Histoire des réseaux informatiques

Historique des réseaux

• En 1961, Kleinrok a démontré que la communication par paquet avec la théorie de file d'attente est efficace
• En 1967, Lawrance Roberts a lancé le projet ARPAnet (Advanced Research Projects Agency)
• En 1969, le premier nœud d'IMP (Interface Message Processor) de ARPAnet a été installé à UCLA
• En 1970, Le réseau ALOHAnet radio par paquet a été mis en place à l’Université de Hawaii
• En 1972, Le premier protocole de l’Internet NCP (Network Control Protocol) est né. Le premier programme de messagerie électronique, ARPAnet, était composé de 15 nœuds
• En 1974, Cerf et Kahn définissent les principes de l’InternetWorking (réseau des réseaux)
• En 1976, L'Ethernet est né au sein du laboratoire Xerox
• En 1979, ARPAnet est composé de 200 nœuds
• En 1982, Le protocole SMTP est adopté pour la messagerie électronique
• En 1983, La suite TCP/IP a été adoptée en remplacement du NCP. L'adoption de DNS pour la traduction des adresses IP s'est faite également
• En 1985, Le protocole FTP a été adopté
• En 1988, Le contrôle de la congestion est ajouté au TCP/IP
• En 1989, 100 000 ordinateurs du monde entier étaient interconnectés (BITnet, NFSnet, Minitel, etc.)

Réseaux informatiques

• Un réseau informatique est un ensemble d’appareils connectés entre eux, permettant l’échange et le partage de données, de ressources et de services
• Les appareils d’un réseau, appelés nœuds, peuvent inclure des ordinateurs, des serveurs, des routeurs, des smartphones, des objets connectés, etc.
• Ces appareils communiquent à l’aide de protocoles réseau, comme TCP/IP, pour garantir la transmission fiable des données

Caractéristiques d’un réseau informatique

• Connectivité : Les appareils sont interconnectés à l’aide de supports physiques ou sans fil
• Partage de ressources : Permet l’accès commun à des imprimantes, fichiers, disques durs ou logiciels
• Transmission de données : Envoie et reçoit des informations sous forme de paquets de données
• Sécurité : Intègre des mécanismes pour protéger les données
• Échelle : Les réseaux peuvent varier en taille, allant de réseaux locaux (LAN) à des réseaux mondiaux comme Internet

Composants de base d’un réseau

• Les équipements d’interconnexion incluent : Routeurs, commutateurs (switch), concentrateurs (hubs) et points d’accès Wi-Fi
• Les supports de transmission comprennent : Câbles Ethernet, fibres optiques et ondes radio
• Les protocoles de communication constituent les règles établies entre l’émetteur et le récepteur des données, ainsi que les logiciels et protocoles associés
• Les serveurs offrent des services, tandis que les clients les utilisent

Utilité des réseaux informatiques

• Partage de fichiers, d’imprimantes et de bases de données
• Accès à distance via Internet
• Communication (e-mails, visioconférences, messagerie instantanée)
• Hébergement d’applications et de services (cloud computing)

Types de réseaux

• LAN (Local Area Network) : Réseau local, comme dans une maison, un bureau ou une école ‘Réseau Wi-Fi domestique’
• WAN (Wide Area Network) : Réseau étendu couvrant de grandes distances géographiques ’Internet’
• MAN (Metropolitan Area Network) : Réseau couvrant une ville ou une région métropolitaine ‘Réseau utilisé par une municipalité pour connecter ses bâtiments
• PAN (Personal Area Network) : Réseau personnel limité à un utilisateur
• VPN (Virtual Private Network) : Crée une connexion sécurisée sur un réseau public

Topologies des réseaux

• La topologie est la manière dont les ordinateurs sont interconnectés dans le réseau
• La topologie physique : est l’arrangement physique ou la configuration spatiale du réseau
• La topologie logique représente la façon dont les données transitent dans les supports de communication
• On distingue donc la topologie physique des réseaux et la topologie logique
• Les différentes formes de topologie sont :
• Topologie en bus
• Topologie en étoile
• Topologie en anneau
• Topologie en arbre
• Topologie maillée

Topologie en bus

• Le mot «bus» désigne le segment central où les machines viennent s’y accrocher et chaque extrémité est terminée par un bouchon
• Une seule station peut émettre à la fois
• Lorsqu’une station émet des données, celles-ci circulent sur tout le bus et la station destinataire peut la récupérer. Le média utilisé est un câble coaxial fin (fil de cuivre)
• Débit maximal de 10 Mbits/s
• Longueur maximale de 185 m
• La norme utilisée est l’Ethernet 10BASE2 ou 10BASE5

Topologie en étoile

• C’est la topologie la plus courante aujourd’hui et la communication entre machines se fait via un matériel central qui peut être un commutateur (switch) ou bien un concentrateur (hub)
• Si le média utilisé est un fil de cuivre à paires torsadées (STP) :
• Débit maximal de 100 Mbits/s
• Longueur maximale de 100 m
• La norme utilisée est l’Ethernet 100BaseTX
• Si le média utilisé est la fibre optique :
• Débit de 155 Mbits/s à 10 Gbits/s
• Pas de longueur maximale
• La norme utilisée est l’Ethernet 100BaseF

Topologie en anneau

• Les ordinateurs sont situés sur une boucle et communiquent chacun à son tour
• Un équipement appelé MAU (Multistation Access Unit) est utilisé pour gérer la communication en impartissant le temps de parole pour chacune des stations
• La méthode d’accès au support de communication est dite «Token ring", dont le principe est : Une station connectée au réseau possède un jeton virtuel qui est une autorisation de communication
• Une fois que la station a transmis, elle passe le jeton à la station suivante et ainsi de suite

Topologie en deux anneaux

• Le FDDI (Fiber Distributed Data Interface) est une topologie réseau constituée de deux anneaux
• L'anneau Primaire assure la transmission de données
• L'anneau Secondaire assure la détection et la correction des erreurs
• Le jeton circule entre la machine à une vitesse très élevée, si celui-ci n’arrive pas au bout d’un certain délai, la machine considère qu’il y a eu une erreur sur le réseau

Topologie en arbre

• Cette topologie est dérivée des réseaux en étoile, les réseaux hiérarchiques sont constitués d’un ensemble de réseaux étoiles reliées entre eux par des concentrateurs cascadables (stackable hubs) jusqu’à un nœud unique

Topologie maillée

• Le réseau maillé est une topologie de réseau dont tous les ordinateurs sont connectés point à point sans hiérarchie centrale, ce qui permet de multiples choix de chemins vers une même destination
• Elle est très résistante à la défaillance d’un nœud
• Le réseau Internet est basé sur une topologie maillée
• Son type peut être de deux types :
• Maillage complet : chaque nœud a un circuit
• Maillage partiel : certains noeuds en maillage complet

Topologie mixte

• Il s’agit d’un regroupement de plusieurs topologies différentes

Topologie cellulaire

• La topologie cellulaire est employée dans les réseaux sans fils. les réseaux cellulaires utilisent des protocoles dits : à diffusion, c’est-à-dire, tous les nœuds (téléphones mobiles) reçoivent les transmissions depuis un site central sur un canal fixé (appelé : contrôle)
• L’un de ces nœuds (appelé station de base) utilise ce canal commun pour fournir à un nœud le numéro de canal spécifique (appelé : utilisateur) afin d’établir sa connexion, pendant tout la durée de la connexion, le téléphone communique simultanément avec la station de base au moyen du canal de contrôle et du canal utilisateur

Supports de transmission

• Support de transmission est tout moyen permettant de transporter des données sous forme de signaux de leur source vers leur destination, et il existe deux types de supports
• Supports filaires : la paire torsadée, le câble coaxial, la fibre optique
• Supports sans fils : tels que les ondes électromagnétiques

Les supports filaires

• La paire torsadée est actuellement le support physique le plus utilisé
• Elle est constituée de plusieurs fils de cuivre, torsadés par paires, ces paires sont elles même torsadées entre elles
• Un câble peut regrouper une ou plusieurs paires torsadées
• On distingue :
• STP (Shielded Twisted Pair) blindées
• UTP (Unshielded Twisted Pair) non blindées
• Le câble coaxial constitue une amélioration de la paire torsadée :
• C’est un câble électrique constitué de deux conducteurs à symétrie cylindrique de même axe, séparés par un isolant
• Ils sont utilisés dans des infrastructures longue distance et les réseaux de télévisions, avec les caractéristiques suivantes Debits entre 10 et 100 Mbit/s Longueur max de 500 m.
• La fibre optique comporte une âme (cœur) en verre ou en plastique très fin (silicium) et qui a la propriété de conduire la lumière
• Les bits sont codés sur la fibre sous forme d’impulsions lumineuses
• Le câble à fibre optique sert à guider les ondes qui transmettent dans le centre de la fibre appelé cœur
• Une fibre optique transmet les données dans un seul sens, donc il faut 2 fibres : une pour la transmission et l’autre pour la réception
• Les connecteurs fibre optique (ST (Straight Tip), SC (Subscriber Connec-tor)) sont des dispositifs terminant une fibre optique et permettant de les raccorder aux équipements terminaux comme les Switchs
• Une fibre optique transmettant un seul rayon est appelée fibre monomode, et fibre multimode lorsqu'elle transmet plusieurs rayons dans son cœur
• Sa vitesse est à partir de +100 Mbits/s pour une longueur maximale de 220 kms

Les supports sans fils

• La transmission des ondes électromagnétiques peuvent se faire dans l’air ou le vide, avec les caractéristiques principales suivantes :
• La fréquence : mesurée Hertz (Hz)
• La longueur d’onde (portée) : mesurée en mètre
• Le débit : mesuré en bits/s
• Les supports sans fils sont classés en plusieurs familles selon la fréquence et la longueur d’onde qui les caractérisent
• La technologie Wi-Fi (IEEE 802.11x) :Elle s'opère dans la bande de fréquences de 2,4 ou 5 GHz et permet de relier des équipements informatiques dans un réseau sans fil haut débit
• La technologie de la téléphonie mobile ou cellulaire(GSM, 3G,4G)
• Les technologies de courte portée incluent :
• Bluetooth permet les transmissions à faible distance
• Zigbee est utilisée par certains capteurs, tels que les détecteurs de fumée
• Near Field Communication (NFC) pour les objets équipés d’une puce électronique RFID

Les équipements d’interconnexion

• Concentrateur (Hub) : Il permet de régénérer le signal entre deux nœuds de réseau ainsi que de prolonger facilement un support de transmission existant et d'interconnecter deux segments d'un même réseau C’est comme un répéteur multiports, il transfère et renvoi tous les paquets reçues à tous les ports, sans filtrage de données, ni contrôle son Utilisation est de connecter plus d’ordinateurs ensemble dans un petit réseau local
• Pont (Bridge) : Il se présente sous forme d'un boîtier muni d'un nombre limité de ports et permet d'interconnecter des réseaux travaillant avec le même protocole Le hub travaille au niveau physique Le pont travaille aussi au niveau logique en permettant Filtrage des adresses , segmentation , réduire le trafic, confidentialité
• Switch (ou commutateur) est un pont multiports, permettant de connecter plusieurs appareils en réseau et sont un peu plus intelligents que les hubs La principale caractéristique d'un switch est de savoir déterminer sur quel port il doit envoyer une trame en fonction du destinataire Il va acheminer la trame seulement à l'ordinateur X qui se situe sur le port
• Routeur (Router) permet d'interconnecter des réseaux de même ou différentes technologies et d'assurer un acheminement (routage) des paquets entre équipement et réseaux selon les adresses logiques C'est un équipement capable de diriger les paquets transitant entre des réseaux indépendants :Grâce à des algorithmes et des tables de routage , le routeur traite les paquets en fonction de leurs adresses IP
• Multilayers Switch est un commutateur multicouches capable de remplir en plus de la tâche de commutation, la tâche du routage Il est aussi appelé : Switch de niveau 3, c’est un véritable routeur dédié au réseau LAN d'entreprise

Modèle OSI et TCP

• Avant le modèle OSI, les fabricants développaient leurs propres protocoles propriétaires, rendant difficile l'interopérabilité entre leurs systèmes
• Le constructeur informatique IBM a proposé l’architecture SNA (Systems Network Architecture)
• Le constructeur informatique DEC a proposé l’architecture DNA (Digital Network Architecture,
• L'ISO a développé un modèle de référence appelé OSI, qui prend en compte de l'hétérogénéité entre les différentes architectures de différents constructeurs informatiques. Cette hétérogénéité impose donc l'adoption de règles communes de communication et de coopération entre les équipements, ce qui doit mener à une normalisation internationale des protocoles
• Ce modèle décrit principalement toutes les fonctionnalités nécessaires pour mettre en place une communication entre les différents nœuds du réseau
• OSI n'est pas une véritable architecture du réseau, du fait qu’il ne précise pas en réalité tous les services et tous les protocoles à utiliser pour chaque couche. Il décrit principalement toutes les fonctionnalités fournies par les couches (OSI comprend sept couches)
• Chaque couche du modèle OSI a ses propres normes

Encapsulation

• Les données sont encapsulées par la couche TCP ou UDP, qui sont elles même encapsulée par IP. un paquet IP peut également être encapsulé par PPP pour être transmis par modem ou par HDLC ou par Ethernet pour être transmis sur réseau local
• Chaque couche fournit des services pour assurer un rôle précis et dialogue avec la couche juste au-dessus et celle juste au-dessous. Chaque couche fournit des services à la couche au-dessus, et utilise les services de la couche en-dessous

OSI en couches

• Chaque couche encapsule les données venant de la couche du dessus en y ajoutant ses propres informations avant de le passer à la couche du dessous (et opération inverse dans l'autre sens)
• Les données de l’ordinateur émetteur traversent chacune de ces 7 couches (de haut en bas) avant d’être transmises (sous la forme de trames) au support de communication, puis, arrivées à destination, les trames traversent chacune de ces 7 couches (de bas en haut) avant d’être communiquées à l’ordinateur récepteur

Modèle OSI

• Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) a été développé par l’ISO en 1984 pour résoudre des problèmes de compatibilité et standardiser les communications entre différents systèmes informatiques.
• Il permet donc de :
• Fournir une structure claire et universelle pour comprendre les réseaux
• Favoriser l’interopérabilité entre systèmes différents
• Simplifier le développement, la maintenance et le dépannage des technologies réseau
• Servir de base pour la recherche et l’innovation dans le domaine des réseaux

Les 7 couches du modèles OSI

• Couche physique : Transfert des bits bruts (0 et 1) sur un support physique (câbles, fibres optiques)
• Équipements inclus : Câbles, hubs, connecteurs, signaux
• Couche liaison de données : Organisation des données en trames et gestion des erreurs de transmission
• Protocoles inclus : Ethernet, PPP
• Equipements inclus : Switch, cartes réseau
  • Couche réseau : Gestion de l’adressage et du routage des paquets à travers plusieurs réseaux
  • Protocoles inclus : IP, ICMP
  • Équipements inclus : Routeurs
  • Couche transport : Assure une transmission fiable des données entre les hôtes
  • Protocoles inclus : TCP (fiable), UDP (non fiable)
  • Couche session : Gestion des sessions (établissement, maintenance et terminaison)
  • Exemple de protocole : Synchronisation entre applications
  • Couche présentation : Traduction des données (cryptage, compression, conversion de formats)
  • Exemple de protocole : SSL/TLS pour le chiffrement
  • Couche application : Interface avec l’utilisateur pour accéder aux services réseau
  • Exemples de protocoles : HTTP, FTP, SMTP, DNS

Modèle TCP/IP

• Modèle de 4 couches créé dans les années 1970 pour permettre la communication sur Internet, basé sur une implémentation réelle des protocoles.
  • Couche accès réseau :
  • Correspond aux couches physique et liaison de données du modèle OSI
  • Fonction : Gestion des connexions matérielles et transfert des données sur le réseau local
  • Couche Internet :
  • Correspond à la couche réseau du modèle OSI
  • Fonction : Adressage IP et routage des paquets sur plusieurs réseaux
  • Protocoles : IPv4, IPv6, ICMP
  • Couche transport :
  • Correspond à la couche transport du modèle OSI
  • Fonction : Communication de bout en bout entre hôtes
  • Protocoles : TCP (fiable), UDP (rapide mais non fiable)
  • Couche application :
  • Regroupe les couches application, présentation et session du modèle OSI
  • Fonction : Interface utilisateur et services réseau
  • Protocoles : HTTP, FTP, SMTP, DNS

Comparaison entre OSI et TCP/IP

• 7 Couches pour le modèles OSI vs 4 pour le modèle TCP/IP
• Modèle OSI théorique vs le modèle TCP/IP pratique
• Modèle OSI détaillé vs le modèle TCP/I simplifiée

La couche réseau et le protocole IP

• la couche IP attribue une adresse IP aux machines du réseau et gère la circulation des paquets à travers le réseau en assurant leur routage et leur fragmentation
• Elle comprend les protocoles ICMP et IGMP
• Le Protocole IP est sans connexion, ne gère pas les erreur de transmission, et s'occupe de l'adressage , la fragmentation et le routage

Description de la structure du paquet IP

• Composé de 14 champs, les principaux étant :
  • version : la version du protocole IP (4 ou 6), codé sur 4bits
  • long : longueur de l’en-tête ; codé sur 4 bits
  • TOS/Type of Service : la façon dont le datagramme doit être traité ; codé sur 8bits
  • Longueur datagramme ; longueur totale du paquet
  • Identification : permet au récepteur d’identifier les fragments d’un même datagramme; codé sur 16bit
  • Drapeau/flag ; indique si le paquet est fragmenté (codé sur 3bit)
  • Place du fragment : Positionne le fragment par rapport au premier fragment (codé sur 13 bit)
  • Durée de vie/TTL : indique le nombre de routeurs qu'un datagramme peur traverser (indique le nombre maximal de routeurs que peut traverser un datagramme)
  • Protocole : protocole de la couche supérieure ; codé ur 8 bit
  • Checksum : code arithmétique détectant des erreurs
  • Adresse source : adresse IP de l’émetteur du paquet
  • Adresse destination : adresse IP du destinataire du paquet
  • (Options) : de taille variable, permet de faire certains transferts particuliers
  • Données/payload : contient les entêtes des couches 4,5,6 et 7 et les données de l’utilisateur

Fragmentation

• taille maximale d’un datagramme IP est 65536 octets (64 Mo)
• La fragmentation d’un paquet est contrôlée par les champs du datagramme IP suivants : longueur totale, identification, drapeaux et champ position du fragment.

Adressage du reseau

• Dans un réseau informatique, chaque périphérique doit disposer d’une adresse IP unique sous un format normalisé.
• Contrairement àl’adresse physique, l’adresse IP est une adresse logique qui ne dépend pas de la machine, elle est choisie pour pouvoir désigner une machine en tant que membre d’un réseau ou d’un sous-réseau
• Une adresse IP se compose en 32 bits et s’écrit sous forme de 4 octets en décimal, soit environ 4 milliards de combinaisons possibles

Type d'adresses IP

• Les types d’adresses IP sont organisées en cinq classes : -. Classe A : 126 réseaux, 17 millions de machines . - Classe B : 16384 moyens réseaux, 65000 machines . - Classe C : petite réseaux, la plus utilisée dans l'Internet, 2 millions de réseaux, 254 machines
• Classe D : classe de diffusion multiple (Multicast)
• Classe E : classe expérimentale, réservée à des usages d'essai ou de futur
• Les adresse IP comporte une parties Identificateur de réseaux et Identificateur de machines Les identificateurs des réseaux sont contrôlés par le NIC (Network Information Center) en Californie Les identificateurs des machines sont contrôlés localement

Adresses broadcast et unicast

• unicast : communication 1 vers 1
• broadcast : communication 1 vers tous
• multicast : communication 1 vers plusieurs (mais pas tout le monde !)
• Si l'adresse réseau est 192.168.1.0 /24, alors l’adresse de broadcast est 192.168.1.255
• Pour Ethernet, l’adresse de broadcast est FF-FF-FF-FF-FF-FF

Masque du réseau

• Classe A le masque est 255.0.0.0, 16 million d'adresses IP
• Classe B le masque est 255.255.0.0, 65 536 adresses IP
• Classe C le masque est 255.255.255.0, 255 adresses IP
• Pour les classes D et E, il n’y en a pas parce que c'est réservés/test

Sous-réseaux

• L'utilité premier c'est de subdiviser pour optimiser les échanges inter machines
• Cela réduit le trafic global, améliore la connectivité du réseau , permet d'éviter certains réseaux d’accéder à d'autre
• un sous réseaux contient 2n -2 machines, avec le nombre 2 correspond à une adresse du sous réseau et une adresse de diffusion Le masque de sous-réseau indique le nombre de bits utilisés pour identifier le sous réseau. Les masques de sous réseaux sont utilisés par les routeurs, pour déterminer combien de bits utilisés pour le sous réseau

Planification et câblage des réseaux

Les étapes a suivre étant

• L’expression des besoins
• La description de l’existant,
• L’analyse des choix
• La mise en œuvre, , les passages, installation , DMZ…

VLAN, les réseaux locaux virtuel

• Les réseaux VLANs est un moyen de recâbler(ou segmenter) un immeuble au niveau logiciel indépendance géographique
• Réduit le trafic, améliore la sécurité,..En gros, un réseau VLANs c’est comme un sous-réseau
• 3 types de configuration de VLAN au niveau du switch :
• par pot
• par adresse Mac
• par adresse IP
• deux règles pour les VLANs au niveau du switch : affecter les ports, affecter la bonne adresse IP( qui dépend de membership)

Fonctionnement

• Interconnexion par inter-VLAN en se basant sur un routeur peut réaliser l’interconnexion entre les deux VLANs et modifie le VID
• Affection de port au VLAN Switch (config)#Interface FastEthernet 0/8 , Switch (config /if)#switch
• aggrégation : une liaison qui porte plusieurs VLANs
• TPID : type de tag (0x 8100 pour la norme 802.1Q), on trouve aussi le priorité, et VID, VLAN identifier (jusqu’a 4096 vlans)

Routage

• Les données d'un équipement expéditeur qui sont acheminées jusqu'à leur destinataire au niveau du réseau local ou les données en sortent
• Pour un fonctionnement plus optimisée, des device tel Routeur avec des plusieurs cartes réseaux qui utilisent une tables de routage , doit être mit en place. Les passerelles en général ; IP du machines,adresse, masque, etc …. Sont à mettre en place avec les commandes tel que netstat -r pour windows, routre print et autre …
• Manuelle : le « routage statique » est paramettre à la main par admin, Automatique : dynamique de mises en pas jour grâce à des protocoles tel vecteur

Routage statique

• La commande « route » permet de faire le routage route add | del [net | host] destination | netmask | gw | metric

• des example sont : -net, -defaut

Configuration

Mettre en place d :

• un configuration IP et une bonne table de routage, avec l’approprie commande pour vérifies ifconfig eth0 (ici le eth0 depend) 192.168.2.1 netmask 255.255.255.0 Ajouter ou sur primer la route, 192.168.3.0 gw 192.168.2.1 Et l’exercice se termine