Réseaux Informatiques : Chapitre 0 introduction a la teleinformatique réseaux infor
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Télécharger packProgramme Réseau Préambule Ce module permet d’aborder Les techniques de base concernant les réseaux de communication, Deux disciplines sont abordées que sont la télécommunication et la téléinformatique : besoins matériels et logiciels pour la communication entre machines distantes. la problématique lié au transport de l’information et de son traitement à distance, et essaie d’apporter des solutions matérielles et logicielles à sa résolution. La notion de protocole: langage qui assure la communication dans un réseau à sa fiabilité, le besoin de normaliser les protocoles: ISO, TCP/IP pour palier au problème d’hétérogénéité des équipements. Chapitre 0 : Introduction à la téléinformatique Définition, objectif, Historique, objectif et applications, Schéma général d’un système informatique, réseau
problématique, Normalisation architecture ISO. Chapitre 1 : Transmission de l’information Introduction, Débit, capacité, rapidité. Support de transmission, matériels de communication ( modem , carte réseau, répéteurs ) Techniques de transmission de données (multiplexage, concentrateur, Contrôleur de communication, Frontaux, synchronisation) Mode de transmission : bande base, par modulation, par impulsions codées, Type de transmission : synchrone asynchrone. Série et parallèle. Mode de liaison : (simplexe, half duplex, full duplex) Notions de bande et de bande passante, Défauts et limitation des supports, Théorème de Shanon et Nyquist Chapitre II : Codage et protection contre les erreurs Principaux codes utilisés, Méthodes de détection et correction des erreurs, Cryptographie. Chapitre III : Architecture des Réseaux locaux Réseaux locaux Ethernet, Token ring, WIFI,..etc Chapitre V : L’architecture TCP/IP Normalisation (Norme ISO, TCP/ IP ). Bibliographie Tannanbaum « réseaux, architecture, protocoles, applications » Interedition Ed1990 Nussbaumer « téléinformatique » tome 1 et 2 édition presses polytechnique romandes 1987
Pujolle et horlait : » les outils de la communication » tome 1 et 5 Eyrolles ed 1990 Macchi c et guilbert JF « téléinformatique » dunod 1990 Internet : Pour télécharger les cours : site/abdelkrimabdelli/teaching/reseau-L Chapitre 0 : Introduction à la téléinformatique. 0.1- Définition de la téléinformatique (télétraitement): La téléinformatique est une discipline qui se développe très rapidement et qui concerne toutes les techniques permettant aux équipements informatiques de communiquer entre eux. La ligne de démarcation entre la téléinformatique et de la télécommunication
n’est pas toujours facile à définir. La téléinformatique s’occupe du traitement de l’information sur un ordinateur distant, La télécommunication s’occupe des moyens techniques et matériels pour assurer le transport des l’information.. Un système téléinformatique est donc constitué par un ou plusieurs ordinateurs reliés par différents moyens de communication à des terminaux où à des périphériques parfois très éloignés. Actuellement, la téléinformatique est liée étroitement à la notion de : Réseau 0.2-Objectif et applications de la téléinformatique: Pourquoi un réseau ? Les réseaux sont nés d’un besoin d’échanger des informations de manière simple et rapide des machines. Lorsque l’on travaillait sur une même machine, toutes les informations
nécessaires au travail étaient centralisées sur la même machine. Presque tous les utilisateurs et les programmes avaient accès à ces informations. Pour des raisons de coûts ou de performances on est venu à multiplier le nombre de machines. Les informations devaient alors être dupliquées sur les différentes machines de même site. Cette duplication était plus ou moins facile et ne permettait pas toujours d’avoir des informations cohérentes sur les machines. On est arrivé à relier d’abord ces machines entre elles, ce fut l’apparition des réseaux locaux. Ces réseaux étaient souvent des réseaux maisons ou propriétaires. Plus tard on a éprouvé le besoin d’échanger des informations entre des sites distants. Les réseaux moyenne et langue distances commencèrent à voir le jour. Aujourd’hui Ces réseaux se retrouvent à l’échelle planétaire. Le besoin d’échange de l’information est en pleine évolution. Ce qui soulève d’autres problèmes,...
Applications : Les applications classiques traitées par les systèmes téléinformatiques peuvent se diviser en sept catégories principales qui sont la saisie de données (télésaisie), l’interrogation à distance d’une base de donnée , la soumission de travaux à distance, le temps partagé (l’exploitation des ressources système en temps partagé), la commutation des messages (routage d’information), l’informatique industrielle (commande en ligne d’un système industrielle contrôlé au moyen de capteurs sensoriels et d’actionneurs) et la messagerie électronique. La téléinformatique trouve sa raison d’être dans les raisons locaux où les ressources coûteuses telles que les imprimantes et les mémoires de masses sont partagées et où l’environnement est réparti tel que la communication doit pouvoir être assurée entre n’importe quelle pare de stations. 0.3-Historique: Depuis l’antiquité, l’homme n’a pas cessé de chercher les différents moyens (parole, gestes de la main, signaux de fumée, tam tam, document écrit,...) pour faire véhiculer le message à son correspondant, et donc pour communiquer. Ainsi, l’être humain à travers des époques successives a fournit ses efforts intellectuels aussi bien que physique afin de découvrir des méthodes de communications adéquates. Le fruit de ces efforts a été couronnée , pour la première fois dans l’histoire des télécommunications par l’invention du télégraphe
optique (1
er réseau de télécommunication). Et après la découverte de l’électricité, ce télégraphe optique s’est évolué vers le télégraphe électrique. Et en 1865, une nouvelle technologie voit le jour
c’est le téléphone proposé par F.Bourseul. En 1870, le britannique J.Maxwell va mener de très importants progrès lors de ces études des ondes électromagnétiques et a démontré que ces ondes voyagent aussi bien dans le vide que dans la matière, à la vitesse de la lumière. Cela a permis de réaliser les première expériences de la radio (transmission sans fil) en 1895, par le physicien Marconi.
Au début du 20
ième siècle, une nouvelle révolution pour les télécommunications s’amorce, celle de l’électronique. Cette époque est caractérisée par l’invention des composants et circuits électroniques de base et de bonne qualité : le transistor en 1947, puis les circuits intégrés dans les années 1960. La naissance du premier ordinateur arriva en 1949, par l’américain Von neumann : c’est le début de traitement électronique de l’information (l’informatique). Et en 1971, la création du premier microprocesseur permet la miniaturisation des matériels informatiques et leur émergence dans les techniques de télécommunications mettant à jour un nouveau réseau : le réseau informatique. Dès lors, ce progrès a bouleversé, complètement notre vie sociale et a laissé un impact positif sur le train économique. Le dynamisme économique provoquée par le secteur de télécommunications a mené à la création de nouveaux emplois dans différents secteurs et par la suite la baisse du taux de chômage.
Les évolutions de ces nouvelles technologies se sont poursuivis : telle que la radiomessagerie, le téléphone mobile ou portable, les autoroutes des fibre optique et des satellites qui ont formé le réseau des réseau informatique Inernet. C’est en 1962 alors que le communisme faisait force, que Us air force a demandé à un petit groupe de chercheurs de créer un réseau de communication qui puisse résister à une attaque nucléaire. Le concept de ce réseau reposait sur un système décentralisée ainsi si jamais une ou plusieurs machines avaient été détruites, le réseau aurait
continué à fonctionner. Il s’agissait donc d’un réseau purement militaire et indestructible. ! Le modèle de Baran: Paul Baran est l’acteur principal de la création d‘internet, C’est lui qui a eu l’idée en 1962 de créer un réseau sous forme de grande toile. Il avait réalisé qu’un système centralisé était vulnérable car la destruction du noyau provoquait l’anéantissement des communications. Il mit donc au point un réseau hybride d’architectures étoilées et maillées dans lequel les données se déplaceraient de façon dynamique en cherchant le chemin le moins encombré, et en patientant si toutes les routes étaient encombrées. Cependant, malgré ces concepts, le pentagone refuse le projet,... L’Arpanet : Ce n’est que quelques années après que le projet fût repris en (1969) pour relier quatre instituts universitaires américains. Le stanford institute L’université de californie à L.A L’universté de californie à Santa barbara L’université d’Utah Le protocole TCP/IP a été inventé par Ray Tomlinson (celui là même qui en 1972 mis au point le courrier électroniqe) et permet d’acheminer des données sur un réseau en les fragmentant n petits paquets. Lorsque en 1975 le réseau Arpanet était quasiment au point le gouvernement américain décida
de prendre son contrôle en le confiant à une organisation (la united states defense communication Agency) renomée par la suite DARPA (« défense Information Systems Agency » traduisez : « agence chargée des systèmes d’information à la défense. A partir de 1979 le Darpa avec l’implication des chercheurs expérimentées, fonda un comité de coordination appelé ICCb (Internet Control ans configuration Board). Internet fait démarrer Internet en 1980, il établit TCP/ IP dans les réseaux longues distances. Le réseau est scindé en dux sous réseaux : ARPANET pour la recherche et u autre plus grand réservé domaine militaire (Milnet). 0.4 Schéma général d’un système téléinformatique : Un ordinateur est une machine permettant de manipuler des données. On peut faire relier plusieurs ordinateurs i.e. établir un réseau, pour permettre, par exemple: Le partage des fichiers, d’applications La communication entre personnes (grâce au courrier électronique, la discussion en direct. La garantie de l’unicité de l’information (bases de données) etc... Un réseau informatique est une collection d’objets de télécommunications et d’informations (ordinateurs, stations de travail, cartes réseaux, modems, imprimantes réseaux, liaisons téléphoniques,...) Ces entités sont reliées et connectées entre elles par l’intermédiaire des lignes physiques appelées lignes de communications qui servent de transport et d’échange des données et des informations. L’évolution des schémas de communications des réseaux informatiques se sont succédés depuis le début de l’ère de l’informatique dont le facteur des coûts des équipements a été relativement majeur dans la conception. L’information entre et sort du système par l’intermédiaire des ETTD (équipements de traitements de données) que nous appelons plus simplement terminaux et qui sont à portée immédiate des utilisateurs. Ces terminaux peuvent être de nature très diverse et comporter ou non une capacité propre de traitement de l’information. Dans un réseau local à topologie étoile, les terminaux sont reliées grâce à un concentrateur (Hub, switch) qui permet de partager de façon dynamique et adapté le réseau aux différents éléments du réseau local. La partie la plus importante du traitement de l’information est prise en charge par un ou plusieurs ordinateurs centraux auxquels les terminaux sont reliés par le canal de contrôleurs de communication ou frontaux, qui constituent l’interface avec le système de télécommunication et qui prennent en charge la gestion du réseau. Le frontal décharge complètement l’ordinateur central de la gestion du réseau (* le transfert entre le frontal et le l’ordinateur central se fait sur un canal haut débit*) . Les terminaux sont reliés aux ordinateurs soit par des lignes directes privées (L) ou lignes spécialisées (LS) soit par l’intermédiaire de lignes commutées(LC) Ces lignes peuvent être soit privées (connexion à faible distance) soit louées au prés des services de télécommunications (connexions à longues distances). Le réseau est constitué par un certain nombre de nœuds (node) interconnecté par des lignes de transmission. Les nœuds sont des centres de commutation des données CCD gérés par des CM commutatateurs multiplexeurs) capables d’établir des voies de communication entre les usagers, en fonction de leurs besoin à un instant donné.
Architecture d’un système téléinformatique Ordinateur central Controleur de communication Controleur de communication terminal CM CM CM CM CM CM Lignes à grande distance terminal Concentrateur terminal terminal Réseau Terminal Terminal L Ordinateur central LC LS L Réseau local en bus Réseau local en étoile Circuit de données Sur une ligne, la communication est gérée par un ETCD (équipement terminal de circuit de donnée) qui peut être soit une carte réseau (L) un modem (LC) ou un routeur (LS) selon le type de ligne utilisée. 0.5-Réseaux: Classification des réseaux : Les réseaux informatiques peuvent classés en se basant sur plusieurs critères par exemple la distance entre entités communicantes. Ainsi on trouve des réseaux à de très courtes distances déterminées par des fils électriques spéciales à l’intérieur d’un même ordinateur, Ces fils électriques sont appelées des bus. Cette approche peut être étendue pour un environnement local, on parle de RLE (Réseau local d’entreprise) où LAN ( Local area network). Si la distance est plus grande nous parlons de RM (réseau métropolitain) ou MAN (Metroplitain Area Network) qui correspond à u réseau de ville. Enfin si la distance est très grande nous parlons de RLE ( Réseau longue distance) ou WAN (Wide Area Network) qui sont des réseaux destinés à transporter des données à l’échelle d’u pays. Dans ce cas, on distingue deux sortes : le réseau terrestre (infrastructures au niveau sol) et le réseau satellitaire. Les constituants matériels d’un réseau local Les éléments matériels permettant d’interconnecter les ordinateurs sont les suivants: (a) la carte réseau (appelée coupleur) : elle permet d’interfacer l’ordinateur au support physique, c’est à dire mémoriser pendant un certain temps les informations passant à travers les lignes physiques. (b) Le transmetteur (tranceiver): (appelé aussi adapteur) il permet d’assurer la transformation des signaux circulant sur le support en signaux logiques manipulables par la carte réseau aussi bien qu’à l’émission qu’à la réception. (c) La prise: Il s’agit de l’élément permettant de réaliser la jonction mécanique entre la carte réseau et le support physique : Exemple RJ45 (d) Le support physique d’interconnexion: c’est le système qui permet de relier les ordinateurs entre eux le câble coaxial, la paire torsadée et la fibre optique. (e) Concentrateur: 1) Hub: Ca se présente sous forme d’une boite allongée (multiprise en ligne) avec des prises RJ45 correspondant à celles qu’on retrouve sur les cartes réseaux, chaque ordinateur est connecté à une des prises via sa carte réseau. Il est utilisé dans un petit réseau local (16 ordinateurs en moyenne). Le principe de fonctionnement est simple, des que quelque chose arrive sur une des prises, il est automatiquement répété sur toutes les autres prises. Ainsi lorsqu’un ordinateur communique quelque chose, tout le monde l’entend et c’est seulement l’ordinateur concernée qui traite l’information. C’est pour cette raison que ce système ne peut être utilisé que lorsqu’il y a peu d’ordinateurs (encombrement). Pour pouvoir connecter plus d’ordinateur, on utilise des Switch 2) Switch: Un switch (commutateur) se présente comme un hub mais en plus grand, et est un peu plus intelligent, car contrairement au hub, il sait quels sont les ordinateurs qui lui sont connectés. De ce fait, un ordinateur qui communique ne sera entendu que par son correspondant par commutation de circuit. ETCD ETCD Modem Modem Topologie des réseaux locaux : Un réseau informatique est constitué d’ordinateurs reliés entre eux grâce à d matériel (câblage, cartes réseaux, ...) L’arrangement de ces éléments est appelé topologie physique, il en existe trois: a) Topologie en bus: C’est l’organisation la plus simple d’un réseau, tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne physique par l’intermédiaire d’un câble (généralement coaxial). b) Topologie en étoile: Comme son nom l’indique, une topologie en étoile consiste en la liaison concentrée de tous les ordinateurs qui convergent vers un système matériel appelé concentrateur (Hub ou Switch) : c’est une boite comprenant un certain nombre de jonction c) Topologie en anneau : Dans un réseau en topologie en anneau les ordinateurs forment une boucle sur laquelle chacun d’entre eux va avoir la parole successivement (token ring). En réalité les ordinateurs ne sont reliés en boucle, mais à un répartiteur (appelé : MAU multistation Access Unit) qui gère la communication entre les ordinateurs en impartissant à chacun d’eux un temps de parole. 0.6 Normalisation Pourquoi une normalisation ? Si chacune des personnes (Physiques ou morales) ne devait échanger des informations qu’avec des gens de même communauté, alors il n’y aurait pas besoin de normalisation, chaque entité pourrait échanger ces informations avec des membres de la même entité. Il suffit que chacune des personnes utilise le même langage (protocole). Un protocole dépend de l’architecture du réseau, des systèmes d’exploitation utilisées, du matériel, et du type de données qui y circule. Malheureusement, de plus en plus d’entités ont besoin d’échanger des informations (agence de voyage, SNCF, organisme de recherche, ministères, universités, école, la défense). Pour assurer le transfert des données d’une extrémité à une autre il faut implanter une architecture logicielle permettant d’interfacer les réseaux communicants. Cette approche fut utilisé au départ par les réseaux propriétaires jusqu’à l’apparition du modèle unificateur pour la prise en charge de tous les problèmes de communication rencontrés entre réseaux et ce indépendamment du matériel et des logiciels utilisés. De cette réflexion est né le modèle OSI (OPEN SYSTEM INTERCONNECTED) normalisé par l’ISO (International Standard Organization). Par la suite plusieurs organismes de standardisation ont complété le modèle OSI et l’ont adapté avec de nouvelles normes ; les principaux organismes sont : CCITT devenu UIT (Union International des telecommunications)
ISO sont les membres sont ANSI, ATNOR, BSI, ...etc IEEE (Institute of electrical and electronical engineers) Le modèle OSI OSI définit entre les systèmes communicants des procédures normalisées pour l’échange d’informations : les systèmes qui obéissent à ces conventions sont dits ouverts ; les fonctions de ceux-ci sont décomposées en couches. Le modèle OSI est un modèle à 7 couches qui décrit le fonctionnement d’un réseau à commutations de paquets, chacune des couches de ce modèle représente une catégorie de problèmes que l’on rencontre dans le réseau. Le découpage en couches permet de séparer les problèmes et ainsi de les solutionner indépendamment les une des autres. Il permet aussi d’apporter une modification technique à une couche sans pour autant repenser le tout. Chaque couche (N) offre un certain nombre de services à la couche (N+1) en déroulant une procédure (protocole) uniquement défini à partir des services définis par la couche (N-1). Chaque couche est constituée d’éléments matériels et logiciels et offre un service à la couche située immédiatement u dessus. Chaque couche (N) d’une station gère la communication avec la couche de même niveau du vis-à-vis en suivant un protocole de niveau (N). Cependant dans la pratique, l’échange de données entre les couches de même niveau ne se fait pas horizontalement mais verticalement, en passant à chaque étape par les services et donc les protocoles de niveau inférieur.
Application Réseau Présentation transport Session Liaison Physique Réseau Liaison Phyisique Application Réseau Présentation transport Session Liaison Physique Emetteur A Récepteur B Protocoles Couches Orientées Traitement Couches Orientées Transmission Intermédiaire Nœud de commutation (Routeur) Circuit de données : liaison physique Circuit de données : liaison physique La couche Physique : Elle a en charge la transmission de suites binaires sur le support physique d’interconnexion. Elle fournit les fonctions de commandes de circuit de données, en termes de caractéristiques électriques, mécaniques, fonctionnelles et procédurales pour activer , maintenir et désactiver les connexions physiques. Le protocole X21 intégré dans le modem V24 en est un exemple.
Le protocole de la couche physique dépend totalement des propriétés et des caractéristiques des supports physiques utilisés (câble coaxial, paire torsadée, fibre optique, air) et du type de transmission utilisé (analogique, numériqiue). La couche Liaison : Elle a pour rôle de transmettre des données sans erreurs, sans duplication, ni perte entre les systèmes adjacents (sur un seul circuit de données). Les couches adjacentes échangent entre elles des blocs structurées appelés « trames ». Cette couche fait appel à des procédures matérielles et logicielles. Un exemple de protocole de liaison est le protocole HDLC.
La couche Réseau : Les systèmes qui communiquent (systèmes d’extrémités) peuvent ne pas être adjacents (reliés directement par un circuit de données), s’autres systèmes intermédiaires (nœuds de commutation et de routage), peuvent servir de relai. La couche réseau fournit les moyens de communication de blocs de données appelées paquet, d’une extrémité à l’autre. Elle a pour objectif de définir la fonction de routage : consistant à déterminer la sortie par laquelle va transiter la paquet afin qu’il soit acheminer vers sa destination finale dans le respect des contraintes imposées par l’émetteur. Le protocole X25 est un exemple de protocole de la couche réseau.
La couche Transport : Elle se situe à la jonction des couches orientées traitement et celles orientées communication. Son but est d’offrir un service constant à la couche session quelque soit la qualité se service offerte par le réseau. Par conséquent, son rôle est d’autant plus important que lorsque les performances du réseau sont limitées. Elle manipule des unités de données appelées « messages ». Elle assure la communication entre les deux machines d’extrémité indépendamment de la nature des sous –réseaux traversés ; on parle de communication de bout en bout (End to End).
Donc, la couche transport est garante de la qualité de service, si cette dernière est sans faille alors le travail de la couche transport est minime. Dans le cas contraire, elle assure le relai entre ce que désire l’application et ce que la couche réseau met à sa disposition entre termes de performances. La qualité de service est évaluée par certains paramètres avec trois appréciations possibles ; ( Préférée, acceptable, inaccéptable) qui sont choisies à l’établissement de la connexion logique de bout en bout. La couche transport surveill