D. Médias physiques

D.                  MÉDIAS PHYSIQUES

Le média physique est le support sur lequel circulent les informations. Il peut s'agir d'un câble qui fournit une voie fixe suivie par le signal électrique ou lumineux. (média relié) mais un signal peut aussi se propager sans aucun câblage (media non relié).

Types  de médias reliés Paire torsadée Câble coax Fibre optique

Types de médias non reliés sans fil Laser Micro-ondes Infrarouge

Les médias physiques peuvent être évalués d'après les critères suivants :

• Bande passante
• Distance maximale que les données peuvent parcourir avant qu'elles doivent être régénérées.
• Résistance aux interférences de sources externes.
• Coût et installation.

1.         FIBRE OPTIQUE

La fibre optique présente l'une des plus grandes avancées technologiques en matière de câblage puisqu’elle n'émet pas de chaleur. Elle transporte la lumière dont la source est soit un laser, soit une DEL (diode électroluminescente, LED en anglais).

L’élément principal de la fibre est le conducteur central communément appelé âme de la fibre ou cœur. Il est composé d’une fibre de verre ou de plastique hautement raffiné dans lequel les ondes optiques se propagent. Ce conducteur est entouré d’une gaine optique d’indice de réfraction inférieur à celui du cœur afin de confiner les ondes optiques dans le cœur. Le tout sera ensuite recouvert d’un revêtement de protection pour protéger mécaniquement la fibre. Le système de câblage en fibre optique repose sur des câblages regroupant un nombre pair de fibres (une pour la transmission, une pour la réception).

La fibre optique est constituée de trois éléments :

• Le cœur, partie de la fibre optique propageant les rayons lumineux
• La gaine optique entoure le cœur d'un matériau dont l'indice de réfraction est inférieur à celui du cœur, de telle manière à confiner la propagation des rayons lumineux
• Le revêtement de protection protège la gaine optique des dégradations physiques.

Ce type de câble possède un rayon de courbure maximum et s’adresse plutôt à des connexions inter réseaux de plusieurs kilomètres de distance

Un câble optique peut négocier des transferts allant jusqu’à 200 Gigabit/s sur des distances dépassant plusieurs kilomètres, ce qu’aucun câble de cuivre ne permet de faire. Aujourd’hui, c’est la meilleure solution pour des grandes distances et des gros transferts. Relativement facile à installer, étant donné sa technologie, il permet surtout de connecter des backbones entre eux. Par ailleurs, il est indifférent aux perturbations électromagnétiques puisqu'il transporte de la lumière et échappe complètement aux écoutes clandestines (il faudrait se ponter directement sur le câble ce qui couperait la connexion) ; c’est donc aussi une valeur sûre pour de grosses connexions sécurisées. Les Fibres optiques varient de 2 brins pour la plus petite à 72 brins pour la plus importante.

Il existe deux grands types de fibres :

• les fibres multi modes (les rayons de lumière suivent plusieurs chemins) sont généralement utilisées pour de courte distance. Elles ont pour émetteur une diode électroluminescente et offrent des performances d’environ un gigabits/Km. les dimensions de ces fibres sont standardisées : 50 microns pour le cœur, 125 microns pour l'enveloppe.
  On distingue deux groupes, les fibres à gradient d’indice (onde de forme sinusoïdale : décroissance de l’indice de réfraction du centre vers la périphérie, avec pour conséquence que la vitesse de la lumière sera plus faible au centre) et celles à saut d’indice (réfraction à angle droit : pas de dégradation de l’indice de réfraction).

• Dans les fibres monomodes (les rayons suivent un seul chemin), l'émetteur est un laser ce qui permet un signal très précis. Ses performances sont d’environ 100 gigabits/km, l’indice de réfraction peut être constant ou décroissant. Ce type de fibre est limité en bande passante car il présente des dispersions chromatiques (les différentes ondes du spectre de la source se propagent à des vitesses différentes). Les dimensions de cette fibre sont pour le cœur de 5 à 10 microns. La lumière transite le long de l’axe du câble, d’où une atténuation très faible et une dispersion minimum. Ces fibres peuvent être utilisées sur de plus grandes distances.

a)     ÉMETTEURS

• Les Led Light Emitting Diode (fonctionnent dans l'infrarouge à 850nm)

• Les diodes à infrarouge (émettent dans l'invisible à 1300nm)
• Les lasers (longueur d'onde de 1310 nm ou 1550nm)

b)    CONNECTEURS

Il existe nombre de connecteurs pour la fibre optique, en voici quelques-uns des plus utilisés :

• Les plus répandus sont les connecteurs st et sc

SC

• Pour les réseaux fddi, on utilise les connecteurs doubles mic .

• Il faut encore citer les connecteurs sma (à visser) et les connecteurs fcpc utilisés pour la fibre monomode.

c)     POLISSAGE

Le type de polissage appliqué à la terminaison optique (ferrule) rend possible le passage de l'impulsion optique à travers deux fibres optiques :

• PC: Contact physique. La terminaison de la ferrule est polie pour obtenir une surface convexe.
• UPC: Ultra Physical Contact. Similaire aux ferrules PC, avec une convexité plus accentuée.
• APC: Contact physique en angle (Angle Physical Contact). polie en forme convexe et inclinée de 8 degrés (utilisation en réseau FTTH multi abonnés). La terminaison APC est la plus utilisée.

d)    COUPLAGE

Il y a plusieurs manières pour coupler de la fibre optique:

• Le couplage mécanique de deux connecteurs mis bout à bout au moyen d'une pièce de précision. Par exemples deux connecteurs ST
• Le raccordement par "splice" mécanique (utilisé pour les réparations suite à rupture)
• La fusion au moyen d'un appareil à arc électrique appelé "fusionneuse".

2.         CÂBLES UTP

Dans le cas le plus simple, une paire de fils permet de transporter le signal entre deux unités (le courant électrique génère un courant induit dans la liaison voisine. qui interfère avec le signal présent sur le câble et réduit son efficacité : c'est la diaphonie ou crosstalk).

Un câble torsadé est constitué de deux fils torsadés. (les courants induits dans les torsades s'annulent l'un par l'autre réduit l'effet de diaphonie).

Le câble à paire torsadée existe sous deux formes:

• Paire torsadée non blindée (UTP, Unshielded Twisted Pair) constituée de quatre paires de fils regroupés dans une gaine protectrice
• Paire torsadée blindée (STP, Shielded Twisted Pair) constituée de quatre paires de fils regroupés dans une gaine protectrice avec un fin blindage qui entoure les fils porteurs de ddonnées. Le stp peut donc transporter des ddonnées sur de plus longues distances avant qu'elles soient régénérées.

Les avantages des câbles à paire torsadées sont les suivants :

• Relativement peu coûteux
• Facile à installer

Les inconvénients sont les suivants :

• Sensible à l'interférence externe telle que les moteurs.
• Longueur de segments limitée pour une bande passante définie, l'une devant être privilégiée au détriment de l'autre.

a)     TECHNIQUES

L'une des principales qualités des communications de ddonnées est la possibilité d'établir plusieurs conversations sur le même support ou fil physique. Cette technique constitue le multiplexage, dont il existe 2 types principaux.

• Le multiplexage par division de fréquence (WDM)

• Le multiplexage par division de temps (TDM Time Division Multiplexing)

b)    MULTIPLEXAGE PAR DIVISION DE TEMPS (TDM) CLASSIQUE

Cette technique divise la bande passante disponible en un certain nombre d'intervalles de temps fixe. Un intervalle de temps (IT) est alloué à chaque unité et celle-ci peut l'utiliser exclusivement. Pour assurer que les données correctes sont fournies à l'extrémité réceptrice, un IT de synchronisation est ajouté. Si une unité demande plus de bande passante que les autres, elle se voit allouer des intervalles de temps supplémentaires au moment de la connexion. La somme de la bande

passante requise par les unités d'extrémité et de l'overhead produit par l'IT de synchronisation ne peut pas dépasser la bande passante disponible entre les multiplexers. L'inconvénient est que cette bande passante n'est pas utilisée quand les unités sont silencieuses.

c)     MULTIPLEXAGE PAR DIVISION DE TEMPS (TDM) STATISTIQUE

Cette méthode divise le flux de données préalablement à la transmission sur la liaison concernée en trames ou paquets individuels. Son principe est le suivant : comme toutes les unités ne souhaitent pas communiquer en même temps, elle n'alloue de la capacité qu'à celles qui ont quelque chose à transmettre.
Toutes les données sont rassemblées en mémoire-tampon puis regroupées dans des paquets dont l'en-tête contient l'adresse de destination et d'origine. Donc si une seule unité transmet, elle peut s'approprier toute la bande passante.
L'utilisation de mémoires-tampons dans les multiplexer aide à réaliser cette vitesse de données moyenne.
Toutefois, quand les mémoires-tampons sont pleines, les règles de contrôle de flux arrêtent la transmission des unités. Ceci, combiné aux techniques de stockage et retransmission (store and forward) utilisées à chaque étape intermédiaire dans ce type de multiplexage, a pour conséquence que ce procédé ne convient pas à un trafic sensible.

d)    MULTIPLEXAGE PAR DIVISION DE FRÉQUENCES

Une nouvelle génération de systèmes est apparue au début des années 90, mettant en œuvre le multiplexage de longueurs d'onde (ou WDM pour Wavelength Division Multiplexing).
La technologie wdm est née de l'idée d'injecter simultanément dans la même fibre optique plusieurs trains de signaux numériques à la même vitesse de modulation, mais chacun à une longueur d'onde distincte.
Les systèmes wdm / dwdm commercialisés aujourd'hui comportent 4, 8, 16, 32, 80, voire 160 canaux optiques, ce qui permet d'atteindre des capacités de 10, 20, 40, 80, 200 voire 400 Gb/s en prenant un débit nominal de 2,5 Gb/s et de quatre fois plus avec un débit nominal de 10 Gb/s. Ainsi, on obtient 3200 Gb/s (3,2 Tb/s) avec 80 canaux optiques à 40 Gb/s