Institut national des sciences appliquees de lyon

3.3 Paramètres physiques

Nous allons analyser les paramètres physiques caractéristiques. Les réseaux locaux standards correspondent à des choix cohérents parmi ces paramètres. Des réseaux commercialisés non-normalisés utilisent d'autres ensembles. Nous allons analyser les paramètres suivants :

- topologie

- support

- prises

- signal
Il en résulte des performances sur :
- la portée

- le débit maximal

3.3.1.Topologies :

Cinq structures "topologiques" peuvent être utilisées.

1. Etoile :

Toutes les stations sont reliées par des liaisons point à point à une station centrale maîtresse qui gère les échanges.

Cette topologie est la plus ancienne. Les liaisons peuvent être multipoints.
PABX : Private Automatic Branch Exchange :

Autocommutateur (numérique) privé.

On retrouve la topologie ci-dessus avec au centre de l'étoile un autocommutateur téléphonique avec des liaisons MIC. Cette technique utilise le même réseau support pour téléphone et données.
Toutefois les autocommutateurs existants supportent souvent assez mal le trafic de données et ne peuvent accueillir qu'un nombre limité de stations.

2. CATV : Réseau de télévision par câble.

On utilise une structure arborescente avec comme support des câbles de télévision et les équipements de prises connexion correspondant. Il est aisé de transmettre des signaux vidéo analogiques, de multiplexer un grand nombre de canaux "voix" ampli sur un canal "image". On utilise un ou plusieurs canaux images pour porter les données.

3. Bus :

C'est avec l'anneau une des structures de base.

Les stations sont connectées en parallèle sur un support. La portée peut être augmentée en interconnectant des tronçons identiques par des répéteurs.

4. Anneau :

Dans cette structure les stations sont interconnectées par des liaisons simplex.

Chaque station reçoit le signal de la station amont et peut soit le retransmettre, soit le capter et émettre son propre signal. Le signal est ainsi régénéré à chaque étape et la portée peut être assez élevée. Le retard apporté par chaque station est au minimum de un bit et souvent de un octet.

3.3.2 Supports:

On utilise trois type de supports, avec des variantes dans chaque type.

- Câble coaxial

- Paire torsadée

- Fibre optique.

Jusque vers 1995 le support le plus répandu était le câble coaxial qui permet des débits de quelques Mégabits/seconde (>10Mb/s) pour des portées de quelques centaines de mètres. Le câble "épais" (RG213, F = 10,3 mm) présente des pertes Joule plus faibles et permet des portées plus élevées. Plus rigide il oblige à des rayons de courbure de l'ordre de 60 cm, donc des difficultés d'installation. Le câble "fin" (RG58, F = 5mm) , plus souple est moins coûteux et surtout plus facile à installer.

La "paire torsadée" (support téléphonique) qui présentait des performances légèrement moins bonnes (1 Mb/s pour quelques centaines de mètres ou 10 Mb/s à 100 m environ) avec un coût plus faible, a connu des progrès technologiques très importants et des performances offrant des débits de 100 Mb/s. Elle est donc le support de loin le plus utilisé . On trouve de la paire torsadée blindée et de plus en plus souvent non blindée.

La fibre optique permet d'atteindre plusieurs centaines de Mb/s sur des portées de plusieurs kilomètres. On utilise en général de la fibre multimode à gradient d'indice 50/125 ou 62,5/125 dans le cadre des réseaux locaux.

Pour des distances plus élevées on a recours à de la fibre monomode.

Nota : Depuis 2000 environ un nouveau support c’est répandu : le réseau radio avec les standard WiFi et Bluetooth (pour l’interconnexion de périphériques).WiFi, universellement utilisé pour les systèmes portables, permet de partager un débit pouvant atteindre 50 Mb/s (voir diapositives du support de cours)

3.3.3 Prises :

Le raccord au support se fait soit par une prise active soit par une prise passive.

Active :

Le signal est reçu et régénéré. Cette prise est utilisée sur les topologies en anneau. En cas de non-fonctionnement de la station un dispositif de "pontage" permet de "shunter" cette étape. On utilise un circuit dont le principe est donné ci-dessous.

Le support peut être un câble coaxial ou bifilaire ou une fibre optique. Il peut y avoir changement de support au passage de la station.

Passive :

Le schéma ci-dessous illustre une réalisation possible pour une telle prise "vampire" ("Tap").



Son intérêt réside dans sa simplicité (apparente...) et sa facilité de déplacement. Ses caractéristiques mécaniques doivent être très précises pour éviter des réflexions importantes. Elle ne nécessite aucune alimentation. L'électronique de couplage (circuits d'injection et de détection du signal) est ainsi placée au plus près du support de transmission. Les circuits d'émission/réception doivent toutefois être assez proches (< 50m).

Un raccord en Té peut être beaucoup moins onéreux lorsque l'on dispose déjà sur la carte d'interface de l'électronique de couplage (qui n'a pas besoin d'être dupliquée ....). Il nécessite la coupure du câble donc une interruption de quelques minutes dans le fonctionnement du (sous-) réseau. Ce té doit être placé au plus près (quelques centimètres) du composant : transmetteur ou coupleur, qui supporte les circuits de couplage (injection et détection).

Les équipements de raccordement peuvent aussi être inclus dans des composants plus complexes : "fanout" ou "hub". Il sont reliés à l'épine dorsale du réseau ou un des brins par un répéteur.
Dans le premier cas, "fanout", plusieurs ( en général 8) MAU (Medium Attachment Unit) émetteur-récepteur, "transceiver", sont regroupés dans un composant matériel. Les stations y sont reliées par des cables de type AUI : Attachment Unit Interface d'une longueur maximale de 50m.
Dans le second, "hub", les MAU sont dans le coupleur et seuls les interfaces de connexion au médium (MDI: Medium Dependant Interface) sont regroupés par 8 ou 16 dans le "hub". Les stations y sont reliées par deux paires torsadées. Au cas où aucune station n'est connectée, un circuit de contournement isole ces cables.

3.3.4 Signal :

Le signal transmis sur le support peut être de nature variée :

- en bande de base : l'information est codée direction sous forme d'un signal à deux niveaux d'amplitude.

- à large bande : le signal en bande de base module un signal porteur sinusoïdal.

L'information est transmise de manière :

- arythmique

- synchrone (en général)

- isochrone

- autre
Le codage de l'information peut aussi être varié.

Nous ne reviendrons pas sur la taille de données transmises de manière synchrone : octet, trame, ensemble des données.

Le plus souvent on transmet des trames allant jusqu'à quelques centaines d'octets en mode synchrone.

La transmission en bande de base permet des débits de quelques centaines de kilooctets à quelques dizaines de mégaoctets par seconde selon la nature du support. En général le codage est de type "Manchester NRZ" (Modulation de phase numérique en transition) Un "zéro" est codé par une transition descendante et un "un" par une transition montante au milieu du moment.

On observe les signaux suivant.

Avec un tel signal il est facile de "récupérer" l'horloge par un système à verrouillage de phase (phase-lock). La stabilité d'horloge à l'émission doit être de 10^-4 . A titre indicatif, pour la norme 8802.3, l'amplitude du signal est d'environ + ou - 30 ma autour d'un signal de repos - 40 ma environ.

La transmission large bande (broadband) utilise les techniques de télévision. Plusieurs canaux peuvent être utilisés simultanément sur le même support soit pour transporter des données soit pour transporter d'autres signaux (vidéo analogique par exemple). On utilise une gamme de fréquence de 250 à 280 MHz environ. Pour un débit d'information inférieur à 5 Mb/s on utilisera un canal de 6 MHz de bande passante (canal TV). Pour atteindre 10 Mb/s on utilisera deux canaux adjacents. Le système de modulation retenu est une double modulation sur porteuse sinusoïdale AM/PSK : modulation d'amplitude / Modulation de phase continue (signal duobinaire).
Rappelons qu'un tel signal peut être représenté par la fonction mathématique suivante :
Si s(t) est le signal en bande de base à moduler :

S(t) = A[s(t)].Sin[(s(t)]

A est l'amplitude du signal.
Lorsqu'elle porte de l'information c'est une fonction linéaire de s(t) :
A0(1 + m.s(t)) modulation d'amplitude avec porteuse

A0.s(t) modulation d'amplitude sans porteuse

 est l'angle ou phase instantanée. Lorsque  est une fonction linéaire de s(t) :

= 2F₀t + k.s(t) + ₀

on obtient une modulation de phase .
t

Si  est proportionnel à  s(t)dt

t₀
on a une modulation de fréquence : La fréquence instantanée est alors une fonction linéaire de s(t) .
En pratique, il est nécessaire de séparer de manière efficace, à l'entrée des équipements, les signaux émis et reçus pour éviter de saturer les circuits de réception par le signal émis par sa propre station.
Les modems utilisés vont donc avoir des fréquences porteuses très différentes à l'émission et à la réception. D'autre part sur un bus, le signal émis par une station est reçu par une autre ...... Sans dispositif intermédiaire ces deux contraintes ne peuvent être satisfaites simultanément. On utilise donc à une extrémité du câble support un système de transposition en fréquence appelé "Remodulateur". Toutes les stations émettent avec une porteuse à la fréquence Fe et reçoivent sur la fréquence Fr. Le remodulateur reçoit sur la fréquence Fe et réinjecte le signal après transposition sur la fréquence Fr à destination de toues les stations.
A titre d'exemple, la norme 8802.4 fixe l'écart entre Fe et Fr à 192,25 Mhz. La fréquence Fe est prise dans l'intervalle 216-296 Mhz et la fréquence Fr dans l'intervalle 19,75-101,75 Mhz.

Ceci est illustré sur le schéma ci-dessous.