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Couche physiqueCouche physique
Ce cours est construit à partir d’un certains nombres de support de cours disponibles sur le net. Riveil, Cousin, Grimaud sont les principales sources d’inspiration. L’usage de ce composite ne peut être qu’académique.
Fonction de la couche physique
transformer une suite de bits en signaux (et inversement)
s ’adapter au canal de communication
partager le canal de communication
Support physique decommunication
Les supports de communication
Trois types d’agents de communication (physique) :• l’électron• les ondes électromagnétiques• le photon
Deux grandes classes de supports de transmission :• les supports à guide physique
les paires torsadées, les câbles coaxiaux, les fibres optiques, ...• les supports sans guide physique
les ondes hertziennes, radio-électriques, lumineuses,... Les supports :
• la paire métallique• le câble coaxial• la fibre optique• les faisceaux hertziens (et autres)
La paire métallique Une paire de conducteurs (alliage de Cu) entourés d’un isolant (plastique). diamètres courants du conducteur :
• 0,4; 0,6; 0,8; 1 mm• les distorsions croissent en sens inverse du diamètre (sur le Æ) !
en paire :• différence de potentiel
torsadés :• diminution des phénomènes électromagnétiques (atténuation,
diaphonie). isolée de l’environnement : blindée /fil ou /câble Il existe plusieurs qualités de paires métalliques Les câbles téléphoniques constitués de multiples paires torsadées, (prise
RJ45).• 56kbit/s avec les modems récents (fiabilité 1/105).• 10 (voir 100) Mbits/s (sur quelques mètres).• Utilisée dans les réseaux 10 Base T• Evolution vers 100 Base T voir « Gigabit ».
Le câble coaxial Deux conducteurs ayant le même axe.
• Jusqu’à 150MHz en large bande (fiabilité 1/107).• Support encombrant. Télévision et téléphone.• réduit les distorsions ectromagnétiques• rapport entre les diamètres des 2 conducteurs ~ 3,6.
Diamètres courants :• 2,6/9,5 ou 1,2/4,4 mm. • Version 10 Base 2 (10MHz sur 200m)• Version 100 Base 5 (100MHz sur 500m) • Connecté au poste avec un BNC (Ethernet fin)
Connecteurs
prise vampire ;• perce le câble
prise en T :• nécessite la coupure du câble (prise
BNC)
La fibre optique Fibre de silicium (ou plastique !) Supporte le transport de plusieurs GBits/s sur de
très longues distances (fiabilité 1/1012). Faible sensibilité électromagnétique & difficultés
d’écoute.• très grande largeur de bande• diode électroluminescente (en AsGa)• laser (+ puissant, coût + élevé, + faible durée de vie,
mono fréquentiel) Principe d’émission/réception
Sans fil
Différents types : infrarouge, hertzien (2.4GHz)
Débit : 11 MBits/s Portée moyenne : 10m à 150m Forte sensibilité aux perturbations
électromagnétiques. Pas de sécurité physique.
Les faisceaux hertziens
Deux types d’utilisations :• transmission terrestre (direct ou par
réflection) - portée : 50 à 1000km• transmission satellitaire -
(géostationnaire ou à défilement, hauteur : 36000 ou 800 km)
Transmission Information
• suite de 0 et 1 représenté par un état logique Signal
• état physique : amplitude, fréquence, phase• valence : nombre d ’états physiques utilisés
pour coder des bits• moment élémentaire : durée T pour
transmettre un état logique
Débit binaire Rapidité de modulation
• nombre maximal d ’état physiques (amplitude) par unité de temps
• [bauds] : Rm = k / T (k est le nombre de moments élémentaires nécessaires pour coder un état logique)
Débit binaire• nombre de bits par unité de temps• [bit/s] : D = Rm log2 V (V : Valence)
Exemple• codage biphase• signal physique :
deux niveaux d ’amplitude par T• état logique :
une valeur de phase pour 1 bit• Rm = 2 / T
Mode de transmission :le mode de base
Définition• On transmet en mode de base, quant on transmet
directement l’information codée sous forme d’un signal.• Transmission synchrone de bits
Tous les bits sont transmis calés sur une même horloge.• La synchronisation se fait en régénérant le signal
d’horloge à la réception Exemples
• liaison terminal-ordinateur, quelques mètres sur paire torsadée
débit de quelques Kbit/s. distance limitée par l’affaiblissement du signal.
Codage en bande de baseCodage en bande de base
Le signal est transmis tel quel– Pb1 : composante continue non nulle = échauffement par effet Joule– Pb2 : pas de distinction entre 0 et pas de transmission
NRZNRZ
Le signal est transmis avec une simple transposition en tension -Résout les problèmes précédents mais • désynchronisation possible sur des longues séquences identiques • Dépendance vis-à-vis de la polarité
Si 0 alors V = 0 sur la période• Si 1 alors V = alternativement –A et +A sur la période– Indépendant la polarité,– Problème de désynchronisation et de détection de transmission
XOR entre les données et l’horloge– Indépendant la polarité,• Remarque : Manchester est le codage utilisé pour Ethernet à 10 Mbit/s
• Une transition à la demi-période si 1• Une transition à la fin de la période si 0 si le bit suivant est également 0
Transmission modulée
Problème de la transmission en bande de base : dégradation du signal.• Usage limité au réseau local.
Utilisation d’un modem (modulateur - démodulateur)
Convertisseur bande de base en :• Modulation d’amplitude• Modulation de fréquence• Modulation de phase
et réciproquement on démodule
La modulation Définition
• L’information codée sert à modifier un ou plusieurs des paramètres (amplitude, fréquence, phase) d’un signal sinusoïdal appelé onde porteuse et représenté par :
v(t) = a sin( wt + j )• Les organes qui effectuent le travail de modulation et
de démodulation s’appellent des modems. Les caractéristiques des modems font l’objet de normes du CCITT
Exemple• saut de fréquence bivalent (Avis V21), porteuse f0=1750
Hz, 0 -> 1650 Hz, 1 -> 1850 Hz• saut de phase tétravalent (Avis V26), 00-> 0°, 01->90°,
11->180°, 11->270°
Modulation d’amplitudeModulation d’amplitude
Modulation de fréquenceModulation de fréquence
Modulation de phaseModulation de phase
Utilisation de la modulation
Domaine d’utilisation• Saut de fréquence : équipement à faible
vitesse ou voies à très large bande passante (faisceaux hertziens)
• Saut de phase et d’amplitude sont souvent combinés pour des transmissions à grande vitesse sur des lignes.
Transmission modulée
Les transmissions modulées peuvent combiner plusieurs formes de modulations simultanées.
Exemple :• 1 niveau de modulation d’amplitude + 1
niveau de modulation de fréquence• Permet de coder [0|1] en AM et [0|1] en FM.• Donc un temps d’horloge permet de coder 4
valeurs (00, 01, 10, 11) sur 2 bits :• Dans ce cas 1 Baud = 2 bits/s .
Synchronisation de la transmission
But• assurer que le récepteur prélève l’information aux
instants où le signal est significatif. Il s’agit donc essentiellement de synchronisation temporelle.
Méthode synchrone• Emetteur et récepteur disposent d’un même référentiel
temporel qui détermine les instants de dépôt et de prélèvement des bits.
• Le référentiel temporel appelé horloge est un signal de synchronisation le plus souvent fourni par l’émetteur :
Sur un fil spécialisé (sur une distance courte : qq. m) Grâce aux transitions du signal d’information : ce qui
peutnécessiter un brouilleur. Par la fréquence de la porteuse (voir modulation)
Exemple de transmission synchrone
Multiplexage Fonction :
• Partage d’une même ligne de transmission entre plusieurs communications simultanées.
Deux types de multiplexage :• Fréquentiel (FDMA : “Frequency division
multiple access”) : répartition en fréquence, adapté aux transmissions analogiques.
• Temporel (TDMA : “Time division multiple access”):
répartition en temps, plus souple/adaptatif, uniquement pour les données numériques.
MultiplexageMultiplexage
Multiplexage fréquentielMultiplexage fréquentiel
Multiplexage temporel Statique
• accès réservé - périodique.• un intervalle de temps (IT) est implicitement et
périodiquement réservé pour chaque canal• une trame est formée d’IT. Un IT au moins pour chacun
des canaux Dynamique
• multiplexage adaptatif,• le nombre d’IT attribués à un canal dépend de la
demande (peut être nul !),• l’identification IT/canal est souvent explicite.
(Méthode d’accès ?)• + souple : contrôle a priori ou a posteriori,• risque de collisions !• employée par les réseaux locaux.
Exemple : le modem ADSL ADSL : Asymetric bit rate Digital Subscriber Line. Division des signaux en 256 sous-canaux de
fréquences (de 0 à 1100kHz) (technologie DMT : Discrete
MultiTone). Modulation d’Amplitude Quadratique (QAM) sur 4
niveaux d’amplitude pour chaque canal de 4,3kHz.
Grandeurs caractéristiques
Débit• Unité : bit/s
Débit nominal : vitesse de transmission du support (débit brut)
Débit utile : débit nominal moins le débit affecté au contrôle de la liaison
Evolution actuelle : Kbit/s á Gbit/s
Suite…Suite… Délai
• Unité : s Délai de propagation : éloignement, équipements
intermédiaires, vitesse de propagation Durée de transmission : quantité de données, débit Temps d’aller-retour » (transmission + propagation +
traitements) *2 !
Suite…Suite… Taux d’erreurs
• Unité : BER (“Bit error rate”)• probabilité qu’un bit soit erroné pendant la transmission
Dépend de la qualité de la transmission, de la charge du réseau, etc.
Exemples :• 10-3 = mauvaise liaison• 10-13 = réseau de faible étendue avec un support de très
bonne qualité. Autres taux d’erreurs :
• taux d’erreurs du message• taux d’établissement de la connexion• taux de disponibilité : MTBF (“Mean Time Between
Failure”)