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Dossier : Les supports filaires de transmission
(Article écrit par Jean-Marie Landa - juin 2006)


"Notre chère paire de cuivre..."

Introduction

Nous allons voir dans cet article différents types de supports filaires de transmission. Les supports de transmission servent à véhiculer des données entre un émetteur et un récepteur. Ces types de supports que nous allons aborder font tous partie de la couche 1 du modèle OSI (Open System Interconnection Model). Ce modèle est défini par l'International Standard Organisation (ISO) et il contient 7 niveaux différents (aussi appelés "couches"). La première, la couche 1, détermine les caractéristiques des matériels utilisés pour relier physiquement les équipements d'un réseau. Nous allons donc parler ici de trois d'entre eux : le câble à paire de cuivre torsadée, le câble coaxial et la fibre optique.

Le câble à paire torsadée

Paire torsadée

Le câble à paire torsadée a été largement diffusé parce qu'il est à l'origine utilisé pour les lignes téléphoniques et qu'il était jusqu'en 1983 systématiquement préinstallé dans tous les nouveaux bâtiments américains. Le câble à paire torsadée est le support le plus utilisé à l'intérieur d'un bâtiment à l'échelle mondiale. Ce qui va nous intéresser principalement est un câble téléphonique constitué à l'origine de deux fils de cuivre isolés et enroulés l'un sur l'autre d'où son nom. Les fils sont "enroulés" ou "torsadés" dans le but de maintenir précisément la distance entre fils et de diminuer les pertes de signal (diaphonie). Plus le nombre de torsades est important, plus la diaphonie est réduite.

Le maintien de la distance entre fils de paire permet de définir une impédance caractéristique de la paire, pour supprimer les réflexions des 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 pour les réseaux Ethernet en étoile, 100/120 ohms pour les réseaux de téléphonie, 90 ohms pour les câbles USB.

Actuellement on utilise plutôt des câbles constitués de 2 ou 4 paires torsadées. Elle est très répandue, de connexion facile et d'un faible coût. Pour améliorer les performances on utilise la paire torsadée blindée plus résistante aux perturbations électromagnétiques et qui autorise un débit pouvant aller jusqu'à 16 Mbits/s. Il existe quatre types de paires torsadées selon la nature du blindage : la non blindée, la blindée, celle avec blindage général et celle avec double blindage. Et ces paires torsadées sont enfin divisées en cinq catégories selon l'intégrité du signal (notées 1 à 5).

5E blindé
Câble à paire torsadée type 5E blindé

Son intérêt principal est que cette même paire torsadée peut servir au réseau téléphonique, au réseau informatique et vidéo ; elle pourra être utilisée ultérieurement pour évoluer vers des réseaux 100 Base T et même GigaBit. On rencontre la paire torsadée très souvent comme support des réseaux 10/100 Base T mais aussi selon d'autres normes IEEE (Institute for Electrical and Electronics Engineers). Voici les différentes normes de l'Ethernet en matière de câble à paire torsadée :
  • 10 Base T : sur 100 mètres maximum, vitesse de 10 Mbps, chaque extrémité d'un tel câble étant muni d'une prise RJ45.
  • 100 Base TX : sur 100 mètres maximum, vitesse de 100 Mbps, chaque extrémité d'un tel câble étant muni d'une prise RJ45.
  • 1000 Base T : sur 100 mètres maximum, vitesse de 1000 Mbps, chaque extrémité d'un tel câble étant muni d'une prise RJ45.
RJ45
Prise RJ45

La norme EIA/TIA

La norme EIA/TIA (Electronic Industries Association/Telecommunication Industries Association) a été mise au point aux États-Unis pour garantir la qualité et les conditions d'utilisation des câbles de l'industrie américaine des câbles UTP/STP (Unshielded Twisted Pair/Shielded Twisted Pair). En voici les différentes catégories :

Catégorie Fonction Vitesse Nombre de
paires torsadées
Nombre de
torsions par "pieds"
1
La voix analogique
2
Les données numériques
4 Mb/s
4
3
Les données numériques
10 Mb/s
4
3
4
Les données numériques
16 Mb/s
4
5
Les données numériques
100 Mb/s
4

Le câble coaxial

C'est un câble utilisé également en téléphonie, télévision, radio-émetteur, récepteur, aéronautique, laboratoire de mesures physiques, etc. Il est constitué d'un coeur en fil de cuivre. Ce coeur est dans une gaine isolante polyvinyle ou téflon, elle-même entourée par une tresse de cuivre, le tout est recouvert d'une gaine isolante.

Coaxial

Sa bande passante maximum est d'environ 150 MHz. Les pertes de signal sont de nature multiple sur un câble coaxial : l'augmentation de la longueur du câble, l'augmentation de la fréquence et la diminution du diamètre du conducteur mènent à des pertes de signal.

Voici les différentes normes de l'Ethernet en matière de câble coaxial :
  • 10 Base 2 ou Ethernet fin : 10 Mbit/s sur 200 m maximum, diamètre 5 mm, connecteur de type coupleur BNC en T Femelle/Mâle/Femelle, 30 postes maximum.
  • 10 Base 5 ou Ethernet épais : 10 Mbit/s sur 500 m maximum, diamètre 10 mm, connecteur de type coupleur BNC en T Femelle/Mâle/Femelle, 100 postes maximum.
  • 10 Broad 36 : 10 Mbit/s sur de longue distance.
Le BNC est un réseau qui ne doit pas être coupé, n'oubliez donc pas les bouchons de 50 ohms de terminaison, ils éliminent les "réverbérations sur le câble" : le signal transmis revient sur le câble et les stations croyant à un signal véritable attendent que la ligne soit libre.

La fibre optique

D'apparition plus récente, la fibre optique est apparue en 1987 mais je l'utilisais au début des années 1980 pour l'éclairage des instruments de bord sur les aéronefs. C'est l'avenir pour nos éclairages publics et particuliers ainsi que pour nos télécommunications. Cela nous permettrait l'économie de quelques centrales nucléaires à l'échelle du pays.

Fibre optique
Fibre optique en silice

Son utilisation prend de l'ampleur de jour en jour, elle permet des débits de plusieurs Gbit/s sur de très longues distances. La fibre optique est particulièrement adaptée à l'interconnexion de réseaux, par exemple entre plusieurs bâtiments d'un même site, ou même la simple connexion d'un ordinateur à un amplificateur son.

D'un point de vue technique, une fibre optique est constituée d'une fibre de silice entourée d'une gaine de quelques micromètres qui emprisonne la lumière, et recouverte d'un isolant. À une extrémité, il y a une diode électroluminescente ou une diode laser qui émet un signal lumineux. A l'autre extrémité, il y a une photodiode ou un phototransistor qui est capable de reconnaître ce signal.

Les grands avantages de la fibre optique par rapport aux autres supports filaires sont : peu de perte de signal, vitesse de transmission élevée, faible poids, immunité aux interférences électromagnétiques, pas d'échauffement, etc.

Fibre optique

Deux types de fibres sont utilisés : la fibre monomode (SMF - Single Mode Fiber) et la fibre multimode (MMF - Multi Mode Fiber). En optique, le mode c'est le nombre de chemins possible pour un signal lumineux. Dans une fibre multimode, la lumière peut emprunter un grand nombre de chemins alors que dans une fibre monomode, elle est est prisonnière d'un trajet direct. La fibre monomode est une fibre plus performante que la fibre multimode, mais elle nécessite l'utilisation de sources lumineuses (laser) très puissantes.

Voici les différentes normes de l'Ethernet en matière de fibre optique :
  • FOIRL (Fiber Optic Inter Repeater Link / lien inter-répéteur sur fibre optique) : le standard original pour l'Ethernet sur la fibre optique. Vitesse de 10 Mbps.
  • 10 Base-FL : mise à jour du standard FOIRL, vitesse de 10 Mbps.
  • 100 Base-FX : vitesse de 100 Mbps.
  • 1000 Base-LX : monomode, vitesse de 1000 Mbps, portée de 3 km.
  • 1000 Base-LX : multimode, vitesse de 1000 Mbps, portée de 550 m.
  • 1000 Base-SX : multimode, diamètre de 50 micromètres, vitesse de 1000 Mbps, portée de 550 m.
  • 1000 Base-SX : multimode, diamètre de 64 micromètres, vitesse de 1000 Mbps, portée de 275 m.
  • 1000 Base-LH : vitesse de 1000 Mbps, portée de 70 km.
  • 10G Base-SR : multimode, vitesse de 10 Gbps, portée de 26 à 82 m.
  • 10G Base-LX4 : multimode, vitesse de 10 Gbps, portée de 240 à 300 m.
  • 10G Base-LX4 : monomode, vitesse de 10 Gbps, portée de 10 Km.
  • 10G Base-LR et ER : monomode, vitesse de 10 Gbps, portée de 10 à 40 Km.
Enfin, la bande passante d'une fibre optique étant très large (plusieurs MHz), il est aisé de faire du multiplexage fréquentiel pour faire transiter simultanément plusieurs communications.

Conclusion

Voici donc les trois principaux supports de transmission filaires. Il existe naturellement des supports sans fil (Wi-Fi, BlueTooth, radio...) mais cela déborde du cadre de notre article. Les utilisations des supports filaires sont nombreuses (téléphonie, radio-émetteur...) mais, en tant qu'informaticiens, nous allons nous focaliser, dans notre prochain article, sur leur utilisation dans nos réseaux, notamment avec l'ADSL.


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