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 Supports physiques, Supports physiques, Transmission physique Transmission physique C. Pham RESO-LIP/INRIA Université Lyon 1 http://www.ens-lyon.fr/~cpham

Support Physique

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  • Supports physiques,Supports physiques,Transmission physiqueTransmission physique

    C. Pham

    RESO-LIP/INRIA

    Universit Lyon 1

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

  • Supports physiques, Transmission physique 2

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Les diffLes diffrentes catrentes catgories de rgories de rseauxseaux

    Les besoins et les contraintes ne sont pas du tout les mmes d'unecatgorie l'autre. Les LANs sont souvent sur des support enpartage,les MAN et les WAN sont plutt point point. La distanceinflue sur les mcanismes mettre en oeuvre dans les protocoles.La notion de scurit n'est plus la mme etc...

  • Supports physiques, Transmission physique 3

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Support cuivreSupport cuivre

    n Paire torsade (STP et UTP) peu coteuse, symtrique, crant ou non

    trs utilise (tlphone, rseaux locaux),

    large infrastructure existante,

    dbit limit (centaine de MBits/s)

    n Cble coaxial plus coteux, asymtrique mais,

    meilleur protection contre les interfrences,

    distance plus leve et meilleur dbit (1 2 Gbits/s sur 1 km)

    4 paires de fils

  • Supports physiques, Transmission physique 4

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Fibres optiques (1)Fibres optiques (1)

    n Fibre optique de moins en moins coteuse, plus lgres, en silice le plus

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

    environ 50km sans rpteurs.

    trs haut-dbit (50000 Gbits/s thorique) et trs bonne fiabilit.

  • Supports physiques, Transmission physique 5

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Fibres optiques (2)Fibres optiques (2)

    n Fibres optiques

    multi-mode

    gradient d indice

    mono-mode

    Fibre gradient d'indice

    Fibre monomode

    fibre multimode (obsolete)

    125m

    125m

    5 9m

    50 ou 62,5 9m

    50 ou 62,5 9m

  • Supports physiques, Transmission physique 6

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Fibres optiques (3)Fibres optiques (3)

  • Supports physiques, Transmission physique 7

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Liaisons radioLiaisons radio

    n Sans fils infrastructure moins coteuse, mais

    erreurs plus frquentes et dpendantes des conditions climatiques.

  • Supports physiques, Transmission physique 8

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    SatellitesSatellites

    rpteurs dans le ciel, d'une base source vers une basedestination,

    possde gnralement plusieurs transponder (1 transponder =plusieurs centaines de communications tlphoniques),

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

    grande bande passante (>500MHz),

    plusieurs orbites disponibles,

    grande couverture gographique,

    mais dlais plus grands (250 a 300 ms) et,

    cot lv par quipement.BANDES FREQUENCES

    BANDE C 4/6 GHz

    BANDE KU 11/14 GHz

    BANDE Ka 20/30 GHz

    60 GHz = Frquence dchange entre satellites. Il y a environ 1000 Satellites.

  • Supports physiques, Transmission physique 9

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Satellites (suite)Satellites (suite)

    Iridium, 66 satellitesInitialement 77

  • Supports physiques, Transmission physique 10

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    PRIX DE FABRICATION DUN SATELLITE : 150 000 500 000 F / Kg. COUT DE LANCEMENT : 100 000F LE KG EN LEO.

    400 000 F LE KG GEO.

    PRIX DUNE FUSEE : ARIANE 1 4 : 15 000 MFARIANE 5 : 40 000 MF

    PRIX DE REVIENT DUNE MINUTE DE TELEPHONE.

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

    Capacit dun satellite = 18 000 lignes = 100 Milliards de

    Minutes disponibles sur 10 ans.Le cot dune minute : 10 centimes .

    Les coLes cots dts dun satelliteun satellite

  • Supports physiques, Transmission physique 11

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Le spectre Le spectre lectromagnlectromagntiquetique

  • Supports physiques, Transmission physique 12

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    PhPhnomnomnes indnes indsirables (1)sirables (1)

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

    gnralement. L'attnuation augmente quand la frquenceaugmente.

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

    Gain = 10log10(Pr/Pt)

    si plusieurs sections d'attnuation/gain diffrents, on peut lessommer:

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

  • Supports physiques, Transmission physique 13

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    PhPhnomnomnes indnes indsirables (2)sirables (2)

    n Perturbations entre 2 paires d'un mme cble (NEXT:Near End Crosstalk)

  • Supports physiques, Transmission physique 14

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    PhPhnomnomnes indnes indsirables (3)sirables (3)

    n Bande passante limite Pour un matriau donn les frquences de 0 f peuvent tre

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

    Les composantes d'un signal priodique ne seront donc pastransmis de la mme manire.

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

    de la frquence.

    Les composantes d'un signal priodique n'arriveront donc pas enmme temps.

    interfrence entre symboles

    eye diagram

  • Supports physiques, Transmission physique 15

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Eye diagramEye diagram

  • Supports physiques, Transmission physique 16

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    PhPhnomnomnes indnes indsirables (4)sirables (4)

    n Bruit Chaque support introduit des perturbations lectriques qui font que

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

    On utilise le rapport S/N (signal reu bruit, SNR) en lecaractrisant par SNR=10log10(S/N) dB

    Le thorme de Shannon-Hartley donne le dbit maximum sur uneligne bruit (S et N en watts, W en Hz, C en bits/s):

    ( )NSWC += 1log2

  • Supports physiques, Transmission physique 17

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Ce qui en rCe qui en rsultesulte

  • Supports physiques, Transmission physique 18

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Informations analogiques et numInformations analogiques et numriquesriques

    n Analogique En analogique, les informations sont reprsentes par des niveaux

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

    n Numrique Seulement un nombre faible de niveaux est utilis. On doit d'abord

    chantillonner le signal analogique pour obtenir une reprsentationnumrique. On transmet alors ces chantillons sur le supportphysique en utilisant le codage binaire pour n'utiliser que lesvaleurs pr-dfinies de voltages. Ex. +5 volts et -5 volts pour les 1et les 0.

    n Question: Le tlgraphe est-il un systme analogiqueou numrique?

  • Supports physiques, Transmission physique 19

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Avantages et inconvAvantages et inconvnientsnients

    n Analogique Informations compltes, pas de perte dues l'chantillonnage.

    n Numrique Facilit de regnrer le signal, de le retravailler.

    Dtection et corrections des erreurs possibles.

    Possibilit de mixer plusieurs types de donnes (voix,images,donnes...)

    Des dbits plus levs peuvent tre obtenus avec lesinfrastructures existante.

  • Supports physiques, Transmission physique 20

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    ElElments de transmission de donnments de transmission de donnee

    n Chaque support de transmission permet un certainnombre de changement d'tats par seconde (rapiditde modulation, Rm) exprim en baud. 1 baud necorrespond pas forcment 1 bit. Avec des schmasde codage complexe, 1 baud peut coder plusieursbits.

    n Le dbit binaire est directement reli la rapidit demodulation: quel est le dbit binaire avec 2 niveaux de valeur?

    quel est le dbit binaire avec 4 niveaux de valeur?

  • Supports physiques, Transmission physique 21

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Transmission entre Transmission entre quipements voisinsquipements voisins

  • Supports physiques, Transmission physique 22

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Transmission en bande de baseTransmission en bande de base

    n En bande de base, les 0 et les 1 binaires sontdirectement reprsents par des valeurs de tensions.L'avantage est la simplicit, mais les distances sontlimites quelques kilomtres.

    NRZ: les 1 sont cods par une tension positive, les 0 par l'oppos.Pas d'horloge vhicule, problme de synchronisation.

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

    Manchester Diffrentiel: Les transitions ne codent que l'horloge.Les bits sont cods par la prsence (0) ou l'absence de transition(1) en dbut. Pas de polarit.

  • Supports physiques, Transmission physique 23

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

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

  • Supports physiques, Transmission physique 24

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

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

    Manchester avec "non_data" Token Ring Dlimiteurs J (bas) et K (haut)

    "bande porteuse"(carrier band)= MFM modulation defrquence modifie)

    MiniMAP

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

    AnyLAN, etc. x bits de donnes sur y signaux par

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

    NRZI (invers) un zro provoque un changement que donne la squence 10011101?

    1 1 1 1 10 0 0 0 J JK

    Horloge

    Symbole

    Donnes

    Codage "JK"

    Symbole 1 Symbole 8

    0 1 0 0 1 0 01 1 0

    Codage 4B/5B (FDDI)

    1 0 01 Dlimiteur

    Carrier Band

  • Supports physiques, Transmission physique 25

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

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

    n Chaque groupe de 4 bits est transformen 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

  • Supports physiques, Transmission physique 26

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Type Type mBnLmBnL

    n m bits reprsents par n modulations L niveaux

    n Ex: 4B3T4 bits reprsents par 3 modulations 3 niveaux (T comme

    ternary)

    8B6T8 bits reprsents par 6 modulations 3 niveaux

    n On obtient ainsi une rduction de 1/4 sur le dbit enbauds avec 4B3T.

  • Supports physiques, Transmission physique 27

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Transmission sur de plus longues distancesTransmission sur de plus longues distances

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

    dcomposition d'un signal priodique en sommes de sinusodes etcosinusodes.

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

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

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

  • Supports physiques, Transmission physique 28

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    NNcessitcessit d'un modem d'un modem

  • Supports physiques, Transmission physique 29

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

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

    n 4 types de modulation amplitude

    frquence

    phase

    combin amplitude+phase

    n Avantages Plusieurs canaux de transmission sur le mme support

    de Donnes

    de Signaux vido analogiques

  • Supports physiques, Transmission physique 30

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Modulation combinModulation combinee

    n Modulation sur porteuse sinusodale (modems etremodulateurs)

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

    Sparation des signaux

    Emis porteuse Fe

    Reus porteuse Fr

    Fe - Fr = 192,5 Mhz

    RemodulateurModem

    Station

    Modem

    Station

    Modem

    Station

    Remodulateur273Mhz

    80,75Mhz

  • Supports physiques, Transmission physique 31

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Exemple de modulation sinusoExemple de modulation sinusodaledale

  • Supports physiques, Transmission physique 32

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Modulation plus complexeModulation plus complexe

  • Supports physiques, Transmission physique 33

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Le multiplexageLe multiplexage

    n Lorsque plusieurs circuits de donnes existent enparallle entre deux points, il peut tre intressant deconcentrer les donnes dans une voie fort dbit afinde maximiser le taux d'utilisation des lignes.

    n On utilise le multiplexage dans les rseaux grandedistance car gnralement on va utiliser une ligne trshaut-dbit pour transporter les donnes.

    n On s'intresse alors l'aptitude mlanger lesmessages de donnes de types diffrents (voix,donnes...)

  • Supports physiques, Transmission physique 34

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    FrequencyFrequency Division Division MultiplexingMultiplexing

    n FDM

  • Supports physiques, Transmission physique 35

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing

    n TDM (exemple de trame T1)

  • Supports physiques, Transmission physique 36

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Le multiplexage sur fibre optiqueLe multiplexage sur fibre optique

    n Wave-length Division Multiplexing mettre sur une mme fibre plusieurs canaux de donnes, en

    utilisant diffrentes longueurs donde (couleurs).

    1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700

    2

    1

    1.5

    0.5Longueur d onde en nm

    Att

    nuat

    ion

    en d

    b/km

  • Supports physiques, Transmission physique 37

    Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1

    Principes du WDMPrincipes du WDM

    WDM(Wavelength Division Multiplexing).

    >1nm

    DWDM(Dense Wavelength DivisionMultiplexing).

    < 0,1 nm