Signal/Bruit) 5 Supports : Problématique Exploitation optimum d un support: Possibilité d utilisation parallèle de plusieurs supports (ex: plusieurs paire torsadées à la fois) Un support Plusieurs codages possibles de l information: fonction de la nature des informations fonction du nombre de supports utilisés fonction de la qualité du support (rapport signal/bruit) On peut optimiser fortement l utilisation d un support Ex: 1Mbit/s sur paire torsadée non blindée: >1MHz nécessaire impossible! Utilisation de 4 paires simultanées avec un codage adapté 65 MHz par paire suffit! 1Mbit/s possible en paire torsadée non blindée! 6 3
Supports : Problématique Un support = un débit nominal une distance + maximale + un coût + une aptitude à l environnement Bw analogique supportée Codage utilisé et utilisable Faible atténuation Faible sensibilité aux perturbations Nombreux facteurs: Quel(s) critères privilégier? Comment faire un choix?. Matériaux Procédé de fabrication Quantités fabriquées Résister aux agressions naturelles Résister aux perturbations électromag. Résister aux malveillances 7 Supports : Problématique Un support = un débit nominal une distance + maximale + un coût + une aptitude à l environnement Comment faire un choix? La distance est souvent le critère primordial: Distance donnée Techno. fournissant le débit voulu Choix éco. Crée la différence entre LAN et WAN! 8 4
Réseaux Les différents types de supports 9 Supports : Différents types 1 - Câbles coaxiaux : Premiers câbles utilisés élaboration d Ethernet La tresse/blindage est une masse : un seul signal par câble Caractéristiques des câbles coaxiaux: Impédance du câble Diamètre du câble Atténuation distance de transmission Basé sur des propagations d ondes Conséquences: Relations claires (mathématiques) entre caractéristiques et propriétés 1 5
Supports : Différents types 1 - Câbles coaxiaux : Deux normes de câbles coaxiaux : câbles fins (thinnet) : -5W, 185m maximum, 6mm - relient les postes de travail - 1 Mbit/s - raccordement simple pas de hub! câbles épais (thicknet) : -5W, 5m maximum, 12mm - servent de dorsale -1 Mbit/s - raccordement complexe: -chers! Autres normes, mais très peu utilisées 11 Supports : Différents types 1 - Câbles coaxiaux : Bilan : Propriétés bien maîtrisées (propagations d ondes) Bonne isolation entre câbles (pas de diaphonie) Bonnes longueurs de transmission Raccordement par prise en «T»: résiste au piratage Bande passante limitée par la physique Difficiles à installer manque de souplesse encombrant On n utilise qu un seul câble à la fois par signal On est limité à 1 Mbit/s Possibilités d évolution? abandon progressif 12 6
Supports : Différents types 2 - Câbles en paires torsadées : Caractéristiques des câbles en paires torsadées : Nombre de paires par câble Bw analogique Qualité du conducteur Qualité de la torsade Non blindés (UTP) Blindés (STP, FTP, SFTP) Blindés par paire Impédance du câble Affaiblissement du câble Encombrement Flexibilité Propriétés déduites: Résistance à la diaphonie? Résistance aux perturbations extérieures? Faible résistance au piratage : dérivation très facile à faire!!! Relations multiples entre caractéristiques et propriétés 13 Supports : Différents types 2 - Câbles en paires torsadées : Exemple de relation entre caractéristiques et propriétés : Blindage mieux résistant à la diaphonie mieux résistant aux perturbations extérieures mieux résistant au piratage plus cher plus encombrant moins flexible passage de moins de câbles si mauvaise mise à la masse : fait antenne!!! Impédance élevée limite l atténuation augmente le diamètre du câble (encombrement) diminue la flexibilité Des standards/compromis sont apparus 14 7
Supports : Différents types 2 - Câbles en paires torsadées : Apparition de standards : UTP-Catégorie1 : ligne téléphoniques (analogiques) UTP-Catégorie2 : transfert à 4 Mbit/s (abandonné) UTP-Catégorie3 : transfert à 1 Mbit/s (min pour Eth 1BaseT) UTP-Catégorie4 : transfert à 16 Mbit/s (abandonné) UTP-Catégorie5 : transfert à 1 Mbit/s (1m) Très utilisé STP ou FTP : peu de différence avec UTP jusqu à 1 Mbit/s Victoire de l UTP-Catégorie5 pour Fast-Ethernet et ATM STP/FTP/SFTP-Catégorie6 : STP: blindage par tresse, FTP: blindage par feuillard (écran) SFTP: protégé contre plus de fréquences parasites SFTP-6 utilisé pour Gigabit-Ethernet STP-6 sur de courtes distances!! Et même UTP-5e!! 15 Supports : Différents types 2 - Câbles en paires torsadées : Exemple de comparaison de prix UTP-5 / SFTP-6 : Fast-Ethernet Unshielded Twisted-Pair Patch Cable (UTP) Cat. 5E -1.5 ft. $.95 Gigabit-Ethernet Entre 4.1 et 9.5 fois plus cher!! Shielded Patch Cable, (SFTP) Cat.6-1.5 ft. List Price: $9. Our Price: $3.95 16 8
Supports : Différents types 3 Fibres optiques : Support avec un grand potentiel et de moins en moins cher Caractéristiques : Débit actuel : 1Mbit/s à 2Gbit/s Débit potentiel : 1Tbit/s!!! Distance de transmission: - Monomode (+cher) : 1km WAN - Multimode ( cher) : qques km LAN - Résiste aux perturbations et aux piratages - Passe la voix, la vidéo, les données numériques Prix: En diminution (sur LAN @ paire torsadée) support plein d avenir!! 17 3 Fibres optiques : Supports : Différents types LAN WAN 18 9
Supports : Différents types 4 Liaisons radio : Espace radio réglementé!!! Déploiement de réseaux sans fils autorisé à : 13, 23 et 38 GHz Techniques actuelles : 13, 23 et 38 GHz! 8 Mb/s A court terme : 26 GHz! 15 Mb/s A plus long terme : > 15 Mb/s (modulations plus sophistiquées) Moins d efforts de câblage Sensible aux perturbations électromagnétiques A mettre à jour En pleine expansion sur les LAN 19 Supports : Différents types 5 - Liaisons infrarouge : Source: diodes ou laser Spectre de 3mm à.8mm 1 Mb/s 2 Km + insensible aux interférences radio + pas de réservation de fréquence!!! sensible aux perturbations atmosphériques nécessité de vue directe (sans obstacles, problème de visée) A mettre à jour Entre machines et/ou périphériques Entre bâtiments proche en visée directe 2 1
Réseaux Transmission des données 21 Trans. des données : Méthodes Transmission des données : 1111 1111 Valeurs numériques transmises sous forme de niveaux analogiques maintenues constants pendant Dt Bande de fréquences utilisée: [;F] («bande de base») Codage «en ligne»ou Codage «complet» + «en ligne» Valeurs numériques transmises sous forme de modulation(s) de fréquences porteuse(s) Bande de fréquence utilisée: [F;F1] («bande large») Codage «par modulation» 22 11
Codages en ligne : Codage binaire naturel : v, 1 V Le plus simple Beaucoup de pbs 1 V Codage NRZ (Non Return to Zero) : -V, 1 1 v ï pas de signal Détection simple de signal Augmente l amplitude du signal -V 23 Codages en ligne : Codage NRZI (Non Return to Zero Inverted) : changement de niveau ( ou V) 1 pas de changement v ï pas de signal + Détection simple de signal + Insensible aux éventuelles inversions de polarité (croisement de fils!) Longues suite de niveaux ou 1 possibles désynchronisation possible entre émetteur et récepteur solution par codage complet (en amont), voir plus loin Pb de composante continue (gamme de fréquence) 1 -V NRZI ou NRZ différentiel 24 12
Codages en ligne : Codage NRZI (Non Return to Zero Inverted) : 1 Composante continue -V Sur certains support on ne peut pas transmettre dans une gamme [, F], ni sur une gamme trop étendue Décomposition en fréquence du signal transmis 25 Codages en ligne : Codage Manchester : Provoquer une transition du signal pour chaque bit transmis : - Transition en milieu de bit h - passage de -V à -1 passage de à V Rmq : Transition en milieu de bit : en milieu de période d horloge simple XOR avec l horloge 1 -V Performances : 26 13
Codages en ligne : Codage Manchester : + détection facile de signal (v) 1 -V + pas de composante continue (valeur moyenne nulle) + signal sur changement de niveau plus résistant aux parasites qu un signal sur niveau : même abîmé un changement de niveau se détecte + synchro émetteur-récepteur aisée (transition à chaque bit) sensible aux inversions de polarité (de fils) sur la ligne h 27 Codages en ligne : Codage Manchester différentiel : Provoquer une transition du signal pour chaque bit transmis & changement de transition si bit à : - Transition en milieu de bit -1 même transition que précédemment - transition inverse de la précédente Performances : h 1 -V 28 14
Codages en ligne : Codage Manchester différentiel : + détection facile de signal (v) + pas de composante continue (valeur moyenne nulle) + signal sur changement de niveau plus résistant aux parasites qu un signal sur niveau : même abîmé un changement de niveau se détecte + synchro émetteur-récepteur aisée (transition à chaque bit) + insensible aux inversions de polarité (de fils) sur la ligne h 1 -V demande une bande passante élevée 29 Codages en ligne : Codage Manchester différentiel : demande une bande passante encore élevée : h 1 -V Bw nécessaire double du débit numérique Débit numérique 1Mbit/s ï Bande passante 2µ1MHz Inutilisable pour du Giga-bit/s!! Codages complets 3 15
Codages en ligne : Comparaison des bandes de fréquences Horloge Données 1 NRZ -V Manchester (Biphase) -V Manchester différentiel -V Miller -V Bipolaire -V 31 Codages complets (pour augmenter encore les débits) : n bits Codage en ligne Signal numérique posant problème Codage n bits complet : m bits Codage transcodage en ligne Signal numérique plus adaptée au support On transcode le signal pour obtenir une suite de valeurs numérique plus adaptée au codage en ligne et au support 32 16
Codages complets : n bits Codage complet : transcodage m bits (m < n) et codage en ligne à plus de 2 niveaux logiques (m > n) et codage en ligne de signaux «plus favorables» Deux grandes familles 33 Codages complets : - Exemple n m > n : le «4B5B» 4 bits de valeurs quelconques 5 bits avec au max deux consécutifs Codage en ligne par NRZI (les provoquent les basculements) Peu de basculements Fréquence (Bw) nécessaire moins haute Fast-Ethernet : 1Mbit/s 62.5MHz (1BaseFX) 34 17
Codages complets : - Exemple n m < n : le «2B1Q» 2 Bits codés sur 1 signal Quaternaire Fréquence (Bw) nécessaire : moitié de la fréquence initiale Exemples: RNIS/ISDN, HDSL 35 Codages par modulation : Motivation: récupération des lignes téléphoniques dans les «boucles locales» La gamme [; 3.4KHz] est prise par la voix Transmission en «bande de base» impossible Utilisation de gammes de fréquences plus élevées Utilisation de porteuses et de techniques de modulation Principe de base: modulation en phase et en amplitude (QAM) Principales techniques de mise en œuvre: Discret MultiTone (DMT) Carrierless Amplitude/Phase (CAP) 36 18
Codages par modulation : modulation QAM DMT CAP 37 Codages par modulation : DMT (Discret MultiTone) 256 porteuses de 4.3KHz de large Modulations QAM indépendantes 64.7Kb/s par porteuse Sur 1 paire torsadée cuivrée 3dB max 16KHz 2KHz Télephone et signal. Fréquences montantes Fréquences descendantes 1.1MHz 38 19
Codages par modulation : DMT (Discret MultiTone) -DMTest le codage normalisé de l ADSL - DMT a nécessité : - des algorithmes de traitement de signal plus poussés - donc une puissance de calcul accrue finalement obtenue (loi de Moore) - DMT sépare les flux de communication en 3 groupes : - voix et signalisation (groupe POTS) : à 16 khz - flux usager réseau (flux montants) : 26-138 khz - flux usager réseau (flux descendant) : 138-113 khz 39 Codages par modulation : DMT (Discret MultiTone) Cas d une paire torsadée dans un câble de 24 paires Elimination automatique des canaux trop atténués Avec l interférence d une station de radio interférence Élimination automatique des canaux perturbés DMT/ADSL peut s adapter à la qualité de la ligne DMT/ADSL peut fonctionner même sur les vielles lignes 4 2
Codages par modulation : DMT (Discret MultiTone) - Utilisation simultanée de n canaux de petits débits: Un pic de bruit est réparti sur tous les canaux Meilleure immunité au bruit de chaque canal - Débits obtenus sur une paire torsadée cuivrée : 1 MHz analogique (th) Plusieurs Mb/s en cumulant les modulations Distance.9 km 2.7 km 3.6 km 4.5 km Débit montant.8 Mb/s.64 Mb/s.64 Mb/s.64 Mb/s Débit descendant 8 Mb/s 6 Mb/s 4 Mb/s 2 Mb/s 41 Codages par modulation : CAP (Carrierless Amplitude/Phase) - Autre modulation QAM (amplitude et phase) - Découpage de la Bw disponible en 3 parties: 4KHz téléphone f1 f1 low high fréquence montantes f2 low fréquence descendantes f2 high - Mais pas de subdivision plus fine des gammes: une transmission CAP utilise une «constellation» de fréq. - Adaptativité de CAP : variation de la Bw utilisée 42 21
Réseaux Bilan des supports et transmissions 43 Support & Transmission : Bilan Exemples de couples support-codage en «bande de base»: Réseau Ethernet 82.3 Token-Ring 82.5 1bTx 1bT 1bLX,SX,CX FDDI ATM 155 ATM 622 Câble Cuivre Fibre optique Paire torsadée Fibre optique Paire torsadée Paire torsadée Fibre optique Paire torsadée Fibre optique Paire torsadée Fibre optique Fibre optique - - Codage complet 4B/5B 8B/1B 8B/1B 4B/5B 8B/1B 8B/1B Codage en ligne Manchester Manchester différentiel NRZI CAP16 NRZ MLT-3 NRZI NRZI CAP16 44 22
Support & Transmission : Bilan Principaux codage xdsl (boucle locale) : 2B/1Q, CAP ou DMT 2B/1Q-bande de base DMT-modulation DMT ou CAP?? pas encore normalisé abandonné/poursuivi? 45 23