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On appelle réseau (NetWork)
un ensemble d’ordinateurs et de périphériques connectés
les uns aux autres. Les différents types de réseaux peuvent
être distingués par deux principales caractéristiques
: l'étendue du réseau et la topologie
qu'il utilise. L'étendue d’un réseau fait l’objet
d’une classification qui est la suivante :
- les réseaux locaux (LAN : Local
Area Network) sont de petits réseaux privés en général
dans un même bâtiment
- les réseaux métropolitains (MAN :
Metropolitan Area Network) qui sont de gros LAN du point de vue de la
technologie utilisée
- les réseaux longues distances (WAN :
Wide Area Network) présentent eux des hôtes (ordinateurs
utilisant des programmes utilisateurs) reliés à un sous
réseau de communication qui transporte le message d’un hôte
à l’autre. Un internet (ou intranet) est un ensemble de réseaux
interconnectés grâce notamment à des passerelles (Gateways)
réalisant la connexion et, le cas échéant, les traductions
nécessaires (problème de compatibilité des réseaux).
Le second type de classification est illustré ci-dessous par la
représentation schématique de deux des topologies les plus
couramment rencontrées :
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Afin de rendre plus abordable la conception des réseaux, ceux-ci sont organisés en niveaux d’abstraction appelés couches. Le schéma suivant permet de visualiser très simplement deux piles de couches reliées par un câble, chaque pile représentant un ordinateur.
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II est très important de bien distinguer deux sortes
de communication dont l’une est effective
et l’autre virtuelle. La communication est
dite réelle lorsqu’il y a conversation entre deux couches
adjacentes ; nous verrons dans le chapitre qui suit de quelle façon
sont acheminées les données tout au long d’une pile
de couches. Outre cette communication qui gère une conversation
interne à la machine, un autre type de communication s’effectue
entre la couche n d’une machine et la couche n d’une autre machine
(communication entre couches homologues). Cette conversation utilise des
règles et conventions connues sous le nom de protocole.
Comme l’illustre le schéma ci-dessus, cette communication
est virtuelle : aucune donnée ne passe de la couche n d’une
machine à la couche n d’une autre machine. Cette communication
abstraite fait apparaître la nécessité d’une
certaine forme de compatibilité entre les deux machines :
le protocole est une sorte d’accord entre
les parties sur la façon de communiquer.
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Communication virtuelle, communication effective |
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L’ensemble des couches et protocoles est appelé l’architecture du réseau : l’illustration ci-dessous est une analogie permettant la compréhension de la notion de communication multicouches.
| Communications : illustration |
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Proposé en 1984 par l’ISO, un organisme international de standardisation, le modèle OSI est devenu une norme internationale servant de guide aux mises en réseau. Ce modèle de référence n’est pas en soi une architecture de réseau parce qu’il ne spécifie pas réellement les services et protocoles utilisés dans chaque couche ; il décrit simplement ce que chaque couche doit faire… Ainsi, le modèle OSI n’est rien moins qu’une pile de couches exerçant chacune des fonctions bien définies : ces couches sont au nombre de 7, comme l’illustre le schéma ci-dessous.
| Modèle de référence OSI |
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A chaque niveau d’abstraction de ce modèle correspond un rôle spécifique ; les quelques lignes suivantes donnent une idée des diverses fonctions nécessaires à l’acheminement des données.
Couche Physique : transmission des bits de façon
brute
Couche Liaison de données : création (lors de
l’émission) et reconnaissance (lors de la réception)
des frontières des trames
Couche Réseau : gestion du sous-réseau (façon
dont les paquets sont acheminés de la source au destinataire)
Couche Transport : acceptation des données de la couche
Session et transmission de celles-ci à la couche Réseau
Couche Session : elle permet à des utilisateurs travaillant
sur différentes machines d’établir des sessions entre
eux (gestion du dialogue, etc.)
Couche Présentation : à la différence
des autres couches (concernés par la fiabilité de la transmission),
celle-ci s’intéresse à la syntaxe et à la sémantique
de l’information transmise
Couche Application : interface pour l’accès des
applications aux services du réseau
Il existe un autre modèle de référence
appelé TCP/IP, du nom de ses deux principaux
protocoles. Utilisé par Internet, ce modèle a été
créé pour relier des réseaux très divers de
la façon la plus transparente possible. Reposant sur la forme générale
du modèle OSI, ce modèle présente un défaut
de deux couches (présentation et session) ; on n’en a
pas ressenti le besoin, donc on n’en a pas créé. L’expérience
que l’on a maintenant du modèle OSI montre que cette vision
des choses était juste : la plupart des applications n’utilisent
pas ces couches.
L’illustration suivante montre la correspondance entre les deux modèles
:
| Correspondance entre TCP/IP et OSI | |
| OSI | TCP/IP |
| Application | Application |
| Présentation | |
| Session | |
| Transport | Transport |
| Réseau | Internet |
| Liaison | Hôte-réseau |
| Physique | |
Dans l’étude qui suit, les efforts seront portés sur les trois premières couches ; le quatrième chapitre traitera du cheminement des données dans la partie physique (regroupant trois niveaux d’abstraction).
Afin d’étudier la transmission de données au sein même de la machine, nous allons utiliser le modèle de référence OSI décrit précédemment. La figure ci-dessous donne un exemple de la façon dont les données peuvent être transmises en utilisant ce modèle.
| Transmission des données au travers du modèle OSI | ||||||||||||||||
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La machine émettrice doit transmettre certaines données vers la machine réceptrice ; il remet ces données à la couche application qui leur accole une en-tête (notée AH sur la figure) et transmet la trame résultante à la couche présentation. La couche présentation peut transformer ce paquet de différentes façons (éventuellement rajouter un en-tête) et donner le résultat à la couche session. Il est important de bien comprendre que la couche présentation ne connaît pas et ne doit pas connaître l’existence éventuelle de AH qui fait pour elle partie des données utilisateur. Ce processus est répété jusqu’à ce que les données atteignent la couche physique ; le canal de transmission de données, représenté sur la figure, permet ensuite l’acheminement de la trame à la machine réceptrice. Sur cette machine, les différents en-têtes sont éliminés un à un lorsque le message remonte dans les couches jusqu’à parvenir finalement au processus récepteur. De plus il faut savoir que la seule différence qui existe entre les différents protocoles, que nous allons présenter, se situe au niveau du traitement des paquets de données.
| Voici comment un paquet de données est traité sous le protocole TCP/IP |
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| et comment sont traîtées les données dans la partir IP du protocoles |
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| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Voici comment un paquet de données est traité sous le protocole IPX/SPX | |
| Champs | Description |
| 1 : préambule | marque le début de la trame |
| 2 & 3 : source et destination | adresses de l'émetteur et du destinataire |
| 4 : type | utilisé pour identifier le protocole de la couche Réseau (IP ou IPX) |
| 5 : données | données émises |
| 6 : contrôle cyclique de redondance (CRC) | champ déstiné au contrôle d'erreurs qui indique si la trame est arrivée intacte |
La couche réseau a pour rôle principal de gérer l'acheminement des données entre deux postes: c'est le routage. Pour cela elle découpe d'abord les données en plusieurs paquets, indexés à l'aide d'une en-tête, et, suivant la priorité qu'on leur impose (prix, rapidité, fiabilité), elle peut procéder de différentes manières pour le routage de chaque paquet. En conséquence, elle doit administrer les adresses concernant l'envoi des paquets : source, destination et parfois message d'acquittement de réception, sachant que chaque ordinateur a une adresse IP correspondant à l'adresse MAC (Media Access Control) de sa carte réseau.
Examinons deux cas simples: si l'on souhaite être sûr que le message est reçu, la couche réseau définira un chemin à chaque instant puis, pour chaque paquet envoyé, on recevra un message d'acquittement et de réception. C'est ce que l'on appelle le mode connecté. A l'inverse, si l'on privilégie la vitesse, la couche réseau recalculera pour chaque paquet le chemin qui semble optimal. C'est le mode non connecté et les paquets sont alors appelés datagrammes par analogie avec le télégramme.
La couche réseau peut ajouter à cela un premier niveau de contrôle de flux pour éviter la désynchronisation des ordinateurs qui dialoguent. La couche liaison a pour principal rôle d'ordonner, réguler et contrôler les informations échangées entre deux postes de façon à assurer à la couche réseau un support sûr, quelle que soit la qualité originale du support. Elle transmet les paquets en les fractionnant ou en les regroupant en séquence de trames et gère les trames d'acquittement du récepteur. Alors que la couche physique transmet un flot de bits sans en connaître la signification, la couche liaison est capable de délimiter les trames et connaît l'ordre dans lequel elles seront assemblées. En effet la couche liaison accole un code spécifique en début et en fin de trame. En cas de détérioration ou de perte d'une trame, la couche liaison demandera à nouveau son émission.
La couche physique est représentée par tous les supports de transmission. Elle a pour rôle d'assurer la transmission du flux de bits codé via le support. Elle est donc responsable du codage, du décodage ainsi que de la synchronisation du message binaire provenant de la couche liaison en signaux analogiques, numériques ou optiques du support ainsi que du contrôle de l'intégrité de ces signaux binaires entre les deux postes. La couche liaison régule également la vitesse de réception au cas où l'émetteur est trop rapide, pour ne pas épuiser la mémoire tampon et perdre ainsi des données.
La plupart des cartes réseaux sont composés d’un contrôleur et de diodes servant à renseigner sur l’état de la carte; une diode indique si la carte est reliée au réseau, l’autre si la carte transmet des données. La carte possède aussi un port optionnel pouvant accueillir deux ou trois autres circuits imprimés. Elle dispose en outre d’un à trois types de connecteurs :
| RJ45 (paires torsadées) |
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| AUI (paires torsadées) |
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BNC (câbles coaxiaux) |
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Ces caractéristiques sont valables pour toutes les cartes réseaux. Il existe deux types de cartes, ISA et PCI, qui se différencient uniquement par leur débit maximal. En effet les cartes ISA sont limitées à 64Mbps tandis que les cartes PCI atteignent jusqu’à 1Gbps. Il est donc préférable d’utiliser des cartes PCI.
Les différents médias sont un des éléments de base qui ont permis l’extension des réseaux, il est donc important de les décrire. Trois familles de médias sont à distinguer :
Un câble coaxial est constitué d’un câble central entouré d’un isolant, lui-même recouvert d’une tresse métallique, elle-même recouverte d’un isolant. Cet ensemble offre une structure isolée qui résiste aux interférences externes (perturbations électriques ou électromagnétiques ). On distingue généralement deux types de câble coaxial : les câbles coaxiaux bande de base et les câbles coaxiaux large bande. Les câbles coaxiaux bande de base utilisent un procédé qui consiste à générer un signal sans modulation. Ce type de câble est à l’origine des réseaux locaux, car la transmission étant directe, la liaison entre plusieurs ordinateur était simple.Les câbles large bande sont plus sophistiqués, et ils utilisent un procédé qui permet de transférer au même moment des données, des images, et du son sur le même câble. Ce type de câble reste plus cher que le précédent, car des modulations de signaux sont nécessaires.
Un câble à paire torsadée est constitué de deux brins de cuivre, isolés et entrelacés. Plusieurs paires torsadées sont souvent regroupées au sein d’une même gaine protectrice afin de constituer un câble.Ces câbles sont une solution économique (coût peu élevé) mais limitée. En effet, la vitesse de transmission de l’information de ceux-ci est assez réduite, et la sensibilité à l’environnement électromagnétique est relativement élevée. On distingue deux type de câble dans la famille des paires torsadées : les blindés, et les non blindés.La paire torsadée non blindée, qui est très sensible aux interférences car elles n’est entourée que par une gaine protectrice isolante, n’est plus tellement utilisée. La paires torsadée blindée est moins sensible aux perturbations externes, car les conducteurs en cuivre sont entourés d’un blindage spécial, son utilisation est donc plus courante.
Une fibre optique se compose d’un cylindre de verre extrêmement fin et d’une couche de verre concentrique. Ce support achemine des données numériques sous la forme d’impulsions modulées de lumière. Notons d’autre part que pour réaliser une communication point à point entre deux éléments avec de la fibre optique, comme avec certains autres médias, deux câbles fibres optiques seront nécessaires pour propager les ondes lumineuses dans chaque sens. Les principaux atouts de la fibre optique sont la possibilité de véhiculer des informations, sur de très longues distances, sans qu’il y ait altération de celles-ci (la fibre étant insensible aux perturbations électromagnétiques). La transmission est faite en toute sécurité (coupure détectable, piratage impossible), à un débit très important. Cependant, les matériels de connexion associés (coupleurs, répéteurs, étoiles optiques, etc. ) nécessaires pour installer la fibre rendent cette solution média coûteuse.
Le tableau ci-dessous résume l’intérêt de ces différents médias.
| MEDIA | Paire torsadée | Câble coaxial | Fibre optique | ||
| catégorie | non blindée | blindée | bande de base | large bande | |
| débit | x 100 Kbps à 100 Mbps | x 100 Mbps | x Gbps | ||
| fiabilité de transmission | faible à moyenne | moyenne | bonne | bonne | très bonne |
| immunité interférences | faible à moyenne | moyenne | bonne | très bonne | parfaite |
| sécurité de la transmission | faible à moyenne | faible à moyenne | moyenne à bonne | bonne | très bonne |
| longueur caractéristique | 100 m | 200 m | 180 à 500 m | x Km | x 10 Km |
| coût du media | faible à moyen | moyen | moyen à élevé | élevé | élevé |
Les réseaux ont été créés afin de pouvoir partager des données au moment voulu. Les ordinateurs personnels sont des outils merveilleux pour traiter des données mais ils ne permettent pas de les partager rapidement. En l’absence de réseau, les documents doivent être imprimés afin de pouvoir être modifiés ou utilisés par d’autres personnes. Dans le meilleur des cas, vous passez par des disquettes pour copier vos fichiers sur d’autres ordinateurs. Si d’autres personnes modifient un de vos documents après l’avoir recopié sur leur ordinateur, vous ne pourrez pas récupérer leur modification dans votre exemplaire de document. On parle ici de "travail dans un environnement autonome". Si la personne travaillant dans cet environnement connecte son ordinateur à d’autres ordinateurs, elle pourrait accéder aux données stockées sur les autres machines et aux imprimantes.
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