Support Physique
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Supports physiques,Supports physiques,Transmission physiqueTransmission physique
C. Pham
RESO-LIP/INRIA
Universit Lyon 1
http://www.ens-lyon.fr/~cpham
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Supports physiques, Transmission physique 2
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Les diffLes diffrentes catrentes catgories de rgories de rseauxseaux
Les besoins et les contraintes ne sont pas du tout les mmes d'unecatgorie l'autre. Les LANs sont souvent sur des support enpartage,les MAN et les WAN sont plutt point point. La distanceinflue sur les mcanismes mettre en oeuvre dans les protocoles.La notion de scurit n'est plus la mme etc...
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Supports physiques, Transmission physique 3
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Support cuivreSupport cuivre
n Paire torsade (STP et UTP) peu coteuse, symtrique, crant ou non
trs utilise (tlphone, rseaux locaux),
large infrastructure existante,
dbit limit (centaine de MBits/s)
n Cble coaxial plus coteux, asymtrique mais,
meilleur protection contre les interfrences,
distance plus leve et meilleur dbit (1 2 Gbits/s sur 1 km)
4 paires de fils
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Supports physiques, Transmission physique 4
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Fibres optiques (1)Fibres optiques (1)
n Fibre optique de moins en moins coteuse, plus lgres, en silice le plus
souvent, rarement en verre (attnuation). Le plastique est possible.
environ 50km sans rpteurs.
trs haut-dbit (50000 Gbits/s thorique) et trs bonne fiabilit.
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Supports physiques, Transmission physique 5
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Fibres optiques (2)Fibres optiques (2)
n Fibres optiques
multi-mode
gradient d indice
mono-mode
Fibre gradient d'indice
Fibre monomode
fibre multimode (obsolete)
125m
125m
5 9m
50 ou 62,5 9m
50 ou 62,5 9m
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Supports physiques, Transmission physique 6
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Fibres optiques (3)Fibres optiques (3)
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Liaisons radioLiaisons radio
n Sans fils infrastructure moins coteuse, mais
erreurs plus frquentes et dpendantes des conditions climatiques.
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Supports physiques, Transmission physique 8
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SatellitesSatellites
rpteurs dans le ciel, d'une base source vers une basedestination,
possde gnralement plusieurs transponder (1 transponder =plusieurs centaines de communications tlphoniques),
faisceau large ou plus troit (very small aperture terminals, VSATs)
grande bande passante (>500MHz),
plusieurs orbites disponibles,
grande couverture gographique,
mais dlais plus grands (250 a 300 ms) et,
cot lv par quipement.BANDES FREQUENCES
BANDE C 4/6 GHz
BANDE KU 11/14 GHz
BANDE Ka 20/30 GHz
60 GHz = Frquence dchange entre satellites. Il y a environ 1000 Satellites.
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Supports physiques, Transmission physique 9
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Satellites (suite)Satellites (suite)
Iridium, 66 satellitesInitialement 77
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Supports physiques, Transmission physique 10
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PRIX DE FABRICATION DUN SATELLITE : 150 000 500 000 F / Kg. COUT DE LANCEMENT : 100 000F LE KG EN LEO.
400 000 F LE KG GEO.
PRIX DUNE FUSEE : ARIANE 1 4 : 15 000 MFARIANE 5 : 40 000 MF
PRIX DE REVIENT DUNE MINUTE DE TELEPHONE.
SATELLITE 300 MF LANCEMENT 300 MF FONCTIONNEMENT 400 MF TOTAL 1 000 MF
Capacit dun satellite = 18 000 lignes = 100 Milliards de
Minutes disponibles sur 10 ans.Le cot dune minute : 10 centimes .
Les coLes cots dts dun satelliteun satellite
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Supports physiques, Transmission physique 11
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Le spectre Le spectre lectromagnlectromagntiquetique
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Supports physiques, Transmission physique 12
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PhPhnomnomnes indnes indsirables (1)sirables (1)
n Attnuation affaiblissement de l'amplitude du signal, en fonction de la distance
gnralement. L'attnuation augmente quand la frquenceaugmente.
Attnuation = 10log10(Pt/Pr) (en dB), Pi en watts
Gain = 10log10(Pr/Pt)
si plusieurs sections d'attnuation/gain diffrents, on peut lessommer:
a=16dB g=20dB a=10dB400mW ??
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PhPhnomnomnes indnes indsirables (2)sirables (2)
n Perturbations entre 2 paires d'un mme cble (NEXT:Near End Crosstalk)
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PhPhnomnomnes indnes indsirables (3)sirables (3)
n Bande passante limite Pour un matriau donn les frquences de 0 f peuvent tre
raisonnablement vhicules sans subir de distorsion trop grande.C'est la bande passante.
Les composantes d'un signal priodique ne seront donc pastransmis de la mme manire.
n Distorsion temporelle La vitesse de propagation d'un signal sinusodale varie en fonction
de la frquence.
Les composantes d'un signal priodique n'arriveront donc pas enmme temps.
interfrence entre symboles
eye diagram
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Eye diagramEye diagram
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PhPhnomnomnes indnes indsirables (4)sirables (4)
n Bruit Chaque support introduit des perturbations lectriques qui font que
mme en l'absence de signal, il y a des signaux parasites. C'est lebruit de la ligne.
On utilise le rapport S/N (signal reu bruit, SNR) en lecaractrisant par SNR=10log10(S/N) dB
Le thorme de Shannon-Hartley donne le dbit maximum sur uneligne bruit (S et N en watts, W en Hz, C en bits/s):
( )NSWC += 1log2
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Ce qui en rCe qui en rsultesulte
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Supports physiques, Transmission physique 18
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Informations analogiques et numInformations analogiques et numriquesriques
n Analogique En analogique, les informations sont reprsentes par des niveaux
de valeurs continus, proportionnels la valeur de l'information. Latransmission de ces information se fait directement sur le supportphysique. Ex: Micros, photographie sur ngatif.
n Numrique Seulement un nombre faible de niveaux est utilis. On doit d'abord
chantillonner le signal analogique pour obtenir une reprsentationnumrique. On transmet alors ces chantillons sur le supportphysique en utilisant le codage binaire pour n'utiliser que lesvaleurs pr-dfinies de voltages. Ex. +5 volts et -5 volts pour les 1et les 0.
n Question: Le tlgraphe est-il un systme analogiqueou numrique?
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Supports physiques, Transmission physique 19
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Avantages et inconvAvantages et inconvnientsnients
n Analogique Informations compltes, pas de perte dues l'chantillonnage.
n Numrique Facilit de regnrer le signal, de le retravailler.
Dtection et corrections des erreurs possibles.
Possibilit de mixer plusieurs types de donnes (voix,images,donnes...)
Des dbits plus levs peuvent tre obtenus avec lesinfrastructures existante.
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Supports physiques, Transmission physique 20
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ElElments de transmission de donnments de transmission de donnee
n Chaque support de transmission permet un certainnombre de changement d'tats par seconde (rapiditde modulation, Rm) exprim en baud. 1 baud necorrespond pas forcment 1 bit. Avec des schmasde codage complexe, 1 baud peut coder plusieursbits.
n Le dbit binaire est directement reli la rapidit demodulation: quel est le dbit binaire avec 2 niveaux de valeur?
quel est le dbit binaire avec 4 niveaux de valeur?
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Supports physiques, Transmission physique 21
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Transmission entre Transmission entre quipements voisinsquipements voisins
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Supports physiques, Transmission physique 22
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Transmission en bande de baseTransmission en bande de base
n En bande de base, les 0 et les 1 binaires sontdirectement reprsents par des valeurs de tensions.L'avantage est la simplicit, mais les distances sontlimites quelques kilomtres.
NRZ: les 1 sont cods par une tension positive, les 0 par l'oppos.Pas d'horloge vhicule, problme de synchronisation.
Manchester: Transition au milieu de chaque bit. Les 0 sont codspar un front montant, les 1 par un front descendant.Synchronisation.
Manchester Diffrentiel: Les transitions ne codent que l'horloge.Les bits sont cods par la prsence (0) ou l'absence de transition(1) en dbut. Pas de polarit.
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Supports physiques, Transmission physique 23
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Exemple de codage en base de baseExemple de codage en base de base
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Supports physiques, Transmission physique 24
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Autres exemples de codages en bande de baseAutres exemples de codages en bande de base
Manchester avec "non_data" Token Ring Dlimiteurs J (bas) et K (haut)
"bande porteuse"(carrier band)= MFM modulation defrquence modifie)
MiniMAP
Codage de bloc xB/yB FDDI, FastEthernet, 100VG-
AnyLAN, etc. x bits de donnes sur y signaux par
table 0 F - "0" et "1" logiques Idle, Halt, Quiet Dlimiteurs J,K,L,T
NRZI (invers) un zro provoque un changement que donne la squence 10011101?
1 1 1 1 10 0 0 0 J JK
Horloge
Symbole
Donnes
Codage "JK"
Symbole 1 Symbole 8
0 1 0 0 1 0 01 1 0
Codage 4B/5B (FDDI)
1 0 01 Dlimiteur
Carrier Band
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Supports physiques, Transmission physique 25
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Exemple, 4B/5B (FDDI)Exemple, 4B/5B (FDDI)
n Chaque groupe de 4 bits est transformen un groupe de 5 bits avec unencodeur pas plus de deux 0 de suite.
n Ensuite en code en NRZI
n On peut ajouter des symboles en plus
111011111
111001110
110111101
110101100
101111011
101101010
100111001
100101000
011110111
011100110
111100000
010010001
010110101
010100100
101010011
101000010
00000QUIET
00100HALT
11001S
00111R
01101T
10001K
11000J
11111IDLE
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Supports physiques, Transmission physique 26
Cours de C. Pham, Univ. Lyon 1
Type Type mBnLmBnL
n m bits reprsents par n modulations L niveaux
n Ex: 4B3T4 bits reprsents par 3 modulations 3 niveaux (T comme
ternary)
8B6T8 bits reprsents par 6 modulations 3 niveaux
n On obtient ainsi une rduction de 1/4 sur le dbit enbauds avec 4B3T.
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Supports physiques, Transmission physique 27
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Transmission sur de plus longues distancesTransmission sur de plus longues distances
n Pour les longues distances, on utilise le large bande qui utilise les thories de Fourier sur la
dcomposition d'un signal priodique en sommes de sinusodes etcosinusodes.
n La bande passante limite directement le dbit que l'onpeut injecter sur un support. Le thorme de Nyquist (en 1924) stipule pour un support sans
bruit la relation suivante: Dbit max = 2Hlog2V bits/s
n Un canal de H=3KHz ne pourra donc pas vhiculerplus de 6000 bits/s (V=2 pour des niveaux binaires).
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Supports physiques, Transmission physique 28
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NNcessitcessit d'un modem d'un modem
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Supports physiques, Transmission physique 29
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Transmission en large bande (Transmission en large bande (broadbandbroadband))
n 4 types de modulation amplitude
frquence
phase
combin amplitude+phase
n Avantages Plusieurs canaux de transmission sur le mme support
de Donnes
de Signaux vido analogiques
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Supports physiques, Transmission physique 30
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Modulation combinModulation combinee
n Modulation sur porteuse sinusodale (modems etremodulateurs)
n Modulation combine: Amplitude sans porteuse +Phase S(t) = A0s1(t) Sin (2pF0t + f0 + k s2(t))
Sparation des signaux
Emis porteuse Fe
Reus porteuse Fr
Fe - Fr = 192,5 Mhz
RemodulateurModem
Station
Modem
Station
Modem
Station
Remodulateur273Mhz
80,75Mhz
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Supports physiques, Transmission physique 31
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Exemple de modulation sinusoExemple de modulation sinusodaledale
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Supports physiques, Transmission physique 32
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Modulation plus complexeModulation plus complexe
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Supports physiques, Transmission physique 33
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Le multiplexageLe multiplexage
n Lorsque plusieurs circuits de donnes existent enparallle entre deux points, il peut tre intressant deconcentrer les donnes dans une voie fort dbit afinde maximiser le taux d'utilisation des lignes.
n On utilise le multiplexage dans les rseaux grandedistance car gnralement on va utiliser une ligne trshaut-dbit pour transporter les donnes.
n On s'intresse alors l'aptitude mlanger lesmessages de donnes de types diffrents (voix,donnes...)
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FrequencyFrequency Division Division MultiplexingMultiplexing
n FDM
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Supports physiques, Transmission physique 35
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Time Division MultiplexingTime Division Multiplexing
n TDM (exemple de trame T1)
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Supports physiques, Transmission physique 36
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Le multiplexage sur fibre optiqueLe multiplexage sur fibre optique
n Wave-length Division Multiplexing mettre sur une mme fibre plusieurs canaux de donnes, en
utilisant diffrentes longueurs donde (couleurs).
1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700
2
1
1.5
0.5Longueur d onde en nm
Att
nuat
ion
en d
b/km
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Principes du WDMPrincipes du WDM
WDM(Wavelength Division Multiplexing).
>1nm
DWDM(Dense Wavelength DivisionMultiplexing).
< 0,1 nm