1 cours réseauxchapitre 2 la couche physique

2 La couche physique Les bases de la transmission La transmission filaire (guidée) La transmission sans fil (non guidée) Le réseau téléphonique commuté (RTC) Le réseau numérique à intégration de services (RNIS bande étroite et large bande - ATM) Les satellites de télécommunications Les systèmes de téléphonie mobile (voix … et données) Dautres réseaux câblés...

3 La couche physique du modèle OSI application présentation session transport réseau liaison physique ISO & UIT X211 transmission des bits sur un circuit de communication aspects physiques des connexions : maintien / désactivation des connexions transmission déléments entre entités éléments de la couche physique : support physique codeurs, modulateurs multiplexeurs, concentrateurs 1

4 Explication « avec les mains »

5 15 février 2008 Communication : cadre général DTE 1DTE 2 DCE 1DCE 2 Canal de Transmission Perturbations DTE = Data Terminal Equipment DCE = Data Communication Equipment

6 15 février 2008 Nature des Informations pendant la communication DTE 1DTE 2 DCE 1DCE 2 Canal de Transmission Numérique Analogique

7 15 février 2008 Notion de bande passante Valeur caractéristique de tout canal de communication Dépend de la réponse fréquentielle Atténuation Fréquence FMin FMax Bande Passante

8 15 février 2008 Exemples de bande passante 1 GHzFibre Optique 100 MHzCâble coaxial (télévision) 100 KHzPaires Torsadées 3 KHzTéléphone Bande PassanteMédium

9 15 février 2008 Caractéristiques Fréquentielles Un signal binaire a de très mauvaises caractéristiques : –Nombreuses composantes fréquentielles –Composante continue non nulle

10 15 février 2008 Détérioration du signal par le canal Fmin = 40Hz –Les signaux lents sont supprimés

11 15 février 2008 Détérioration du signal par le canal Fmax = 3000Hz –Les signaux rapides sont supprimés

12 15 février 2008 Bande Passante globale : 40Hz – 3000Hz Détérioration du signal par le canal

13 15 février 2008 Elimination des basses fréquences Utiliser un signal de moyenne nulle: Pas de composante continue

14 15 février 2008 Problème : les hautes fréquences Signal carré –Signal « pur », facile à décoder –Nombreuses composantes –Hautes et Basses fréquences Sinusoïde –Une seule composante –Fréquence connue à lavance –Comment représenter le signal ?

15 15 février 2008 Une solution : La modulation Utilisation dune onde porteuse –S ( t ) = A. sin( 2.f.t + ) –Caractéristiques compatibles avec le médium –Modulation de la porteuse Signal Plusieurs possibilités –Modulation damplitude –Modulation de fréquence –Modulation de phase

16 15 février 2008 Modulation damplitude Variation de la « force » de la porteuse Très simple à mettre en œuvre Problème de latténuation

17 15 février 2008 Modulation de fréquence Variation de la « vitesse » de la porteuse Très robuste au bruit

18 15 février 2008 Modulation de phase Variation du décalage de la porteuse Relativement robuste au bruit

19 15 février 2008 Débit dun canal 1 baud = 1 modulation / seconde 1 modulation = q bits –Exemple :2 amplitudes 4 phases Modem 9600 bauds –2 Amplitudes –12 Phases Protocole 16QAM –4 Amplitudes –8 Phases 020 V100 π /220 V101 π 20 V110 - π 20 V111 - π 10 V011 π 10 V010 π /2 10 V V000 PhaseAmplitudeBits

20 15 février 2008 Notion de Multiplexage Multiplexage = Transmission simultanée de plusieurs signaux Optimise lutilisation de Bande Passante –Ex : Fibre Optique : W 1 GHz –Communication téléphonique ~ 30 Kb/s – Kb/s perdus ! Plusieurs Variantes : –Multiplexage temporel –Multiplexage fréquentiel

21 15 février 2008 Multiplexage Temporel On alterne les signaux sur le canal AA BB CC; AA BB CC; AA.. CC AAAAAA BBBB CCCCCC Un canal inutilisé consomme de la BP.

22 15 février 2008 Multiplexage Temporel Statistique Alternance des signaux sur le canal, allocation selon les besoins ! A : aa, B : bb, C : cc, A : aa, B : bb, C : cc, A : aa, C : cc aaaaaa bbbb cccccc Créneaux inoccupés Récupérés Transmission du numéro de canal avec chaque donnée

23 15 février 2008 Multiplexage Fréquentiel 1 canal physique n bandes distinctes –Ex : Télévision Plusieurs Chaînes A, A, A, A, A, A B, B, B, B C, C, C, C, C, C AAAAAA BBBB CCCCCC

24 15 février 2008 Numérisation du signal Echantillonage Quantification Signal Analogique Signal Numérique

25 15 février 2008 fin de l'explication « avec les mains »

26 Les media de transmission les supports magnétiques, les câbles électriques à paires torsadées, les câbles coaxiaux, les fibres optiques, le spectre électromagnétique, les ondes radio - les micro-ondes, les ondes infrarouges et millimétriques, les ondes lumineuses. Le filaire Le sans fil Les satellites de télécommunications Des réseaux variés : RTC, RNIS, GSM, CPL, UMTS,...

27 Les supports métalliques Fils simples : distance courte. Problème de parasitage Paire de fils torsadés: 2* 1 mm de cuivre isolé, résiste mieux aux interférences extérieures –Réseau téléphonique (boucle locale en paire torsadé) –Modem Au départ 9,6 kbit/s à 56 kbit/s (norme V90 avant lADSL) –RNIS: Réseaux National à Integration de service (Numéris 1990) Deux canaux numériques à 64 Kbit/s pour la voix numérisée ou les données (trame de 125 microsecondes), un canal 16 ou 64 kbit/s pour la signalisation hors bande Prix: abonnement + 2* tarif communication Téléphone. Pour 2*64kbit/s –ADSL (Assymetric Digital Subscriber Line) Débit réception (descendant) >> débit émission (montant) Débits effectifs jusquà : Réception 20 mégabit/s / Emission 1 Mégabit/s Bande passante dépend de léloignement aux centres de commutations

28 Réseaux locaux en paires torsadées UTP3 puis UTP5 (Unshielded Twisted Pair) non blindée Prise RJ45 Ethernet à 10 Mégabit/s (10baseT), 100 Mégabit/s (100baseTX) et depuis peu 1 Gigabit/s (1000 base T) 4 paires dans le même câble (dont 2 utilisées en simplex pour le 10baseT et le 100base TX) Ethernet 100 base T4 utilise 4 paires torsadées au lieu de 2 UTP5 (cablage actuel) : jusquà 1 Gigabit/s Longueur maximale dun brin en 10baseT et 100 baseT: 100 m

29 Supports métalliques (2) Les câbles coaxiaux : –Ame en cuivre -isolant - tresse métallique- gaine de protection –Résistant aux bruits –Mieux que la paire torsadée sur longue distance Bande de base –1km -> 1 giga bit/s –Très utilisé pour longue distance du réseau téléphonique –Utilisés en réseaux locaux mais supplantés par la paire torsadée en local et par la fibre optique en longue distance Large bande –Fréquence plus grande –Transmission par modulation –Télévision câblée, accès à Internet

30 Fibres optiques Tube en verre très fin (1 cheveu) recouvert d'une gaine isolante à la lumière en simplex (2 fibres) Pas de lumière : 0 logique, Impulsion lumineuse : 1 logique Utilisées en LAN (FDDI) et WAN Ethernet 100 base FX, 1000 base SX et 1000 base LX < 100 km : Plusieurs Gigabit/s (109 bits) Limitation due au passage de loptique à lélectrique Optique pure Gigabit/s

31 Les ondes lumineuses rayons infra rouges –faible portée : télécommande de TV –Facile à mettre en oeuvre –omnidirectionnelles –Peu utilisés car supplantés par ondes radio rayons lasers –peu coûteux, large bande passante –très directif -> pas d'interception –sensible aux intempéries (chaleur) –Utilisé ponctuellement pour applications spécifiques

32 Ondes radio Grandes distances (>100 km) et très grande distance avec les sattellites Débit dépend de la plage de fréquence utilisée (100 Mhz à 1 GigaHertz) Très utilisé pour la télévision et les artères principales du téléphone Fort déploiement pour les réseaux locaux (Wi-Fi) Limitation de lallocation des plages de fréquences Réseau à diffusion : problème de confidentialité -> cryptage des données transportées (IPsec) Mise en place moins coûteuse que la fibre optique Tours Hertziennes, antennes et paraboles : souvent moins onéreux que de creuser une tranchée pour mettre une fibre optique

33 Supports de transmission typesbande passanteutilisation paire torsadée> 100 KHztéléphone, LAN câble coaxial> 100 MHztélévision, LAN, MAN fibre optique> 1 GHzLAN, MAN, WAN faisceau hertzienvariableLAN, MAN satellites X canaux ( > 10 MHz ) WAN vide et air :la lumière à km/s métal :le courant électrique à km/s (69 à 77 % de ) fibre optique : la lumière à km/s vitesses de propagation

34 Débit / Temps de propagation (1/2) Une onde possède une vitesse qui dépend du support Le temps de propagation dépend de la vitesse v de londe et la longueur l du support : l/v Le débit dune ligne est défini par le nombre de bits émis par seconde sur le support Débit et vitesse sont complètement indépendants Exemple du satellite : –l=36000 km, v= m/s : T. propagation= 0,12 s –Message de 10 kbits à 1 méga bits/s: T. démission= 0,01s Exemple du réseau local sur fibre optique : –l=200m v= m/s: T.propagation = 10-6s – Message de 10 kbits à 1 méga bits/s: T. démission= 0,01s

35 Débit / Temps de propagation (2/2) AB temps de propagation temps d 'émission Temps de transfert

36 Définitions (1) Bande passante (Hz) : caractérise tout support de transmission, cest la bande de fréquences dans laquelle les signaux sont correctement reçus W = Fmax - Fmin loreille humaine est sensible dans la bande Hz les fréquences qui passe par le téléphone sont dans lintervalle : [300Hz, 3 400Hz] la bande passante du téléphone est égale à : W = = 3100 Hz = 3,1Khz Débit binaire (bit/s ou bps) cf. formule de Shannon : caractérise une liaison ; cest une fonction directe de la bande passante (W) : D = W log 2 (1 + S/N)S/N = signal / bruit cest la quantité maximale dinformation transmissible sur une voie ex. : W = Hz, S/N = 1 000, D = bit/s environ Unités :Hertz (Hz) : la fréquence dun signal, exprimée en Hz, est le nombre de périodes (ou doscillations) par seconde ; kHz, MHz, GHz,...

37 Définitions (2) Entrée signal F, Pe Sortie signal F, Ps Support F (Hz) Ps Pm Pe/2 f1f2 W = f2 - f1 W Bande passante (Hz) :

38 Théorie : Analyse de Fourier

39 Modulation dun signal (1) Un signal est caractérisé par : son amplitude A, sa fréquence f, sa phase, tel que y(t) = A * sin (2 f t + )f = 1 / T T = période Le signal est transporté sous la forme dune onde faisant varier une des caractéristiques physiques du support : courant électrique onde radio-électrique intensité lumineuse (fibre optique) Le spectre du signal à transmettre doit être inclus dans la bande passante du support physique. Rôle des techniques de modulation et de multiplexage : - adaptation des signaux au support - rentabiliser lutilisation du support

40 Modulation dun signal (2) Le signal se présente sous la forme dune onde de base régulière :porteuse p(t) = A p cos (2 f t p + p ) On fait subir des déformations (ou modulations) à cette porteuse pour distinguer les éléments du message. La modulation est la transformation dun message à transmettre en un signal adapté à la transmission sur un support physique transposition dans un domaine de fréquences adapté au support de transmission meilleur protection du signal contre le bruit transmission simultanée de messages dans des bandes de fréquences adjacentes : meilleure utilisation du support 4 types de modulation : modulation damplitude modulation de fréquence modulation de phase (synchronisation) modulation combinée (ex. : damplitude et de phase) Nombre de modulations / s = f(W) du canal de transmission

41 Modulation et débit binaire (1) Rapidité de modulation = le nombre de changements détat physique par unité de temps(signal numérique) Rm (bauds) = 1 / T (secondes) T : intervalle de modulation Un signal numérique dont la durée de chaque élément binaire est Modulation de la porteuse en fréquence : a) avec 2 valeurs de fréquence (0, 1) lintervalle de modulation T = transport dun élément binaire (bit) Rm (bauds) = 1 / T = D (bit/s) b) avec 4 valeurs de fréquence (00, 01, 10, 11) lintervalle de modulation T = transport de 2 bits Rm (bauds) = 1 / Tet D (bit/s) = 2 * 1 / T

42 Modulation et débit binaire (2) dune façon générale, on a :D (bit / s) = Q * Rm Q = nombre bits / intervalle de modulation (valence du signal = 2 **Q) remarque : lorsque Q = 1 (modulation simple), le débit binaire (bit/s) est égal à la rapidité de modulation (bauds) par abus de langage (et par erreur), on peut parler de débit en baud (avec Q 1). rapidité de modulation maximale admissible : théorème de Nyquist : si W est la largeur de bande dun support, alors la rapidité de modulation est limitée par :Rmax (baud) = 2 * W Le théorème d'échantillonage de Nyquist établit qu'un signal analogique peut être reconstruit à partir des échantillons numérisés si la fréquence d'échantillonage est au moins deux fois la bande passante du signal original.

43 Résumé des limitations Support = filtre passe-bas forte distorsion au dessus de fc " Baud : rapidité de modulation débit (bps) = Baud * Log2 V (b) " Théorème de Nyquist : débit maximum = 2 fc Log2 V (bps) " Théorème de Shannon : débit max sur canal bruité = fc Log2 (1+S/B) (bps)

44 Multiplexage Objectif :Optimiser lusage des canaux de transmission transit simultané du maximum dinformations Principe :Traiter le signal pour concentrer des flux dorigines diverses sous forme dun signal composite unique signal multiplex Trois techniques coexistent : multiplexage par répartition de fréquences ({sous-bandes}) variante (fibre optique : WDM : multiplexage en longueur donde) multiplex temporel (TDM : Time division multiplexing) multiplex temporel statistique : récupérer la bande passante des voies inactives (mais obligation de transmettre ladresse de la voie émettrice). Utilisation dune voie dacheminement du signal composite dont le débit (Dt) est inférieur à la somme des débits des voies reliées au multiplexeur ( Di), il y a sur-allocation. Le rapport Di / Dt est couramment de 4 à 5. très utilisé pour les lignes spécialisées permanentes.

45 Types de transmissions © Jean Seguin ENSSAT Transmission analogique : signal analogique (radio, téléphone) signal numérique (ordinateur) Transmission numérique : signal numérique (bande de base) signal analogique (MIC *) nécessite la numérisation du signal *MIC = modulation par impulsion et codage

46 Transmissions analogiques (ou transmissions par modulation dune onde porteuse) Le spectre des signaux modulés est centré sur la fréquence porteuse : largeur du spectre = largeur du spectre à transmettre transmission par transposition de fréquence Le rôle de la porteuse transporter les signaux dans la bande passante du support ; elle ne véhicule en elle-même aucune information, seule sa modulation a une signification. Lopération de modulation / démodulation est réalisée par un modem (ou ETCD). Utilisation des différentes modulations : Modulations damplitude : radiodiffusion mono et stéréophonique, téléphonie Modulations de fréquence : radiodiffusion stéréophonique, télédiffusion, téléphonie Modulations de phase : transport des signaux numériques sur les circuits téléphoniques, faisceaux hertziens, liaisons satellites

47 Transmissions numériques Un signal en bande de base (BdB) ne subit pas de transposition, lETCD est un simple codeur (codeur BdB). Technique utilisable seulement sur les supports nintroduisant de décalage en fréquence. Le signal occupe toute la bande passante disponible. Avantages : simplicité et faible coût. (pas de phase de modulation / démodulation) suite de symboles binaires de durée T codeur BdB suite de symboles transformés de durée fonction de codage

48 Codage dun signal La transmission directe de la suite des symboles binaires nest pas possible : limitation de la bande passante vers les fréquences extrêmes de nombreux supports de transmission nécessité de transmettre le rythme dhorloge pour pouvoir reconstituer la séquence des données reçues la déformation des signaux transmis augmente avec la largeur de la bande de fréquence utilisée Les fonctions de codage permettent dadapter le signal au support de transmission Codages à 2 (-a, +a) ou 3 (-a, 0, +a) niveaux

49 Exemples de fonction de codage Codages à 2 niveaux : (codage en bande de base) codage NRZ (No return to zero) 0 - a et 1 + a la suite binaire est représentée par : On montre que le spectre de puissance du signal NRZ est concentré au voisinage des basses fréquences mauvaise transmission par le support Problème de synchronisation émetteur /récepteur : séparation de plusieurs valeurs identiques à la suite

50 Codage à 2 niveaux Codage de Manchester (biphase) (toujours en bande de base): consiste à introduire dans le signal des transitions au milieu de chaque intervalle (ex. : 0 front montant, 1 front descendant) La même suite binaire est représentée par : On montre que le spectre de puissance du signal Manchester sétale sur la bande de fréquences [0, 2 ] bien adapté à un support à bande passante assez large Intérêt: Une transition pour chaque bit. Permet une meilleure synchronisation du récepteur mais le débit est divisé par 2 par rapport au NRZ

51 Autres codages Codage à 2 niveaux : * code de Manchester (biphase) différentiel : a i-1 - a i vaut 0 front montant a i-1 - a i vaut 1 front descendant * code de Miller = codage de Manchester en supprimant une transition sur deux Codage à 3 niveaux : * code bipolaire simple : signal transmis vaut 0 si la donnée vaut 0 signal transmis vaut alternativement +a ou -a si la donnée vaut 1 * BHDn = variantes du code bipolaire simple destinées à limiter le nombre de zéros successifs (n+1 ième non nul)

52 Définitions temporelles des signaux (transmission en mode …) Anisochrone :quelconque ; écart entre 2 signaux (bits) sans exigence ni relation avec l'écart entre 2 autres signaux : RAS. Asynchrone :inverse de synchrone ; pas d'écart constant entre 2 signaux (bits) : transactionnel, transfert de fichiers, interconnexion de LAN. Isochrone :égal ; écart constant entre 2 signaux (bits) en rapport avec un intervalle unitaire de base (Tu = temps unitaire ; écart entre 2 signaux = Tu ou 2Tu ou 3Tu, etc.) : voix, vidéo. Plésiochrone :près de ; fréquences de signaux proches mais non identiques : hiérarchie PDH. Synchrone :ensemble ; écart constant entre 2 signaux (bits), même cadence : hiérarchie SDH.

53 Synchronisation des transmissions (1) Transmissions synchrones : Une suite de données est synchrone quand le temps qui sépare les différents instants significatifs est un entier multiple du même intervalle de temps T. Les caractères se suivent sans séparation. Un signal de base de temps (ou dhorloge) est toujours associé aux données. =

54 Synchronisation des transmissions (2) Transmissions asynchrones : Une suite de données à instants aléatoires est plutôt transmise caractère par caractère. succession de trains de symboles binaires séparés par des intervalles quelconques. La transmission asynchrone des données nécessite ladjonction à chaque caractère déléments de repérage : Start et Stop bits. La durée du Start bit = durée de 1 bit du caractère (déclenchement de lhorloge locale). La durée du Stop bit = 1, 1.5 ou 2 bits du caractère (arrêt de lhorloge).

55 Exemple de numérisation : le MIC amplitude échantillonnage quantification codage PCM = MIC = modulation par impulsion et codage

56 Numérisation de la voix La voix : fmax = Hz fech = 2 * Hzéchantillonnage = 125 s débit = 64 kbit/s (pour un échantillonnage sur 8 bits) Hi-fi : fmax = Hz = 20 kHz débit = 700 Kbit/s (pour un échantillonnage sur 16 bits) (5 gammes de qualité pour la voix et laudio) : bande téléphonique Hzparole intelligible, naturel perturbé bande élargie Hzparole avec naturel respecté bande HiFi Hzexcellent pour parole et musique bande stéréo Hzqualité CD bande stéréo Hz qualité parfaite, studio, cinéma, DVD

57 Eléments de transport de linformation ETTD AETTD B canal de transmission (ou support physique) terminal ou ordinateur terminal ou ordinateur ETTD = équipement terminal de transmission de données

58 Constitution dun circuit de données ETTD A ETCD ETTD B ETCD support de transmission circuit de données techniques de transmission terminal ordinateur modem V24, X21 terminal ordinateur liaison de données contrôleur de communication

59 Nature de linformation transportée ETTD A ETCD ETTD B ETCD support de transmission modem numériqueanalogiquenumérique Interfaces V24, X21, …

60 Réseau téléphonique : les principes du RTC Principe dune communication point-à-point commutateur RTC = PSTN

61 Topologie dun réseau téléphonique commutateur

62 Réseau téléphonique : quelques définitions CLcommutateur local. CAAcommutateur à autonomie d'acheminement. CTScommutateur de transit secondaire. CTPcommutateur de transit primaire. ZAzone locale ZAAzone à autonomie d'acheminement. ZTSzone de transit secondaire. ZTPzone de transit primaire.

63 Architecture du RTC (1) : une ZAA simple CL CAA CTS abonné boucle locale faisceau

64 Architecture du RTC (2) : une organisation hiérarchique de zones CTS CTP ZTP ZTS ZAA CTP ZTS

65 Le RTC en France CAA 05 ZTP 39 ZTS 1500 ZAA CTSCTP RTC : réseau téléphonique commuté CL 6000 ZL abonnés / ZL

66 Le RTC - les commutateurs Commutateurs dabonnésCommutateurs de transit CAA fonction de routage ex: E10B3, AXE10 CL ne peut analyser les numéros / URAD ajouter les commutateurs dabonnés auxiliaires qui font de la concentration de lignes CTS CTP classe 1, reliés 2 à 2 classe 2, liaisons entre CAA de la ZTS ou externes CTU liaisons entre CAA dune ZAAU

67 Le RTC - les différentes zones locales CAA ZAAS : zone à autonomie dacheminement simple CAA ZAAM : zone à autonomie dacheminement multiple CAA CTU ZAAU : zone à autonomie dacheminement urbaine CAA

68 Le RTC - la connexité CTP CTS CAA CL CTP CTS CAA CL faisceau obligatoire faisceau transversal Règles: -acheminement pas-à-pas -indépendance de lamont -1/ écoulement maximum du trafic -2/ faisceau hiérarchique -3/ renvoi sur tonalité

69 Le RTC - les liaisons internationales CTP CTS CTP CTS CITP CIA CITP : commutateur international de transit principal CIA : commutateur international automatique international CAA CL CAA CL international

70 Liaison entre 2 ordinateurs ou 2 téléphones avec le réseau téléphonique boucle locale artère à haut-débit faisceau ou artère principale CTS CTP CL ou CAA CTS CL ou CAA codec*modem* * modem 2*28Kbit/s OU FAI modem* OU boucle locale *codec = codeur-décodeur *modem = modulateur-démodulateur

71 Liaison entre 1 ordinateur et 1 fournisseur daccès Internet avec le réseau téléphonique artère à haut-débit faisceau ou artère principale CTS CTP CL ou CAA CTS CL ou CAA codecmodem* *modem 2*28Kbit/s OU Internet FAI : fournisseur daccès ?

72 LADSL (1) : Liaison entre 1 ordinateur et 1 fournisseur daccès Internet CL ou CAA codec modem* (1) ET Internet FAI : fournisseur daccès (2) DSLAM* CTS téléphonie via le RTC ET trafic Internet via un réseau (3) ADSL 3 questions : 1- quel abonnement téléphone ? 2- quel fournisseur daccès ? 3- quel réseau ? *DSL access multiplexer

73 LADSL (2) Puissance Fréquence (Hz) Téléphonie analogique Données montantes Données descendantes 04 kHz 2 idées fondamentales : exploiter toute la bande passante du RTC séparer les données montantes et descendantes Asymmetric Digital Subscriber Line

74 LADSL (3) puissance fréquence Téléphonie analogique Données montantes : 24 canaux Données descendantes : 217 canaux 0 4 kHz 26 kHz 1.1 MHz Bande passante ADSL avec DTM (Discrete Multitone Modulation) Canaux inutilisés à cause de la qualité de la ligne 4,3 kHz 200 kHz

75 LADSL (4) : bande passante et distance Affaiblissement (dB) Fréquences (Hz) 10 KHz100 KHz1 MHz Km 3 Km 2 Km 1 Km débitdistance

76 Les xDSL (asymétriques) ADSL : Asymetric Digital Subscriber Line –débit à 9 Mb/s en descendant –débit 16 à 640 Kb/s en montant –distance maximale de 5,4 km à 1,5 Mb/s RADSL : Rate-Adaptative Digital Subscriber Line –débit 640 Kb/s à 2.2 Mb/s en descendant –débit 272 Kb/s à Mb/s en montant –distance maximale de 5,4 km à 1,5 Mbit/s VDSL / VDSL+ : Very-high-data-race Digital Subscriber Line –2.9 à 52.8 Mb/s (à 300 m) en descente seule ou 1.5 à 2.3 Mb/s dans les 2 sens, distance maximale de 1,5 km à 13 Mb/s (selon qualité ligne, diamètre du fil, …)

77 Les xDSL (symétriques) SDSL Single-line Digital Subscriber Line : –distance maximale de 7 km à 128 Kb/s, de 3 km à Mb/s –remplacée par HDSL2 SHDSL Symmetric High bit rate Digital Subscriber Line : –débit 192 Kb/s à 2.3 Mb/s HDSL / HDSL2 High-Data-rate digital Subscriber Line : –débit Mb/s (3 paires torsadées), 1,5Mb/s (2 paires) –distance maximale de 7 km (selon qualité ligne, diamètre du fil, …)

78 Historique des supports de liaison Multiplexage fréquentiel –brins FDM: groupes primaires, secondaires... Codage PCM (fin des années 60) –BP [ Hz], 8kHz, 8 bits, canaux numériques à 64 Kbit/s Multiplexage temporel –brins TDM (MIC synchrone) Hiérarchie plésiochrone (1970 à 1985) –brins PDH Hiérarchie synchrone (depuis 1984) –brins SDH (SONET)

79 Trame E-1 (MIC - G732) canal 0canal 1canal 2canal 16canal 31 Canal 0 : octet de synchronisation Canal i : 8 bits par voie et par échantillon Canal 16 : octet de signalisation des 30 voies Débit E-1 = ( 32 x 8 ) / 125 s = 2,048 Mbit/s Trame de 256 bits (125 s)

80 TDM : T-n (USA…) / E-n (Europe…) Système T –T1 : 1,544 Mbit/s, trame DS1 [24 canaux], T1c –T2 : 6,312 Mbit/s, trame DS2 [96 canaux] –T3 : 44,376 Mbit/s, trame DS3 [672 canaux] –T4 : 274,176 Mbit/s, trame DS4 [4030 canaux] Système E –E1 : 2,048 Mbit/s [30+2 canaux] –E2 : 8,448 Mbit/s [120 canaux] –E3 : 34,368 Mbit/s [480 canaux] –E4 : 139,264 Mbit/s [1920 canaux] –E5 : 565,148 Mbit/s [7680 canaux]

81 Hiérarchie E-n (Europe…) E5 E4 E3 E2 E canaux 64 kbit/s Système E (Europe, ++…) E1 : 2,048 Mbit/s [30+2 canaux] E2 : 8,448 Mbit/s [120 canaux] E3 : 34,368 Mbit/s [480 canaux] E4 : 139,264 Mbit/s [1920 canaux] E5 : 565,148 Mbit/s [7680 canaux] Système T (USA, Japon, …) T1 : 1,544 Mbit/s, trame DS1 [24 canaux] T2 : 6,312 Mbit/s, trame DS2 [96 canaux] T3 : 44,376 Mbit/s, trame DS3 [672 canaux] T4 : 274,176 Mbit/s, trame DS4 [4030 canaux]

82 Organisation de la hiérarchie : PDH PDH –Plésiochronous Digital Hierarchy –décalage des horloges entre systèmes distants Transmission numérique téléphonique –composer à partir de multiplex dun débit donné un multiplex de débit supérieur Débits normalisés –débit de base : 1 voie 64 Kbit/s –5 ordres de multiplex de E1 à E5

83 PDH peu flexible Difficulté pour les multiplexeurs –il nest pas possible didentifier un multiplex particulier dans le brin porteur : nécessité de multiplexer (et dé-) à plusieurs niveaux

84 Hiérarchie numérique synchrone SDH / SONET Synchronous Digital Hierarchy –débits de transmission élevés : jusquà 10Gb/s –fonctions plus simple quen PDH daccès et de retrait des canaux « add and drop » –disponibilité aisée, réaction simple à la demande –sécurité, mécanismes de récupération –support idéal pour des services de téléphone classique aux accès LAN –standard, interconnexion plus simple… (SDH/SONET) –SONET: USA, Canada, Japon / SDH : le reste...

85 Le modèle SDH interface physique section de régénération section de multiplexage couche VC-4 couche VC-12 ATMRTC/RNISIP VC : conteneur virtuel, charge utile en extrémité des multiplexeurs VC-4 : prise en charge signaux à 140 Mb/s ou ATM VC-12 : prise en charge des signaux à 2 Mb/s

86 Désignation des sections SDH PDH IP ATM PDH ATM IP section lien direct section de multiplexage / ligne chemin / conduit multiplexeur SDH multiplexeur SDH multiplexeur SDH répéteur section lien direct section lien direct section lien direct section de multiplexage / ligne

87 Elément SDH : le multiplexeur Multiplexeur terminal PDH SDH STM-N Fonction dun multiplexeur : combinaison de signaux PDH et SDH dune hiérarchie inférieure pour composer une hiérarchie STM-N Add / Drop Multiplexeur STM-N PDHSDH Fonction dun ADM : insertion ou suppression dun flux PDH ou SDH à partir dune hiérarchie supérieure

88 Elément SDH : le commutateur DXC DXC : brasseur numérique VC : conteneur virtuel (données utilisateur + POH) STM-16 STM-4 STM-16 STM-4 STM Mbit/s 34 Mbit/s 2 Mbit/s Fonction dun DXC : mapping des signaux PDH dans des VC et commutation des VC

89 Elément SDH : la trame élémentaire STM-1 Synchronous Transport Module - 1 –débit de 155,52 Mb/s, ITU-T G.707 –premier niveau de la hiérarchie synchrone Description –matrice de 9 lignes par 270 colonnes, 125 s –chaque octet « utile » représente un canal 64kb/s SOH AU pointer LOH charge utile / capacité SOH : surdébit de section LOH : surdébit de ligne POH : surdébit de conduit

90 Placement des charges utiles SOH AU pointer LOH SOH AU pointer LOH unité administrative (info utile) POH 2 POH 1 Trame 1 Trame 2 unité administrative précédente 9 octets261 octets 9 lignes surdébit temps 9 lignes

91 Principe de la hiérarchie « Conteneur, C-n » A chaque signal plésiochrone correspond une unité de base: C-n « Conteneur virtuel, VC-n » Un VC est composé dune unité C-n et dun POH le VC est transmis de bout-en-bout donc ne change pas sur un conduit « Unité administrative de niveau n, AU-n » pointeur sur le début du POH dans la trame STM STM-N plusieurs AU-n = AUG (groupe d -)

92 Hiérarchie Conteneurs Conteneur virtuel niveau N Unité daffluent niveau N POH pointeur Groupe daffluents niveau N Unité administrative Groupe dunités administratives STM-1 SOH Unité daffluent niveau N

93 Multiplexage PDH vers STM-1 C-11 C-12 C-2 C-3 C-4 VC-2TU-2 VC-12TU-12 VC-11TU-11 TUG-2 VC-3 TU-3 TUG-3 VC-4 AU-3 AU-4 AUG Sonet Europe Général / ,5 PDH x3 x4 x7 x3

94 Niveaux de multiplexage SDH/SONET SONET STS-1/OC-1 STS-9/OC-9 STS-12/OC-12 STS-18/OC-18 STS-24/OC-24 STS-36/OC-36 STS-48/OC-48 SDH STM-1 STM-3 STM-4 STM-6 STM-8 STM-12 STM-16 Débits (Mbit/s) 51,84 155,52 466,56 622,08 933, , , ,32 STS-3/OC-3 STS : Synchronous Transport Signal OC : Optical Carrier STM : Synchronous Transport Module STM ,28STS-192/OC-192

95 Réseau téléphonique RNIS - ISDN Réseau numérique Intégré = transmission + commutation commutateur analogique FDM TDM/PCM Réseau non-intégré Réseau intégré commutateur numérique commutateur analogique commutateur analogique commutateur numérique commutateur numérique

96 Réseau numérique à intégration de services 1968 : Groupe de travail du CCITT sur le « numérique » 1972 : G.702 concept du réseau numérique intégré 1976 : spécifications SS : G.705 première recommandation RNIS Années 80 : RNIS / ISDN –accès « intégré » à tous les services, accès numérique de bout-en-bout –premières spécifications / implantation –Ensemble dinterfaces daccès –Permet la commutation de circuits et paquets –Signalisation SS7

97 Architecture RNIS © Jean Seguin ENSSAT SS7 Switch RNIS Switch RNIS ATM X25 / FR Fournisseur de service PDH/SDH

98 Types de canaux et Interface daccès RNIS © Jean Seguin ENSSAT Canal Btransport de la voix ou des données –64 Kbit/s Canal Dsignalisation / transport de données par commutation de paquet –16 ou 64 Kbit/s Canal H débits supérieurs –H0 (384 Kbit/s), H11 (1536 Kbit/s), H12 (1920 Kbit/s) Interface daccès de base : interface SBRI : Basic Rate Interface –2B+D = 2x = 144 Kbit/s Interface daccès primaire : interface T PRI : Primary Rate Interface –23B+D = 23x = 1,536 Mbit/s (T1) –30B+D = 30x = 1,984 Mbit/s

99 Points de référence RNIS TE1 TE1 ou TE2+TA TANT2 NT1-2 TE2NT1 UTS R R : Rate, RS-232… S : System T : Terminal U : usager opérateur UNI : Interface usager réseau NT1 = TNR = terminaison numérique de réseau NT2 = TNA = terminaison numérique dabonné TE1 = terminal RNIS TE2 = terminal non RNIS TA = adaptateur de terminal

100 RNIS Service deVisiophonie H320 : (1) tramage et synchronisation de flux RNIS : 2 canaux B : 128 Kbit/s audio : 16 Kbit/sG711 vidéo : 94,4 Kbit/sH261, H263 données : 14,4 Kbit/sT120 tramage : 2*1,6 Kbit/sH221 pilotage du service, multipoint, signalisation hors bande

101 RNIS : 6 canaux B : 384 Kbit/s audio : 56 Kbit/sG722 (bande élargie 7 KHz), G711 vidéo : 249,6 Kbit/sH261 données : 32 Kbit/sT120 tramage : 6*1,6 Kbit/sH221 pilotage du service, multipoint, signalisation hors bande RNIS Service de Visiophonie H320 : (2) tramage et synchronisation de flux

102 Raccordement RNIS (1) chez le particulier TNR terminaux RNIS de l abonné Interface S ou T Interface U Centre de raccordement RNIS chez labonné équipements de l opérateur

103 Raccordement RNIS (2) dans lentreprise TNR interface T interface U Centre de raccordement RNIS chez labonné équipements de l opérateur TNA PABX terminaux RNIS terminaux non RNIS adaptateur RLE adaptateur interface S

104 Spectre électromagnétique, supports appropriés et gammes dondes associées 16 -> 20 KHz :ondes sonores parole, chantair 20 -> 100 KHz :ultrasons télécommande paires métalliques, air 30 -> 300 KHz :grandes ondes radio paires métalliques, air 0,3 -> 3 MHz : ondes moyennes radio coaxial, faisceau hertzien 3 -> 30 MHz : ondes courtes radio coaxial, faisceau hertzien 30 -> 300 MHz :hyperfréquences TV, télécoms espace, coaxial 0,3 -> 3 GHz : ondes radioélectriques radio, radar, télécoms espace, coaxial 3 GHz -> 3 THz : micro-ondes radio, radar, télécoms espace, coaxial 3 -> 400 THz : ondes infra-rouges optique, télécoms espace 400 -> 800 THz : lumière visible optique, télécoms fibre optique, espace 800 -> 3*10 3 THz : ultraviolet optique espace 10 6 THz : rayons X médecine, mécanique air, eau, métaux <3*10 8 THz : rayons gamma nucléaire air, eau, métaux

105 Technologies du sans fil La radio - cadre réglementaire contraignant - portée de 100 m à quelques kms Linfrarouge - ne traverse pas les parois opaques aux IR - respecter les angles démission Le laser - débit important - liaison point à point les ondes radio - les micro-ondes, les ondes infrarouges et millimétriques, les ondes lumineuses. Le sans fil Les satellites de télécommunications Des réseaux variés (GSM, GPRS, EDGE, UMTS,...

106 Le sans fil : Les modes opératoires Modes de fonctionnement infrastructure Configuration minimum : BSS = 1 point daccès relié à un réseau filaire + ensemble de postes réseau sans fil Configuration étendue : ESS = au moins 2 BSS

107 Le sans fil : Les modes opératoires Modes de fonctionnement ad hoc (point à point) Configuration : IBSS = aucun point daccès Communication directe entre plusieurs stations sans fil

108 Le débit du WLAN dépend de plusieurs facteurs : -le nombre dutilisateurs, -la portée des micro-cellules, -les interférences, -la propagation sur de multiples chemins, -le support des standards, -le type de matériel, -les protocoles supplémentaires, les règles d'accès, -la latence, -les goulets détranglement. Le sans fil : La portée et les débits

109 Le sans fil : La portée et les débits

110 Le sans fil : La portée et les débits Les interférences peuvent être liées à plusieurs facteurs : –Propagation multiple : rebondissements de londe dus à un environnement clos => effet de fading (affaiblissement) du signal –Transmissions ISM : interférences avec des appareils utilisant la bande des 2.4GHz (appareils radiophoniques et médicaux) –Fours micro-ondes : émettent des radiations dans la bande des 2.4GHz

111 Les technologies du sans fil (1) Home Radio Frequency Harald Blåtand, dit Harald « les dents bleues », au Xe siècle, a unifié le Danemark, la Norvège et les royaumes vikings x HiperLAN High performance Radio Local Area Network Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips et Samsung Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba Intel, HP, Siemens, Motorola, Compaq et Proxim Wireless Fidelity IEEE European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

112 Les technologies du sans fil (2) : promu par l'alliance WECA (Wireless Ethernet Compatibility Alliance) : version de base : débit de 11 Mbits par seconde, portée : 100 mètres ; évolutions : g affiche 54 Mbps sur la bande de fréquences des 2,4 GHz et a le même débit sur des fréquences de 5 GHz. : lancé par Ericsson en 1994, conçu au départ pour permettre les échanges de données entre les appareils numériques (assistant, téléphone, appareil photo, portable...). Il offre des débits moyens (1 Mbits/s en théorie) sur un rayon limité (10 à 30 mètres en pratique) sur la bande de fréquences des 2,4 GHz. : lancé Compaq, HP, IBM, Intel et Microsoft, HomeRF a été imaginé avant tout pour un usage domestique. Ses performances théoriques sont semblables à celles de Wi-Fi (débit de 11 Mbits/s). En outre, un réseau HomeRF permet aussi de soutenir des liaisons DECT, technologie de transport de la voix en mode numérique sur les réseaux sans-fil.

113 Les technologies du sans fil (3) : prolongement de la norme HomeRF qui a, depuis son lancement en 1998, été dépassée par le Wi-Fi ; débits : entre 20 et 250 Kbits/s ; très faible consommation électrique : son atout principal ; bande de fréquences des 2,4 GHz et sur 16 canaux ; portée de 100 mètres. : élaborée sous la tutelle de l'ETSI, Hiperlan est une norme exclusivement européenne. Hiperlan1 apporte un débit de 20 Mbps et Hiperlan2 de 54 Mbps sur un rayon d'action semblable à celui de Wi-Fi et HomeRF (100 mètres). Originalité d'Hiperlan 1 et 2 : sa gamme de fréquence de 5 GHz. HiperLAN

114 Bandes de fréquences pour les communications par satellite - bande L : 1,5 à 1,6 GHzterminaux mobiles, télé UHF, téléphone cellulaire, liens télé-studios - bande S : 1,9 à 2,2 GHzvoir norme UMTS - bande C : 4 à 6 GHztélévision, multimédia (pbs / météo) - bande Ku : 11 à 14 GHztélévision, multimédia (pbs / météo) - bande K : 18 à 26,5 GHzidem (pbs / météo) - bande Ka : 26,5 à 46 GHzidem (pbs / météo) Fréquence :qualitémobilitétaille antenne

115 Interconnexion de réseaux : services satellites GEO GEO : geosynchronous earth orbit orbite : km délai : 0,25 à 0,5 s applications : radiodiffusion, TV, voix (fixe) VSAT + hub

116 Interconnexion de réseaux : services satellites MEO MEO : middle earth orbit orbite : à km délai : 0,1 s applications : GPS (24 satellites), pas télécoms

117 Interconnexion de réseaux : services satellites LEO LEO : low earth orbit orbite : 450 à 1650 km délai : 0,03 s applications : voix (mobiles), données

118 Constellations de satellites Téléphonie mobile : - Iridium LEO, 66 satellites, L, 780 km début 1998, 1628 cellules * 3840 canaux - Globalstar LEO, 48 satellites, L et S et C Internet haut débit : - SkyBridge LEO, 80 satellites, Ku, 6K à 20Mbit/s - Teledesic LEO, 30 satellites, Ka, 100M (voie montante) à 720Mbit/s (voie descendante) (évolutions en cours...)

119 Architecture dun réseau GSM BSS ? NSS ? BSC BTS AuC HLR VLR Réseau Commuté Public MSC BSS - « Sous-système radio »NSS - « Réseau cœur » Micro BTS

120 Exemple de système cellulaire G B A C F E D G B A C F E D G B A C F E D Pas de réutilisation dune même fréquence dans des cellules adjacentes Diminuer la taille des cellules pour augmenter le nombre dutilisateurs

121 Les différents types de réseau GSM GSM: Global System for Mobile communications –Norme Pan-Européenne pour les communications mobiles adoptée par plus de 500 opérateurs dans plus de 200 pays –permet de transporter la voix et les données à faible débit GSM 900 (Bandes de fréquences autour de 900 MHz) –En France : Orange et SFR puis Bouygues GSM 850 –Principalement Asie et Amérique Latine GSM 1800 –En France : Bouygues puis Orange et SFR GSM 1900 –Variante du GSM 1800 en Amérique du Nord et du Sud

122 Interface radio GSM GSM DCS bande de fréquence (MHz) : accès multiple :TDMA multiplexage fréquentiel et temporel pas du découpage en fréquences :200 KHz nombre dintervalles de temps / trame TDMA : 8 écart duplex :45 MHz95 MHz rapidité de modulation :271 Kbit/s débit de la parole :13 Kbit/s débit max de données (version de base) :14,4 Kbit/s rayon des cellules (km) :0,2 à 300,2 à 4 puissance type des terminaux :2 W1 W

123 Architecture dun réseau GPRS Paquet GSM+GPRS SGSN Réseau fédérateur GPRS GGSN Mobile GPRS Circuit BSS HLR Internet Service Passerelle Réseau Commuté public MSC

124 Architecture dun réseau UMTS UTRAN Circuit Réseau IP Terminal multimode UMTS GSM/GPRS Réseau Cœur Paquet Internet « Réseau daccès radio UMTS »« Réseau cœur » RNC Paquet Node B Réseau Cœur Circuit Réseau Commuté Public

125 Du GSM au GPRS, EDGE et UMTS Adéquation des systèmes 2G, 2.5G et 3G avec différents services : Non images Oui (++) UMTS < 2 Mbit/s Oui (--)Oui (+) EDGE/GPRS < 384 kbit/s NonOui GPRS < 160 kbit/s Oui (---) GSM < 9.6 kbit/s vidéo (MP3) musiquesjeux informations et actualités messagerie électronique Système

126 GSM, GPRS, EDGE et UMTS : exemples 2 min 30 de musique MP3 (2,4 Mo) GSM34 mn GPRS 5 mn EDGE 1 mn UMTS 10 s Streaming Audio et Vidéo Avec toutes les technologies sauf GSM Téléchargement d'une carte (50 Ko) GSM42 s GPRS 6 s EDGE 1 s UMTS 0,2 s Téléchargement d'un document Word (500 Ko) GSM7 mn GPRS 1 mn EDGE 10 s UMTS 2 s

127 Diversité des modes daccès WAN / IP téléphone modem analogique xDSL sans fil satellite Réseau daccès / interconnexion de réseaux

128 Cours Réseaux fin du chapitre 2