Couche physique
Connexion physique
Avant toute communication réseau, une connexion physique doit être établie — filaire (câble) ou sans fil (ondes radio, via un point d'accès sans fil).
Point d'accès sans fil : composants
- Antenne(s) (intégrées ou externes)
- Plusieurs ports de commutation Ethernet
- Un port internet
NIC
La carte d'interface réseau (NIC) connecte un périphérique au réseau : carte Ethernet pour le filaire, carte WLAN pour le sans fil. Un périphérique peut avoir l'un, l'autre, ou les deux.
Rôle de la couche physique
La couche physique OSI code une trame complète reçue de la couche liaison de données en une série de signaux (électriques, optiques ou radio) envoyés sur le support. À la réception, elle reconvertit ces signaux en bits et les remonte à la couche liaison de données sous forme de trame complète.
Normes de la couche physique
Contrairement aux couches logicielles supérieures, la couche physique (circuits, supports, connecteurs) est normée par des organismes d'ingénierie électrique/télécom : ISO, TIA/EIA, UIT, ANSI, IEEE, FCC, ETSI, et des organismes régionaux (CSA, CENELEC, JSA/JIS).
Trois domaines fonctionnels sont couverts :
- Composants physiques : matériel, connecteurs, câbles (cartes réseau, ports, brochages...).
- Codage : convertit un flux de bits en un motif prévisible reconnaissable à l'émission comme à la réception (ex. codage Manchester : tension basse = 0, tension haute = 1, utilisé en 10BASE-T ; débits plus rapides = codages plus complexes comme 4B/5B, 8B/10B).
- Signalisation : la méthode de représentation physique des 1 et 0 (ex. impulsion longue = 1, courte = 0).
Bande passante et mesures associées
La bande passante est la capacité d'un support à transporter des données, exprimée en bits/s. Elle dépend des propriétés du support, des technologies de signalisation et des lois de la physique.
| Unité | Équivalence |
|---|---|
| bit/s | unité de base |
| Kbit/s | 10³ bit/s |
| Mbit/s | 10⁶ bit/s |
| Gbit/s | 10⁹ bit/s |
| Tbit/s | 10¹² bit/s |
- Latence : temps de trajet des données de A à B. Le débit global d'un chemin est limité par son segment le plus lent (goulot d'étranglement).
- Débit : mesure réelle du transfert de bits — généralement inférieur à la bande passante, à cause du volume de trafic, du type de trafic (priorisation) et de la latence.
- Débit applicatif (goodput) : débit moins la surcharge (établissement de session, accusés de réception, encapsulation, retransmissions) — toujours le plus bas des trois.
Câblage en cuivre
Support le plus courant : bon marché, facile à installer, faible résistance — mais limité en distance et sensible aux interférences.
Les données voyagent en impulsions électriques, qui s'atténuent avec la distance (d'où des limites de distance strictes). Deux sources d'interférence :
- EMI/RFI (électromagnétique/radioélectrique) — contrée par blindage métallique + mise à la terre.
- Diaphonie — un signal perturbe le câble adjacent via son champ magnétique — contrée par des paires de fils torsadées qui s'annulent mutuellement.
Types de câblage cuivre
- UTP (paires torsadées non blindées) : le plus répandu, connecteur RJ-45, 4 paires torsadées avec un nombre de torsades variable par paire (renforce l'annulation).
- STP (paires torsadées blindées) : meilleure protection qu'UTP mais plus cher/complexe à installer ; combine blindage + torsades ; nécessite une mise à la terre correcte (sinon le blindage capte du bruit).
- Coaxial : deux conducteurs partageant le même axe (âme cuivre, isolant, blindage tressé, gaine). Remplacé par UTP en Ethernet moderne, mais toujours utilisé pour relier antennes/équipement sans fil et dans le câblage résidentiel des fournisseurs câble.
Normes et catégories UTP
La norme TIA/EIA-568 définit le câblage LAN commercial (types de câbles, longueurs, connecteurs, tests). L'IEEE classe le câble UTP par catégorie selon la bande passante supportée :
| Catégorie | Débit max | Usage |
|---|---|---|
| Cat 3 | — | Voix (historique) |
| Cat 5 | 100 Mbit/s | Fast Ethernet (100BASE-TX) |
| Cat 5e | 1000 Mbit/s | Minimum acceptable aujourd'hui |
| Cat 6 | 10 Gbit/s | Recommandé pour nouveaux bâtiments |
| Cat 7 | 10 Gbit/s | |
| Cat 8 | 40 Gbit/s |
Terminaison typique : connecteur RJ-45, brochage défini par TIA/EIA-568 (standards T568A et T568B).
| Type de câble | Standard | Usage |
|---|---|---|
| Droit | T568A ou T568B aux deux bouts | Hôte↔commutateur, commutateur↔routeur |
| Croisé | T568A à un bout, T568B à l'autre | Périphériques similaires (hôte↔hôte, switch↔switch) — largement obsolète grâce à l'auto-MDIX |
| Rollover (Cisco) | Propriétaire | Ordinateur ↔ port console |
Un mauvais câble (croisé au lieu de droit ou l'inverse) n'endommage rien mais empêche la communication — c'est la première chose à vérifier en dépannage.
Câblage à fibre optique
Fil de verre très fin transmettant des impulsions lumineuses. Plus cher que le cuivre, mais transmet sur de plus longues distances, avec plus de bande passante, moins d'atténuation, et une immunité totale aux EMI/RFI.
- Monomode (SMF) : noyau très fin, laser coûteux, un seul rayon lumineux — longues distances (réseaux longue distance, centaines de km).
- Multimode (MMF) : noyau plus large, LED moins chères, plusieurs angles de lumière — réseaux locaux, jusqu'à 10 Gbit/s sur 550 m. Plus de dispersion (perte de signal) que le monomode, d'où la portée plus courte.
Usages : réseau fédérateur d'entreprise, FTTH (fibre jusqu'au domicile), réseaux longue distance, câbles sous-marins.
Code couleur des cordons : gaine jaune = monomode, orange/aqua = multimode. Connecteurs variés (SFP pour les transcepteurs enfichables) — détails hors examen.
Fibre vs cuivre (UTP)
| Critère | UTP | Fibre |
|---|---|---|
| Bande passante | 10 Mbit/s – 10 Gbit/s | 10 Mbit/s – 100 Gbit/s |
| Distance | 1 – 100 m | 1 – 100 000 m |
| Immunité EMI/RFI | Faible | Totale |
| Coût / compétences d'installation | Moins élevé | Plus élevé |
En entreprise, la fibre sert surtout de câblage fédérateur (liaisons point à point à fort trafic) et pour l'interconnexion de bâtiments.
Supports sans fil
Transportent les données via des ondes radio/micro-ondes. Offrent la meilleure mobilité, mais présentent des limites :
- Couverture : réduite par les matériaux de construction et le terrain.
- Interférences : téléphones sans fil, fluorescents, micro-ondes, autres réseaux sans fil.
- Sécurité : pas d'accès physique requis pour intercepter — la sécurité est essentielle.
- Support partagé, semi-duplex : un seul appareil transmet à la fois ; la bande passante disponible diminue avec le nombre d'utilisateurs simultanés.
Normes sans fil
| Norme | IEEE | Description |
|---|---|---|
| Wi-Fi | 802.11 | WLAN, protocole CSMA/CA (écoute avant transmission) |
| Bluetooth | 802.15 | WPAN, appariement d'appareils, 1-100 m |
| WiMAX | 802.16 | Accès large bande sans fil, point-à-multipoint |
| Zigbee | 802.15.4 | Faible débit/faible puissance, IoT |
Un LAN sans fil nécessite typiquement un point d'accès (relie le sans fil au réseau filaire — souvent intégré au routeur domestique) et des adaptateurs réseau sans fil sur les hôtes.
Todo
4.1.3 · 4.2.7 · 4.3.6 · 4.4.4 (connaître la différence croisé/droit, pas l'ordre des couleurs) · 4.5.7 · 4.6.4