RSX101 Réseaux et Télécommunications Diaporama séance 03 Niveau Physique (1) Révision A Jean-Claude KOCH

Généralités

RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Positionnement 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 » RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

COUCHE » 0 » : Niveau MÉDIUM Spécificités liées aux média TYPES de SUPPORTS : Filaires Hertziens Fibre optiques TOPOLOGIES et CABLAGE TYPES de PORTEUSES - Électrique Électro-magnétique Lumineuse INCIDENCES SPÉCIFIQUES Vitesse de propagation Bruit Distorsion RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Le SUPPORT PHYSIQUE ou « médium » SOURCE De Données PUITS De Données Emetteur Récepteur MÉDIUM de TRANSMISSION Bruit Distorsion Affaiblissement RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Un peu de physique…

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! RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Grandeurs caractéristiques (1) 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Grandeurs caractéristiques (2) 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 période = 1 ms fréquence = 1 khz LONGUEUR D’ONDE : = C/F avec C = 3 x 108 m/s Longueur d’une alternance d’une onde électromagnétique sinusoïdale. Unité : une longueur longueur d'onde = 30 m fréquence = 10 Mhz RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Grandeurs caractéristiques (3) 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. P1 P2 médium de transmission signal en émission signal en réception BANDE PASSANTE : Gamme de fréquences traversant un dispositif avec une atténuation du signal inférieure à -3 db. RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Grandeurs caractéristiques (4) IMPÉDANCE CARACTÉRISTIQUE : OHM Caractéristiques électriques du câble vu comme de longueur infinie Médium de transmission Z DIAPHONIE : Décibel Induction sur une ligne d ’un signal en transmission sur une autre ligne médias de transmission signal émis signal induit RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Analyse d ’un signal analogique sonore Zone d’inaudibilité 0,5 ms 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Khz Signal initial constitué de la fondamentale + 8 harmoniques Signal constitué de la fondamentale + 4 harmoniques Signal constitué de la fondamentale + 1 harmonique Signal constitué de la seule fondamentale à 1000 hz RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Le SPECTRE ELECTROMAGNÉTIQUE Visible Fréquence (Hz) 10 4 5 6 7 8 9 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 3 sons RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les supports de transmission

Les MÉDIA de TRANSMISSION Avec support matériel Paires filaires Coaxiaux Fibres optiques Avec support immatériel Radio Signaux lumineux RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les MÉDIA de TRANSMISSION Avec Support Matériel 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les MÉDIA de TRANSMISSION Avec Support Matériel (suite) 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Longueurs 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK La FIBRE OPTIQUE 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les topologies Lans fibres optiques Anneau avec répéteurs actifs Étoile optique passive RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK Le soliton 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). RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les MÉDIA de TRANSMISSION Avec Support Immatériel 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. RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Les MÉDIA de TRANSMISSION Avec Support Immatériel (suite) 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 Perturbées par phénomènes météo et chaleur RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Topologies de base

Schémas topologiques des réseaux étendus (1) NOEUD NOEUD NOEUD Etablissement d’un circuit NOEUD NOEUD NOEUD 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Schémas topologiques des réseaux étendus (2) NOEUD 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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

Organisation hiérarchisée du système téléphonique français CTP CTP = Centre de Transit Principal CTS = Centre de Transit Secondaire CAA = Centre à Autonomie d ’Acheminement CL = Centre Local ____ Liaison principale _ _ _ Liaison de proximité CTS CAA CL Abonné RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK

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 RSX101 - Réseaux & Télécommunication - JCK