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6. Liaisons Internet haut débit: ADSL, VDSL, ATM, ...

1. Technologies xDSL (ADSL, SDSL, VDSL, ...) - 2. DSL symétrique - 3. DSL asymétrique - 4. Lignes louées - 5. Connexion par satellite - 6. Le câble - 7. Connexions 3 G et 3 G+ - 8. Liaisons ATM

Ce chapitre du cours hardware YBET réseaux et communications traite des liaisons à haut débit pour la connexion des sites INTERNET et la connexion haute vitesse entre l'utilisateur et INTERNET: connexion xDSL, ATM, lignes louées, câble de télédistribution, liaison satellite, ... Toutes ces solutions nécessitent un abonnement spécial chez votre fournisseur d'accès.

1. Les technologies DSL

Le DSL regroupent tout ce qui permet de faire passer des flots de données à haute vitesse sur de simples lignes téléphoniques torsadées. Il existe différentes variantes :

Les différences essentielles entre ces différentes technologies sont:

Les technologies xDSL sont divisées en deux familles, celles utilisant une transmission symétrique et celle utilisant une connexion asymétrique.

L'idée de départ est de découper une gamme de fréquence en canaux. Chaque canal correspond à une fréquence distincte. L'émetteur / récepteur utilisent le FDM (signifiant Frequence division multiplexage) pour envoyer et réceptionner les données sur les différents canaux. Une zone de fréquence est dédiée à l'envoi et l'autre à la réception.  Dans les technologies les plus courantes, la bande passante est divisée en 3 zones: une pour la transmission de la voix (les basses fréquences jusque 4 Khz en sachant que l'oreille humaine adulte va justement jusque ... 20 Khz) et deux zones pour l'émission et la réception. Sachant çà, ne vous attendez pas à écouter en Hifi un morceau de musique via le téléphone: c'est pas non plus le but.

Voyons comment ça se passe:

Les fréquences et canaux sont valables pour l'ADSL standard mais le principe est le même pour toutes les liaisons DSL. La gamme de fréquence est découpée en canaux, dans le cas de l'ADSL 1, la gamme de fréquence de 0 à 1,1 Mhz est découpée en 256 canaux noté de 0 à 255. Les premiers canaux ne sont pas utilisés pour la transmission de données. La partie suivante est découpée en 17 canaux pour le transfert utilisateur vers la borne de l'opérateur reliée à Internet (appelée DSLAM), la suivante est utilisée pour le transfert DSLAM vers utilisateur et prend 225 canaux. Dans ce cas, le nombre de canaux "download" est nettement supérieur à celui d'upload: le débit est nettement plus important. Le petit problème est la dégradation du signal en fonction des parasites sur la ligne (qui augmentent avec la distance) qui est nettement plus importante à mesure qu'on monte en fréquence: plus on s'éloigne du point d'accès, plus la vitesse de download diminue.

Dans le cas d'une solution symétrique, le nombre de canaux d'envoi et de réception est le même, dans le cas d'une solution asymétrique, le nombre de canaux d'envoi est inférieur à celui de réception.

Pour augmenter les débits, on a la solution d'augmenter la gamme de fréquence mais de fait, la portée va diminuer, ou plutôt, la vitesse va ralentir plus vite à mesure que la distance augmente. On le voit ici avec la comparaison des débits entre les 3 types d'ADSL. L'adsl et l'adsl2 utilisent la même plage de fréquence, seule la méthode de transfert a été modifiée. Par contre, l'ADSL2+ utilise plus de canaux avec une plage de fréquence qui va jusqu'à 2,2 Mhz. Dans tous les cas, le taux de transfert reste constant pour de petites distances plus diminue très vite ensuite. A partir de 2,5 KM (10.000 pieds), la vitesse des trois technologies est identiques. 

Une autre méthode pour augmenter le débit est d'utiliser les canaux montants et descendants pour le transfert DSLAM vers utilisateur (download). Pourtant, en théorie, aucune chance que cette technique fonctionne puisque deux signaux vont être présent sur la plage de fréquence basse. En fait, on va utiliser l'annulation d'écho. Chaque coté en recevant le signal va soustraire ce qu'il envoie sur ces mêmes canaux, permettant le transfert bidirectionnel sur cette plage de fréquence. 

Et la dernière méthode est de jouer sur le type de modulation - codage des données. Celle utilisée pour l'ADSL est le DMT (Discrete Multi Tone) qui permet 8 Mb/s en descendant et 640 Kb/s en montant. 

Ces vitesses sont théoriques et maximum. En effet, elles vont dépendre de l'état de la ligne téléphonique plus ou moins bonne mais aussi de la section du fil. A la première connexion, mais aussi en cours de transfert, la vitesse va être vérifiée canal par canal, les canaux (fréquences) les moins fiables (généralement les plus hauts même si d'autres fréquences peuvent être perturbées) ne seront pas utilisées.

2. Solutions symétriques

Une solution xDSL symétrique a la même vitesse de transfert en download (Internet vers utilisateur) qu'en upload (utilisateur vers Internet), contrairement aux liaisons asymétriques (Adsl par exemple). Ceci est primordial pour l'hébergement d'un site au sein de l'entreprise. Les connexions symétriques sont surtout utilisées pour remplacer les lignes louées trop chères.

2.1 HDSL et HDSL2 :

L'HDSL date du début des années 90. Elle utilise les lignes louées mais en utilisant pas tous les fils. Deux versions sont utilisées, soit avec 2 paires (vitesse maximale de 1,5 Mb/s), soit 3 paires de fils (vitesse maximale de 2 Mb/s). Ces vitesses peuvent être moindre en fonction de la qualité de la ligne. La distance maximale avec le central est de 4,5 KM.

La version suivante, l'HDSL2, en découle mais n'utilise plus qu'une seule paire téléphonique, soit 1,5 Mb/s pour les Etats-Unis et 2 Mb /s pour l'Europe. Seul défaut, la distance diminue pour ne plus atteindre que 2500 mètres.

Cette solution ne permet pas de téléphoner en même temps.

2.2. SDSL (Symmetric Digital Subscriber Line):

Comme HDSL, le SDSL utilise les lignes louées mais avec seulement 1 paire de fils avec un débit maximum de 2 Mb / s, même si on peut coupler atteindre les 8 Mb/s en utilisant deux lignes simultanées et même 20 Mb/s en utilisant 4 paires téléphoniques. La vitesse varie avec la distance au central:

L'utilisation simultané de la connexion Internet avec un appel téléphonique est impossible. Les modems sont spécifiques suivant le nombre de paires raccordées.

2.3. SHDSL:

Le SHDSL (Single-pair High-speed DSL) date de 2002 et rassemble les techniques HDSL (2) et SDSL. La distance maximum est de 5 kilomètres. Les taux de transfert varient suivant l'abonnement de:

Plutôt basée sur les lignes téléphoniques que sur les lignes louées, elle permet le transport de données à travers les centraux téléphoniques.

Au départ, le débit est configuré à une vitesse fixe suivant l'abonnement. Les premières versions bloquaient la transmission si la vitesse n'était pas suffisante. Actuellement, les modems utilisent une auto détection et se synchronisent sur la vitesse la plus élevée possible autorisée.

3. Solutions asymétriques: ADSL, RADSL et VDSL

On va parler de diaphonie. Par quelques bases en électricité, on sait qu'un courant dans un fils électrique induit un champ magnétique qui (à forte dose) va parasiter les fils adjacents. Hors dans une installation standard, les fils de connexion Internet vont de tous les utilisateurs pour se regrouper vers le central. Du coup, les signaux sont nettement plus parasités au niveau du central qu'au niveau utilisateur. En suivant l'idée, plus un signal est fort, moins il est parasité. Par contre, plus la vitesse (en fait la fréquence du signal) est rapide, plus il a de chance d'être parasité (mais surtout l'inverse).

Ben voilà l'idée. Le signal envoyé par l'utilisateur est plus faible au niveau du central que celui envoyé par le central, on va partager la bande passante asymétriquement, la vitesse utilisateur vers le central sera plus faible (donc moins parasitée malgré un signal plus faible), tandis que la vitesse de transfert à partir du central sera plus élevée (moins perturbée par la diaphonie au niveau du central car plus fort). C'est la base des connexions asymétrique, augmenter la vitesse de transfert dans une direction au détriment de l'autre pour une même bande passante globale. Ca tombe bien, l'internaute préfère télécharger plus vite ...

Ces solutions asymétriques ne sont pas à utiliser pour l'hébergement d'un site Internet, sauf pour de petites applications utilisant par exemple DynDNS.

3.1. ADSL et ADSL2 (Asymetric Digital Subscriber Line):

L'ADSL utilise trois plages de fréquences:

Chaque plage numérique est elle-même divisée en petites bandes permettant le transfert de signaux simultanément dans la même direction. Le signal global doit être filtré pour les communications téléphoniques, comme expliqué dans la partie installation du filtre ADSL.

Deux types de modem - routeur sont utilisés, l'annexe A pour les lignes téléphoniques classiques et l'annexe B pour les lignes ISDN / RNIS. Ils ne sont pas compatibles entre-eux, les annexe B nécessite un filtrage global. Deuxième problèmes avec ces modems, ils sont souvent fournis avec un connecteur RJ45 pour le téléphone alors que le connecteur du filtre est de type RJ11 comme pour une ligne standard mais les connecteurs RJ11 entrent dans un connecteur RJ45.

L'ADSL permet, pour une distance maximale de 5,6 km, des débits de :

La distance maximale dépend de la qualité du câble téléphonique. Au delà de 5,5 km et jusqu'à 6,5 km, la vitesse doit être réduite à 1 Mb/s en download.

Ces vitesses de transfert transforment le réseau public téléphonique existant (limité à la voix, au texte et aux graphismes basse résolution) en un système puissant capable de supporter le multimédia, y compris la vidéo temps réel. En transmettant des films, des programmes de télévision, des données de réseaux locaux d'entreprises, et surtout en introduisant l'Internet dans les maisons, ADSL rend les marchés viables et rentables pour les compagnies de téléphone et les fournisseurs d'applications.

L'ADSL Lite, normalisée en décembre 1998, fonctionne à des débits inférieurs puisque la vitesse maximum de download est de 1.5 Mbit/s pour 512 kbit/s pour le transfert ordinateur vers Internet et n'utilise pas de filtre ADSL. Pourtant elle n'a jamais été réellement commercialisée. Les versions Lite des fournisseurs d'accès sont des connexions ADSL standard bridées en vitesse sur le central, les modems sont donc tout à fait compatibles, l'utilisation de filtres dans ce cas est également obligatoire.

L'ADSL 2  augmente la vitesse maximum à 12 Mb/s en dowload en modifiant la modulation de fréquence, les modems et routeurs restent compatibles.

L'ADSL 2+ permet une vitesse de download jusqu'à 24 MB/s avec une limitation de distance. Les vitesses de ces deux normes sont identiques à l'ADSL standard pour des distances supérieures à 3 KM. Cette technologie haute vitesse est utilisée principalement pour la télévision numérique. La vitesse en upload est limitée à 1 Mb/s (pour 640 Kb/s en standard), avec une distance maximum de 5 KM.

3.2. RADSL, Rate Adaptive DSL

En RADSL, le modem adapte la vitesse en fonction de la qualité de la ligne (en upload et en download indépendamment). Ceci donne un débit constant nécessaire dans les applications vidéo et vidéo- conférence. C'est une simple variante de l'ADSL quasiment jamais implantée, elle utilise les mêmes modulations et les même caractéristiques de vitesses et distances. 

3.3. ReADSL (Reach Extended ADSL)

Cette technologie est une adaptation de l'ADSL 2. En gros, elle a abaissé le signal de 70 db (ADSL) en 78 db, permettant une distance de connexion supérieure puisqu'elle atteint 8 Km maximum mais au détriment de la vitesse qui descend à 128 kb en émission et 512 kb en réception, soit des vitesses comparables à l'ADSL Lite. Le Readsl est commercialisé en Europe depuis 2005.

3.4. VDSL et VDSL2

Ces technologies peuvent travailler en mode asymétrique ou symétrique (jusque 34 Mb/s à une distance maximale de 300 mètre). Dans le mode asymétrique, la vitesse de transfert peut atteindre 52 Mb/s en download et jusqu'à 16 Mbs en upload. Seule la version asymétrique est réellement utilisée.

C'est la plus rapide des liaisons DSL. Sur une seule paire téléphonique torsadée, elle autorise:

En revanche, la longueur maximale de la connexion est limitée à 1,5 km pour des vitesses correctes (5 Km maximum mais avec des débits nettement réduits). 

Le VDSL2 en cours d'instalation dans quasiment toute l'Europe et permet le transfert de la TV haute définition. Elle permet des taux de transferts de 250 Mb/s maximum au central mais avec des performances nettement réduite avec la distance (plus que 100 Mb par seconde à 500 mètres et 50 Mb à 1 KM du central en asymétrique. Au de là de 1,6 Km, les vitesses en mode asymétrique sont identiques à celles de l'ADSL 2.

Fin 2012, Belgacom débute l'implantation de VDSL 2 avec une vitesse de 50 Mb/s: en changeant les centraux mais aussi en ajoutant des bornes de proximité.

Petite remarque, contrairement à l'ADSL ou l'on met un filtre sur chaque prise, en VDSL, le filtre se place à l'arrivée dans la maison (et donc le modem): c'est un filtrage global.

3.5. Tableau récapitulatif des technologies DSL

En vert, les technologies symétriques, en jaune, les technologies asymétriques.

Norme Débit Internet -> PC Débit PC -> Internet Distance max. Nombre de paires
HDSL 1.544 Mb/s ou 2.048 Mb/s 3,6 km 2 ou 3 suivant le débit souhaité
HDSL 2 1.544 Mb/s (USA) - 2 Mb/s (Europe) 2,5 km 1
SDSL 128 Kb/s à 2 Mb 3,6 km 1
SHDSL 192 Kb/s à 2,3 Mb/s (une paire),
384 Kb/s à 4.6 Mb/s (deux paires)		 5 km 1 ou 2 suivant le débit souhaité
ADSL 128 Kb/s à 8 Mb/s 16 à 640 Kb/s 5,4 km (6,5 avec vitesse réduite) 1
ADSL 2 128 à 12 Mb/s
ADSL 2+ 128 à 24 Mb/s 16 Kb/s à 1 Mb/s 5,4 Km
RADSL 0.6- 8 Mb/s 128 kb/s-1 Mb/s 5,4 km 1
VDSL 15-53 Mb/s 1.544-2.3 Mb/s 1,3 km 1
ReADSL 512kb/s 128 kb/s 8 km 1

4. Ligne louée

Les lignes louées sont le mode de transfert le plus rapide mais en utilisant un nombre de paires élevées (maintenant remplacées par de la fibre optique). Trois normes distinctes sont utilisées suivant le pays (E pour Europe, T pour Etats-Unis et Japon).

 Elles présentent actuellement le débit le plus élevé mais le nombre de paires est nettement plus élevée (24 paires pour T1 et 32 paires pour E1 par exemple).  Ces lignes connectent directement deux points, sans passage sur des lignes partagées d'où une plus grande sécurité des transactions. Elles peuvent également être utilisée comme lignes téléphoniques via des terminaux téléphoniques spéciaux.

Dans le cas des fournisseurs d'accès européens, les types actuels sont:

Dans le cas du réseau américain:

Pour le Japon, les deux premiers types sont identiques aux normes américaines:

5. Connexion INTERNET par satellite

La connexion INTERNET par satellite permet de se connecter quasiment partout, y compris loin d'installations téléphoniques et même en déplacement (à condition de repositionner la parabole vers le satellite à chaque fois).

Les premières connexions utilisaient un système hybride: réception par la parabole, émission par modem classique. Ceci permet d'utiliser des antennes standards mais n'est pas très performant. 

Les paraboles actuelles intègrent un module d'émission. En envoi, la vitesse varie de 128 kb/s à 1024 kb/s pour 512 kb/s à 8 Mb/s en réception (avec une limite théorique de 155 Mb/s). Pourtant, le système utilise des satellites géostationnaires, soit à une distance de 35.786 km de la terre. Lors de l'émission (ou de la réception), le signal parcourt d'abord cette distance vers le satellite puis est renvoyé vers la base de réception (soit un petit déplacement de plus de 70.000 kilomètres. L'écart entre l'émission et la réception est de l'ordre de 700 millisecondes (temps de latence), peu pratique pour le Voice Over Ip ou le jeu en ligne.

Le prix de l'installation est aussi nettement plus chère que les autres méthodes. Suivant les pays, les abonnements sont finalement équivalents aux autres technologies, du moins pour les faibles vitesses. En Europe, mieux vaut utiliser le système 3 G (ou même le 4G) pour la mobilité.

6. Câble TV.

Utilisant le réseau de télédistribution, le câble TV utilise toute la bande de fréquence de 10 à 850 Mhz (sauf certaines utilisées par les radio). Une grosse partie est utilisée par les télévisions en regroupant les TV numériques par 8 avec une plage utilisée de 8 Mhz chaque fois et les TV analogiques qui utilisent elles aussi 8 Mhz mais à chaque fois.

Deux plages sont réservées pour la connexion INTERNET:

Par contre, la bande passante Internet est partagée entre plusieurs internautes mais avec moins de connexion sur le central. Les performances sont quasiment identiques à celles de l'ADSL2.

7. Connexion 3G et 3G+

Le 3G et son évolution le 3G+ découlent au départ de la téléphonie pour GSM, c'est leur principale utilisation, mais permettent de transférer des vidéos lors des conversations téléphoniques ou même des données. Cette solution permet une vitesse de transfert théorique de 14,4 Mb/s d'une antenne vers un récepteur et de 5,8 mb/s dans l'autre sens. 

La portée est limitée à quelques kilomètres. Le réseau belge actuel autorise des vitesses jusque 3,6 Mb/s sur les principales viles et centres industriels. Quelques régions plus reculées utilisent une vitesse de 160 kb/s ou sont hors de portée. Cette solution peut être implanté sur un PC ordinateur standard via carte USB ou PCMCIA.

8. Liaison ATM.

L'ATM (Asynchronus Transfer Mode) est un standard orienté connexion (vérification des données émises) depuis la fin des années 80 pour le transfert haut débit. C'est un protocole plus qu'une connexion matérielle, utilisant des paquets de données de taille plus petite et fixe (appelées cellule) de 5 octets (bytes) d'en-tête et 48 de données.

Le Flux est constant et l'utilisation de la bande passante optimale. Les liaisons ATM utilisent le QOS (Quality Of Service) pour déterminer des priorités sur les messages à envoyer. En absence de données prioritaires à transmettre, le protocole va intercaler des  données moins prioritaires. Le message n'est émis qu'une seule fois, la transmission des données étant considérée comme sans erreurs. En pratique, seule des connexions en fibre optique le permettent (même si ce protocole peut également fonctionner sur d'autres supports réseaux en théorie)..

Le routage des cellule (messages) est implanté en hardware, à la différence d'un routage suivant le protocole IP. Ceci explique que les routeurs ATM sont désignés par le terme Switch. Ils sont à la base des backbones Internet.

En complément:

La suite du cours Hardware 2 > Chapitre 7: Spécificités des serveurs réseaux

< 5. Commutateurs, hubs, répétiteurs et routeurs réseaux.

Le cours "Hardware 1": PC et périphériques, le cours "Hardware 2": Réseau, serveurs et communication.

Pour l'ensemble des cours techniques hardwares et systèmes d'exploitation

© YBET informatique 2006, révision 20/11/2014, explications VDSL2 + filtre global