Module 4 : La Couche Physique

📌 4.1 Introduction à la Connexion Physique

✨ 4.1.1 La Connexion Physique

Avant que toute communication réseau puisse se produire, une connexion physique doit être établie. Il existe deux types de connexions principales :

1. Connexion filaire : Utilise des câbles pour transmettre des données. Par exemple :

   • Les ordinateurs sont connectés via des câbles Ethernet à des commutateurs partagés dans les bureaux d'entreprises.

   • Les données sont transmises par un support physique (câble).

2. Connexion sans fil : Utilise des ondes radio pour transmettre les données. Caractéristiques :

   • Les appareils doivent se connecter à un point d'accès sans fil (AP) ou à un routeur sans fil.

   • Avantages : mobilité accrue pour les appareils comme les tablettes, smartphones et ordinateurs portables.

Exemple d'une configuration typique :

• Un routeur sans fil combine des antennes, des ports Ethernet, et un port internet.

• Voir ci-dessous une représentation du fonctionnement d'un routeur sans fil et des connexions filaires :

[ Ordinateur (Filaire) ] --- Ethernet ---> [ Routeur/AP ] --- Wi-Fi ---> [ Smartphone/Tablette ]

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🖥️ 4.1.2 Cartes d'Interface Réseau (NIC)

Les NIC (Network Interface Cards) permettent à un appareil de se connecter au réseau. Elles existent sous deux formes :

• NIC Ethernet pour les connexions filaires.

• NIC WLAN pour les connexions sans fil.

Exemples d'appareils et leurs cartes réseau typiques :

• Une imprimante réseau : NIC Ethernet uniquement.

• Une tablette ou un smartphone : NIC WLAN uniquement.

📊 Comparatif des performances des connexions :

Type de Connexion	Vitesse Potentielle	Caractéristiques Clés
Filaire (Ethernet NIC)	Dépend de la catégorie du câble (Cat5e : 1 Gbps)	Stable et performant sur de longues distances
Sans fil (WLAN NIC)	Dépend de la norme Wi-Fi (Wi-Fi 6 : jusqu’à 9.6 Gbps)	Moins stable, affecté par les interférences

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⚙️ 4.2 Les Normes de la Couche Physique

🌍 4.2.1 Aperçu des Normes de la Couche Physique

La couche physique inclut les circuits électroniques, supports de transmission, et connecteurs qui transportent les signaux représentant les bits. Ces normes sont définies par diverses organisations, comme :

• ISO (Organisation Internationale de Normalisation)

• IEEE (Institut des Ingénieurs Électriciens et Électroniciens)

• TIA/EIA (Télécommunications et Électroniques)

• Régulateurs locaux comme le FCC (États-Unis) ou l'ETSI (Europe).

⚙️ Composants concernés par les normes :

• Connecteurs matériels (ex. ports Ethernet).

• Supports de transmission (ex. câbles cuivre, fibre optique).

• Méthodes d'encodage et signaux.

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🔗 4.2.2 Composants Physiques

Trois domaines fonctionnels couverts par les normes de la couche physique :

1. Composants physiques : Interfaces matérielles comme les cartes NIC, les ports, et le câblage.

2. Encodage : Conversion des bits en un "code" pour un transfert reconnaissable (ex. encodage Manchester pour Ethernet 10 Mbps).

3. Signaux : Transmission de bits sous forme de signaux électriques (cuivre), optiques (fibre) ou radio (sans fil).

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🛠️ 4.3 Les Câbles en Cuivre

🔌 4.3.1 Propriétés des Câbles en Cuivre

Les câbles en cuivre transmettent les données sous forme d'impulsions électriques. Ce type de câble est populaire pour sa facilité d'installation et son faible coût, mais limité par :

• La distance : Le signal s'atténue sur de longues distances.

• Les interférences :

  • EMI (Interférences Électromagnétiques) et RFI (Interférences Radiofréquences).

  • Diaphonie : Interférence entre fils adjacents dans le câble.

🛡️ Solutions pour réduire les interférences :

• Ajout d'un blindage métallique (câble STP).

• Paires torsadées pour annuler les champs électromagnétiques.

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🧵 4.3.2 Types de Câblage en Cuivre

1. Câble UTP (Unshielded Twisted Pair) :

• Usage : Principal câble pour les LAN.

• Construction : 4 paires torsadées, non blindées.

• Connecteurs : Terminé avec des connecteurs RJ-45.

2. Câble STP (Shielded Twisted Pair) :

• Usage : Protection contre EMI/RFI.

• Construction : Blindage supplémentaire autour des paires torsadées.

• Coût : Plus élevé que l'UTP.

3. Câble Coaxial :

• Usage : Antennes sans fil et installations internet câblées.

• Construction :

  • Conducteur central en cuivre entouré d'une isolation plastique.

  • Blindage tressé pour protéger contre les interférences.

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🌐 4.4 UTP : Normes et Connecteurs

✏️ 4.4.1 Propriétés de l’UTP

L’UTP utilise des torsions précises par mètre pour réduire la diaphonie sans nécessiter de blindage. Les spécifications incluent :

• Annulation : Paires torsadées annulant les champs magnétiques opposés.

• Torsion variable : Chaque paire a un nombre de torsions différent par mètre.

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📜 4.4.2 Catégories de Câblage UTP

Catégorie	Usage Typique	Vitesse	Caractéristique Spéciale
Catégorie 3	Voix	10 Mbps	Obsolète
Catégorie 5	Réseau 100BASE-TX	100 Mbps	Populaire mais limité
Catégorie 5e	Gigabit Ethernet	1 Gbps	Minimum actuel
Catégorie 6	Réseaux Gigabit	Jusqu'à 10 Gbps	Séparateurs internes
Catégorie 7	Réseaux modernes	10 Gbps	Améliorations supplémentaires
Catégorie 8	Data centers	40 Gbps	Nouvelle norme haute performance

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🌟 4.5 Fibre Optique

💡 4.5.1 Avantages de la Fibre

La fibre optique transmet les données avec :

• Moins d’atténuation que le cuivre.

• Immunité totale contre les interférences EMI/RFI.

• Longues distances : Parfait pour les backbone réseaux.

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🔍 4.5.2 Types de Fibre

1. Fibre Monomode (SMF) :

   • Noyau étroit : Transmission d’un seul rayon de lumière.

   • Utilisation : Longues distances (ex. téléphonie longue portée).

2. Fibre Multimode (MMF) :

   • Noyau plus large : Transmission de plusieurs rayons.

   • Limitation : Distance maximale de 500 m.

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🔗 4.5.4 Connecteurs et Cordons

Connecteur	Usage
ST	Premier connecteur utilisé
SC	Connexion rapide
LC	Compact pour hautes densités

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📡 4.6 Les Médias Sans Fil

🔋 4.6.1 Propriétés du Sans Fil

Le sans fil utilise des signaux électromagnétiques pour représenter des données. Bien que pratique, il présente des limites :

• Zone de couverture : Limitée par les matériaux de construction et le terrain.

• Interférences : Par des appareils ménagers.

• Sécurité : Sensible aux accès non autorisés.

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🌐 4.6.2 Normes Sans Fil

Norme	Usage Typique
Wi-Fi (802.11)	Réseaux locaux sans fil (WLAN)
Bluetooth (802.15)	Réseaux personnels (WPAN)
WiMAX (802.16)	Connexions sans fil longue distance
Zigbee (802.15.4)	IoT et faible consommation énergétique