INTRODUCTION AUX RESEAUX IP

Transcription

1 INTRODUCTION AUX RESEAUX IP 1. Sommaire 1. Sommaire Le lien physique Technologies de liaison Protocoles de liaison physique Topographie, topologie, et matériel d'interconnexion Matériel d'interconnexion Elargissement technologique Le lien logique L'interconnexion des réseaux Le dialogue client/serveur Les services réseaux Introduction Architecture logique des réseaux Conclusion : caractéristiques du réseau local Annexes - conseils pratiques Câblage et actifs / 12

2 2. Le lien physique Les données informatiques se présentent sous forme d'un flux d'informations binaire ou bits, de nature électrique, optique, etc... La communication de ces données entre un émetteur et un récepteur; nécessite en premier lieu la présence d'un lien ou vecteur physique Technologies de liaison Lien cuivre C'est le moyen le plus ancien de transférer des données. Le signal est de nature électrique. Exemple : câble dit "téléphonique", FTP cat 5e, 4 paires de fils torsadés. Fibre optique Le signal électrique binaire est converti en signal binaire optique. La fibre est en verre ou en plastique. Un phénomène optique fait que le signal lumineux est guidé par la fibre. Radioélectrique Le signal électrique binaire module un signal porteur à haute fréquence : - modulation d'amplitude - modulation de fréquence ou de phase. - combinaisons des précédentes,... Divers... - Courant porteur (CPL) : une porteuse H.F. est injectée sur le circuit électrique. - ADSL : une porteuse H.F. est injectée sur le circuit téléphonique. - Laser : un faisceau laser est modulé par le flux binaire. 2 / 12

3 2.2. Protocoles de liaison physique Les protocoles résultent de la nécessité de normaliser les matériels constituant les liens physiques. Ethernet (1972) Norme IEEE La norme définit les niveaux des tensions électriques, le codage des 0 et des 1, les qualités requises des câbles,... Ethernet supporte un débit de 10Mbits/s sur paire torsadée cat4 Fast Ethernet supporte un débit de 100Mbits/s sur paire torsadée cat5 Gigabit Ethernet supporte un débit de 1000Mbits/s sur paire torsadée cat5e ou 6 L'électronique d'émission/réception du signal électrique est assemblé sur une carte d'interface réseau ou NIC*. Celle-ci se présente sous la forme intégrée à la carte mère, carte PCI, périphérique USB ou PCMCIA. Une carte d'interface réseau reçoit lors de sa fabrication un numéro d'identification unique au monde inscrit dans un de ses circuits intégrés. Ce numéro est appelé : «adresse MAC **»; il est codé sur 48 bits (6 octets); il est généralement exprimé en hexadécimal. Les caractéristiques du signal Ethernet (Norme IEEE802.3) sont les suivantes : Signal asynchrone Bande de base Encodage Manchester (front montant = 1) 2 niveaux significatifs : 0 V (idle), +2V et -2 V Taux d'erreur désiré < 1 / (10 ^ 8) Token Ring (1970) Norme IEEE Réseaux en anneau. WIFI norme IEEE Les principes sont les mêmes, seules les valeurs changent. La norme définit les fréquences des porteuses, le débit théorique, etc b utilise une porteuse dont la fréquence peut prendre 13 valeurs différentes (canaux) allant de f=2,412ghz à f=2,472ghz. Type de modulation : fréquence (FSK/PSK). La puissance d'émission max. est de 100mW (en Europe). La méthode d'accès concurrents au canal est : CSMA/CA. Le débit est variable de 1, 2, 5.5 ou 11 Mbit/s pour s'adapter à la qualité de la liaison. La carte d'interface (NIC) possède une adresse MAC unique sur 48bits; la connexion au réseau est assurée par un brin rayonnant (antenne), ou par un dispositif optique infrarouge (IR) 3 / 12

4 2.3. Topographie, topologie, et matériel d'interconnexion. La topologie décrit la manière dont les différents éléments (ordinateurs,...) se "voient" connectés les uns aux autres. Du fait d'artifices techniques liés à l'utilisation des matériels d'interconnexion modernes, la topographie peut être différente de la topologie. La topographie décrit l'organisation physique du réseau, celle que l'on voit... on parle aussi parfois de topologie physique. BUS ANNEAU ETOILE Topographie en bus : tous les postes sont reliés à un conducteur (fil) électrique commun. Avantages : câblage simple, économique. Inconvénients : si le bus est rompu, de nombreux postes sont déconnectés; collisions inévitables. Topographie en anneau : chaque poste à deux voisins; le dernier étant rebouclé sur le premier. Avantages : câblage relativement économique; pas de collisions; Inconvénients : si le bus est rompu, de nombreux postes sont déconnectés; Topographie en étoile : tous les postes convergent vers un point central. Avantages : si un lien est rompu, un seul poste est déconnecté. Collisions évitables sous conditions. Inconvénients : câblage couteux; matériel d'interconnexion nécessaire Matériel d'interconnexion La topographie en étoile présente de nombreux avantages. L'utilisation de matériel d'interconnexion permet de l'utiliser quelque soit la topologie requise par la norme. Exemples : concentrateur (hub), commutateur (switch),... A noter : un réseau Ethernet tolère au maximum 4 hubs en cascade; un réseau FastEthernet en tolère au maximum 2. 4 / 12

5 Le concentrateur Il est parfois appelé : hub, concentrateur ou multi répéteur. Le Hub a pour tache d'interconnecter les machines du réseau; on va donc y brancher les câbles provenant des différents ordinateurs, imprimantes réseau, hubs ou switchs en cascade,... Principe de fonctionnement : Quand il reçoit une information en provenance d'un des ordinateurs connectés, le hub la diffuse à tous les autres ordinateurs connectés, quelque soit le destinataire réel du message. Le commutateur (Switch) Le commutateur a pour tache d'interconnecter les machines du réseau; Il se connecte comme un hub. Principe de fonctionnement : Un commutateur (switch) se comporte comme un pont filtrant : quand il reçoit une information en provenance d'un des ordinateurs connectés, le switch la transmet à ordinateur destinataire du message. Contrairement au hub, on peut donc dire qu'il est «intelligent», car il capable de savoir qui est le destinataire d'un message. Un pont sépare les «domaines de collision», afin de limiter le nombre des collisions. Exercice : terminer le câblage du réseau suivant, de façon à créer : 2 domaines de collision 3 domaines de collision 5 / 12

6 2.5. Elargissement technologique Certains ponts ou commutateurs sont mangeables via le réseau grâce à des protocoles comme SNMP ou HTTPS, on les appelle généralement «VLAN». Ils permettent une segmentation du réseau, en fonction d'un certains nombre de etc...). Il existe des commutateurs spécifiques pour les liens optiques, et des commutateurs hybrides permettant la conversion cuivre optique. Les liaisons radioélectriques nécessitent l'utilisation de "point d'accès" qui assurent la conversion des ondes radio cuivre. 3. Le lien logique Quand il y a plus de deux machines dans le réseau, on doit avoir un moyen d'identifier le destinataire du message; il est donc nécessaire que chaque machine possède un identifiant unique. Cette identifiant est appelé : adresse MAC (Media Access Control) Une adresse MAC est unique au monde. Elle est attribuée par un organisme officiel : l'ieee. Elle identifie une machine de manière fiable. On l'appelle parfois "Adresse physique" ou "Hardware address". Exemple : Ethernet (IEEE802.3) utilise des adresses MAC de 48 bits. Exercice : A l aide de l image ci-dessous, donnez l'adresse MAC de la carte réseau sous Windows. Relevez l'adresse MAC de la (les) carte réseau De combien d'octets se compose cette adresse? 6 / 12

7 4. L'interconnexion des réseaux L adressage par adresse MAC est efficace pour un réseau de taille limitée quantitativement et géographiquement. Mais quand il s'agira de faire communiquer des millions de machines répartie sur la surface du globe, la tache d'identification du destinataire risque de devenir très fastidieuse! Nous allons être amenés à affiner la notion de réseau : - Un réseau local (Local Area Network ou LAN) est un réseau géographiquement limité à une entreprise, une institution,... - Un réseau étendu (WAN) est le résultat de l'interconnexion de LANs. Définition : un réseau local est un ensemble de machines communicantes, qui possède un point d'entrée unique et dont la localisation géographique est bien connue; Définition : le routage est la fonction qui consiste à déterminer une route (liaison physique) entre le point d'entrée du réseau émetteur et le point d'entrée du réseau destinataire. Définition : un routeur est une entité qui assure la fonction de routage. Pour cela, il possède une table de routage qui associe à chaque réseau la liaison physique ad-hoc. Chaque réseau "routable" est désigné par une adresse, dite adresse IP, unique au monde et délivrée par un organisme officiel : un des cinq "Régional Internet Registeries" (RIR), délégués par l'iana. Protocole DOD-IP : c'est le protocole de routage utilisé par les routeurs du super-réseau (WAN) Internet. Il attribue à chaque réseau une adresse IP, un masque de réseau, et une classe (A, B ou C). L'adresse IP permet non seulement de désigner le réseau, mais aussi d'attribuer un numéro à chaque machine à l'intérieur de ce réseau (qui fait donc double-emploi avec l'adresse physique..) adresse réseau adresse machine fig. composition d'une adresse IP L'ESSENTIEL D' IPv4 (INTERNET PROTOCOL VERSION 4) Chaque machine du réseau est identifiée par une adresse IP composée de 4 parties de un octet chacune. L'adresse d'un ordinateur dans un réseau privé commence en général par , (ex : ) L'adresse terminant par 0 est réservée pour le réseau lui-même (ex : ) L'adresse terminant par 255 est réservée pour la diffusion (ex : ) Il existe 3 classes* de réseau IP en fonction du nombre maximum de machines : - Réseau de classe C : maximum machines, le masque de sous-réseau est Réseau de classe B : maximum machines, le masque de sous-réseau est Réseau de classe A : maximum machines, le masque de sous-réseau est * depuis 1993 et l'adoption du CIDR, l'attribution des adresses IP ne se fait plus par classe; cette notion a un intérêt essentiellement historique. Note : du fait de l'ambigüité de la dénomination des machines (1 adresse IP + 1adresse MAC), le réseau doit conserver une table de correspondance ad-hoc; cette table dite "arp" est remplie par la commande "arp"; on peut en voir le contenu avec "arp -a ". Note : l'attribution des adresses suit cette hiérarchie : ICANN (IANA) => Regional IR => Local IR (ex :FAI) => Utilisateur final. 7 / 12

8 5. Le dialogue client/serveur Le modèle de fonctionnement des services du réseau informatique est : protocole spécifique au type de service logiciel serveur <<====================================>> logiciel client L'adresse IP identifie bien la machine sur laquelle tourne le serveur et celle sur laquelle tourne le logiciel client, mais elle ne donne aucune information sur les logiciels source et destinataire, donc le type de service impliquée. Par exemple, sur l'ordinateur client tournent des logiciels client pour respectivement, le service mail, le service web, le partage de fichier, le service de temps, etc... Comment savoir auquel de ces services est destiné un message? Pour résoudre ce problème, on attribue à chaque type d'application un numéro appelé numéro de port TCP (Transport Control Protocol); par exemple, le service WEB est caractérisé par le numéro 80 L'ensemble constitué d'une adresse IP et d'un n de port TCP (parfois appelé socket) qualifie donc pleinement une communication liée à un service du réseau informatique. Exemple : soit le socket :80, Le logiciel destinataire est le serveur sur la machine n dans le réseau Note : les n de port standards sont définis par l'iana Note : UDP est une version allégée (donc plus rapide) de TCP, utilisable principalement au sein d'un LAN; le n de port UDP est généralement identique au n de port TCP, pour un type de service donné; 8 / 12

9 6. Les services réseaux 6.1. Introduction Définition : partager une ressource, c'est rendre disponible pour l'ordinateur B une ressource connectée à l'ordinateur A. Exemples : un modem, un lecteur ou un graveur de CDROM, un disque dur (ou juste un répertoire, un fichier de ce disque), une imprimante, etc... Définition : partager une compétence, c'est rendre disponible pour l'ordinateur B un logiciel qui est installé sur l'ordinateur A. Exemple : un logiciel de calcul scientifique installé sur un super-ordinateur Architecture logique des réseaux L'architecture logique fait abstraction de l'architecture physique : ne confondez pas les deux! Il existe deux types d'architecture logique qui peuvent cohabiter sur une même architecture physique : Dans un réseau P2P, chaque ordinateur est à la fois client ET serveur, alors que dans un réseau client/serveur, on dispose de machine dédiées, généralement plus puissantes que les autres, (et sur laquelle aucun utilisateur ne travaille) et qui ont pour vocation de fournir des services aux machines strictement clientes du réseau : par exemple le stockage et la sauvegarde des fichiers (on l'appelle : serveur de fichier), la gestion des utilisateurs et de leurs droits (on l'appelle : serveur de comptes ou Contrôleur de Domaine Principal sous NT), la gestion de la messagerie électronique (on l'appelle : serveur de messagerie), etc... 9 / 12

10 Les machines clientes sont gérées par des systèmes d'exploitation client de réseau : - Windows 2000 Professionnel - Windows XP Professionnel Les machines serveurs sont gérés par des système d'exploitation serveurs : - Novell Netware, - Windows NT/2000/2003 Server - GNU/Linux. Un réseau peut être constitué de serveurs UNIX (Linux) et de clients Windows, ou NOVELL; ou bien de serveurs Windows NT et de clients Linux. Dans ce cas, on parle de réseau hétérogène. Chacun de ces systèmes a ses avantages et ses inconvénients. Votre choix va être guidé par votre contexte d'exploitation. Avantages Windows NT Server - Fonctionne sur une machine peu puissante; - Logiciels Windows réseau Windows 2000/3 - Fiable; Server - Logiciels Windows réseau; Linux - Très fiable - Installation simple, rapide. - Prix modéré, pas de licences client. - Riche en fonctionnalités réseau. Inconvénients Instable; Intervention de maintenance fréquente - Ne respecte pas les normes internationales (évolutivité du réseau); - Prix des licences (serveur + clients) élevé - Installation et configuration complexe - Nécessite une machine puissante. - Utilisation des logiciels Linux impossible - Utilisation de logiciel Windows difficile ou impossible. - Maintenance nécessite un haut niveau technique. 10 / 12

11 7. Conclusion : caractéristiques du réseau local La raison d'être du réseau est le partage des ressources et des compétences. Les réseaux locaux sont constitué de : Le câblage (paire torsadée, fibre optique, radiofréquence,...) et les actifs (commutateurs, hubs, etc...) constituent l'infrastructure physique. La méthode d'accès décrit la façon dont le réseau arbitre les communications des différentes stations sur le câble : ordre, temps de parole, organisation des messages. Elle dépend étroitement de la topologie. Les protocoles de réseaux sont des normes de communication mise en œuvre par les logiciels qui fonctionnent sur les ordinateurs et leurs cartes d'interfaces réseaux, et qui opèrent la liaison, le routage et le transport garanti des données. Des machines serveurs gérés par un système d'exportation serveur, et des machines clientes de réseau. Le système de gestion et d'administration du réseau envoie les alarmes en cas d'incidents, comptabilise le trafic, mémorise l'activité du réseau et aide le superviseur à prévoir l'évolution de son réseau. 11 / 12

12 8. Annexes - conseils pratiques 8.1. Câblage et actifs Les HUBS et SWTICH possèdent parfois un port noté "UPLINK" qui sert à les cascader avec un autre hub ou switch (attention! ce port est partagé); mais les matériels les plus récents détectent et s'adaptent automatiquement au type de câblage. Le débit réel du réseau Ethernet dépend étroitement du respect des normes de câblage. Dans la plupart des cas, le débit réel atteint env. 20% du débit théorique. Règles simples de câblages : pas d'angles vifs; ne pas pincer les câbles; éloigner des câbles électriques ou utiliser un écran; réserver le câble "souple" au brassage; respecter les normes de couleurs RJ45; Attention à ne pas mettre plus de deux hubs en cascade; dans les grands réseaux, segmenter avec des routeurs, surtout sur les systèmes qui ab(usent) de la diffusion (ex : netbios). Connectique : Maintenance : 12 / 12