Chapitre 1
1. Généralités.
- 1.1. Introduction.
- 1.2. Terminologie.
2. Notion de couches.
3. Les types de réseau.
4. Le câblage et l'aspect physique.
- 4.1. 10Base5 - Thick Ethernet.
- 4.2. 10Base2 - Thin Ethernet.
- 4.3. Codage électrique: Manchester Bi-Phasé.
1. Généralités.
1.1. Introduction.
Un réseau informatique permet à plusieurs machines (ordinateurs au sens large) de communiquer entre elles afin d'assurer des échanges d'informations: du transfert de fichiers, du partage de ressources (imprimantes et données), de la messagerie ou de l'exécution de programmes à distance.
Du point de vue de l'utilisateur, le réseau doit être le plus transparent possible: ses applications doivent être capables de communiquer toutes seules avec le reste du réseau, sans intervention.
Comme pour le monde informatique, l'historique des développements technologiques successifs a favorisé l'émergence de toute une série de solutions, basées sur des principes souvent bien différents, même si toutes revendiquent le nom de 'standards'.
Le défi consiste donc à 'interconnecter' ces différents matériels; de plus en plus, le protocole TCP/IP s'impose comme langage de communication espéranto permettant de fédérer un environnement hétérogène.
Afin de rendre ces mécanismes de communications plus explicites, nous ferons appel à de fréquents parallèles avec le monde téléphonique, qui est intuitivement connu de tous.
1.2. Terminologie.
-noeud : Equipement (ordinateur, concentrateur, imprimante etc.) du réseau informatique possédant une adresse physique.
-noeud TCP/IP: Equipement fonctionnant avec le protocole TCP/IP.
-adresse physique: Adresse unique attribuée par le fabricant, gérée par un organisme international et inscrite de façon définitive dans l'équipement.
Appelée aussi adresse Ethernet ou adresse MAC (Media Access Control).
-adresse logique: Adresse unique attribuée par les répondants informatique locaux et gérée par le NIC pour les adresses IP (organisme international).
-paquet, trame: Information électrique transitant sur le réseau et représentant une suite de bits. Il s'agit de l'unité de base du réseau (frame).
-protocole: Description des mécanismes permettant la gestion des paquets d'information et leur transition du réseau à l'application. Par extension, logiciel (software) fonctionnant sur une machine et permettant cette gestion interne.
-suite de protocoles: Ensemble de protocoles communiquant entre deux.
-couches réseau: Composante protocole fonctionnant sur un équipement et lui permettant de communiquer à travers le réseau.
-media: Support permettant le passage de l'information: différents types de câble, ondes hertziennes, laser etc.
-bande-passante: Comme en téléphonie ou en hi-fi, la bande passante détermine la quantité d'informations capables de transiter par seconde sur un media donné.
-backbone : Réseau physique (câble et matériel actif) servant de colonne vertébrale au reste du réseau. En général composée de fibres optiques est assurant parfois une plus grande bande-passante (155Mbits/s).
-interconnexion: Ensemble matériel et logiciel permettant la connexion d'équipements utilisant des média et des protocoles différents
-segment physique: Câble ou ensemble de câbles reliés sans équipement électronique d'interconnexion (il s'agit d'un seul domaine de collisions).
-segment logique: Sous réseau regroupant des noeuds correspondant à un même groupe d'adressage; un segment logique peut englober plusieurs segments physiques.
2. Notion de couches.
Les mécanismes utilisés sur un réseau informatique peuvent être représentés sous la forme de poupées russes: la grande poupée extérieure représente les paquets d'informations qui circulent réellement sur le réseau (l'information électrique) chaque poupée intérieure pouvant être vue comme un protocole, la dernière poupée représentant l'information utile, c'est-à-dire nécessaire à l'utilisateur final.
Chacune de ces poupée a une fonction particulière, offre un service déterminé, qui sera décrit dans les chapitres ultérieurs.
Nous distinguerons essentiellement les couches basses, hautes et applicatives.
La terminologie technique parle de couches organisées en piles (stacks).
La normalisation mise en place par l'ISO (International Standards Organization) définit un modèle théorique à 7 couches: le modèle OSI (Open System Inteconnection) où chacune des couches est encapsulée dans la couche inférieure.
Les couches basses précisent comment la connexion physique est réalisée sur le câble et les couches hautes définissent l'interaction avec les applications finales, la communication entre noeuds s'effectuant virtuellement entre chaque couche.
Ce modèle théorique, très lourd à mettre en oeuvre, n'est pratiquement pas respecté, sauf par quelques suites de protocoles de type plutôt expérimental.
Néanmoins, on essaye toujours de se référer à ce modèle et à faire coïncider tant bien que mal les protocoles existant avec ces 7 couches.
3. Les types de réseau.
3.1. LAN, MAN, WAN et réseau d'entreprise.
Lorsque l'on parle de réseau informatique, il faut distinguer 3 types de réseaux dont les limites ne sont pas fixées de manière absolue et qui peuvent former, ensemble, un réseau d'entreprise.
- Les réseaux locaux (LAN: Local Area Network).
Ces réseaux sont en général circonscrits à un bâtiment ou à un groupe de bâtiment pas trop éloignés les uns des autres (site universitaire, usine ou 'campus').
L'infrastructure est privée et est gérée localement par le personnel informatiques.
De tels réseau offrent en général une bande-passante comprise entre 4Mbit/s et 100 Mbits/s.
- Les réseaux métropolitains (MAN: Metropolitan Area Network).
Ce type de réseau est apparu relativement récemment et peut regrouper un petit nombre de réseau locaux au niveau d'une ville ou d'une région.
L'infrastructure peut être privée ou publique.
Par exemple, une ville peut décider de créer un 'MAN' pour relier ses différents services disséminés sur un rayon de quelques kilomètres et en profiter pour louer cette infrastructure à d'autres utilisateurs.
La bande-passante peut être de quelques centaines de kbits/s à quelques Mbits/s.
- Les réseaux distants (WAN: Wide Area Network).
Ce type de réseau permet l'interconnexion de réseaux locaux et métropolitains à l'échelle de la planète, d'un pays, d'une région ou d'une ville.
L'infrastructure est en général publique (PTT, Télécom etc.) et l'utilisation est facturée en fonction du trafic et/ou en fonction de la bande-passante réservée, pour les lignes louées (une ligne louée est réservée exclusivement au locataire, 24h sur 24, pour la durée du contrat).
Les modems sont un des éléments de base des WANs.
La bande-passante va de quelques kbits/s à quelques Mbit/s. Une valeur typique pour une ligne louée est de 64kbits/s (en fonction des services offerts).
3.2. Différentes topologies logiques.
Il convient de distinguer la topologie logique de la topologie physique:
La topologie logique décrit le mode de fonctionnement du réseau, la répartition des noeuds et le type de relation qu'ont les équipements entre eux.
La topologie physique décrit la mise en pratique du réseau logique (câblage etc.).
La topologie des réseaux en général et des réseaux informatiques en particulier peut se partager en trois groupes, qui peuvent de combiner:
- Les réseaux en étoile:
Chaque noeud est relié directement sur un noeud central: l'information passe d'un noeud périphérique au noeud central, celui-ci devant gérer chaque liaison.
- Les réseaux en anneau:
Chaque noeud est relié au noeud suivant et au noeud précédent et forme ainsi une boucle: l'information transite par chacun d'eux et retourne à l'expéditeur.
- Les réseaux en bus:
Chaque noeud est connecté sur un bus: l'information passe 'devant' chaque noeud et s'en va 'mourir' à l'extrémité du bus.
Ces différents types de réseaux peuvent très bien cohabiter au sein d'un même réseau d'entreprise: le backbone est un anneau à grande bande-passante en fibre optique, les ordinateurs individuels sont reliés à un bus, tandis que les ordinateurs du centre de calcul sont connectés en étoile.
Une topologie logique en bus peut très bien correspondre à une topologie physique en étoile, suivant comment les câbles ont été posés, mais ce qui importe au niveau de la compréhension des mécanismes du réseau informatique est bel et bien la topologie logique.
4. Le câblage et l'aspect physique.
Au fil de l'évolution des composants électroniques, différents types de câblages ont vu le jour, faisant appel à des technologies différentes, le but étant toujours d'atteindre les objectifs suivants:
- Grande bande-passante.
- Possibilité d'utiliser ces câbles sur de longues distances.
- Faible encombrement, facile à poser et à installer.
- Connecteurs simples et résistants.
- Faible coût...
Rappelons que la vélocité (vitesse) d'un signal électrique dans un câble est d'environ 200 000 km/s.
4.1. 10Base5 - Thick Ethernet.
Le premier câble Ethernet à avoir été standardisé est le câble de type Thick Ethernet (normalisé 10Base5) appelé aussi Yellow Cable, ou 'tuyau d'arrosage', en raison de sa dimension et de sa couleur. Il s'agit d'un câble coaxial blindé de 50 Ohm, terminé, d'un diamètre de près de 2cm, utilisable sur une distance de 500m sans ré- amplification du signal électrique. La bande passante est de 10Mbits/s.
Ses dimensions le rendent malaisé à poser et sa 'connectique' est délicate: en effet, il faut perforer l'enveloppe du câble pour y introduire une aiguille permettant la connexion sur un tranceiver (émetteur) externe.
Physiquement, il s'agit d'un bus, puisque tous les noeuds se connectent les uns à côté des autres (la distance entre deux connections sur le câble doit être, pour des raisons de physique électrique, d'un multiple de 1,5m).
La connexion d'une machine sur le réseau s'effectue à travers son port AUI (Access Unit Interface) de 15 pôles, un câble AUI d'une longueur maximum de 5m et d'un 'Tranceiver' permettant la jonction physique sur le câble coaxial.
4.2. 10Base2 - Thin Ethernet.
Le câble coaxial fin de 50 Ohm, appelé aussi 'CheaperNet', terminé et facile à poser est apparu après le Thick Ethernet et présente les caractéristiques suivantes:
- longueur maximum sans ré-amplification: 185m.
- connecteurs de type BNC à bayonnettes, branchement à l'aide de connecteurs en 'T', nombre de connexions maximum par segment de 185m: 30.
- bande passante de 10Mbits/s.
Il s'agit également de câble de type 'bus', puisque tous les noeuds se connectent les uns à coté des autres. Sa connectique délicate en fait un câble facilement sujet à des perturbations intermittentes difficilement éliminables.
4.3. 10Base-T - Câblage universel structuré (UTP/STP).
Ce câble reprend le principe du câble téléphonique puisqu'il s'agit d'un câblage physique en étoile (chaque prise est reliée à un noeud central, appelé répartiteur ou 'Hub'; il est donc structuré) à base de conducteurs en cuivre torsadés entre eux afin de pallier l'absence d'un épais isolant (lutte contre la diaphonie).
Chaque câble est constitué de 8 conducteurs de cuivre, isolés par un enrobage plastique et torsadés par paire.
Un blindage (Schielded Twisted Pair) extérieur peut être ajouté afin de lutter contre les phénomènes électromagnétiques: c'est la solution qui a été adoptée sur le réseau des Hospices, vu l'environnement 'agressif' du CHUV.
Ce type de câblage prend le nom d'universel, car il permet le passage de différents types d'informations: réseau informatique Ethernet ou TokenRing, téléphonie, domotique, vidéo etc.
La distance maximum atteignable, en Ethernet et sans ré-amplification, sur de tels câbles est de 100m (y compris les câbles de renvois et les câbles de bureau !).
La bande passante potentielle, pour des câbles certifiés de catégorie 5, est de 100Mbits/s.
4.4. Codage électrique: Manchester Bi-Phasé.
Le signal électrique parcourant le câble doit correspondre à des caractéristiques permettant de répondre à certains besoins:
- bonne immunité au bruit électromagnétique (parasites).
- pas de composante continue afin de diminuer les pertes électriques (effet Joule).
- possibilité d'inverser la polarité.
Le code Manchester Bi-Phasé a été adopté: il s'agit d'une modulation en bande de base, c'est-à-dire que le signal binaire est transformé en un signal de type analogique sans être translaté en fréquence (par opposition à un signal radio).
