Réseaux de télécommunication
Sommaire: Diffusion
Commutation de paquets
Du point de vue de l'utilisateur deux grands réseaux s'imposent :
? le réseau téléphonique
? le réseau Internet
Ces deux exemples sont typiques de deux classes de réseaux :
? les réseaux de télécommunication
? les réseaux d'ordinateurs
On parle depuis 30 ans de convergence entre les télécommunications et l'informatique mais les deux types de réseaux, bien que basés sur les mêmes technologies opto-électroniques et malgré leur complémentarité et leur interdépendance, restent assez différents en termes de services rendus, terminaux employés et coûts d'utilisation.
1. Connaissez-vous d'autres exemples de réseaux de télécommunications ?
2. Connaissez-vous d'autres exemples de réseaux d'ordinateurs ?
Les services de base fournis par le réseau téléphonique sont les appels locaux et les appels longue distance grâce à un plan de numérotation mondial.
L'usage principal est la communication de la voix, mais grâce à la modulation des signaux numériques avec des modems il est possible d'utiliser le réseau téléphonique aussi pour envoyer des fax ou pour accéder à l'Internet à partir de son ordinateur personnel.
Les coûts d'utilisation sont typiquement basés sur la durée de l'appel et la distance entre les correspondants.
Le réseau téléphonique est constitué de terminaux simples, téléphones, fax, modems, de noeuds de commutation sous la forme de commutateurs dans les centraux téléphoniques ou d'autocommutateurs, aussi appelés PABX pour Private Automatic Branch Exchange, dans les entreprises, et de lignes de transmission.
L'abonné est raccordé à la centrale téléphonique par une boucle locale typiquement constitué de 2 fils en cuivre, sur des distances de l'ordre de quelques kilomètres, ou d'une liaison sans fils appelée Boucle Locale Radio (BLR).
Les centraux téléphoniques sont raccordés entre eux par des artères longue distance typiquement en fibre optique ou par des liaisons radio appelées des faisceaux hertziens.
Le principe de fonctionnement est la commutation de circuits, c-à-d la création et le maintien d'un circuit (qui à l'origine était électrique, mais aujourd'hui seulement logique) à usage exclusif des deux correspondants pendant toute la durée de l'appel.
Les commutateurs et les lignes de transmission constituent le réseau de transport (de la voix) du réseau téléphonique. Nous verrons plus loin en parlant de réseaux logiques que les réseaux téléphoniques modernes sont en réalité basés aussi sur un autre réseau appelé le réseau de signalisation.
1. Quels sont les services de base, terminaux, coûts d'utilisation et architecture des réseaux de radio et de télévision ?
Le nom Internet vient de "interconnected networks". Le service de base est bien l'interconnexion d'ordinateurs isolés, comme l'ordinateur individuel à la maison ou un ordinateur portable doté d'un modem, et de réseaux d'ordinateurs, comme les réseaux locaux d'entreprise et de campus. Internet est le réseau des réseaux.
L'objectif d'Internet est de relier tous les objets qui peuvent avoir une adresse Internet et qui savent utiliser le protocole IP (Internet Protocol). Aujourd'hui il s'agit essentiellement des ordinateurs, mais demain les téléphones portables, les téléviseurs et même les appareils
électroménagers pourraient avoir une adresse Internet (par exemple pour appeler automatiquement le service après vente en cas de panne).
Internet est constitué d'ordinateurs serveurs qui fournissent un ensemble de services (information, messagerie, etc.) et d' ordinateurs clients que les utilisateurs utilisent pour accéder aux services de l'Internet. Ces ordinateurs sont interconnectés par des ordinateurs spécialisés dans l'acheminement des données appelés routeurs.
Le principe de fonctionnement de l'Internet est la commutation de paquets. L'information échangée entre ordinateurs est découpée en paquets de quelques dizaines jusqu'à quelques milliers d'octets qui sont acheminés grâce à l'adresse de destination (et l'adresse de la source pour pouvoir envoyer les réponses) écrite dans l'en-tête de chaque paquet.
Les serveurs, les clients et les routeurs constituent les noeuds du réseau. Le protocole IP (Internet Protocol) utilise un plan de numérotation mondial (adresse IP sur 32 bits pour le protocole IP version 4 actuellement utilisé et adresse IP sur 128 bits pour le protocole IP version 6 qui sera déployé dans les années à venir).
Les noeuds sont interconnectés par des artères en fibres optiques ou faisceaux hertziens ou encore liaisons satellitaires à haut débit dans la partie centrale du réseau où les trafics sont agrégés, par des liaisons téléphoniques pour les ordinateurs isolés et par des câbles téléphoniques ou coaxiaux ou liaisons sans fil dans le cadre des réseaux locaux de campus et d'entreprise qui relient un ensemble d'ordinateurs dans les mêmes locaux.
Coût au temps passée ou forfait pour l'accès via le réseau téléphonique. Coût indépendant de la distance entre l'ordinateur doté de navigateur et l'ordinateurs serveur d'informations (ou autre application).
1. Comment peut-on classer les réseaux d'ordinateurs en fonction de leur taille ?
auteur : Edoardo Berera - Miage Nice
EB date de dernière modification : 22 mai 2002
Introduction
Réseaux de gestion (OSS) Réseaux de signalisation
Sommaire: Réseaux de transport
Réseau intelligent (IN)
Telecommunications Management Network (TMN)
Réseaux de téléphonie cellulaire
Pour comprendre l'architecture logique des réseaux nous allons prendre l'exemple de services très connus du réseau téléphonique: les appels d'urgence et les numéros verts (ou numéros 800).
En cas d'urgence il suffit d'appeler le numéro 112 partout en Europe ou le numéro 911 partout aux Etats-Unis pour obtenir immédiatement les services locaux d'urgence. Les numéros 112 et 911 ne correspondent pas à des numéros du plan de numérotation du réseau téléphonique mais désignent des services.
1. Où est effectuée la traduction du numéro 112 en numéro 04 12 34 56 78, par exemple à Nice, et en numéro 01 23 45 67 89, par exemple à Paris ?
Ces appels sont gratuits; vous pouvez appeler d'une cabine téléphonique sans carte ou argent ou d'un téléphone portable même si le crédit de votre carte est épuisé.
Les numéros verts se comportent de manière similaire; ils désignent souvent les centres d'appel de sociétés tout en laissant au réseau le soin de déterminer quel bureau appeler en fonction de la localisation de l'appelant, de l'heure de l'appel et de la disponibilité d'opérateurs pour répondre.
En réalité la structure d'un réseau téléphonique moderne est constituée de trois réseaux logiques:
? réseau de gestion
? réseau de signalisation
? réseau de transport
Réseau de gestion (Operations Support Systems, OSS)
Le réseau de gestion comporte une série de serveurs qui sont utilisés par l'opérateur pour gérer le service de télécommunication sur le plan technique (configuration, surveillance, gestion des pannes, gestion des services) et sur le plan administratif (gestion des clients, facturation, marketing). En anglais ces derniers systèmes sont souvent appelés OSS pour Operations Support Systems, alors que les systèmes utilisés pour la gestion des services dits intelligents sont appelés des SCP pour Service Control Points et enfin les ordinateurs utilisés pour l'administration technique du réseau sont globalement désignés comme appartenant au TMN pour Telecommunications Management Network.
Réseau de signalisation
Le réseau de signalisation est constitué de commutateurs de paquets, basés sur un protocole international défini par l'Union Internationale des Télécommunications (UIT, ou ITU en anglais) appelé SS7 pour Signaling System n°7. Ce protocole sert à transférer les données de l'appel, par exemple le numéro appelé mais aussi le numéro de l'appelant, de la centrale téléphonique de l'appelant jusqu'à la centrale téléphonique de l'appelé pour déterminer si le numéro appelé est libre ou occupé.
Ce même protocole sert aussi à transférer les données de l'appel aux serveurs de gestion des services comme les numéros verts pour obtenir la traduction du numéro logique appelé (les numéros 800) en numéro réel en fonction d'un script qui aura été défini par l'opérateur pour chaque client. En anglais les commutateurs de paquets du réseau de signalisation sont appelés STP pour Signaling Transfer Points.
Nous avons déjà parlé du réseau de transport dans la section sur l'architecture physique des réseaux. Ajoutons simplement que les commutateurs sont appelé des SSP pour Service Switching Points en anglais.
Les réseaux téléphoniques modernes sont un bel exemple de réseau d'ordinateurs avec l'intelligence du réseau, pour fournir les nouveaux services, située au coeur du réseau et gérée essentiellement par l'opérateur; des terminaux qui restent très simples (postes téléphoniques, fax, répondeurs, et modems) sont utilisés pour accéder aux services.
Le réseau Internet est par contre un exemple de réseau d'ordinateurs avec l'intelligence située à la périphérie du réseau dans des serveurs gérés par les très nombreux fournisseurs de services Internet et dans les ordinateurs des utilisateurs qui peuvent ultérieurement traiter localement l'information reçue.
Le coeur du réseau par contre est essentiellement constitué de routeurs dont le rôle essentiel est d'acheminer le plus rapidement possible les paquets de données, donc avec un minimum de traitement toutes les fois que cela est possible.
Il est important de bien comprendre les deux points de vue différents des "télécommunicants"
(opérateurs et ingénieurs de télécommunications) et des "informaticiens" (fournisseur de services Internet et ingénieurs informaticiens) pour comprendre la dynamique de l'évolution des réseaux.
Les "télécommunicants" auront toujours tendance à ajouter des services au coeur du réseau pour garder la gestion des services et facturer les appels plus cher alors que les "informaticiens" auront toujours tendance à demander des débits élevés mais les services les plus simples possibles (la simple connectivité sans rien d'autre) pour réduire les dépenses de télécommunications sachant que l'intelligence des services peut mieux être fournie par une multitude de fournisseurs à l'extérieur du réseau.
auteur : Edoardo Berera - Miage Nice
EB date de dernière modification : 22 mai 2002
Introduction
Modèle de référence OSI (Open Systems
Notions de couche, service, protocole et interface Couche Physique
Sommaire: Couche Liaison de donnéesCouche Réseau
Couche Transport
Couche Session
Couche Présentation
Architecture du réseau Internet
L'interconnexion de réseaux est un problème complexe car les réseaux sont souvent hétérogènes. Pour qu'un ordinateur puisse communiquer avec un autre, dont on connaît le nom, il faudra d'abord trouver son adresse.
Question:
1. Quelle est l'adresse de votre ordinateur ?
Le coeur des réseaux longue distance est souvent constitué de routeurs fortement maillés, c-à-d interconnectés par des nombreux chemins différents; il faudra donc trouver le meilleur chemin.
Question:
1. Quels pourraient être les critères pour déterminer le "meilleur" chemin ?
Le modèle de référence OSI propose une décomposition du problème d'interconnexion des réseaux d'ordinateurs, en couches superposées à partir de la couche physique, c-à-d la couche qui met en oeuvre le logiciel de gestion de la porte de communication ou de la carte utilisées pour le
raccordement au réseau, jusqu'a la couche application, c-à-d la couche qui met en oeuvre les services nécessaires aux applications qui utilisent le réseau, comme, par exemple, les logiciels de courrier électronique ou de navigation sur l'Internet.
Ce modèle est devenu une norme internationale sous la double référence ISO 7498 et ITU-T X.200 Series et une norme française sous la référence AFNOR NF Z 70-001.
Les logiciels mis en oeuvre dans chaque couche d'un ordinateur résolvent une partie des problèmes de communication, en utilisant des protocole de communication, c-à-d des ensemble de règles, procédures et messages définis et standardisés, pour communiquer avec la couche homologue de l'ordinateur distant.
Chaque couche offre des services à la couche de niveau supérieur. Cette méthode simplifie l'écriture des logiciels de la couche car ça lui permet de traiter une autre partie des problèmes de communication en s'appuyant sur les services fournis par la couche de niveau inférieur.
Il suffit de parcourir les sept couches du modèle de référence OSI pour s'en convaincre.
La fonction principale de la couche physique est de matérialiser l'interface entre l'ordinateur et le réseau pour pouvoir émettre et recevoir des signaux de communication. Ces signaux peuvent être de nature électrique, électromagnétique (radio) ou optique. La définition de connecteurs, des câbles ou antennes font partie de cette couche. En général on considère que les cartes réseau, les modems et les concentrateurs (hubs) en font aussi partie.
Une autre fonction de cette couche est de sérialiser l'information, c-à-d transformer les octets en éléments binaires (bits) ou vice versa pour pouvoir émettre ou recevoir sur les canaux de communication. Cette transformation doit être effectué à un rythme qui est imposé par la vitesse (débit binaire) de l'interface.
Beaucoup d'autres fonctions peuvent être réalisées par cette couche; la détection de l'existence d'une communication en cours (Carrier Sense) ou d'une collision (Collision Detect) sur un réseau local Ethernet en sont deux exemples.
Questions
1. Quels sont les débits binaires des modems ?
2. Et ceux des cartes Ethernet ?
La fonction de la couche liaison de données est l'envoi et la réception de messages, souvent appelés trames à ce niveau, à son proche, c-à-d à un ordinateur qui se trouve sur un lien direct (sans faire appel à des systèmes intermédiaires, les fameux routeurs). Ce lien direct peut être permanent comme dans le cas le plus simple des réseaux locaux où les ordinateurs sont tous raccordés au même câble (ou au même concentrateur, qui peut être vue comme une prise multiple de réseau!) ou bien peut avoir été créé au préalable, par exemple, par une commutation de circuit sur le réseau téléphonique en appelant un fournisseur d'accès à Internet. Dans ce dernier cas le lien direct est temporaire.
Cette couche peut aussi faire un contrôle d'erreurs de transmission, en utilisant, par exemple, dans le cas des trames Ethernet les derniers quatre octets de la trame appelés Frame Check Sequence (FCS).
Deux protocoles très utilisés à ce niveau sont:
? Point to Point Protocol (PPP) pour la communication d'un ordinateur avec modem à un fournisseur d'accès Internet (en utilisant le réseau téléphonique)
? IEEE802.3, IEEE802.11b (protocoles Ethernet) pour le raccordement en réseau local avec ou sans fils
La fonction de la couche réseau est d'acheminer les messages, souvent appelés soit paquets, soit datagrammes, de proche en proche jusqu'à destination en fonction de leur adresse. Cette fonction est appelé le routage; elle fait typiquement appel à des ordinateurs spécialisés, appelés routeurs, qui sont des systèmes intermédiaires sur la route qui va de la source à la destination.
Question:
1. Quel est le chemin, c-à-d la liste des systèmes intermédiaires, entre votre ordinateur et le serveur de l'Education Nationale, ?
Pour réaliser l'interconnexion de tous les réseaux d'ordinateurs à travers le monde entier il faut que ce protocole soit unique. Aujourd'hui il s'agit bien du protocole Internet IP (Internet Protocol). Ce protocole est dans sa version 4, caractérisée par des adresses sur 32 bits. L'évolution de l'Internet requiert le passage à la version 6 (la version 5 a été définie, mais n'a pas été adoptée), qui est caractérisée par des adresses beaucoup plus longues, représentées sur 128 bits.
Questions
1. Un espace d'adressage qui utilise des adresses représentées sur 32 bits permets de définir combien d'adresses différentes ?
2. Et si les adresses sont représentées sur 128 bits ?
Le rôle du service de transport est de transporter les messages de bout en bout, c-à-d de la source jusqu'à la destination, donc d'un bout à l'autre du réseau, sans se préoccuper du chemin à suivre car ce problème a déjà été traité par la couche inférieure de réseau.
Il y a plusieurs exemples de protocoles de transport. Dans le monde Internet les plus connus sont:
? TCP Transmission Control Protocol
? UDP User Datagram Protocol
? RTP Realtime Transport Protocol
Le choix dépend du type d'application et des services demandés.
Les applications de transfert de fichiers, de courrier électronique et de navigation sur le web requièrent des garanties de transmission sans erreurs et de retransmission en cas d'erreur. Dans le cas de messages longs, le fait de découper un message en paquets plus courts peut donner lieu à la remise des paquets à l'ordinateur de destination dans le désordre. Le protocole TCP s'occupe de résoudre ces problèmes, au prix d'une certaine complexité du protocole.
D'autres applications comme les requêtes aux annuaires éléctroniques ( pour obtenir la correspondance entre un nom d'ordinateur et son adresse) ou les applications de gestion de réseau préfèrent utiliser un protocole plus léger mais plus rapide car les messages sont typiquement très courts et en cas d'erreurs ou d'absence de réponse, ils peuvent être répétés sans problèmes. Le protocole UDP est typiquement utilisé dans ces cas.
D'autres applications encore comme la téléphonie et la vidéoconférence sur Internet ont des contraintes de temps réel. La transmission de la voix et de la vidéo ne peuvent pas tolérer les variations de délais, appelées gigue, dans l'acheminement des paquets car les accélérations et ralentissements qui en résulteraient dans la restitution de la voix ou de l'images nuiraient gravement à la qualité de la transmission. Le protocole RTP, qui est utilisé en complément du protocole UDP, traite ces problèmes.
La fonction de la couche session est de négocier et de maintenir un contexte de communication entre la source et la destination. En début de communication il s'agit de définir le mode de communication (half duplex ou full duplex) et les règles de la communication. En cas de problème de communication, par exemple d'interruption momentanée, les services de points de reprise devraient permettre de reprendre la conversation là ou elle avait été interrompue.
En pratique ces fonctions sont souvent intégrées directement dans les logiciels d'application qui utilisent des protocoles spécifiques adaptés à chaque application particulière.
Le rôle de cette couche est d'aider les différentes applications à représenter les données de manière indépendante des plates-formes/systèmes d'exploitation (Macintosh/Mac OS, Intel/Windows, etc.).
Il existe plusieurs standards pour représenter les données (caractères, chiffres, booléens, mais aussi des données plus complexes construites à partir de données simples, comme les dates, les énumérations (par exemple, lundi, mardi, etc.), jusqu'aux données d'applications spécifiques comme une feuille de calcul, une présentation, un document incluant texte, tables et images).
Certaines applications se limitent à l'utilisation du standard ASCII pour représenter les caractères sans accents. D'autres applications peuvent utiliser le standard international ISO 8859 pour pouvoir représenter les caractères avec accents.
D'autres applications encore peuvent utiliser un véritable langage de description de données (simples et complexes) avec des règles de représentation des données pour le transfert entre applications en réseau. Le standard ISO ASN.1 est un exemple utilisé dans le cadre des application de gestion de réseau.
La couche de présentation pourrait aussi fournir des services de cryptage de l'information.
Mais encore une fois cette couche est souvent intégrée directement dans les logiciels d'application.
Le rôle de la couche application est de fournir les services et les protocoles nécessaires aux
applications qui souhaitent s'ouvrir sur le réseau. Il faut noter que les applications elles mêmes ne font pas partie de la couche application.
Les exemples de protocoles que nous pouvons classer dans cette couche sont très nombreux car les applications sont nombreuses et ne cessent de se développer.
Les protocoles les plus connus sont HTTP, FTP et SMTP pour naviguer sur le web, transférer des fichiers ou envoyer des messages électroniques.
Le protocole RTP (Realtime Transport Protocol) dont nous avions parlé à-propos de la couche transport peut aussi être classé dans la couche application (voir architecture Internet).
L'architecture des applications Internet a tendance à mettre en oeuvre les fonctions des couches session, présentation et application dans des protocoles qui intègrent les différentes fonctions en un seul protocole.
Cette approche contredit en partie la notion de couches mais se justifie pour des raisons de performance et de pragmatisme. Le modèle ISO et ses couches servent de référence pour poser les problèmes, alors que au moment de l'implémentation il est peut être plus simple et performant d'intégrer les fonctions nécessaires à une application dans un seul protocole.
Exemples
Prenons l'exemple de transmission d'une page HTML d'un serveur Web à un navigateur.
Pour que le code HTML de la page puisse être transmis au navigateur qui en a fait la demande, l'application serveur Web fait appel au protocole HyperText Transfer Protocol qui ajoute ses propres informations destinées à son homologue, le protocole HTTP de l'ordinateur distant. Le logiciel de la couche application fait ensuite appel aux services de la couche transport pour obtenir un service de transmission fiable à destination de l'ordinateur distant. Le protocole TCP est choisi; celui-ci ajoute des informations à destination de son homologue. Les logiciels de la couche transport font appel aux services de la couche réseau pour acheminer les données. Le protocole IP est imposé par le réseau Internet. Les logiciels de la couche réseau n'ont plus qu'à choisir le lien et les moyens physiques pour envoyer les données. Le logiciels de la couche physique sérialisent les octets de la trame constituée du code HTML de la page à transmettre plus toutes les informations ajoutées par les différents protocoles utilisés.
Les éléments binaires reçus par l'ordinateur de destination sont réassemblés en octets pour reconstituer la trame avant de la passer au logiciel de la couche sous-réseau qui utilise le protocole Ethernet pour vérifier si la trame est valide. Si oui la couche sous-réseau peut passer les données à la couche réseau qui utilise les informations du protocole IP pour vérifier la validité du paquet reçu et savoir à quel protocole de la couche supérieur il faut passer les données et ainsi de suite jusqu'au logiciel du navigateur. En cas de problème le logiciel de la couche qui a détecté le problème essaie d'en informer son homologue et éventuellement les logiciel de la couche supérieure.
Cette description est simple et sommaire. Pour plus de précisions il faut étudier en détail l'opération de chaque protocole.
Les réseau d'ordinateurs se sont développés à partir des années 1970s. Pendant vingt ans les architectures propres à chaque constructeur ont dominé le paysage des réseaux. Les plus importantes de ces architectures sont:
1. SNA Systems Network Architecture de IBM
2. DSA Distributed Systems Architecture de Bull
3. DNA/DECNET DEC (Digital Equipment Corporation) Network Architecture
Dans le domaine des réseaux locaux d'entreprise l'architecture de Novell a dominé pendant une dizaine d'années.
Avec l'arrivée d'Internet en début des années 1990s (bien que sa conception remonte à l'année 1969 dans les laboratoires des universités américaines) toutes les architectures se sont ouvertes sur Internet soit en intégrant ses protocoles, soit en créant au moins des passerelles qui permettent aux données de passer d'un réseau qui utilise une architecture propriétaire aux réseaux qui utilisent l'architecture Internet.
auteur : Edoardo Berera - Miage Nice
EB date de dernière modification : 22 mai 2002
Simon Nora et Alain Minc, "La télématique. Rapport ", editions , 197x
Guy Pujolle, "Les Réseaux", Eyrolles
Andrew Tanenbaum, "Computer Networks", Prentice Hall
Z 70-001, Norme expérimentale, Systèmes de traitement de l'information, Modèle le référence de base pour l'interconnexion de systèmes ouverts, AFNOR, 1982
date de dernière modification :25-08-02
1. Installer un modem
2. Installer une carte de réseau Ethernet
3. Configurer un accès à un Fournisseur d'Accès Internet
1. Installer un modem
2. Installer une carte de réseau Ethernet
3. Configurer un accès à un Fournisseur d'Accès Internet
1. Vérifier la configuration réseau de votre machine (ipconfig)
2. Tester la connectivité avec un autre ordinateur (ping)
3. Visualiser la route entre votre ordinateur et celui avec lequel vous venez de faire un test de connectivité (traceroute, tracert)
Glossaire
Association Française de Normalisation
DEC (Digital Equipment Corporation) Network Architecture
Distributed Systems Architecture (Bull)
Full duplex
File Transfer Protocol
Half duplex
HyperText Transfer Protocol
Intelligent Network
Internet Protocol
International Standards Organisation
International Telecommunication Union, Telecom sector
Local Area Network
Metropolitan Area Network
Open Systems Interconnection
Operations Support Systems
Personal Area Network
Realtime Streaming Transport Protocol
Realtime Transport Protocol
Service Control Point
Simple Mail Transfer Protocol
Systems Network Architecture (IBM)
Simple Network Management Protocol
Signaling System #7
Switching Service Point
Switching Transfer Point
Transmission Control Protocol
Telecommunications Management Network
User Datagram Protocol
Union Internationale des Télécommunications
Wide Area Network
