Les supports de transmission

Transmission de donnée
Les supports de transmission
Mise en situation.
Les supports de transmissions permettent d’interconnecter les équipements actifs d’un réseau. Le choix des
supports dépend de la distance à couvrir mais aussi de leur immunité aux parasites.
Leur choix dépend, en fait du système de câblage envisagé. Nous nous intéressons ici qu’aux supports
concernant les réseaux numériques de transmission de données.
Le câble à paires torsadées.
C'est le support de transmission le plus simple, donc le moins cher. Il est constitué de paires de fils électriques
(généralement 4 paires). La paire torsadée constitue actuellement le support privilégié des réseaux locaux.
Il nous vient du monde de la téléphonie. Les fils de cuivre ou d'aluminium des différentes paires sont isolés les
uns des autres par du plastique et enfermés dans un câble. Chaque paire est également torsadée sur elle même,
ceci afin d'éviter les phénomènes de diaphonie (interférence entre conducteurs).
Propriétés communes des câblages à base de paires torsadées
Débit relativement important : de 10 à plus de quelques centaines
de Mbps sur de courtes distances.
Distance maximale entre le concentrateur et le n ud : 100 mètres
dans le cas d'un réseau Ethernet.
Pose très facile
Coût : le moins cher du marché (< 5 F/m)
Perturbation électromagnétique possible (un blindage permettra de palier à ce problème)
Connectique RJ45
Liaisons Point à Point uniquement.
Caractéristiques électriques du câble.
Les différentes caractéristiques d'un type de câble à paires torsadées sont :
L’impédance : Les valeurs courantes sont 100 Ohms (câble téléphonique et réseau), 120 Ohms
(recommandé par France Télécom) et 150 Ohms (pour Token Ring).
La fréquence (en HZ) : Cette valeur est a rapprocher du débit, par exemple un câble 100 Mhz utilisé
dans le cadre d'un réseau local Ethernet permettra des débits théoriques de 100 Mbits/sec.
le nombre de brins : on distingue le câble multibrins destinés aux câbles courts (cordons), souple mais
subissant une atténuation du signal plus élevé, du câble monobrin plus rigide, d'atténuation plus faible,
qui est destiné à relier armoire de brassage et prises murales par exemple.
le diamètre du fil : de 0,5 à 0,9 mm. Plus le diamètre du fil est important, plus les distances de
transmission pourront être importantes.
La gigue de phase doit être inférieure à 15 ns.
L’atténuation : Sur un câble de bonne qualité l'atténuation varie de 50 à 40 dB/km. Une perte de 11,5 dB
correspond dans ce type de câble à une distance de 165 à 230 m donc bien supérieure à 100 m.
Diaphonie : c'est le couplage inductif ou capacitif entre paire émission et paire réception.
Elle doit être 34,5 dB à 5 Mhz et 30dB à10 MHz. Elle dépend du nombre de paires utilisées dans les
câbles
le blindage : Il permet l'atténuation des perturbations électromagnétiques.
o UTP Unshielded Twisted Pair : Paire torsadée non blindée, c'est le plus généralement utilisé à
cause de son faible coût
o STP ou SUTP Screened Unshielded Twisted Pair : Paire torsadée à blindage global, offrant une
meilleure protection contre les parasites électromagnétiques.
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o FTP Foiled Twisted Pair : Paire écrantée, c'est à dire protégée par un écran constitué par une
mince feuille d'aluminium
o SFTP Screened Foiled Twisted Pair : le « must »
Remarque : Un câble blindé ou écranté devra être relié à une terre informatique, dans le cas contraire l'écran
peut faire antenne et générer un surcroît de parasites.
Afin de simplifier le choix du câble mais aussi des équipements de connexion, on utilise un classement en
catégories pour l’ensemble des éléments du câblage.
Les différents types de câblage sont classés par l'EIA/TIA (Electronic Industries Association / Telephony
Industries Association) en 5 catégories. A l'heure actuelle, la catégorie 5e s'impose !
Catégorie
1
2
3
4
5 ou 5e
Domaine d'application
Télécommunications
Low Speed Lan
Lan 10 Base T par exemple
Lan Token Ring par exemple
100 baseT, FDDI
Taux de transfert maxi.
10 ou 16 Mbits/sec
16 ou 20 Mbits/sec
100 Mbits/sec
Une sixième catégorie est disponible pour les réseaux dont le débit est compris entre 300 et 600 Mbits/sec.
Le câble coaxial.
Les câbles coaxiaux ne sont utilisés dans le domaine des réseaux que dans le cas de l’Ethernet 10B2.
Propriétés communes aux câbles coaxiaux
Débit relativement important : 200 m à 10 Mbps
bouchon ou terminateur 50 Ohms à chaque extrémité.
Pose relativement facile moyennant quelques précautions (rayon
de courbure minimum de 5 cm).
Coût : bon marché (inférieur à 5 F/m).
Bonne protection contre les perturbations électromagnétiques, néanmoins cette protection est
comparable à celle obtenue avec les paires torsadées. Par contre le câble coaxial produit beaucoup
moins d'interférences sur les autres câbles que les paires torsadées.
Toute rupture dans le câblage empêche tout transfert de données entre toutes les machines du segment.
Câble RG 58 C/U
Impédance (Ω)
Capacitance* (pF/m)
Ø extérieur (mm)
Diélectrique: Nature
Ø (mm)
Tresses: Nature
Nombre
Gaine extérieure nature
Masse (Kg/Km)
Affaiblissement moyen (dB/100m): à 10MHz
à 200MHz
à 400MHz
50
101
4.95
Pe
2.95
CuE
1
PCV
45
4.5
23
36
Impédance (Ω)
Capacitance (pF/m)
Ø extérieur (mm)
Diélectrique: Nature
Ø (mm)
Tresses: Nature
Nombre
Gaine extérieure nature
Masse (Kg/Km)
Affaiblissement moyen (dB/100m): à 10MHz
à 200MHz
à 400MHz
93
45
6.15
J+Pe
3.71
CuR
1
PCV
157
3.2
14
22
Câble RG 62 A/U
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Les éléments d’un câblage Ethernet fin (thinnet) sont les suivants :
des prolongateurs BNC,
des connecteurs BNC en T,
des bouchons de terminaison BNC.
La fibre optique.
Les fibres optiques sont issues d'une technologie relativement récente (les premiers essais datent de 1972). Le
principe des fibres optiques est celui de la propagation de la lumière dans un milieu protégé assurant un
minimum d'atténuation.
Son immunité aux perturbations électromagnétiques et ses caractéristiques de transmission du signal en font le
support idéal des transmissions haut débit pour les liaisons inter bâtiments.
Une fibre optique est composée de substances (en silice, quartz fondu ou plastique) d'indices de réfraction
différents :
Le c ur dans lequel se les ondes propagent
(diamètre 10, 50 ou 62,5 microns).
La gaine, en général, dans les mêmes
matériaux que le c ur mais avec des additifs qui confine les ondes optiques dans le c ur.
Le revêtement de protection, généralement en plastique, qui assure la protection mécanique de la fibre.
Une fibre optique est basée sur le principe de la réflexion totale d'une onde
lumineuse, dans le milieu diélectrique de la fibre. Le c ur confine la plus
grande partie de l'énergie lumineuse transportée tandis que la gaine,
d'indice plus faible, se charge de réfléchir le rayon circulant dans le c ur.
Le phénomène de réflexion totale permet aux rayons d'incidence ad hoc de
se propager à l'intérieur du noyau ; à chaque réflexion, il n'y a aucune perte
de puissance. Les caractéristiques de vitesse de propagation du signal dans
la fibre sont encore améliorées lorsque le noyau est si étroit qu'il n'y a
qu'un angle de propagation de la lumière possible.
Les fibres sont, ensuite, assemblées en câbles regroupant plusieurs fibres (de 2 à 40 fibres par câble). Cet
assemblage peut se faire en :
"structure serrée" (gaine plastique appliquée directement sur la fibre) utilisée pour les cordons de
brassage ou les câblage à l'intérieur d'un bâtiment. Une gaine plastique est appliquée directement sur la
gaine optique. Ce type de structure renforce mécaniquement la fibre, et lui apporte la souplesse
nécessaire à la réalisation des cordons de brassage ou des câbles à l'intérieur des immeubles.
"structure libre" (plusieurs fibres placées à l'intérieur d'un tube) utilisée pour les liaisons inter
bâtiments. Les différents types de fibres peuvent être fournis avec des gaines spécifiques pour l'emploi à
l'extérieur, dans des milieux chimiquement perturbés, et avec des armures anti-rongeurs.
Contrairement aux câble cuivre, la transmission du signal dans une fibre optique est unidirectionnelle (le signal
ne va que dans un seul sens), toute liaison sera donc composée de 2 fibres, une pour chaque sens.
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La distinction entre fibre monomode et multimode concerne les modes de propagation de la lumière dans la
fibre, unique pour la fibre monomode (coeur de diamètre très petit, 10 microns environ), multiple pour la fibre
multimode. Dans le cas d'une fibre multimode, plusieurs longueurs d'onde lumineuse traverse la fibre, pour une
fibre monomode au contraire, une seule longueur d'onde est utilisée ce qui supprime les problèmes
d'interférences.
Avec une fibre monomode on augmente donc la distance maximale et le débit autorisé, mais également le prix.
Ce type de fibre est généralement réservé aux services télécom sur de longues distances. Au cours de ce
processus, il subit une réfraction. Mais si l'angle d'impact est supérieur à un angle limite défini par rapport à la
normale à l'interface, alors le rayon est réfléchi dans le verre. Ce phénomène s'appelle réflexion totale.
Les fibres multi modes
Ce sont des fibres dont la partie centrale (là où est guidée la lumière) a un diamètre grand devant la longueur
d’onde utilisée.
L’étude de la propagation peut donc se faire de façon simplifiée mais correcte par l’optique géométrique, c’est à
dire le calcul des trajectoires des rayons.
Fibres optiques à saut d’indice.
C’est le type de fibre le plus simple, directement issue des applications optiques traditionnelles. Dans cette
fibre, le c ur est homogène et d’indice n1. Il est entouré d’une gaine optique d’indice n2 inférieur à n1. Ces
deux indices sont peu différents et sont dans un rapport de l’ordre de 1,5.
La gaine otique joue un rôle actif dans la propagation, et ne doit pas être confondue avec les revêtements de
protection déposés sur la fibre. D’après la loi de Descartes, un rayon lumineux injecté va rester guidé dans la
fibre (dans le c ur) si son angle d'inclinaison reste inférieur à 0, donné par :
Le rayon est dans ce cas guidé par réflexion totale au niveau de l’interface c ur gaine, sinon il est réfracté dans
la gaine. Ceci reste vrai si la fibre cesse d’être rectiligne, à condition que le rayon de courbure reste grand
devant son diamètre.
Du faites de leurs performances moyennes (100 MHz /km), elles ne sont utilisées que pour des distances
courtes. Malgré les faibles performances de ces fibres optiques, celle-ci sont les moins onéreuses.
Fibres optiques à gradient d’indice
L'indice de réfraction coeur/gaine présente une courbe parabolique avec un maximum au niveau de l'axe. Les
rayons lumineux suivent un parcours sinusoïdal. La bande passante est comprise entre 600 et 3000 MHz/km.
Les diamètres les plus fréquents sont 62.5µm et 50µm.
Leur coeur n’est plus homogène : la valeur de l’indice décroît depuis l’axe jusqu’à l’interface, suivant la loi :
où r est la distance à l’axe, D la différence relative d’indice, et a l’exposant de profil d’indice (proche de 2).
La gaine d’indice n2 n’intervient pas directement, mais élimine les rayons trop inclinés. L’ouverture numérique
est l’angle du cône des rayons transmis.
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L’avantage essentiel de ce type de fibre est de minimiser la dispersion du temps de propagation entre les
rayons, sans utiliser pour cela l’ouverture numérique trop faible.
Ce type de fibre optique est la plus utilisée pour des liaisons informatiques sur des distances moyennes.
Les fibres optiques monomodes
Un seul mode, appelé fondamental, se propage à l'intérieur de la fibre. La bande passante est supérieure à 10
GHz/km.
Le diamètre du coeur (9µm) et l'ouverture numérique sont si faibles que les rayons lumineux se propagent
parallèlement avec des temps de parcours égaux.
Ne subissant pas la dispersion intermodale, ce type de fibre est surtout utilisé pour des distances très longues.
La fenêtre optique
La fenêtre optique est la plage de longueurs d'ondes
utilisées. Cette plage est déterminée par le type de fibre
et sera choisie de manière à obtenir le moins
d'atténuation.
L'atténuation est due à la diffusion et à l'absorption des
matériaux utilisés et éventuellement aux mauvaises
conditions de pose (rayon de courbure).
On utilise 3 longueur d'ondes : 850, 1300 et1500 nm
(infra rouge).
Exprimée en décibels/km, elle est exprimée par un
rapport entre la puissance émise et la puissance reçue.
Affaiblissements caractéristiques des fibres optiques
Fibre 62.5µ
Fibre 50µ
Affaiblissement à 850nm
3.5dB/km
2.7dB/km
Affaiblissement à 1300nm
1.5dB/km
1.0dB/km
Un affaiblissement de 3 dB correspond à une perte de 50 % du signal. Les longueurs d'onde généralement
utilisées dans les équipements correspondent aux longueurs d'onde 850nm et 1300nm.
Propriétés communes aux fibres optiques
Débit: supérieur à 10 Gigabits par seconde.
Point à point uniquement
Distance maximale : portée de quelques kilomètres en monomode et quelques dizaines de kilomètres en
multimode.
Pertes très faibles.
Pose délicate (matériau rigide, respect d'angles de courbures importants). Connexion de plus en plus
aisée grâce à l'utilisation de connecteurs préencollés et de pinces à sertir ou encore les fours à fusion.
Coût élevé de l’ordre de 10 à 100 F/mètre.
Insensibilité aux perturbations électromagnétiques, grande sécurité (écoutes clandestines très difficiles à
réaliser).
Convertisseurs optique-numérique sont encore d'une technologie coûteuse.
Utilisées dans des liaisons point à point généralement dans le câblage primaire.
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Test de la fibre optique ou budget optique
Le budget optique exprime le capital d'affaiblissement d'une
liaison optique, c'est à dire la perte de puissance maximale
autorisée pour la liaison.
L'affaiblissement total du signal qui traverse la fibre doit
toujours se situer en dessous du budget optique. A
l'affaiblissement du câble s'ajoutent les pertes correspondant
aux connecteurs et épissures réalisées.
La mesure de l'affaiblissement d'un lien fibre optique est indispensable avant sa mise en service. Elle se fait à
l'aide d'une source optique adaptée à la longueur d'onde d'utilisation (850nm, 1300nm) et d'un mesureur de
puissance.
Mise en
uvre.
La pose de la fibre est une opération délicate.
Une fois le budget optique réalisé, on met en place les
éléments actifs équipés de modules optiques.
Les cordons de brassage permettent de relier ces
derniers aux prises du tiroir optique.
Pour relier la fibre optique aux éléments du réseau, on
utilise principalement 3 sortes de prises : ST, SC ou
LC
Epissures : Elles permettent de raccorder deux fibres simples, appelées "brins", de manière définitive.
L'épissure peut être réalisée par juxtaposition (épissure mécanique) ou par fusion des deux fibres.
Epissures : atténuation caractéristique
Multimode
Fusion
Mécanique
Nominal
0.1dB
0.15dB
Monomode
Maxi
0.15dB
0.3dB
Nominal
0.15dB
0.2dB
Maxi
0.3dB
0.3dB
La liaison HF.
Quelles soient radio, hertzienne ou infrarouges, les ondes permettent dans certaines conditions de servir de
support de communication pour les réseaux informatiques.
L'émission peut se faire à partir de cellules (émetteur arrosant une petite zone géographique) comme dans le cas
du téléphone portable, à partir d'un satellite géostationnaire dans le cas d'une communication intercontinentale
pour Internet par exemple ou tout simplement à partir d'un émetteur de signaux infrarouges (comme ceux
utilisés dans une vulgaire télécommande de télévision) pour un réseau local sans fil.
Par rapport aux autres techniques, les ondes hertziennes ou infrarouges n'ont pas besoin de support physique.
Ce type de média est utilisé par certains réseaux locaux sans fils.
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Les systèmes de câblage.
Les grandes étapes du câblage d'un bâtiment sont :
le choix de la topologie et des supports utilisés. Ces choix sont guidés par un grand nombre de facteurs :
les caractéristiques du réseau futur ou existant, de sa taille, du nombre d'équipements le constituant, des
utilisations prévues du réseau, de la configuration des bâtiments, etc...
le repérage du cheminement des câbles. On distingue parfois différents niveaux de câblage
o câblage primaire : liaisons entre immeubles
o câblage secondaire : liaisons entre les étages d'un immeuble
o câblage tertiaire : liaisons entre les pièces d'un immeuble, les ordinateurs d'une même salle
Les contraintes liées à ces différents niveaux de câblage vont être très différents.
Pour les câblage primaires et secondaires, le nombre de câble et les distances à parcourir seront souvent
importants, par contre l'équipement reste généralement en place un certain temps, on utilisera généralement des
chemins de câbles (sortes de cornières métalliques perforées supportant des faisceaux de câbles) qui pourront
être dissimulés dans des faux plafonds ou des faux planchers, ou éventuellement en façade le long des couloirs.
Pour le câblage situé à l'intérieur des bureaux, la réorganisation des espaces de travail (disposition, nombre et
types d'équipements) doit être envisageable, d'autre part le câblage doit être le plus discret possible. On utilise
généralement des goulottes murales, des faux planchers ou plafonds, des systèmes intercarpet (les câbles
passent entre 2 épaisseurs de moquette), des protèges câbles etc...
Afin de rendre plus souple une installation réseau, la tendance actuelle consiste en l'utilisation combinée de
câblage mural et d'armoire de brassage qui permettent le branchement "à la demande" des différents
équipements.
Schéma d'utilisation d'une armoire de brassage (en rouge : les cordons "mobiles" permettant la réorganisation du réseau)
La pose des câbles et leur raccordement aux équipements. Cette opération commence généralement par les
percements de cloisons qui s'imposent, la pose des différents supports des câbles (goulottes, chemins de câbles,
etc...).
Les câbles sont ensuite "tirés" et raccordés aux réglettes de brassages, aux prises murales, etc...
Afin de faciliter les tâches de maintenance du réseau, ces opérations s’accompagnent d'une opération
d'étiquetage des différentes prises.
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Les tests du câblage. Cette opération est indispensable, elle permet de mesurer la performance de chaque câble
par des tests réflectométriques (on envoie un signal électrique à une extrémité et on l'analyse à l'autre bout) qui
vont permettre de déterminer des paramètres importants comme la longueur, les affaiblissements, les
paradiaphonies, etc..
Câblage des prises RJ45.
Pour les câblages intégrés des bâtiments, on utilise essentiellement des prises RJ45 pour les paires torsadées. Le
connecteur RJ45 se présente sous la forme suivante :
Les contacts 1 et 2 d'une part et les contacts 3 et 6 d'autre part doivent être connectés aux deux conducteurs
d'une même paire.
Certains câbles "pré câblés" du commerce ne respectent pas cette contrainte et introduisent la diaphonie sur le
segment.
Entre deux équipements terminaux la paire émission de l'un doit être connectée à la paire réception de l'autre. Il
est parfois nécessaire de réaliser un câble croisé lorsque l’on veut relier deux éléments du même type (machine
ou élément actif).
Différentes normes existent pour le repérage des couleurs :
EIA / TIA 568A croisé France Télécom
BCS
EIA /TIA 568 A
droit
1
2
Blanc/Vert
Vert
Gris
Blanc
Incolore
Bleu
Blanc/Orange
Orange
3
4
5
Blanc/Orange
Bleu
Blanc/Bleu
Rose
Orange
Jaune
Gris
Orange
Jaune
Blanc/Vert
Bleu
Blanc/Bleu
6
Orange
Bleu
Blanc
Vert
7
8
Blanc/Marron
Marron
Violet
Marron
Violet
Marron
Blanc/Marron
Marron
Masse
Noir
M
Noir
Noir
Prises femelles ......................... BLANC/ORANGE
......................... ORANGE
......................... BLANC/VERT
..........................BLEU
......................... BLANC/BLEU
..........................VERT
......................... BLANC/MARRON
..........................MARRON
Prises mâles
câbles droits : Idem que les prises femelles. Le câblage doit être
le même pour les deux connecteurs.
câbles croisés : Le premier connecteur doit être câblé
normalement et le deuxième câblage doit être réalisé à l’aide du
modèle suivant :
#Niedercorn LT « la Briquerie » 57100 THIONVILLE
........BLANC/VERT
........VERT
........BLANC/ORANGE
........BLEU
........BLANC/BLEU
........ORANGE
........BLANC/MARRON
........MARRON
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