Les réseaux: architecture matérielle

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Chapitre IX : Introduction aux réseaux
1. Qu’est ce qu’un réseau ?
Aujourd’hui, il existe plusieurs types de réseaux : routier, téléphonique, informatique …
D’une manière générale, les réseaux représentent une interconnexion d’éléments permettant de favoriser la
communication et les échanges entre tous les éléments interconnectés.
En informatique, les réseaux sont soit classés selon leurs familles ou selon leur taille.
-Famille de réseaux :
Les réseaux à diffusion se caractérisent de la façon suivante. Toutes les machines se partagent un seul et unique
canal de communication. Résultat : lorsqu'un ordinateur émet un message sur ce réseau, plusieurs autres
ordinateurs le reçoivent également. Il existe plusieurs façons de transmettre des données sous forme de
diffusions. Il s'agit des diffusions unicast (1 vers 1), multicast (1 vers x , x <=n) et broadcast (1 vers n).
Les réseaux point à point sont cette fois caractérisés par un canal de communication ne reliant que deux
machines, c'est-à-dire que pour arriver à sa destination, un message doit transiter par plusieurs machines
intermédiaires.
Un réseau local (Local Area Network) peut s’étendre de quelques kilomètres et correspond au réseau d’une entreprise. Ce réseau
peut se développer sur plusieurs bâtiments et permet de satisfaire tous les besoins internes aux entreprises.
Un réseau métropolitain (Metropolitan Area Network) interconnecte plusieurs sites situés dans la même ville (par exemple les sites
des universités ou d’une administration), chaque site possédant son propre réseau local.
Un réseau étendu (Wide Area Network) permet de communiquer à l’échelle d’un pays, ou de la planète entière à l’aide de liaisons
terrestres ou spatiales (satellites).
Il existe d'autres représentations : Tiny Area Network : réseau associé à deux ou trois postes de travail. Campus
Area Network : réseau de la taille d'un campus universitaire (équivalent au MAN)...
Figure 1 : Classification des réseaux informatique selon leur taille
2. Quel est l’utilité d’un réseau ?
Le réseau permet le partage :
- des ressources matérielles : exemple : partage d’une imprimante pour tout les employés du service comptable
d’une entreprise. Il s'agit là de rendre accessible une ressource à plusieurs membres d'un réseau.
- des ressources logicielles : un logiciel de comptabilité est installé sur un serveur et plusieurs personnes peuvent
l’utiliser en même temps à partir de leur ordinateur de bureau.
- d’informations : une secrétaire travaille sur la facturation des clients, elle a besoin d’informations sur l’un de ces
clients. Sans réseau, il doit aller rechercher ces informations sur l’ordinateur de son collègue du service
commercial (perte de temps). De plus, si le commercial modifie par la suite les informations sur ses clients, la
secrétaire n’aura pas répercuté ces modifications au niveau de son travail (problème d’intégrité des données).
Cet exemple montre la nécessite un fichier client commun géré par plusieurs personnes (utilisateurs) (sécurité et
droits d’accès : consultation ; mise à jour, modification de données).
Le but d’un réseau local est de réduire les coûts (achat du matériel et des licences de logiciels, coût d’entretien et
d’installation, coût de communication …) au sein d’une entreprise. Un réseau permet également de communiquer
plus rapidement.
3. Classification et évolution des architectures réseaux
- Mainframe (architecture un tiers) (années 70 et 80 mainframe et terminaux passifs (revamping déportation de
l’interface), interface, traitements, données). L'information est centralisée par le mainframe.
- Réseau poste à poste (années 80 et 90)
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- Client-serveur (architecture deux tiers, années 80 et 90, exemple serveur SGBD (données) et client (interface,
traitements), middleware : ODBC, SQL*Net, DCE …)
Éléments
Définition
Avantages
Inconvénients
Réseau poste à poste
Toutes les machines du réseau sont sur le
même pied d’égalité. Chaque poste peut être
à la fois client ou serveur.
Simplicité d’installation et de configuration
-Coût faible : il ne nécessite pas de logiciel
spécifique
-Toutes les machines du réseau sont
utilisables comme poste de travail
- La sécurité est faible.
- La fiabilité est faible : le nombre de postes en
réseau ne doit pas dépasser 20 sous peine de
constater des lenteurs.
- Le système d’exploitation et tous les logiciels
applicatifs doivent être installés sur chaque
ordinateur, chaque ordinateur doit être
configuré pour accéder aux ressources des
autres ordinateurs et mettre à disposition ses
propres ressources.
Réseau ‘’Client-Serveur’’
Un ordinateur plus puissant (le serveur) met à la disposition
d’autres ordinateurs du réseau (les clients) ses ressources
(logicielles, matérielles …)
- Système sécurisé : la connexion au réseau se fait à l’aide d’un
‘’login’’ et d’un mot de passe.
- Système fiable et évolutif. Le système d’exploitation réseau
autorise de nombreuses connexions simultanées.
- Les ressources sont centralisées : serveur.
- Le coût est élevé car il nécessite l’achat d’un système
d’exploitation réseau et l’achat de licences client.
- Le coût du serveur est aussi élevé, il faut prévoir des
équipements complémentaires (onduleurs, périphériques de
sauvegarde). Le serveur ne doit pas être utilisé comme une
station de travail ordinaire.
-La mise en œuvre est complexe et nécessite une personne
compétente dans le domaine de l’administration réseau.
- Point sensible : le serveur.
4. Les connexions réseaux
Une connexion réseau peut être mise en œuvre par plusieurs équipements différents :
-La carte réseau prépare, envoie et contrôle les données sur le réseau. Pour cela elle utilise un transceiver qui transforme les
données parallèles numériques en données séries (électriques, optiques ou ondes radio). Chaque carte dispose d’une adresse
unique, appelée adresse MAC (6 octets dont 22 bits affectés au constructeur, affectée par le constructeur de la carte, ce qui lui
permet d’être identifiée de façon unique dans le monde parmi toutes les autres cartes réseau. Celles-ci se configurent par les IRQ,
canaux DMA, ports d'entrée-sortie, cavaliers. Une carte réseau comporte un processeur, une mémoire et parfois plusieurs
connectiques (BNC, AUI, RJ45 exemple : carte 3COM de type combo).
-Le modem permet de moduler un signal numérique, binaire, en signal analogique et démoduler un signal analogique en signal
numérique. La vitesse de transmission du modem est généralement exprimée en bauds, cette unité caractérise le nombre de
changement d'états que le modem fait subir au signal. Ainsi, le débit en bauds n'est pas vraiment égal au débit en bits par
secondes, car un changement d'état du signal peut très bien coder plusieurs bits.
- Les câbles réseaux sont assez variés. Les plus courants se représentent sous la forme suivante : <V><T><D>
FORMAT : vitesse de transmission (Mb/s) mode de transmission (Base = Base band) distance ou type de support.
10 Base 2 : dans les petits réseaux (de type bus). Il s'agit d'un câble coaxial fin (thin), débit : 10 Mbits/s. La connexion est basée
sur des connecteurs T connector, T terminator au niveau du câble et BNC au niveau de la carte réseau.
La longueur maximal d'un segment est de 185 m. Un réseau 10 Base 2 peut comporter jusqu’à 5 segments (925 m au total)
séparés par 4 répéteurs mais uniquement 3 segments peuvent comporter des stations utilisables sur le réseau (loi Ethernet 5-4-3).
Un segment du réseau peut contenir 30 stations. Chaque segment doit être connecté par deux terminateurs (T-Terminator) et un
des 2 terminateurs doit être connecté à la masse (Ground). Il existe des bouchons de terminaison du bus (impédance : 50 ohms).
La distance entre deux stations est d'au mois 0.5 m.
10 Base 5 : connecteur de la carte réseau de type DIX. Câble coaxial épais (thick) : RG11 utilisant un émetteur-récepteur
(Transceiver). AUI (Adaptor Unit Interface) : câble permettant de connecter l'émetteur-récepteur à la carte réseau.
Chaque segment peut comporter au maximum 100 stations. La longueur maximale d'un segment est de 500 m. La distance
minimum entre deux stations est de 2,5 m. D’après la loi Ethernet 5-4-3 : la distance la plus longue entre deux machines sur le
réseau 2500 m.
Avantages : peu sensible aux interférences (câbles possédant gaine, blindage, isolant, âme)
Inconvénients : installation délicate, assez cher (connectique spécifique),
10 Base T : utilise les câbles UTP/STP (paires torsadées) qui peuvent transférer l'information à la vitesse de 10 Mbits/s. Cette
technique permet d'utiliser des HUB (concentrateur), SWITCH (commutateur) mais également la connectique RJ45 au niveau des
équipements (et de la carte réseau). La distance maximale entre deux concentrateurs ou un concentrateur et une station de travail
est de 100m. On peut connecter au maximum quatre concentrateurs en série donc la distance maximale entre deux machines est
de 500 m.
Avantages : facile à installer, moins cher. Torsadés : pour éviter la diaphonie (interférences de signaux)
Inconvénients : sensible aux interférences, à protéger de la corrosion (à l’extérieur)
Les câblages x Base T ont plusieurs caractéristiques :
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- Câble pour connecter deux équipements de types différents (exemple HUB et Station) : câble droit (straight)
- Câble pour connecter deux équipements de même type (exemple HUB et HUB) : câble croisé (cross).
Câblages en cuivre, sous la forme de fils groupés Il existe plusieurs câbles : UTP (Unshield Twisted Pair), STP (Shield Twisted
par paire et torsadées. On trouvera :
Pair), FTP (Foiled Twisted Pair) ou SFTP. Ils sont classés selon plusieurs
1 paire pour le téléphone
catégories :
2 paires pour le réseau de 10 Mbits/s, 100 Mbits/s catégorie 1 et 2 : téléphonie (1Mhz)
4 paires pour le réseau 100 Mbits/s, 1Gbits/s
catégorie 3 (16 Mhz) : 10 Base T (et token-ring)
prises RJ11 (téléphone) ou RJ45 (Ethernet)
catégorie 4 (20 Mhz) : 10 Base T
catégorie 5 (100 à 200 Mhz) : 100 Base T
catégorie 5e (350 Mhz) : 1000 Base T
catégorie 6 (200 à 600 Mhz) : jusqu'à 10 Gbits sur 25 m.
catégorie 7 (600 Mhz) : jusqu'à 10 Gbits sur 100 m (connecteur GP 45).
10 Base FL : câble en fibre optique, connecteur ST et SC, mono-mode ou multi-mode. Distance du réseau formé : 2 à 10 Km.
Avantages : insensible aux interférences, débits élevés, câble léger peu encombrant, bande passante élevée, longues distances.
Inconvénients : coût élevé, manque de souplesse (fragile, fibre cassante), fastidieuse à installer (nécessite un outillage particulier),
prises spécifiques.
EVOLUTIONS :
Il existe de nouvelles normes (Ethernet) qui repoussent les limites au-delà de la vitesse classique de 10 Mbits/s. Ces normes ont
été développées pour supporter des applications à large bande passante (images, vidéos …).
100 Base T (Fast Ethernet) : de nouveaux réseaux Ethernet peuvent maintenant transférer l'information aux vitesses de 100
Mbits/s et encore plus rapidement. Ils utilisent des cartes réseaux de type Fast Ethernet, des concentrateurs de type Fast Ethernet,
connexion RJ45, des câbles UTP ou STP: catégorie 5 (2 paires). Avec cette connectique on peut relier au maximum deux
concentrateurs. La distance maximale entre deux stations est de moins de 300 m. (Autres normes 100 Base T4 et 100 Base VGANYLAN).
1000 base T (4paires, catégorie 5E, catégorie 6, exemple : 1000 base CX (IBM, twinax, 25m))
100 base FX (fibre optique mono-mode : 10 km, multi-mode : 2 km, connecteurs ST, SC, MTRJ)
1000 base SX (fibre optique multi-mode de 260 à 525 m maxi), 1000 base LX (mono-mode 5000 m, multi-mode de 440m à 550 m)
…
La majorité des réseaux physiques installés en entreprise sont basés sur ces câblages, ils forment la technologie
de connexion ‘’Ethernet". Cette connectique est la plus courant car elle existe depuis la fin des années 60.
Ethernet est une norme de réseau.
Tous ces câblages sont liés aux normes de réseaux présents dans les entreprises : les réseaux locaux.
On trouve également d’autres type de connexion réseau (sans câblage) :
-Les liaisons satellites, liaisons infrarouge, sensibles au déplacement de l'air
-Les liaisons herziennes (en voie de développement : WiFi, BlueTooth, longue distances…). WIFI : Wireless
Fidelity : Ethernet sur fréquence radio (débit 54 Mbits/s), distances de 50 à 300 m (cartes réseaux sans fil et
points d’accès sans fil (Access Point).
5. Les topologies réseaux
Il existe plusieurs formes ou topologies de réseaux :
b
a) En étoile (Ethernet)
b) En bus (Ethernet)
d
a
c) En anneau (IBM)
d) Maillée (grands réseaux : Internet)
Topologie
Réseau en bus
Réseau en étoile
c
Définition
Topologie la plus courante dans le monde des réseaux. Elle est très souvent utilisée pour des réseaux de
taille moyenne en raison de sa facilité et sa souplesse d’installation : un câble unique connecte tous les
ordinateurs sur une seule ligne. Une seul ordinateur peut émettre à la fois.
Tous les ordinateurs sont reliés à un élément central : concentrateur (hub) ou commutateur (switch).
Technologie souvent utilisée pour les réseaux Ethernet.
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Réseau en anneau
Topologie
Réseau en bus
Réseau en étoile
Réseau en anneau
L’anneau se présente sous la forme d’un bus fermé. Un équipement permet de matérialiser cet anneau : il
s’agit du MAU (Multisation Access Unit), il va régénérer les signaux.
L’accès des stations au réseau est géré par le passage d’un relais appelé « jeton » : l’ordinateur qui
possède le jeton peut soit émettre, soit passer le jeton à la station suivante. (réseaux Apple : AppleTalk et
IBM : Token Ring)
Avantages
Inconvénients
- Simplicité de mise en œuvre
- En cas de rupture de la ligne centrale, le réseau est bloqué.
- Coût faible (économie de câblage)
- Problèmes difficiles à localiser.
- La distance est de 185 m ou de 500
- Le débit est limité à 10 Mbits, ralentissement du trafic en cas
- Simple et facile à étendre
de nombreuses stations
- On peut ajouter ou supprimer des stations - Coût de l’équipement central et utilisation de plusieurs câbles
facilement ou des ordinateurs portables
pour l’interconnexion
- Si une station ou un câble est défaillant, le - Si l’élément central tombe en panne tout le monde est mis
réseau fonctionne encore
hors service.
-Le débit peut atteindre 1 Gbits en fonction
du câblage et des cartes réseaux utilisés
- Surveillance et gestion centralisée
- Accès égalitaire de toutes les stations
- Problèmes difficiles à isoler touche tout l’anneau
- Performances régulières même avec un - La reconfiguration du réseau peut interrompre son
grand nombre de stations (débit proche de fonctionnement.
90% de la bande passante), signal - Prix élevé (peu de concurrence pour les fabricants)
régénéré par les stations.
Les réseaux hierarchiques (concentrateurs montés en cascade) et les réseaux maillés sont des alternatives à ces
trois topologies. On peut combiner un réseau de type 10Base2 et 10BaseT (Hybride Ethernet), mais ce réseau
hybride emploie beaucoup de différentes technologies et peut donc être difficile à contrôler et administrer. Les
dispositifs pour le réseau Ethernet nous permettent d'intégrer par exemple un réseau de type BUS (10Base2)
avec un autre réseau de type d'Etoile (10BaseT).
Le matériel réseau
BTS IG
Topologie des réseaux locaux
Application : complétez le document suivant :
Classification
des
réseaux
informatique selon leur taille :
LAN : de ……….à ……...
MAN : de ……….à ……...
WAN : de ……….à ……...
Réseau poste à poste
Réseau ‘’Client-Serveur’’
Situez
Le serveur
Les clients
Topologie en bus
Situez :
Le serveur
Les stations (clients)
Le câble BNC
Les bouchons
Topologie en étoile :
Situez :
Les stations (clients)
Le hub
Le serveur
Topologie en anneau
Situez :
Le serveur
Les stations
L’anneau