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Conception et déploiement de réseaux et systèmes de télécommunications dans l'espace universitaire africainpar Alhassane Benthe Diallo sup'ingenieur - Master 2021 |
Chapitre II : Cadre conceptuelAPERÇU GENERAL SUR LES RESEAUX INFORMATIQUES 1.0. INTRODUCTION Dans ce chapitre nous allons nous soumettre à la présentation des notions de base utilisées en réseaux informatiques, d'une façon plus claire nous parlerons de différentes topologies que prendre un réseau, le principe de fonctionnement et les matériels utilisés pour assurer l'interconnexion dans cet environnement. 1.1. LES RESEAUX Le terme Réseau se définit comme un ensemble d'entités (objet, personnes, etc.) Interconnectées les unes avec les autres. Un réseau qui permet de faire circuler des éléments matériels ou immatériels entre chacune de ces entités. Selon le type d'entités interconnectées, le terme sera ainsi différent:
Données numériques
22 Fig.2 : réseau informatique
23 Technique de transmission D'une manière générale, nous distinguerons deux types de technologies de transmission largement répandues : la diffusion et le point-à-point.
Par contraste au système précédent, le réseau point-à-point consiste en un grand nombre de connexions, chacun faisant intervenir deux machines. Pour quitter de sa source à sa destination, un paquet peut transiter par plusieurs machines intermédiaires. Une transmission point-à-point entre expéditeur et destinataire est appelée diffusion individuelle (envoi unicast) 1.1.1. Mode de transmission Pour une transmission donnée sur une voie de communication entre deux machines, la communication peut s'effectuer de différentes manières. La transmission est caractérisée par : Le sens des échanges, Le mode de transmission: il s'agit du nombre de bits envoyés simultanément et la synchronisation: il s'agit de la synchronisation entre émetteur et récepteur. Ainsi, selon le sens des échanges, on distingue 3 modes de transmission : o La liaison simplex : caractérise une liaison dans laquelle les données circulent dans un seul sens, c'est-à-dire de l'émetteur vers le récepteur. Ce genre de liaison est utile lorsque les données n'ont pas besoin de circuler dans les deux sens (par exemple de votre ordinateur vers l'imprimante ou de la souris vers l'ordinateur...).
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1.1.2. Mode de commutation La transmission de trames recourt aux deux modes de commutation suivants :
L'adresse de destination de la trame doit être au moins lue avant la transmission de la trame. Ce mode réduit à la fois la latence de la transmission et de la détection des erreurs. 1.1.3. Classification des Réseaux Informatiques On distingue différents types de réseaux selon leur taille (en termes de nombre de machines), selon leur vitesse de transfert des données ainsi que selon leur étendue. On définit généralement les catégories de réseaux suivantes : a. Le réseau Personnel La plus petite étendue de réseau est nommée en anglais Personal Area Network(PAN). Centrée sur l'utilisateur, elle désigne une interconnexion d'équipements informatiques dans un espace d'une dizaine de mètres autour de celui-ci. Elles utilisent les technologies telles que le Bluetooth, infrarouge. Dans le cas de Bluetooth (WPAN : Wireless PAN), la transmission se fait par micro-onde dans la bande de 2,4GHZ pour un débit de 1Mbps en commutation de paquet ou de circuit ou encore les deux à la fois h. Le réseau Local Les réseaux locaux, ou LAN (Local Area Network), correspondent par leur taille aux réseaux intra-entreprises, ils servent au transport de toutes les informations numériques de l'entreprise. En règle générale, les bâtiments à câbler s'étendent sur plusieurs centaines de mètres. Les débits de ces réseaux vont aujourd'hui de quelques mégabits à plusieurs centaines De mégabits par seconde. Il utilise des supports tels que le câble à paires torsadées, la fibre optique ou encore le câble coaxial pour des débits allant jusqu'à 10Gbps. Dans le cas du non câblé, il utilise le Wifi (WLAN), sur des bandes de fréquence allant de 2,4Ghz pour des débits allant de 1,2 à 54Mbps cela en fonction de la norme 802.11 utilisée. c. Le réseau Métropolitain Les réseaux métropolitains ou MAN (Métropolitain Area Network) permettent l'interconnexion des entreprises ou éventuellement des particuliers sur un réseau spécialisé à haut débit qui est géré à l'échelle d'une métropole.
Ils doivent être capables d'interconnecter les réseaux locaux des différentes entreprises pour leur donner la possibilité de dialoguer avec l'extérieur. Un MAN est formé d'équipements des réseaux interconnectés par des liens hauts débits en général en fibre optique ou en sans-fil jusqu'à 20 Kilomètres au maximum(WIMAX). d. Le réseau Régional Les réseaux régionaux ou RAN (Régional Area Network) ont pour objectif de couvrir une large surface géographique. Dans le cas des réseaux sans fil, les RAN peuvent avoir une cinquantaine de kilomètres de rayon, ce qui permet, à partir d'une seule antenne, de connecter un grand nombre d'utilisateurs. B. Le réseau EtenduLes réseaux étendus, ou WAN (Wide Area Network), sont destinés à transporter des données numériques sur des distances à l'échelle d'un pays, voire d'un continent ou de plusieurs continents. Le réseau est soit terrestre, et il utilise en ce cas des infrastructures au niveau du sol, essentiellement de grands réseaux de fibre optique, soit hertzien, comme les réseaux satellitaire
Fig.3 : classification des réseaux selon la taille f. LE SAN (STORAGE AREA NETWORK) Espace de stockage de grande capacité. Le SAN est donc généralement constitué d'une baie des disques durs gérés par un contrôleur pour en faire un seul espace de stockage. Le contrôleur SAN est connecté sur le LAN de la suite des serveurs pour allouer à chaque serveur un espace de stockage dynamique appelé AGREGAT. Cet espace de stockage sera utilisé pour stocker les données du serveur et le disque dur local du serveur ne sera utilisé rien que pour le système d'exploitation du serveur.
En outre, la classification des réseaux selon la taille énumérée ci-haut, nous pouvons aussi le classifier selon le débit ainsi, nous trouvons trois grandes familles :
1.2. TOPOLOGIE DE RESEAUX La topologie est une façon d'agencer les équipements (postes, imprimantes, serveur, etc.) interconnectés dans un réseau local. La topologie peut comporter deux aspects : 1.2.1. La topologie physique La topologie physique correspond à la façon dont les postes du réseau local sont câblés. Les topologies physiques couramment utilisées sont: Topologie en bus Le bus, un segment central où circulent les informations, s'étend sur toute la longueur du réseau, et les machines viennent s'y accrocher. Lorsqu'une station émet des données, elles circulent sur toute la longueur du bus et la station destinatrice peut les récupérer. Une seule station peut émettre à la fois. En bout de bus, un « bouchon » permet de supprimer définitivement les informations pour qu'une autre station puisse émettre. L'avantage du bus est qu'une station en panne ne perturbe pas le reste du réseau. Elle est, de plus, très facile à mettre en place. Par contre, en cas de rupture du bus, le réseau devient inutilisable. Notons également que le signal n'est jamais régénéré, ce qui limite la longueur des câbles. Cette topologie est utilisée dans les réseaux Ethernet.
27 Fig.4 : topologie en bus
Topologie en anneau Dans une topologie en anneau, chaque hôte est connecté à son voisin. Le dernier hôte se connecte au premier. Cette topologie crée un anneau physique de câble. Cette topologie permet d'avoir un débit proche de 90% de la bande passante.de plus, le signal qui circule est régénéré par chaque station. Par contre, la panne d'une station rend l'ensemble du réseau inutilisable. Enfin cette architecture étant la propriété d'IBM, le prix est élevée et la concurrence devient quasiment inexistante. Cette topologie est utilisée par les réseaux Token Ring et FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Topologie en étoile C'est une topologie la plus courante, notamment avec les réseaux Ethernet RJ45. Toutes les stations sont reliées à un unique composant central : le concentrateur, quand une station émet vers le concentrateur, celui-ci envoie les données à toutes les machines (hub) ou celle qui en est la destinataire(Switch). Ce type de réseau est facile à lettre en place et à surveiller ainsi la panne ne met pas en cause l'ensemble du réseau. Par contre, il faut plus de câbles que pour les autres topologies et si le concentrateur tombe en panne, tout le réseau est anéanti. De plus, il est également très facile de rajouter un noeud à un tel réseau puisqu'il suffit de le connecter au concentrateur
28 Fig.5: topologie en étoile
Topologie étoile étendue Une topologie en étoile étendue relie des étoiles individuelles en connectant les concentrateurs ou commutateurs. Cette topologie peut étendre la portée et la couverture du réseau.
Fig.6: topologie étoile étendue Topologie hiérarchique Une topologie hiérarchique est similaire à une topologie en étoile étendue. Cependant, plutôt que de lier les concentrateurs ou commutateurs ensemble, le système est lié à un ordinateur qui contrôle le trafic sur la topologie. Topologie maillée On implémente une topologie maillée afin de garantir une protection maximale contre l'interruption de service. Tel est le cas d'une topologie maillée qui représente une solution idéale pour les systèmes de contrôle en réseau d'une centrale nucléaire. Comme vous pouvez le constater dans le schéma ci-dessous, chaque hôte possède ses propres connexions à tous les autres hôtes. Bien qu'Internet emprunte de multiples chemins pour atteindre un emplacement, il n'adopte pas une topologie complètement maillée.
29 Fig.7 : topologie maillée
30 31 1.2.2. La topologie logique La topologie logique d'un réseau détermine de quelle façon les hôtes communiquent sur le média. Les deux types de topologie logiques les plus courants sont le broadcast et le passage de jeton. L'utilisation d'une topologie de broadcast indique que chaque hôte envoie ses données à tous les autres hôtes sur le média du réseau. Les stations peuvent utiliser le réseau sans suivre un ordre déterminé. Ethernet fonctionne ainsi. La deuxième topologie logique est le passage de jeton. Dans ce type de topologie, un jeton électronique est transmis de façon séquentielle à chaque hôte. Dès qu'un hôte reçoit le jeton, cela signifie qu'il peut transmettre des données sur le réseau. Si l'hôte n'a pas de données à transmettre, il passe le jeton à l'hôte suivant et le processus est répété. Token Ring et FDDI (Fiber Distributed Data Interface) sont deux exemples de réseaux qui utilisent le passage du jeton. 1.3. PRINCIPAUX ELEMENTS D'UN RESEAU Dans cette section nous évoquerons les différences fondamentales entre les réseaux organisés autour de serveurs et les réseaux fonctionnant en pair à pair. 1.3.1. Point de vue logiciel a. PRINCIPE On parle du principe de fonctionnement logiciel dans la mesure où cette architecture est basée sur l'utilisation de deux types de logiciels, à savoir : un logiciel serveur et un logiciel Client s'exécutant normalement sur deux machines différentes. L'élément important dans cette architecture est l'utilisation de mécanismes de communication entre les deux applications. D'où le principe généraux de fonctionnement consistent à : > Faire fonctionner des applications en réseau ; > Dissocier le développement pur des contraintes techniques ; > Optimiser les performances de l'application en définissant des choix technique judicieux
> Coordonner le processus coopérant pour l'exécution d'une tache. Notion1 : Client Un client est un processus demandant l'exécution d'une opération à un autre processus par envoi d'un message contenant le descriptif de l'opération à exécuter et attendant la réponse à cette opération par un message en retour. Notion 2 : Serveur Un serveur est un processus accomplissant une opération sur demande d'un client et lui transmettant le résultat. Il est la partie de l'application qui offre un service, il reste à l'écoute des requêtes du client et répond au service qui lui est demandé. Notion 3 : Requête Une requête est un message transmis par un client à un serveur décrivant l'opération à exécuter pour le compte du client. Notion 4 : Réponse Une réponse est un message transmis par un serveur à un client suite à l'exécution d'une opération contenant les paramètres de retour de l'opération. Notion 5 : architecture client serveur Le client-serveur est un mode de dialogue entre deux processus. Le premier appelé client, demande l'exécution des services au second appelé serveur. Un client exécute une application et demande l'exécution d'une opération à un serveur par le biais d'une requête, il reçoit une réponse, qui lui indique que l'opération a été bien exécutée. Le serveur accomplit les services et envoie en retour des réponses. En général, un serveur est capable de traiter les requêtes de plusieurs clients. Il permet donc de partager des ressources entre plusieurs clients qui s'adressent à lui par des requêtes envoyées sous forme des messages. L'architecture client-serveur peut être mise en oeuvre afin d'assurer une meilleure qualité du dialogue homme-machine.
32 Un processus serveur, souvent exécuté sur une machine séparée (par exemple un terminal intelligent) exécute les fonctions d'entrées-sorties graphiques pour un processus client qui exécute le code applicatif. Cette organisation est appelée client-serveur de présentation. Elle peut être utilisée pour transformer une interface homme-machine caractères en interface graphique: on parle alors de rhabillage. Client Serveur
Applications Réponse Requête Opération Fig.8. architecture client-serveur Notion 6 : types d'architectures client-serveur 1. Architecture à deux niveaux L'architecture à deux niveaux (aussi appelée architecture 2-tiers, tiers signifiant rangée en anglais) caractérise les systèmes clients/serveurs pour lesquels le client demande une ressource et le serveur la lui fournit directement, en utilisant ses propres ressources. Cela signifie que le serveur ne fait pas appel à une autre application afin de fournir une partie du service.
33 NIVEAU 1
NIVEAU 2 Envoi de messages Requête http, Fichiers Envoi de réponses SQL Serveur Client Données Fig.9. Architecture client-serveur deux tiers 2. Architecture à trois niveaux Dans l'architecture à 3 niveaux (appelée architecture 3-tiers), il existe un niveau intermédiaire, c'est-à-dire que l'on a généralement une architecture partagée entre : > Un client, c'est-à-dire l'ordinateur demandeur des ressources, équipées d'une interface utilisateur (généralement un navigateur web) chargée de la présentation ; > Le serveur d'application (appelé également middleware), chargé de fournir la ressource mais faisant appel à un autre serveur
34 > Le serveur de données, fournissant au serveur d'application les données dont il a besoin. Niveau 1
Niveau 2 Fichiers SQL Envoi de message Niveau 3 Requête SQL Données Envoi de Réponse Serveur de base de données Client Serveur d'application Requête http Fig.10. Client-serveur 3 tiers 3. architecture multi-niveau Dans l'architecture à 3 niveaux, chaque serveur (niveaux 2 et 3) effectue une tâche (un service) spécialisée.
35 Un serveur peut donc utiliser les services d'un ou plusieurs autres serveurs afin de fournir son propre service. Par conséquent, l'architecture à trois niveaux est potentiellement une architecture à N niveaux.
Niveau 1
36 b. CARACTERISTIQUES Dans ce présent point, nous essayerons de dégager quelques caractéristiques entre un serveur, un client et enfin nous ferons une comparaison non seulement entre l'architecture client/serveur 2 tiers et celle 3 tiers mais aussi nous énumérerons les caractéristiques communes du client-serveur.
Il existe plusieurs caractéristiques communes de cette architecture mais nous énumérons quelques-unes :
> Partage de ressources ; > Capacité d'évolution du système : ajout et retrait de stations clientes, changement de serveurs, « passage à l'échelle » > Intégrité des données partagées ; > Masque aux Clients la localisation du serveur ; > Les données des serveurs sont gérées sur le serveur de façon centralisée. D'où, les clients restent individuels et indépendants ; > Modification du module serveur sans toucher au module client 4) Comparaison entre deux types d'architectures : L'architecture à deux niveaux est donc une architecture client/serveur dans laquelle le serveur est polyvalent, c'est-à-dire qu'il est capable de fournir directement l'ensemble des ressources demandées par le client. Dans l'architecture à trois niveaux par contre, les applications au niveau serveur sont délocalisées, c'est-à-dire que chaque serveur est spécialisé dans une tâche (serveur web/serveur de base de données par exemple). L'architecture à trois niveaux permet : > Une plus grande flexibilité/souplesse ; > Une sécurité accrue car la sécurité peut être définie indépendamment pour chaque service, et à chaque niveau ; > De meilleures performances, étant donné le partage des tâches entre les différents serveurs. 1.3.2. Point de vue matériel Pour que la communication réseau soit opérationnelle, il faut d'abord interconnecter les matériels entre eux. Ceci est souvent effectué à travers une interface filaire, à titre illustratif un câble connecté à une carte réseau ou à un modem. L'interface air peut également être exploitée, à travers des communications non filaires, en utilisant l'infrarouge, le laser ou les ondes radio. 37
La fibre optique est utilisée dans les environnements où un très fort débit est demandé mais également dans les environnements de mauvaise qualité. Elle comporte des composantes extrémités qui émettent et reçoivent les signaux lumineux. Il existe plusieurs types de fibres, notamment les suivantes : > Les fibres multimodes à saut d'indice, dont la bande passante peut atteindre 50 MHz sur 1 km. > Les fibres multimodes à gradient d'indice, dont la bande passante peut atteindre 500 MHz sur 1km. > Les fibres monomodes, de très petit diamètre, qui offrent la plus grande capacité d'information potentielle, de l'ordre de 100 GHz/km, et les meilleurs débits. Ce sont aussi les plus complexes à réaliser.
Un hub est un répéteur multiport. Il permet de réaliser une configuration en étoile, c'est- à-dire qu'il permet aux câbles de converger sur un même point. Un hub concentre les données en provenance des hôtes et régénère le signal.
40 Le hub possède plusieurs ports (4,8, 16, 24, 32) sur lesquels vont s'enficher les connecteurs RJ 45, on dit souvent qu'il se contente de récupérer les données sur un port et de les répéter sur l'ensemble des ports, c'est-à-dire qu'il fait le simple broadcast des informations. Tous les ordinateurs connectés à ce dernier peuvent alors écouter les informations, mais seul le destinataire en tiendra compte. Un hub se place au niveau de la couche physique du modèle OSI, tout comme le répéteur.
Fig.13 : hub g. Routeur Le routeur est un équipement réseaux permettant d'interconnecter deux réseaux utilisant des technologies et protocoles différents. Le routeur est un élément, il choisit la destination du message en lisant les informations contenues au niveau du protocole IP. Il peut de ce fait faire office de passerelle « Gateway » entre les réseaux de natures différentes. Pour connaître le port où faire passer les paquets, l'algorithme de routage crée et maintien des tables de routage qui contiennent une variété d'informations, comme la destination (saut suivant). Lorsqu'un routeur reçoit un paquet, il cherche l'adresse du réseau de destination dans la table de routage et l'envoie sur le port concerné. Les routeurs déterminent le meilleur chemin en fonction de la bande passante de la ligne et du nombre de « sauts à franchir. Par rapport aux ponts, Switch, etc. les routeurs garantissent une meilleure isolation de la transmission des données puisqu'ils ne transmettent pas les messages de type « broadcast ». On dit qu'un routeur segmente un réseau en domaines de broadcast (diffusion). La table de routage peut être remplie de deux façons: par l'administrateur du réseau qui détermine les chemins d'une manière statique dans cette dernière, on parle alors du routage statique ou par le routeur lui- même qui prend connaissance du réseau grâce à des protocoles de routage, on parle dans ce cas du routage dynamique.
41 Le routage dynamique utilise des protocoles appelés protocoles de routage qui sont : RIP, BGP, etc. par opposition du protocole de routage on parle des protocoles routables, ce sont des protocoles qui sont traités et supportés par les routeurs.
Le MODEM est un modulateur et démodulateur, dans le cas de la modulation il reçoit un signal numérique et le transforme en signal analogique. Dans le cas inverse on parle de la démodulation.
42 43 1.4. RESEAU SANS FIL Un réseau sans fil (en anglais wireless network) est, comme son nom l'indique, un réseau dans lequel au moins deux terminaux (ordinateur portable, PDA, etc.) peuvent communiquer sans liaison filaire. Grâce aux réseaux sans fil, un utilisateur a la possibilité de rester connecté tout en se déplaçant dans un périmètre géographique plus ou moins étendu, c'est la raison pour laquelle on entend parfois parler de "mobilité". Les réseaux sans fil sont basés sur une liaison utilisant des ondes radioélectriques (radio et infrarouges) en lieu et place des câbles habituels. Il existe plusieurs technologies se distinguant d'une part par la fréquence d'émission utilisée ainsi que le débit et la portée des transmissions. Les réseaux sans fil permettent de relier très facilement des équipements distants d'une dizaine de mètres à quelques kilomètres. De plus l'installation de tels réseaux ne demande pas de lourds aménagements des infrastructures existantes comme c'est le cas avec les réseaux filaires (creusement de tranchées pour acheminer les câbles, équipements des bâtiments en câblage, goulottes et connecteurs), ce qui a valu un développement rapide de ce type de technologies. 1.4.1. Catégories de réseaux sans fil On distingue habituellement plusieurs catégories de réseaux sans fil, selon le périmètre géographique offrant une connectivité (appelé zone de couverture), s'affranchissant d'une infrastructure câblée et autorisant la mobilité, les réseaux sans fils, sous des appellations génériques différentes, sont en plein essor. On distingue : o les WPAN (Wireless Personal Area Network), de la simple liaison infrarouge à 100 kbit/s au Bluetooth à environ 1 Mbit/s, ces technologies peu coûteuses devraient se développer rapidement. Elles sont essentiellement utilisées pour raccorder un périphérique informatique (imprimante...), un agenda électronique...
Fig.16 : description des réseaux sans fil 1.4.2. Architectures générales du réseau sans fil a) Les réseaux « ad hoc » Les réseaux « ad hoc» s'affranchissent de toute infrastructure. La communication à lieu directement de machine à machine. Une machine pouvant éventuellement servir de relais pour diffuser un message vers une station non vue (au sens électromagnétique du terme) par la station d'origine (routage). Actuellement, les réseaux ad hoc ne fonctionnent qu'en mode point à point. Les protocoles de routage font l'objet de nombreuses recherches.
b) Les réseaux cellulaires Les réseaux sans fils sont soit indépendants de toute infrastructure filaire, soit en prolongement de celle-ci. Les solutions adoptées doivent résoudre de nombreux problèmes tel que: l'identification et la confidentialité des communications, la localisation du mobile en déplacement (itinérance ou roaming), l'accès multiple et le partage du support (politique d'accès).
Fig.17 : architecture cellulaire 1.4.2.1. L'architecture en couche Le transport des données d'une extrémité à l'autre d'un réseau nécessite un support physique ou hertzien de communication. Pour que ces données arrivent correctement à la destination, avec la qualité de service ou QoS (Quality of Service), exigée, il faut en outre une architecture logicielle chargée du contrôle des paquets dans le réseau. 1.4.2.2. Modèle OSI Les concepts architecturaux utilisés pour décrire le modèle de référence proposé par l'ISO possède sept couches. Niveau 1 : Couche physique La couche physique assure un transfert de bits sur le canal physique (support). À cet effet, elle définit les supports et les moyens d'y accéder : spécifications mécaniques (connecteur), spécifications électriques (niveau de tension), spécifications fonctionnelles des éléments de raccordement nécessaires à l'établissement, au maintien et à la libération de la ligne (Câble à paires torsadées, câble coaxial, Fibre optique. Etc.) 44
45 Niveau 2 : couche liaison des données La couche liaison assure, sur la ligne, un service de transfert de blocs de données (Trames) entre deux systèmes adjacents en assurant le contrôle, l'établissement, le maintien et la libération du lien logique entre les entités. Les protocoles de niveau 2 permettent, en outre, de détecter et de corriger les erreurs inhérentes aux supports physiques. Le pont et le Switch sont des équipements utilisés dans cette couche. Niveau 3 : couche Réseau La couche réseau assure, lors d'un transfert à travers un système relais, l'acheminement des données (paquets) à travers les différents noeuds d'un sous réseau (routage). Les protocoles de niveau 3 fournissent les moyens d'assurer l'acheminement de l'appel, le routage, le contrôle de congestion, l'adaptation de la taille des blocs de données aux capacités du sous-réseau physique utilisé. Elle offre, en outre, un service de facturation de la prestation fournie par le sous réseau de transport. Le routeur est l'équipement utilisé dans cette couche Niveau 4 : couche transport de données La couche transport est la couche pivot du modèle OSI. Elle assure le contrôle du transfert de bout en bout des informations (messages) entre les deux systèmes d'extrémité. La couche transport est la dernière couche de contrôle des informations, elle doit assurer aux couches supérieures un transfert fiable quelle que soit la qualité du sous-réseau de transport utilisé. Niveau 5 : couche session La couche session gère l'échange de données (transaction) entre les applications distantes. La fonction essentielle de la couche session est la synchronisation des échanges et la définition de points de reprise.
46 Niveau 6 : couche présentation Interface entre les couches qui assurent l'échange de données et celle qui les manipule. Cette couche assure la mise en forme des données, les conversions de code nécessaires pour délivrer à la couche supérieure un message dans une syntaxe compréhensible par celle-ci. En outre, elle peut, éventuellement, réaliser des transformations spéciales, comme la compression de données. Niveau 7 : couche application La couche application, la dernière du modèle de référence, fournit au programme utilisateur, l'application proprement dite, un ensemble de fonctions (entités d'application) permettant le déroulement correct des programmes communicants (Transferts de fichiers, courrier électronique...). 1.4.2.3. La pile TCP/IP La famille de protocoles TCP/IP est ce que l'on appelle un modèle en couche comme il est défini dans le modèle OSI (Open System Interconnexion) édité par l'ISO la différence du modèle OSI par au modèle TCP/IP qu'on appelle parfois modèle DoD(Department Of Defense), c'est au niveau de couche, le modèle TCP/IP comprend que 4 couches qu'on peut définir de la façon suivante (en partant des couches les plus basses): 1) Couche d'accès au Réseau La couche accès réseau est la première couche de la pile TCP/IP, elle offre les capacités à accéder à n'importe quel réseau physique, qu'il s'agisse de réseau local Token ring, Ethernet, FDDI. Elle prend en charge les fonctions suivantes: Acheminement des données sur la liaison; la Coordination de la transmission des données, Format des données; Conversion des signaux (analogiques/numériques); Contrôle des erreurs.
La couche application est la couche située au sommet des couches de protocoles TCP/IP. Elle contient des applications réseaux permettant de communiquer grâce aux couches inférieures. Chaque application interagit avec la couche de transport pour envoyer ou recevoir des données. En fonction des caractéristiques de l'échange, le programme choisit un mode de transmission à la couche de transport. Toutes les applications sur Internet sont bâties sur le modèle «client/serveur» à savoir qu'une extrémité de la connexion rend des services à l'autre extrémité. 1.5. ADRESSAGE L'adressage IP reflète, de par sa structure, la distinction entre les différents réseaux logiques. En effet un certain nombre de bits de l'adresse IP identifie le réseau lui-même (netid), l'autre partie identifie l'hôte dans ce réseau (hostid).
48 Ce découpage netid - hostid constitue donc un plan d'adressage hiérarchique pour un réseau IP, ce qui permet une meilleure gestion des routeurs qui n'ont besoin que de mémoriser des adresses de réseaux et non des adresses d'hôtes. Il va sans dire que des réseaux interconnectés doivent avoir des netids distincts. Cette structuration est différente selon la classe du réseau. On distingue 5 classes de réseaux codées de A à E. La distinction de classe de réseaux se fait sur la valeur des premiers bits. Pour les classes A, B et C, la taille de la partie d'adresse réservée au net-id varie, elle est de 1 octet pour la classe A, 2 pour la classe B et 3 pour la classe C.
Fig. 18 : les classes d'adresses La classe D est réservé à la multidiffusion (multicast), technique utilisée par des protocoles spéciaux pour transmettre simultanément des messages à un groupe donné de noeuds différents, de la diffusion de vidéo par exemple. La classe E était réservée à un usage ultérieur Un certain nombre d'adresses IP ont été réservés pour une utilisation en intranet. Ces adresses définies dans la RFC 19918 permettent d'assurer à un serveur Proxy (qui partage la connexion Internet de l'entreprise), une différenciation satisfaisante entre le réseau public (Internet) et le réseau privé (intranet). Ainsi, chaque entreprise connectée à Internet peut utiliser les mêmes adresses IP privées en interne et différencier les accès sur Internet au moyen d'une seule adresse IP publique externe. Ces adresses IP privées sont : > 10.0.0.0 à 10.255.255.255 > 172.16.0.0 à 172.31.255.255 > 192.168.0.0 à 192.168.255.255
49 1.5.1. Quelques normes Les normes régissent les réseaux locaux en permettant la compatibilité des matériels Informatiques. > 802.1 établit le contexte général des réseaux > 802.2 établit les parties communes aux différents réseaux locaux > 802.3 Bus logique sur une topologie physique en bus ou en étoile > 802.5 anneau du type Token Ring > 802.9 Réseaux numériques > 802.11 Réseaux sans fil dans la bande de fréquence 2400 -2480Ghz > 802.11a et 802.11b les futures normes pourront atteindre une dizaine de Mbit/s 1.5.2. Introduction à la télécommunication Etymologiquement, la télécommunication (abrév. fam. télécoms) est une communication à distance, elle n'est pas considérée comme une science, mais comme une technologie et technique appliquée. Du point de vue informatique, On entend par télécommunications toute transmission, émission et réception à distance, de signes, de signaux, d'écrits, d'images, de sons ou de renseignements de toutes natures, par fil, radioélectricité, optique ou autres systèmes électromagnétiques. 1.5.2.1. Bande passante La bande passante (en anglais bandwidth) d'une voie de transmission est l'intervalle de fréquence sur lequel le signal ne subit pas un affaiblissement supérieur à une certaine valeur (généralement 3 dB, car 3 décibels correspondent à un affaiblissement du signal de 50%), on a donc :
50 51 Plusieurs types de service de communications sont définis dans la réglementation de la bande passante et donne lieu à la catégorie suivante : La bande KU Elle est peu sensible aux parasites urbains et est donc préconisée pour l'utilisation des VSAT en offrant une fréquence large de 1000MGHZ, son inconvénient qu'elle est trop sensible aux orages, l'eau de pluie. La bande KA Permet l'utilisation d'antennes encore plus petites, les USAT. Cette bande est surtout utilisée par les terminaux mobiles de type GSM en offrant une fréquence large de 2500MGHZ. La bande L Est principalement destinée aux satellites en orbite basse. Les bandes de fréquences de la bande L ont été définies par la conférence mondiale (CAMR) de 1992 pour le service mobile par satellite. 1.5.2.2. Les liaisons Hertziennes
Une antenne est un fil conducteur parcouru par un courant électrique, par un mouvement de charges électriques rayonnant dans l'espace sous forme d'ondes électromagnétiques : une piste de circuit imprime, un cordon d'alimentation peut jouer le rôle d'antennes. On distingue ainsi l'antenne d'émission et l'antenne de réception.
52 Ainsi pour diminuer les puissances d'émission, la technique des faisceaux hertziens utilise des antennes très directives. L'antenne réelle est placée au foyer optique d'une parabole qui réfléchit les ondes en un faisceau d'ondes parallèles très concentré, limitant ainsi la dispersion de l'énergie radioélectrique. En réception, l'antenne est aussi placée au foyer optique de la parabole. Tous les rayons reçus parallèlement à l'axe optique de la parabole sont réfléchis vers le foyer optique, on recueille ainsi, le maximum d'énergie. d) Les liaisons satellitaires Une station terrestre émet vers le satellite un flux d'information (voie montante). Le satellite n'est qu'un simple répéteur, il régénère les signaux reçus et les réémet en direction de la Terre (voie descendante). Pour utiliser un satellite comme point nodal d'un réseau terrestre et, non comme simple relais de télécommunication, il est nécessaire d'admettre plusieurs voies montantes. Celles-ci sont alors en compétition pour l'accès au satellite. Plusieurs techniques peuvent être utilisées : > £'AMRF (Accès Multiple à Répartition de Fréquences), consiste à diviser la bande de fréquence du satellite en sous-bandes, chacune réservée à une voie de communication. > £'AMRT (Accès Multiple à Répartition de Temps), la porteuse est commune à tous les canaux de communication, mais chaque canal n'en dispose que durant un intervalle de temps limité. Ce mode d'accès nécessite une synchronisation entre les stations. > £'AMRC (Accès Multiple à Répartition par Code), dans cette technique on attribue à chaque voie de communication un code. Les informations codées sont envoyées simultanément, elles sont extraites du flux par décodage. 1) Organisation du système satellitaire Le VSAT est un système qui repose sur le principe d'un site principal (le hub) et d'une multitude de points distants (les stations VSAT). De ce fait le hub constitue le point le plus important du réseau, c'est par lui que transite toutes les données qui circulent sur le réseau, ainsi part son importance sa structure est conséquente et gère tous les accès à la bande passante. Les stations VSAT permettent de connecter un ensemble de ressources au réseau.
Le VSAT possède quelques avantages ci-après : > permet de connectés 10 000 points simultanément au réseau. > L'ajout de nouveau point facile
54 > La gestion et la supervision de l'ensemble du réseau à partir d'un seul point d'accès(Hub) 5) Les inconvénients Le principal inconvénient de la technologie VSAT est Le fait que toutes les communications passent par le hub et cela revient de dire que si le hub tombe en panne ce tout le réseau qui est paralysé.
Fig. 20 : liaison par satellite 1.5.3. Les bruits C'est l'ensemble des phénomènes qui vont par leurs conséquences perturber une transmission d'information ou dégrader la qualité du signal. Aussi le bruit dans le domaine des télécommunications n'a pas d'intérêt en lui-même mais en temps qu'il dégrade un signal utile ou information et qu'il nuit à sa restitution après transmission 1.5.3.1 Nature du bruit La transmission de données sur une ligne ne se fait pas sans pertes. Tout d'abord le temps de transmission n'est pas immédiat, cela impose une certaine "synchronisation" des données à la réception, d'autre part des parasites ou des dégradations du signal peuvent apparaitre de la nature suivante :
Routage par diffusion (de 1 vers n) 57 o NAT dynamique : [masque rading] une unique adresse externe peut être attribuée à la demande à une ou plusieurs adresses internes. Ce mécanisme impose de gérer les liens entre adresse interne et adresse externe pendant une période donnée donne et donc un certain degré de complexité logicielle du routeur. L'avantage du NAT est d'être souple et de ne pas nécessiter de configuration avancée au niveau du client, le routeur gérant seul la translation dans les deux sens. En revanche, il peut exister des risques d'instabilités des connexions sortantes, et il est impossible d'accepter des connexions entrantes (depuis l'extérieur). 1.6.2. Mode de routage Acheminer les informations, dans un réseau, consiste à assurer le transit des blocs d'un point d'entrée à un point de sortie désigné par son adresse. Chaque noeud du réseau comporte des tables, dites tables d'acheminement couramment appelées tables de routage, qui indiquent la route à suivre pour atteindre le destinataire, En principe, une table de routage est un triplet <Adresse destination>/<Route à prendre>/<Coût> Il convient de distinguer la politique d'acheminement qui indique comment est choisie une route, du protocole de routage ou simplement le routage qui décrit comment sont construites les tables d'acheminement, c'est-à-dire qu'il spécifie les échanges d'information entre noeuds, le mode de calcul de la route et du coût ainsi il existe Les différents modes de routage : Routage statique ou routage fixe Dans ce routage il est question de construire, dans chaque noeud, une table indiquant, pour chaque destination, l'adresse du noeud suivant. Cette table est construite par l'administrateur du réseau lors de configuration du réseau et à chaque changement de topologie. Simple, le routage fixe assure, même en mode non connecté, le maintien en séquence des informations. Aucun bouclage de chemin n'est à craindre, mais il n'existe pas de solution de secours en cas de rupture d'un lien. Le routage statique n'est pas optimal, il convient parfaitement aux petits réseaux et aux réseaux dans lesquels il n'existe pas de redondance dans les routes
58 L'information est routée simultanément vers plusieurs destinataires ou groupe d'utilisateurs. Le message doit être dupliqué en autant d'exemplaires que de destinataires. Cette technique oblige l'émetteur à connaître tous les destinataires, elle surcharge le réseau. Dans ce cas, on utilise, généralement, un adressage de groupe, chaque noeud n'effectue, alors, que les duplications nécessaires aux sous-groupes ou destinataires finals qu'il dessert (adresse de diffusion). Routage par inondation (de 1 vers tous) Dans le routage par inondation, chaque noeud envoie le message sur toutes ses lignes de sortie, sauf celle d'où provient le message. Pour éviter une surcharge du réseau, chaque message comporte un compteur de sauts. Le compteur est initialisé à l'émission (nombre de sauts autorisés) et décrémenté par chaque noeud. Le message est détruit quand le compteur de sauts est à zéro. Pour éviter les bouclages, les messages sont numérotés, chaque noeud mémorise cet identifiant et détruit les messages déjà vus. Ce système est très robuste, il résiste à la destruction de plusieurs lignes et garantit de trouver toujours le plus court chemin ; il est utilisé dans certaines communications militaires et par certains protocoles de routage pour diffuser les informations d'états du réseau.
Routage par le chemin le plus court ou au moindre coût Dans ce mode de routage, chaque noeud tient à jour des tables indiquant quel est le plus court chemin pour atteindre le noeud destination. Dans ce mode de routage, chaque lien a un coût affecté ou calculé. Ce coût ou métrique peut être exprimé en :
Les algorithmes de routage au moindre coût diffèrent selon la manière dont ils prennent en compte ces coûts pour construire les tables de routage. Dans certains protocoles de routage, un noeud peut maintenir plusieurs tables de routage et ainsi acheminer les données en fonction d'une qualité de service requise. 1.6.3. Le protocole de routage D'une manière générale, tous les protocoles de routage ont pour objectif de maintenir les tables de routage du réseau dans un état intègre et cohérent. Pour y parvenir, les protocoles diffusent des informations de routage aux autres systèmes du réseau afin de transmettre les modifications des tables de routage. Ces protocoles réceptionnent en contrepartie les informations de routage d'autres systèmes du réseau afin de mettre à jour les tables de routage, ainsi il existe plusieurs familles de protocoles de routage : 1. IGP Les protocoles IGP sont conçus pour gérer le routage interne d'un réseau avec des objectifs de forte convergence des nouvelles routes injectées dans les tables de routage. Les décisions de routage s'appuient sur une unique métrique afin de favoriser la fonction de convergence. Le nombre d'entrée dans les tables de routage doit aussi être limité afin de renforcer la fonction de convergence. 59
60 Le routage IGP repose généralement sur l'algorithme de Dijkstra. Il s'agit d'un algorithme permettant de trouver, à partir d'un sommet origine unique, le plus court chemin dans un graphe G = (S, A) pondéré, où les arêtes ont des coûts positifs ou nuls.
Le protocole BGP s'appuie sur la couche TCP (port 179) pour établir une connexion TCP entre deux routeurs et échanger d'une manière dynamique les annonces de routes. Le routage BGP repose généralement sur l'algorithme de Bellman-Ford distribué. Il s'agit d'un algorithme réparti et auto stabilisant, dans lequel chaque sommet x maintient une table des distances donnant le voisin z à utiliser pour joindre la destination y. On le note Dx(y,z).L'algorithme se fonde sur le calcul de l'invariant suivant pour chaque sommet et pour chacune de ses destinations : Dx(y,z) = c(x,y) + minwDz(y,w).
Open Shortest Path First (OSPF): Est un protocole de routage interne IP de type « à état de liens ». Dans OSPF, chaque routeur établit des relations d'adjacence avec ses voisins immédiats en envoyant des messages hello à intervalle régulier. Chaque routeur communique ensuite la liste des réseaux auxquels il est connecté par des messages Link-state advertisements (LSA) propagés de proche en proche à tous les routeurs du réseau.
Si un réseau et système de télécommunication dans l'espace universitaire africain doit se voir couronné de succès, la direction des établissements d'enseignement universitaire doit disposer d'une vision permettant d'apprécier les avantages de la collaboration pour leurs besoins de connectivité. Les universités d'un même pays ont l'habitude de percevoir les autres comme des concurrents, et le sentiment d'être en compétition pour le financement, pour les étudiants, et le statut. Pourtant, tout comme une ville avec ses entreprises concurrentes distingue les avantages de la formation d'une chambre de commerce, une communauté académique éclairée remarquera les avantages de la formation d'un consortium garantissant une connectivité partagée et des services communs. Toutefois, le partenariat doit être solide, sachant que certains fournisseurs d'accès Internet (FAI) pourraient se livrer à des actions prédatrices pour briser l'unité du consortium en proposant des offres spéciales à faible coût aux institutions individuelles. Outre les dirigeants universitaires doivent déterminer l'état de préparation de leurs propres institutions en vue de bénéficier d'un accroissement de connectivité. Ils doivent investir ou demander des fonds pour investir dans :
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Apres les larges horizons, j'atterris en disant que ce projet de fin d'étude m'a permis de confronter l'acquis théorique à l'environnement pratique. Tenant compte de ce qui précède, mon projet présente plusieurs avantages notamment sur le plan de rapprochement des différents blocs. la plus grande des solutions que ce projet apporte seront celle de faciliter la communication entre le rectorat et les directeurs responsables de différents départements d'éducations. Par ailleurs en réalisant ce projet, je me suis consacré du temps pour l'étude et le recensement des fonctionnalités de mon système à mettre en place. L'étude analytique était menée dans les détails et m'a permis de prévoir un plan d'adressage complet pour contourner les problèmes rencontrés de gaspillage d'adresse. Et tout au long de la conception, je me suis concentré plus sur la distance qui sépare les blocs afin de déployer des équipements de pointe afin de sécuriser des données qui doivent circuler sur ce réseau. De nos jours, la sécurité informatique est trop indispensable pour le bon fonctionnement d'un réseau, aucune entreprise ou organisation ne peut pas prétendre vouloir mettre en place une infrastructure réseau quelques soit sa taille sans envisager une politique de sécurité, pour ce faire je ne prétends pas dire que je constituer une sécurité informatique parfaite mais néanmoins je mis en oeuvre un ensemble d'outils nécessaires pour minimiser la vulnérabilité de mon système contre des menaces accidentelles ou intentionnelles. Je souhaite que ce travail soit un pas qui servira à d'autres chercheurs de mener à bien leurs recherches afin de trouver et ensuite démontrer encore bien d'autres avantages que peut apporter l'utilisation du réseau informatique.
67 Table des matières Introduction 4 PREMIÈRE PARTIE : Cadres théorique et méthodologique 6 Chapitre I : Cadre théorique 7
Chapitre II : Cadre méthodologique 15
DEUXIÈME PARTIE : Cadres organisationnel et conceptuel 17 Chapitre I : Cadre organisationnel 18 Chapitre II : Cadre conceptuel 22 APERÇU GENERAL DES RESEAUX INFORMATIQUES 22 1.1. LES RESEAUX 22 1.1.1. Mode de transmission 23
68 1.1.2. Mode de commutation 24 1.1.3. Classification des Réseaux Informatiques 25 1.2. TOPOLOGIE DE RESEAUX 27 1.2.1. La topologie physique 27 1.2.2. La topologie logique 30 1.3. PRINCIPAUX ELEMENTS D'UN RESEAU 30 1.3.1. Point de vue logiciel 30 1.3.2. Point de vue matériel 37 1.4. RESEAU SANS FIL 42 1.4.1. Catégories de réseaux sans fil 42 1.4.2. Architectures générales du réseau sans fil 43 1.4.2.1. L'architecture en couche 44 1.4.2.2. Modèle OS 44 1.4.2.3. La pile TCP/IP 46 1.5. ADRESSAGE 47 1.5.1. Quelques normes 49 1.5.2. Introduction à la télécommunication 49 1.5.2.1. Bande passante 49 1.5.2.2. Les liaisons Hertziennes 50 1.5.3. Les bruits 54 1.5.3.1 Nature du bruit 54 1.5.3.2 Rapport signal sur bruit 55 1.6. LE ROUTAGE 56 1.6.1. Introduction 56 1.6.2. Mode de routage 57 1.6.3. Le protocole de routage 59
69 TROISIÈME PARTIE : Cadre analytique 62 Recommandations 65 Conclusion 66 Table des matières 67 Bibliographie 65 |
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