Classification des réseaux informatiques

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1 CHAPITRE 3 Classification des réseaux informatiques Objectif général : Ce chapitre vise à approfondir les capacités de l étudiant pour mieux maitriser les concepts et les notions fondamentaux du réseau. Il lui rend plus capable à classifier un réseau selon un critère choisi tout en présentant ses caractéristiques. Volume horaire estimatif : 4h30 Objectifs spécifiques Définir les typologies d un réseau informatique Définir les topologies physiques d un réseau informatique et leurs caractéristiques Présenter les architectures réseaux tout en donnant les avantages et les inconvénients de chacune Donner les classes des réseaux, expliquer les différents modes de fonctionnement des terminaux et définir les techniques de commutation utilisées par les nœuds pour acheminer les messages PAN LAN MAN WAN Topologie en bus Topologie en étoile Topologie en anneau Topologie en arbre Topologie maillée Eléments du contenu Architecture client/serveur Architecture d égal à égal Architecture 3-tiers (2 niveaux, 3 niveaux, multi-niveaux) Mode de transfert: - Mode de diffusion - Mode point à point Mode de connexion : - avec connexion - sans connexion Techniques de commutation - Commutation de circuit - Commutation de paquets - Commutation des messages - Commutation de cellule 1 R.Ben Azzoun

2 1. Introduction Un réseau informatique est constitué d'ordinateurs reliés entre eux grâce à des lignes de communication (câbles réseaux, etc.) et des éléments matériels (cartes réseau, ainsi que d'autres équipements permettant d'assurer la bonne circulation des données). L'arrangement physique, c'est-à-dire la configuration spatiale du réseau est appelé topologie physique alors que la répartition géographique des équipements définie la typologie. 2. Typologies des réseaux informatiques On peut classifier les réseaux informatiques selon leurs tailles, comme l indique la figure : Figure 3. 1 : Typologies des réseaux 2.1. Le réseau personnel PAN (Personnal Area Network) Il interconnecte des équipements personnels comme un ordinateur portable avec une imprimante ou scanner, etc Le réseau local LAN (Local Area Network) Il peut s'étendre de quelques mètres à quelques kilomètres et correspond au réseau d'une entreprise. Il peut se développer sur plusieurs bâtiments et permet de satisfaire tous les besoins internes de cette entreprise (ou site universitaire ou usine) Le réseau métropolitain MAN (Metropolitan Area Network) Il interconnecte plusieurs lieux situés dans une même ville (métropole). Un MAN peut être l interconnexion de plusieurs LAN géographiquement proches par exemple l interconnexion des différents départements d une même université, chacun possédant son propre réseau local Le réseau étendu WAN (Wide Area Network) Il permet de communiquer à l'échelle d'un Pays (s étend sur plusieurs centaines de kilomètres) ou de la planète entière, les infrastructures physiques pouvant être terrestres ou spatiales à l'aide de satellites de télécommunications (internet sans fil). Il permet de relier des LAN 2 R.Ben Azzoun

3 éloignés et même des MAN éloignés. Internet est le meilleur exemple d'un réseau WAN de très grande taille. 3. Les topologies physiques d interconnexion La topologie réseau définit la structure du réseau : La topologie physique, qui est la configuration proprement dite du câblage ou du média définissant l arrangement physique relative au plan de réseau. la topologie logique, qui définit de quelle façon l information est transmise d un nœud à un autre (topologie de circulation des données) Topologie en bus Une topologie en bus est l'organisation la plus simple d'un réseau. En effet, dans cette topologie, tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission par l'intermédiaire de câble. Le mot «bus» désigne la ligne physique qui relie les machines du réseau. Figure 3. 2 : Topologie en bus Avantages : Ne coûte pas cher. Utilisation dans les architectures distribuées. Temps de séjour dans le nœud est nul. Une station tombe en panne ne bloque pas le réseau. Facilité d ajouter ou de supprimer une station réseau. Inconvénients : Beaucoup de connexions donc plus de faux contacts. Un seul court circuit ou dysfonctionnement coupe le réseau à tous les utilisateurs. Le nœud joue un rôle passif d où la nécessité d'un répéteur Topologie en anneau Dans une simple boucle, chaque nœud recevant un message de son voisin en amont (au dessus) le réexpédie à son voisin en aval (en dessous). Pour que le message ne tourne pas 3 R.Ben Azzoun

4 indéfiniment le nœud émetteur retire le message lorsqu il lui revient. Si l un des éléments du réseau tombe en panne, alors tout s arrête. Ce problème est partiellement résolu par la double boucle dont chacune des boucles fait tourner les messages dans un sens opposé. En cas de panne d un équipement, on reconstitue une boucle simple avec les éléments actifs des deux boucles, mais dans ce cas tout message passera deux fois par chaque nœud. Il en résulte alors une gestion très complexe. Figure 3. 3 : Topologie en anneau Avantages : Une meilleure qualité de signal car les stations jouent le rôle de répéteurs. Chaque nœud est actif puisque chaque station agit comme un répéteur pour la transmission. Donc la non nécessité d'un répéteur. Inconvénients : Une seule station défectueuse peut désactiver le réseau. Plus il y a de stations, plus le temps de réponse du réseau est important. Topologie pas très simple ni extensible Topologies en étoile Dans une topologie en étoile, tous les ordinateurs sont reliés à l aide d un câble à un concentrateur qui s agit d un équipement permettant de recueillir l information en provenance de plusieurs terminaux. Figure 3. 4 : Topologie en étoile 4 R.Ben Azzoun

5 Avantages : Chaque nœud ne fonctionnant pas correctement sur le réseau n'affecte en rien son utilisation. Il est très simple de rajouter ou d'enlever des nœuds au réseau. Inconvénients: Il nécessite un câblage bien plus important que le bus ce qui implique un coût plus élevé. Si le concentrateur est victime de défaillance, tout le réseau tombe en panne La topologie en arbre Aussi connu sous le nom de topologie hiérarchique, le réseau est divisé en niveaux. Le haut niveau (Le sommet) est connecté à plusieurs nœuds de niveau inférieur dans la hiérarchie. Ces nœuds peuvent être eux-mêmes connectés à plusieurs nœuds de niveau inférieur. Le tout dessine alors un arbre, ou une arborescence. Remarque : Concentrateu r Figure 3. 5 : Topologie en arbre La topologie en arbre appelée aussi topologie bus en étoile puisqu elle s agit d une combinaison de la topologie en étoile et en bus. Cette configuration se compose de plusieurs réseaux à topologie en étoile, reliés par des tronçons de type bus linéaire et des concentrateurs hybrides qui permettent d utiliser plusieurs types de câbles Topologie maillée Dans une topologie maillée, chaque ordinateur est connecté aux autres ordinateurs par un câble séparé. Son principal avantage, est sa capacité de tolérance de panne. En effet, lorsqu un câble se rompt, il existe de nombreux autres itinéraires routés. On distingue deux types de maillage : 5 R.Ben Azzoun

6 a) Le maillage régulier Dans ce maillage régulier, l interconnexion est totale ce qui permet à chaque station d être connectée directement à toutes les autres stations du réseau pour assurer une fiabilité maximale, représentée par la figure suivante : Figure 3. 6 : Topologie en maillage régulier b) Le maillage irrégulier Si l on allège le plan de câblage, le maillage devient irrégulier et la fiabilité peut rester élevée mais elle nécessite un cheminement des informations de façon parfois complexe, comme c est indiqué ci-dessous. Figure 3. 7 : Topologie en maillage irrégulier Avantage : Très fiable (résistance à la défaillance) Inconvénients : Trop de câbles (très couteux) Dans cette architecture il devient presque impossible de prévoir le temps de transfert d un nœud à un autre. Remarque : Le choix d une topologie particulière repose sur un certain nombre de critères tel que : Nombre de station à connecter Volume de flux de données 6 R.Ben Azzoun

7 coût Distance entre unité communicantes Evolution possible Résistance aux pannes et lignes de secours Facilité d administration 4. Les architectures Réseaux 4.1. Architecture client/serveur a) Présentation De nombreuses applications fonctionnent selon un environnement client/serveur, cela signifie que des machines clientes (des machines faisant partie du réseau) contactent un serveur, une machine généralement très puissante en termes de capacités d'entrée-sortie, qui leur fournit des services. Ces services sont des programmes fournissant des données telles que l'heure, des fichiers, une connexion,... Les services sont exploités par des programmes, appelés programmes clients, s'exécutant sur les machines clientes. On parle ainsi de client FTP, client de messagerie,..., lorsque l'on désigne un programme, tournant sur une machine cliente, capable de traiter des informations qu'il récupère auprès du serveur (dans le cas du client FTP il s'agit de fichiers, tandis que pour le client messagerie il s'agit de courrier électronique). Dans un environnement purement Client/serveur, les ordinateurs du réseau (les clients) ne peuvent voir que le serveur, c'est un des principaux atouts de ce modèle. b) Avantages de l architecture Client/serveur Le modèle client/serveur est particulièrement recommandé pour des réseaux nécessitant un grand niveau de fiabilité, ses principaux atouts sont: des ressources centralisées: étant donné que le serveur est au centre du réseau, il peut gérer des ressources communes à tous les utilisateurs, comme par exemple une base de données centralisée, afin d'éviter les problèmes de redondance et de contradiction une meilleure sécurité: car le nombre de points d'entrée permettant l'accès aux données est moins important une administration au niveau serveur: les clients ayant peu d'importance dans ce modèle, ils ont moins besoin d'être administrés 7 R.Ben Azzoun

8 un réseau évolutif: grâce à cette architecture il est possible de supprimer ou rajouter des clients sans perturber le fonctionnement du réseau et sans modifications majeures. c) Inconvénients du modèle client/serveur L'architecture client/serveur a tout de même quelques lacunes parmi lesquelles: un coût élevé dû à la technicité du serveur un maillon faible: le serveur est le seul maillon faible du réseau client/serveur, étant donné que tout le réseau est architecturé autour de lui. d) Fonctionnement d'un système client/serveur Un système client/serveur fonctionne selon le schéma suivant: Figure 3. 8 : Architecture client/serveur Le client émet une requête vers le serveur grâce à son adresse et le port, qui désigne un service particulier du serveur Le serveur reçoit la demande et répond à l'aide de l'adresse de la machine client et son port 4.2. Architecture d égal à égal a) Présentation Dans une architecture d'égal à égal (en anglais peer to peer), contrairement à une architecture de réseau de type client/serveur, il n'y a pas de serveur dédié. Ainsi chaque ordinateur dans un tel réseau est un peu serveur et un peu client. Cela signifie que chacun des ordinateurs du réseau est libre de partager ses ressources. Un ordinateur relié à une imprimante pourra donc éventuellement la partager afin que tous les autres ordinateurs puissent y accéder via le réseau. b) Inconvénients des réseaux d'égal à égal Les réseaux d'égal à égal ont énormément d'inconvénients: 8 R.Ben Azzoun

9 ce système n'est pas du tout centralisé, ce qui le rend très difficile à administrer la sécurité est très peu présente aucun maillon du système n'est fiable Ainsi, les réseaux d'égal à égal ne sont valables que pour un petit nombre d'ordinateurs (généralement une dizaine), et pour des applications ne nécessitant pas une grande sécurité (il est donc déconseillé pour un réseau professionnel avec des données sensibles). c) Avantages de l'architecture d'égal à égal L'architecture d'égal à égal a tout de même quelques avantages parmi lesquels: un coût réduit (les coûts engendrés par un tel réseau sont le matériel, les câbles et la maintenance) une simplicité à toute épreuve! Il s'agit généralement d'une solution satisfaisante pour des environnements ayant les caractéristiques suivantes : Moins de 10 utilisateurs Tous les utilisateurs sont situés dans une même zone géographique La sécurité n est pas un problème crucial Ni l entreprise ni le réseau ne sont susceptibles d évoluer de manière significative dans un proche avenir d) Administration d'un réseau poste à poste Le réseau poste à poste répond aux besoins d une petite entreprise mais peut s avérer inadéquat dans certains environnements. Voici les questions à résoudre avant de choisir le type de réseau : On désigne par le terme "Administration" : 1. Gestion des utilisateurs et de la sécurité 2. Mise à disposition des ressources 3. Maintenance des applications et des données 4. Installation et mise à niveau des logiciels utilisateurs 9 R.Ben Azzoun

10 Dans un réseau poste à poste typique, il n y a pas d administrateur. Chaque utilisateur administre son propre poste. D'autre part tous les utilisateurs peuvent partager leurs ressources comme ils le souhaitent (données dans des répertoires partagés, imprimantes, cartes fax etc.) 4.3. L architecture à n-niveaux a) Présentation de l'architecture à 2 niveaux L'architecture à deux niveaux (aussi appelée architecture 2-tiers, tiers signifiant tierce partie) caractérise les systèmes clients/serveurs dans lesquels le client demande une ressource et le serveur la lui fournit directement. Cela signifie que le serveur ne fait pas appel à une autre application afin de fournir le service. Figure 3. 9 : Architecture 2 tiers b) Présentation de l'architecture à 3 niveaux Dans l'architecture à 3 niveaux (appelées architecture 3-tiers), il existe un niveau intermédiaire, c'est-à-dire que l'on a généralement une architecture partagée entre: 1. Le client: le demandeur de ressources 2. Le serveur d'application (appelé aussi middleware): le serveur chargé de fournir la ressource mais faisant appel à un autre serveur. 3. Le serveur secondaire (généralement un serveur de base de données), fournissant un service au premier serveur. Figure : Architecture 3 tiers 10 R.Ben Azzoun

11 Etant donné l'emploi massif du terme d'architecture à 3 niveaux, celui-ci peut parfois désigner aussi les architectures suivantes: Partage d'application entre client, serveur intermédiaire, et serveur d'entreprise. Partage d'application entre client, base de données intermédiaire, et base de données d'entreprise c) Comparaison des deux types d'architecture L'architecture à deux niveaux est donc une architecture client/serveur dans laquelle le serveur est polyvalent, c'est-à-dire qu'il est capable de fournir directement l'ensemble des ressources demandées par le client. Dans l'architecture à trois niveaux par contre, les applications au niveau serveur sont délocalisées, c'est-à-dire que chaque serveur est spécialisé dans une tâche (serveur web/serveur de base de données par exemple). Ainsi, l'architecture à trois niveaux permet: une plus grande flexibilité/souplesse une plus grande sécurité (la sécurité peut être définie pour chaque service) de meilleures performances (les tâches sont partagées) d) L'architecture multi-niveaux Dans l'architecture à 3 niveaux, chaque serveur effectue une tâche (un service) spécialisée. Ainsi, un serveur peut utiliser les services d'un ou plusieurs autres serveurs afin de fournir son propre service. Par conséquent, l'architecture à trois niveaux est potentiellement une architecture à N niveaux R.Ben Azzoun Figure : Architecture n-tiers

12 5. Mode de transfert On distingue alors deux classes de réseaux : ceux en mode de diffusion (broadcast) et ceux en mode point à point (point-to-point) Mode de diffusion Ce mode consiste à partager un seul support de communication. Chaque message envoyé par un équipement sur le réseau est reçu par tous les autres. C est l adresse spécifique placée dans le message qui permettra à chaque équipement de déterminer si ce message lui est adressé ou non. Exemple : les architecture en bus, étoile ou en anneau 5.2. Mode point à point Le support physique (le câble) relie une paire d équipement seulement. Quand deux éléments non directement connectés entre eux veulent communiquer, ils le font par l intermédiaire des autres nœuds du réseau. Exemple : une architecture maillée ou arbre. 6. Mode de connexion Mode de fonctionnement des terminaux : Quelle que soit l architecture physique ou logique d un réseau, on trouve 2 modes de fonctionnement différents des terminaux informatiques lors du transfert d information : mode connecté et mode non connecté Mode connecté Dans le mode avec connexion, toute communication entre 2 entités du réseau (A et B par exemple) suit le processus suivant en 3 phases : a) Établissement de la connexion : A demande une connexion avec B par l envoi d un message spécial (paquet d appel). Le paquet d appel trace un chemin entre A et B dans le réseau : le circuit. B confirme ou non la connexion avec un autre message spécial (paquet d acquittement). b) Transfert des données : Tous les paquets du message sont envoyés à B en suivant le même chemin dans le réseau. Les paquets du message contiennent le numéro de circuit et non plus l adresse de B. c) Libération de la connexion : Un paquet de libération du circuit est envoyé à l initiative de A ou B. 12 R.Ben Azzoun

13 C est le fonctionnement bien connu du réseau téléphonique classique. Les avantages du mode avec connexion sont : La sécurisation du transport par identification claire de l émetteur et du récepteur. La possibilité d établir à l avance des paramètres de qualité de services qui seront acceptés lors de l échange des données Les défauts sont : la lourdeur de la mise en place de la connexion (surtout si l on ne veut échanger que quelques octets) la difficulté d établir des communications multipoints 6.2. Mode non connecté Dans le mode non connecté, l émetteur (A) envoi vers le récepteur (B) les différents paquets de son message (appelés datagrammes) avec l adresse de B sans demande préalable de connexion (pas de circuit virtuel entre A et B). C est alors aux équipements gérant le réseau d acheminer ces paquets individuellement par des chemins pouvant être différents, et en les temporisant si nécessaire. Exemple : Ce service est celui du courrier postal classique. Le mode non connecté apporte certains avantages : la simplicité, l efficacité robuste aux pannes des réseaux Cependant il présente quelques défauts : Deséquencement des paquets à l arrivée Mémoire tampon des équipements réseaux Pas de qualité négociée 7. Technique de commutation La commutation est une technique utilisée par les nœuds dans le réseau pour acheminer les messages de l émetteur au récepteur Commutation de circuit Exemple : RTC (réseau Téléphonique Commuté) Historiquement, c est la technique la plus ancienne. Elle consiste à réserver un lien physique (continuité métallique) entre deux points durant tout l'échange (connexion+échange+déconnexion). Ce circuit sera propre aux entités communiquant et il 13 R.Ben Azzoun

14 sera libéré lorsque l un des deux coupera sa communication. Par contre, si pendant un certain temps les deux entités ne s échangent rien le circuit leur reste quand même attribué Commutation de messages Exemple : Message = bloc d'information = unité de transfert Acheminement individuel des messages, choix d un circuit à chaque transmission. Message mémorisé intégralement par chaque nœud avant retransmission. Transfert même si le correspondant est non connecté ou occupé. Permet le changement de format des messages Commutation de paquets Exemple : Internet (TCP/IP) Paquets = fragments de messages Cette technique est apparue pour résoudre les problèmes d erreurs et améliorer les performances de la commutation des messages. Un message émis est découpé en paquets et par la suite chaque paquet est envoyé individuellement à travers le réseau comme dans le cas des messages. Chaque nœud redirige un paquet entrant vers le lien en sortie grâce une table de routage (table de correspondance des adresses logiques des récepteurs et des routes à suivre). La reprise sur erreurs est donc ici plus simple que dans la commutation des messages, par contre le récepteur final doit être capable de reconstituer les messages émis en réassemblant les paquets. Remarque : les nœuds du réseau sont appelés ici routeurs. Avantages : temps d émission réduit, taille des mémoires réduites, reprise sur erreurs plus efficace. Défauts : Séquencement non garanti à l'arrivée donc nécessite un réordonnancement, Mémoire de masse à l'arrivée importante Commutation de cellules Information acheminée dans des cellules de taille fixe (53 octets) Pas de contrôle d'erreur dans le réseau. Nécessite une connectique fiable. Pas de mémorisation intermédiaire. 14 R.Ben Azzoun

15 Permet de hauts débits. Remarque : Une comparaison entre la commutation de message et la commutation de paquets montre un gain de temps offert par cette dernière par rapport à la première, comme l indique la figure suivante (la même chose pour paquet et cellule) Figure : Comparaison entre commutation de messages et commutation de paquets 8. Conclusion Les critères de distance ou de topologie ne sont pas les seuls possibles. En effet, il est possible d effectuer les choix suivants : La gestion : réseau public, privé. La fonction : réseau bureautique, réseau local industriel, le réseau multiservice (pour véhiculer le texte, son, image, vidéo). 15 R.Ben Azzoun