Cours Réseaux Informatique SMI-S5 PDF

COURS RÉSEAUX INFORMATIQUE SMI-S5 Objectif  Introduction au monde des réseaux informatiques  La compréhension des concepts fondamentaux utilisés en réseaux :  Structuration d’une architecture de communication en couches,  Notion de Protocole  Principaux mécanismes...

COURS RÉSEAUX INFORMATIQUE SMI-S5 Objectif  Introduction au monde des réseaux informatiques  La compréhension des concepts fondamentaux utilisés en réseaux :  Structuration d’une architecture de communication en couches,  Notion de Protocole  Principaux mécanismes de communications tel que : contrôle d’erreur, contrôle de flux, routage, adressage Réseau Un réseau est un ensemble d'objets interconnectés les uns avec les autres. Il permet de faire circuler des éléments entre chacun de ces objets selon des règles bien définies. Exemple de réseau : Réseau de transport : Transport de personnes (trains, bus, taxi) Réseau téléphonique : Transport de la voix de téléphone à téléphone Réseau de neurones : Cellules reliées entre elles Réseau informatique : Ensemble d'ordinateurs reliés entre eux pour échanger des données numériques (des 0 ou des 1) Pour décrire un réseau, il faut répondre aux questions suivantes : Que transporte le réseau ? Qui assure le transport ? Comment le transporte-il ? Introduction aux réseaux informatique Plan  Réseaux informatiques : Définition et historique  Eléments d’un réseau informatique  Topologies physique  Modes de transmission  Modes de diffusion  Modes de connexion  Classification des réseaux informatiques Réseau informatique : Définition Un réseau informatique désigne un ensemble de périphériques (équipement numériques) interconnectés entre eux par des liaisons physiques. Réseau informatique : Définition Un réseau informatique permet l’échange de données numériques, entre machines distantes relayées par des équipements intermédiaires qu’on appelle nœuds de transferts ou équipements d’interconnexion. Remarques : Les périphériques en communication peuvent être situés dans différents domaines géographiques Réseau informatique : Définition Un réseau s’appuie sur deux notions fondamentales :  L’interconnexion qui assure la transmission des données d’un nœud à un autre.  La communication qui permet l’échange des données Sachant que : Un noeud (node) est l’extrémité d’une connexion. Réseau informatique : Définition Finalité des réseaux  Echanger des données  Travailler ensemble  Partager des ressources matérielles et logicielles (serveur d’impression et serveur d’application)  Centraliser des données importantes (serveur de fichier)  Accès à des services à distance : base de donnée, programmes...  Communication : Mail, News, Talk, Téléconférence etc.... Réseau informatique : Caractéristiques Les caractéristiques de base d’un réseau sont : La topologie qui définit l’architecture d’un réseau : on distingue la topologie physique qui définit la manière dont les équipements sont interconnectés entre eux et la topologie logique qui précise la manière dont les équipements communiquent entre eux Le débit exprimé en bits/s (ou bps) qui mesure une quantité de données numériques (bits) transmises par seconde (s). La distance maximale (ou portée) qui dépend de la technologie mise en œuvre. Historique En 1950 : le seul moyen d'échanger des données de station (équipement informatique) à station était la disquette. Pour la même département d’une entreprise, cette méthode d’échange de données ne pausait pas de problèmes. Cependant la taille des entreprises ne cesse pas de croitre au fil du temps et donc il a fallu envisager un autre mode d'échange des données.  Les Réseaux informatiques sont nés du besoin de faire communiquer des terminaux distants avec un site central puis des ordinateurs entre eux. historique  Vers 1960 la naissance de la ‘carte réseau’ ou ‘carte d'interface réseau’  Entre 1959 et 1968 : la création du projet ARPAnet (Advanced Research Projects Agency Network.) qui a servi dans la guerre froide d’interconnecté des points stratégiques par un réseau câblé  Les réseaux informatiques filaires entre sites distants apparaissent dans les années 1970  Entre 1970 et 1982 :  Premières connexions entre la Norvège et Londres.  1983 : Naissance d’Internet  Avec le protocole TCP/IP, tous les réseaux s’interconnectent.  1986 : Les autoroutes de l ’information  La NSF (National Science Foundation) décide de déployer des superordinateurs afin d ’augmenter le débit d ’Internet Eléments d’un réseau informatique Éléments d’un réseau informatique Pour créer un réseau informatique nous avons besoin d’un ensemble d’équipements physiques et logiciels :  Terminal doté d’une carte de communication : carte interface réseau (PC, serveur, imprimante, cellulaire)  Supports physiques ou lignes de transfert  Equipements d’interconnexion  Logiciel : un navigateur, un client de messagerie, un serveur web,... et une Pile de protocoles Éléments d’un réseau informatique Éléments d’un réseau informatique Périphérique Terminal :  Une machine ordinateur (ou en général c’est un équipement qui utilise les ressources disponible sur le réseau)  Imprimante  Serveur : dispose de service de base de donnée, de calcul, de fichier, mail, …. Éléments d’un réseau informatique Supports physiques ou lignes de transfert : pour relier logiquement deux machines ou plus entre elles, il faut bien utiliser un ou plusieurs "Supports physiques" sur lesquels l'information proprement dite va circuler.  Câbles coaxiale, paire torsadé (lien cuivre) : c'est le moyen le plus ancien de transfert des données. Le signal est de nature électrique  Fibre optique dont le signal électrique binaire est converti en signal binaire optique. La fibre est en verre ou en plastique.  Onde radio : Les ondes radioélectriques (dites ondes radio) sont des ondes électromagnétiques dont la fréquence d'onde est par convention comprise entre 9 kHz et 3000 GHz, ce qui correspond à des longueurs d'onde de 33 km à 0,1 mm. Éléments d’un réseau informatique Périphérique d’interconnexion ou nœud de transfert : Ils assurent la connexion à Internet et les interconnexions entre les éléments du réseau  Répéteur : est un équipement électronique simple permettant d’amplifier un signal afin d’augmenter la taille d’un réseau. Ce n’est pas un équipement intelligent, il ne fait qu’augmenter la longueur du support physique.  Concentrateur (Hub) : Il permet de concentrer le trafic réseau provenant de plusieurs hôtes, Quand il reçoit une information en provenance d'un des ordinateurs connectés, le hub la diffuse à tous les autres ordinateurs connectés, quelque soit le destinataire réel du message Éléments d’un réseau informatique  Pont (bridges) : Sa fonction est d'interconnecter deux segments de réseaux distincts.  Commutateur (Switch) : C’est un pont multiport mais filtrant : quand il reçoit une information en provenance d'un des ordinateurs connectés, il la transmet à l’ordinateur destinataire du message. Contrairement au hub, on peut donc dire qu'il est « intelligent », car il est capable de savoir qui est le destinataire d'un message.  Routeur (router) : C’est un dispositif d’interconnexion de réseaux informatiques permettant d’assurer le routage des paquets entre deux réseaux distants ou plus. Il permet de déterminer le chemin qu’un paquet de données va emprunter. Topologies physique Topologies physique La topologie décrit l'organisation physique du réseau, celle que l'on voit. On distingue trois topologies :  Topologie en étoile  Topologie en bus  Topologie en anneau Topologie en étoile Dans cette topologie tous les postes convergent vers un point central. Les stations sont reliées à un commutateur (switch) ou bien un concentrateur (hub) situé au centre du réseau. Avantages : si un lien est rompu, un seul poste est déconnecté. collisions évitables. Inconvénients : câblage couteux; matériel d'interconnexion nécessaire. Topologie en étoile Remarque : Chaque message envoyé par un poste sur le réseau arrive tout d’abord au point centrale. Suivant la nature de ce point le message est diffusé ou envoyé directement au poste destinataire. Topologie en bus Dans cette topologie tous les postes (stations) sont directement reliés à un conducteur (fil) électrique commun dont chaque extrémité est terminée par un bouchon ou terminateur. Avantages : câblage simple, économique. Inconvénients : si le bus est rompu, de nombreux postes sont déconnectés; collisions inévitables. Topologie en bus Remarques : Chaque message envoyé par un équipement sur le réseau est reçu par tous les autres. Topologie en anneau Dans cette topologie les postes peuvent s’organisé en deux représentations physiques :  Dans la première, chaque poste a deux voisins; le dernier étant rebouclé sur le premier.  Dans la deuxième, ils se sont reliés à un répartiteur appelé MAU (Multistation Access Unit) qui donne successivement le droit de transmettre ses message.  Dans les deux représentations physiques, les postes communiquent chacun à leur tour. On dit chacun d'entre-eux va "avoir la parole" successivement. MAU Topologie en anneau Avantages : câblage relativement économique; pas de collisions; Inconvénients : si le bus est rompu dans la première représentation, tous le postes seront déconnectés; Modes de transmission Modes de transmission La transmission des messages entre deux équipement est caractérisée par :  L’organisation des échanges  Le type de liaison : le nombre de bits envoyés simultanément  La synchronisation entre émetteur et récepteur L’organisation des échanges  Selon le sens des échanges, on distingue 3 modes de transmission :  Liaison Simplex  Liaison Half-duplex  Liaison Full-Duplex L’organisation des échanges La liaison simplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un seul sens, c'est-à-dire de l'émetteur vers le récepteur.  Ce genre de liaison est utile lorsque les données n'ont pas besoin de circuler dans les deux sens par exemple d’un ordinateur vers l'imprimante. L’organisation des échanges La liaison half-duplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un sens ou l'autre, mais pas les deux simultanément.  Avec ce genre de liaison chaque extrémité de la liaison émet à son tour. Ce type de liaison permet d'avoir une liaison bidirectionnelle utilisant la capacité totale de la ligne. L’organisation des échanges La liaison full-duplex caractérise une liaison dans laquelle les données circulent de façon bidirectionnelle et simultanément.  Chaque extrémité de la ligne peut émettre et recevoir en même temps, ce qui signifie que la bande passante est divisée par deux si un même support de transmission est utilisé pour les deux transmissions. Le type de liaison Le type de liaison désigne le nombre d'unités élémentaires d'informations (bits) pouvant être simultanément transmises par le canal de communication (support physique) :  Liaison parallèle  Liaison série Liaison parallèle Liaison parallèle désigne la transmission simultanée de N bits. Ces bits sont envoyés simultanément sur N voies différentes (une voie étant par exemple un fil, un câble ou tout autre support physique). Liaison série Dans une Liaison série les données sont envoyées bit par bit sur la voie de transmission.  Toutefois, étant donné que la plupart des processeurs traitent les informations de façon parallèle, il s'agit de transformer des données arrivant de façon parallèle en données en série au niveau de l'émetteur, et inversement au niveau du récepteur. Synchronisation Dans une liaison série un seul fil transporte l'information, ce qui pose un problème de synchronisation entre l'émetteur et le récepteur. Il ne peut pas a priori distinguer les caractères (les séquences de bits) car les bits sont envoyés successivement.  Il existe donc deux techniques de transmission permettant de remédier à ce problème :  Asynchrone  Synchrone Transmission asynchrone Dans ce mode de transmission, chaque caractère (bloc de bits d’information) est émis de façon irrégulière dans le temps Par exemple un utilisateur envoyant en temps réel des caractères saisis au clavier). Ainsi, imaginons qu'un seul bit soit transmis pendant une longue période de silence... le récepteur ne pourrait savoir s'il s'agit de 00010000, ou 10000000 ou encore 00000100... Transmission asynchrone Afin de remédier à ce problème, chaque caractère est précédé d'une information indiquant le début de la transmission du caractère (l'information de début d'émission est appelée bit START) et terminé par l'envoi d'une information de fin de transmission (appelée bit STOP) Transmission synchrone La transmission synchrone permet de transmettre un bloc de bits d'information, sous la forme d'un flot continu de bits, sans utiliser les bit de synchronisation bit START et bit STOP. Les données sont rythmées par une horloge qui assure un temps constant entre chaque bit envoyé, mais aussi entre chaque caractère. Modes de diffusion Modes de diffusion On distingue trois modes de diffusion d’un message envoyé par un périphérique connecté au réseau.  Unicast  Multicast  Broadcast Modes de diffusion : unicast Le mode Unicast implique la communication entre 2 ordinateurs identifiés chacun par une adresse réseau unique. Les paquets de données sont acheminés (routés) sur le réseau suivant l'adresse du destinataire.  Communication point à point.  Envoi paquets à une seule adresse IP  Seul le destinataire intercepte et décode le paquet qui lui est adressé. Sachant qu’une adresse IP : Adresse réseau unique identifie chaque machine connectée au réseau Modes de diffusion : multicast Le mode Multicast est utilisé pour transmettre l'information d'un émetteur (source unique) vers un groupe (plusieurs destinataires). On dit aussi diffusion multipoint ou diffusion de groupe.  Communication multipoint.  Envoi de paquets à plusieurs machine (adresses IP) qui se sont abonnés au préalable pour recevoir ces paquets. Modes de diffusion : broadcast Le mode broadcast désigne la transmission d’un message par un périphérique source à touts les périphériques connectés au réseau  Communication multipoint.  Envoi de paquets à toutes les machines connectés au réseau. Remarque : Un commutateur recevant un message de broadcast sur l'un de ses ports le diffusera sur tous les autres ports. Modes de connexion Modes de connexion On distingue deux modes de communication entre les périphériques (de type terminal) du réseau :  Le mode connecté  Le mode non connecté Mode connecté Dans le Mode connecté toute communication entre 2 équipements suit le processus suivant: 1) L'émetteur demande l'établissement d’une connexion par l’envoie d’un bloc de données spéciales. 2) Si le récepteur refuse cette connexion la communication n’a pas lieu. 3) Si la connexion est acceptée, elle est établie et les données sont ensuite transférées d’un point à l’autre. 4) La connexion est libérée. Mode non connecté Dans le Mode non connecté les blocs de données, sont émis sans vérifier à l’avance si l’équipement à atteindre, ainsi que les nœuds intermédiaires, sont bien actifs. Classification des réseaux Classification des réseaux Selon l’étendu géographique ou la porté on distingue trois catégorie de réseau :  Les LAN : Local Area Network  Les MAN : Metropolitan Area Network  Les WAN : Wide Area Network Réseau LAN LAN : (Local Area Network) ou encore appelé réseau local, constitué d'ordinateurs et de périphériques reliés entre eux et implantés dans une même surface géographique.  Il ne dépasse pas généralement la centaine de machines et ne dessert jamais au-delà du kilomètre.  Le partage des ressources est ici fréquent et les vitesses de transmissions vont de 10 à 100 Mb/s. Réseau MAN Le MAN (Metropolitan Area Network) ou encore réseau métropolitain, interconnecte plusieurs LAN géographiquement proches à des débits importants. Un MAN permet à deux périphériques distants (10 à 25Km) de communiquer comme s’ils faisaient partie d'un même réseau local. Réseau WAN Le WAN (Wide Area Network) ou réseau grande distance sert à interconnecter plusieurs LAN géographiquement éloignés. Les grandes distances qu‘un réseau WAN couvre (plusieurs centaines de kms) font que les liaisons sont assurés souvent par du matériel moins sophistiqué (raisons financières) et le débit s'en trouve un peu pénalisé