LES RÉSEAUX LES RÉSEAUX Introduction Définition Un réseau est un ensemble d éléments matériels ou humains reliés entre eux par un moyen quelconque de communication que ce soit un réseau familial, professionnel, téléphonique, électrique, de chemin de fer, sanguin, etc. En informatique, un réseau permet l échange ou le transfert de données numériques entre des ordinateurs. Le tout premier réseau informatique a sans doute été constitué d une bonne paire de baskets... chaussées par un coursier transportant un support d enregistrement. Heureusement pour les fainéants, la technologie a fait de grands pas en avant. Un réseau informatique est bien plus qu un simple regroupement d ordinateurs et de périphériques reliés entre eux. Il permet, outre le transfert et l échange de données, le partage de matériels, de logiciels de ressources, d informations ou de connaissances. Internet, et surtout l opportunité qu il offre de se connecter à pratiquement n importe quel ordinateur au monde, comme s il nous appartenait, est un magnifique exemple de réseau. Les réseaux sont plus ou moins vastes et on en distingue 3 catégories. Les LAN (Local Area Network) ou réseaux locaux comportent jusqu à une centaine de machines. C est le réseau interne de la maison, de l entreprise locale ou de l établissement scolaire. Deux ordinateurs reliés par un simple câble (pour jouer par exemple) constituent déjà un LAN. C est le réseau le plus courant. Les MAN (Metropolitan Area Network) sont des réseaux étendus à l ensemble d une agglomération ou à plusieurs bâtiments d une entreprise peu éloignés les uns des autres. Il s agit généralement de petits réseaux locaux interconnectés. Les WAN (Wide Area Network) sont des réseaux étendus à un ou plusieurs pays (succursales d entreprises) voire au monde entier (Internet). Un WAN regroupe généralement des MAN regroupant eux-même des LAN. 0
LAN M MAN LAN MAN WAN WAN Fig. : x LAN, MAN, WAN Structures de réseaux Un réseau se caractérise par sa structure logique et sa structure physique. La structure logique, ou topologie, est un modèle qui représente la façon dont l information circule sur le réseau. Une structure physique représente la façon dont sont reliés les éléments actifs du réseau. Cette structure peut changer en fonction du câblage. Il existe 4 grands types de structures. Structure en anneau La structure en anneau est une structure logique qui n a ni début, ni fin (2a). Tous les ordinateurs sont connectés à un câble «circulaire», les informations ne circulant que dans un sens, d ordinateur à ordinateur. Au passage de l information, chaque machine vérifie si les données lui sont destinées. Si c est le cas, la machine en fait une copie et «donne un jeton». En fait, elle positionne à un bit, appelé 02
LES RÉSEAUX «bit M» indiquant que les données ont été lues. Les informations continuent de circuler de poste en poste jusqu à ce que l ordinateur qui a envoyé les données s aperçoive qu elles ont bien été lues. Il récupère alors le jeton et met le bit M à zéro, supprimant les informations. Si au passage des informations, l ordinateur n est pas concerné, il ne fait strictement rien et les informations continuent de tourner en rond jusqu à ce qu elles rencontrent l ordinateur destinataire. Fig. 2b : structure en anneau physique Fig. 2a : structure en anneau logique Sur le plan topologique, la rupture, ou le débranchement du câble, entraîne automatiquement le non-fonctionnement de l ensemble du réseau. ment, la technologie pallie cet inconvénient en utilisant un boîtier MAU (Multistation Acces Unit) qui assure la topologie quel que soit l état des machines connectées : éteintes, en panne ou absentes (fig. 2b). Structure en bus La topologie (structure logique) d un réseau en bus est un simple segment sur lequel l information peut circuler dans les deux sens, mais jamais en même temps (fig. 3). Cependant, chaque ordinateur peut émettre à n importe quel moment, sans tenir compte des autres machines (avec des risques de collision). Chaque machine reçoit les informations et vérifie si elles lui sont destinées. Dans l affirmative, elle prend les informations, sinon elle ne fait rien. Fig. 3 : structure logique en bus 03
Allied Telesyn AT-FS705LE 00M Link Act 7,5v@A Allied Telesyn AT-FS705LE Power 2 3 4 5 00M Link Act Fdx/Hdx 7,5v@A ment, les ordinateurs sont reliés en dérivation par un simple câble ou bien par un hub ou un switch (voir définition plus loin). Malgré une réputation de lenteur qui n est pas à démentir, le réseau en bus reste une solution adaptée pour un petit nombre d ordinateurs (25 maxi, 0 optimum), de par le faible coût du matériel à mettre en œuvre et de par sa facilité d installation. Structure en étoile Fig. 4 : structure logique en étoile C est sûrement la structure la plus pratique et sans doute celle la plus utilisée pour les LAN professionnels. Son extension est aisée et un ordinateur défaillant n aura aucune conséquence sur l ensemble du réseau. Logiquement, chaque ordinateur, appelé terminal, est connecté à un nœud de communication. Sa structure en branche rappelle une étoile, d où son nom (fig. 4). ment, chaque poste (terminal) est relié au réseau grâce à un ordinateur qui est l unité centrale de chaque terminal. Structures hybrides Ce sont des réseaux constitués de plusieurs structures différentes comme celles décrites précédemment. en anneau Routeur Switch en étoile 04 en bus Fig. 5 : structure hybride
LES RÉSEAUX D un ordinateur à l autre Les modèles de communication par couches Pour communiquer sur un réseau, les ordinateurs doivent utiliser les mêmes règles de communication et le même dialogue sous peine d incompréhension totale. Ils utilisent des protocoles ou suites de protocoles. Un protocole est un ensemble de règles permettant l échange de l information. Les logiciels qui gèrent les échanges réseaux sont découpés en blocs fonctionnels dont les fonctions sont différentes. La communication entre deux ordinateurs se fait entre blocs fonctionnels équivalents, appelés couches en utilisant des protocoles. Chaque couche est affectée à un travail spécifique et communique avec ses couches adjacentes. Elle utilise les services de la couche du dessous et en fournit à la couche du dessus. Lors de la transmission sur le réseau, les données traversent chaque couches. Sur l ordinateur émetteur, en partant de la couche la plus élevée, chaque couche ajoute aux données une information supplémentaire : un en-tête qui garantit la transmission. À la réception, cet ensemble traverse les couches de la plus basse à la plus haute. L en-tête est lu, puis supprimé pour restituer les données dans leur état originel (fig. 6). Ce processus vaut autant pour le modèle OSI que le modèle TCP/IP. Il est important de bien comprendre le fonctionnement du modèle par couche car il est à la base même des échanges de données sur un réseau. Il permet d expliquer bien des mystères, jusque là uniquement accessibles aux grands gourous de l informatique que sont les techniciens réseau. Fig. 6 : transmission des données par couches 05
Le modèle OSI Pour standardiser les échanges réseau, l ISO (International Standard Organization) a mis en place le modèle OSI (Open System Interconnection). Le modèle OSI décrit la façon dont matériels et logiciels doivent communiquer. Il est composé de 7 couches (fig. 7). 7 7 6 6 7 7 5 6 5 6 5 5 4 4 3 4 3 4 3 2 2 3 2 2 Fig. 7 : fonctionnement du modèle OSI Couche physique Cette première couche codifie les informations circulant entre machines voisines et gère les données binaires sur le réseau. Elle met en forme des signaux électriques définissant, par valeur de voltage, la mise à 0 ou à des bits et assure le codage des informations. C est un simple niveau électrique. Couche liaison Si un ordinateur désire envoyer des données sur une autre machine du réseau, il doit connaître son adresse. Tous les composants d un réseau possèdent en interne une carte ou du matériel compatible avec une adresse physique unique au monde (adresse MAC). Pour assurer la livraison des données, il faut leur y associer l adresse du destinataire, l adresse de l ordinateur expéditeur, des octets de contrôle et le type (ou la longueur) des données à livrer. Toutes ces informations sont regroupées dans une trame (fig. 8). Les parties vertes sur la figure 8 concernent la feuille de route. La partie jaune le contrôle des données, la partie bleue les données proprement dites. Après contrôle de la validité des données, elles sont transportées vers la couche réseau. Adresse de destination Adresse d'expéditeur Type de protocole Données transportées Contrôle 6 octets 6 octets 2 octets 46 à 500 octets 4 octets 06 Fig. 8 : format d une trame Ethernet
LES RÉSEAUX Couche réseau Le travail de cette couche, dite couche réseau, consiste à déterminer une route pour acheminer les données à destination. Pour le protocole TCP/IP par exemple, lors de l émission, elle ajoute aux données l adresse IP du destinataire et de l expéditeur, un contrôle (checksum), le type de protocole, plus d autres données dépassant le cadre de ce cours. Toutes ces informations en plus des données constituent un paquet IP. Il ne faut pas confondre adresse IP et adresse physique de la carte (MAC) qui n ont aucun lien entre-elles. Une adresse IP est une adresse logique codée sur 32 bits (4 octets) et communément représentée par 4 nombres décimaux séparés par des points (255.64.28.56, par exemple). Grâce à ces adresses IP on peut déterminer où se situe le réseau et la machine qu il faut atteindre sur ce réseau. Il faut savoir que les adresses IP sont distribuées sous contrôle d un organisme, l INTERNIC, et sont répertoriées mondialement. Sur Internet, des entreprises spécialisées assurent le routage (l aiguillage) des IP en fonction de bases de données regroupant les adresses IP distribuées (IP fixes). Un simple particulier surfant sur Internet reçoit lors de sa connexion une adresse IP dite dynamique qui lui est attribuée uniquement le temps de la connexion. Cette adresse change à chaque connexion. Elle est puisée dans une liste d IP appartenant à son fournisseur d accès. Pour un réseau structuré regroupant plusieurs ordinateurs (entreprise, lycées, administration, etc.), une adresse est attribuée une bonne fois pour toute par l admininistrateur à chaque ordinateur. Elle ne change pas à chaque connexion. C est une adresse fixe. L adresse IP est appelée adresse logique. La nouvelle norme IP version 6 prévoit des adresses sur 28 bits, soit 6 octets, pour répondre aux besoins croissants d adresses IP. À la réception la couche réseau contrôle l intégralité des données et passe le relai à la couche transport. Couche transport À l émission, la couche transport va ajouter aux données des octets de contrôle, le port de l expéditeur et le port destinataire. Un port n est autre que la porte d entrée du logiciel en cours d exécution sur l ordinateur à atteindre. En effet, plusieurs applications peuvent être exécutées simultanément (navigateur, téléchargement, envoi de mail, etc.). Cependant, une seule de ces applications est concernée par les données à recevoir. Il faut donc orienter les données vers cette application. À chaque application réseau est donc attribué un port, une sorte d adresse locale codée sur 6 bits. L association port plus adresse IP, qui s appelle un «socket», permet à chaque application de chaque ordinateur de posséder une adresse unique au monde. 07
Fig. 9 : IP + port = socket La couche transport va également découper en morceaux l ensemble des données et leur donner un numéro d ordre. Les morceaux de données, plus les informations citées ci-dessus sont encapsulées dans un message. À la réception, cette couche va se charger de réassembler les morceaux de données dans le bon ordre (un morceau peut arriver avant les morceaux qui normalement devrait le précéder). Un contrôle est effectué et au besoin, la couche transport demandera la réémission des morceaux de données perdus ou défectueux. Couche session Avant même la transmission des données, les deux machines qui veulent transférer ces données entament un dialogue pour se mettre d accord sur le protocole à utiliser. C est cette couche qui se charge de ce travail de mise en relation. Couche présentation La couche n 6, la couche de présentation s assure que les données reçues sont compatibles avec l application à laquelle elles sont destinées. Elle s occupe aussi du cryptage et du décryptage si nécessaire. Couche application La couche application fait le lien entre les logiciels manipulés par l utilisateur et les utilitaires spécialisés dans les services réseau qui sont transparents pour ce même utilisateur. Par exemple, lorsque vous surfez sur internet et demandez l accès à un serveur distant via une URL (http: / / www.la-boutique-a-momo.fr par exemple), il faut décoder les informations contenues dans cette URL. Inversement, à la réception par le serveur distant, il faut traiter ces données pour les exploiter dans l application destinataire. Un service réseau est une application qui se charge de ce type de travail (téléchargement, mail, etc.). 08
LES RÉSEAUX Services réseau Voici une liste non exhaustive des services réseau existants. Il s agit des plus connus, mais une petite explication ne peut pas faire de mal. HTTP (Hypertext Transfert Protocol) - port 80 Il permet à un utilisateur d accéder à un serveur. FTP (File Transfert Protocol) - port 2 Depuis un ordinateur distant, permet de copier, modifier, supprimer des fichiers sur un ordinateur. DNS (Domain Name Service) - port 53 Détermine la correspondance entre une adresse IP et son nom littéral (nom de domaine). Par exemple : laboutique-a-momo.com. SMTP (Simple Mail Transfert Protocol) - port 25 Transfère les e-mails vers les serveurs de messagerie électronique. POP3 (Post Office Protocol) - port 0 Récupère les e-mails sur un serveur de messagerie électronique. DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) - port 53 Son rôle est d assigner sans intervention humaine, une adresse IP à un ordinateur. Le modèle TCP/IP Le modèle TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) est apparu pratiquement en même temps que le modèle OSI. Il est devenu un standard de fait car c est celui utilisé sur Internet. Il fonctionne sensiblement de la même manière que le modèle OSI. Ses couches sont au nombre de quatre : couche réseau, couche Internet, couche transport et couche application. Elles ont le même rôle que celles du modèle OSI. La figure 0 permet de comparer les niveaux des couches OSI et TCP/IP. Fig. 0 : comparaison des couches des modèles OSI et TCP/IP 09
Masques de sous-réseau Lorsque vous envoyez un courrier par la poste, il faut inscrire l adresse du destinataire sur l enveloppe : nom, rue, ville. Le courrier arrive dans la ville indiquée et le bureau de poste se charge de le distribuer dans la boîte aux lettres du destinataire. Lorsqu un ordinateur envoit des données à un autre, il les envoit d abord à un réseau (la ville) et c est le réseau (bureau de poste) qui se charge de distribuer, en interne, les données à l ordinateur destinataire (boîte aux lettres). Un masque de sous-réseau permet de décomposer une adresse IP en 2 parties : une pour l adresse réseau, l autre pour les adresses des machines appartenant au réseau. Une adresse IP est codée sur 4 octets, par exemple : 92.68..9 soit 000000. 00000.0000000.000000 en binaire. Un masque de sous-réseau est également constitué de 4 octets, par exemple : 255.255.255.0 soit...00000000 en binaire. Tous les bits positionnés à concernent l adresse réseau, ceux à 0 l adresse machine. Dans notre exemple, il s agit du réseau 92.68..0 et de la 8 e machine sur le réseau. Les lecteurs attentifs auront compris qu il y a 256 possibilités d adressage machine (de 0 à 255) puisque le dernier octet concerne l adressage machine. En réalité on ne peut accéder qu à 254 d entre-elles. La valeur «0» est réservée à l identification du réseau. La dernière valeur disponible «255» est une adresse de «broadcast». Elle sert à envoyer des données à tous les ordinateurs du réseau en même temps. Un masque de sous-réseau permet également de scinder un réseau en plusieurs petits réseaux. Par exemple, un masque du style 255.255.255.28 définit 2 réseaux distincts puisque en binaire cela fait :...0000000 Grâce à ce masque, on a maintenant un réseau d adresse 92.68..0 et un autre d adresse 92.68..28 avec 26 machines adressables chacun. 0
LES RÉSEAUX Éléments du réseau MAC MAC Répéteur MAC Carte réseau 3 Switch 2 Passerelle 4 Routeur 6 Hub 5 Modem Vers Internet ou autre réseau Odysée 2007 Mini-ordinateur 7 Vers réseau distant Fig. : éléments constitutifs d un réseau Niveaux de couches des éléments Un réseau est physiquement composé d un ou plusieurs éléments actifs comme les hubs ou les switchs. En fonction du type d interconnexion de réseaux locaux on utilise des répéteurs, des routeurs ou des passerelles. Pour la liaison longue distance de réseaux éloignés on utilise un modem. Il est à noter que les ordinateurs ne font pas partie intégrante d un réseau. Supprimez tous les ordinateurs d un réseau, il existe toujours avec tous ses éléments et ses câbles. Pour la connexion des ordinateurs au réseau, on utilise des cartes réseau et des câbles. Voici une description de ces différents appareils (fig. ). La carte réseau est une carte additionnelle ou non qui adapte le format des signaux de l ordinateur à ceux du réseau. Chaque carte réseau fabriquée dans le monde est unique par son adresse qui a été déterminée et inscrite en mémoire morte lors de sa fabrication. Une adresse de carte est définie sur 6 octets ce qui offre 2 48 possibilités d adresses (28 billions!). Cette adresse est appelée adresse MAC (Media Access Control). Le répéteur 2 est un régénérateur de signal. Sur de grandes longueurs (plusieurs dizaines de mètres), les signaux parcourant un câble se «fatiguent» et se détériorent. Il faut donc leur redonner une nouvelle jeunesse en les régénérant et en filtrant leurs éventuels parasites. Le concentrateur 3 ou hub est un répéteur diffuseur sur lequel se branchent les câbles arrivant des ordinateurs. Son rôle consiste à maintenir la topologie en bus. Des ordinateurs reliés à un hub ne constituent donc pas physiquement un réseau en étoile.
Niveaux de couches des éléments Le switch 4, ou commutateur est un hub «intelligent». En effet, contrairement au concentrateur, le switch possède en mémoire l adresse MAC de tous les ordinateurs qui lui sont connectés. Ainsi, les données ne vont plus d ordinateur à ordinateur pour trouver leur destinataire. Le switch aiguille les informations vers le bon ordinateur. C est un répéteur aiguilleur. Le routeur 5 permet de relier différents réseaux. Il oriente les données vers le meilleur itinéraire. Il peut même détecter automatiquement des itinéraires défectueux ou en ralentissement, et rediriger les informations vers un chemin plus approprié évitant les zones à problème. Le routeur est généralement utilisé pour connecter un réseau à Internet via un modem ou des réseaux de topologies différentes. Les passerelles 6 sont des appareils qui permettent la relation entre réseaux ne codifiant pas les informations de la même manière. Elles sont utilisées pour relier des mondes informatiques fondamentalement différents comme les micro-ordinateurs (Macintosh, PC) et des gros systèmes (Mini-ordinateurs IBM par exemple). Le modem 7 qui veut dire modulateur-démodulateur adapte les données numériques issues de l ordinateur en données (analogiques ou numériques) exploitables par le réseau téléphonique. C est la modulation. La démodulation fait le contraire, elle adapte les données récupérées sur le réseau téléphonique en données compréhensibles par l ordinateur. Le modem autorise la communication entre réseaux distants (LAN/LAN ou LAN/WAN) via des routeurs. Il existe des modems pour les lignes commutées du classique téléphone familial (RTC) ainsi que pour les lignes RNIS (x Numérique à Intégration de Service) ou ADSL. Le saviez-vous? Une adresse IP est codée sur 4 octets, soit 32 bits. Cela fait donc 2 32 = 4 294 967 296 (plus de 4 milliards) d adresses disponibles pour le monde entier. La norme IPv6 prévoit de coder les adresses IP sur 28 bits, soit 2 28 adresses disponibles. Cela fait, cela fait... cela fait... vraiment beaucoup. Calculez vous même! 2