RSX101 Réseaux et Télécommunications Diaporama séance 03 Niveau Physique (1) Révision...

RSX101Réseaux et Télécommunications

RSX101Réseaux et Télécommunications

Diaporama séance 03

Niveau Physique (1)

Révision AJean-Claude KOCH

GénéralitésGénéralités

RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK 3

Pour mémoire (?) :Pour mémoire (?) :

• Les multiples et sous-multiples de 103 et 10-3

103 kilo 10-3 milli

106 mega 10-6 micro

109 giga 10-9 nano

1012 tera 10-12 pico

1015 peta 10-15 femto

1018 exa 10-18 atto

1021 zetta 10-21 zepto

1024 yotta 10-24 yocto

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Positionnement de la couche PhysiquePositionnement de la couche Physique

• C’est elle qui va permettre de véhiculer les signaux pour un médium donné

• La couche physique sera donc directement dépendante du support mis en œuvre

• Elle doit être considérée comme placée hiérarchiquement «au-dessus» du support physique (ou médium)

• La couche physique étant normalisée de niveau 1, les média seront considérés comme étant de niveau « 0 » - dénomination personnelle non utilisée par ailleurs!-

Note : Nous respecterons le « latinisme » du mot « médium » qui fait au pluriel « média »

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TYPES de SUPPORTS :

– Filaires

– Hertziens

– Fibre optiques

TOPOLOGIES et CABLAGE

TYPES de PORTEUSES

- Électrique

– Électro-magnétique

– Lumineuse

INCIDENCES SPÉCIFIQUES

– Vitesse de propagation

– Bruit

– Distorsion

Spécificités liées aux média

COUCHE » 0 » : Niveau MÉDIUMCOUCHE » 0 » : Niveau MÉDIUM

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Le SUPPORT PHYSIQUEou « médium »

Le SUPPORT PHYSIQUEou « médium »

SOURCEDe Données

PUITSDe Données

Emetteur Récepteur

MÉDIUM de TRANSMISSION

Bruit Distorsion Affaiblissement

Un peu de physique…Un peu de physique…

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Remarques concernant ce niveau…Remarques concernant ce niveau…

• Comme le nom le désigne, nous sommes dans un univers physique… et la physique y joue un rôle important pour la compréhension de ce qui se passe à ce niveau.

. . .

• Une brève évocation de quelques concepts fondamentaux rafraîchira la mémoire… de ceux qui les ont appris un jour. Pour les autres, inutile de vous acharner!

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VITESSE de PROPAGATION (CÉLÉRITÉ): métre/seconde

Vitesse propagation lumière dans la vide (Célérité)

C = 3 x 108 m/s

Première mesure en 1849 par Hippolyte FIZEAU

COEFFICIENT de CÉLÉRITÉ:

Rapport entre la vitesse de propagation des signaux dans le média et celle de la lumière dans le vide .

Exemples : I(p) = 0.6 pour la paire torsadée

= 0.7 pour le coaxial

= 0.85 pour la fibre monomode

Grandeurs caractéristiques (1)Grandeurs caractéristiques (1)

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1 secondefréquence = 10 hz

période = 1 ms

fréquence = 1 khz

FRÉQUENCE : Nombre d’alternances par seconde pour un signal analogique sinusoïdal. Unité : le Hertz

PÉRIODE : P = 1 / F Durée de l’alternance d’un signal. Unité : un temps

LONGUEUR D’ONDE : = C/F avec C = 3 x 108 m/sLongueur d’une alternance d’une onde électromagnétique sinusoïdale. Unité : une longueur

longueur d'onde = 30 m

fréquence = 10 Mhz

Grandeurs caractéristiques (2)Grandeurs caractéristiques (2)

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ATTÉNUATION : Décibel (/ km)

A (db) = 10 log ( P2 / P1 )

Variable en fonction de la fréquence, de la longueur et de l’impédance. Une atténuation de 3 db est égale à 50% d’affaiblissement en puissance.

BANDE PASSANTE :Gamme de fréquences traversant un dispositif avec une atténuation du signal inférieure à -3 db.

médium de transmission

signal enémission

signal enréception

P1P2

Grandeurs caractéristiques (3)Grandeurs caractéristiques (3)

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Médium de transmission

Z

IMPÉDANCE CARACTÉRISTIQUE : OHMCaractéristiques électriques du câble vu comme de longueur infinie

DIAPHONIE : DécibelInduction sur une ligne d ’un signal en transmission sur une autre ligne

médias de transmission

signal émis

signal induit

Grandeurs caractéristiques (4)Grandeurs caractéristiques (4)

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Analyse d ’un signal analogiquesonore

Analyse d ’un signal analogiquesonore

Signal constitué de la fondamentale + 1 harmonique

Signal initial constitué de la fondamentale + 8 harmoniques

Signal constitué de la seule fondamentale à 1000 hz

Signal constitué de la fondamentale + 4 harmoniques

0,5 ms 2 Khz4 6 8 10 12 14 16 18

Zone d’inaudibilité

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Le SPECTRE ELECTROMAGNÉTIQUELe SPECTRE ELECTROMAGNÉTIQUE

Visible

Fréquence (Hz)

10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10104 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Coaxiaux

Radio AM

Satellites Fibres

Hertziens

FM Radiocoms

TV

Ondes radio Micro ondes Infrarouge U.V. Rayons X

LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF

(Very) (Ultra) (Super)(Extremely)

(Tremendously)

Paires

103

sons

Les supports de transmissionLes supports de transmission

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Les MÉDIA de TRANSMISSIONLes MÉDIA de TRANSMISSION

• Avec support matériel

– Paires filaires

– Coaxiaux

– Fibres optiques

• Avec support immatériel

– Radio

– Signaux lumineux

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La PAIRE TÉLÉPHONIQUE

Paire cuivre type AWG 24 ou 26

La PAIRE TORSADÉE ISO

Usage typique : Réseaux locaux, précâblage

6 Catégories

Débits jusqu ’à 10 Gbps

La PAIRE TORSADÉE BLINDÉE ou ÉCRANTÉE

Usage typique : Réseaux industriels en environnement difficile

Débits jusqu ’à 200 Mbit / s

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Matériel

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Matériel

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• La FIBRE OPTIQUE “Multimode”

( Réflexions multiples dans la fibre). Diamètre = 150 à 500 µ

- Débits maxima = 100 Gbit / s

- Distance max sans répéteur = 5 Km

- Emetteur par diode luminescente ou laser

• La FIBRE OPTIQUE “Monomode”

( Propagation quasi linéaire dans la fibre). Diamètre = 8 à 10 µ

- Débit maximum = 3000 Gbit / s (par faisceau)

- Distance max sans répéteur = 60 Km

- Emetteur = Laser

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Matériel (suite)

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Matériel (suite)

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Longueurs d ’ondes du visible et procheLongueurs d ’ondes du visible et proche

Principales longueurs d ’ondes du spectre laser :

. Infra-rouge ~1014 Hz 710 à 1600 nm

. Rouge 635 nm

. Vert 530 nm

. Bleu 470 nm

. Violet 355 nm

. Ultra-violet ~1015 Hz 265 à 150 nm

nm = nanométre = 10-9 m ~ 3.1018 Hz

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La FIBRE OPTIQUELa FIBRE OPTIQUE

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

0.8 0.9 1.00.7 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

bande des 0.85 µ

bande des bande des 1.3 µ 1.55 µ

ATTÉNUATION

db / km

LONGUEUR

D'ONDE ( µ )

Plages de longueurs d’ondes utilisées en transmissions par fibres optiques monomode

Progrès en cours :

- Amélioration de la qualité des fibres- Amélioration des dispositifs de conversion des signaux électriques / Optique (limite actuelle en bande passante)- Débit limite théorique - Modulation de valence 2 : 10 Pbits/s (1 Peta=10 15 )- Étude du “soliton” : forme d’implulsion permettant des distances de transit > 1.000 km sans distorsion

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ORDINATEUR

AMPLIFICATEUR

PHOTODIODE LED

Anneau avec répéteurs actifs

ÉTOILE

Étoile optique passive

Les topologies Lans fibres optiques Les topologies Lans fibres optiques

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Le solitonLe soliton

C ’est une onde qui se propage en ignorant les lois de la dispersion d ’énergie!C ’est une onde qui se propage en ignorant les lois de la dispersion d ’énergie!

• Cette onde se propage en excitant un effet non linéaire (puits de potentiel) piégeant

l’énergie, et compensant l ’effet normal de dispersion.

– Ce phénomène existe à l’état naturel sous de multiples formes (Mascarets, tsunamis,

foudre en boule …)

– Plusieurs type de solitons luminiques :

Temporel : Piège la dispersion chromatique

Va prochainement être utilisé pour les câbles trans-océaniques multicanaux.

Spatial : Piège la diffraction

En bille de lumière : Énergie lumineuse piégée dans les trois dimensions

Prédictibles au plan mathématique, impossible actuellement à

reproduire physiquement.

Les recherches actuellement en cours dans ce domaine sont très prometteuses. Le principal intérêt du soliton serait de permettre avec des fibres optique des distances considérables sans répéteur(qui coûtent très cher et sont fragiles).

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Les ONDES RADIO Basse et Moyenne fréquences

- Propagation non directive - Peu d’absorbtion- Réflexion sur couches ionisées (Heavyside)

Fréquences plus élevées- De plus en plus directives selon la fréquence- Absorbées par les obstacles- Phénomènes de “fadding” dûs à certaines conditions météo

Moins onéreux que la fibre en environnement péri-urbain, mais sensibles aux influences météo. Les Faisceaux herziens dépassent aujourd’hui couramment les 10 Ghz.

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Immatériel

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Immatériel

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Les transmissions INFRAROUGE– Ondes millimétriques, large bande– Omnidirectionnelles– Mise en oeuvre simple– Grande absorbtion– Perturbation par rayonnement solaire

Les transmissions à FAISCEAUX LUMINEUX (Lasers) – Ondes micrométriques, très large bande– Unidirectionnelle, concentrée– Mise en oeuvre simple– Perturbées par phénomènes météo et chaleur

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Immatériel (suite)

Les MÉDIA de TRANSMISSIONAvec Support Immatériel (suite)

Topologies de baseTopologies de base

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Schémas topologiques des réseaux étendus (1)Schémas topologiques des réseaux étendus (1)

TOPOLOGIE HIÉRARCHISÉE : - Règles de commutation simples ( les champs adresses représentent le trajet à réaliser) - Un seul chemin possible entre deux entités d’extrémité désignées - Sensibilité aux incidents : L’indisponibilité d’un nœud ou d’un segment entraîne d’importantes dégradations de fonctionnement

NOEUD

NOEUD

NOEUD NOEUD NOEUD

Etablissement d’un circuit

NOEUD

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Schémas topologiques des réseaux étendus (2)Schémas topologiques des réseaux étendus (2)

TOPOLOGIE MAILLÉE : - Règles de commutation complexes ( l’adresse n’est pas représentative du chemin) - Plusieurs chemins possibles entre deux entités d’extrémité désignées - Sensibilité aux incidents : L’indisponibilité d’un nœud ou d’un segment peuvent être totalement transparents

NOEUD

NOEUDNOEUD

NOEUD

NOEUD

NOEUD

NOEUD

NOEUD

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Organisation hiérarchisée du système téléphonique français

Organisation hiérarchisée du système téléphonique français

CTP = Centre de Transit Principal

CTS = Centre de Transit Secondaire

CAA = Centre à Autonomie

d ’Acheminement

CL = Centre Local

____ Liaison principale

_ _ _ Liaison de proximité

CTP

CTS

CAA

CL

Abonné

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Schémas topologiques des réseaux étendus

Schémas topologiques des réseaux étendus

-

L’idéal : La HIÉRARCHISÉE-MAILLÉE… - Tous les avantages des deux… mais la notion de hiérarchie impose des structures topologiques et d’adresse très strictes (entre autres, mobilité difficile) - C’est le schéma de la plupart des réseaux à commutation de circuits