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COURS = Comprendre internet (Chapitre_4) - VERSION: 1.0 (M.A.J: 19/06/10)
- AUTEUR(s): Bernard GIACOMONI
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IV.MECANISMES DE GESTION DU LIEN PHYSIQUE


IV.1.NOTION PHYSIQUE DE RESEAU INFORMATIQUE:


IV.1.1.LES SYSTEMES INFORMATIQUES REPARTIS:

Actuellement, le systme informatique d'une entreprise est le plus souvent constitu de plusieurs postes de travail quipant les diffrents services (comptabilit, ressources humaines, accueil, secrtariat, etc.).
Ces postes (le plus souvent, des systmes de type PC ou stations de travail) sont en gnral connects entre eux en fonction des besoins d'accs de leurs utilisateurs aux informations. Ils peuvent galement partager des connexions vers divers priphriques (disques partags, imprimantes, scanners, etc.). Le schema suivant donne un exemple de ce type d'organisation:


Exemple de systme informatique d'entreprise


COMMENTAIRE:

Ce schma rprsente UN EXEMPLE d''interconnexion de systmes informatiques pour une entreprise. Nous pouvons distinguer ainsi:
  • Des postes de travail correspondant diffrentes fonctions: Direction, Administration rseau, Ressources humaines, Comptabilit-gestion.
  • Des systmes priphriques offrant des services ou des ressources partags par ces postes de travail (disque partag, Imprimante partage).
  • La machine supportant le serveur WEB de l'entreprise.
  • Celle qui supporte le serveur de fichiers offerts au tlchargement (par exemple: documentation sur l'entreprise, notices, catalogues, etc.)
  • La machine contrlant la connexion internet, munie des logiciels de scurit ncessaires (pare-feux, translation d'adresse, etc.).
Les composants numrs ci-dessus sont ceux qui supportent les diffrents services offerts aux utilisateurs. Nous les appellerons les HTES du systme. D'autres composants ont pour unique fonction de permettre l'interconnexion des htes entre eux: il s'agit des mdias d'interconnexion (conducteurs lectriques, fibres optiques, liaisons sans fil, etc.) et des concentrateurs 1 et 2. Les concentrateurs sont des systmes matriels qui offrent aux utilisateurs un certain nombre de points de connexion (prises RJ45, prises coaxiales, etc), et permettent ainsi d'interconnecter diffrents mdias (de mme type ou de type diffrent, suivant la classe du concentrateur).


Par opposition aux systmes informatiques centraliss autour d'une unique machine de grande puissance ("main frames"), en vogue jusqu'aux dbut des annes 1990, un tel systme est dit REPARTI. La notion d'architecture rpartie ne se limite pas un simple clatement en plusieurs composants matriels. Elle suppose galement:
  • Que les diffrents composants collaborent entre eux SANS NOTION DE HIERACHIE (il n'existe pas de composant "chef d'orchestre" du systme: le fonctionnement d'un composant ne dpend pas de celui d'un autre composant).
  • Que chacun des composants garantisse lui-mme sa scurit de fonctionnement face aux dysfonctionnements matriels et aux agressions possibles en provenance de l'intrieur ou de l'extrieur du systme: c'est le principe de SUSPICION MUTUELLE (l'information en provenance d'un autre composant du systme n'est pas forcment considre comme fiable et sans danger, en particulier en ce qui concerne les virus).

IV.1.2.NOTION DE TOPOLOGIE:

Si l'on s'intresse uniquement aux interconnexions entre lments, on obtient le schma suivant:


Exemples de topologies de rseaux


Ce deuxime schma ne s'intresse plus la fonction des diffrents lments. Il fait apparatre uniquement leurs interconnexions physiques. Nous avons affaire ici un RESEAU, compos de NOEUDS (les diffrents lments interconnects), relis par des ARCS (les interconnexions physiques).


REMARQUES:
Le mot franais rseau vient du latin rete qui signifiait filet. Il n'est donc pas tonnant que les anglophones dsignent un rseaux par les termes NET (filet) ou NETWORK (maillage), qui voquent le mme concept.
  • Les arcs sont souvent appels LIAISONS, car ils permettent de raliser la liaison POINT POINT de deux lments (qui sont dits alors adjacents).
  • Les noeuds sont appels HOTES du rseau. Les noeuds non terminaux sont appels aussi COMMUTATEURS, car ils permettent de crer des chemins entre des noeuds non adjacents.


Ce schma permet de faire ressortir la TOPOLOGIE du rseau, c'est dire la manire dont ses composants sont interconnects (sont "architecture" d'interconnexion). La topologie d'un rseau est videmment une donne trs importante pour l'tude de son organisation, de son administration et de son fonctionnement (et en particulier, la scurit de ce fonctionnement face aux pannes et aux agressions possibles).


REMARQUE:
Le schma ci-dessus vise reprsenter l'organisation LOGIQUE des interconnexions et non leur organisation SPATIALE: la position et la forme des composants sur ce schma n'ont rien voir avec la forme ou la position des composants rels. Par exemple, les liaisons peuvent tre constitues de conducteurs assujtis des trajets rels trs complexes, les sous-systmes peuvent tre tous disposs dans un mme "rack" ou disperss dans divers tages 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 vidence deux structures en toile, organises autour des noeuds H4 et H6.
  • L'toile forme autour de H4 forme un sous-rseau regroupant les htes dont la fonction exige de communiquer avec l'extrieur, alors que l'toile forme autour de H6 forme un autre sous-rseaux regroupant les postes ddis aux fonctions internes de l'entreprise, mais ne pouvant communiquer directement avec l'extrieur: ce choix peut donc faire partie d'une stratgie de protection contre les intrusions.
  • Le poste d'administration du rseau, qui doit pouvoir accder tous les htes, est reli directement aux deux domaines, par l'intermdiaire des concentrateurs. Il lui est ainsi possible de grer les droits d'accs des diffrents postes, et en particulier la possibilit d'accs d'un sous-domaine l'autre.

IV.1.3.LES TOPOLOGIES DE BASE:

Outre la topologie en toiles, que l'on voit apparatre ci-dessus, les autres structures de base sont la topologie en anneau (l'interconnexion des htes forme une boucle ferme) et la structure en BUS (les htes sont tous connects directement au mme mdia):


Les topologies de base


En pratique, pour des raisons tenant la disponibilit des matriels de connexions, les topologies de rseau existantes sont pratiquement toujours des combinaisons de ces trois topologies de base. La topologie en toile est de loin la plus utilise pour les rseaux locaux. En effet, bien qu'assez onreuse, car ncessitant, en supplment de l'acquisition du mdia et des matriels de connexion ce mdia, l'acquisition de concentrateurs qui n'existent pas dans d'autres topologies, elle prsente beaucoup d'avantages du point de vue de la sret, de la maintenabilit et de l'volutivit.

IV.1.4.LES RESEAUX LOCAUX:

Un rseau est dit LOCAL lorsque tous ses composants sont internes une organisation ou une entreprise: ces composants sont des proprits de l'entreprise et sont entirement situs dans une emprise gographique appartenant celle-ci, quelle que soit la grandeur de cette emprise (c'est le cas du schma n IV.1.1). L'entreprise a donc la possibilit de matriser entirement son architecture, son fonctionnement, sa maintenance, son volution et son accs. Le terme anglais pour un rseau local est LOCAL AREA NETWORK (L.A.N).

IV.1.5.LES RESEAUX ETENDUS:

Lorsqu'une organisation locale a besoin de se connecter des systmes informatiques distants ou bien ne lui appartenant pas, il ne lui est en gnral pas possible d'installer des quipements d'interconnexion privs pour assurer la liaison.


EXEMPLE:
moins d'tre EDF ou la SNCF, une entreprise parisienne ne peut pas envisager d'installer elle-mme une connexion filaire prive avec une agence marseillaise: d'une part, l'investissement serait norme et d'autre part, il faudrait traverser le domaine public ou des domaines privs qui ne lui appartiennent pas.
De ce fait, ce type d'interconnexion ne peut tre ralis qu'en utilisant des quipements mis disposition par des organismes gestionnaires de rseaux (France Tlcoms, les oprateurs internet, etc...). Les rseaux obtenus par ces interconnexions de rseaux locaux sont appels RESEAUX ETENDUS en Franais, ou WIDE AREA NETWORKS (W.A.N) en anglais. Suivant leurs dimensions, on parlera aussi de RESEAU METROPOLITAIN ( l'chelle d'une ville), de RESEAU NATIONAL ( l'chelle d'un pays), voire de RESEAU MONDIAL.
Le schma suivant reprsente un exemple de rseau tendu:
  • Nous pouvons distinguer gauche un SITE PRINCIPAL, que nous supposerons localis en rgion Marseillaise. Ce site est quip d'un rseau local (L.A.N), hbergeant 3 postes de travail.
  • A droite du schma est reprsent le systme informatique d'une agence loigne ( Paris, par exemple). Celui-ci comprend deux postes de travail. Il s'agit galement d'un rseau local.
  • Les deux L.A.N.distants sont interconnects grce une DORSALE haut dbit (par exemple, le rseau NUMERIS de France Tlcom). L'accs ce mdia est assur sur les deux sites par des quipements appels ROUTEURS qui assurent la transformation des messages circulant sur les deux LAN en messages compatibles avec la technologie de transmission utilise sur la dorsale, et inversement.


Exemple de reseau tendu


REMARQUE:
Il ne faut pas croire qu'un tel schma ne s'applique qu' des organisations importantes. En effet, le schma de l'installation d'un particulier quip d'une BOX ADSL (livebox, freebox, etc.), est assez proche, en terme de complexit, de ce qui est reprsent ci-dessus:


Connexion avec une Box ADSL


COMMENTAIRE:
Ce schma reprsente l'installation d'un particulier quip d'une BOX ADSL. Le foyer dispose d'un poste PC fixe (PC n3), connect la BOX par une liaison filaire (cble RJ45). Deux membres de la famille sont galement quips de PC portables qui se connectent grce la liaisin WIFI. Nous voyons galement apparatre les liaisons utilises pour la TV numrique et la tlphonie numrique par ADSL.
Nous pouvons voir qu'une BOX est l'quivalent d'un routeur d'agence associ un concentrateur assez complexe puisqu'il est quip de ports permettant la connexion des technologies diffrente (ports ethernet, USB, WiFi).

IV.1.6.LE WEB:

Le rseau internet, que l'on nomme communment WEB (pour World Exchange Bus) ou encore WWW (pour World Wide Web), n'est autre qu'un rseau mondial accs public, constitu par l'interconnexion de nombreux autres rseaux publics ou privs.
L'infrastructure d'interconnexion d'internet est constitue par les DORSALES (BACKBONES) voques au premier chapitre. Ces dorsales sont bties autour de mdias trs haut dbits (fibres de verre, faisceaux hertziens, etc). Certaines dorsales sont gres par des administrations, d'autres le sont par des organisations prives, et en particulier par les oprateurs internet (les Fournisseurs d'Accs Internet ou F.A.I.).
Les dorsales sont relies entre elles par des points d'interconnexion appels G.I.X. pour Global Internet eXchange, qui sont en fait des ROUTEURS haute performance.
Les diffrents systmes interconnects sont relis aux dorsales, soit directement, par des lignes ddies, soit par l'intermdiaire des Fournisseurs d'Accs, avec lesquels ils communiquent par une autre infrastructure publique (rseau tlphonique, cble, etc...).
Le schma ci-dessous donne une ide de cette structuration:


Structure physique du web



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


IV.2.1.AVANT PROPOS:

Nous allons d'abord nous intresser l'change de donnes entre deux htes ADJACENTS d'un rseau, c'est dire relis directement par un mdia homogne. Cet expos existe sous une forme beaucoup plus dtaille 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'change de donnes entre deux systmes informatiques, s'effectue par l'intermdiaire d'un MEDIA DE TRANSMISSION, c'est dire un milieu conducteur dans lequel des signaux peuvent se propager. Les catgories de mdias les plus utiliss sont:
  • Les conducteurs lectriques qui permettent la propagation de signaux lectriques.
  • Les fibres optiques, qui permettent la propagation de signaux lumineux.
  • Les liaisons hertziennes (appeles encore transmissions sans fil ou WIFI), qui utilisent la propagation d'ondes lectromagntiques modules.
Dans un mdia de transmission, les informations sont vhicules sous la forme de trains d'IMPULSIONS, c'est dire de variations du signal propag par le mdia. Ces impulsions codent les informations binaires transmettre. Evidemment, chacune des catgories ci-dessus n'est capable de propager qu'un certain type de signal:
  • Pour un conducteur lectrique, ces signaux sont des variations de tension.
  • Pour une fibre optique, les signaux seront des variations d'intensit lumineuse.
  • Pour une transmission sans fil (WIFI), ce sont les variation simultanes d'un champ lectrique et d'un champ magntique dans l'espace qui codent et transportent le signal.
En gnral, les lignes exigeant de hauts dbits, comme les DORSALES INTERNET sont constitues par des fibres optiques ou des liaisons hertziennes grande puissance (faisceaux hertziens). Les conducteurs lectriques (paires torsades, cbles coaxiaux) ou les liaisons WIFI sont plutt rservs des usages locaux sur de courtes distances.

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

Un systme informatique ne traitant que des signaux lectriques, c'est uniquement sous cette forme qu'il pourra dlivrer les informations mettre sur le mdia. Si celui-ci n'accepte pas ce type de signal, ceux-ci devront, avant leur injection, tre transforms en signaux compatibles avec sa nature. Le rcepteur devra retransformer les informations reues en signaux lectriques.


Transmission par fibre optique


COMMENTAIRE:
Pour transmettre une information issue d'un ordinateur sur une fibre optique, il faut la transformer en impulsions lumineuses, c'est dire faire varier l'intensit du faisceau lumineux d'une faon analogue aux variations du signal lectrique qui la code.
Ce passage du signal lectrique au signal lumineux est obtenu grce une diode electroluminescente (diode LED). En effet, l'intensit de l'mission de lumire d'une telle diode crot et dcroit dans le mme sens que l'intensit du courant lectrique qui la traverse. Un dispositif optique permet d'injecter cette lumire sous la forme d'un rayon fin dans l'me de la fibre.
A l'autre extrmit de la fibre, les impulsions lumineuses doivent tre retransformes en impulsions lectriques. On utilise pour cela une diode photosensible qui produit un courant lectrique lorsqu'elle est frappe par un rayon lumineux. L'intensit du courant lectrique ainsi produit crot et dcroit dans le mme sens que l'intensit du rayon lumineux qui la frappe.

IV.2.3.TRAME D'ENVOI DE DONNEES:

Nous avons abord, au chapitre prcdent, la notion de TRAME de transmission de donnes. Nous avons vu en particulier:
  • Qu'une trame tait constitue par un train d'impulsions inject sur le mdia de transmission.
  • Que son contenu correspondait au codage en impulsions physiques compatibles avec la nature des mdiats d'un segment de message mettre.
  • Que chacun de ces segments tait constitu de donnes utiles accompagnes d'une succession d'enveloppes d'octets de service correspondant aux diffrentes couches de mcanismes de transmission traverses.
Le contenu, le format et la position des octets de service des couches 1 et 2 dans une trame dpendent de la technologie de liaison utilise. 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 reprsente le codage lectrique en BANDE DE BASE de l'octet 10110110 par la mthode dite NRZ. Nous voyons que la forme du signal traduit directement la configuration binaire de la donne transmise, sous forme de variations de tension appeles signaux carrs:
  • Les bits dont la valeur est 1 sont transmis sous la forme d'un pallier de tension +5 volts, maintenu pendant une dure DT.
  • Les bits de valeur 0 sont traduits par des palliers de mme dure, mais de tension -5 volts.
  • Une absence de transmission est traduite par un pallier 0 volts.
La variation du signal lectrique en fonction du temps (courbe rouge) correspond la transmission de la valeur binaire 10110110 (soit 182 en dcimal, s'il s'agit d'un entier naturel):


Codage dit en bande de base


Le codage NRZ n'est qu'une des nombreux codages lectriques existants. Il n'est pas question d'en faire une tude approfondie dans le cadre de ce cours. Nous avons choisi un exemple en NRZ parce c'est la mthode la plus intuitive.
Remarquons que la dure DT dtermine la vitesse de transmission du message, donc le dbit de la ligne. Dans le cas prsent, si DT vaut 0,1 milliseconde, le dbit 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 injecte sur le mdia sous la forme de variations d'un signal priodique haute frquence, appel PORTEUSE (la dnomination exacte est ondes porteuses), en fonction du codage lectrique obtenu. Le schma suivant reprsente un codage de l'octet 10110010 par une modulation de l'AMPLITUDE de la porteuse: Un bit 0 est reprsent par une amplitude moindre qu'un bit 1, maintenue pendant une dure Dt:


Transmission en modulation d'amplitude


REMARQUE:
Il est galement possible de moduler la FRQUENCE de la porteuse (modulation de frquence) ou encore sa PHASE (modulation de phase).

IV.2.4.3.NOTION DE MODEM:

La transmission par modulation est ralise en intercalant dans le circuit de transmissions deux composants appels MODEM (Modulateur-DEModulateur). Ce sont eux qui, l'mission, modulent les porteuses avec les signaux lectriques en bande de base et qui, la rception, filtrent les porteuses, rcuprent les informations et les recodent en bande de base:


Transmission par Modem


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. (Asymtric Digital Suscribed Line) dsigne un procd de transmission de signaux numriques entre deux postes partir des liaisons tlphoniques locales de ces deux postes (boucle de cuivre locale, reliant l'abonn au central tlphonique). Les informations ADSL utilisent donc le mme mdia que les signaux tlphoniques. Pour sparer ces deux flux d'information, on utilise des composants appels FILTRES EN FREQUENCE qui permettent de sparer les signaux moduls sur deux porteuses de frquences diffrentes (c'est ce que fait le sparateur ADSL que vous avez plac sur vos prises tlphoniques). Cette technique, qui permet de faire transiter simultanment sur le mme mdia plusieurs flux de donnes indpendants, s'appelle un MULTIPLEXAGE (dans ce cas, il s'agit d'un multiplexage en frquence).


Liaison Adsl <


C'est donc le multiplexage en frquences qui permet de sparer flux ADSL et tlphonie classique (en utilisant un filtre ADSL). Les diffrents canaux attribus au flux ADSL peuvent transmettre simultanment les informations du web, la tlvision numrique et la tlphonie numrique, en utilisant des porteuses diffrentes. Les modems utiliss sont, dans ce cas des MODEMS ADSL, en gnral intgrs aux diverses BOX (LifeBox, NeufBox...) fournies par les fournisseurs d'accs internet.

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

IV.2.5.1.POSITION DU PROBLEME:

Une particularit d'un rseau est que lorsqu'un hte met une trame sur le mdia de ce rseau, cette trame peut se trouver distribue l'ensemble des htes connects au mdia. C'est toujours le cas dans une topologie en BUS:


Topologie de type BUS


Cela peut tre galement le cas dans les topologies en toile (si le concentrateur ne dispose pas de fonctions de filtrage):


Topologie de type toile


Il est donc ncessaire de mettre en, place un mcanisme d'ADRESSAGE qui permette aux htes du rseau de reconnatre les TRAMES qui leur sont destines.

IV.2.5.2.MECANISME D'ADRESSAGE PHYSIQUE:

Les systmes de connexion des htes aux rseaux (les cartes rseaux) renferment dans leur logique interne un identifiant sous la forme d'une valeur numrique binaire (en gnral code sur 6 octets, soit 48 bits). Cet identifiant est appel ADRESSE PHYSIQUE, car elle identifie un POINT DE CONNEXION PHYSIQUE d'un hte un rseau (dans la terminaison O.S.I., on l'appelle M.A.C. ADDRESS pour Media Acces Control Address).


Pour adresser un hte donn, il suffit d'inclure dans les octets de service de la trame cette adresse physique: lorsque le systme de connexion d'un hte reoit un message, sa logique interne extrait cette donne de la trame reue et la compare sa propre adresse physique. Si les deux donnes sont identiques, il transmet la trame son hte, sinon, il n'en tient pas compte:


Mecanisme d'adressage physique


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

Les mcanismes d'adressage physique sont, en gnral, lis une technologie de liaison particulire, qui dtermine 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 libelles sur 16 bits au lieu de 48. Il n'est donc pas possible avec une adresse physique d'adresser des htes relis par un chemin compos de plusieurs mdias successifs utilisant des technologie de liaison diffrentes.


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


L'adressage physique seule ne peut donc suffire que dans un rseau local et de technologie homogne (Il serait tout de mme dommage que lorsque Google procde au remplacement d'une carte rseau dfectueuse sur un de ses serveurs, il soit oblig d'en avertir tous ses utilisateurs !!!).


Du fait de ces inconvnients, des mcanismes d'adressage moins lis au matriel se superposent l'adressage physique dans les autres niveaux de mcanismes d'internet: nous verrons qu'il s'agit de l'adressage IP et des URL.



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