Support de Cours Informatique gratuit sur les réseaux
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Définition générale
Réseau :
Ensemble d'objets ou de personnes connectés ou maintenus en liaison,
Par extension, l'ensemble des liaisons établies,
Vient du latin rete qui signifie filet,
Les objets reliés sont appelés “noeuds du réseau”.
Exemples:
Réseau social, réseau ferroviaire, réseau téléphonique, réseau informatique, etc ...
Réseaux informatiques
Définition :
Ensemble de machines interconnectées qui servent à échanger des flux d'information,
Un réseau répond à un besoin d'échanger des informations.
Attention ! Le terme réseau peut désigner :
L'ensemble des machines,
Le protocole de communications,
La manière dont les équipements sont connectés.
Echelle géographique
PAN, LAN, MAN, WAN : PAN : Personal Area Network
Réseau personnel ( < dizaine de machines).
LAN : Local Area Network
A l'échelle d'un batîment (ex: IUP).
MAN : Metropolitan Area Network
A l'échelle d'une ville ou d'un campus (ex : REVE).
WAN : Wide Area Network
A l'échelle d'un pays ou mondiale (ex: Renater
Normalisation OSI
Pourquoi normaliser ?
Échanges profitables si tout le monde se comprend !
Deux stratégies de circulation de l'information:
Messages complets (inusité) ou fragmentés en paquets.
Norme OSI de l'ISO :
OSI : Open Systems Interconnections, créé en 1984,
S'intéresse aux réseaux à commutations de paquets,
Modèle à 7 couches employé lors de la conception :
Mise en place d'un réseau : 1 solution par couche,
La modification d'une couche n'affecte pas les aut
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Topologie des réseaux
Problème :
Pour connecter 2 ordinateurs, un fil suffit.
Comment connecter N ordinateurs pour que chaque ordinateur puisse communiquer avec n'importe quel ordinateur ?
Topologies :
Bus
Maille
Etoile
Anneau
Matériel 1 Arborescence
Câblage en maille
Généralisation du cas à 2 ordinateurs,
Chaque machine est reliée à toutes les autres par un câble,
Inconvénient majeur : nécessite beaucoup de câbles (pour n machines, il faut n(n-1)/2 câbles),
Inusité de nos jours.
Câblage en bus
Toutes les stations sont reliées à un support commun,
Problème de partage du support physique (collisions).
Câblage en anneau
Les stations sont enchaînées les unes aux autres pour former un anneau, L'anneau est unidirectionnel, Inconvénient : si une machine tombe en panne, le réseau est
coupé,
Solution : un réseau à double anne
Câblage en étoile
Toutes les stations sont reliées à un noeud central (le câblage en arborescence est un généralisation du câblage en étoile),
Inconvénient: la fiabilité du réseau est conditionnée par le noeud central
Câblage STARLAN
Tiens à la fois de l'étoile et du bus,
Le centre de l'étoile: appareil actif qui duplique
l'information sur chacun des câbles,
Panne du réseau = panne du centre de l'étoile, nécessité d'un appareil actif fiable,
Système de câblage répandu car permet d'utiliser les câbles du réseau téléphonique.
Contrôle d'accès au support
Problèmatique :
N ordinateurs cherchent à accéder au canal de transmission,
Collision : si deux ordinateurs transmettent en même temps, une collision se produit,
A B
Collision !
Allocation statique
N ordinateurs, réseau de capacité C bits/sec.
Idée : réserver C/N bits/sec par odinateur,
Utiliser du multiplexage temporel pour réguler la transmission,
Conséquence :
Chaque utilisateur obtient C/N bits du débit total,
Satisfaisant pour les réseaux téléphoniques,
Insatisfaisant en cas d'utilisation sporadique,
> mauvaise gestion du canal,
> trouver d'autres méthodes plus efficace
Techniques de contrôle
Principe :
Définir des règles de contrôle d'accès,
Apprendre la politesse aux ordinateurs,
Règles de politesse :
Ecouter le canal avant de commencer à transmettre,
Ne pas transmettre si quelqu'un transmet déjà,
Valable dans un réseau local.
Solution :
Accès par compétition : Ecoute de la porteuse CSMA/CD,
Accès par élection : Techniques à jeton.
Ecoute de la porteuse CSMA
Caractéristique :
Topologie en bus,
Accès simultanés au support possible(Multiple Access),
Ecoute et détection du signal sur le réseau (Carrier
Sense),
Principe: CSMA
Si aucun signal détecté Alors émettre,
Si signal détecté Alors différer la transmission,
Ecoute de la porteuse CSMA/CD
Solution : CSMA/CD (Collision Detection)
Minimiser les pertes par détection de collisions,
Ecoute préalable + écoute pendant la transmission d'un message pour détecter une collision,
Ecoute pendant 2*temps de propagation vers le point
le plus éloigné du bus,
Si collision alors arrêt de la transmission et réémission après un temps tiré aléatoirement
Ex : réseau Ethernet
Technique du jeton (token ring)
Caractéristique :
Topologie en anneau,
Une seule trame circule en permanence,
Une seule station transmet à tout moment,
Le jeton contrôle l'accès au suppor
Technique du jeton (token ring)
Une station qui souhaite émettre :
Capture le jeton quand il passe à sa portée,
Emet une trame,
Constate que le destinataire a reçu le message,
Libère le jeton et le passe à la station suivante,
En cas de destruction du jeton, des algorithmes permettent de le régénérer.
Matériel 1
Normes IEEE 802
Normes pour les réseaux locaux (février 1980),
Compatible OSI bien que antérieure
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Améliorations d'Ethernet
En nombre de stations :
Ajout de matériel passif :
Intervient sur la couche 1,
Reprend et amplifie le signal,
Répéteurs (10B5, 10B2) max: 2.
Ajout de matériel actif :
Vérifie la validité des trames avant de les réémettre,
Ponts (bridge), multiports (10B5, 10B2),
N'existe pas en 10BT et 100BT -> hub.
Améliorations d'Ethernet
En performances :
Problème : seulement 2 machines communiquent simultanément. Ajout de matériel actif qui :
Intervient sur la couche 2,
Segmente le réseau (10B5, 10B2),
Aiguille en fonction des adresses de départ et de destination et duplique la trame sur les bons câbles (10BT, 100BT, ...). Ce sont les switchs.
Couche 3: Réseau
Fonctions de la couche réseau :
Traduire les adresses logiques en adresses physiques,
Router les messages en fonction de leur priorité et l'état du réseau,
Gérer le traffic sur le réseau,
Gérer la commutation,
Contrôler l'encombrement des messages sur le réseau,
Découper et réassembler les messages en fonction de la capacité de la carte réseau,
Types de commutation
La connexion : mise bout à bout de liens et de commutateurs,
5 techniques de commutation :
Commutation de circuits,
Commutation de messages,
Commutation de paquets,
Commutation de trames,
Commutation de cellules
Commutation de circuits
Technique adaptée aux flux d'information (voix),
Chaque communication passe par 3 phases :
Etablissement de la liaison : chercher et occuper un itinéraire (décrocher, composer, sonner),
Maintien de la liaison pendant toute la durée de la connexion,
Libération des connexions sur ordre et retour à l'état libre.
Commutation de messages
Le message transite de noeuds en noeuds jusqu'au destinataire,
Un noeud ne peut envoyer de message tant qu'il ne l'a pas reçu complètement,
Temps
Noeud 3
Noeud 2
Noeud 1
Réception Emission
Commutation de paquets
Les messages sont découpés en paquets de faible longueur. 2 modes de service :
Service en mode connecté (ex : TRANSPAC):
Les paquets utilisent toujours le même chemin.
Service en mode non connecté (ex : Internet):
Les paquets empruntent des itinéraires différents, Le noeud de commutation aiguille les paquets, Problème : Comment réassembler les paquets ?
Commutation de paquets
Informations dans les en-têtes des paquets :
Source,
Destination,
Numéro de séquence,
Bloc de contenu de données,
Code de vérification des erreurs.
Norme internationale X25, oeuvre des sociétés téléphonique
Comparaison messages/paquets
Temps
Noeud 3
Noeud 2
Noeud 1
Commutation de messages : Réception Emission
Temps
Noeud 3
Noeud 2
Noeud 1
Commutation de paquets :
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
1 2 3
Temps de transmission
Temps de transmission
Commutation de trames
Extension de la commutation de paquets,
Les commutateurs de trame traitent des entités de niveau 2
Commutateurs plus simples, moins chers,
Les fonctionnalités de niveau 3 sont assurées au niveau 2
Ex: commutation ethernet :
Paquet = trame ethernet
Commutation de cellule
Combine les avantages de la commutation de circuits et la commutation de paquets,
Les paquets (cellules) ont une longueur fixe de 53 octets (5 octets d'en-tête),
Avant toute émission de cellule, une connexion doit être mise en place,
Ex: réseau ATM (Asynchronous Transfer Mode).
Comparaison des modes de commutation
Contraintes Circuits (RNIS) Paquets (X25) Cellules (ATM)
Temps réel Oui Non Oui
Transparence Oui Non Oui
Protocole de bout en bout Oui Non Oui
Débit variable Non Oui Oui
Multiplexage statistique Non Oui
Suites de protocoles
La Norme OSI garantit l'indépendance des couches mais :
Nombre de protocoles réseaux développés avant que la norme n'existe,
Dans la réalité les couches se retrouvent interdépendantes.
Les protocoles s'organisent en familles ou en suites :
La suite IP (internet): ARP, RARP, ICMP, etc ...
La suite IPX (Novell, jeux en réseau): RIP, etc ...
La suite NetBIOS (Réseau local Microsoft).
Protocoles employés pour Internet,
Développé en 1er par l'armée américaine pour :
Échanger les informations entre les bases,
Trouver un moyen d'échanger des données même si une partie du réseau est détruite.
Chronologie :
1er prototype : ARPANET (1969),
Développement du protocole TCP/IP (1974),
Dans les années 80, naissance d'internet,
1992, fondation de l'Internet Society
Suite de protocoles IP
Au niveau 3, les protocoles IP courants sont :
IP : adressage et fragmentation des paquets,
ARP: retrouve l'adresse physique à partir de l' adresse logique,
RARP : la conversion inverse,
ICMP : gestion d'erreurs,
RIP : routage des paquets.
Protocole IP
IP (Internet Protocol) :
Gère les adresses et la fragmentation des paquets,
Spécification complète : RFC 791
RFC (Request for Comments)
Série de documents techniques et organisationnels au sujet d'Internet,
Les RFC font office de standards,
...
Protocole IP
Fonctionnalités :
Achemine un paquet en fonction de l'adresse destinataire,
Chaque paquet (datagramme) est indépendant,
4 mécanismes clés pour les services:
Type of service, indique la qualité de service désirée,
Time to live (TTL), donne l'espérance de vie maximale du paquet,
Options, fonctions de contrôle supplémentaires,
Header checksum, fonction de vérification des données.
Adresse IP
L'adresse IP est une adresse logique, pourquoi est elle nécessaire ?
Adresse physique = une machine, Les machines sont regroupées en réseau, Comment identifier le réseau ?
En attribuant une adresse logique.
Pourquoi identifier le réseau ?
Pour permettre à deux machines de réseaux différents de communiquer entre elles
