Les transmissions et les supports

Un réseau suppose plusieurs équipements informatiques (ordinateurs…) situés à distance les uns des autres. La première chose à mettre en œuvre pour constituer le réseau est la transmission des informations d’un équipement à l’autre : on utilise, pour cela, des supports de transmission dont nous présentons les caractéristiques principales dans les deux premières sections de ce chapitre. De plus, à chaque nature de support correspond une forme particulière du signal qui s’y propage. Il faut donc fabriquer les signaux, grâce à l’équipement communément appelé « modem ». Les techniques de transmission et l’interface entre l’ordinateur et son modem sont normalisées pour assurer l’interopérabilité des équipements. À titre d’exemple, nous décrivons brièvement le raccordement ADSL dans la dernière section. 

Les transmissions et les supports

Architecture des réseaux

Supports de transmission Les supports de transmission (décrits brièvement dans cette première section) sont nombreux. Parmi ceux-ci, trois familles sont à distinguer : les supports métalliques, non métalliques et immatériels. Les supports métalliques, comme les paires torsadées et les câbles coaxiaux, sont les plus anciens, les plus largement utilisés et servent à transmettre des courants électriques. Les supports de verre ou de plastique, comme les fibres optiques, transmettent de la lumière, tandis que les supports immatériels des communications sans fil transmettent des ondes électromagnétiques et sont en plein essor.

PAIRES TORSADÉES

Une paire torsadée non blindée (UTP, Unshielded Twisted Pair) se compose de deux conducteurs en cuivre, isolés l’un de l’autre et enroulés de façon hélicoïdale autour de l’axe de symétrie longitudinal (voir figure 1.1). L’enroulement réduit les conséquences des inductions électromagnétiques parasites provenant de l’environnement. L’utilisation la plus courante de la paire torsadée est le raccordement des usagers au central téléphonique (la boucle locale) ou la desserte des usagers de réseaux privés. Son principal inconvénient est l’affaiblissement des courants transmis, d’autant plus important que le diamètre des conducteurs est faible. Les paires torsadées contiennent, à intervalles réguliers, des éléments appelés répéteurs qui régénèrent les signaux transmis. Quand plusieurs paires sont rassemblées dans un même câble, les courants qu’elles transportent interfèrent les uns avec les autres. Ce phénomène est appelé diaphonie. Pour les réseaux locaux d’entreprise, où les distances se limitent à quelques kilomètres, la paire torsadée peut suffire. Ses avantages sont nombreux : technique maîtrisée, facilité de connexion et d’ajout de nouveaux équipements, faible coût. Certains constructeurs proposent des paires torsadées blindées (STP, Shielded Twisted Pair). Enrobées d’un conducteur cylindrique, elles sont mieux protégées des rayonnements électromagnétiques parasites. Une meilleure protection prévoit un blindage par paire. 1.2 CÂBLES COAXIAUX Pour éviter les perturbations dues aux bruits externes, on utilise souvent deux conducteurs métalliques cylindriques de même axe séparés par un isolant. Le tout forme un ensemble appelé câble coaxial (voir figure 1.2). Ce câble présente de meilleures performances que la paire torsadée : affaiblissement moindre, transmission de signaux de fréquences plus élevées, etc. La capacité de transmission d’un câble coaxial dépend de sa longueur et des caractéristiques physiques des conducteurs et de l’isolant. Sur 1 km, un débit de plusieurs dizaines de Mbit/s peut être atteint alors que sur des distances plus courtes, des débits supérieurs sont possibles. Sur des distances supérieures à 10 km, les débits de transmission sont inférieurs à 10 kbit/s. Figure 1.1 Paire torsadée. 2 conducteurs métalliques enrobés d’isolant et torsadés 

FIBRE OPTIQUE

Une fibre optique est constituée d’un fil de verre très fin. Elle comprend un cœur, dans lequel se propage la lumière émise par une diode électroluminescente ou une source laser (voir figure 1.3), et une gaine optique dont l’indice de réfraction garantit que le signal lumineux reste dans la fibre. Les avantages de la fibre optique sont nombreux : le diamètre extérieur est de l’ordre de 0,1 mm, son poids de quelques grammes au kilomètre. Cette réduction de taille et de poids la rend facilement utilisable. En outre, sa très grande capacité permet la transmission simultanée de très nombreux canaux de télévision, de téléphone… Les points de régénération des signaux transmis sont plus éloignés, du fait de l’atténuation plus faible de la lumière. Enfin, l’insensibilité des fibres aux parasites électromagnétiques constitue un avantage très apprécié, puisqu’une fibre optique supporte sans difficulté la proximité d’émetteurs radioélectriques. On peut donc les utiliser dans des environnements très perturbés (avec de puissants champs électromagnétiques, par exemple) ou pour isoler électriquement des bâtiments entre eux.

TRANSMISSIONS SANS FIL

Les ondes électromagnétiques se propagent dans l’atmosphère ou dans le vide (le terme d’éther désigne parfois ce type de support). L’absence de support matériel apporte une certaine souplesse et convient aux applications comme la téléphonie ou les télécommunications mobiles, sans nécessiter la pose coûteuse de câbles. On utilise des faisceaux directifs, faisceaux hertziens (pour franchir de grandes distances) ou ondes diffusées (pour atteindre des récepteurs géographiquement dispersés). 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. La propagation des ondes est limitée à l’horizon optique ; la transmission se fait entre des stations placées en hauteur, par exemple sur une tour ou au sommet d’une colline, pour éviter les obstacles dus aux constructions environnantes. 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. Figure 1.2 Câble coaxial. Figure 1.3 Fibre optique. 2 conducteurs métalliques cylindriques de même axe séparés par un isolant Gaine extérieure isolante (blindée ou non) Gaine extérieure isolante Un cœur de fibre Une gaine de fibre avec un indice de réfraction particulier 4 Architecture des réseaux 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. 

Caractéristiques globales des supports de transmission

Quelle que soit la nature du support, le terme signal désigne le courant, la lumière ou l’onde électromagnétique transmis. Certaines caractéristiques physiques des supports en perturbent la transmission. La connaissance de leurs caractéristiques (la bande passante, la sensibilité aux bruits, les limites des débits possibles) est donc nécessaire pour fabriquer de « bons » signaux, c’est-à-dire les mieux adaptés aux supports utilisés.

BANDE PASSANTE

Les supports ont une bande passante limitée. Certains signaux s’y propagent correctement (ils sont affaiblis mais reconnaissables à l’autre extrémité), alors que d’autres ne les traversent Remarque L’attribution des bandes de fréquences varie selon les continents et fait l’objet d’accords internationaux. Le tableau 1.1 donne les grandes lignes de la répartition des ondes en France. On constate que le découpage est complexe et qu’il reste peu de place pour de nouvelles applications. Gamme de fréquences Type d’utilisation 10 kHz – 150 kHz Communications radiotélégraphiques 150 kHz – 300 kHz Radiodiffusion (grandes ondes) 510 kHz – 1605 kHz Radiodiffusion (petites ondes) 6 MHz – 20 MHz Radiodiffusion (ondes courtes) 29,7 MHz – 41 MHz Radiotéléphonie 47 MHz – 68 MHz Télévision 68 MHz – 87,5 MHz Liaisons radio en modulation de fréquence 87,5 MHz – 108 MHz Radiodiffusion 108 MHz – 162 MHz Radiotéléphonie 162 MHz – 216 MHz Télévision 216 MHz – 470 MHz Radiotéléphonie 470 MHz – 860 MHz Télévision et radar 860 MHz – 960 MHz Radiotéléphonie Autour de 1 800 MHz Radiotéléphonie Entre 6 et 30 GHz Services satellites en fixe.