IV.MECANISMES DE GESTION DU LIEN PHYSIQUE

Chapitre précédent. Evaluation. Chapitre suivant.

IV.1.NOTION PHYSIQUE DE RESEAU INFORMATIQUE:

IV.1.1.LES SYSTEMES INFORMATIQUES REPARTIS:

Actuellement, le système informatique d'une entreprise est le plus souvent constitué de plusieurs postes de travail équipant les différents services (comptabilité, ressources humaines, accueil, secrétariat, etc.).

Ces postes (le plus souvent, des systèmes de type «PC» ou «stations de travail») sont en général connectés entre eux en fonction des besoins d'accès de leurs utilisateurs aux informations. Ils peuvent également partager des connexions vers divers périphériques (disques partagés, imprimantes, scanners, etc.). Le schema suivant donne un exemple de ce type d'organisation:

Exemple de système informatique d'entreprise

COMMENTAIRE:

Ce schéma réprésente UN EXEMPLE d''interconnexion de systèmes informatiques pour une entreprise. Nous pouvons distinguer ainsi:

Des postes de travail correspondant à différentes fonctions: Direction, Administration réseau, Ressources humaines, Comptabilité-gestion.
Des systèmes périphériques offrant des services ou des ressources partagés par ces postes de travail (disque partagé, Imprimante partagée).
La machine supportant le serveur WEB de l'entreprise.
Celle qui supporte le serveur de fichiers offerts au téléchargement (par exemple: documentation sur l'entreprise, notices, catalogues, etc.)
La machine contrôlant la connexion à internet, munie des logiciels de sécurité nécessaires (pare-feux, translation d'adresse, etc.).

Les composants énumérés ci-dessus sont ceux qui supportent les différents services offerts aux utilisateurs. Nous les appellerons les HÔTES du système. D'autres composants ont pour unique fonction de permettre l'interconnexion des hôtes entre eux: il s'agit des médias d'interconnexion (conducteurs électriques, fibres optiques, liaisons sans fil, etc.) et des concentrateurs 1 et 2. Les concentrateurs sont des systèmes matériels qui offrent aux utilisateurs un certain nombre de points de connexion (prises RJ45, prises coaxiales, etc), et permettent ainsi d'interconnecter différents médias (de même type ou de type différent, suivant la classe du concentrateur).

Par opposition aux systèmes informatiques centralisés autour d'une unique machine de grande puissance ("main frames"), en vogue jusqu'aux début des années 1990, un tel système est dit REPARTI. La notion d'architecture répartie ne se limite pas à un simple éclatement en plusieurs composants matériels. Elle suppose également:

Que les différents composants collaborent entre eux SANS NOTION DE HIERACHIE (il n'existe pas de composant "chef d'orchestre" du système: le fonctionnement d'un composant ne dépend pas de celui d'un autre composant).
Que chacun des composants garantisse lui-même sa sécurité de fonctionnement face aux dysfonctionnements matériels et aux agressions possibles en provenance de l'intérieur ou de l'extérieur du système: c'est le principe de SUSPICION MUTUELLE (l'information en provenance d'un autre composant du système n'est pas forcément considérée comme fiable et sans danger, en particulier en ce qui concerne les virus).

IV.1.2.NOTION DE TOPOLOGIE:

Si l'on s'intéresse uniquement aux interconnexions entre éléments, on obtient le schéma suivant:

Ce deuxième schéma ne s'intéresse plus à la fonction des différents éléments. Il fait apparaître uniquement leurs interconnexions physiques. Nous avons affaire ici à un RESEAU, composé de NOEUDS (les différents éléments interconnectés), reliés par des ARCS (les interconnexions physiques).

REMARQUES:

Le mot français «réseau» vient du latin «rete» qui signifiait «filet». Il n'est donc pas étonnant que les anglophones désignent un réseaux par les termes «NET» (filet) ou «NETWORK» (maillage), qui évoquent le même concept.

Les arcs sont souvent appelés LIAISONS, car ils permettent de réaliser la liaison POINT À POINT de deux éléments (qui sont dits alors adjacents).

Les noeuds sont appelés HOTES du réseau. Les noeuds non terminaux sont appelés aussi COMMUTATEURS, car ils permettent de créer des chemins entre des noeuds non adjacents.

Ce schéma permet de faire ressortir la TOPOLOGIE du réseau, c'est à dire la manière dont ses composants sont interconnectés (sont "architecture" d'interconnexion). La topologie d'un réseau est évidemment une donnée très importante pour l'étude de son organisation, de son administration et de son fonctionnement (et en particulier, la sécurité de ce fonctionnement face aux pannes et aux agressions possibles).

REMARQUE:
Le schéma ci-dessus vise à représenter l'organisation LOGIQUE des interconnexions et non leur organisation SPATIALE: la position et la forme des composants sur ce schéma n'ont rien à voir avec la forme ou la position des composants réels. Par exemple, les liaisons peuvent être constituées de conducteurs assujétis à des trajets réels très complexes, les sous-systèmes peuvent être tous disposés dans un même "rack" ou dispersés dans divers étages d'un immeuble, etc... La TOPOLOGIE concerne l'architecture LOGIQUE d'interconnexion.

Par exemple:

l'analyse de l'exemple ci-dessus permet de mettre en évidence deux structures «en étoile», organisées autour des noeuds H4 et H6.
L'étoile formée autour de H4 forme un «sous-réseau» regroupant les hôtes dont la fonction exige de communiquer avec l'extérieur, alors que l'étoile formée autour de H6 forme un autre sous-réseaux regroupant les postes dédiés aux fonctions internes de l'entreprise, mais ne pouvant communiquer directement avec l'extérieur: ce choix peut donc faire partie d'une stratégie de protection contre les intrusions.
Le poste d'administration du réseau, qui doit pouvoir accéder à tous les hôtes, est relié directement aux deux domaines, par l'intermédiaire des concentrateurs. Il lui est ainsi possible de gérer les droits d'accès des différents postes, et en particulier la possibilité d'accès d'un sous-domaine à l'autre.

IV.1.3.LES TOPOLOGIES DE BASE:

Outre la topologie en étoiles, que l'on voit apparaître ci-dessus, les autres structures de base sont la topologie en anneau (l'interconnexion des hôtes forme une boucle fermée) et la structure en «BUS» (les hôtes sont tous connectés directement au même média):

En pratique, pour des raisons tenant à la disponibilité des matériels de connexions, les topologies de réseau existantes sont pratiquement toujours des combinaisons de ces trois topologies de base. La topologie en étoile est de loin la plus utilisée pour les réseaux locaux. En effet, bien qu'assez onéreuse, car nécessitant, en supplément de l'acquisition du média et des matériels de connexion à ce média, l'acquisition de concentrateurs qui n'existent pas dans d'autres topologies, elle présente beaucoup d'avantages du point de vue de la sûreté, de la maintenabilité et de l'évolutivité.

IV.1.4.LES RESEAUX LOCAUX:

Un réseau est dit LOCAL lorsque tous ses composants sont internes à une organisation ou une entreprise: ces composants sont des propriétés de l'entreprise et sont entièrement situés dans une emprise géographique appartenant à celle-ci, quelle que soit la grandeur de cette emprise (c'est le cas du schéma n° IV.1.1). L'entreprise a donc la possibilité de maîtriser entièrement son architecture, son fonctionnement, sa maintenance, son évolution et son accès. Le terme anglais pour un réseau local est LOCAL AREA NETWORK (L.A.N).

IV.1.5.LES RESEAUX ETENDUS:

Lorsqu'une organisation locale a besoin de se connecter à des systèmes informatiques distants ou bien ne lui appartenant pas, il ne lui est en général pas possible d'installer des équipements d'interconnexion privés pour assurer la liaison.

EXEMPLE:

à moins d'être EDF ou la SNCF, une entreprise parisienne ne peut pas envisager d'installer elle-même une connexion filaire privée avec une agence marseillaise: d'une part, l'investissement serait énorme et d'autre part, il faudrait traverser le domaine public ou des domaines privés qui ne lui appartiennent pas.

De ce fait, ce type d'interconnexion ne peut être réalisé qu'en utilisant des équipements mis à disposition par des organismes gestionnaires de réseaux (France Télécoms, les opérateurs internet, etc...). Les réseaux obtenus par ces interconnexions de réseaux locaux sont appelés RESEAUX ETENDUS en Français, ou WIDE AREA NETWORKS (W.A.N) en anglais. Suivant leurs dimensions, on parlera aussi de RESEAU METROPOLITAIN (à l'échelle d'une ville), de RESEAU NATIONAL (à l'échelle d'un pays), voire de RESEAU MONDIAL.

Le schéma suivant représente un exemple de réseau étendu:

Nous pouvons distinguer à gauche un SITE PRINCIPAL, que nous supposerons localisé en région Marseillaise. Ce site est équipé d'un réseau local (L.A.N), hébergeant 3 postes de travail.
A droite du schéma est représenté le système informatique d'une agence éloignée (à Paris, par exemple). Celui-ci comprend deux postes de travail. Il s'agit également d'un réseau local.
Les deux L.A.N.distants sont interconnectés grâce à une DORSALE à haut débit (par exemple, le réseau NUMERIS de France Télécom). L'accès à ce média est assuré sur les deux sites par des équipements appelés ROUTEURS qui assurent la transformation des messages circulant sur les deux LAN en messages compatibles avec la technologie de transmission utilisée sur la dorsale, et inversement.

REMARQUE:

Il ne faut pas croire qu'un tel schéma ne s'applique qu'à des organisations importantes. En effet, le schéma de l'installation d'un particulier équipé d'une «BOX» ADSL (livebox, freebox, etc.), est assez proche, en terme de complexité, de ce qui est représenté ci-dessus:

COMMENTAIRE:

Ce schéma représente l'installation d'un particulier équipé d'une « BOX » ADSL. Le foyer dispose d'un poste PC fixe (PC n°3), connecté à la BOX par une liaison filaire (câble RJ45). Deux membres de la famille sont également équipés de PC portables qui se connectent grâce à la liaisin WIFI. Nous voyons également apparaître les liaisons utilisées pour la TV numérique et la téléphonie numérique par ADSL.

Nous pouvons voir qu'une BOX est l'équivalent d'un routeur d'agence associé à un concentrateur assez complexe puisqu'il est équipé de ports permettant la connexion à des technologies différente (ports ethernet, USB, WiFi).

IV.1.6.LE WEB:

Le réseau internet, que l'on nomme communément WEB (pour World Exchange Bus) ou encore WWW (pour World Wide Web), n'est autre qu'un réseau mondial à accès public, constitué par l'interconnexion de nombreux autres réseaux publics ou privés.

L'infrastructure d'interconnexion d'internet est constituée par les DORSALES (BACKBONES) évoquées au premier chapitre. Ces dorsales sont bâties autour de médias à très haut débits (fibres de verre, faisceaux hertziens, etc). Certaines dorsales sont gérées par des administrations, d'autres le sont par des organisations privées, et en particulier par les opérateurs internet (les Fournisseurs d'Accès Internet ou F.A.I.).

Les dorsales sont reliées entre elles par des points d'interconnexion appelés G.I.X. pour Global Internet eXchange, qui sont en fait des ROUTEURS à haute performance.

Les différents systèmes interconnectés sont reliés aux dorsales, soit directement, par des « lignes dédiées », soit par l'intermédiaire des « Fournisseurs d'Accès », avec lesquels ils communiquent par une autre infrastructure publique (réseau téléphonique, câble, etc...).

Le schéma ci-dessous donne une idée de cette structuration:

IV.2.ECHANGE DE DONNEES ENTRE DEUX HOTES ADJACENTS:

IV.2.1.AVANT PROPOS:

Nous allons d'abord nous intéresser à l'échange de données entre deux hôtes « ADJACENTS » d'un réseau, c'est à dire reliés directement par un média homogène. Cet exposé existe sous une forme beaucoup plus détaillée dans l'ouvrage « COMPRENDRE SON ORDINATEUR », figurant dans la documentation en ligne offerte par le site ATLANTIC (www.atlantic-83.fr), dans la rubrique « initiation informatique ».

IV.2.2.MEDIA DE TRANSMISSION:

IV.2.2.1.GENERALITES:

L'échange de données entre deux systèmes informatiques, s'effectue par l'intermédiaire d'un MEDIA DE TRANSMISSION, c'est à dire un milieu conducteur dans lequel des signaux peuvent se propager. Les catégories de médias les plus utilisés sont:

Les conducteurs électriques qui permettent la propagation de signaux électriques.
Les fibres optiques, qui permettent la propagation de signaux lumineux.
Les liaisons hertziennes (appelées encore transmissions sans fil ou WIFI), qui utilisent la propagation d'ondes électromagnétiques modulées.

Dans un média de transmission, les informations sont véhiculées sous la forme de trains d'IMPULSIONS, c'est à dire de variations du signal propagé par le média. Ces impulsions codent les informations binaires à transmettre. Evidemment, chacune des catégories ci-dessus n'est capable de propager qu'un certain type de signal:

Pour un conducteur électrique, ces signaux sont des variations de tension.
Pour une fibre optique, les signaux seront des variations d'intensité lumineuse.
Pour une transmission «sans fil» (WIFI), ce sont les variation simultanées d'un champ électrique et d'un champ magnétique dans l'espace qui codent et transportent le signal.

En général, les lignes exigeant de hauts débits, comme les DORSALES INTERNET sont constituées par des fibres optiques ou des liaisons hertziennes à grande puissance (faisceaux hertziens). Les conducteurs électriques (paires torsadées, câbles coaxiaux) ou les liaisons WIFI sont plutôt réservés à des usages locaux sur de courtes distances.

IV.2.2.2.INJECTION D'UNE INFORMATION DANS UN MEDIA:

Un système informatique ne traitant que des signaux électriques, c'est uniquement sous cette forme qu'il pourra délivrer les informations à émettre sur le média. Si celui-ci n'accepte pas ce type de signal, ceux-ci devront, avant leur injection, être transformés en signaux compatibles avec sa nature. Le récepteur devra retransformer les informations reçues en signaux électriques.

COMMENTAIRE:

Pour transmettre une information issue d'un ordinateur sur une fibre optique, il faut la transformer en impulsions lumineuses, c'est à dire faire varier l'intensité du faisceau lumineux d'une façon analogue aux variations du signal électrique qui la code.

Ce passage du signal électrique au signal lumineux est obtenu grâce à une diode electroluminescente (diode LED). En effet, l'intensité de l'émission de lumière d'une telle diode croît et décroit dans le même sens que l'intensité du courant électrique qui la traverse. Un dispositif optique permet d'injecter cette lumière sous la forme d'un « rayon » fin dans l'âme de la fibre.

A l'autre extrémité de la fibre, les impulsions lumineuses doivent être retransformées en impulsions électriques. On utilise pour cela une diode photosensible qui produit un courant électrique lorsqu'elle est frappée par un rayon lumineux. L'intensité du courant électrique ainsi produit croît et décroit dans le même sens que l'intensité du rayon lumineux qui la frappe.

IV.2.3.TRAME D'ENVOI DE DONNEES:

Nous avons abordé, au chapitre précédent, la notion de TRAME de transmission de données. Nous avons vu en particulier:

Qu'une trame était constituée par un train d'impulsions injecté sur le média de transmission.
Que son contenu correspondait au codage en impulsions physiques compatibles avec la nature des médiats d'un segment de message à émettre.
Que chacun de ces segments était constitué de « données utiles » accompagnées d'une succession d'enveloppes d'octets de service correspondant aux différentes couches de mécanismes de transmission traversées.

Le contenu, le format et la position des octets de service des couches 1 et 2 dans une trame dépendent de la technologie de liaison utilisée. On parlera ainsi d'une TRAME ETHERNET, d'une TRAME BSC, d'une TRAME HDLC, etc.

IV.2.4.CODAGE ELECTRIQUE D'UNE INFORMATION DIGITALE:

IV.2.4.1.CODAGE EN BANDE DE BASE:

La figure suivante représente le codage électrique en BANDE DE BASE de l'octet 10110110 par la méthode dite «NRZ». Nous voyons que la forme du signal traduit directement la configuration binaire de la donnée transmise, sous forme de variations de tension appelées «signaux carrés»:

Les bits dont la valeur est 1 sont transmis sous la forme d'un pallier de tension à +5 volts, maintenu pendant une durée DT.
Les bits de valeur 0 sont traduits par des palliers de même durée, mais de tension -5 volts.
Une absence de transmission est traduite par un pallier à 0 volts.

La variation du signal électrique en fonction du temps (courbe rouge) correspond à la transmission de la valeur binaire 10110110 (soit 182 en décimal, s'il s'agit d'un entier naturel):

Le codage NRZ n'est qu'une des nombreux codages électriques existants. Il n'est pas question d'en faire une étude approfondie dans le cadre de ce cours. Nous avons choisi un exemple en NRZ parce c'est la méthode la plus intuitive.

Remarquons que la durée DT détermine la vitesse de transmission du message, donc le débit de la ligne. Dans le cas présent, si DT vaut 0,1 milliseconde, le débit de la ligne pourrait atteindre:

1/0,0001 = 10000 bits par seconde, soit 10 kbits/s

IV.2.4.2.TRANSMISSION PAR MODULATION:

Dans ce cas, la trame est injectée sur le média sous la forme de variations d'un signal périodique à haute fréquence, appelé «PORTEUSE» (la dénomination exacte est «ondes porteuses»), en fonction du codage électrique obtenu. Le schéma suivant représente un codage de l'octet 10110010 par une modulation de l'AMPLITUDE de la porteuse: Un bit à 0 est représenté par une amplitude moindre qu'un bit à 1, maintenue pendant une durée Dt:

REMARQUE:

Il est également possible de moduler la FRÉQUENCE de la porteuse (modulation de fréquence) ou encore sa PHASE (modulation de phase).

IV.2.4.3.NOTION DE MODEM:

La transmission par modulation est réalisée en intercalant dans le circuit de transmissions deux composants appelés MODEM (Modulateur-DEModulateur). Ce sont eux qui, à l'émission, modulent les porteuses avec les signaux électriques en bande de base et qui, à la réception, filtrent les porteuses, récupèrent les informations et les recodent en bande de base:

IV.2.4.4. IV.2.4.4. EXEMPLE DE MODULATION: VOTRE LIAISON A.D.S.L:

Les liaisons A.D.S.L. sont de bons exemples d'utilisation de la modulation. Une liaison A.D.S.L. (Asymétric Digital Suscribed Line) désigne un procédé de transmission de signaux numériques entre deux postes à partir des liaisons téléphoniques locales de ces deux postes («boucle de cuivre» locale, reliant l'abonné au central téléphonique). Les informations ADSL utilisent donc le même média que les signaux téléphoniques. Pour séparer ces deux flux d'information, on utilise des composants appelés FILTRES EN FREQUENCE qui permettent de séparer les signaux modulés sur deux porteuses de fréquences différentes (c'est ce que fait le séparateur ADSL que vous avez placé sur vos prises téléphoniques). Cette technique, qui permet de faire transiter simultanément sur le même média plusieurs flux de données indépendants, s'appelle un MULTIPLEXAGE (dans ce cas, il s'agit d'un multiplexage en fréquence).

C'est donc le multiplexage en fréquences qui permet de séparer flux ADSL et téléphonie classique (en utilisant un filtre ADSL). Les différents canaux attribués au flux ADSL peuvent transmettre simultanément les informations du web, la télévision numérique et la téléphonie numérique, en utilisant des porteuses différentes. Les modems utilisés sont, dans ce cas des MODEMS ADSL, en général intégrés aux diverses BOX (LifeBox, NeufBox...) fournies par les fournisseurs d'accès à internet.

IV.2.5.ACHEMINEMENT D'UNE TRAME VERS UN DESTINATAIRE SUR UN RESEAU:

IV.2.5.1.POSITION DU PROBLEME:

Une particularité d'un réseau est que lorsqu'un hôte émet une trame sur le média de ce réseau, cette trame peut se trouver distribuée à l'ensemble des hôtes connectés au média. C'est toujours le cas dans une topologie en «BUS»:

Cela peut être également le cas dans les topologies en étoile (si le concentrateur ne dispose pas de fonctions de filtrage):

Il est donc nécessaire de mettre en, place un mécanisme d'ADRESSAGE qui permette aux hôtes du réseau de reconnaître les TRAMES qui leur sont destinées.

IV.2.5.2.MECANISME D'ADRESSAGE PHYSIQUE:

Les systèmes de connexion des hôtes aux réseaux (les « cartes réseaux ») renferment dans leur logique interne un identifiant sous la forme d'une valeur numérique binaire (en général codée sur 6 octets, soit 48 bits). Cet identifiant est appelé ADRESSE PHYSIQUE, car elle identifie un POINT DE CONNEXION PHYSIQUE d'un hôte à un réseau (dans la terminaison O.S.I., on l'appelle M.A.C. ADDRESS pour Media Acces Control Address).

Pour adresser un hôte donné, il suffit d'inclure dans les octets de service de la trame cette adresse physique: lorsque le système de connexion d'un hôte reçoit un message, sa logique interne extrait cette donnée de la trame reçue et la compare à sa propre adresse physique. Si les deux données sont identiques, il transmet la trame à son hôte, sinon, il n'en tient pas compte:

IV.2.5.3.LIMITES DU MECANISME D'ADRESSAGE PHYSIQUE:

Les mécanismes d'adressage physique sont, en général, liés à une technologie de liaison particulière, qui détermine l'emplacement et le format des octets de services dans les trames: en particulier, chaque technologie peut utiliser un format d'adresse qui lui est propre. Certaines adresses physiques sont libellées sur 16 bits au lieu de 48. Il n'est donc pas possible avec une adresse physique d'adresser des hôtes reliés par un chemin composé de plusieurs médias successifs utilisant des technologie de liaison différentes.

D'autre part, l'adresse physique est indissolublement liée au composant de liaison: par exemple, chaque cartes réseau de technologie ETHERNET possède une adresse physique qui lui est propre et qu'il est (pratiquement) impossible de changer. De ce fait, lorqu'on change une carte réseau, on change également l'adresse physique de l'hôte qu'elle connecte.

L'adressage physique seule ne peut donc suffire que dans un réseau local et de technologie homogène (Il serait tout de même dommage que lorsque Google procède au remplacement d'une carte réseau défectueuse sur un de ses serveurs, il soit obligé d'en avertir tous ses utilisateurs !!!).

Du fait de ces inconvénients, des mécanismes d'adressage moins liés au matériel se superposent à l'adressage physique dans les autres niveaux de mécanismes d'internet: nous verrons qu'il s'agit de l'adressage IP et des URL.

chapitre précédent. Evaluation. Chapitre suivant.