Cours

Définition d’un réseau

     Un réseau informatique met en relation des ordinateurs, comme un réseau téléphonique met en relation des personnes.

            Des ordinateurs sont dits « en réseau » dés lors qu’ils partagent une technologie qui leur permet de communiquer ensemble.

            Le plus souvent cette technologie se matérialise physiquement par une liaison avec un câble conducteur. Sur ce type de support, un signal électrique véhicule les messages informatiques. Il existe d’autres types de supports en pleine expansion comme les liaisons par ondes hertziennes, rayon laser, infrarouge...

Modèle ISO (International Standards Organisation)

Modèle d’architecture pour les protocoles de communication développé entre 1977 et 1984. Ce modèle de communication repose sur le concept de la « commutation par paquets » : les données à transmettre d’une machine à une autre sont fragmentées à l’émission en petits blocs de quelques centaines d’octets munis de l’adresse du destinataire, envoyés sur le réseau puis ré assemblés à la réception pour reproduire les données d’origine. Ce concept facilite le partage des possibilités physiques du réseau (bande passante) et est parfaitement adapté pour une implémentation sur machines séquentielles travaillant en temps partagé. Ainsi, plusieurs communications peuvent avoir lieux simultanément et sur une même machine. Le modèle ISO est constitué de sept couches. A chaque couche est associée une fonction bien précise, l’information traverse ces couches et chacune y apporte sa particularité.

Modèle ISO en 7 couches (layers)

Description des couches:

7: la couche application est constituée des programmes d'application ou services, qui se servent du réseau. Ils ne sont pas forcément accessibles à l'utilisateur car ils peuvent être réservés à un usage d'administration.

6:la couche présentation met en forme les données suivant les standards locaux ou particuliers à l'application.

5:la couche de session effectue l'aiguillage entre les divers services (7) qui communiquent simultanément à travers le même ordinateur connecté ou le même réseau. Deux utilisateurs d'une même machine peuvent utiliser la même application sans risques d'interactions parasites.

4:La couche de transport garantit que le destinataire obtient exactement l'information qui lui a été envoyée. Par exemple, cette couche met en œuvre des règles de renvoi de l'information en cas d'erreur de réception.

3:la couche réseau isole les couches hautes du modèle qui ne s'occupent que de l'utilisation du réseau des couches basses, qui ne s'occupent que de la transmission des informations.

2:la couche de donnée effectue le travail de transmission des données d'une machine à une autre.

1:la couche physique définit les caractéristiques du matériel nécessaire pour mettre en œuvre le signal de transmission (tensions, fréquences,...), la description d'une prise,...

Réseaux locaux : LAN

Il apparaît impossible de relier toutes les machines qui veulent communiquer entre elles par un même câble pour plusieurs raisons. D’un point de vue technique d’abord, car le monde est vaste… De plus, certains réseaux seraient susceptibles de perturber les autres, les utilisations d’un réseau étant très diverses. Les réseaux se développent d’abord localement, autour d’un centre d’intérêt commun, pour ensuite se diriger vers l’extérieur.

   Un LAN est un réseau local répondant à ces caractéristiques :

·         Cohabitation de plusieurs protocoles

·         Un même média (même câble par exemple) qui raccorde de multiples  peut être de caractéristiques différentes

·         Bande passante élevée, partagée par tous les hôtes

·         Une extension géographique de moins en moins limitée

·         Un nombre de machines raccordées limité

·         Relations entre machines basées sur l’égalité (contrairement au mode maître/esclave utilisé dans les réseaux dont la topologie est en étoile)

·         La mise en place du réseau appartient au domaine privé, ne dépend pas d’un opérateur officiel de télécommunication

Généralités : LANs

·    Du niveau 7 (application) au 4 (transport), l'information circule dans ce que l'on appelle un "message". Au niveau 3 elle devient un "packet", puis une "frame" au niveau 2 et un "signal" au niveau 1.

·    Chaque couche ne peut communiquer qu'avec les couches précédentes ou suivantes (cas particulier: la couche 1 peut communiquer avec la 7).

L’intérêt de travailler en couches est que lorsque les modalités d’échanges entre chacune d’entre elles sont précisément décrites, on peut changer l’implémentation et les spécificités de la couche elle-même sans que cela affecte le reste de l’édifice.

C’est sur ce principe qu’est bâtie la suite de protocoles désignée par TCP/IP.

Quand deux applications A et B discutent entre elles via le réseau, les informations circulent de la couche 7 à la couche 2 quand l’application A envoie de l’information sur le réseau, puis de la couche 2 à la 7 quand l’application B reçoit cette information.

Le principe de base de cette « discussion » repose sur le fait que chaque couche de la machine A est en relation uniquement avec son homologue du même niveau de la machine B.

Ethernet

Terme signifiant une technique d’utilisation de la couche 2 et permettant un contrôle logique des liaisons (LLC en anglais).

   Fonctionnement :

·        Le support de transmission est un Segment (=bus =cable coaxial). Il n’y a pas de typologie particulière (étoile, boucle, etc.)

·        Un équipement est raccordé sur un câble par un « transceiver » (= transmitter + receiver, coupleur ou transducteur en français). On parle alors d’une station Ethernet, celle-ci a une adresse unique.

·        Sur le câble circulent des trames (des paquets de bits). Il n’y a pas de multiplexage en fréquence, pas de « full duplex ». Une trame émise par une station est reçue par tous les coupleurs du réseau Ethernet, elle contient l’adresse de l’émetteur et celle du destinataire.

·        Un coupleur doit être à l’écoute des trames qui circulent sur un câble. Un coupleur connaît sa propre adresse, ainsi si une trame lui est destinée il la prend, sinon il n’en fait rien.

·        Une station qui veut émettre attend que toutes les autres stations se taisent. Autrement dit, si le câble est libre elle envoie sa trame, sinon elle attend. Si deux stations émettent en même temps, il y a collision. Les deux trames sont alors inexploitables, les deux (ou plus) concernées détectent ce fait reémettent ultérieurement leur paquet.

·        Un réseau Ethernet est donc un réseau à caractère probabiliste car il n’y a pas de chef d’orchestre pour synchroniser les émissions.

Caractéristiques :

·        Peu de fonctions optionnelles

·        Pas de priorité

·        Pas de contrôle sur l’attitude des voisins

·        Débit d’au moins 10Mo/s (théoriquement jusqu’à 100Mo/s)

·        Simplicité et faible coût

·        Performances peu dépendantes de la charge, sauf en cas de collisions trop importantes

Raccordement, interconnexion

Les cartes réseau

La carte réseau se présente sous la forme d’une carte d’extension connectée à un bus (généralement PCI). Elle permet le raccordement du PC au réseau et prend en charge la gestion des collisions (une collision se produit lorsque deux

machines émettent en même temps). Chaque carte réseau comporte une adresse physique unique (adresse MAC). Une carte réseau doit être installée :

·        Sur chaque poste du réseau

·        Sur le serveur

·        Sur chaque imprimante directement reliée au réseau

Certaines cartes réseaux sont munies de connecteurs RJ-45 et BNC (voir photo ci-dessus). En ce qui concerne son installation, si la carte est de type « Plug And Play », l’ordinateur la reconnaît automatiquement au démarrage, sinon elle nécessite une configuration manuelle.

Le câblage

Il existe plusieurs types de connexion pour raccorder une carte réseau à un réseau local.

La première consiste à utiliser une liaison coaxiale (ou BNC) : A chaque carte réseau est connecté un câble coaxial. Celui-ci est relié aux autres câbles du réseau par l’intermédiaire d’un « T », et à chaque extrémité est placé un « bouchon ».

Il existe plusieurs types  de câbles coaxiaux :

1.      10base5, ou « thick Ethernet » (« Ethernet standard »).

   Caractéristiques :

·        Longueur maximale : 500m, pour un maximum de 100 stations

·        Technique ancienne très bien normalisée mais dépassée

·        Pas de perturbation lorsque l’on ajoute une station : la pose d’une nouvelle prise n’interrompt pas la continuité du réseau

à Remarque :  10base5 signifie : « 10 » comme 10Mo/s, « base » comme « Baseband » et 5 comme 500m (longueur maximale).

2.      10base2, ou « thin Ethernet » (« Ethernet fin »)

   Caractéristiques :

·        Longueur maximale de 185m pour un maximum de 30 stations

·        La typologie impose de mettre les stations en série avec un minimum de 0,5m entre chaque

·        Il faut rompre la continuité du réseau pour ajouter une nouvelle station, ce qui l’empêche de fonctionner durant l’opération.

         C’est un inconvénient de taille si le réseau est important.

·        Cette technique est assez sensible aux perturbations électromagnétiques.

Les inconvénients du 10 base 2 conduisent généralement à utiliser une liaison appelée 10 base T (« T » comme « Twisted Pair », paires torsadées) dans toutes structures dépassant 5 à 10 machines. Cette technique impose l’usage d’un moyeu (HUB). Celui-ci assure la continuité du réseau en cas de déconnexion d’une station. De plus, il impose une structure en étoile. Le raccordement entre la carte réseau et le moyeu s’effectue par un câble RJ-45. Cette technique des paires torsadées est très sensible aux perturbations électromagnétiques.

On peut également utiliser la fibre optique, pour relier deux HUBs par exemple, et pour des distances plus importantes. Caractéristiques :

·        Usage d’un transducteur optique pour assurer la transformation entre le signal lumineux (un laser) et le signal électrique

·        Distance maximale entre deux points : 1,5km

·        La fibre optique est insensible aux perturbations électromagnétiques

·        Elle permet d’atteindre des vitesses de transmissions supérieures aux 10Mo/s traditionnels (100Mo/s, 1000Mo/s …)

·        Inconvénient : coût très élevé au mètre

Les répéteurs

Un réseau  LAN connaît des limites physiques : en effet, la longueur d’un brin (câble reliant deux stations) ne peut pas dépasser 180 mètres. Pour pallier ce problème, on peut utiliser ce que l’on appelle un répéteur (repeater en anglais). Cet appareil agit directement sur la couche 1 (couche physique) et se comporte comme un amplificateur reliant deux brins d’une même technologie. Il ne modifie donc pas l’information, il se contente de la recopier tel quel (pas de filtrage). Il s’agit donc d’un élément nécessaire à l’élaboration d’un réseau dont les stations sont éloignées les unes des autres. Son raccordement est relativement simple, il n’est pas administrable.

Les ponts

Ils permettent de « tronçonner » un réseau local de manière à éviter les perturbations

Schéma : 

Il réduit le taux de collision en réduisant le trafic inutile, donc améliore l’usage de la bande passante.

·        Il agit au niveau de la couche 2, donc au niveau de la trame physique.

·        Relie deux segments (ou plus) en un seul LAN

·        Les trames sont reproduites à l’identique

Les concentrateurs (ou hubs)

Schéma :

Stations à raccorder au réseau local

Les hubs, aussi nommé « étoile » ou  « multirépéteur », n’ont pas d’adresse Ethernet. Un hub répète simplement les informations d’un vers tous les autres ports raccordables (ce nombre dépend du hub). Il ne limite donc pas les collisions et n’améliore pas l’usage de la bande passante. Son seul intérêt est de permettre le branchement ou le débranchement des stations sans perturber le fonctionnement du réseau. Un  HUB peut être raccordé au reste du réseau par un câble 10 base 2 ou d’une autre technologie (par exemple: fibre optique).

Il existe des modèles de hubs plus évolués qui ont des adresses Ethernet et sont gérables à distance. On parle alors de « hubs intelligents » parce qu’ils permettent d’associer des ports entre eux par groupes de fonctionnement. On les appelle également des switch ou commutateurs.

Les commutateurs (ou switchs)

Ces équipements se présentent comme des hubs mais ont en interne un cpu suffisamment puissant pour mettre en œuvre une logique de commutation. Lorsqu’une trame se présente sur l’un des ports du commutateur, elle est réorientée vers un autre port en fonction de l’adresse physique  du destinataire.

·        Si une trame est destinée à un port déjà occupée, le commutateur la mémorise pour la délivrer sitôt le port disponible.

·        Un commutateur fonctionne comme un pont pour établir sa carte des adresses mais il peut aussi travailler à partir d’une table pré configurée.

·        Un commutateur peut fonctionner par port (une seule station Ethernet par port) ou par segment (plusieurs stations Ethernet par port).

Passerelles, routeurs

Pour raccorder deux LANs non forcément contigus, il faut utiliser une « passerelle » (« gateway »). Son rôle est de prendre une décision sur la route à suivre et de convertir le format des données pour être compatible avec le réseau à atteindre (en fonction de la route). Souvent, la fonction de conversion n’est pas utilisée (c’est le cas avec TCP/IP). La fonction de routage donne alors son nom à l’appareil en question qui devient un « routeur ».

Il existe de nombreux chemins pour aller de A à B, d’où la nécessité d’une stratégie de « routage ».

Caractéristiques :

·        Le routeur agit au niveau de la couche 3. Il prend des décisions de destination.

·        Possède au moins deux interfaces réseaux.

·        Contient un cpu et un programme très évolué, il est administrable à distance.