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MOOC NSI - fondamentaux.

Transcription de la vidéo

4.3.2.1 : Le protocole Ethernet

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Bienvenue dans cette première vidéo du module 2 de réseau. Dans ce module, nous parlerons essentiellement des couches physique et liaison du modèle OSI correspondant aux protocoles Ethernet. Le plan de ce module est le suivant nous parlerons dans cette vidéo de la couche physique et des éléments qui la composent. Nous verrons plus tard les éléments de la couche liaison, en particulier le protocole Ethernet, et enfin, nous étudierons deux appareils des couches physique et liaison, à savoir respectivement le hub, puis le switch. Pour rappel, le modèle OSI organise la communication entre appareils en différentes couches indépendantes et complémentaires. La couche physique est celle ayant pour rôle d'assurer la transmission physique des données entre deux équipements. Elle définit donc le matériel utilisé ainsi que les standards de connexion. Par exemple, elle définit le standard des câbles Ethernet, fibre optique ou encore des standards sans fil comme le Wi-Fi. C'est également cette couche qui assure la synchronisation entre les équipements ainsi que l'encodage et la transmission des bits de données sur le support. Nous nous concentrerons dans cette vidéo, plus particulièrement sur une liaison filaire Ethernet ainsi que sur la fibre optique. Différents standards ont été et sont encore définis pour la transmission de données Ethernet. Pour donner quelques exemples, le 10 Base T est un standard permettant une transmission à 10 Mbit par seconde sur un câble cuivré. Le 10 désigne le débit et le T désigne un câble cuivré comme celui que l'on va voir juste ensuite.

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Un câble 1000 Base T servira, lui, pour des connexions d'un débit de 1 gigabits par seconde sur un câble cuivré et le Mile Base LX, la même chose sur une fibre optique. Voici un tableau donnant quelques exemples de standards et leurs normes associées. Nous allons nous intéresser dans la suite de cette vidéo au câble Ethernet et à la fibre optique. Une liaison Ethernet est une liaison filaire full duplex. Elle permet donc aux appareils de communiquer simultanément et dans les deux sens. Cette communication se fait sur des câbles Ethernet qui ressemblent à ce que pouvaient voir sur la droite un câble d'extérieur plastique se terminant par un embout qu'on appelle RJ45. Sous cette protection plastique, on trouve une protection électromagnétique qu'on appellera blindage. Elle protège les signaux des perturbations extérieures. Ensuite, huit fils rassemblés en 4 paires torsadées respectant un code couleur précis. Les câbles sont torsadés afin de limiter la diaphonie entre les signaux. Qu'est ce que la diaphonie? La diaphonie, c'est un phénomène électromagnétique engendrant un couplage entre des signaux transmis sur des fils proches les uns des autres. Cela signifie en gros que deux signaux proches peuvent perturber leur communication mutuellement. Le fait de torsader les fils permet de réduire ce couplage et donc de limiter les perturbations entre les quatre signaux d'un câble Ethernet.

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Notons que la structure des câbles peut varier selon la catégorie utilisée, par exemple sur un câble de catégorie 7 représenté en bas à droite. Chaque paire de fils est entourée par un blindage électromagnétique afin de diminuer encore plus la diaphonie et de permettre des débits plus élevés sur un câble Ethernet. On peut donc transmettre quatre signaux différents, chacun transitant en différentiel sur deux fils. La transmission différentielle permet de réduire fortement la sensibilité aux bruits extérieurs en envoyant les signaux sur la différence de potentiel entre deux conducteurs. En effet, comme nous pouvons le voir sur ce schéma, dans le cas d'une liaison classique, le fil transportant le signal ne sera pas soumis au même bruit électromagnétique que le fil de masse. Ainsi, le signal se trouve perturbé à destination. A l'inverse, lors de l'utilisation d'une paire de signaux transportés sur des fils suffisamment proches, ces deux signaux subiront un bruit électromagnétique très similaire, voire égal. Le signal est encodé sur la différence de ces deux signaux. Le bruit est éliminé lorsque l'on calcule la différence à la réception. Les standards Ethernet définissent également le rôle de chaque paire. Sur cette image, on peut voir que les standards 10 Base T et 100 Base T n'utilisent que deux paires sur quatre : une paire pour le signal d'envoi et une paire pour le signal de réception. Ce qui permet le full duplex.

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Le 1000 Base T, quant à lui, utilise les quatre paires, ce qui augmente la quantité d'informations circulant simultanément sur le câble et qui augmente donc le débit maximum de la connexion. Enfin, le standard Ethernet définit également l'encodage des signaux, par exemple, le standard 10 Base T utilise un encodage simple appelé Manchester, permettant l'envoi du signal et de l'horloge simultanément. Le standard 100 base TX utilise un codage MLT 3 à trois niveaux de tension et le 1000 Base T, un codage à cinq niveaux pour permettre des débits toujours plus élevés. Un mot à présent à propos de la fibre optique. La fibre optique permet des transmissions de données sur des distances plus longues et à des débits plus importants. Il en existe de différents types mono mode et multimode, mais la structure générale est la suivante. La fibre optique est fabriquée en verre et est composée d'une âme et d'une gaine. Les informations sont transportées par un signal lumineux guidé à l'intérieur de lames de la fibre optique avec de très faibles pertes. Ce verre est protégé par une protection mécanique autour de la gaine. Sur de très longues distances transatlantiques, par exemple, des répéteurs sont installés au fond de l'océan afin d'acheminer le signal à destination. Enfin, le full duplex sur une fibre optique peut être réalisé en utilisant des longueurs d'onde différentes.

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Pour chaque usager d'une fibre deux longueur d'onde distinctes pourront être utilisées : une pour le signal montant et une autre pour le signal descendant. On fait alors transiter plusieurs signaux dans des directions opposées sur un même support optique.

Une installation à domicile avec fibre optique peut prendre différentes formes. Dans le premier cas, en haut FTH ou Fiber to the Home, une fibre optique arrive jusqu'à la box privée, soit avec une fibre dédiée pour chaque client appelé point à point, soit avec une fibre mutualisée jusqu'à un coupleurs passifs qui transmettra le signal vers les différentes habitations. Dans le deuxième cas, FTB Fiber to the Building, la fibre arrive jusqu'à un point de mutualisation au pied de l'immeuble, par exemple. Puis le signal passe sur un câble Ethernet ou coaxial jusqu'aux habitations. La structure utilisée va influencer le débit disponible pour le client. En résumé, nous avons vu dans cette vidéo le rôle de la couche physique et certains des éléments qui la composent. Nous avons vu par exemple le câble Ethernet et son embout RJ45 ainsi que la fibre optique. Le système en couches du modèle OSI nous permet d'utiliser des supports différents sans changer les éléments des autres couches. L'information peut par exemple être transmise sur une fibre optique permettant des distances plus grandes et un débit plus important, ou encore sur le Wi-Fi, une technologie sans fil permettant un usage nomade.