Réseaux Informatiques

introduction aux réseaux informatiques

I. L'intérêt des réseaux informatiques

  • Échange et partage de données informatiques
  • Partage d’une connexion Internet
  • Messagerie électronique
  • Transfert de fichiers
  • Lancement de procédures distantes (client/ serveur)
  • Accès à des bases de données centralisées ou réparties
  • Partage de logiciels
  • Partage de périphériques : accès à des imprimantes, des traceurs, ...
  • Archivage : utilisation d'espace disque pour l'archivage ou la sauvegarde
  • Etc.

II. NOTIONS DE BASE EN RESEAU

1. Qu’est ce qu’un réseau de communication?

Un réseau de communication peutêtredéfinicommel’ensemble des ressources matériels et logiciels liées à la transmission et l’échange d’information entre différentes entités. Suivant leur organisation, ou architecture, les distances, les vitesses de transmission et la nature des informations transmises, les réseaux font l’objet d’un certain nombre de spécifications et de normes.

2. Réseau informatique

Un réseau est un groupe d’ordinateurs reliés les uns aux autres qui permet aux utilisateurs d’échanger des informations et de partager du matériel tel qu’une imprimante

Répond à une demande des entreprises qui recherchaient une méthode pour éviter la duplication des imprimantes et une simplification des communications de données entre des équipements informatiques.

3. Types de réseaux

a. Les réseaux locaux LAN (Local Area Network) IEEE 802:

  • Couvrent une région géographique limitée
  • Permettent un accès multiple aux supports à large bande
  • Ils assurent une connectivité continue aux services locaux (Internet, messagerie, …)
  • Ils relient physiquement des unités adjacentes

Exemple : Une salle de classe

b. Les réseaux  métropolitaines MAN (Metropolitan Area Network)

  • Norme :IEEE 802.6
  • Fédération de réseaux locaux
  • Dimension:un campus, une ville

c. Les réseaux étendus WAN (Wide Area Network) :

  • Couvrent une vaste zone géographique
  • Assurent une connectivité pouvant être continue ou intermittente
  • Relient des unités dispersées à une échelle planétaire

Exemple : Internet

4. Information

Les informations à échanger peuvent être de nature multiple :

  • données informatiques,
  • parole
  • musique
  • images fixes,
  • séquences vidéo,
  • combinaisons de cesdifférentsmédias (multimédia).

Ces informations subissent, tout au long du processus de communication, un certain nombre de manipulations et de transformations avant d’être délivrée à son destinataire. Ce sont les phases de :

  • codage,
  • stockage et traitement,
  • transmission sur le support physique.

a. Information analogique : 

Par nature même, certaines informations sont analogiques, c’est à dire qu’elles peuvent prendre une infinité de valeurs continues.

Exemple : La parole, la musique, les images fixes ouanimées de la télévisionsont des informations de nature analogique.

Un signal analogique est un signal continu qui peut prendre une infinité de valeurs. 

b. Information numérique : 

d’autres informations sont par nature numérique et ne peuventprendrequ’un petit nombre de valeurs discontinues (on ditaussidiscrètes) dans un ensemble (S) fini. 

Exemple : un texteestune suite de caractèresappartenantà un alphabet d’un nombrefini de symboles.

Remarque : Si Card (S) = 2, alors on parle d’information binaire (bit).

Transmission Numérique : un signal numérique varie à des instants déterminés (discontinue) dans le temps et ne peut prendre que des valeurs distinctes dans un ensemble fini.


III. MODELE OSI (Open System Interconnection)

La première évolution des réseaux informatiques a été des plus anarchiques, chaque constructeur développant presque sa propre technologie. Le résultat de cela était une quasi-impossibilité de connecter différents réseaux entre eux.  l’Iso (Institut de normalisation) décida de mettre en place un modèle de référence théorique décrivant le fonctionnement des communications réseaux : le modèle OSI ; 

Open Systems Interconnection

  • Modèle sur un principe énoncé par Jules César: diviser pour mieux régner
  • Le principe de base est la description des réseaux sous forme d’un ensemble de couches superposées les unes aux autres
  • L’étude du tout est réduit à celle de ses parties, l’ensemble devient plus facile à manipuler

1. Pourquoi définir un modèle de référence d’architecture de réseaux?

Pour permettre la construction rationnelle

  • des logiciels réseaux.
  • Modularité, Extensibilité,
  • Parallélisme, Tolérance aux pannes.

Pour régler des problèmes d’incompatibilité entre différentes choix techniques.

  • Notion d’ouverture (architecture de système ouvert).

2. Architectures de systèmes ouverts

Assurer que des logiciels réseaux hétérogènes peuvent être intégrés dans des ensembles coopérants de grande dimension sans entraîner des coûts trop importants.

a. La normalisation

Production de spécifications papiers faisant référence pour la définition des différents aspects d’un fonctionnement réseau.

  • Une norme précise des fonctionnements communs obligatoires et donc par suite autorise des variantes sur les points optionnels et surtout sur les points non spécifiés.

b. L’interopérabilité: 

Production d’implantations qui peuvent effectivement échanger des informations significatives.

  • Non seulement la connexion physique est réalisée mais également tous les protocoles employés sont compatibles.

c. La portabilité:

Un même logiciel "portable" peut être exécuté sur une grande variété de machines.

  • On peut ainsi utiliser une implantation commune qui aura de bonnes chances d’être compatible avec elle même

d. L’extensibilité :

Signifie qu’un système ouvert peut supporter des extensions de configuration jusqu’à une taille très importante (arbitraire si possible).

  • Dans son développement un système ouvert peut accompagner l’extension des demandes des applications en leurs assurant des performances acceptables.
  • Terminologie : Passage à l’échelle

e. L’intégration :

Signifie que les applications doivent avoir une interface bien définie et que les implantations respectent ces spécifications.

  • Les applications peuvent être assemblées (composées) pour former un système complexe fonctionnant correctement dans la mesure ou les clients respectent les interfaces des applications serveuses.
  • Terminologie : Interface de programmation d’application API (Application Programming Interface)

3. Organisation des architectures de réseaux

Organisation en couches ou niveaux (‘Layers’, OSI):

« une couche »: un ensemble homogène destiné à accomplir une tache  ou à rendre un service

On se situe dans une hiérarchie de couches (une pile ou "stack") les différentes fonctions à réaliser 

  • Chaque niveau est défini en termes du service rendu au niveau supérieur.
  • Chaque niveau est défini par la façon de dialoguer avec un niveau analogue.

Exemple: Courrier postal

Principe d’une architecture en couches


4. Protocole et service 

deux type de dialogue:

  • Dialogue vertical à l’aide de primitives de service : request, send, sonnerie de téléphone, décrocher/raccrocher, poster une lettre
  • Dialogue horizontal entre couches homologues à l’aide du protocole de niveau N.

Service : fonctionnalité offerte par le réseau  communication fiable de bout en bout, cryptage des données, envoi lettre recommandée avec accusé de réception

Protocole : implémentation d’un service (format des paquets, échange des messages,…)

  • Dire « ALLO » et « AU REVOIR », manière de décrocher ou raccrocher

La couche N+1 demande un service à la couche N à l’aide d’une primitive de service de niveau N

Les données de la couche N+1 sont encapsulées dans une unité de données de niveau N (en-tête couche N et données N+1)

  • L’en-tête contient les infos nécessaires au traitement distant sur la couche homologue (identifiant du service, adresse du destinataire, compteurs de contrôle de l’échange,…

La couche N rend le service de niveau N à la couche N+1 à l’aide du protocole de niveau N

Exemple d’une architecture à trois niveaux.


Sur le schéma : distinction flots de contrôle et flots de données (exemples RNIS, ATM).

Selon les choix de conception ces flots:

  • Circulent sur le même canal physique ou la même voie logique
  • Circulent sur des canaux physiques ou des voies logiques différentes.

a. Primitives de service

Primitive de service (IDU Interface Data Unit.) Une fonction précise activée dans un niveau par un autre niveau.

Exemples : demande de connexion, demande de transfert, .

Caractéristiques associées : type, paramètres d’appel et de réponse

  • type de l’opération (de la primitive).
  • adresse du destinataire et adresse de  l’émetteur.
  • spécification de qualité de service attendu. 
  • données usager.

b. Notions liées aux protocoles 

Unités de donnée protocolaires (PDU Protocol Data Unit) Spécification d’un ensemble de données typées, échangées entre deux niveaux appariés. Selon les niveaux : trames, paquets, segments, messages.

Exemple : demande de connexion, transfert de données....

Caractéristiques associées : les informations transportées

  • type de l’opération
  • adresse du destinataire 
  • informations auxiliaires transportées
  • données usagers.

Protocole

Définition de l’ensemble des PDU échangées par un niveau avec un niveau pair.

Définition des contraintes d’enchaînement.

  • Dans un état d’un niveau certains messages sont interprétables et d’autres pas.
  • L’interprétation d’un même message peut être différente selon l’état.
    • Indéterminisme des applications réseaux.

 

les PDU des différentes couches

Exemple Protocole

Échange d’un fichier sur une réseau sans perte, FIFO, qui corrompt certains paquets

Le service : fournir un transfert fiable de fichier 

Un protocole simple:

  • Envoyer le fichier en une succession de paquets
  • Envoyer un « checksum » pour chaque paquet
  • Contrôler le checksum sur le récepteur et renvoyer un message OK ou Not-OK à l’émetteur
  • L’émetteur attend le OK ou Not-OK avant de demander le transfert du paquet suivant
  • L’émetteur attend le dernier message OK avant de clore la connexion
  • Si Not-OK pour un paquet, re-transférer le paquet

5. Modèle de référence OSI (ISO/IEC 7498)

Un standard permettant de connecter des systèmes ouverts

  • OSI:Open System Interconnection
  • Système ouvert:qui implémente des protocoles ouverts
  • Protocole ouvert:la description du protocole et ses modifications sont publiques

Architecture protocolaire en couches

  • Couches « hautes » orientées application
  • Couches « basses » orientées transport

Décrit formellement ce qu’est une couche, un service, un point d’accès,…

a. Principes de base du modèle

  • Les fonctions à exécuter doivent être divisées en niveaux séparables du point de vue physique et logique.
  • Les fonctions associées dans un niveau doivent avoir une finalité cohérente.
  • Chaque couche doit contenir un volume suffisant de fonctions afin de minimiser le nombre des couches.
  • Les protocoles doivent agir uniquement à l’intérieur de la même couche.
  • Les interfaces entre couches doivent être aussi simples que possible de manière à minimiser les échanges entre couches.
  • Les couches doivent pouvoir être modifiées sans que soient affectés les services qu’elles offrent.
  • Une fonction devrait n’apparaître qu’une seule fois.
  • L’ensemble doit être efficace en termes de performances

b. Les avantages

  • Une division de la communication réseau en éléments plus petits et plus simple pour une meilleure compréhension 
  • L’uniformisation des éléments afin de permettre le développement multi constructeur 
  • La possibilité de modifier un aspect de la communication réseau sans modifier le reste (Exemple : un nouveau support)

c. Modèle OSI 

  • Physique : relier les systèmes par un lien physique, transmission en série des bits de la trame
  • Liaison : contrôler qu’une liaison peut être correctement établie sur ce lien, transmission des données sans erreur
  • Réseau : assurer l’acheminement vers le bon destinataire (éventuellement via un ou plusieurs relais)
  • Transport : contrôler que le transport s’est réalisé correctement de bout en bout
  • Session : organiser le dialogue entre toutes les applications en gérant des sessions d’échange
  • Présentation : traduire les données selon une syntaxe de présentation aux applications afin qu’elles soient compréhensibles par les deux entités
  • Application : masquer à l’application les contraintes de la transmission  

6. L'encapsulation : 

Pour communiquer entre les couches et entre les hôtes d’un réseau, OSI a recourt au principe d’encapsulation.

Encapsulation : processus de conditionnement des données consistant à ajouter  un en-tête de protocole déterminé avant que les données ne soient transmises à la couche inférieure  

  • La couche n ajoute l’en-tête nH (encapsulation)
  • La couche liaison ajoute un champ supplémentaire DE pour le contrôle de la transmission (FCS, Frame Check Sequence)

Lorsque deux hôtes communiquent, on parle de communication d’égal à égal 

Lorsqu’une couche de la source reçoit des données, elle encapsule ces dernières avec ses informations puis les passe à la couche inférieur.

Le mécanisme inverse a lieu au niveau du destinataire ou une couche réceptionne les données de la couche inférieur ; enlève les informations la concernant ; puis transmet les informations restantes à la couche supérieure.

Les données de la couche n de la source = données de la couche n du destinataire

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Rédigé par Mostafa Sedoki
Computer science teacher and the founder of the e-learning platform "developpement-informatique.com", my mission is to provide high-quality courses for free to all computer science students and teachers

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