Principe de fonctionnement

Les connexions réseau (matériel)
(d’après wikipedia)
Paire torsadée
Schéma d'une paire torsadée.
Quatre paires torsadées d’un câble réseau de type UTP.
Une paire torsadée est une ligne de transmission formée de deux fils conducteurs enroulés en hélice
l’un autour de l’autre. Cette configuration a pour but de maintenir précisément la distance entre les fils
et de diminuer la diaphonie.
Le maintien de la distance entre fils de paire permet de définir une impédance caractéristique de la
paire, afin de supprimer les réflexions de signaux aux raccords et en bout de ligne. Les contraintes
géométriques (épaisseur de l’isolant/diamètre du fil) maintiennent cette impédance autour
de 100 ohms :




100 ohms pour les réseaux ethernet en étoile ;
150 ou bien 105 ohms pour les réseaux token ring ;
100 ou bien 120 ohms pour les réseaux de téléphonie ;
90 ohms pour les câbles USB.
Plus le nombre de torsades est important, plus la diaphonie est réduite. Le nombre de torsades moyen
par mètre fait partie de la spécification du câble, mais chaque paire d’un câble est torsadée de manière
légèrement différente pour éviter la diaphonie.
L’utilisation de la signalisation différentielle symétrique permet de réduire davantage les interférences.
Il est apparu en 1983 et est toujours utilisé de nos jours pour par exemple les connexions internet en
réseau filaire. Les paires torsadées ont été utilisées dans les câbles téléphoniques, y compris à longue
distance, depuis la généralisation du téléphone, du temps où la gaine extérieure des câbles était en
plomb, et l’isolant des fils en papier recouvrant une couche d’émail.
Les types de blindages
Les paires torsadées sont souvent blindées afin de limiter les interférences. Comme le blindage est fait
de métal, celui-ci constitue également un référentiel de masse. Le blindage peut être appliqué
individuellement aux paires ou à l’ensemble formé par celles-ci. Lorsque le blindage est appliqué à
l’ensemble des paires, on parle d’écrantage.
Il existe plusieurs types de paires torsadées :
Paire torsadée non blindée
Unshielded twisted pair (UTP) - dénomination officielle U/UTP. La paire torsadée non blindée
n’est entourée d’aucun blindage protecteur.
Paire torsadée écrantée
Foiled twisted pair (FTP) - dénomination officielle F/UTP. L'ensemble des paires torsadées a un
blindage global assuré par une feuille d’aluminium. L’écran est disposé entre la gaine extérieure
et les 4 paires torsadées. Les paires torsadées ne sont pas individuellement blindées.
Paire torsadée blindée
Shielded twisted pair (STP) - dénomination officielle U/FTP. Chaque paire torsadée blindée est
entourée d’un écran en aluminium de façon similaire à un câble coaxial.
Paire torsadée doublement écrantée
Foiled foiled twisted pair (FFTP) - dénomination officielle F/FTP. Chaque paire torsadée est
entourée d'une couche conductrice de blindage en aluminium. L'ensemble des paires torsadées
a un écran collectif en aluminium.
Paire torsadée écrantée et blindée
Shielded foiled twisted pair (SFTP) - dénomination officielle SF/UTP. Câble doté d’un double
écran (feuille métallisée et tresse) commun à l’ensemble des paires. Les paires torsadées ne
sont pas individuellement blindées contrairement à ce que le terme Shielded foiled twisted
pair pourrait faire croire.
Paire torsadée doublement blindée
Shielded shielded twisted pair (SSTP) - dénomination officielle S/FTP. Chacune des paires est
blindée par un écran en aluminium, et en plus la gaine extérieure est blindée par une tresse en
cuivre étamé. Le terme SSTP ne signifie pas Shielded shielded twisted pair puisque les paires
ne sont pas individuellement blindées par une tresse.
Paires torsadées UTP.
Paires torsadées FTP.
Paires torsadées S-STP ou S/FTP.
Tableau récapitulatif avec les dénominations officielles (norme
ISO/IEC 11801)
Dénomination Dénomination
courante
officielle
Blindage de
Blindage des paires
l'ensemble du câble
individuelles
UTP
U/UTP
aucun
aucun
STP
U/FTP
aucun
feuillard
FTP
F/UTP
feuillard
aucun
FFTP
F/FTP
feuillard
feuillard
SFTP
SF/UTP
feuillard, tresse
aucun
SSTP
S/FTP
tresse
feuillard
Le code avant le slash (la barre oblique) désigne le blindage pour le câble lui-même (l'ensemble des
paires torsadées), alors que le code après le slash détermine le blindage des paires individuelles.
L'abréviation se décompose donc selon le schéma suivant :
type de blindage pour l'ensemble du câble
/ type de blindage pour les paires torsadées
TP = twisted pair paire torsadée
U = unshielded non blindé
F = foil shielding blindage par feuillard
S = braided shielding blindage par tresse
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, européennes CENELEC 50173,
internationales ISO 11801, ou autres… La norme française définissant le câblage structuré reprend la
version européenne, et suite à la traduction s'appelle: NF/EN 50173-1.
Catégorie 1
La catégorie 1 n'a 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 2
La catégorie 2 n'a 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 MHz. Ce type de câble de nos jours ne sert
principalement plus qu’à la téléphonie sur le marché commercial, aussi bien pour les lignes
analogiques que numériques (systèmes téléphoniques, par exemple : Norstar, etc.). Il est également
utilisé pour les réseaux Ethernet (10Mb/s). Ce type de câblage est en cours d’abandon (en 2007) par
les opérateurs au bénéfice de câbles de catégorie 5 ou supérieure, pour la transmission de
la voix comme des données. Le code couleur est jaune, vert, rouge, noir. Dans les systèmes
de xDSL on prend le vert et le rouge pour transmettre les données.
Catégorie 4
La catégorie 4 est un type de câblage testé à 20 MHz. Ce standard fut principalement utilisé pour les
réseaux Token Ring à 16 Mbit/s ou les réseaux 10BASE-T. Il fut rapidement remplacé par
les catégories 5 et 5e. Dans la norme actuelle ANSI/TIA/EIA-568B, seule la catégorie 3 est décrite.
Catégorie 5 / Classe D
L'ancienne catégorie 5 permet une bande passante de 100 MHz et une vitesse allant jusqu’à 100
Mbit/s. Ce standard permet l’utilisation du 100BASE-TX, ainsi que diverses applications de téléphonie
ou de réseaux (Token ring, ATM). La Catégorie 5 est obsolète et remplacée par la catégorie 5e. A noter
que dans la norme ISO 11801, depuis la version 2000, a renommé la nouvelle Catégorie 5e en
Catégorie 5, alors que la normalisation nord-américaine conserve le terme "5e".
Catégorie 5e / classe De
La catégorie 5e (enhanced) peut permettre une quantité d'information allant jusqu’à 1 000 Mbit/s. C’est
un type de câblage testé à 100 MHz (apparu dans la norme TIA/EIA-568B). La norme est une
adaptation de la catégorie 5, améliorée pour permettre le Gigabit Ethernet. Le type de blindage et
l’appairage en longueur ne sont pas spécifiés). Dans la norme ISO 11801, depuis 2000, cette catégorie
est renommée Catégorie 5 / Class D.
Catégorie 6 / classe E
La catégorie 6 est un type de câblage testé jusqu'à 250 MHz. En théorie il devait permettre le
1000Base-TX, fonctionnant à 200MHz en 2 x 2 paires simplex au lieu de 77MHz en 4 paires full duplex.
Ceci devait réduire les coûts de production des interfaces réseaux. Aucun fabricant n'a suivi et le
1000base-TX n'existe pas. Par contre, grâce à une moins forte résistance, le câble Catégorie 6 reste
avantageux par rapport au Catégorie 5e pour l'utilisation de PoE où il permet des économies d'énergie.
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 MHz4. Elle permet l’acheminement d’un signal de télévision modulé en
bande VHF ou UHF, mais pas dans une bande satellite (qui nécessite une bande passante
de 2 200 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 que
la Catégorie 7 pour connecter les équipements.
Power over Ethernet
Quatre paires torsadées d'un câble réseau de type UTP.
Le Power over Ethernet (littéralement puissance par-dessus ethernet) (abrégé PoE, équivalent de la
norme IEEE 802.3af) permet de faire passer une tension de 48 V (jusqu'à 12 W de puissance voire
plus) en plus des données à 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s. Cette technologie alloue deux paires (ou plus) sur
les quatre paires que contient un câble UTP ou STP afin d'alimenter certains appareils d'un réseau
ethernet tels que des téléphones IP, des disques durs réseaux, des imprimantes, des caméras IP ou
des points d'accès Wi-Fi.
Cette technologie permet d'installer des appareils tels une imprimante ou un téléphone dans les
endroits qui sont dépourvus de prise électrique. Comme les données et l’alimentation électrique
passent dans le même câble Ethernet, il n’y a plus qu’un unique câble à tirer
par périphérique connecté. De ce fait, comparativement à une alimentation externe, la quantité de
connectique et d'adaptateurs est réduite. La redondance électrique généralement présente en salle
machine, avec des commutateurs double alimentation et des onduleurs, se trouve aussi simplifiée. Le
tout offre ainsi une facilité de gestion.
Un câble Ethernet est composé de quatre paires de fils. Quand la connexion s'établit à 100 Mbits, les
données transitent sur deux paires seulement, à savoir les fils 1, 2, 3 et 6 ; les deux autres paires
inutilisées, à savoir les fils 4, 5,7 et 8, peuvent être utilisées pour véhiculer le courant électrique. Dans
la plupart des cas le POE passe par un fil de la paire 1,2 et un autre fil de la paire 3,6 en même temps
que les données.
Pour faire du PoE, il suffit d’intercaler un adaptateur PoE entre
le concentrateur (notamment commutateur, routeur) et le périphérique Ethernet en question. Un
adaptateur PoE est constitué de deux modules pairs :


D’une part d’un module branché en aval du concentrateur qui injecte le courant électrique dans le
câble Ethernet sortant. Sur ce module se connectent le câble d’alimentation, le câble Ethernet
entrant (IN, connecté au concentrateur) et le câble Ethernet sortant (OUT).
D’autre part d’un module branché en amont du périphérique qui sépare les données et le courant
électrique du câble Ethernet juste avant de les réinjecter séparément dans le périphérique
Ethernet.
Il existe des concentrateurs PoE et il n'y a alors plus besoin d’utiliser d’adaptateurs PoE.
Le PoE fournit 48 V en courant continu à travers 2 fils non utilisées des 4 fils disponibles du catégorie 3
ou 5e, pour du 10BASE-T et 100BASE-TX.
Une technique dite « phantom power » permet également de transporter le courant à travers une paire
utilisée pour la transmission de données. Ceci permet donc l'utilisation du PoE avec du 1000BASE-T,
en utilisant toutes les paires (Catégorie 5e ou plus).
Le POE fournit un maximum de 350 mA et une puissance maximum de 15,4 W. Seulement 13 W sont
disponibles après décompte de la déperdition de 10 à 20 % de l'énergie disponible (résistance des
câbles donc déperdition de chaleur par effet joule). Cela est d'ailleurs l'un des problèmes à résoudre
par les constructeurs de câblage, car la concentration des passages de câbles occasionne un
échauffement accru, ce qui implique un vieillissement accéléré et des caractéristiques physiques
différentes.
Les puissances disponibles sont référencées en différentes classes :
Class
Usage
Niveaux de puissance maximale
à l'entrée du dispositif
(watts)
0
Défaut
0,44 à 12,94
1
Facultatif 0,44 à 3,84
2
Facultatif 3,84 à 6,49
3
Facultatif 6,49 à 12,95
4
Réservé
(Les PSE classent comme Class 0)
(PSE = Power Sourcing Equipment (commutateur ou concentrateur réseau implémentant du PoE))
Dans les faits, l'éventail des équipements supportant l'alimentation par PoE est encore relativement
limité. Téléphone IP, Borne Wi-Fi, caméra vidéo IP représentent la majorité de ces équipements.
L'intérêt technico-économique du PoE est à étudier selon les cas et suivant différents paramètres :


l'éloignement ou non d'une source de courant (ex. une caméra vidéo de surveillance en bordure de
site, une borne Wi-Fi placée en hauteur dans un hall etc.)
la sauvegarde électrique ou non des équipements réseaux (commutateur ou injecteur PoE) par un
onduleur ou réseaux électriques redondants.
Un déploiement massif de cette technologie ne pourra réellement être considéré que lorsque les
réseaux électriques et de données pourront être mutualisés. (Dans le même esprit que la convergence
voix/donnée, avec la mutualisation des réseaux voix (PABX) et des réseaux de données (IP))
Pour l'heure les évolutions prévues sont le PoE+, qui est en cours de normalisation avec le groupe de
travail IEEE 802.3at, qui a officiellement commencé à travailler en septembre 2005. Le pré-standard
devrait prendre en compte l'utilisation de 2 paires du câble Ethernet Cat 5 pour fournir un courant de
600 mA et une puissance de 25 W au (Powered Device) matériel alimenté. Ceci permettra d'élargir le
marché avec un nombre élargi de clients potentiels. Des équipements comme des
transmetteurs WiMAX, caméra motorisée, vidéophone, ou PC portable devraient se voir attribuer une
alimentation plus appropriée.
Fibre optique
Fibres optiques.
Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété d'être un conducteur de
la lumière et sert dans latransmission de données et de lumière. Elle offre un débit
d'information nettement supérieur à celui des câbles coaxiaux et supporte un réseau « large bande »
par lequel peuvent transiter aussi bien la télévision, le téléphone, la visioconférence ou les données
informatiques. Le principe de la fibre optique a été développé au cours des années 1970 dans les
laboratoires de l'entreprise américaine Corning Glass Works (actuelle Corning Incorporated).
Entourée d'une gaine protectrice, la fibre optique peut être utilisée pour conduire de la lumière entre
deux lieux distants de plusieurs centaines, voire milliers, de kilomètres. Le signal lumineux codé par
une variation d'intensité est capable de transmettre une grande quantité d'information. En permettant
les communications à très longue distance et à des débits jusqu'alors impossibles, les fibres optiques
ont constitué l'un des éléments clef de la révolution des télécommunications optiques. Ses propriétés
sont également exploitées dans le domaine des capteurs (température, pression, etc.), dans
l'imagerie et dans l'éclairage.
Un nouveau type de fibres optiques, fibres à cristaux photoniques, a également été mis au point ces
dernières années, permettant des gains significatifs de performances dans le domaine du traitement
optique de l'information par des techniques non linéaires, dans l'amplification optique ou bien encore
dans la génération de supercontinuums utilisables par exemple dans le diagnostic médical. Dans les
réseaux informatiques du type Ethernet, pour la relier à d'autres équipements, on peut utiliser
un émetteur-récepteur.
Principe de fonctionnement
Fonctionnement
Principe d'une fibre optique.
La fibre optique est un guide d'onde qui exploite les propriétés réfractrices de la lumière. Elle est
habituellement constituée d'un cœur entouré d'une gaine. Le cœur de la fibre a un indice de
réfraction légèrement plus élevé (différence de quelques millièmes) que la gaine et peut donc confiner
la lumière qui se trouve entièrement réfléchie de multiples fois à l'interface entre les deux matériaux (en
raison du phénomène de réflexion totale interne). L’ensemble est généralement recouvert d’une
gaine plastique de protection.
Lorsqu'un rayon lumineux entre dans une fibre optique à l'une de ses extrémités avec un angle
adéquat, il subit de multiples réflexions totales internes. Ce rayon se propage alors jusqu'à l'autre
extrémité de la fibre optique sans perte, en empruntant un parcours en zigzag. La propagation de la
lumière dans la fibre peut se faire avec très peu de pertes même lorsque la fibre est courbée.
Une fibre optique est souvent décrite selon deux paramètres :


la différence d'indice normalisé, qui donne une mesure du saut d'indice entre le cœur et la gaine :
, où
est l'indice de réfraction du cœur, et
celui de la gaine.
l'ouverture numérique de la fibre ((en) numerical aperture), qui est concrètement le sinus de l'angle
d'entrée maximal de la lumière dans la fibre pour que la lumière puisse être guidée sans perte,
mesuré par rapport à l'axe de la fibre. L'ouverture numérique est égale
à
.
Principe d'une fibre optique à saut d'indice.
Il existe plusieurs types de fibre optique. Dans la fibre à saut d'indice, l'indice de réfraction change
brutalement entre le cœur et la gaine. Dans la fibre à gradient d'indice, ce changement d'indice est
beaucoup plus progressif. Dans les fibres à cristaux photoniques, l'écart d'indice entre les
différents matériaux (en général la silice et l'air) est beaucoup plus important. Dans ces conditions, les
propriétés physiques du guidage diffèrent sensiblement des fibres à saut d'indice et à gradient d'indice.
Dans le domaine des télécommunications optiques, le matériau privilégié est la silice très pure car elle
présente des pertes optiques très faibles. Quand l'atténuation n'est pas le principal critère de sélection,
on peut également mettre en œuvre des fibres en matière plastique. Un câble de fibres optiques
contient en général plusieurs paires de fibres, chaque fibre conduisant un signal dans chaque sens.
Lorsqu'une fibre optique n'est pas encore alimentée, on parle de fibre optique noire.
Système de transmission
Tout système de transmission d’information possède un émetteur et un récepteur. Pour un lien optique,
deux fibres sont nécessaires. L’une gère l’émission, l’autre la réception. Il est aussi possible de gérer
émission et réception sur un seul brin mais cette technologie est plus rarement utilisée car l’équipement
de transmission est plus onéreux.
Le transpondeur optique a pour fonction de convertir des impulsions électriques en signaux optiques
véhiculés au cœur de la fibre. À l’intérieur des deux transpondeurs partenaires, les signaux électriques
sont traduits en impulsions optiques par une LED et lus par un phototransistor ou une photodiode.
Les émetteurs utilisés sont de trois types :



les diodes électroluminescentes (DEL), ou LED (light emitting diode), qui fonctionnent dans le
rouge visible (850 nm),
les lasers, utilisés pour la fibre monomode, dont la longueur d’onde est 1 310 ou 1 550 nm,
les diodes à infrarouge qui émettent dans l’infrarouge à 1 300 nm.
Les récepteurs sont les photodiodes PIN (les plus utilisées car elles sont peu coûteuses et simples à
utiliser avec une performance satisfaisante) et les photodiodes à avalanche. Pour tous les types de
détecteurs optiques, le principe de fonctionnement est le même : l’effet photoélectrique. Entre les deux
transpondeurs, l’information est portée par un support physique (la fibre) appelé le canal de
transmission. Au cours de son parcours, le signal est atténué et déformé : des répéteurs et des
amplificateurs placés à intervalles réguliers permettent de conserver l’authenticité du message. En
général, la modulation du signal optique est une modulation d’intensité lumineuse obtenue par la
modulation du signal électrique dans la diode ou le laser.
L’atténuation et la déformation du signal sont des conséquences directes de la longueur du canal de
transmission. Afin de conserver le signal optique de la source, les systèmes de transmission optique
utilisent trois types d’amplificateurs :



regeneration (amplification seule),
regeneration-reshaping (amplification et remise en forme),
regeneration-reshaping-retiming (amplification, remise en forme et synchronisation).
Il existe des répéteurs à amplification optique (utilisant des verres dopés aux terres rares) ou des
répéteurs-régénérateurs électroniques. Les liaisons actuelles utilisent principalement des amplificateurs
optiques à fibres dopées erbium et sont entièrement optiques sur des distances pouvant aller
jusqu’à 10 000 km.
Comme dans tous les systèmes de transmission, on cherche à transmettre dans la même fibre optique
un maximum de communications d’origines différentes. Afin de ne pas brouiller les messages, on les
achemine sur des longueurs d’onde différentes : c’est le multiplexage en longueur d’onde ou
WDM (wavelength division multiplexing). Il existe plusieurs techniques de multiplexage chacune
adaptée au type de transmission sur fibre optique (transmission longue distance ou boucle locale par
exemple) : Dense WDM (beaucoup de signaux à des fréquences très rapprochées), Ultra WDM
(encore plus), Coarse WDM (moins de canaux mais moins coûteux)…
Désormais, on sait réaliser des réseaux tout-optique, c'est-à-dire qui ne sont pas des assemblages de
fibres optiques reliées les unes aux autres par des nœuds électriques. Les commutateurs, les
multiplexeurs, les amplificateurs existent en version tout-optique. C’est actuellement un enjeu
primordial car la rapidité des transmissions sur fibre optique est telle que les goulots d’étranglement se
trouvent désormais dans l’électronique des nœuds des réseaux.
Fibres monomodes et multimodes
Fibres multimodes et monomodes
Les fibres optiques peuvent être classées en deux catégories selon le diamètre de leur cœur et la
longueur d'onde utilisée : les fibres monomodes et multimodes.

Fibres multimodes
Les fibres multimodes (dites MMF, pour Multi Mode Fiber), ont été les premières sur le marché. Elles
ont pour caractéristique de transporter plusieurs modes (trajets lumineux). Du fait de la dispersion
modale, on constate un étalement temporel du signal proportionnel à la longueur de la fibre. En
conséquence, elles sont utilisées uniquement pour des bas débits ou de courtes distances. La
dispersion modale peut cependant être minimisée (à une longueur d'onde donnée) en réalisant un
gradient d'indice dans le cœur de la fibre. Elles sont caractérisées par un diamètre de cœur de
plusieurs dizaines à plusieurs centaines de micromètres (les cœurs en multimodes sont de 50
ou 62,5 µm pour le bas débit). Cependant les fibres les plus récentes, de type OM3, permettent
d'atteindre le Gbit/s sur des distances de l'ordre du km. Les longues distances ne peuvent être
couvertes que par des fibres optiques monomodes.
Débits et distances en fibre optique

Fibres monomodes
Pour de plus longues distances et/ou de plus hauts débits, on préfère utiliser des
fibres monomodes (dites SMF, pour Single Mode Fiber), qui sont technologiquement plus avancées car
plus fines. Leur cœur très fin n'admet ainsi qu'un mode de propagation, le plus direct possible c'est-àdire dans l'axe de la fibre. Les pertes sont donc minimes (moins de réflexion sur l'interface cœur/gaine)
que cela soit pour de très haut débits et de très longues distances. Les fibres monomodes sont de ce
fait adaptées pour les lignes intercontinentales (câbles sous-marin). Une fibre monomode n'a pas
de dispersion intermodale. En revanche, il existe un autre type de dispersion : la dispersion
intramodale. Son origine est la largeur finie du train d'onde d'émission qui implique que l'onde n'est pas
strictement monochromatique : toutes les longueurs d'onde ne se propagent pas à la même vitesse
dans le guide ce qui induit un élargissement de l'impulsion dans la fibre optique. On l'appelle aussi
dispersion chromatique. Ces fibres monomodes sont caractérisées par un diamètre de cœur de
seulement quelques micromètres (le cœur monomode est de 9 µm pour le haut débit).
Fibres spéciales
Il est possible de rajouter certaines caractéristiques aux fibres :



les fibres dopées contiennent des ions de terres rares ;
les fibres à maintien de polarisation ;
les fibres photosensibles.
Applications
Utilisation pour les télécommunications
Câble sous-marin en fibre optique
La fibre optique, grâce aux performances qu'elle offre, est de plus en plus utilisée dans les réseaux de
télécommunications. Avec l'essor d'Internet et des échanges numériques, son utilisation se généralise
petit à petit jusqu'à venir chez le particulier. Du fait de leurs besoins[Lesquels ?], les opérateurs et les
entreprises ont été les premiers acquéreurs de fibres optiques. Elle est particulièrement appréciée par
les militaires pour son insensibilité aux IEM (Interférences électromagnétiques) mais aussi pour sa
légèreté.
Il faut cependant distinguer les fibres multimodes et monomodes. Les fibres multimodes sont réservées
aux réseaux informatiques à courtes distances (datacenter, entreprises et autres) alors que les fibres
monomodes sont installées pour des réseaux à très longues distances. Elles sont notamment utilisées
dans les câbles sous-marins intercontinentaux. En arrivant dans les habitations via le réseau DFA, la
fibre optique apporte une révolution dans les télécommunications directement aux particuliers,
notamment en termes de débits et de services.
Une fibre optique est un guide d'onde dans lequel une onde lumineuse est modulée en intensité afin de
contenir des informations. Pour les courtes distances, et une optique à bas-coût, une simple DEL peut
jouer le rôle de source émettrice tandis que sur des réseaux hauts débits et à longue distance, c'est
un laser qui est de préférence utilisé.
Utilisation dans les réseaux informatiques
Historiquement, les réseaux informatiques locaux ou LAN, qui permettaient de relier des postes
informatiques qui jusque là ne pouvaient pas communiquer entre eux, furent construits avec des câbles
réseaux à base de fils de cuivre. Le gros inconvénient de ces câbles est qu'ils sont très sensibles aux
perturbations électromagnétiques en tout genre (ascenseurs, courants forts, émetteurs...). Dans des
milieux à forte concentration d'ondes, il devenait donc difficile d'utiliser ce type de câbles même en les
protégeant par un blindage. Mais surtout, inconvénient majeur : le signal électrique qu'ils transportent
s'atténue très rapidement. Si l'on veut relier deux équipements distants ne serait-ce que de quelques
centaines de mètres (pour relier deux bâtiments entre eux par exemple), cela devient compliqué car le
signal n'est presque plus perceptible une fois arrivé à l'autre bout du câble.
Sauf cas particuliers liées notamment à des contraintes électromagnétiques spécifiques, les réseaux
locaux (quelques dizaines de mètres) sont généralement réalisés sur du cuivre. Lorsque la distance
entre deux machines augmente, il devient intéressant d'utiliser une fibre optique. Une fibre optique peut
notamment relier deux bâtiments, ou constituer un maillon d'un réseau informatique local, régional,
continental, ou intercontinental.
La fibre optique fut très vite introduite dans les réseaux informatiques pour pallier les points faibles des
câbles de cuivre. En effet, la lumière qui y circule n'est pas sensible aux perturbations
électromagnétiques et elle s'atténue beaucoup moins vite que le signal électrique transporté sur du
cuivre. On peut ainsi facilement relier des équipements distants de plusieurs centaines de mètres, voire
plusieurs kilomètres. Elle reste efficace dans des environnements perturbés et ce, à des débits au
moins dix fois supérieurs aux simples câbles réseaux, mais pour un prix généralement supérieur.
Types
Fibre multimode utilisée dans une liaison Fiber Channel (le connecteur SC a été retiré).
Dans les réseaux informatiques, --comme avec la paire de cuivre-- les fibres vont souvent par deux :
l'interface d'une machine utilise une fibre pour envoyer des données et l'autre fibre pour en recevoir.
Toutefois il est possible de réaliser une liaison bidirectionnelle sur une seule fibre optique.
Plusieurs types de fibres optiques sont aujourd'hui utilisés dans les réseaux informatiques :



Monomode ou multimode.
Avec des tailles de cœur et de gaine variables. La plus commune : la 50/125, fibre multimode, a un
cœur de 50 µm de diamètre pour une gaine de 125 µm.
Avec des types de connecteurs différents : ST (section ronde à visser), SC (section carrée
clipsable), LC (petite section carrée clipsable), ou MTRJ (petite section carrée clipsable).
Wi-Fi
Le Wi-Fi est un ensemble de protocoles de communication sans fil régi par les normes du groupe IEEE
802.11 (ISO/CEI 8802-11). Un réseau Wi-Fi permet de relier sans fil plusieurs appareils
informatiques (ordinateur, routeur, décodeur Internet, etc.) au sein d'un réseau informatique afin de
permettre la transmission de données entre eux.
Les normes IEEE 802.11 (ISO/CEI 8802-11), qui sont utilisées internationalement, décrivent les
caractéristiques d’un réseau local sans fil (WLAN). La marque déposée « Wi-Fi » correspond
initialement au nom donné à la certification délivrée par la Wi-Fi Alliance (« Wireless Ethernet
Compatibility Alliance », WECA), organisme ayant pour mission de spécifier l’interopérabilité entre les
matériels répondant à la norme 802.11 et de vendre le label « Wi-Fi » aux matériels répondant à leurs
spécifications. Par abus de langage (et pour des raisons de marketing) le nom de la norme se confond
aujourd’hui avec le nom de la certification (c’est du moins le cas en France, en Espagne, au Canada,
en Suisse, en Tunisie…). Ainsi, un réseau Wi-Fi est en réalité un réseau répondant à la norme 802.11.
Dans d’autres pays (en Allemagne, aux États-Unis par exemple) de tels réseaux sont correctement
nommés WLAN (Wireless LAN).
Grâce aux normes Wi-Fi, il est possible de créer des réseaux locaux sans fil à haut débit. Dans la
pratique, le Wi-Fi permet de relier des ordinateurs portables, des machines de bureau, des assistants
personnels (PDA), des objets communicants ou même des périphériques à une liaison haut débit
(de 11 Mbit/s théoriques ou 6 Mbit/s réels en 802.11b à 54 Mbit/s théoriques ou environ 25 Mbit/s réels
en 802.11a ou 802.11g et 600 Mbit/s théoriques pour le 802.11n2) sur un rayon de plusieurs dizaines
de mètres en intérieur (généralement entre une vingtaine et une cinquantaine de mètres).
Ainsi, des fournisseurs d’accès à Internet peuvent établir un réseau Wi-Fi connecté à Internet dans une
zone à forte concentration d’utilisateurs (gare, aéroport, hôtel, train…). Ces zones ou points d’accès
sont appelés bornes Wi-Fi ou points d’accès Wi-Fi ou « hot spots ».
Historique
Le Wi-Fi est un ensemble de normes concernant les réseaux sans fil qui ont été mises au point par le
groupe de travail 11 du Comité de normalisation LAN/MAN de l'IEEE (IEEE 802)
Le terme Wi-Fi
Le terme Wi-Fi suggère la contraction de Wireless Fidelity, par analogie au terme Hi-Fi (utilisé depuis
1950 dans le domaine audio3) pourHigh Fidelity (apparu dans les années 19303). Cependant, bien que
la Wi-Fi Alliance ait elle-même employé fréquemment ce terme dans divers articles de presse
(notamment dans le slogan The Standard for Wireless Fidelity), selon Phil Belanger, membre fondateur
de la Wi-Fi Alliance, le terme Wi-Fi n'a jamais eu de réelle signification4. Il s'agit bien néanmoins d'un
jeu de mots avec Hi-Fi.
Le terme Wi-Fi a été utilisé pour la première fois de façon commerciale en 1999, et a été inventé par la
société Interbrand, spécialisée dans la communication de marque, afin de proposer un terme plus
attractif que la dénomination technique IEEE 802.11b Direct Sequence. Interbrand est également à
l'origine du logo rappelant le symbole du Yīn et du Yang.
Technique
Structure (couches du protocole)
La norme 802.11 s’attache à définir les couches basses du modèle OSI pour une liaison sans fil
utilisant des ondes électromagnétiques, c’est-à-dire :


la couche physique (notée parfois couche PHY), proposant trois types de codage de l’information ;
la couche liaison de données, constituée de deux sous-couches :
 le contrôle de la liaison logique (Logical Link Control, ou LLC) ;
 le contrôle d’accès au support (Media Access Control, ou MAC).
La couche physique définit la modulation des ondes radioélectriques et les caractéristiques de la
signalisation pour la transmission de données, tandis que la couche liaison de données définit
l’interface entre le bus de la machine et la couche physique, notamment une méthode d’accès proche
de celle utilisée dans le standard Ethernet et les règles de communication entre les différentes stations.
La norme 802.11 propose donc en réalité trois couches (une couche physique appelée PHY et deux
sous-couches relatives à la couche liaison de données du modèle OSI), définissant des modes de
transmission alternatifs que l'on peut représenter de la manière suivante :
802.2 (LLC)
Couche Liaison de
données
802.11 (MAC)
Couche Physique
(PHY)
DSSS FHSS Infrarouges
Il est possible d’utiliser n’importe quel protocole de transport sur un réseau 802.11 au même titre que
sur un réseau Ethernet.
Modes de mise en réseau
Le mode Infrastructure
Le mode Infrastructure est un mode de fonctionnement qui permet de connecter les ordinateurs
équipés d’une carte Wi-Fi entre eux via un ou plusieurs points d’accès (PA) qui agissent comme
des concentrateurs (exemple : répéteur ou commutateur en réseau Ethernet). Autrefois ce mode était
essentiellement utilisé en entreprise. Dans ce cas, la mise en place d’un tel réseau oblige de poser à
intervalles réguliers des bornes « Point d’accès » (PA) dans la zone qui doit être couverte par le
réseau. Les bornes, ainsi que les machines, doivent être configurées avec le même nom de réseau
(SSID = Service Set IDentifier) afin de pouvoir communiquer. L’avantage de ce mode, en entreprise,
est de garantir un passage obligé par le Point d’accès: il est donc possible de vérifier qui accède au
réseau. Actuellement les FAI, les boutiques spécialisées et les grandes surfaces fournissent aux
particuliers des routeurs sans fil, qui fonctionnent en mode Infrastructure, tout en étant très faciles à
configurer.
Le mode « ad hoc »
Le mode « Ad-Hoc » est un mode de fonctionnement qui permet de connecter directement les
ordinateurs équipés d’une carte Wi-Fi, sans utiliser un matériel tiers tel qu’un point d’accès
(en anglais : Access Point [AP]). Ce mode est idéal pour interconnecter rapidement des machines entre
elles sans matériel supplémentaire (exemple : échange de fichiers entre portables dans un train, dans
la rue, au café…). La mise en place d’un tel réseau se borne à configurer les machines en mode ad
hoc (au lieu du mode Infrastructure), la sélection d’un canal (fréquence), d’un nom de réseau (SSID)
communs à tous et si nécessaire d'une clé de chiffrement. L’avantage de ce mode est de s’affranchir
de matériels tiers, c'est-à-dire de pouvoir fonctionner en l'absence de point d'accès. Des protocoles
de routage dynamique (exemples : OLSR, AODV…) rendent envisageable l'utilisation de réseaux
maillés autonomes dans lesquels la portée ne se limite pas à ses voisins (tous les participants jouent le
rôle du routeur).
Le mode Pont « Bridge »
Un point d'accès en mode pont sert à connecter un ou plusieurs points d'accès entre eux pour étendre
un réseau filaire, par exemple entre deux bâtiments. La connexion se fait au niveau de la couche
2 OSI. Un point d'accès doit fonctionner en mode racine « root bridge » (généralement celui qui
distribue l'accès Internet) et les autres s'y connectent en mode « bridge » pour ensuite retransmettre la
connexion sur leur interface Ethernet. Chacun de ces points d'accès peut éventuellement être configuré
en mode pont avec connexion de clients. Ce mode permet de faire un pont tout en accueillant des
clients comme le mode infrastructure.
Le mode Répéteur « range-extender »
Un point d'accès en mode « Répéteur » permet de répéter un signal Wi-Fi plus loin (par exemple pour
atteindre un fond de couloir en L). Contrairement au mode pont, l'interface Ethernet reste inactive.
Chaque « saut » supplémentaire augmente cependant le temps de latence de la connexion. Un
répéteur a également une tendance à diminuer le débit de la connexion. En effet, son antenne doit
recevoir un signal et le retransmettre par la même interface ce qui en théorie divise le débit par deux.
Les différentes normes Wi-Fi
La norme IEEE 802.11 est en réalité la norme initiale offrant des débits de 1 ou 2 Mbit/s (Wi-Fi est un
nom commercial, et c’est par abus de langage que l’on parle de « normes » Wi-Fi). Des révisions ont
été apportées à la norme originale afin d’améliorer le débit (c’est le cas des normes 802.11a, 802.11b,
802.11g et 802.11n, appelées normes 802.11 physiques) ou de spécifier des détails de sécurité ou
d’interopérabilité. Voici un tableau présentant les différentes révisions de la norme 802.11 et leur
signification :
Norme
Nom
Description
Wi-Fi 5
La norme 802.11a (baptisée Wi-Fi 5) permet d’obtenir un haut débit (dans un rayon
de 10 mètres : 54 Mbit/s théoriques, 27 Mbit/s réels). La norme 802.11a spécifie 52 canaux de sous-porteuses
radio dans la bande de fréquences des 5 GHz (bande U-NII = Unlicensed '- National Information Infrastructure),
huit combinaisons, non superposées, sont utilisables pour le canal principal. La modulation utilisable est, au
choix : 16QAM, 64QAM, QPSK ou BPSK.
802.11b
Wi-Fi
La norme 802.11b est la norme la plus répandue en base installée actuellement. Elle propose un débit théorique
de 11 Mbit/s (6 Mbit/s réels) avec une portée pouvant aller jusqu’à 300 mètres (en théorie) dans un
environnement dégagé. La plage de fréquences utilisée est la bande des2,4 GHz (Bande ISM = Industrial
Scientific Medical) avec, en France, 13 canaux radio disponibles dont 3 au maximum non superposés (1 - 6 - 11,
2 - 7 - 12, ...). La modulation utilisable est, au choix : CCK, DBPSK ou DQPSK.
802.11c
Pontage 802.11 vers
802.1d
La norme 802.11c n’a pas d’intérêt pour le grand public. Il s’agit uniquement d’une modification de la norme
802.1d afin de pouvoir établir un pont avec les trames 802.11 (niveau liaison de données).
802.11d
Internationalisation
La norme 802.11d est un supplément à la norme 802.11 dont le but est de permettre une utilisation internationale
des réseaux locaux 802.11. Elle consiste à permettre aux différents équipements d’échanger des informations sur
les plages de fréquences et les puissances autorisées dans le pays d’origine du matériel.
802.11e
Amélioration de la
qualité de service
La norme 802.11e vise à donner des possibilités en matière de qualité de service au niveau de la couche « liaison
de données ». Ainsi, cette norme a pour but de définir les besoins des différents paquets en termes de bande
passante et de délai de transmission de manière à permettre, notamment, une meilleure transmission de la voix et
de la vidéo.
802.11a
La norme 802.11f est une recommandation à l’intention des vendeurs de points d’accès pour une meilleure
interopérabilité des produits.
802.11f
802.11g
Itinérance
((en)roaming)
Elle propose le protocole Inter-Access point roaming protocol permettant à un utilisateur itinérant de changer de
point d’accès de façon transparente lors d’un déplacement, quelles que soient les marques des points d’accès
présentes dans l’infrastructure réseau. Cette possibilité est appelée itinérance ((en)roaming).
La norme 802.11g offre un haut débit (54 Mbit/s théoriques, 25 Mbit/s réels) sur la bande de fréquences
des 2,4 GHz. La norme 802.11g a une compatibilité ascendante avec la norme 802.11b, ce qui signifie que des
matériels conformes à la norme 802.11g peuvent fonctionner en 802.11b. Cette aptitude permet aux nouveaux
équipements de proposer le 802.11g tout en restant compatibles avec les réseaux existants qui sont souvent
encore en 802.11b. Le principe est le même que celui de la norme 802.11a puisqu'on utilise ici 52 canaux de
sous-porteuses radio mais cette fois dans la bande de fréquences des 2,4 GHz. Ces sous-porteuses permettent une
modulation OFDM autorisant de plus hauts débits que les modulations classiques BPSk, QPSK ou QAM utilisés
par la norme 802.11a.
Cette modulation OFDM étant interne à l'une des 14 bandes 20 MHz possibles, il est donc toujours possible
d'utiliser au maximum 3 de ces canaux non superposés (1 - 6 - 11, 2 - 7 - 12, ...) et ce, par exemple, pour des
réseaux différents.
802.11h
La norme 802.11h vise à rapprocher la norme 802.11 du standard Européen (Hiperlan 2, d’où le « h » de
802.11h) et être en conformité avec la réglementation européenne en matière de fréquences et d’économie
d’énergie.
802.11i
La norme 802.11i a pour but d’améliorer la sécurité des transmissions (gestion et distribution des clés,
chiffrement et authentification). Cette norme s’appuie sur l’AES (Advanced Encryption Standard) et propose un
chiffrement des communications pour les transmissions utilisant les standards 802.11a, 802.11b et 802.11g.
802.11IR
La norme 802.11IR a été élaborée de manière à utiliser des signaux infra-rouges. Cette norme est désormais
dépassée techniquement.
La norme 802.11j est à la réglementation japonaise ce que le 802.11h est à la réglementation européenne.
802.11j
802.11n
La norme 802.11n est disponible depuis le 11 septembre 2009. Le débit théorique atteint les 300 Mbit/s (débit
réel de 100 Mbit/s dans un rayon de 100 mètres) grâce aux technologies MIMO (Multiple-Input MultipleOutput) et OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). En avril 2006,des périphériques à la norme
802.11n commencent à apparaître basés sur le Draft 1.0 (brouillon 1.0) ; le Draft 2.0 est sorti en mars 2007, les
périphériques basés sur ce brouillon seraient compatibles avec la version finale du standard. Des équipements
qualifiés de « pré-N » sont disponibles depuis 2006 : ce sont des équipements qui mettent en œuvre une
WWiSE (World-Wide
Spectrum Efficiency) ou technique MIMO d'une façon propriétaire, sans rapport avec la norme 802.11n.
TGn Sync
Le 802.11n a été conçu pour pouvoir utiliser les fréquences 2,4 GHz ou 5 GHz. Les premiers adaptateurs
802.11n actuellement disponibles sont généralement simple-bande à 2,4 GHz, mais des adaptateurs doublebande (2,4 GHz ou 5 GHz, au choix) ou même double-radio (2,4 GHz et 5 GHzsimultanément) sont également
disponibles. Le 802.11n saura combiner jusqu’à 8 canaux non superposés, ce qui permettra en théorie d'atteindre
une capacité totale effective de presque un gigabit par seconde.
802.11s
Réseau Mesh
La norme 802.11s est actuellement en cours d’élaboration. Le débit théorique atteint aujourd’hui 10 à 20 Mbit/s.
Elle vise à implémenter la mobilité sur les réseaux de type Ad-Hoc. Tout point qui reçoit le signal est capable de
le retransmettre. Elle constitue ainsi une toile au-dessus du réseau existant. Un des protocoles utilisé pour mettre
en œuvre son routage est OLSR.
802.11u
La norme 802.11u a été adoptée le 25 février 2011. Elle vise à faciliter la reconnaissance et la sélection de
réseaux, le transfert d'informations en provenance de réseaux externes, en vue de permettre l'interopérabilité
entre différents fournisseurs de services payants ou avec des hot-spots 2.0. Elle définit aussi des normes en
termes d'accès à des services d'urgence. À terme, elle doit entre autres faciliter le délestage des réseaux 3G de
téléphonie mobile.
802.11v
La norme 802.11v a été adoptée le 2 février 2011. Elle décrit des normes de gestion des terminaux en réseau :
reportings, gestion des canaux, gestion des conflits et interférence, service de filtrage du trafic...
802.11ac
IEEE 802.11ac est un standard de transmission sans fil en cours de développement qui permettra une connexion
Amélioration du débit et sans fil haut débit en dessous de6 GHz ( ce qui est communément connu comme la bande des 5 GHz). Les
de la couverture
canaux attendus offriraient 500Mbps chacun, soit jusqu'à 8Gbps de débit pour un flux grâce au multiplexage. La
ratification est attendue pour fin 2012 à fin 2013.
Linksys, la division grand public de Cisco Systems, a développé la technologie SRX pour « Speed and
Range Expansion » (« Vitesse et Portée Étendue »). Celle-ci superpose le signal de deux signaux
802.11g pour doubler le taux de transfert des données. Le taux maximum de transfert des données via
un réseau sans fil SRX400 dépasse donc les capacités d’un réseau filaire Ethernet 10/100 que l’on
trouve dans la plupart des réseaux.
Controverses, risques et limites
Confidentialité
L’accès sans fil aux réseaux locaux rend nécessaire l’élaboration d’une politique de sécurité dans les
entreprises et chez les particuliers.
Il est notamment possible de choisir une méthode de codage de la communication sur l’interface radio.
La plus commune est l’utilisation d’une clé dite Wired Equivalent Privacy (WEP), communiquée
uniquement aux utilisateurs autorisés du réseau.
Toutefois, il a été démontré que cette prétendue sécurité était facile à violer5, avec l’aide de
programmes tels que Aircrack.
En attente d’un standard sérieux de nouvelles méthodes ont été avancées, comme Wi-Fi Protected
Access (WPA) ou plus récemment WPA2.
Depuis l’adoption du standard 802.11i, on peut raisonnablement parler d’accès réseau sans fil sécurisé.
En l’absence de 802.11i, on peut utiliser un tunnel chiffré (VPN) pour se raccorder au réseau de son
entreprise sans risque d’écoute ou de modification.
Il existe encore de nombreux points d’accès non sécurisés chez les particuliers[réf. souhaitée]. Il se pose le
problème de la responsabilité du détenteur de la connexion Wi-Fi lorsque l’intrus réalise des actions
illégales sur Internet (par exemple, en diffusant grâce à cette connexion des copies illégales d’œuvres
protégées par le droit d'auteur).
D’autres méthodes de sécurisation existent, avec, par exemple, un serveur Radius chargé de gérer les
accès par nom d’utilisateur et mot de passe.
Partage des bandes de fréquences
Le Wi-Fi utilise une bande de fréquence étroite dite « Industrielle, Scientifique et Médicale », ISM, 2,4
à 2,4835 GHz, de type partagé avec d’autres colocataires conduisant à des problèmes de cohabitation
qui se traduisent par des interférences, brouillages causés par les fours à micro-ondes,
les transmetteurs domestiques, les relais, la télémesure, la télémédecine, la télé-identification,
les caméras sans fil, le Bluetooth, les émissions de télévision amateur (amateur TV ou ATV), etc.
Inversement, certains systèmes comme la technique RFID commencent à fusionner avec le Wi-Fi afin
de bénéficier de l’infrastructure déjà en place.
En Wi-Fi, il est recommandé de ne pas utiliser la même fréquence que celle utilisée par les voisins
immédiats (collisions) et de ne pas utiliser une fréquence trop proche (interférences).