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Les supports physiques  
 

 
Le cuivre et la fibre optique
PDH, SDH et SONET
Les technologies xDSL
Les réseaux sans fil

Le choix effectué lors du câblage a une grande importance par la suite : les coûts mis en jeu étant très importants, une erreur dans le choix peut être payée très cher. Ce choix sera fait en fonction de deux choses, le réseau qui sera implémenté et son évolution futur.

Le cuivre et la fibre optique

Le cuivre

Deux types de support cuivre coexistent, la paire torsadée et le câble coaxial. Le câble coaxial a une meilleure bande passante et une sensibilité aux perturbations plus faible mais il reste environ 8 fois plus cher que la paire torsadée et est donc souvent délaissée au profit de cette dernière. Le câble coaxial est également plus lourd et moins maniable.

La paire torsadée est composée de deux fils en spirale entouré chacun d’une gaine isolante en plastique. L’ensemble est peut-être blindé (STP, Shielded Twisted Pair) ou non-blindé (UTP, Unshielded Twisted Pair), mais le blindage a là aussi de lourdes conséquences sur le prix. Dans le cadre des hauts débits, le standard tant à devenir l’UTP de catégorie 5 avec 2 ou 4 paires.

Voici les cinq catégories de paires torsadées :
- Catégorie 1 : Elle n’a aucune contrainte et sert pour les communications bas débit.
- Catégorie 2 : Fréquence de 2 Mhz, de 2 à 25 paires. Dédié au transport de voix et bas débit.
- Catégorie 3 : Référence pour les réseaux locaux Ethernet et Token Ring, fréquence de 16 Mhz.
- Catégorie 4 : Complément de la catégorie 3 pour une plus grande sécurité.
- Catégorie 5 : Le standard le plus élevé avec une fréquence de transmission de 100 MHz.

Les inconvénients majeurs du cuivre sont un forte atténuation et une vitesse de transmission relativement faible, ce qui limite la distance maximum entre deux stations ou entre deux appareils d’interconnexion.

La fibre optique

La fibre optique est un support privilégié pour les transmissions à haut débit, mais son coût est bien plus élevé que le support cuivre. La fibre optique se développe pourtant très bien et si les limites du cuivre sont dessinées, celles de la fibre optique sont encore loin.

Face à l’inconvénient du prix, on lui reconnaît de nombreux avantages : une bande passante de l’ordre de 1 GHz pour 1 km, un volume très faible pour un encombrement minimum, une grande légèreté, une très faible atténuation (1 dB/km) et donc une très bonne qualité de transmission, une indépendance presque totale face à la température et aux perturbations. Elle-même ne rayonne d’ailleurs pas.

Un autre avantage de la fibre optique est l’aspect sécurité : il est très difficile de brancher une écoute sur câble optique et une telle opération se traduit par une chute significative du signal dont la cause est facilement localisable.

Il existe deux types de fibre optique, la fibre monomode et la fibre multimode. La fibre monomode possède un cœur de très petit diamètre, de l’ordre de la longueur d’onde du signal transmis. La lumière transite donc le long de l’axe du câble et donc de plus longues distances possible (peu d’atténuation). La fibre multimode voit les rayons lumineux suivre des trajets différents suivant l’angle de réfraction. Les rayons peuvent donc arriver au bout de la ligne à des instants différents, d’où une certaine dispersion du signal.

Il est à noter que la fibre monomode est plus cher que la fibre multimode.

Wavelength Division Multiplexing (WDM)

La technologie WDM est né au début des années 90 de l’idée d’injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs trains de signaux numériques à la même vitesse de modulation, mais chacun a une longueur d’onde distincte.

La norme IUT G692 a défini un peigne de longueurs d’onde autorisées dans la fenêtre de transmission 1530-1565 nm. Elle normalise l’espacement en nanomètre ou en GigaHertz entre deux longueurs d’onde permises de la fenêtre : 200 GHz ou 1,6 nm ou 100 GHz ou 0,8 nm.

La technologie WDM est dite dense (DWDM) lorsque l’espacement utilisé est égal ou inférieur à 100 GHz. Des systèmes à 50 GHz ou à 25 GHz ont déjà été testés.

Les systèmes commercialisés aujourd’hui comportent 4, 8, 16, 32 ou 80 canaux optiques, ce qui permet d’obtenir des débits de 200 Gbps en prenant un débit par canal de 2,5 Gbps. Pour fixer les idées, un système à 16 canaux de 2,5 Gbps permet de transmettre 500 000 conversations téléphoniques sur une seule fibre…

PDH, SDH et SONET

La SDH est actuellement très utilisée, elle constitue même le standard d’ATM au niveau physique.
Pour comprendre les fondements de la hiérarchie synchrone (SDH, Synchronous Digital Hierarchy pour l’Europe et SONET, Synchronous Optical Network pour les Etats-Unis), il est préférables de voir ce qui se faisait dans les débuts du multiplexage temporel, c’est-à-dire, la hiérarchie plésiochrone.

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy)

Le Japon, l’Amérique du Nord et l’Europe ont défini des standards différents en terme de multiplexage temporel. Les français multiplexent 30 lignes à 64 Kbps alors que les deux autres n’en multiplexent que 24. Ces différences vont générer des standard différents dans chacun des trois pays à chaque niveau de multiplexage.

En effet, les lignes déjà multiplexées sont à nouveau multiplexées. De l’information est rajoutée à chaque niveau pour gérer ce multiplexage, c’est pour cela que le débit n’est pas exactement le multiple de ce qui rentre mais légèrement plus. C’est cela qui l’a qualifié de plésiochrone (en grec, plésio = presque, plésiochrone =  presque synchrone).

Le principal défaut de cette technique de multiplexage est qu’elle ne permet pas d’avoir accès aux informations d’une voix directement sans démultiplexer l’ensemble des voies. Ce défaut était largement acceptable en téléphonie mais n’est pas admissible dans le cadre d’un réseau de services.

SDH (Synchronous Digital Hierarchy)

La SDH étant l’objet d’une autre présentation, seul le principe sera abordé.

Contrairement à la PDH, la SHD repose, elle, sur une trame numérique qui apporte, en plus d’un débit plus important, une facilité de brassage et d’insertion ou d’extraction, d’où une plus grande souplesse dans l’exploitation et la gestion des réseaux de transmission.

Ce concept est possible grâce à une structure en conteneur. En effet, chaque signal est encapsulé dans un conteneur qui, avec son surdébit (POH, Path Overhead) permettant le repérage des informations, forme un conteneur virtuel (VC). Ce sont ces conteneurs qui sont gérés dans le réseau de transmission SDH, indépendamment des signaux qu’ils transportent.

Dans la hiérarchie synchrone, un ensemble de conteneurs est défini, chacun correspondant à un débit PDH, sauf 8 Mbps. Ceci permet une migration de PDH vers SDH de façon très simple.

Le débit de base, compromis entre les intérêts américains, européens et japonais, est de 51.84 Mbps. Ce débit forme le premier niveau : STS-1 (Synchronous Transport Signal, level 1). Les niveaux supérieurs, STS-n, sont les multiples n-ièmes du niveau de base.

Une autre grandeur de débit, les niveaux STM-N, a été définie. Il s’agit de multiples du débit STM-1 (Synchronous Transfer Mode, level 1) de 155,520 Mbps, soit STS-3. Ainsi, les STM 1, 4, 16, 64, 128 et 256 ont été définis. Le STM-4 (622,080 Mbps) est le débit typique prévu pour ATM.

La trame de base (STM-1) d’un signal SDH est représenté sous la forme de 9 rangées de 270 octets (dont 9 octets de supervision), soit 261 octets d’information utile par rangée. Ces trames seront ensuite multiplexées en étant rangées dans des conteneurs plus grand, et ainsi de suite. En fonction des débits PDH de base, on rangera un certain nombre de trames dans les conteneurs STM-N.

Il existe donc différents types de conteneurs virtuels (qui peuvent eux-mêmes contenir d’autres conteneurs virtuels, VC-3 et VC-4). Ces VC sont rangés dans des STM-N ayant également un surdébit (SOH, Section Overhead) où l’on trouve notamment des pointeurs vers les différents VC.

De cette façon, chaque trame peut-être repérée et lu sans avoir besoin de démultiplexer l’ensemble du STM.

SONET (Synchronous Optical Network)

SDH et SONET se correspondent puisqu’elles ont été basées sur le même débit de base, soit 51,84 Mbps. Le niveau 1 de SDH (STM-1) correspond au niveau 3 de SONET (OC-3, Optical Carrier, level 3), la hiérarchie SDH étant la même norme que celle de SONET pour l’ATM.

La trame de base OC-1 est composée de 9 rangées de 90 octets avec 3 octets de contrôle. Ces conteneurs virtuels seront à leur tour rangés dans des conteneurs de débit plus important, et ainsi de suite.

Les technologies xDSL (Digital Subscriber Line)

Le déploiement massif de la fibre optique jusque chez l’abonné, envisagé au début des années 90 s’est révélé un investissement trop onéreux à la rentabilité hypothétique. Il s’agit de trouver une autre solution à moindre coût.

Le but de la technologie DSL est de doper les paires téléphoniques de cuivre existantes en mixant le trafic de données, de voix et de vidéo en point à point sur le réseau téléphonique traditionnel. La barrière théorique des 300 – 3400 Hz de bande passante utilisée sur les lignes téléphoniques peut être repousser sous certaines conditions.

Afin d’augmenter le débit sans que la dissipation d’énergie et la diaphonie ne posent problème, il faut par exemple que la liaison entre l’abonné et la centrale la plus proche soit la plus courte possible, les signaux hautes fréquences étant atténués plus rapidement que les signaux basses fréquences et l’utilisation de répéteurs étant irréalisable. La clé se trouve dans la mise en œuvre de techniques de traitement du signal et notamment dans la modulation d’amplitude et de phase ou de fréquence.

Il existe plusieurs types de DSL :
- ADSL, Asymetric DSL : Elle est basée sur un débit asymétrique, le flux descendant (du réseau vers l’utilisateur) étant plus important que le flux montant. ADSL préserve le canal de voix et convient bien aux applications interactives du type « accès à Internet » ou « vidéo à la demande ».
- HDSL, High data rate DSL : Elle permet un canal T1 ou E1 sur une boucle locale sans répéteur. HDSL peut être utilisé par les opérateurs pour l’interconnexion de PABX, par exemple.
- SDSL, Single line DSL : C’est une version monoligne de HDSL (qui utilise les deux paires téléphoniques).
- VDSL, Very high data rate DSL : Elle est en cours de développement et devrait permettre des débits de l’ordre de 50 Mbps pour le flux descendant.
- RADSL, Rate Adoptive DSL : C’est une technique asymétrique qui a la particularité d’adapter le débit en fonction des capacités de la ligne.

Chacune de ces techniques utilise des modes de séparation des canaux différents (AdE, Annulateur d’écho et FDM, modulation de fréquence) et des codages différents (DMT, Discrete Multitone qui divise le signal en 256 sous-canaux, CAP, Carrierless Amplitude Modulation qui module en phase et en amplitude et le codage 2B1Q, 2 Binary 1 Quaternary qui est le codage à 4 états utilisé par RNIS).
Par exemple, l’ADSL (qui est de loin le plus utilisé) utilise les différentes fréquences de la façon suivante :

Les caractéristiques des différentes techniques DSL sont décrites dans le tableau suivant :

Les réseaux sans-fil

Les réseaux sans-fil se développent très rapidement et devraient représenter un marché énorme au début des années 2000. Il s’agit d’utiliser la voie hertzienne pour constituer ces réseaux sans-fil dans les entreprises et de nombreuses institutions.

On distingue deux types de réseaux sans-fil, le premier étant les réseaux locaux sans-fil (WLAN, Wireless LAN) et le deuxième étant les réseaux mobiles. Nous n’aborderons ici que le WLAN, qui ont pour avantages de ne pas poser de problème de roaming (changement de zone par un utilisateur), la taille limitée de l’entreprise permettant à une seule cellule d’être suffisante.

Plusieurs produits sont déjà commercialisés mais ils sont incompatibles entre eux par un manque de normalisation finalisée. Plusieurs solutions sont envisagées, la première étant d’avoir une seule borne qui effectue le relais entre les différentes stations par voie hertzienne, la deuxième étant d’avoir des microcellules (typiquement, chaque pièce) qui utilisent l’infrarouge. Les bornes sont dans ce cas interconnectés soit par voie hertzienne, soit par un réseau filaire classique. Deux grandes orientations se détachent dans le domaine : HiperLAN et IEEE 802.11.

HiperLAN

Le nom est l’abréviation de High performance radio LAN. Les fréquences retenues se situent entre 5.15 et 5.30 GHz ainsi qu’une bande de 200 MHz autour de 17 GHz (HiperLAN 2). Les vitesses de transfert devraient être de 10 à 20 Mbps et les communications se font directement de station à station ou par l’intermédiaire d’un nœud central.

Les communications peuvent se faire sur 5 canaux distinctes de priorité différente. L’adaptation du CSMA/CD appelée EY-NPMA (Elimination Yield None Preemptive Priority Multiple Access) consiste à scruter les canaux par ordre de priorité jusqu’à trouver un canal libre pour émettre.

Le niveau 2 du modèle OSI est divisée en deux sous-couches, la sous-couche CAC (Channel Access Control) qui correspond à la partie physique de la technique d’accès (gestion des problèmes liés au canal hertzien ainsi que toute la transmission et réception) et la sous-couche MAC qui correspond à la partie logique, soit la mise en forme de la trame, le routage interne, les algorithmes de confidentialité, la gestion de priorité (QoS) et l’insertion et le retrait des stations.

IEEE 802.11

Les communications peuvent se faire soit de station à station, soit par une borne de concentration. Une station ne peut par contre pas relayer les paquets vers une autre station terminale. Les débits sont de 1 ou 2 Mbps selon qu’on utilise le codage FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) qui utilise un saut de fréquence ou le codage DSSS (Direct Sequence Sequence Spread Spectrum) qui code de façon continue. L’utilisation de l’infrarouge est également possible.

La technique d’accès est plus compliquée, il s’agit du CSMA/CA (Collision Avoidance). Pour éviter les collisions, plusieurs temporisateurs propres à chaque station sont attribués se qui limite la probabilités d’avoir deux stations émettant dans les mêmes microsecondes.

 




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