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Cours Réseaux N°4 : la connectique

Auteur : Frédéric Jacquenod
Adaptation : Christophe Magdelaine

Le câblage a beaucoup évolué en quelques années, grâce notamment à la normalisation. Il y a encore peu, chaque constructeur informatique, chaque opérateur téléphonique développait son propre système, incompatible avec d'autres matériels de marque différentes voir même de la même marque. Aujourd'hui ce phénomène tend à disparaître même si certains constructeurs comme IBM poursuivent dans cette voie.

Comment choisir un câble ?

Plusieurs critères entrent en jeu, notamment :

  • Combien de matériels doit on raccorder sur le support ?
  • Quel protocole de communication utilise t'on ?
  • Quelle longueur de câble faut-il ?
  • Quelle vitesse de transmission veut on atteindre ?
  • Dans quel environnement va se trouver le câble (perturbations magnétiques ...) ?
Les données vont transiter sur le câble au moyen d'un signal. Ce signal peut varier à cause de perturbations magnétiques, d'une distance trop longue à parcourir, l'impédance (résistance dans les courants alternatifs) du câble ...
Les câbles sont donc caractérisés par :
  • l'atténuation du signal
  • sa bande passante (fréquence maximale du signal en Hertz, ou débit en bits/s)
  • son taux d'erreur (le support selon sa qualité est lui même source d'erreur)
  • sa facilité à être connecté au matériel
L'IEEE a normalisé l'appellation des différents câbles en leurs donnant un nom composé de trois parties :
  • la fréquence de transmission du signal en MHz (Méga-Hertz) 10MHz, 100Mhz (à associer au nombre de Mbits/s vitesse de transmission de l'information)
  • le type de canal de communication utilisé :
    • Bande de base (Base Bande) Le canal utilisé ne l'est que par un émetteur à la fois. On peut le comparer avec le téléphone standard où une seule personne peut parler à la fois.
    • Bande Large (Broard Band) Le support est découpé virtuellement en plusieurs canaux. Plusieurs machines peuvent transmettre des données à la fois. On peut le comparer avec la télévision où sur un même câble on reçoit plusieurs chaînes.
  • la longueur maximale d'un segment en centaines de mètres ou le type du support.

Nous obtenons alors des câbles 10BASE2, 10BASE5, 10BROAD36, 100BASE-T, 100BASE-F ... Par exemple, 10BASE2 indique que la Bande de Base est de 10MHz donc que la vitesse de transmission des informations se fera à 10Mbits/s sur une distance maximale de 200 mètres. Parmi ces supports on distingue deux grandes familles qui sont les câbles métalliques et les câbles optiques. Nous allons voir en détail les câbles les plus courants.


Le câble coaxial

La topologie utilisée est celle du bus. Le câble coaxial possède une large bande passante (de l'ordre du MHz) : ce qui permet notamment de faire circuler plusieurs types d'informations en même temps (un équipement pourra avoir son propre canal de fréquence). Ce câble est peu sensible aux parasites et le pas de régénération du signal est très variable (de quelques mètres à quelques km). Le câble contient en son centre un fil en cuivre. Ce conducteur est entouré d'un diélectrique servant d'isolant, d'un blindage composé de tresses le protégeant des perturbations extérieures et enfin d'une gaine en PVC.


Câble 10BASE2

Ce câble est aussi appelé Ethernet fin ou thin Ethernet. L'impédance de ce câble à ses extrémités doit être de 50 ohms. La vitesse de transmission des informations est de 10Mbits/s. La longueur maximale d'un segment est de 185 mètres. On peut mettre bout à bout 5 segments soit une couverture maximale de 5x185=925 mètres. Attention sur les 5 segments seuls 3 peuvent être "porteurs" (contenir des matériels). Sur un segment peuvent être connectés, au moyen de transceivers (souvent directement intégré à la carte réseau du matériel), un maximum de 30 postes. L'espacement entre chaque poste doit être au minimum de 0,5 mètre. Le diamètre du câble est de 5 millimètres. Le câble est terminé par deux connecteurs de type BNC sertis ayant pour impédance 50 ohms. Les connexions se font par des prises en T.


Câble 10BASE5

Ce type de câble est aussi appelé gros Ethernet ou thick Ethernet. L'impédance du câble à ses extrémités est de 50 ohms. Sa vitesse de transmission est de 10Mbits/s. La longueur maximale d'un segment est de 500 mètres. Attention vous ne pouvez pas utiliser des longueurs aléatoires de câbles. En effet la fréquence utilisée oblige à découper son câble selon certaines règles. (Les longueurs doivent être de 23,4m 70,2m ... on ajoute 46,8m à chaque fois). On peut mettre bout à bout 5 segments soit une couverture maximale de 5x500=2500 mètres. Attention sur les 5 segments seuls 3 peuvent être porteurs (contenir des matériels). Sur un segment peuvent être connectés 100 postes. L'espacement entre chaque poste doit être un multiple de 2,5 mètres. Le câble a pour diamètre 10 millimètres. La connexion sur le câble se fait au moyen d'un transceiver différent du transceiver utilisé avec le 10BASE2. La fixation se fait grâce à une prise vampire. Une partie de la prise se retrouve au contact avec le blindage tandis qu'une aiguille est enfoncée dans le câble atteignant le conducteur. Il faut ensuite connecter le transceiver au poste de travail. La distance maximale du câble est de 50 mètres. La connectique utilisée est la prise DB15 (15 broches) ou prise AUI. Une prise AUI contient des alimentations électriques dans ses broches.



Les câbles paire torsadée

10BASE-T

Le câble 10BASE-T est une paire torsadée contenant généralement 4 paires de fils. Ce câble est utilisé sur une topologie étoile. La vitesse de transmission est de 10Mbits/s. La longueur maximale d'un segment est de 100 mètres. Quatres segments peuvent être mis bout à bout soit une couverture maximale de 4x100=400 mètres. Le nombre de postes connectés dépend du matériel de raccordement utilisé. Le matériel central peut être un concentrateur par exemple. Les extrémités du câble sont des prises RJ45. Le câble reliant le concentrateur au poste est un câble droit (émetteur - émetteur ; récepteur - récepteur). La paire torsadée est constituée de deux fils conducteurs torsadés. Chacun est protégé par une gaine plastique le tout est protégé par un isolant. Sur les quatres paires deux sont utilisées.. Les câbles peuvent être blindés on les appelle alors des câbles STP (Shielded Twisted Pair). Shield est la masse en anglais. Le blindage peut être une tresse soit une feuille d'aluminium dans ce dernier cas on parlera de câble écranté appelé câble FTP (qui possède un écran).

100BASE-TX

Ce câble utilise deux paires torsadées. De catégorie 5, il a une bande passante de 100 Mhertz. La catégorie associe le câble, les connecteurs et les matériels. La longueur maximale d'un segment 100BASE-TX est de 100 mètres. En effet la structure peut contenir au maximum deux concentrateurs séparés de 10 mètres auxquels sont rattachés deux segments de 100 mètres.

100BASE-T4

Ce câble contient 4 paires torsadées.



Les supports optiques

Le matériel associé à ces câbles sont encore très chers (emetteurs/recepteur, testeur ...) C'est pourquoi ils sont le plus souvent utilisés pour des liaisons point à point. Les fibres optiques sont composées de trois éléments principaux.
  • le coeur en silice où passe les ondes
  • la gaine optique qui permet de conserver les ondes dans le coeur en jouant sur l'indice de réfraction
  • la protection

Les fibres sont souvent appelées brins. Dans un même câble les brins sont regroupés par multiples de 2, 6 ou 12. Le principe est de faire pénétrer des rayons lumineux dans le coeur avec des indices de réfractions différents. La fibre optique est caractérisée par sa bande passante en Mhertz ainsi que l'atténuation du signal en db/km (décibels).
Deux sortes de fibres existent :

  • Les fibres multimode
    Ce type de fibre regroupe les fibres à saut d'indice et à gradient d'indice. Le coeur de ces fibres est grand par rapport à la longueur d'onde du signal optique émis. 50 à 600 microns mètres pour le coeur et de l'ordre de 1 micron pour le signal. Cette fibre permet donc de propager plusieurs centaines de signaux (phase différente). La bande passante peut varier de 200 à 1500 Mhertz/km. Deux fibres dont le mode de propagation est différent existe.
    • Les fibres à saut d'indice. L'indice de réfraction change brusquement lorsque l'on passe du centre de la fibre à sa périphérie.
    • Les fibres à gradient d'indice. L'indice de réfraction diminue selon une loi précise du coeur vers la périphérie. Les ondes passant par le centre sont les moins rapides mais parcourant moins de chemin elles arriveront en même temps que celles en périphérie.
  • Les fibres monomode
    Le coeur est proche de la longueur d'onde du signal. Il ne peut donc y avoir qu'un seul mode de propagation suivant l'axe de la fibre. Il n'y a donc pas de dispersions des temps de propagation. La bande passante et presque infinie 10Ghertz/km. Cette fibre est de meilleure qualité que la fibre multimode. Les ondes sont crées par des diodes au laser ayant une grande puissance d'émission. Plus l'atténuation est faible, plus le signal pourra parcourir un chemin important.

La propagation du signal dans une fibre optique est unidirectionnel. Il faut donc deux brins, un pour l'émission et un pour la réception. La longueur maximale d'un segment peut atteindre 2000 mètres avec une fibre multimode et 20 kilomètres avec une fibre monomode. Le nombre de postes reliés dépend de la nature du matériel actif utilisé.
Les connexions se font au moyen de prises ST (rond), MIC ou SC (carré). Il existe plusieurs types de câbles dont l'utilisation et les contraintes différent. Il existe ainsi des fibres 10BASE-FL (Fiber Link), 10BASE-FB (Fiber Backbone), 10BASE-FP (Fiber Passive), 100BASE-VG (Voice Grade méthode d'accès différente de CSMA/CD c'est Demand Priority Access Method : Transport de la voix ou de la vidéo) ...
Le câblage optique est surtout utilisé dans des réseaux de type FDDI (Fiber Distributed Data Interface) notamment dans un réseau fédérateur permettant des interconnexions entre réseaux locaux. Un câble optique apporte des avantages autres que le débit accru sur ce support comme l'accroissement de la sécurité. Il est en effet très difficile "d'écouter" le trafic d'une fibre, le piratage est donc peu probable. Le raccordement à un câble cuivre au moyen de répéteurs ou autres matériels est simple. Le câble est insensible aux perturbations. Il est très léger.



Les transmissions sans fils

Plusieurs systèmes sont utilisés, le faisceau hertzien, l'infrarouge, le rayon laser ou les ondes électromagnétiques. Ces techniques servent, le plus souvent à relier des bâtiments, des sites isolés ...

Il existe deux principaux types :

Géostationnaire
Satellite situé à 36 000 km de la terre. Un satellite est tout simplement un nœud (genre Hub). Ce système est très utilisé dans les environnements hostiles et pour arroser des zones importantes. La sécurité de ce transport est faible car n'importe qui peut capter les ondes émises (il faut bien sur savoir les décrypter…).

Hertzienne
Ce type de support est aujourd'hui peu utilisé. Pour donner un exemple, on peut citer le système Bluetooth (Ericsson, IBM, Intel, Nokia et Toshiba) qui autorise la transmission de la voix et des données via une liaison radio courte distance (10 m). Bluetooth utilise la bande de fréquence 2,45 GHz. Dans un premier temps, cette technologie permettra de transmettre des données à un débit maximal de 1 Mbits/s entre des périphériques distants de 4 mètres et à 75 Kbits/s jusqu'à 10 mètres. Les débits de ces réseaux non filaires peuvent être de l'ordre du Mbits/s ou du Gbits/s mais ils coûtent très chers (fabrication et lancement du satellite) et ont de plus une durée de vie assez faible (de l'ordre de 15 ans).

Il est en effet parfois difficile de poser un câble entre deux zones, il faut effectuer des travaux en passant par la voie publique, les autorisations ne sont pas toujours simples à obtenir, c'est souvent cher ... Les liaisons sans fils sont alors une bonne solution. Les transmissions grâce à ces techniques ne sont pas toujours simples à mettre en place et sont soumises à de nombreuses perturbations dûes à l'environnement ... Les ondes radio ou faisceau hertziens permettent des liaisons grandes distances. La transmission se fait souvent grâce à de grandes paraboles ou antennes.

Le satellite Astra1
Les satellites permettent des liaisons entre distances encore plus grandes. Par contre les vitesses de transmissions sont encore assez faibles.



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