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Cours 1 : Généralités

Que signifie réseau


Un réseau en général est le résultat de la connexion de plusieurs machines entre elles, afin que les utilisateurs et les applications qui fonctionnent sur ces dernières puissent échanger des informations.
Le terme réseau en fonction de son contexte peut désigner plusieurs choses. Il peut désigner l'ensemble des machines, ou l'infrastructure informatique d'une organisation avec les protocoles qui sont utilisés, ce qui 'est le cas lorsque l'on parle de Internet.
Le terme réseau peut également être utilisé pour décrire la façon dont les machines d'un site sont interconnectées. C'est le cas lorsque l'on dit que les machines d'un site (sur un réseau local) sont sur un réseau Ethernet, Token Ring, réseau en étoile, réseau en bus,...
Le terme réseau peut également être utilisé pour spécifier le protocole qui est utilisé pour que les machines communiquent. On peut parler de réseau TCP/IP, NetBeui (protocole Microsoft) DecNet(protocole DEC), IPX/SPX,...
Lorsque l'on parle de réseau, il faut bien comprendre le sens du mot.

Pourquoi des réseaux


Les réseaux sont nés d'un besoin d'échanger des informations de manière simple et rapide entre des machines. Lorsque l'on travaillait sur une même machine, toutes les informations nécessaires au travail étaient centralisées sur la même machine. Presque tous les utilisateurs et les programmes avaient accès à ces informations. Pour des raisons de coûts ou de performances, on est venu à multiplier le nombre de machines. Les informations devaient alors être dupliquées sur les différentes machines du même site. Cette duplication était plus ou moins facile et ne permettait pas toujours d'avoir des informations cohérentes sur les machines. On est donc arrivé à relier d'abord ces machines entre elles; ce fût l'apparition des réseaux locaux. Ces réseaux étaient souvent des réseaux "maisons" ou propriétaires. Plus tard on a éprouvé le besoin d'échanger des informations entre des sites distants. Les réseaux moyenne et longue distance commencèrent à voir le jour. Ces réseaux étaient souvent propriétaires. Aujourd'hui, les réseaux se retrouvent à l'échelle planétaire. Le besoin d'échange de l'information est en pleine évolution. Pour se rendre compte de ce problème il suffit de regarder comment fonctionnent des grandes sociétés. Comment pourrait-on réserver une place de train dans n'importe quelle gare? Sans échange informatique, ceci serait très difficile, voire impossible.

Pourquoi une normalisation


Si chacune des personnes (physiques ou morales) ne devait échanger des informations qu'avec des gens de sa communauté, alors il n'y aurait pas besoin de normalisation, chaque entité pourrait échanger ces informations avec des membres de la même entité. Il suffirait que chacune des personnes utilise le même "langage" (protocole) pour échanger ces informations.
Malheureusement (?), de plus en plus d'entité on besoin d'échanger des informations entre elles (SNCF, agence de voyage, organisme de recherche, école, militaires, ...). Si chacune de ces entités utilise son réseau (au sens protocole) pour que ces entités puissent communiquer ensemble il faudrait chaque fois réinventer des moyens pour échanger l'information. C'est ce qui se faisait au début. Des gens ont eu l'idée de réfléchir à ce problème et ont essaye de recenser les différents problèmes que l'on trouvait lorsque que l'on veut mettre des machines en réseau. De cette réflexion est sortie le modèle OSI de l'ISO.

Le modèle OSI de l'ISO


Pour faire circuler l'information sur un réseau on peut utiliser principalement deux stratégies.
L'information est envoyée de façon complète.
L'information est fragmentée en petits morceaux (paquets), chaque paquet est envoyé séparément sur le réseau, les paquets sont ensuite réassemblés sur la machine destinataire.
Dans la seconde stratégie on parle réseau à commutations de paquets.
La première stratégie n'est pas utilisée car les risques d'erreurs et les problèmes sous-jacents sont trop complexes à résoudre.
Le modèle OSI est un modèle à 7 couches qui décrit le fonctionnement d'un réseau à commutations de paquets. Chacune des couches de ce modèle représente une catégorie de problème que l'on rencontre dans un réseau. Découper les problèmes en couche présente des avantages. Lorsque l'on met en place un réseau, il suffit de trouver une solution pour chacune des couches.
L'utilisation de couches permet également de changer de solution technique pour une couche sans pour autant être obligé de tout repenser.
Chaque couche garantit à la couche qui lui est supérieur que le travail qui lui a été confié a été réalisé sans erreur.
Modèle OSI

La couche 1 Matériel

Dans cette couche, on va s'occuper des problèmes strictement matériels. (support physique pour le réseau). Pour le support, on doit également préciser toutes ces caractéristiques.

Pour du câble :

Pour des communications hertziennes

Fibre optique

La couche 2 Liaison
Dans cette couche on cherche à savoir comment deux stations sur le même support physique (cf. couche 1) vont être identifiées. Pour ce faire, on peut par exemple assigner à chaque station une adresse (cas des réseaux Ethernet,....).

La couche 3 Réseau
Le rôle de cette couche est de trouver un chemin pour acheminer un paquet entre 2 machines qui ne sont pas sur le même support physique.

La couche 4 Transport
La couche transport doit normalement permettre à la machine source de communiquer directement avec la machine destinatrice. On parle de communication de bout en bout (end to end).

La couche 5 Session
Cette couche a pour rôle de transmettre cette fois les informations de programmes à programmes.

La couche 6 Présentation
A ce niveau on doit se préoccuper de la manière dont les données sont échangées entre les applications.

La couche 7 Application
Dans la couche 7 on trouve normalement les applications qui communiquent ensemble. (Courrier électronique, transfert de fichiers,...)

Architecture des réseaux

Câblage en maille

Chaque machine est reliée à
toutes les autres par un câble.

Câblage en bus

Chaque machine est reliée à
un câble appelé bus.

Câblage en anneau

Chaque machine est reliée à une autre
de façon à former un anneau

Principes de fonctionnement

Maille:
Ce type de câblage n'est plus utilisé car il nécessite beaucoup de câbles.
Avec n machines il faut : n (n -1) /2 cables.

Bus:
Sur un câble de type bus, on utilise souvent un système CSMA/CD (Carriere Sense Multiple Acces / Collision Detection) Accès multiple avec détection de porteuse et détection des collisions.

Lorsqu'une machine veut émettre un message sur le bus à destination d'une autre, la première commence par "écouter" le câble (CS). Si une porteuse est détectée, c'est que le bus est déjà utilisé. La machine attend donc la fin de la communication avant d'émettre ses données. Si le câble est libre, alors la machine émet ses données. Durant l'émission la machine reste à l'écoute du câble pour détecter une collision (CD). Si une collision est détectée, chaque machine qui émettait suspend immédiatement son émission et attend un délai aléatoire tiré entre 0 et une valeur N. Au bout du temps N le cycle recommence. Si une seconde détection est repérée le délai est tiré entre 0 et 2 * N. Ainsi de suite jusqu'à 16 * N. Après on recommence à N.
Chaque machine reçoit donc toutes les données qui circulent sur le bus. C'est au niveau de la couche 2 que l'on décide de garder les données ou de les jeter.

Anneau:
Les informations circulent toujours dans le même sens. Chaque machine qui reçoit un message, le recopie immédiatement sur le second câble. En même temps, l'information est remontée en couche 2 pour savoir si elle est doit être conservée par la machine ou détruite. L'information finira par revenir à la source. Cette dernière ne réemmettra pas l'information. Elle pourra comparer les données envoyées et les données reçus pour une éventuelle détection d'erreurs.
Sur un câble de type anneau on utilise souvent un système de jeton. Le jeton est un message particulier que les machines se font passer les une aux autres. Une machine n'a alors le droit d'émettre que lorsqu'elle dispose du jeton. Si la machine qui dispose du jeton n'a rien à émettre, alors elle fait passer le jeton à la machine suivante. Il existe des algorithmes pour régénérer un jeton lorsque ce dernier est perdu suite à un incident.

Etoile:
Sur un réseau en étoile toutes les communications passent par la machine qui est au centre de l'étoile. C'est cette dernière qui redirige l'information vers le destinataire.

Avantages et inconvénients


Le câblage en maile n'est plus utilisé car trop coûteux en câble.
De part son architecture, le câblage en bus avec des protocoles CSMA/CD convient très mal dans un environnement temps réel. Sur un réseau en bus, deux machines peuvent monopoliser le câble. L'architecture en anneau avec un protocole à base de jeton, peut servir dans un environnement temps réel car le délai maximum pour transmettre une information entre 2 machines peut être calculé. Le câblage en anneau nécessite plus de câble puisqu'il faut reboucler la dernière machine sur la première. Le câblage en anneau peut être perturbé par la panne d'une seule machine.
Dans une étoile, le point faible est le centre de l'étoile, si cet élément tombe en panne, alors tout le réseau est paralysé.

Techniques de câblage actuelles
De plus en plus on revient à un câblage
qui ressemble à première vue à un câblage en étoile.

Chaque machine est reliée par un câble à un appareil actif. Ce type de câblage peut être utilisé dans une architecture réseau de type bus ( Ethernet XXX BT). L'élément actif recopie alors l'information sur chacun des câbles. Dans une architecture de type anneau l'appareil réemet les informations sur un seul câble à la fois.
Cette architecture est plus sécurisée, car si une station tombe en panne (ou si son câble est défectueux), l'élément actif peut "désactiver" la ligne en défaut.
Le seul rique reste au niveau du centre de l'étoile. Ce rique est limité, car le matériel est de plus en plus résistant.
Ce type de câblage est répendu car il permet d'utiliser les cables tirés par les téléphonistes.


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