Mohamed Salah MEDDEB 2014/2015 SUPTECH Réseaux Mohamed Salah MEDDEB 2014/2015 SUPTECH

Introduction « En 1962, pour chacun des trois terminaux, j'avais trois jeux différents de commandes. Si bien que si j'étais en train de parler en direct avec quelqu'un à Santa Monica et que je voulais discuter de ça avec quelqu'un que je connaissait à Berkeley ou au MIT, il fallait que je me lève de devant le terminal, que j'aille m'enregistrer sur l'autre terminal afin d'entrer en contact avec eux. Je me suis dit, hé, mec, ce qu'il me reste à faire est évident : au lieu d'avoir ces trois terminaux, il nous faut un terminal qui va partout où tu veux et où il existe un ordinateur interactif. Cette idée était l'ARPAnet. » Robert Taylor, co-auteur avec J.C.R. Licklider de The Computer as a Communications Device

Besoin  Communication et organisation plus efficace La solution réseau permettra l'optimisation des ressources matérielles et logicielles par : Le partage de ressources : imprimante, espace disque, modem, ... d'informations : transfert des fichiers, ... La centralisation des données : espace centralisé et sécurisé (base de données, fichiers, ...), des services : messagerie, ... Et en : assurant une rapide et fiable circulation des informations respectant les contraintes des implantations géographiques  Communication et organisation plus efficace

Définitions Un réseau est un ensemble d’équipements informatiques interconnectés Un réseau s’appuie sur deux notions : L’interconnexion : transmettre les données d’un noeud à un autre La communication : échanger des données entre processus (un programme en cours d'exécution) Un réseau désigne un ensemble d’équipements matériels et logiciels mis en œuvre pour permettre la communication entre applications, quelles que soient les distances qui les séparent.

Architecture réseau L'architecture client/serveur centralise des ressources sur un serveur et offre des services pour les clients.

Architecture réseau Les systèmes poste à poste ou pairàpair (peertopeer) permettent de partager simplement des objets (des fichiers le plus souvent, mais aussi des flux multimédia continus (streaming), le calcul réparti, ...). Les systèmes peertopeer permettent une décentralisation des systèmes, en permettant à tous les ordinateurs de jouer le rôle de client et de serveur.

Architecture Client/Serveur

Classification de réseaux Les réseaux locaux ou LAN (Local Area Network) qui correspondent aux réseaux intra-entreprise (quelques centaines de mètres et n’exèdent pas quelques kilomètres), généralement réseaux dits "privés". Les réseaux MAN (Metropolitan Area Network) sont des réseaux s'étendant sur une ville et permettant l'usage de très hauts débits Les réseaux grandes distances ou WAN (Wide Area Network), réseau étendu, généralement réseaux dits "publics" (opérateurs publics ou privés), et qui assurent la transmission des données sur des longues distances à l'échelle d'un pays ou de la planète. Autres dénominations connues : PAN (Personal Area Network), WPAN et WLAN (Wireless ...), SAN (Storage Area Network), ...

Classification de réseaux Bluetooth PAN “Personal Area Network” Ethernet 802.11b wifi LAN “Local Area Network” 802.11 WIMAX MAN “Metropolitan Area Network” GSM GPRS WAN “Wide Area Network” 10 m 100 m 10 Km 100 Km 1 Km Débit élevé Distances longue Fixed, last mile access Débit très bas Distances longues PDA, téléphone Portable… Bas débit Courtes distances PC, imprimante, Téléphone portable… Débit élevé Distances moyennes PC à PC et à Internet < 1 Mbps 22+ Mbps De 10 à 384 Kbps Critère de classification: distance

Caractéristiques des réseaux Locaux Variété des équipements pouvant être interconnectés (ordinateurs, terminaux, commutateurs, capteurs,...) Faible étendue géographique: ne dépasse pas quelques kilomètres (<10 Km) Débit élevé (>1Mb/s) Les LAN traditionnels offrent des débits variant de 10 Mbit/s à 100 Mbit/s Les LAN récents atteignent des débits supérieur à 10Gbit/s  HSLAN (High Speed LAN ) Faible délais de transmission: 10-9< délai <10-6 s Taux d’erreurs faible (<10-9) Support de communication partagé Facilité d’extension, de maintenance et de reconfiguration

Interconnexion des réseaux

Éléments d'un réseau Les ordinateurs équipées d'une carte de communication Les logiciels Navigateur, client de messagerie, serveur web, … Les supports de LAN : câbles paires cuivre torsadées, prises RJ45, WIFI, CPL, ... de WAN : ligne téléphonique, ADSL, fibre optique, … Les équipements d'interconnexion de LAN : répéteur (transceiver), concentrateur (hub), commutateur (switch) de WAN : routeur

Éléments d'un réseau

Caractéristiques des réseaux La topologie définit l'architecture d'un réseau : on distinguera la topologie physique (qui définit la manière dont les équipements sont reliés entre eux, de la topologie logique (qui précise la manière dont les équipements communiquent entre eux) : par exemple, une topologie logique en bus (Ethernet 10BASET) pourra se câbler avec une topologie physique en étoile (hub). Le débit mesure une quantité de données numériques (bits) transmises par seconde (bit/s ou bps). La distance maximale (ou portée), qui différencie essentiellement les LAN et WAN, dépend de la technologie mise en œuvre : WIFI 802.11g (54 Mbps – environ 50 m), Ethernet paires torsadées 100BASET (100 Mbps – 100 m) et fibre optique 100BASEFX (100 Mbps – 2 km)

La communication en réseau Les échanges de données sont basés sur une communication logique. Les communications dans un réseau obéissent à des règles : l’adressage qui permet d'identifier de manière unique les deux unités en communication l’architecture qui définit les rôles endossés par les deux unités les protocoles qui assurent l'échange des données

Topologie : mode de diffusion Il existe 2 modes de diffusion classant les différentes topologies : MODE MULTIPOINT (exemple : topologie en bus ou en anneau) Ce mode de fonctionnement consiste à n'utiliser qu'un seul support de transmission. Le principe est que le message est envoyé sur le réseau, toute unité réseau est capable de voir le message et d'analyser selon l'adresse du destinataire si le message lui est destiné ou non. MODE POINT A POINT (exemple : topologie en étoile, arbre ou maillée) Dans ce mode, le support physique ne relie qu'une paire d'unités seulement. Pour que deux unités réseaux communiquent, elles passent obligatoirement par un équipement d'interconnexion (un routeur ou un commutateur).

Topologies : LAN vs WAN Certaines topologies sont plus adaptées aux LAN (bus, anneau, étoile), d'autres aux WAN (maillé).

Topologies : interconnexion Certaines topologies (arbre, maillé) sont plus adaptées pour interconnecter des LAN entre eux.

Topologie en bus/ arbre Tous les nœuds sont raccordés à une même liaison physique multipoint appelée bus (accès multiple)

Topologie en bus/ arbre Le contrôle d'accès est soit centralisé au niveau d'un nœud maître, soit réparti à travers les différents nœuds. On distingue deux types de bus: Bus unidirectionnel: les signaux circulent suivant un sens unique, il est donc nécessaire d'utiliser 2 canaux (un par sens) Bus bidirectionnel: les signaux peuvent circuler dans les deux sens Les bus sont le plus souvent des structures passives (il ne possède pas de composants électroniques pour maintenir ou régénérer le signal)

Topologie en bus/ arbre Une extension de la topologie en bus est celle où plusieurs bus sont reliés au moyen de répéteurs pour former un réseau dit en arbre (sans boucle) La tendance actuelle est de remplacer le bus par un nœud central appelé HUB, qui duplique un signal reçu sur une entrée sur toutes les sorties La topologie physique est ainsi ramenée à une étoile ou un arbre (dans le cas où sont interconnectés plusieurs HUBs). Le fonctionnement reste comparable à celui d’un bus.

Topologie en bus/ arbre Avantages Facilité d’ajout/suppression d’un nœud La défaillance d’un nœud n’a aucun effet sur le réseau Propriété de diffusion Coût relativement faible Inconvénients Une coupure du réseau divise le réseau La longueur du bus est limitée (dans le cas d’un bus passif) Un seul nœud peut émettre à la fois (dans le cas d’un seul canal)

Topologie en anneau (en boucle) Les nœuds sont reliés entre eux par des liaisons point à point L'ensemble forme une boucle Les messages transitent de nœud en nœud suivant un sens de rotation Le câblage d'un réseau local en anneau est le plus souvent en étoile

Topologie en anneau (en boucle) Avantages Signal régénéré à chaque retransmission  Bonne qualité Simplicité de l’acheminement des messages Inconvénients La défaillance d’un nœud ou d’une liaison paralyse tout le réseau L’ajout et suppression de nœuds nécessitent une mise hors service temporaire du réseau Coûteuse Nécessité d'assurer la répétition du signal La synchronisation entre toute paire de nœud La réduction des temps de latence sur chaque station intermédiaire

Topologie en étoile Elle est composée d'un noeud de commutation central ou d'un serveur auquel sont reliés, par des liaisons point à point, tous les autres noeuds Exemple de noeud central: l'autocommutateur téléphonique privé PABX ou PBX (Private Automatic Branch eXchange) La commutation est soit une commutation de circuits soit une commutation de trames/ paquets Pabx Aastra PABX Cisco

Topologie en étoile Avantages Inconvénients Facilité de maintenance Défaillance d’un nœud simple ne paralyse pas tout le réseau Possibilité de communication en parallèle Extension facile (limité par le nombre de ports) Inconvénients Risque du surcharge du nœud central Défaillance du nœud central ? Extensibilité limité La diffusion nécessite des mécanisme supplémentaires La longueur du câble importante

Réseau Local : éléments La mise en place d'un réseau local nécessite plusieurs éléments matériels à savoir: Le support physique Pour relier les diverses entités d'un réseau, plusieurs supports physiques de transmission de données peuvent être utilisés. Une de ces possibilités est l'utilisation de câbles : Le câble de type coaxial La double paire torsadée La fibre optique La carte réseau Une carte réseau connecte physiquement un ordinateur au réseau Le concentrateur ( ou nœud de regroupement) ...

Réseau Local: Support physique 1/9 Supports en cuivre 1/5 Câble Coaxial C'est le type de câble le moins cher. Il est constitué d'un fil de cuivre rigide au cœur d'un tuyau de plastique épais lui-même recouvert d'une feuille de métal la protégeant des perturbations électriques externes. Cela reste tout de même insuffisant si le câble est trop proche d'un appareil électrique.

Réseau Local: Support physique 2/9 Supports en cuivre 2/5 Câble Coaxial (suite) : On distingue deux versions: Version 10 Base 2 (10MHz sur 200m) câble coaxial fin (appelé Thinnet) câble de fin diamètre (6 mm), de couleur blanche (ou grisâtre) par convention. Version 100 Base 5 (100MHz sur 500m) câble coaxial épais (en anglais Thicknet ou Thick Ethernet) Câble blindé de plus gros diamètre (12 mm). A longtemps été utilisé dans les réseaux Ethernet, ce qui lui a valu l'appellation de « Câble Ethernet Standard » Connecté au poste avec un BNC (Ethernet fin) Appelé Yellow Cable, en raison de sa couleur jaune conventionnelle)

Réseau Local: Support physique 3/9 Supports en cuivre 3/5 Paire Torsadée Dans sa forme la plus simple, le câble à paire torsadée (en anglais Twisted-pair cable) est constitué de deux brins de cuivre entrelacés en torsade et recouverts d’isolants. On distingue généralement deux types de paires torsadées : les paires blindées (STP : Shielded Twisted-Pair) ; les paires non blindées (UTP : Unshielded Twisted-Pair). Un câble est souvent fabriqué à partir de plusieurs paires torsadées regroupées et placées à l’intérieur de la gaine protectrice.  L’entrelacement permet de supprimer les bruits (interférences électriques) dus aux paires adjacentes ou autres sources (moteurs, relais, transformateur).  La paire torsadée est donc adaptée à la mise en réseau local d'un faible parc avec un budget limité, et une connectique simple.  Toutefois, sur de longues distances avec des débits élevés elle ne permet pas de garantir l’intégrité des données (c'est-à-dire la transmission sans perte de données).

Réseau Local: Support physique 4/9 Supports en cuivre 4/5 Paire torsadée non blindée UTP Le câble UTP obéit à la spécification 10BaseT. C’est le type de paire torsadée le plus utilisé et le plus répandu pour les réseaux locaux. Longueur maximale d’un segment : 100 mètres Composition : 2 fils de cuivre recouverts d’isolant On distingue 6 catégories de câbles UTP Catégorie 1 : Câble téléphonique traditionnel (transfert de voix mais pas de données) Catégorie 2 : Transmission des données à 4 Mbit/s maximum (RNIS). Ce type de câble est composé de 4 paires torsadées Catégorie 3 : 10 Mbit/s maximum. Ce type de câble est composé de 4 paires torsadées et de 3 torsions par pied Catégorie 4 : 16 Mbit/s maximum. Ce type de câble est composé de 4 paires torsadées en cuivre Catégorie 5 : 100 Mbit/s maximum. Ce type de câble est composé de 4 paires torsadées en cuivre Catégorie 5e : 1000 Mbit/s maximum. Ce type de câble est composé de 4 paires torsadées en cuivre

Réseau Local: Support physique 5/9 Supports en cuivre 5/5 Paire torsadée Blindée Le câble STP (Shielded Twisted Pair) utilise une gaine de cuivre de meilleure qualité et plus protectrice que la gaine utilisée par le câble UTP. Il contient une enveloppe de protection entre les paires et autour des paires. Dans le câble STP, les fils de cuivre d’une paire sont eux-mêmes torsadés,  ce qui fournit au câble STP un excellent blindage: meilleure protection contre les interférences. D'autre part il permet une transmission plus rapide et sur une plus longue distance.

Réseau Local: Support physique 6/9 Supports en fibre 1/2 La fibre optique est un câble possédant de nombreux avantages : Légèreté Immunité au bruit Faible atténuation Tolère des débits de l'ordre de 100 Mbps Largeur de bande de quelques dizaines de mégahertz à plusieurs gigahertz (fibre monomode)

Réseau Local: Support physique 7/9 Supports en fibre 2/2 Le câblage optique est particulièrement adapté à la liaison entre répartiteurs (liaison centrale entre plusieurs bâtiments, appelé backbone, ou en français épine dorsale) elle permet des connexions sur des longues distances (de quelques kilomètres à 60 km dans le cas de fibre monomode) sans nécessiter de mise à la masse. De plus ce type de câble est très sûr car il est extrêmement difficile de mettre un tel câble sur écoute. Malgré sa flexibilité mécanique, ce type de câble ne convient pas pour des connexions dans un réseau local car son installation est problématique et son coût élevé.  C'est la raison pour laquelle on lui préférera la paire torsadée ou le câble coaxial pour de petites liaisons.

Réseau Local: Support physique 8/9 Supports câblés : comparaison Le câble coaxial La paire torsadée La fibre optique Coaxial fin Coaxial épais Non blindée (UTP) Blindée (STP) Norme 10 base 2 10 base 5 10 base T Longueur 185 mètres 500 mètres 100 mètres 2 kilomètres Connecteur BNC BNC, AUI RJ45 Débit 10 Mb/s 10 à 100 Mb/s 0,1 à 1 Gb/s Blindage Oui Non Installation Simple Compliquée Flexible Assez flexible Peu flexible Très flexible Pas du tout Atténuation Interférence Peu sensible Très sensible Sensible Sécurité Faible Très faible Assez Faible Importante Coût Peu cher Assez cher Le moins cher Pas cher Le plus cher

Réseau Local: Support physique 9/9 Exemples de topologies basées sur différents supports A chaque topologie correspond un support physique bien approprié. Support physique pour topologie en étoile Support physique pour topologie en Bus

Réseau Local: Carte réseau Appelée Network Interface Card en anglais et notée (NIC) Constitue l'interface entre l'ordinateur et le câble du réseau. Sert à préparer, d'envoyer et de contrôler les données sur le réseau. Chaque carte dispose d'une adresse unique, appelée adresse MAC, affectée par le constructeur de la carte, ce qui lui permet d'être identifiée de façon unique dans le monde. Pour garantir la compatibilité entre l'ordinateur et le réseau, la carte doit être adaptée à l'architecture du bus de données de l'ordinateur et avoir le type de connecteur approprié au câblage. Il existe plusieurs types de carte réseau qui se distingue par leur connecteurs - La carte réseau BNC (Bayonet Neill-Concelman) pour le câble coaxial - La carte réseau RJ45 (Registered Jack) pour la paire torsadée - La carte réseau pour fibre optique La carte TOKEN RING …

Réseau Local: Carte réseau Avant que la carte émettrice envoie les données, elle dialogue électroniquement avec la carte réceptrice pour s'accorder sur les points suivants : Taille maximale des groupes de données à envoyer Volume de données à envoyer avant confirmation Intervalles de temps entre les transmissions partielles de données Délai d'attente avant envoi de la confirmation Quantité que chaque carte peut contenir avant débordement Vitesse de transmission des données Une carte réseau Ethernet peut être de type: Half Duplex (envoi ou réception) Full duplex (envoi et réception simultanément). RQ: Toutes les cartes actuelles sont Full Duplex, ce qui double le taux de transfert maximum. Cette solution doit utiliser un Switch (les Hub sont d'office half Duplex)

Nœuds de regroupement : Concentrateur Pour construire un réseau local contenant au delà de deux machine, le passage par un concentrateur s’avère indispensable Concentrateur = appareil qui concentre les connexion réseaux des équipements qui lui sont raccordés pour former un segment. Au sein d’un segment toutes les trames émise par un équipement sont transmise par l’intermédiaire du concentrateur (ou Hub en anglais) à tous les autres ports RQ: Si deux équipements émettent en même temps, les deux signaux émis produiront une collision  un segment délimite donc un domaine de collision

Nœuds de regroupement : Concentrateur Exemple de fonctionnement d’un réseau Ethernet en étoile

Nœuds de regroupement : Commutateur Un commutateur (Switch) fonctionne à peu près comme un hub, sauf qu'il est plus discret et intelligent. Un commutateur transmet des données aux autres ordinateurs en se basant sur leurs adresses MAC. Les transmissions sont plus confidentielles, envoyées uniquement au destinataire, les autres ne savent rien des données ne leur étant pas destinées. Un Commutateur ou Switch

Nœuds de regroupement : Routeur Un routeur ressemble à un switch sur le plan de l'utilisation : en effet, il permet de mettre plusieurs ordinateurs en réseau. Mais cela va plus loin : il permet de mettre en contact plusieurs réseaux fondamentalement différents. Un routeur doit être connecté à au moins deux réseaux informatiques pour être utile, sinon il n'aura rien à router. L'appareil crée et/ou maintient une table, appelée table de routage, laquelle mémorise les meilleures routes vers les autres réseaux, via les métriques associées à ces routes.

Nœuds de regroupement : Répéteur Un répéteur (repeater en anglais) agit un peu comme un hub, mais ce dernier n'a que 2 interfaces. Son intérêt est de renvoyer ce qu'il reçoit par l'interface de réception sur l'interface d'émission, mais plus fort.  Régénère et réémet le signal Répéteur RJ45 Répéteur Wifi

Nœuds de regroupement : Récapitulatif Matériel Utilité Carte réseau La carte réseau est le matériel de base indispensable, qui traite tout au sujet de la communication dans le monde du réseau. Concentrateur (hub) Le concentrateur permet de relier plusieurs ordinateurs entre eux, mais on lui reproche le manque de confidentialité. Commutateur (switch) Le commutateur fonctionne comme le concentrateur, sauf qu'il transmet des données aux destinataires en se basant sur leurs adresses MAC (adresses physiques). Chaque machine reçoit seulement ce qui lui est adressé . Routeur Le routeur permet d'assurer la communication entre différents réseaux pouvant être fondamentalement différents (réseau local et Internet). Répéteur Le répéteur reçoit des données par une interface de réception et les renvoie plus fort par l'interface d'émission.