Les réseaux informatiques

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1 ISN : Les réseaux infrmatiques page 1/16 Les réseaux infrmatiques Cntenu de frmatin (ISN): 4.4 : Architecture matérielles : Réseaux Objectifs A la fin de la séquence, l'élève dit être capable : Établir une cmmunicatin sérielle entre deux machines. Décrire une situatin d'adressage sur un type de réseau particulier. Analyser le trafic (trames) sur un réseau et mettre ainsi en évidence la ntin de prtcle. Analyser les entêtes de messages électrniques, pur décrire le chemin suivi par l'infrmatin. Prendre cnscience du caractère supranatinal des réseaux et des cnséquences sciales, écnmiques et plitiques qui en déculent. I/ Expressin du besin Au lendemain de la secnde guerre mndiale, le dévelppement de l'infrmatique a cnduit à numériser grand nmbre d'infrmatins. La transmissin de ces infrmatins par des supprts physiques (cartes perfrées, bandes magnétiques, disquettes, etc...) a vite truvé sa limite et il a fallu envisager un autre mde d'échanges des dnnées. Les échanges entre deux équipements (rdinateurs par exemple) snt rendus pssible par des transmissins

2 ISN : Les réseaux infrmatiques page 2/16 II/ La liaisn série série (prtcle RS232) mais demeurent restrictives. L'échange entre plusieurs pstes simultanément étant le réel besin. Pur transmettre des dnnées d'un immeuble à l'autre, d'une ville à une autre u d'un pays à l'autre, seules les liaisns téléphniques existaient, d'ù l'idée d'utiliser ces lignes électriques pur véhiculer des signaux numériques (successin de 0 et de 1 lgiques) mdulés. En 1958, le premier appareil capable de faire cette mdulatin vit le jur. On l'appelle MODEM (Mdulateur-Démdulateur). A partir de là, la cmmunicatin entre les rdinateurs sur de lngues distances devient pssible dès lrs qu'un standard de cmmunicatin est défini. II.1/ Liaisn RS232 La liaisn RS232 est la liaisn série la plus classique ayant fait sn apparitin très tôt dans l'histire de l'infrmatique. Seln la vitesse de transmissin (en bauds = bits/secnde) la distance de transmissin peut-être plus u mins imprtante : 533m à 1200bauds (bits/secnde) 76m à 9600bds... Dans une transmissin RS232 chaque pste en cmmunicatin dispse d'une srtie TxD (Transmissin Data) et RxD (receive Data). La liaisn est crisée pur que la cmmunicatin se fasse. Les dnnées snt transmises en série de la srtie TxD vers l'entrée RxD. Le prtcle RS232 repse sur un bit de start au niveau lgique 0 7 u 8 bits de dnnées (de D0 à D6 u D7) un bit de parité paire u impaire (P) u aucun un u deux bits de stp Pur un échange crrect, récepteur et émetteur divent être paramétrés au même frmat et à la même vitesse de transmissin.

3 ISN : Les réseaux infrmatiques page 3/16 II.2/ USB : Universal Serial Bus Il s'agit d'un bus série devenu standard sur ns rdinateurs. La vitesse de cmmunicatin est bien plus élevée qu'en RS232 : 480Mbit/s cntre 19200bits/s en RS232. Un autre avantage de l'usb est que l'n peut dispser de plusieurs prises sur un même rdinateur et que par le biais de HUB, n peut multiplier les prises. Sn fnctinnement se rapprche du Tken Ring : Chaque périphérique USB est autrisé à dialguer à tur de rôle. Les signaux D+ et D- de l'usb crrespndent à une liaisn différentielle (cmme la nrme RS485). La prise ISB permet également de furnir une énergie électrique de 5V sus 100mA III/ Ntin de réseaux Un réseau au sens large est un ensemble d'bjets u de persnnes intercnnectés les uns avec les autres et qui fnt circuler des infrmatins entre eux seln des règles cmmunes. En infrmatique, un réseau est un ensemble d'équipements infrmatiques reliés entre eux par des cnducteurs d'infrmatins (ndes, cuivre, fibre ptique...). L'intérêt d'un réseau infrmatique est de : partager des dnnées et des applicatins partager des périphériques (imprimantes, machines, etc...) travailler sur des dnnées cmmunes La littérature dans ce dmaine distingue généralement tris types de réseaux : LAN : Lcal Area Netwrk : réseau lcal présentant un périmètre gégraphique restreint (salle, bâtiment...). MAN : Metrplitan Area Netwrk : Il regrupe plusieurs LAN gégraphiquement prches WAN : Wide Area Netwrk : Il regrupe des LAN gégraphiquement élignés. Internet repse sur des WAN. III.1/ Echange Client Serveur Lrs d'une cmmunicatin entre deux machines dans un réseau, les deux machines divent établir une cnnexin. La machine émettrice (celle qui demande la cnnexin) est appelée client, tandis que la machine réceptrice est appelée serveur. On dit qu'n est alrs dans un envirnnement Client-Serveur. Les machines dans un tel envirnnement cmmuniquent en mde cnnecté, c'est-à-dire que la cmmunicatin se fait dans les deux sens. III.2/ Tplgie de réseau La tplgie caractérise l'arrangement physique des neuds de branchement du réseau. Réseau en Bus Un câble relie tus les rdinateurs en ligne. Un "jetn" unique sur le bus autrise une machine à émettre des dnnées et interdit de ce fait la "cllisin" des dnnées. L adresse de la machine est placée dans le message d'émissin. Le destinataire peut ainsi se recnnaître, lire le message et y répndre.

4 ISN : Les réseaux infrmatiques page 4/16 L'émetteur, lrsqu'il reçit à nuveau le jetn, peut valider la cmmunicatin et libérer le jetn pur autriser une nuvelle transmissin. Réseau en étile Chaque pste est relié à un cncentrateur (HUB) u cmmutateur (switch). Ce dernier a pur rôle d'éviter les cllisins et d'autriser les cmmunicatins entre deux pstes. Cette slutin est évlutive mais cûteuse. Réseau en anneau (Tken Ring) La cmmunicatin repse également sur le principe du jetn qui circule dans la ligne et qui autrise u nn les cmmunicatins. La rupture d'un des neuds empêche le réseau de fnctinner. La mise en euvre est cmplexe.

5 ISN : Les réseaux infrmatiques page 5/16 IV/ Adressage IV.1/ Adresse Dans un réseau infrmatique chaque équipement est caractérisé par deux numérs de plusieurs nmbres appelées ADRESSE et liés à chaque carte réseau. Ces numérs divent être uniques. IV.2/ Adressage MAC De la même manière que dans une ville chaque dmicile dit dispser d'une adresse unique, dans un réseau infrmatique, chaque interface réseau dit dispser d'une adresse unique au mnde. L'adresse MAC (Media Access Cntrl) est prpre à chaque carte réseau. Elle est thériquement unique au mnde et est cmpsée de 6 ctets écrits en cdage hexadécimal (de 00 à FF). Cette adresse est manipulée par la cuche Liaisn (cuche 2 du mdèle OSI) ce qui permet un traitement rapide de l'infrmatin (adressage rapide des paquets d'infrmatin sur le réseau lcal) car il n'y a pas de traitement prgrammé. Les 3 premiers ctets snt prpres au cnstructeur de matériel, les tris suivants identifient la carte elle-même. Lrsque l'adresse MAC est cmpsée uniquement de FF, cela revient à transmettre l'infrmatin à tus les équipements du réseau. On appelle cela un BROADCAST IV.3/ Adressage IP L'incnvénient de l'adresse physique est qu'elle est liée au matériel, ce qui manque de suplesse dès lrs que l'n suhaite manipuler un grand nmbre d'équipements. Il a dnc été nécessaire de rajuter à l'adresse physique, une adresse lgique appelée Adresse IP. L'adresse lgique est mdifiable grâce au système d'explitatin (Windws, LINUX, etc...).

6 ISN : Les réseaux infrmatiques page 6/16 L'adresse IP (Internet Prtcl) identifie un équipement dans un réseau. Elle dit, de ce fait, être unique dans le réseau mais elle peut être mdifiée grâce au système d'explitatin. En IPv4 elle est cmpsée de 4 ctets écrits en décimal (0 à 255). En IPv6 elle se cmpse de 6 ctets écrits également en décimal. L'adresse IP est manipulée par la cuche 3 (Réseau). Une adresse IP peut être : statique : ce qui signifie qu'elle ne change jamais tant qu'n ne la mdifie pas. dynamique : cela signifie qu'un serveur DHCP (Dynamic Hst Cnfiguratin Prtcl) lui affecte une adresse d'une durée (bail) déterminée. La durée du bail est cnfigurée sur le serveur DHCP. Tute machine sur un réseau a dnc 2 adresses, une adresse MAC et une adresse IP. Les prcessus de niveaux supérieurs utilisent tujurs l'adresse IP et dnc lrsqu'un prcessus cmmunique avec un autre prcessus, il lui envie un message dnt l'adresse destinataire est une adresse IP, mais pur puvir atteindre la carte réseau du destinataire, il faut cnnaître sn adresse MAC. Le rôle du prtcle ARP (Address Reslutin Prtcl) est d'assurer la crrespndance entre l'adresse IP et l'adresse MAC. Exercice Sit la carte réseau suivante : S'agit-il d'un adressage dynamique u statique? S'agit-il d'un adressage IPv4 u IPv6? IV.4/ Plan d'adressage Avec un adressage IP sur 4 ctets, il serait pssible d'adresser 2 32 équipements sit plus de 4 milliards de machines. Sans filtrage, la transmissin de dnnées serait

7 ISN : Les réseaux infrmatiques page 7/16 excessivement lngue, car il faudrait au niveau de la cuche réseau, rechercher le destinataire parmi tutes les pssibilités. Par ailleurs sans précautin supplémentaire chaque machine purrait accéder aux autres ce qui, sur le plan de la sécurité infrmatique, serait impensable. Enfin sur 4 milliards de machines, cmment être sûr que l'adresse IP n'est pas déjà utilisée? Un plan d'adressage détermine l'adresse IP du réseau, du sus-réseau et dnc des équipements (rdinateur, imprimante, autmate, etc...) qui cmpsent le réseau de l'entreprise u de l établissement. Afin de réduire les pssibilités de cnnexin n utilise un masque de sus réseau qui segmente le réseau en plusieurs sus-réseaux. Le masque de sus-réseau est une adresse IP grâce à laquelle n btient l'adresse du réseau. Le résultat du ET lgique entre le masque et l'adresse IP d'une machine dnne l'adresse du réseau. Tutes les machines qui appartiennent au même réseau peuvent cmmuniquer entre elles. Exemple : Masque : IP : Résultat du ET lgique : L'adresse du réseau est dnc Tutes les machines ayant une adresse unique cmprise entre et peuvent cmmuniquer entre elles. Deux adresses par sus-réseau snt réservées : l'adresse du réseau : dans ntre exemple l'adresse de BradCast par laquelle n peut transmettre un message à tus les équipements du sus réseau : dans ntre exemple Exercice Dans l'exemple ci-cntre : Quel est le masque de sus réseau? Quelle est l'adresse du réseau? Cmbien d'équipements, au maximum peuvent cmmuniquer entre eux?

8 ISN : Les réseaux infrmatiques page 8/16 IV.5/ Classe d'adressage Seln le masque de sus-réseau, n distingue des classes d'adressage différentes. Celles-ci déterminent le nmbre de machines par sus-réseau et dnc le nmbre pssible de sus-réseaux : Valeur du masque : V/ Les éléments actifs On appelle éléments actifs, des équipements électrniques intervenant dans l'acheminement des trames de cmmunicatin dans un réseau. Suvent les éléments actifs se présentent sus frme de bîtier rackable de 19 puces de large qui snt placés dans des baies infrmatiques ndulées (prtégées cntre des variatins u absence de curant d'alimentatin). Pur relier les différents équipements entre eux, n utilise des câbles infrmatiques dispsants à leurs extrémités des cnnecteurs RJ45 (nrme NFC ). Pur une cnnexin allant vers un switch le câblage est drit, entre PC sans élément actif, il faut utiliser un câble crisé.

9 ISN : Les réseaux infrmatiques page 9/16 V.1/ Le Hub Un Hub est une srte de rallnge permettant de renvyer les trames Ethernet vers différents destinataires. Le Hub amplifie les signaux, mais il ne gère pas leur bnne distributin. Si le nmbre de destinataires est imprtant il se prduit des cllisins de dnnées ce qui peut cnsidérablement diminuer les perfrmances du réseau. Un Hub se situe uniquement au niveau 1 de la cuche OSI. En français n parle aussi de répéteur. V.2/ Le switch Le switch est un cmmutateur de signaux. Il décde l'entête de la trame Ethernet et envie la trame au bn destinataire (cntrairement au Hub). Le switch se situe aux niveaux 1 et 2 de la cuche OSI. Il dispse en interne d'une table de crrespndance entre le numér de prt de srtie (le numér du cnnecteur RJ45 de srtie) et l'adresse MAC. Certains switch, plus perfrmants agissent au niveau 3 vire 4. V.3/ Le ruteur Hub et switch n'assurent que les liaisns entre équipements qui se truvent dans le même réseau. Le rôle du ruteur est de permettre de relier, si les règles de rutage le permettent des équipements dans des réseaux différents. Au sein d'un réseau lcal, un ruteur n'est pas nécessaire, mais pur relier différents sites il est incnturnable. V.4/ Cnvertisseur cuivre-fibre Lrsque les distances de cmmunicatins snt trp grandes (supérieur à 100m) les câbles RJ45 en cuivre ne peuvent plus être utilisés. Il faut alrs faire appel à une transmissin par fibre ptique.

10 ISN : Les réseaux infrmatiques page 10/16 Pur cnvertir le signal électrique en signal ptique, il est nécessaire d'utiliser des cnvertisseurs ptiques. VI/ Mdèle de cmmunicatin VI.1/ Principe Pur cmmuniquer, deux interlcuteurs divent respecter des règles cmmunes : Même niveau de cmpréhensin : le sujet traité dit être accessible par les deux interlcuteurs (un enfant de 3 ans ne purra certainement pas cmprendre un expsé de physique nucléaire)

11 ISN : Les réseaux infrmatiques page 11/16 Même règle de cmmunicatin : le sujet dit être expsé avec des règles de cmmunicatin cmmunes (même langue et règles d'usage cmmunes) Même supprt de cmmunicatin : la méthde d'expressin dit être la même (une persnne surde ne purra pas cmprendre un message parlé par exemple). VI.2/ Cuche de cmmunicatin (u Cuche réseau) Dans l'exemple précédent chaque niveau cnstitue une cuche de cmmunicatin. En infrmatique, n appelle Cuche Réseau une entité qui furnit les myens électriques et/u fnctinnels nécessaires à l'activatin, au maintien et à la désactivatin des cnnexins destinées à la transmissin de dnnées numériques (ensemble de bits) entre deux entités de liaisn de dnnées. VI.3/ Prtcle Un prtcle de cmmunicatin est une spécificatin standardisée qui permet la cmmunicatin entre deux équipements. Il définit les règles et les prcédures par lesquelles une infrmatin est transmise. Quelques prtcles curants Prtcle ARP : Prtcle de réslutin d'adresse Prtcle DHCP : Affectatin dynamique d'adresse IP Prtcle FTP : Prtcle de transfert de fichier Prtcle ICMP : Prtcle de cntrôle de messages Prtcle RIP : Prtcle de rutage dynamique Prtcle TCP : Prtcle de cntrôle de transmissin Prtcle UDP : Prtcle de cntrôle de transmissin VI.4/ Encapsulatin Lrs de la transmissin d'un message les dnnées d'un prtcle snt incluses dans les dnnées d'un autre. Exemple de la vie curante : Damien invite Alexandre à venir juer. Les deux parlent le français et le message est ral : Le message est encapsulé avec les deux prtcles de cmmunicatin (Règles et Supprt) L'encapsulatin, en infrmatique et spécifiquement pur les réseaux infrmatiques, est un prcédé cnsistant à inclure les dnnées de la cuche d'un prtcle dnné vers la cuche d'un prtcle de plus bas niveau. VI.5/ Trame La trame cnstitue l'ensemble des dnnées numériques transmises pur la cmmunicatin d'un message. VII/ Le mdèle OSI Afin d'établir les liaisns entre les équipements

12 ISN : Les réseaux infrmatiques page 12/16 infrmatiques, le mdèle OSI (Open Systems Intercnnectin) a été nrmalisé ( ISO 7498 ) par l'iso (Internatinal Standard Organizatin) dans les années Ce mdèle repse sur 7 cuches réseaux représentées ci-cntre : AH: Dnnée haute de la cuche applicatin... DT : Délimiteur de fin de trame La cuche 7 - Applicatin : Cette cuche est le pint de cntact entre l'utilisateur et le réseau. C'est dnc elle qui va apprter à l'utilisateur les services de base fferts par le réseau. Exemple de prtcle : HTTP, FTP, POP, DHCP, WebDAV, etc... La cuche 6 - Présentatin : Elle a pur rôle d'établir une syntaxe pur la cmmunicatin entre les applicatins. C'est en quelque srte un traducteur dans un langage cmmun à tutes les applicatins. Exemple de prtcle : ASCII, UNICODE, MIME... La cuche 5 - Sessin : Elle permet l'établissement, le maintien, et la libératin d'une cnnexin. Elle synchrnise la cmmunicatin et gère les prts de cmmunicatin (sckets sus Windws). Exemple de prtcle : AppleTalk. RTSP (Real Time Streaming Prtcl), etc... La cuche 4 - Transprt : Elle prend en charge le transprt du message de l'utilisateur d'un but à l'autre du réseau. Elle assure le cntrôle de flux, crrige les erreurs, l'acheminement des infrmatins. Exemple de prtcle : TCP (Prtcle de cntrôle de transmissin), UDP (prtcle de datagramme utilisateur) La cuche 3 - Réseau : C'est la cuche IP. Elle a pur rôle de créer des paquets qui sernt transprtés. Elle permet dnc l'acheminement d'un paquet vers l'utilisateur final. Exemple de prtcle : ARP (Adress Reslutin Prtcl), IPv4, IPv6, etc... La cuche 2 - Liaisn : C'est la cuche Ethernet. Elle a pur rôle de décuper les infrmatins en trames ayant une certaine significatin et la recnnaissance de ces trames à la réceptin. Elle a aussi pur rôle de gérer les erreurs sur le supprt physique. Cette cuche permet la transmissin des infrmatins jusqu'au prchain équipement (qui peut différer de l'utilisateur final, exemple : switch). Exemple de prtcle : Ethernet, Wi-Fi, PPP, etc... La cuche 1 - Physique : La cuche physique est la cuche qui s'ccupe de transmettre les infrmatins brutes sur un média et de décder les infrmatins brutes qu'elle reçit sus frme brute (impulsins électriques, fréquence radi, impulsin lumineuse...), c'est-àdire qu'elle transmet des bits sus diverses frmes physiques. Exemple de prtcle : ADSL, SDSL, Bluetth, 10BaseT, etc... Exemple d'un échange HTTP (accès vers une page HTML)

13 ISN : Les réseaux infrmatiques page 13/16 Exercice Sit la trame prvenant d'un échange entre rdinateurs et l'applicatin DrpBx : Quel prtcle est utilisé par la cuche Transprt? Quel est le prtcle utilisé par la cuche Réseau? Quel prtcle est utilisé par la cuche Liaisn? Nmbre d'ctets par cuche : Cuche Liaisn : 14 ctets Cuche Réseau : 20 ctets Cuche Transprt : 8 ctets Où snt les différentes dnnées dans ce Datagramme? VIII/ Le mdèle TCP/IP Le mdèle OSI se vulait de répndre à la prblématique générale de cmmunicatin quelles que sient les situatins; il s'agit d'un mdèle thérique relativement cmpliqué. L'OSI s'est basé sur un mdèle apparu dans la fin des années 1970 lrs de la créatin de l'arpanet (ancêtre d'internet). Ce mdèle, plus pratique, nmmé TCP/IP(Transmissin Cntrl Prtcl/Internet) Prtcl) est utilisé encre

14 ISN : Les réseaux infrmatiques page 14/16 aujurd'hui. Cmme le mntre la figure ci-dessus, il n'y a que 4 cuches qui peuvent être mises en relatin avec les cuches du mdèle OSI. Une trame de cmmunicatin se présente ainsi de la manière suivante : IX/ Rutage IP IX.1/ Rutage et NAT Le rutage est le mécanisme par lequel des chemins snt sélectinnés dans un réseau pur acheminer les dnnées d'un expéditeur jusqu'à un u plusieurs destinataires. Le ruteur dispse de plusieurs cartes réseau et, grâce à une table de rutage, il achemine les trames d'une carte à l'autre. On dit qu'un ruteur fait du Netwrk Address Translatin (NAT) lrsqu'il fait crrespndre les adresses IP internes nn-uniques et suvent nn rutables d'un intranet à un ensemble d'adresses externes uniques et rutables. Ce mécanisme permet ntamment de faire crrespndre une seule adresse externe publique visible sur Internet à tutes les adresses d'un réseau lcal. Une passerelle NAT (en anglais, gateway) est un dispsitif permettant de relier deux réseaux infrmatiques différents. Ainsi, plusieurs équipements peuvent accéder à l'autre réseau par l'intermédiaire de la passerelle à cnditin que celle-ci sit cnnue

15 ISN : Les réseaux infrmatiques page 15/16 par ces équipements. Ce prcessus intervient à partir de la cuche 4 (cuche transprt) du mdèle OSI et peut mdifier la trame jusqu'à la cuche 6. L'acrnyme NAT vient de Netwrk Address Translatin. IX.2/ Table de rutage La table de rutage regrupe tris types d'entrées : Adresses du réseau de destinatin Prt du prchain ruteur Métrique eth eth eth0 1 etc etc etc Adresse du réseau : Crrespnd à l'adresse du réseau vers laquelle l'infrmatin dit aller Prt du prchain ruteur : Crrespnd au nm de la carte réseau permettant d'accéder au réseau de destinatin Métrique : Il s'agit d'un indice de perfrmance dépendant du nmbre de saut de ruteur, du temps d'acheminement statistique, etc... Plus cette valeur est faible et plus l'accès est privilégié. Exemple pur le plan de rutage de la figure ci-cntre : Ruteur BatA : /16 via Ruteur BatB : /16 via Exemple de rutage entre PC1 et le serveur WEB (Architecture représentée cidessus):

16 ISN : Les réseaux infrmatiques page 16/16 Exemple de rutage vers est l'adresse de la passerelle est l'adresse du serveur WEB de destinatin. 10 ruteurs snt traversés entre le ruteur du furnisseur d'accès Internet et celui du destinataire.