INTRODUCTION AUX RESEAUX IP


Table des matières

1. Le lien physique
2. Le lien logique
3. L'interconnexion des réseaux
4. Le dialogue client/serveur
5. Les services réseaux
6. Conclusion : caractéristiques du réseau local
7. Annexes.





1. 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.
communication de bits

 

 

A. 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 pairesde fils torsadés.
paire torsadée
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.

Exemple : Fibre à connecteur ST
cabl2fib
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.
canauxdmt

B. Protocoles de liaison physique


Les protocoles résultent de la néccessité de normaliser les matériels constituant les liens physiques.

Ethernet

(1972)
Norme IEEE  802.3

Le norme définit les niveaux des tensions électrique, le codage des 0 et des 1, la qualité 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/reception du signal électrique est assemblé sur une carte d'interface réseau ou NIC* . Celle-ci se présente sous la forme intégée 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 circuit 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)

*NIC : Network Interface Card
**MAC : Media Acess Control
cordon RJ
Cordon de brassage

RJ45
Connecteur RJ45

NIC
Network Interface Card
Token Ring

(1970)
norme IEEE  802.5

Les principes sont les mêmes, seules les valeurs changent.
RING
WIFI norme IEEE  802.11

La norme définit les fréquences des porteuses, le débit théorique, etc...

802.11b 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 concurents 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)
wifi




C. Topographie, topologie, et matériel d'interconnexion.


La topologie décrit la manière dont les différents élements (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.

topographies


topographie en bus : tous les postes sont reliés à un conducteur (fil) électrique commun.
Avantages : cablage simple, économique.
Inconvénients : si le bus est rompu, de nombreux postes sont déconnectés; collisions inévitables.

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 : cablage couteux; matériel d'interconnexion néccessaire.

topographie en anneau : chaque poste à deux voisins; le dernier étant rebouclé sur le premier.
Avantages : cablage relativement économique; pas de collisions;
Inconvénients : si le bus est rompu, de nombreux postes sont déconnectés;


D. 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), ...
hub


Dans l'exemple ci-contre, un anneau  est simulé malgré l'adoption d'une topographie en étoile, grace à l'utilisation de commutateur appelés "MAU" : tr


A noter
: un réseau Ethernet tolère au maximum 4 hubs en cascade; un réseau Fast Ethernet en tolère au maximum 2.


Exercice : sur le schéma de réseau suivant composé d'ordinateurs et de concentrateurs (hubs), quels sont  les liens qui ne respectant pas la norme :

cascade 


D.1.  Le concentrateur


Il est parfois appelé : hub, concentrateur ou multirépéteur.

Le Hub a pour tache d'interconnecter les machines du réseau; on va donc y  brancher les cables provenant des différents ordinateurs, imprimantes réseau, hubs ou switchs en cascade, ....


Principe de fonctionnement :
pcub
Quand il recoit 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.



D2.2.  Le commutateur (Switch)

Le commutateur a pour tache d'interconnecter les machines du réseau; Il se connecte comme un hub.

Principe de fonctionnement du switch :

Un commutateur (switch) se comporte comme un pont filtrant : quand il recoit 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 cablage du réseau suivant, de facon à créer 1) deux domaines de collision  2) trois domaines de collision

cascade switch





E. Elargissement technologique 

 Certains ponts ou commutateurs sont managables via le réseau grâce à des protocoles comme SNMP ou HTTPS, on les appele généralement « VLAN ». Ils permettent une segmentation du réseau, en fonction d'un certains nombre de critères (localisation, @MAC, @IP, 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 radio <=> cuivre.





2. 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 néccessaire 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'appele parfois "Adresse physique" ou "Hardware adress".

MAC

Exemple : Ethernet (IEEE802.3) utilise des adresses MAC de 48 bits.

Exercice : rechercher l'adresse MAC de la carte réseau sous windows 2000(XP) Pro
a)  sous win 2000(XP) Pro, éxécuter « cmd », puis dans la fenêtre, tapez « ipconfig /all »
b) relevez l'adresse MAC de la (les) carte réseau : _________________________
c) de combien d'octets se compose cette adresse? __________



3. 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 laison 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 "Regional 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..) 

192.168.45.67
            |                   |     
                     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 192.168..., (ex  : 192.168.1.34)
L'adresse terminant par 0 est réservée pour le réseau lui-même (ex : 192.168.1.0)
L'adresse terminant par 255 est réservée pour la diffusion (ex : 192.168.1.255)
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 255.255.255.0
   - Réseau de classe B :  maximum _______ machines, le masque de sous-réseau est 255.255.0.0
   - Réseau de classe A :  maximum _______ machines, le masque de sous-réseau est 255.0.0.0

===>  Pour approfondir le sujet, voyez le cours : « Protocole de communication TCP/IP »

* 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'ambiguité 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.




4. 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   195.34.27.1:80 ,

        
le  logiciel destinataire est le serveur _______________ sur la machine n° ______ dans le réseau ________________


Note : les n° de port  standarts sont définis par l'IANA; on en trouve la liste dans /etc/services
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;




5. Les services réseaux



A. 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.

Pour une définition exhaustive (?), voir le document "les services réseaux".



B. Architecture logique des réseaux


L'architecture logique fait abstraction de l'architecture physique : ne confondez pas les deux!


Il existe deux type d'architecture logique qui peuvent cohabiter sur une même architecture physique :

p2p cs
Réseau peer-to-peer (P2P) Réseau Client/Serveur


- L'architecture client/serveur
- L'architecture d'égal à égal (angl. peer-to-peer, improprement appelée poste-à-poste)

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...

Les machines clientes sont gérés par des système d'exploitation client de réseau :

 - Windows 2000 Professionnel
 - Windows XP Professionnel

win Operating Systems tux


Les machines serveurs sont gérés par des système d'exploitation  serveurs :
 - Novell Netwarea,
 - Windows NT/2000/2003 Server b
 - GNU/Linuxc.

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 Inconvénients
Novell Netware obsolète, ne plus installer. Novell propose la migration vers linux (www.novell.com)
Windows NT Server - fonctionne sur une  machine peu puissante;
- logiciels Windows réseau
Instable;
Intervention de maintenance fréquente
Windows2000/3Server - Fiable;
- logiciels Windows réseau;
- Ne respecte pas les normes internationales (évolutivité du réseau);
- prix des licenses (serveur + clients) élevé
- Installation et configuration complexe
- Néccessite une machine puissante.
- Utilisation des logiciels  Linux impossible (proxies,...)

env. 1 panne/mois 
Linux - Très fiable
- Installation simple, rapide.
- prix modéré, pas de licenses client.
- Riche en fonctionnalités réseau.
- Utilisation de logiciel Windows diffcile ou impossible.
- Maintenance néccessite un haut niveau technique.

env. 1 panne/an.
Linux Scribe - Préconfiguré pour les besoins des EPLE
- Préconisé par le MEN et le rectorat d'académie.
- interface d'administration adapté E.N.
- fonctionne sur une machine modeste.
- idem.

a Novell Netware est maintenant remplacé Novell Linux.

b Windows est à proprement parler un logiciel d'exploitation (et non un système)

c Linux désigne le noyau (angl : kernel) du(des) système(s) d'exploitation GNU/Linux



6. 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 oeuvre 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'expoitation 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.






7. Annexes - conseils pratiques




A. Cablage et actifs
leds d'activités_____________ hub
                       |                                   |
                       |                                   |
                       Ports                         Console    


Algorithme de dépannage si incorrect... action corrective
La LED link coté machine est-elle allumé? la paire réception coté machine est coupée vérifier le cable
La LED link coté actif est-elle allumé? la paire réception coté actif est coupée vérifier le cable
faire un "ping 127.0.0.1" La carte d'interface réseau est H.S. changer la carte
faire " ipconfig /all"

puis un "ping @IP"
les paramètres TCP/IP sont mal configurés

le pilote est manquant ou défectueux
configurer TCP/IP

(ré)installer le pilote


Commande PING ping



B .Protocoles

 
Vous devez à ce stade savoir au minimum configurer les propriétés TCP/IP du client de réseau :

PROPRIETES TCP/IP

Accessibles par un clic droit sur "Favoris réseaux"

De préférence (dynamique) :

  • "Obtenir une adresse IP automatiquement"

Sinon entrer (statique) :

  • l' adresse IP : 192.168.0.x
  • le masque 255.255.255.0
  • la passerelle : l'adresse IP d'AMON
  • serveur DNS : @IP PDC ou AMON
propTCPIP