supports physiques, transmission...

Supports physiques,Supports physiques,Transmission physiqueTransmission physique

C. Pham

RESO-LIP/INRIA

Université Lyon 1

http://www.ens-lyon.fr/~cpham

Supports physiques, Transmission physique 2

Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

Les diffLes difféérentes catrentes catéégories de rgories de rééseauxseaux

– Les besoins et les contraintes ne sont pas du tout les mêmes d'unecatégorie à l'autre. Les LANs sont souvent sur des support enpartage,les MAN et les WAN sont plutôt point à point. La distanceinflue sur les mécanismes à mettre en oeuvre dans les protocoles.La notion de sécurité n'est plus la même etc...



Support cuivreSupport cuivre

n Paire torsadée (STP et UTP)– peu coûteuse, symétrique, écranté ou non

– très utilisée (téléphone, réseaux locaux),

– large infrastructure existante,

– débit limité (centaine de MBits/s)

n Câble coaxial– plus coûteux, asymétrique mais,

– meilleur protection contre les interférences,

– distance plus élevée et meilleur débit (1 à 2 Gbits/s sur 1 km)

4 paires de fils



Fibres optiques (1)Fibres optiques (1)

n Fibre optique– de moins en moins coûteuse, plus légères, en silice le plus

souvent, rarement en verre (atténuation). Le plastique est possible.

– environ 50km sans répéteurs.

– très haut-débit (50000 Gbits/s théorique) et très bonne fiabilité.




n Fibres optiques

– multi-mode

– à gradient d ’indice

– mono-mode

Fibre à gradient d'indice

Fibre monomode

fibre multimode (obsolete)

125m

125m

5 à 9m

50 ou 62,5 9m

50 ou 62,5 9m



Liaisons radioLiaisons radio

n Sans fils– infrastructure moins coûteuse, mais

– erreurs plus fréquentes et dépendantes des conditions climatiques.



SatellitesSatellites

– répéteurs dans le ciel, d'une base source vers une basedestination,

– possède généralement plusieurs transponder (1 transponder =plusieurs centaines de communications téléphoniques),

– faisceau large ou plus étroit (very small aperture terminals, VSATs)

– grande bande passante (>500MHz),

– plusieurs orbites disponibles,

– grande couverture géographique,

– mais délais plus grands (250 a 300 ms) et,

– coût élévé par équipement.BANDES FREQUENCES

BANDE C 4/6 GHz

BANDE KU 11/14 GHz

BANDE Ka 20/30 GHz

60 GHz = Fréquence d’échange entre satellites. Il y a environ 1000 Satellites.



Satellites (suite)Satellites (suite)

Iridium, 66 satellitesInitialement 77



PRIX DE FABRICATION D’UN SATELLITE : 150 000 à 500 000 F / Kg. COUT DE LANCEMENT : 100 000F LE KG EN LEO.

400 000 F LE KG GEO.

PRIX D’UNE FUSEE : ARIANE 1 à 4 : 15 000 MFARIANE 5 : 40 000 MF

PRIX DE REVIENT D’UNE MINUTE DE TELEPHONE.

• SATELLITE 300 MF• LANCEMENT 300 MF• FONCTIONNEMENT 400 MF• TOTAL 1 000 MF

Capacité d’un satellite = 18 000 lignes = 100 Milliards de

Minutes disponibles sur 10 ans.Le coût d’une minute : 10 centimes .

Les coLes coûûts dts d’’un satelliteun satellite



Le spectre Le spectre éélectromagnlectromagnéétiquetique



PhPhéénomnomèènes indnes indéésirables (1)sirables (1)

n Atténuation– affaiblissement de l'amplitude du signal, en fonction de la distance

généralement. L'atténuation augmente quand la fréquenceaugmente.

– Atténuation = 10log10(Pt/Pr) (en dB), Pi en watts

– ∅Gain = 10log10(Pr/Pt)

– si plusieurs sections d'atténuation/gain différents, on peut lessommer:

a=16dB g=20dB a=10dB400mW ??




n Perturbations entre 2 paires d'un même câble (NEXT:Near End Crosstalk)




n Bande passante limitée– Pour un matériau donné les fréquences de 0 à f peuvent être

raisonnablement véhiculées sans subir de distorsion trop grande.C'est la bande passante.

– Les composantes d'un signal périodique ne seront donc pastransmis de la même manière.

n Distorsion temporelle– La vitesse de propagation d'un signal sinusoïdale varie en fonction

de la fréquence.

– Les composantes d'un signal périodique n'arriveront donc pas enmême temps.

– ∅interférence entre symboles

– ∅eye diagram



Eye diagramEye diagram




n Bruit– Chaque support introduit des perturbations électriques qui font que

même en l'absence de signal, il y a des signaux parasites. C'est lebruit de la ligne.

– On utilise le rapport S/N (signal reçu à bruit, SNR) en lecaractérisant par SNR=10log10(S/N) dB

– Le théorème de Shannon-Hartley donne le débit maximum sur uneligne bruité (S et N en watts, W en Hz, C en bits/s):

( )NSWC += 1log2



Ce qui en rCe qui en réésultesulte……



Informations analogiques et numInformations analogiques et numéériquesriques

n Analogique– En analogique, les informations sont représentées par des niveaux

de valeurs continus, proportionnels à la valeur de l'information. Latransmission de ces information se fait directement sur le supportphysique. Ex: Micros, photographie sur négatif.

n Numérique– Seulement un nombre faible de niveaux est utilisé. On doit d'abord

échantillonner le signal analogique pour obtenir une représentationnumérique. On transmet alors ces échantillons sur le supportphysique en utilisant le codage binaire pour n'utiliser que lesvaleurs pré-définies de voltages. Ex. +5 volts et -5 volts pour les 1et les 0.

n Question: Le télégraphe est-il un système analogiqueou numérique?



Avantages et inconvAvantages et inconvéénientsnients

n Analogique– Informations complètes, pas de perte dues à l'échantillonnage.

n Numérique– Facilité de regénérer le signal, de le retravailler.

– Détection et corrections des erreurs possibles.

– Possibilité de mixer plusieurs types de données (voix,images,données...)

– Des débits plus élevés peuvent être obtenus avec lesinfrastructures existante.



ElElééments de transmission de donnments de transmission de donnééee

n Chaque support de transmission permet un certainnombre de changement d'états par seconde (rapiditéde modulation, Rm) exprimé en baud. 1 baud necorrespond pas forcément à 1 bit. Avec des schémasde codage complexe, 1 baud peut coder plusieursbits.

n Le débit binaire est directement relié à la rapidité demodulation:– quel est le débit binaire avec 2 niveaux de valeur?

– quel est le débit binaire avec 4 niveaux de valeur?



Transmission entre Transmission entre ééquipements voisinsquipements voisins



Transmission en bande de baseTransmission en bande de base

n En bande de base, les 0 et les 1 binaires sontdirectement représentés par des valeurs de tensions.L'avantage est la simplicité, mais les distances sontlimitées à quelques kilomètres.

– NRZ: les 1 sont codés par une tension positive, les 0 par l'opposé.Pas d'horloge véhiculée, problème de synchronisation.

– Manchester: Transition au milieu de chaque bit. Les 0 sont codéspar un front montant, les 1 par un front descendant.Synchronisation.

– Manchester Différentiel: Les transitions ne codent que l'horloge.Les bits sont codés par la présence (0) ou l'absence de transition(1) en début. Pas de polarité.



Exemple de codage en base de baseExemple de codage en base de base



Autres exemples de codages en bande de baseAutres exemples de codages en bande de base

– Manchester avec "non_data"• Token Ring• Délimiteurs J (bas) et K (haut)

– "bande porteuse"(carrier band)= MFM modulation defréquence modifiée)

• MiniMAP

– Codage de bloc xB/yB• FDDI, FastEthernet, 100VG-

AnyLAN, etc.• x bits de données sur y signaux par

table– 0 à F - "0" et "1" logiques– Idle, Halt, Quiet– Délimiteurs J,K,L,T

• NRZI (inversé)– un zéro provoque un changement– que donne la séquence 10011101?

1 1 1 1 10 0 0 0 J JK

Horloge

Symbole

Données

Codage "JK"

Symbole 1 Symbole 8

0 1 0 0 1 0 01 1 0

Codage 4B/5B (FDDI)

1 0 01 Délimiteur

Carrier Band



Exemple, 4B/5B (FDDI)Exemple, 4B/5B (FDDI)

n Chaque groupe de 4 bits est transforméen un groupe de 5 bits avec unencodeur ∅pas plus de deux 0 de suite.

n Ensuite en code en NRZI

n On peut ajouter des symboles en plus

111011111

111001110

110111101

110101100

101111011

101101010

100111001

100101000

011110111

011100110

111100000

010010001

010110101

010100100

101010011

101000010

00000QUIET

00100HALT

11001S

00111R

01101T

10001K

11000J

11111IDLE



Type Type mBnLmBnL

n m bits représentés par n modulations à L niveaux

n Ex:– 4B3T∅4 bits représentés par 3 modulations à 3 niveaux (T comme

ternary)

– 8B6T∅8 bits représentés par 6 modulations à 3 niveaux

n On obtient ainsi une réduction de 1/4 sur le débit enbauds avec 4B3T.



Transmission sur de plus longues distancesTransmission sur de plus longues distances

n Pour les longues distances,– on utilise le large bande qui utilise les théories de Fourier sur la

décomposition d'un signal périodique en sommes de sinusoïdes etcosinusoïdes.

n La bande passante limite directement le débit que l'onpeut injecter sur un support.– Le théorème de Nyquist (en 1924) stipule pour un support sans

bruit la relation suivante: Débit max = 2Hlog2V bits/s

n Un canal de H=3KHz ne pourra donc pas véhiculerplus de 6000 bits/s (V=2 pour des niveaux binaires).



NNéécessitcessitéé d'un modem d'un modem



Transmission en large bande (Transmission en large bande (broadbandbroadband))

n 4 types de modulation– amplitude

– fréquence

– phase

– combiné amplitude+phase

n Avantages– Plusieurs canaux de transmission sur le même support

• de Données

• de Signaux vidéo analogiques



Modulation combinModulation combinééee

n Modulation sur porteuse sinusoïdale (modems etremodulateurs)

n Modulation combinée: Amplitude sans porteuse +Phase– S(t) = A0s1(t) Sin (2pF0t + f0 + k s2(t))

– Séparation des signaux

– Emis porteuse Fe

– Reçus porteuse Fr

– Fe - Fr = 192,5 Mhz

– RemodulateurModem

Station

Modem

Station

Modem

Station

Remodulateur273Mhz

80,75Mhz



Exemple de modulation sinusoExemple de modulation sinusoïïdaledale



Modulation plus complexeModulation plus complexe



Le multiplexageLe multiplexage

n Lorsque plusieurs circuits de données existent enparallèle entre deux points, il peut être intéressant deconcentrer les données dans une voie à fort débit afinde maximiser le taux d'utilisation des lignes.

n On utilise le multiplexage dans les réseaux grandedistance car généralement on va utiliser une ligne trèshaut-débit pour transporter les données.

n On s'intéresse alors à l'aptitude à mélanger lesmessages de données de types différents (voix,données...)



FrequencyFrequency Division Division MultiplexingMultiplexing

n FDM



Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing

n TDM (exemple de trame T1)



Le multiplexage sur fibre optiqueLe multiplexage sur fibre optique

n Wave-length Division Multiplexing– mettre sur une même fibre plusieurs canaux de données, en

utilisant différentes longueurs d’onde (couleurs).

1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

2

1

1.5

0.5Longueur d ’onde en nm

Atté

nuat

ion

en d

b/km



Principes du WDMPrincipes du WDM

WDM(Wavelength Division Multiplexing).

>1nm

DWDM(Dense Wavelength DivisionMultiplexing).

< 0,1 nm

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