Architecture Physique

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1 Architecture Physique
Création : : Jean-Paul Gautier (UREC) Modifications 1997 : Bernard Tuy (UREC) 1998 : Jean-Paul Gautier (UREC) : Christian Hascoët (CCR) ARS 00/01

2 Architecture physique
Supports Fils de cuivre Câbles symétriques Câbles asymétriques Fibre optique Monomode et multimode Câblage, définitions, principes Câblage haut-débit Tests et contraintes électromagnétiques ARS 00/01

3 Topologie physique qui présente
Il faut distinguer : Topologie physique qui présente Des facilités intrinsèques (gaines, passage de câble), Des contraintes (distances maximales imposées par les protocoles réseaux, type bâtiment) Topologie logique Ce que le logiciel laisse voir du réseau sous-jacent. Possibilité de construire une architecture logique en anneau sur une topologie physique différente (voir principes de câblage). ARS 00/01

4 Supports : Câble de cuivre
Il en existe 2 Types : Câble symétrique Conducteurs de même nature Paire torsadée Quarte : combinable ou étoilée Câble asymétrique - Le câble asymétrique se caractérise par une paire de deux conducteurs de nature différente. Câble coaxial et twinaxial. ARS 00/01

5 Câble symétrique La paire torsadée
Est constituée de deux conducteurs torsadés ensemble Conducteur caractérisé par leur diamètre (AWG) Câble caractérisé par l'impédance en ohms (Ω) Valeur caractéristique d'un milieu traversé par une onde electromagnetique (100 Ω, 120 Ω, 150 Ω) ARS 00/01

6 Câble symétrique Les quartes
Une quarte est constituée de quatre conducteurs Quarte Combinable Chaque quarte est constituée en tordant ensemble deux paires d'un pas de torsade différent Quarte étoilée Les 4 fils d'une même quarte sont disposés en carré et sont tordus ensemble. ARS 00/01

7 Câble symétrique Écrantage
L'écrantage consiste à entourer l'ensemble des paires ou chacune des paires d'un même câble d'un film de polyester recouvert aluminium. Blindage Le blindage consiste à entourer l'ensemble des paires,d'une tresse métallique pour renforcer l'effet de l'écran. Catégories de câbles à paires non blindées, non écrantées : U.T.P (Unshielded Twisted Pair) ex : ATT-Type 5, Alcatel Câble écranté : FTP (Foiled Twisted Pair) ex : L120 FRANCE TELECOM , INFRA+, ACOME, INTERCO Câble écranté et blindé : SFTP ex : ITT Câble à paires blindées : STP (Shielded Twisted Pair) ex : IBM Type1 ARS 00/01

8 Câble symétrique UTP ou FTP ?
En France, 80% du câblage est réalisé en FTP, influencé par France Télécom Avec la croissance des débits, la tendance vers le FTP se marque encore plus Le FTP offre une protection du matériel réseau, ainsi qu'il protége le "monde extérieur" des émissions provenant du câble ARS 00/01

9 Câble symétrique : Exemples
écran Paire torsadée blindage UTP FTP SFTP ARS 00/01

10 Câble Paires Torsadées
écran Filin de déchirement Drain Gaine Gaine : Catégorie standard : ignifugé en PVC ou polyéthylène Catégorie sans halogène (LS0H ou LSZH Low Smoke Zero Halogen) (3 x moins de fumée & 10 x moins toxique) Conducteur : Mono-brin : Câblage fixe Multi-brins : Jarretière ARS 00/01

11 Câble asymétrique Câble coaxial Câble twinaxial
un conducteur central (âme) entouré d'une gaine isolante en PVC un conducteur externe concentrique (tresse). pour un rendement optimal (! ! ! écrasement): Ø Tresse / Ø Âme = 3.6 Exemples : Ethernet fin et gros Câble twinaxial deux conducteurs centraux entourés d'une gaine isolante en PVC Exemples : Raccordement périphériques IBM AS400, Localtalk ... ARS 00/01

12 Câble asymétrique GAINE ISOLANT AME TRESSE COAXIAL TWINAX ARS 00/01

13 Fibre optique : Constitution
Cœur : Milieu diélectrique intérieur (conducteur de lumière). Silice très pure (minimum d'ions OH-). Ajout de dopants (germanium, phosphore) qui augmentent l'indice de réfraction. Gaine : Silice d'indice légèrement moins élevé que le cœur Baisse d'indice par l'ajout de dopants (bore,fluor) Réflexion presque totale des rayons lumineux sur la gaine Rq : 1 barreau de 1m de long et de 10cm de Ø => 150 Kms de FO Revêtement : Cœur + Gaine entouré d'un revêtement de plastique, pour fournir une protection mécanique. (évite principalement la cassure en cas de courbure). ARS 00/01

14 Fibre optique : Vocabulaire
Absorption : L'ion OH- est le principal polluant des fibres de silice, (maximum d'atténuation pour l≈1430 nm). Atténuation ou Affaiblissement : Grandeur principale de la fibre optique (en décibel/km). Sert pour le calcul du budget optique d'une liaison. Fonction de la longueur d'onde l. Décibel (dB) : Rapport de puissance (10 log(P1/P2)). Atténuation de 50% = 3dB Diélectrique : qui ne conduit pas le courant électrique (isolant, permittivité). Diffusion (Rayleigh) : augmente si la longueur d'onde l diminue (1/(l)4) => communications optiques dans l'infrarouge. ARS 00/01

15 Fibre optique : Vocabulaire
Dispersion : Causes multiples de la dispersion du rayonnement : Dispersion inter-mode : dans les fibres multimodes, les modes se propagent avec des vitesses linéaires différentes (chemins différents). Ainsi lorsqu'une impulsion de rayonnement incident excite plusieurs modes, la différence des vitesses de propagation des différents modes entraîne un élargissement de l'impulsion dans le temps. Rayonnement non purement monochromatique : dispersion due à la différence de vitesse de propagation d'un mode qui est fonction de sa longueur d'onde. Dispersion propre au matériau est due à la variation de l'indice de réfraction avec la longueur d'onde Dispersion : La dispersion du rayonnement a des causes multiples. Lorsque plusieurs modes se propagent dans le guide d'onde que constitue la fibre, ces modes se propagent avec des vitesses différentes, même si le rayonnement est monochromatique, ce qui donne naissance à une dispersion inter-mode. Ainsi lorsqu'une impulsion de rayonnement incident excite plusieurs modes, la différence des vitesses de propagation des différents modes entraîne un élargissement de l'impulsion dans le temps. On peut toutefois éviter ce type de dispersion en utilisant des fibres dont le diamètre est suffisamment petit pour n'autoriser la transmission que d'un seul mode (Voir fibre monomode). Cependant d'autres sources de dispersion existent si le rayonnement n'est pas purement monochromatique : la dispersion due au guide d'onde par le fait que la vitesse de propagation d'un mode est fonction de sa longueur d'onde, et la dispersion propre au matériau. La dispersion propre au matériau est due à la variation de l'indice de réfraction avec la longueur d'onde ARS 00/01

16 Fibre optique : Vocabulaire
Indice : Rapport entre la vitesse de la lumière dans le vide et la vitesse de la lumière C dans un matériau considéré (> 1) (1 référence dans le vide). Ouverture numérique (O.N) : Paramètre caractéristique d'une fibre optique. Défini l'angle ß maximal du rayon incident pouvant être propagé dans la fibre. O.N = sin ß Réfraction : Déviation de la lumière quand celle ci traverse deux milieux transparents, l'angle de réfraction dépend de la nature des milieux et de l'angle d'incidence. ARS 00/01

17 Schéma d'une fibre optique
(Cœur + Gaine) tube renfort gaine extérieure rayon incident rayon réfléchi i Pour guider la lumière, la fibre optique comprend ainsi deux milieux : le cœur, dans lequel l'énergie lumineuse se trouve confinée, grâce à un second milieu, la gaine, dont l'indice de réfraction est plus faible. r rayon réfracté ARS 00/01

18 Fibre optique : vitesse de propagation
La vitesse de propagation de la lumière dans le milieu est inversement proportionnelle à l'indice de réfraction . Pour le cœur Indice ≈ 1.5 Pour la gaine Indice ≈ 1.47 Vitesse de propagation V = (1/1.5)C ≈ 0.67C ≈ 2 10**8 m/s V= 0.77C (Gros ethernet 10 base 5) V= 0.65C (Paire torsadée 10base T) ARS 00/01

19 Fibre optique La densité d'information qu'elle peut supporter est plus grande que le câble de cuivre. Bande passante utilisable des fibres optiques Déterminée par la quantité de lumière qu'elle peut transporter. La silice est un bon support dans le proche infrarouge pour les longueurs d ’onde suivantes 0.85, 1.3 et 1.55 µm Rq : Hausse l => Hausse prix émetteur ARS 00/01

20 Atténuation Atténuation (dB/km) l(µm) ARS 00/01

21 Atténuation L'atténuation reste constante en fonction de la fréquence. C’est la dispersion qui limite la largeur de la bande passante. Proportionnalité 1dB/Km => 0.1dB/100m ARS 00/01

22 Types de fibre optique Silice Plastique Verre
La fibre optique à base de silice est actuellement la fibre la plus utilisée dans les réseaux locaux. Deux types : Monomode - Multimode Travaux importants sur le dopage et l'amplification optique Plastique Coût faible, pour courte distance essentiellement (jarretière). Concurrent du cuivre sur distances courtes (≈ 100m) Verre Pas d'utilisation en réseau, atténuation très importante. Principe de l'amplification optique Le principe est le suivant : après avoir provoqué par pompage optique une inversion de population entre deux niveaux d'énergie appropriés, des phonons incident, correspondant au signal à amplifier, envoyés dans le milieu actif, vont déclencher l'émission de nombreux phonons de même longueur d'onde, phase, polarité, et sens. C'est l'émission stimulée. Ce phénomène s'accompagne aussi (avec une intensité bien moindre) d'émission spontanée. L'amplification se distingue de l'effet laser par l'absence de résonance à la longueur d'onde d'émission. Il faut donc prendre soin d'éviter les sources possibles d'oscillations par réflexion (connexions anti réflexion) pour se maintenir en régime d'amplification. L'amplification à 1,55 m par l'erbium Sur le strict plan des performances en terme de gain, la silice apparaît comme la meilleure solution avec des gains accessibles supérieurs à 50 dB. Cependant, du point de vue des télécom, les V. F. représentent une alternative intéressante. Bien que plus modestes, les gains observés sont largement suffisants, avec des valeurs de plus de 30 dB. L'atout des V F réside dans la platitude du gain en fonction de la longueur d'onde, typiquement entre 1535 et 1565 nm, comme le montre la figure 9 où la réponse de l'amplificateur silice est également reproduite pour comparaison. Cette propriété est particilièrement importante lorsque le multiplexage en longueur d'onde est envisagé, car elle permet de ne pas trop aggraver la distorsion du signal malgré la multiplication des étages d'amplification. Comme il existe maintenant des moyens optiques pour aplanir la courbe de gain, et la connexion entre deux matériaux de natures différente (d'indices différent) étant source de pertes supplémentaires, les amplificateurs à fibres silice sont fréquemment préférés. L'amplification à 1,3 m par le néodyme Le diagramme d'énergie partiel de l'ion néodyme est indiqué à la figure 10. Malheureusement, pour observer du gain à 1,3 m, il est indispensable de limiter l'émission spontanée à 1,05 m, et l'obtention de gains élevés est incertaine dans ces conditions. Les meilleurs gains annoncés, obtenus sur fibres fluorozirconates, sont de 7 et 10 dB à 1,319 et 1,343 m (1990). Les performances limitées de l'amplification par le néodyme ont conduit à porter les effort sur le praséodyme. L'amplification par le praséodyme L'amplification à 1,3 m par le praséodyme est très influencée par les propriétés de la matrice. La diagramme d'énergie de l'ion Pr3+ .. Pour obtenir des valeurs de gain intéressantes, il est nécessaire d'utiliser des fibres amplificatrices répondant à un cahier des charges sévère ; il faut en effet pouvoir cumuler un diamètre de cœur très faible, une grande ouverture numérique et une atténuation faible à la longueur d'onde du signal. Quelques réalisations ont prouvé l'efficacité du système. Le gain le plus élevé, mesuré sur fibre fluorozirconate est de 38.2 dB et d'autres indiquent par ailleurs, toujours sur fibre fluorozirconate, la construction d'un amplificateur présentant 23 dB de gain à 1 ,30 m, pompé par diode laser. Des verres à l'indium, proches de BIG du point de vue des propriétés de la matrice, ont aussi donné lieu à des réalisations prometteuses avec par exemple un gain de 26 dB mesuré par fibre monomode à grande ouverture numérique. Enfin L'amplification à 1,55 m avec l'erbium a été développée en quelques années autant dan les fibres silices que fluorées (ZBLAN) avec des résultats similaires. L'amplification à 1,3 m n'atteind pas le niveau des amplificateurs à 1,55 m facilement. Pour obtenir des conditions favorables pour l'amplification à 1,3 m, il faut une matrice qui présente de faibles énergies de phonons, et qui soit à la fois susceptible d'être obtenue sous forme de fibres monomodes, à gande ouverture numérique, et de faible atténuation. Les verres de fluorures de métaux lourds, qui présentent de faibles énergies de phonons, mais dont le fibrage reste à parfaire, sont donc des matériaux privilégiés pour la réalisation de l'amplification dans la deuxième fenêtre télécom.(1,29-1,33 m) ARS 00/01

23 Principaux de câble à fibres optiques
Structure "tubée libre" (n fibres dans m tubes de protection libres en hélice autour d'un porteur central). Usage : Extérieur Capacité type : de 2 à 432 fibres, Avantages : protection de la fibre (chocs, rongeurs …) Inconvénients : encombrant, rigidité, mise en place plus difficile des connecteurs. ARS 00/01

24 Principaux de câble à fibres optiques
Structure "tubée serrée": fibre sur-gainée assemblée autour d'un porteur de fibre (fibre aramide) enrobée d'une gaine plastique (1mm) avec une couche ± renforcée (kevlar). Usage : Intérieur (pré câblage) Capacité type: de 4 à 12 fibres. Avantages : flexibilité, résistance aux impacts, légèreté, faible encombrement, Inconvénients : Gros et cher si beaucoup de fibres ARS 00/01

25 Fibre optique à jonc rainuré
Composition : jonc rainuré hélicoïdal. Les fibres nues sont logées dans les rainures (voir schéma page suivante) Usage : intérieur,extérieur, longues distances, (essentiellement en France) Avantages : modularité (2 à 10 fibres par jonc), compacité. Inconvénients : rigidité, dispositif d'épanouissement (même remarques que pour structure libre). ARS 00/01

26 Fibre optique à jonc rainuré
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27 Fibre optique monomode
Taille du cœur (5 à 10 µm), de la gaine (125 µm). Propagation axiale seulement des rayons lumineux (1 mode) Ouverture Numérique ≈ 0 Fenêtre spectrale 1300 nm et 1550 nm (en général) Dispersion faible (modale et chromatique). Elle permet une bande passante très large (100 Ghz) ARS 00/01

28 Fibre optique multimode à saut d'indice
Taille du cœur : 200 µm Ouverture Numérique ≈ 0.30 Propagation multi directionnelle des rayons lumineux Fenêtre spectrale 850 nm Réflexion totale sur la gaine Bande passante < 100 MHz.km ARS 00/01

29 Fibre optique multimode à gradient d'indice
Taille du cœur : 50 à 100 µm. Ouverture Numérique ≈ 0.20 à 0.27 Fenêtre spectrale 850 nm et 1300 nm Propagation multi directionnelle des rayons lumineux Indice du cœur varie avec la distance radiale, suivant une loi parabolique, Bande passante < 1200 MHz.km. Fibre multimode (62.5/125µm) à gradient d'indice est la plus utilisée dans les réseaux locaux. Possibilité d'utiliser la fibre multimode (50/125) ARS 00/01

30 Fibre Optique : Tableaux comparatifs
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31 Principe du câblage Principes de base Câblage horizontal Répartiteur
Câblage vertical Le brassage ARS 00/01

32 Principe du câblage Pré ou Post Câblage = Recherche d'économie financière (mélange téléphonie et informatique) et de facilité d'exploitation Optimisation des coûts d'installation et d'exploitation Á terme, le pré-câblage est + économique Souplesse d'exploitation et sécurité Pas d'intervention sur la partie fixe du câblage Conformité aux normes internationales, Offres supérieures aux normes dues à la forte évolution de la demande Câbler pour l'avenir (10 à 15 ans). ARS 00/01

33 Principe du câblage Topologie de distribution en étoile à la base
C'est la plus ouverte Totalement adaptée à la téléphonie Indépendance par rapport à l'architecture réseau Par un jeu de brassage ou par la mise en place de machine, on peut recréer une topologie logique en anneau. Attention aux distances et à l'affaiblissement ARS 00/01

34 Principe du câblage Banalisation de la connectique (RJ45 pour câble cuivre) Adaptateurs possibles fonction du matériel à brancher Banalisation des câbles eux mêmes 4 paires torsadées 100Ω normalisé (ou 120Ω)(pas de mélange) Ajout de la fibre optique pour Les longues distances, Les liaisons inter bâtiments ou autres passages difficiles, Pour les dorsales grâce à leurs bandes passantes élevées pour assurer la pérennité dans le temps. ARS 00/01

35 Principe du câblage Respect des règles de conception et d'installation, Répondre à l'ensemble des besoins des utilisateurs Diversités des flux (numérique, analogique) Diversités des protocoles (fréquences variables) Évolutivité (clé de la durée de vie du câblage) Performances (surdimensionnement des besoins en débit) Mobilité (surdimensionnement des besoins en prise) ARS 00/01

36 Principe du câblage Maillé Réseau de données RG : Répartiteur Général
Rocade Maillé Réseau de données SR SR Équipements terminaux Rocade SR SR SR SR RG : Répartiteur Général SR : Sous répartiteur RG SR ARS 00/01

37 Principe du câblage Étoile Réseau de données ou réseau téléphonique
Rocade Étoile Réseau de données ou réseau téléphonique SR SR Équipements terminaux SR SR SR SR RG : Répartiteur Général SR : Sous répartiteur PABX RG SR ARS 00/01

38 Principe du câblage Les composants principaux sont :
Les répartiteurs (général ou sous répartiteur d'étage) Concentration capillaire du câblage L'ensemble du câblage est constitue de 2 sous parties : Le câblage vertical (liaison inter-étage) (dorsale) Liaison Répartiteur Général - Sous Répartiteur d'étage Le câblage horizontal (liaison d'étage) Liaison Sous Répartiteur d'étage - Équipement terminal ARS 00/01

39 Répartiteur : Exemples
Ferme de brassage Informatique ou téléphonique Panneau de brassage Bandeau de RJ 45 ARS 00/01

40 Utilisation de Modules de couleur
L'introduction de module dans le câblage implique: Solution propriétaire Non normalisé Permet : Traitement indépendant des paires Utilisation de cordons moins chers et plus souples Modules Bleus Exemple : BULL Modules Verts ARS 00/01

41 Utilisation de Modules de couleur
Vers Poste de Travail Modules Modules Jaunes Bleus ou Verts Matériel Actif ARS 00/01

42 Câblage vertical C'est le câblage qui réunit les Répartiteurs entre eux. Il est de 2 types : Les Colonnes pour la partie téléphonie Les Rocades pour la partie informatique ARS 00/01

43 Câblage vertical : Rocades
Les Rocades (partie informatique) sont des câbles de regroupement de forte capacité reliant les répartiteurs entre eux. Chaque répartiteur est relié à un ou plusieurs répartiteurs si on désire une topologie maillée. Le maillage permet l'accès de tous les nœuds de brassage par le chemin le plus court et offre la possibilité de séparer le cheminement des flux informatiques (en cas de saturation de certaines rocades) ou de procurer un chemin d'accès de secours. ARS 00/01

44 Câblage vertical : Rocades
Les Rocades forment la dorsale du réseau informatique du bâtiment. En général, les rocades sont constituées par de la fibre optique : Un média universel à forte bande passante (évolutivité, pérennité) De type gradient d'indice ou monomode en fonction des distances et des protocoles (attention aux coûts des matériels actifs si monomode) Immunité aux perturbations électromagnétiques Immunité aux problèmes d'équipotentialité des terres électriques inter bâtiments ARS 00/01

45 Câblage horizontal C'est l'ensemble des câbles reliant le sous-répartiteur d'étage et les prises informatiques ou téléphoniques des utilisateurs. constitués généralement de câbles 4 paires. Le rattachement des câbles sur les répartiteurs : Permet de créer une topologie hiérarchisée en étoile Autorise l'indépendance de chaque prise des points de travail Permet de d'effectuer facilement la gestion et l'administration du réseau de câblage par un brassage à la demande. Les câbles quatre paires forment les branches de l'étoile ARS 00/01

46 Câblage horizontal E T E : Équipement au Sous-répartiteur
Pré câblage global CANAL cordon poste de travail cordon d'équipement cordon de brassage P Partie Fixe du câblage (LIEN) E : Équipement au Sous-répartiteur M : Module de brassage P : Prise au poste de travail T : Équipement terminal (poste de travail) ARS 00/01

47 Câblage horizontal Le câblage recommandé pour les hauts débits.
Suppression des connecteurs intermédiaires 4 connecteurs seulement 10 mètres de jarretières (catégorie 5E (voir suite)) CANAL LIEN ARS 00/01

48 Point d'accès En moyenne : 1,5 points d'accès par personne
1 point d'accès / 10m2 Prise banalisée informatique ou téléphonique PC NON secourue PC secourable ou secourue ARS 00/01

49 Quelques Offres AWG 22 (6/10) pour 120 ohms AWG 24 (5/10) pour 100 ohms * Adaptable : 4 paires => 2 liaisons ethernet 10 base T ou 4 lignes téléphoniques ARS 00/01

50 Câblage Haut-Débit Évolution constante des débits au poste de travail
Actuellement : Apparition du gigabit Ethernet ARS 00/01

51 Câblage Haut-Débit Un câblage haut débit = classe D minimum
Classe E et F en cours de normalisation ARS 00/01

52 Haut-Débit Norme DIS11801 & EN 50173
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53 Haut-Débit sur la paire torsadée
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54 Haut-Débit : Débit et Fréquence
Ne pas confondre Mhz et Mbits/s Bit/s : Débit des réseaux locaux Baud : Changements d'état du signal/seconde Hertz : Référence au spectre du signal en fréquence (sinusoïde pure => 1 fréquence) Codage à plusieurs niveaux (NRZI,MLT3,4B/5B...) : Pas de modification du débit Mais baisse de la fréquence de base Car performance des câbles en baisse avec la fréquence ARS 00/01

55 Haut-Débit : Débit et Fréquence
Fréquences de base de quelques protocoles réseau ARS 00/01

56 Haut-Débit Les principales caractéristiques des câbles de cuivre
Impédance Vitesse de propagation Affaiblissement ou Atténuation (Loss) Paradiaphonie (NEXT) Rapport signal/bruit (SNR) Marge active (ACR) Les nouvelles : Perte en retour (Return Loss) Télédiaphonie (FEXT, ELFEXT et Power Sum ELFEXT) Echo ARS 00/01

57 Haut-Débit Impédance d'un câble de cuivre
Comportement d'un câble vis à vis d'un courant alternatif. Rapport tension appliquée sur le courant produit (câble supposé de longueur infinie) exprimé en ohms (Ω). 100Ω ou 120Ω (± 15%) (élimination du 150Ω) Impédance plus élevée = affaiblissement plus faible. Variation d'impédance = réflexion partielle du signal. Utilisation possible d'adaptateur d'impédance L'utilisation de câbles et cordons 120Ω avec des équipements actifs 100Ω ne nécessite pas d'adaptateur d'impédance Équipement actif, équipement terminal : en standard 100Ω, Token Ring 150Ω ARS 00/01

58 Haut-Débit Vitesse de propagation du signal dans un câble de cuivre
Appelée aussi NVP (Nominal Velocity of propagation) Du même ordre de grandeur que la vitesse de la lumière dans le vide (C) km/s. Valeur minimale : 0.6C Quelques valeurs approximatives : Câbles 120 Ω ≈ 0.77C Câbles 100 Ω ≈ 0.69C ARS 00/01

59 Haut-Débit sur câble de cuivre Affaiblissement ou Atténuation
Caractéristique importante : Représente les pertes du signal au cours de sa propagation dans le câble (exprimée en décibel/mètre). décibel (dB) = 10 x log (Puissance émise / Puissance reçue) Proportionnel à la distance parcourue => Câble courts Augmente avec la fréquence (A1 = A0 x (F1/F0)**0.5) Varie avec l'inverse de l'impédance ARS 00/01

60 Haut-Débit sur câble de cuivre Affaiblissement ou Atténuation
En pratique on l'exprime comme étant la différence entre la puissance reçue et la puissance émise A (dB) = | Pr(dB) - Pe(dB) | Donné en dB/km ou en dB/100 m A = 3 dB/100m à 10 MHz alors Pr = 50% de Pe A = 6 dB/100m à 10 MHz alors Pr = 25% de Pe Pe Pr Transmetteur Récepteur Signal émis Signal reçu ARS 00/01

61 Haut-Débit sur câble de cuivre Affaiblissement ou Atténuation
Norme ISO Classe D (Lien) Catégorie 5 + la valeur petite + le lien est bon ARS 00/01

62 Haut-Débit sur câble de cuivre Paradiaphonie (NEXT)
Paradiaphonie ou NEXT : Near End Crosstalk Perturbations entre deux paires d'un même câble Concerne la puissance relevée du côté de l'émetteur Carte réseau Signal transmis Hub, Commutateur Pe Transmetteur Récepteur Pp Récepteur Transmetteur Bruit de couplage ARS 00/01

63 Haut-Débit sur câble de cuivre Paradiaphonie (NEXT)
Augmente avec la longueur de la liaison et la fréquence Pratiquement constante au-delà de quelques dizaines de mètres En pourcentage P(%) = Pp/Pe , mais on l'exprime comme étant la différence entre Pp et Pe N (dB) = | Pp(dB) - Pe(dB)| Pp : puissance relevée sur la 2ème paire côté émetteur Pe : puissance émise Paradiaphonie de 40 dB à 10 MHz <=> Pp = 1/10000 Pe Valeurs courantes : entre 30 et 60 db + la valeur grande + le lien est bon ARS 00/01

64 Haut-Débit sur câble de cuivre Paradiaphonie (NEXT)
Norme ISO 11801/EN 50173 Classe D (Lien) Catégorie 5 ARS 00/01

65 Haut-Débit sur câble de cuivre Rapport Signal/Bruit (SNR)
Part du signal dans la puissance reçue Doit être prépondérante par rapport au bruit pour être décoder Augmente avec le niveau de signal émis, Diminue avec les perturbations environnantes, Diminue avec la longueur de la liaison. Taux d'erreur (B.E.R bit error rate) => SNR 10 dB Signal to Noise Ratio SNR= 10 dB Signal Bruit - 20 dB - 30 dB ARS 00/01

66 Haut-Débit sur câble de cuivre ACR : Attenuation to Crosstalk Ratio
Permet de caractériser avec une seule valeur l'influence de la paradiaphonie et de l'atténuation ("juge de paix") ACR = Marge active = NEXT- Atténuation (dB)(/100 m) dB Paradiaphonie (NEXT) ACR Gigabit Ethernet over Copper Gigabit Ethernet Alliance 1 Running 1000BASE-T Gigabit Ethernet over Copper Cabling 30 March 1999 Colin Mick/The Mick Group with Bruce Tolley/3Com and Willem Wery/Intel Introduction When network managers decide on a cabling system, they make a decision which is basic to the network infrastructure, and long term in its horizon. Today, network managers are asking hard questions about 1000BASE-T for Gigabit Ethernet on Category 5 copper because they want to future proof their network infrastructures. Most of the cabling installed today inside buildings is Category 5. Migration of this Category 5 installed base to higher speed Ethernet is the primary focus of the IEEE 1000BASE-T Task Force. While networking equipment can easily be pulled from a rack, horizontal cabling can be very difficult to replace since it is located inside a wall, ceiling, or raised floor and dispersed across many wiring closets. Various copper and fiber choices are available on the market today. This document addresses directly the questions about Gigabit Ethernet operation over the installed base of Category 5 UTP. 1000BASE-T (Gigabit Ethernet over Copper) and Category 5 Cabling Network managers and planners will be able to run 1000BASE-T over the Category 5 cabling. The IEEE is writing the 1000BASE-T specification for Gigabit Ethernet operation over the Category 5 cabling systems installed according to the specifications of ANSI/TIA/EIA-568A (1995). There should be no need to replace existing Category 5 cabling to use 1000BASE-T. The technical goal of the IEEE 1000BASE-T Task Force since its inception has been to support the legacy Category 5 cabling. According to the industry experts that make up the IEEE 1000BASE-T Task Force, any link that is currently using 100BASE-TX should easily support 1000BASE-T. Gigabit Bandwidth over Category 5 Cabling Fast Ethernet (100BASE-TX) achieves 100 Mb/s operation by sending three-level binary encoded symbols across the link at 125 Mbaud. (A 125 Mbaud symbol rate is required because 100BASE-TX uses 4B5B coding.) 100BASE-T uses two pairs: one for transmit, one for receive. The next step up in speed, 1000BASE-T also uses a symbol rate of 125 Mbaud, but it uses all four pairs for the link and a more sophisticated five-level coding scheme. In addition, 1000BASE-T sends and receives simultaneously on each pair. Combining 5-level coding and 4 pairs allows 1000BASE-T to send one byte in parallel at each signal pulse. 125 M symbols/second X 1 Byte (across four pair)/symbol = 1 Gb/s. Of course, it isn’t quite this simple. In addition to moving the symbols across the link, 1000BASE-T must also deal with the effects of insertion loss and link-induced interference caused by echo and crosstalk. (See the GEA 1000BASE-T white paper for more details.) Qualifying Category 5 Cabling In addition to existing performance criteria for Cat 5 field testing as specified in ANSI/TIA/EIA TSB 67, users planning to use existing Cat5 cabling for 1000BASE-T are advised to test each link for return loss and Equal-Level Far End Crosstalk (ELFEXT) as specified in 1000BASE-T. These recommendations will be published in ANSI/TIA/EIA TSB-95 the Additional Transmission Performance Guidelines for 100 ohm 4-Pair Category 5 Cabling. Return loss is a measure of the reflected energy caused by impedance mismatches in the cabling system. Far-End Crosstalk is noise on a wire pair at the far end from the transmitter (i.e., at the receiver) caused by signal leakage from adjoining wire pairs. It is measured at each wire pair as Equal Level Far-End Crosstalk (ELFEXT) or as Power Sum ELFEXT (PSELFEXT) which sums the total noise from all adjacent wire pairs. Return loss and Far-End Crosstalk have negligible impact when a Category 5 link is used to carry 10BASE-T signals, but they can significantly affect 1000BASE operation. (Return loss and ELFEXT can also affect the operation of 100BASE-TX.) Testing for return loss, ELFEXT, and PSELFEXT before using the link for high- Atténuation Fréquence (Mhz) /250 ou 600 ARS 00/01

67 Haut-Débit sur câble de cuivre ACR : Atténuation to Crosstalk Ratio
ACR doit être le plus élevé possible Meilleurs résultats pour l'ACR : Paire (1,2)(7,8) Attention norme Classe D insuffisante Gigabit Ethernet over Copper Gigabit Ethernet Alliance 1 Running 1000BASE-T Gigabit Ethernet over Copper Cabling 30 March 1999 Colin Mick/The Mick Group with Bruce Tolley/3Com and Willem Wery/Intel Introduction When network managers decide on a cabling system, they make a decision which is basic to the network infrastructure, and long term in its horizon. Today, network managers are asking hard questions about 1000BASE-T for Gigabit Ethernet on Category 5 copper because they want to future proof their network infrastructures. Most of the cabling installed today inside buildings is Category 5. Migration of this Category 5 installed base to higher speed Ethernet is the primary focus of the IEEE 1000BASE-T Task Force. While networking equipment can easily be pulled from a rack, horizontal cabling can be very difficult to replace since it is located inside a wall, ceiling, or raised floor and dispersed across many wiring closets. Various copper and fiber choices are available on the market today. This document addresses directly the questions about Gigabit Ethernet operation over the installed base of Category 5 UTP. 1000BASE-T (Gigabit Ethernet over Copper) and Category 5 Cabling Network managers and planners will be able to run 1000BASE-T over the Category 5 cabling. The IEEE is writing the 1000BASE-T specification for Gigabit Ethernet operation over the Category 5 cabling systems installed according to the specifications of ANSI/TIA/EIA-568A (1995). There should be no need to replace existing Category 5 cabling to use 1000BASE-T. The technical goal of the IEEE 1000BASE-T Task Force since its inception has been to support the legacy Category 5 cabling. According to the industry experts that make up the IEEE 1000BASE-T Task Force, any link that is currently using 100BASE-TX should easily support 1000BASE-T. Gigabit Bandwidth over Category 5 Cabling Fast Ethernet (100BASE-TX) achieves 100 Mb/s operation by sending three-level binary encoded symbols across the link at 125 Mbaud. (A 125 Mbaud symbol rate is required because 100BASE-TX uses 4B5B coding.) 100BASE-T uses two pairs: one for transmit, one for receive. The next step up in speed, 1000BASE-T also uses a symbol rate of 125 Mbaud, but it uses all four pairs for the link and a more sophisticated five-level coding scheme. In addition, 1000BASE-T sends and receives simultaneously on each pair. Combining 5-level coding and 4 pairs allows 1000BASE-T to send one byte in parallel at each signal pulse. 125 M symbols/second X 1 Byte (across four pair)/symbol = 1 Gb/s. Of course, it isn’t quite this simple. In addition to moving the symbols across the link, 1000BASE-T must also deal with the effects of insertion loss and link-induced interference caused by echo and crosstalk. (See the GEA 1000BASE-T white paper for more details.) Qualifying Category 5 Cabling In addition to existing performance criteria for Cat 5 field testing as specified in ANSI/TIA/EIA TSB 67, users planning to use existing Cat5 cabling for 1000BASE-T are advised to test each link for return loss and Equal-Level Far End Crosstalk (ELFEXT) as specified in 1000BASE-T. These recommendations will be published in ANSI/TIA/EIA TSB-95 the Additional Transmission Performance Guidelines for 100 ohm 4-Pair Category 5 Cabling. Return loss is a measure of the reflected energy caused by impedance mismatches in the cabling system. Far-End Crosstalk is noise on a wire pair at the far end from the transmitter (i.e., at the receiver) caused by signal leakage from adjoining wire pairs. It is measured at each wire pair as Equal Level Far-End Crosstalk (ELFEXT) or as Power Sum ELFEXT (PSELFEXT) which sums the total noise from all adjacent wire pairs. Return loss and Far-End Crosstalk have negligible impact when a Category 5 link is used to carry 10BASE-T signals, but they can significantly affect 1000BASE operation. (Return loss and ELFEXT can also affect the operation of 100BASE-TX.) Testing for return loss, ELFEXT, and PSELFEXT before using the link for high- ARS 00/01

68 Haut Débit : Problématique Gigabit Ethernet
Atténuation NEXT FEXT Echo ARS 00/01

69 Haut Débit : Perte en retour (Return Loss)
Caractérise les réflexions du signal vers la source Provient essentiellement des changements d'impédance locale Connecteur : suppression torsade Jarretière : câble légèrement différent C'est le rapport entre la tension émise et la tension reçue en retour sur la même paire (exprimé en décibels). + la valeur grande + le lien est bon. ARS 00/01

70 Paradiaphonie et ACR cumulée
Paradiaphonie cumulée (PSNEXT) Rapport de la tension émise sur les n-1 paires d'un coté du lien sur la tension reçue sur la dernière paire du même coté du lien + la valeur est grande + le lien est bon ACR cumulée (PSACR) PSACR = PSNEXT - Atténuation ARS 00/01

71 Haut Débit : Télédiaphonie (Far-End crosstalk loss FEXT)
Caractérise le signal indésirable entre un récepteur local et un transmetteur distant Rapport tension de sortie du transmetteur distant sur la tension reçue sur le récepteur local d'une autre paire. ≈ NEXT en changeant le coté de la mesure + la valeur grande + le lien est bon ARS 00/01

72 Haut Débit Far-End crosstalk loss FEXT (paire A)
Fréquence (MHz) FEXT (dB) D-> A B -> A C -> A ARS 00/01

73 Haut Débit : Télédiaphonie compensée (Equal-level Far-End crosstalk loss ELFEXT)
Equal-level far-end crosstalk (ELFEXT) Différence en dB de télédiaphonie et d'atténuation ELFEXT = FEXT – Atténuation - + la valeur est grande + le lien est bon PSELFEXT : Power Sum ELFEXT Télédiaphonie compensée induite par n-1 paires sur la paire restante (à une extrémité) PSELFEXT = PSFEXT - Atténuation + la valeur est grande + le lien est bon ARS 00/01

74 Haut Débit : Echo Provient du fait de l'utilisation des 4 paires tantôt en réception et en émission Ce partage génère des signaux indésirables du a l'isolation naturellement imparfaite entre le récepteur et l'émetteur et au phénomène de return loss ARS 00/01

75 Haut Débit : Echo Atténuation (dB) Fréquence (MHz) ARS 00/01

76 Quelques Chiffres : 08/1999 Valeurs pour le câblage fixe (Lien)
Chiffres indicatifs pour les classes E et F encore non normalisée (2001/2002 ?) ARS 00/01

77 Haut-Débit Prise RJ45 Affectation des paires
Elle comporte 8 plots + 1 terre, format 50/50 mm Deux types : RJ45 avec adaptateur selon la fonction. boîtier avec module d'adaptation enfichable Affectation des paires ARS 00/01

78 Paires utilisées Prise RJ45
ARS 00/01

79 Remarques Câbles Paires torsadée banalisé
! Banalisation des câbles paires torsadées "non totale" Dépend des protocoles Câble droit (la très très grande majorité) Câble croisé : machines de même type reliées directement Liaison entre ETTD ou liaison entre ETCD Hub, répéteur, Switch Commutateur (ETCD) Station, PC, Mac Routeur (ETTD) Machine de même type que A Machine A ARS 00/01

80 Haut-Débit Prise RJ45 Caractéristiques électriques des équipements de connexions (calcul pour le canal) : prises, cordons de brassage, modules de raccordement. ARS 00/01

81 Haut-Débit Prise RJ45 Limites technologiques atteintes pour ce type de connecteur avec la catégorie 6. Nouveau connecteur pour la catégorie 7. Génère une diaphonie importante : Liaisons courtes => affaiblissement faible des signaux indésirables => Regarder ACR ("juge de paix") ARS 00/01

82 RJ45 : Convention de câblage
Conventions de raccordement d'un câble 4 paires normalisé EIA/TIA, 100 ohms EIA= Electronic Industries Association TIA = Telecommunication Industries Association ARS 00/01

83 RJ45 : Convention de câblage
Exemple : Convention de raccordement d'un câble 4 paires, norme COREL 120 ohms (RNIS, SCP Pouyet, FICOME) ARS 00/01

84 Tests Câblage cuivre Testeur : clavier + afficheur (style multimètre)
Injecteur : boîtier simple Prix : environ 30kF Synthèse des résultats : cahier de recette Impédance, longueur, affaiblissement, paradiaphonie, ACR (sur chaque paire) Réglage du type de câblage à tester (Classe A, B, C, D …) Valeur mesure et valeur limite (≈ analyse médicale) ARS 00/01

85 Tests Câblage cuivre Injecteur Testeur Panneau de prises RJ45
cordon de test ≈ 2m cordon de test ≈ 2m Prise RJ45 murale Partie Fixe du câblage (LIEN) en test ARS 00/01

86 Haut-Débit Fibre optique
Beaucoup moins de problème avec les fibres optiques, Limites technologiques non encore atteintes 2 types normalisés Multimode : gradient d'indice 62.5/125µm (50/125µm autorisée) Monomode : 9/125 µm ARS 00/01

87 Haut-Débit Fibre optique norme ISO 11801
Caractéristiques fibre multimode 62,5/125 µm : Les caractéristiques d'une fibre multimode 50/125 µm sont légèrement supérieures ARS 00/01

88 Haut-Débit Fibre optique norme ISO 11801
Caractéristiques fibre monomode 9/125 µm : ARS 00/01

89 Haut-Débit Connecteurs optique
Nombreux types de connecteurs : ST, SMA, FDDI, FC, SC,.. Connecteur SC est retenu par la norme ISO 11801 Connecteur clipsé Le connecteur ST est autorisé pour extension d'un câblage existant Connecteur de type "BNC " à baïonnette ARS 00/01

90 Connecteurs optique Férule Fibre Connecteur (SMA) ARS 00/01

91 Haut-Débit Connecteurs optique
Connecteur SC Connecteur FDDI (MIC) Connecteur ST2 (fixation + puissante) Connecteur ST1 ARS 00/01

92 Haut-Débit Connecteur optique
ARS 00/01

93 Coupleurs Les coupleurs ou traversées servent à relier des fibres optiques de même diamètre de cœur entre elle (jarretièrage) dans les bandeaux optiques. ARS 00/01

94 Tests Fibre optique Tests par photométrie Le principe du photomètre
2 appareils : émetteur + récepteur (étalonné à 0 dB) Le principe du photomètre Compare le 0dB d'étalonnage à la mesure globale Appareil simple et peu coûteux, Résultat immédiat Pas d'information en cas de problème Photomètre émetteur Fibre à tester C1/T1/C C3/T2/C4 récepteur

95 Tests Fibre optique Tests par réflectomètrie
1 seul appareil : réflectomètre 1 "fibre d'amorce" (≈ 500m) à chaque extrémité (stabilisation des modes de transmission + test du 2ième connecteur) Le Principe du réflectomètre Envoie des impulsions lumineuses Analyse de l'écho retourné (voir courbe page suivante) Fibre à tester amorce amorce réflectomètre C1/T1/C C3/T2/C4

96 Résultats : Réflectomètrie
A1 : Affaiblissement C1 +T1 +C2 A2 : Affaiblissement C3 +T2 +C4 Y (dB) : Affaiblissement Connecteur C1 et C2 + traversée T1 + Fibre ARS 00/01

97 Tests Fibre Optique Le réflectomètre est un appareil beaucoup plus coûteux qu'un photomètre (100 à 200 KF) Formation nécessaire Permet la localisation des défauts Résultats significatifs si liaison > 300m Mesure (2 connecteurs + traversée) non dissociable Bonne précision nécessite mesure dans les 2 sens ARS 00/01

98 Recette technique Composants + mise en œuvre Exemple la SOCOTEC
Opération qui permet de garantir que l'installation répond à l'expression du besoin initial en respectant : Les normes Les règles de l'art Lors de la procédure de test, ce ne sont pas les composants qui sont testés mais l'ensemble fonctionnel du câblage Composants + mise en œuvre Il est recommandé de faire appel à un organisme indépendant dans le cas d'un projet de campus: Exemple la SOCOTEC ARS 00/01

99 Contraintes électromagnétiques
Perturbations créées par l'installation En général très en dessous des maxima imposés Perturbations subies par l'installation Opposition courants forts / courants faibles Perturbations provenant Câbles électriques, tubes fluorescents Transformateurs, ascenseurs (immeuble) Moteurs, machines tournantes … (milieu industriel) Émetteur TV, FM, GSM.. ARS 00/01

100 Contraintes électromagnétiques
Pas de norme, mais "règle de l'art" En général puissance > 5kVA => distance minimale 300 mm (couloir) Arrivée au poste de travail : goulotte double, 1 courant fort (puissance < 2kVA) 1 courant faible (distance : 10 mm) ARS 00/01

101 Contraintes électromagnétiques
ARS 00/01

102 Contraintes électromagnétiques
ARS 00/01

103 Terre et câblage informatique
Non nécessaire pour câble UTP Nécessité d'une terre électrique de bonne qualité Câble blindé relié à la terre électrique par l'intermédiaire des équipements actifs (en principe des 2 cotés) Le luxe est d'avoir 2 circuits de terre (relié à un puit unique imposé par la norme) Terre électrique (câble jaune/vert) Terre informatique (câble noir) ARS 00/01

104 Les Normes ISO EIA/TIA (association qui produit des standards)
Norme IEC (disponible auprès de l'AFNOR) Caractéristiques des câbles et de la connectique Caractéristiques des liaisons addendum en octobre 1997 pour proposer Câblage catégorie 6/classe E à 200 MHz (UTP) Câblage catégorie 7/classe F jusqu'à 600 MHz (ScTP) EIA/TIA (association qui produit des standards) EIA/TIA 568 traite du câblage structuré. Des "Technicals Systems Bulletin" TSB 36, TSB 40, TSB 67 complète le document EIA/TIA ne reconnaît pas le câble 120 ohms ARS 00/01

105 Les Normes CENELEC Normes CEM (directive 89/336/CEE) norme EN 50173
EN : câblage capillaire (AFNOR C ) EN : cordons (AFNOR C ) 50169 : câbles multipaires (AFNOR C ) Normes CEM (directive 89/336/CEE) Compatibilités Électromagnétiques ECM en anglais EN 55022, EN , EN 55024 Composant : pas de label CE Appareil, équipement : label CE obligatoire depuis le 1/1/96 Système: idem appareil Installation : qualité des composants de câblage et mises à la terre ARS 00/01

106 Adresses utiles FICOME BATIMATION
Fédération Interprofessionnelle de la communication d'entreprises PARIS : BATIMATION PARIS : ARS 00/01

107 Bibliographie "Câblage Haut Débit" (Hermès) Câblage IBCS
Par Antoine Delahousse Câblage IBCS Guide 99 ( Alcatel Cabling System Guide d'installation Introduction et directive générale "Le pré-câblage Le bon choix" (Société MS2D) ARS 00/01