Les Réseaux Informatiques Chapitre I Notions sur la transmission de données Partie 1 1 Sommaire Les Réseaux Informatiques 1.Introduction 2.Système de Transmission Numérique 3.Principe d’une Liaison de Donnée 4.Support de Transmission 5.Signal analogique et signal numérique 2 1. Introduction Les Réseaux Informatiques Définition de la téléinformatique : La téléinformatique est le traitement et la transmission de l’information à distance. En effet, le terme TELE veut dire distance et INFORMATIQUE signifie le traitement de l’information. Ainsi, la téléinformatique veut dire essentiellement la transmission à distance de l’information sous forme numérique. Les intérêts de la téléinformatique sont nombreux. Nous pouvons citer à titre d’exemples : la rapidité de transmission, utilisation pour différents types d’information, la transmission sur de longues distances, la possibilité de travailler avec plusieurs groupes et de partager les informations pratiquement en temps réel et simultanément, la possibilité de rendre l’information transmise secrète (confidentialité). D’utiliser des canaux de transmission existants (téléphonie, ou radiofréquence ..etc), 3 2. Système de Transmission Numérique Les Réseaux Informatiques Les systèmes de transmission numérique véhiculent de l'information entre une source et un destinataire en utilisant un support physique comme le câble, la fibre optique ou encore, la propagation sur un canal radioélectrique. Les signaux transportés peuvent être soit directement d'origine numérique, comme dans les réseaux de données, soit d'origine analogique (parole, image...) mais convertis sous une forme numérique. La tâche du système de transmission est d'acheminer l'information de la source vers le destinataire avec le plus de fiabilité possible. 4 2. Système de Transmission Numérique Les Réseaux Informatiques 5 3. Principe d’une Liaison de Donnée Les Réseaux Informatiques ETTD Couche physique Jonction ETTD/ETCD ETTD Ligne de transmission ETCD Couche physique ETCD Jonction ETTD/ETCD Circuit de Données Liaison de Données Constituant de base d’une liaison de données 6 3. Principe d’une Liaison de Donnée Les Réseaux Informatiques Les Equipements Terminaux de Traitement de Données comme par exemple les ordinateurs, les terminaux ou tout autres sources (Emetteur) de données numériques sont appelés communément ETTD. Ils communiquent entre eux au travers d’un circuit de données qui se compose d’Equipements de terminaison de Circuit de Données (ou ETCD). les exemples des ETCD sont les modems et les lignes spécialisées. L’ensemble des fonctions nécessaires à la gestion du circuit de données par chaque ETTD constitue la couche physique de l’ETTD. Cette gestion s’effectue au travers des jonctions ou interfaces ETTD/ETCD. Un ETCD est caractérisé par son débit (nombre de bits/secondes), le mode de transmission (synchrone ou asynchrone), le type de ligne de transmission , le mode d’exploitation du circuit (simplex, duplex…etc), le procédé de codage, la rapidité de modulation (en bauds) et le type d’interface avec l’ETTD. Vocabulaire ETTD: Équipement Terminal de Traitement de Données, appelés aussi DTE (Data Terminal Equipement) ETCD: Équipement Terminal de Circuit de Données, ou DCE (Data Communication Equipement) 7 3. Principe d’une Liaison de Donnée Les Réseaux Informatiques Si nous voulons utiliser deux ETTD (exemple deux ordinateurs) respectivement comme un émetteur et un récepteur afin d'assurer un système de transmission de données. Ainsi, ces deux ETTD doivent être relié entre eux par un canal. ETTD Canal ETTD Le canal n'est entre qu'un support (conducteurs électriques, fibres optiques, espace hertizien …etc) ou l'information sous divers formes (électrique, lumineuse, électromagnétique ….etc) pourra se transmettre entre l'émetteur et le récepteur. 8 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Les supports en cuivre Les supports en cuivre sont utilisés sur certains réseaux, car ils sont bon marché, faciles à installer et qu'ils présentent une faible résistance au courant électrique. Cependant, les supports en cuivre sont limités par la distance et les interférences du signal. Les données sont transmises sur les câbles en cuivre sous forme d'impulsions électriques. Un détecteur dans l'interface réseau d'un périphérique de destination doit recevoir un signal pouvant être décodé correctement pour correspondre au signal envoyé. Toutefois, plus la distance de transmission du signal est longue, plus il se détériore selon un phénomène dit d'atténuation du signal. Pour cette raison, tous les supports en cuivre sont soumis à des restrictions de distance strictes spécifiées par les normes en la matière. Il existe trois principaux types de supports en cuivre utilisés dans les réseaux : les câbles à paires torsadées non blindées (UTP) les câbles à paires torsadées blindées (STP) les câbles coaxiaux 9 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques I. Câble Coaxial : Un câble coaxial est constitué d’un fil de cuivre entouré d’un isolant flexible, lui-même entouré d’une torsade de cuivre ou d’un ruban métallique qui agit comme le second fil du circuit et comme protecteur du conducteur intérieur. Cette deuxième couche ou protection peut aider à réduire les interférences externes. Une gaine de câble enveloppe ce blindage. Le câble coaxial existe en plusieurs variantes : • Thicknet : Epais et raide à cause de son blindage, il est recommandé pour l'installation de câble fédérateur. Sa gaine est jaune. • Thinnet : D’un diamètre plus réduit, il est plus pratique dans des installations comprenant des courbes. De plus, il est plus économique, mais dispose d’un blindage moins conséquent. Prise BNC type F type N 10 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques La durée et la tension des impulsions électriques sont également susceptibles de subir des interférences de deux sources : Interférences électromagnétiques (EMI) ou interférences radioélectriques (RFI) : les signaux électromagnétiques et radioélectriques peuvent déformer et détériorer les signaux de données transportés par les supports en cuivre. Les sources potentielles d'interférences EMI et RFI sont notamment les ondes radio et les appareils électromagnétiques tels que les éclairages fluorescents ou les moteurs électriques. Diaphonie : la diaphonie est une perturbation causée par les champs électriques ou magnétiques d'un signal dans un câble au signal traversant le câble adjacent. Dans les circuits téléphoniques, les interlocuteurs peuvent entendre une partie d'une autre conversation vocale provenant d'un circuit adjacent. Plus précisément, lorsque le courant électrique circule dans un câble, il crée un petit champ magnétique circulaire autour du câble qui peut être capté par le fil adjacent. Pour contrer les effets négatifs des perturbations électromagnétiques et radioélectriques, certains types de câbles en cuivre sont entourés d'un blindage métallique et nécessitent des connexions de mise à la terre appropriées. Pour contrer les effets négatifs de la diaphonie, certains types de câbles en cuivre utilisent des paires de fils opposés torsadés qui annulent la perturbation. 11 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques II.1. Le câble à paires torsadées non blindées Le câblage à paires torsadées non blindées (UTP) est le support réseau le plus répandu. Ces câbles terminés par des connecteurs RJ-45 sont utilisés pour relier des hôtes réseau à des périphériques réseau intermédiaires, tels que des commutateurs et des routeurs. Dans les réseaux locaux, chaque câble UTP se compose de quatre paires de fils à code-couleur qui ont été torsadés, puis placés dans une gaine en plastique souple qui les protège des dégâts matériels mineurs. Le fait de torsader les fils permet de limiter les interférences causées par les signaux d'autres fils. Les connecteurs RJ-45 Il réduit les parasites, la réflexion et les problèmes de stabilité mécanique et ressemble à une prise téléphonique, sauf qu'il compte huit conducteurs au lieu de quatre. Il s'agit d'un composant réseau passif, car il sert uniquement au passage du 12 courant entre les quatre paires torsadées. 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques II. 2. Le câble à paires torsadées blindées Les câbles à paires torsadées blindées (STP) offrent une meilleure protection parasitaire que le câblage UTP. Toutefois, par rapport aux UTP, les câbles STP sont bien plus onéreux et plus difficiles à installer. Comme les câbles UTP, les câbles STP utilisent un connecteur RJ-45. Le câble à paires torsadées et blindées, ou STP, ajoute aux spécifications de l’UTP une méthode de blindage, d'annulation et de torsion de câbles. Le blindage de ce type de câble doit être mis à la terre lors de son installation, si cela n’est pas effectué correctement, de nombreux problèmes peuvent survenir, car le blindage agit comme une antenne en absorbant les signaux électriques des autres fils du câble et des parasites électriques externes au câble. Pendant de nombreuses années, le câblage STP a constitué la structure de câblage spécifiée pour les installations réseau Token Ring. Les réseaux de type Token Ring étant de moins en moins employés, la demande de câblage à paires torsadées blindées a également décliné. Cependant, la nouvelle norme relative à 10 Gigabit Ethernet prévoit l'utilisation de câblage STP, ce qui crée un certain regain d'intérêt envers ce type de câble. 13 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Les catégories de câbles L’UTP est standardisé en diverses catégories d’intégrité du signal. Ces différentes catégories sont ratifiées par les autorités de normalisation américaines ANSI/TIA/EIA, Catégories 1 et 2 La catégorie 1 et catégorie 2 n'ont jamais existé. La première normalisation EIA/TIA 568 de 1990 a repris le concept de "qualités de câbles" 1 et 2 utilisées par un distributeur, et a commencé la numération officielle à 3. Catégorie 3 La catégorie 3 est un type de câblage testé à 16 Catégorie 4 La catégorie 4 est un type de câblage testé à 20 MHz. Catégorie 5 / Classe D L'ancienne catégorie 5 permet une bande passante de 100 MHz et une vitesse allant jusqu’à 100 Mbit/s Catégorie 5e / classe De La catégorie 5e (enhanced) peut permettre une quantité d'information allant jusqu’à 1000 Mbit/s. Catégorie 6 / classe E La catégorie 6 est un type de câblage testé jusqu'à 250 MHz. Catégorie 6a / classe Ea Ratifiée le 8 février 2008, la norme 6a est une extension de la catégorie 6 avec une bande passante de 500 MHz (norme ANSI/TIA/EIA-568-B.2-10). Cette norme permet le fonctionnement du 10GBASE-T. Dans la norme internationale, le terme "6a" s'écrit "6A) catégorie 7 / classe F La catégorie 7 est testée à 600 MHz. La catégorie 7 ne reconnaît pas le connecteur RJ45 et à la place en reconnaît 3 autres. À cause de ce manque de compatibilité, la catégorie 7 est très peu utilisée. Catégorie 7a / classe Fa La catégorie 7a est testée à 1 GHz et permet un débit allant jusqu'à 10 Gbit/s, tout comme les catégories 6a et 7. Par contre, le connecteur RJ45 n'est pas reconnu, créant les mêmes difficultés 14 que la catégorie 7 pour connecter les équipements. 4. Support de Transmission III.Câble à fibre optique Les Réseaux Informatiques La fibre optique est de plus en plus utilisée pour interconnecter des périphériques réseau d'infrastructure. Elle permet la transmission de données sur de longues distances et à des débits plus élevés qu'avec les autres supports réseau. La fibre optique est un fil en verre très pur (silice) transparent, à la fois flexible et très fin. Son diamètre n'est pas beaucoup plus grand que celui d'un cheveu humain. Les bits sont codés sur la fibre sous forme d'impulsions lumineuses. Le câble à fibre optique sert de guide d'ondes ou « tuyau lumineux » qui transmet la lumière entre les deux extrémités avec un minimum de perte de signal. Contrairement aux fils de cuivre, la fibre optique peut transmettre des signaux qui subissent moins d'atténuation et est entièrement insensible aux perturbations électromagnétiques et radioélectriques Éléments d'un câble en fibre optique Le cœur : il se compose de verre pur et est en contact direct avec la lumière. La gaine optique : il s'agit d'une couche de verre qui entoure le cœur et fonctionne comme un miroir. Les impulsions lumineuses se propagent dans le cœur tandis que la gaine les reflète. Ainsi, les impulsions lumineuses sont contenues dans le cœur de la fibre selon un phénomène appelé réflexion totale interne. La protection : il s'agit généralement d'une gaine en PVC (polyvinyl chloride) qui protège le cœur et la gaine optique. Elle peut également contenir des matériaux de renforcement et un gainage (revêtement) destinés à protéger le verre des rayures 15 et de l'humidité. 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Types de fibre optique Les impulsions lumineuses représentant les données transmises sous forme de bits sur le support sont générées par l'un des deux moyens suivants : Lasers Diodes électroluminescentes (LED/DEL) Des dispositifs à semi-conducteur électronique appelés photodiodes détectent les impulsions lumineuses et les convertissent en tensions qui peuvent ensuite être reconstituées en trames de données. Remarque : la lumière laser transmise via le câblage à fibre optique peut endommager l'œil humain. Ne regardez pas l'extrémité d'une fibre optique active. Les câbles à fibre optique peuvent être classés en deux grands types : La fibre optique monomode (SMF) : son cœur présente un très faible diamètre et elle fait appel à la technologie coûteuse qu'est le laser pour envoyer un seul rayon lumineux. Elle est répandue dans les réseaux longue distance (plusieurs centaines de kilomètres) nécessaires pour les applications de téléphonie et de télévision par câble longue distance. La fibre multimode (MMF) : la taille de son cœur est supérieure et elle utilise des émetteurs LED pour envoyer des impulsions lumineuses. La lumière d'une LED entre dans la fibre multimode selon différents angles. Elle est généralement utilisée dans les réseaux locaux, car elle permet l'utilisation de LED, dont le coût est faible. Elle fournit une bande passante allant jusqu'à 10 Gbit/s sur des liaisons pouvant atteindre 550 mètres de long. 16 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Connecteurs de fibre réseau les trois connecteurs fibre optique réseau les plus répandus sont les suivants : Connecteur ST (Straight-Tip) : connecteur à baïonnette d'ancienne couramment utilisé avec la fibre monomode. version Connecteur SC (Subscriber Connector) : parfois appelé connecteur carré ou connecteur standard. Il s'agit d'un connecteur largement utilisé dans les réseaux locaux et étendus qui fait appel à un mécanisme de clipsage permettant de vérifier l'insertion. Ce type de connecteur est utilisé avec la fibre optique multimode et monomode. Connecteur LC (Lucent Connector) : parfois appelé petit connecteur ou connecteur local, il est de plus en plus répandu en raison de sa petite taille. Il est utilisé avec la fibre monomode et prend également en charge la fibre multimode. 17 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques La lumière pouvant uniquement voyager dans une direction par la fibre optique, deux fibres sont requises pour prendre en charge le fonctionnement bidirectionnel simultané. C'est pour cette raison que les câbles de brassage en fibre optique regroupent deux câbles à fibre optique raccordés par une paire de connecteurs monovoies standard. Certains connecteurs à fibres optiques acceptent à la fois les fibres de transmission et de réception. Ce sont des connecteurs bidirectionnels. Les câbles de brassage en fibre optique sont nécessaires pour interconnecter des périphériques d'infrastructure. Les différents câbles de brassage courants : Câble de Câble de Câble de Câble de brassage brassage brassage brassage multimode SC-SC monomode LC-LC multimode ST-LC monomode SC-ST Les câbles à fibre optique doivent être protégés par un petit embout en plastique lorsqu'ils ne sont pas utilisés. Notez également l'utilisation de couleurs permettant de différencier les câbles de brassage monomode et multimode. C'est la norme TIA 598 qui recommande l'utilisation d'une gaine jaune pour les câbles à fibre optique monomode et d'une 18 gaine orange (ou bleue) pour les câbles à fibre multimode. 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Les câbles à fibre optique présentent de nombreux avantages par rapport aux câbles en cuivre. Les fibres utilisées dans les supports en fibre optique n'étant pas des conducteurs électriques, le support est à l'abri des interférences électromagnétiques et ne peut pas conduire de courant électrique indésirable suite à des problèmes de mise à la terre. Les fibres optiques étant fines et subissant une perte de signal relativement faible, elles peuvent fonctionner à des longueurs bien supérieures aux supports en cuivre. Les problèmes de mise en oeuvre de support en fibre optique comprennent : Un coût plus élevé (généralement) que les supports en cuivre pour la même distance (mais pour une capacité supérieure) Des compétences et matériel différents pour raccorder et épisser l'infrastructure de câblage Une manipulation plus délicate que les supports en cuivre Actuellement, dans la plupart des environnements d'entreprise, la fibre optique est utilisée principalement comme câblage du réseau fédérateur pour les connexions point à point de trafic élevé entre des points de distribution de données et pour l'interconnexion des bâtiments des grands complexes. La fibre optique ne conduisant pas l'électricité et subissant une perte de signal inférieure, elle est bien adaptée à ces usages. 19 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques IV. transmission sans fils . Principe Un conducteur rectiligne alimenté en courant haute fréquence ou radiofréquence peut être assimilé à un circuit oscillant ouvert. Un tel circuit ou antenne d’émission rayonne une énergie (onde électromagnétique). Cette énergie électromagnétique recueillie par un autre conducteur distant ou antenne de réception est transformée en un courant électrique similaire à celui d’excitation de l’antenne d’émission (théorème de réciprocité).. Contrairement aux supports étudiés dans les paragraphes précédents, la liaison entre les deux entités émetteur et récepteur s’effectue sans support physique. Les ondes électromagnétiques (OEM) se propagent dans le vide à la vitesse de la lumière. On appelle longueur d’onde (λ), la distance parcourue pendant une période du phénomène vibratoire. 20 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Faisceaux hertziens Les faisceaux hertziens reposent sur l’utilisation de fréquences très élevées (de 2 GHz à 15 GHz et jusqu’à 40 GHz) et de faisceaux directifs produits par des antennes directionnelles qui émettent dans une direction donnée. Les faisceaux hertziens s’utilisent pour la transmission par satellite, pour celle des chaînes de télévision ou pour constituer des artères de transmission longue distance dans les réseaux téléphoniques. Ondes radioélectriques Les ondes radioélectriques correspondent à des fréquences comprises entre 10 kHz et 2 GHz. Un émetteur diffuse ces ondes captées par des récepteurs dispersés géographiquement. Contrairement aux faisceaux hertziens, il n’est pas nécessaire d’avoir une visibilité directe entre émetteur et récepteur, car celui-ci utilise l’ensemble des ondes réfléchies et diffractées. En revanche, la qualité de la transmission est moindre car les interférences sont nombreuses et la puissance d’émission beaucoup plus faible. Remarque : L’attribution des bandes de fréquences varie selon les continents et fait l’objet d’accords internationaux. 21 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques Bande de spectre "ISM“ (Industrial, Scientific, and Medical ): aucune autorisation n’est nécessaire 22 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques le sans fil présente également quelques contraintes : Zone de couverture : les technologies de communication de données sans fil fonctionnent bien dans les environnements ouverts. Cependant, certains matériaux de construction utilisés dans les bâtiments et structures, ainsi que le terrain local, limitent la couverture effective. Interférences : la transmission sans fil est sensible aux interférences et peut être perturbée par des appareils aussi courants que les téléphones fixes sans fil, certains types d'éclairages fluorescents, les fours à micro-ondes et d'autres communications sans fil. Sécurité : la connexion à un réseau sans fil ne nécessite aucun accès physique à un support. Par conséquent, les périphériques et les utilisateurs non autorisés à accéder au réseau peuvent tout de même se connecter. La sécurité du réseau constitue donc un composant essentiel de l'administration des réseaux sans fil. Bien que la technologie sans fil soit de plus en plus utilisée sur les ordinateurs de bureau, le cuivre et la fibre sont les supports de couche physique les plus répandus dans les déploiements réseau. 23 4. Support de Transmission Les Réseaux Informatiques CARACTERISTIQUES SUPPORTS Propagation de signaux électriques, optiques, radio Valeur de bande passante • gamme de signaux transmissibles, • limitation de la rapidité de modulation • limitation du débit binaire Valeur d’affaiblissement conditionne l’éloignement maximum Techniques d’exploitation d’un support Transmission analogique: Transmission analogique: le signal varie d’une façon continue (ex. la radiodiffusion) Transmission Numérique :le signal varie d’une façon discrète (nombre d’états fini) 24 5. Signal analogique et signal numérique Les Réseaux Informatiques L’être humain vit dans un monde analogique. Il possède cinq sens (l’ouïe, la vision, l’odorat …etc) qui lui permettent de recevoir des informations de nature physique (réelle) et de les comprendre et/ou traiter à travers son cerveau. Toutes ces informations sont analogiques du fait qu’elles évoluent par rapport au temps d’une manière continue et non interrompue (ou discontinue). Signal : tension électrique souhaitée, modèle d’impulsions lumineuses ou encore onde électromagnétique modulée. Il permet d’acheminer les données dans le média. Amplitude t Exemple d’un signal analogique Le signal analogique présente les caractéristiques suivantes : • Il oscille • Son graphique de tension varie constamment en fonction du temps et peut être représenté par une sinusoïde 25 5. Signal analogique et signal numérique Les Réseaux Informatiques Le signal numérique: Néanmoins, l’utilisation d’un ordinateur, ou tout autres systèmes numériques de traitement de l’information, nécessite la conversion de des signaux analogiques en signaux numériques pour qu’ils soient compris et acceptés. Un signal numérique est donc un signal qui présente qu’un nombre finis d’état (c’est à dire d’amplitudes) généralement il possède deux états (on dit qu’il est binaire : avec un état haut que l’on assimile à un et un état bas que l’on assimile habituellement à zéro). Exemple la séquence numérique suivante 110001110110 On dit aussi c’est un signal bivalent compte tenu qu’il possède deux états (1,0) La représentation d'un bit dans un média physique Un bloc d'information est un élément binaire, connu sous le nom de bit ou impulsion. Un bit, dans un milieu électrique, est un signal correspondant à un 0 binaire ou à un 1 binaire. Cela peut être aussi simple que 0 (zéro) volts pour un 0 en binaire, et +5 volts pour un 1 binaire, ou un codage plus complexe. 26
