I.3. LES ELEMENTS DE BASE DES
RESEAUX
Les réseaux ont pour fonction de transporter des
données d'une machine terminale vers une autre machine terminale. Pour
ce faire, une série d'étapes sont nécessaires. Tout
d'abord, il faut un environnement matériel utilisant des câbles
terrestres ou des ondes radio. Ensuite, il faut un environnement logiciel
composé de protocoles, c'est-à-dire de règles permettant
de décider de la façon de traiter les données à
transporter.
Cette première partie vise à poser les
fondements des réseaux et à présenter en détail les
matériels nécessaires à la construction d'un
réseau, ainsi que les principales architectures protocolaires.
I.3.1. Les réseaux
numériques
Ce paragraphe introduit les techniques utilisées dans
les réseaux pour transporter les données d'un utilisateur vers un
autre utilisateur. II examine les différentes catégories de
réseaux, informatiques, de télécommunications et de
vidéo et en déduit les objectifs d'un réseau
multimédia et les fonctions nécessaires pour réaliser le
transport de nombreux medias simultanément.
Le premier point que nous examinerons concerne le transfert de
données, c'est-à-dire le moyen de transférer un paquet
d'information de noeud en noeud jusqu'à ce qu'il atteigne le
récepteur. Le mot transfert de paquets est un mot réservé,
qui indique les moyens mis en oeuvre pour acheminer des données mises
dans un paquet d'une extrémité à une autre d'un
réseau.
I.3.2. Le transfert de
paquets
La technique de transport des données sous forme
numérique, c'est-à-dire sous forme de 0 et de 1, que l'on a
adoptée depuis la fin des années 60 s'appelle le transfert de
paquets. Toutes les informations à transporter sont
découpées en paquets pour être acheminées d'une
extrémité à une autre du réseau. Cette technique
est illustrée à la figure 1.1. Dans cette figure,
l'équipement terminal A souhaité envoyer à B un
message.
Figure 1: La technique de transfert de
paquets.
Le message est découpé en trois paquets, qui
sont émis de l'équipement terminal vers le premier noeud du
réseau, lesquelles envoie à un deuxième noeud, et ainsi de
suite, jusqu'à ce qu'ils arrivent à l'équipement terminal
B.
Le paquet peut provenir de différents types de sources.
A la figure 1.1, nous avons supposé que la source
était un message prépare par l'émetteur, telle une page de
texte préparée avec un système de traitement de texte. Le
terme message est beaucoup plus vaste et recoupe toutes les formes sous
lesquelles de 1'information peut se présenter. Cela va d'une
page Web à un flot de parole téléphonique
représentant une conversation. Dans la parole
téléphonique, l'information est regroupée pour être
placée dans un paquet, comme illustre à la figure 2.
Dans cette figure, la combine téléphonique
produit des octets. Ces octets remplissent petit à petit un paquet. Des
que celui-ci est plein, il est émis vers le destinataire. Une fois le
paquet arrive à la station terminale, le processus inverse s'effectue,
restituant des octets régulièrement à partir du paquet
pour reconstituer la parole téléphonique.
Figure 2 : Un flot de paquets
téléphoniques.
Le réseau de transfert est lui-même
composé de noeuds, appelés noeuds de transfert, reliés
entre eux par des lignes de communication, sur lesquelles sont émis les
éléments binaires constituant les paquets. Le travail d'un noeud
de transfert consiste à recevoir des paquets et à
déterminer vers quel noeud suivant ces deniers doivent être
achemines.
Le paquet forme donc l'entité de base,
transférée de noeud en noeud jusqu'à atteindre le
récepteur. Suivant les cas, ce paquet doit être regroupe avec
d'autres paquets pour reconstituer l'information transmise. L'action consistant
à remplir un paquet avec des octets s'appelle la mise en paquet, ou
encore la paquétisation, et l'action inverse, consistant à
retrouver un flot d'octets à partir d'un paquet, la
dépaquetisation. L'architecture d'un réseau est définie
principalement par la façon dont les paquets sont transmis d'une
extrémité à une autre du réseau.
De nombreuses variantes existent pour cela, comme celle consistant
à faire passer les paquets toujours par la même route ou, au
contraire, ales faire transiter par des routes distinctes de façon
à minimiser les délais de traversée.
Pour identifier correctement toutes les composantes
nécessaires à la bonne marche d'un réseau à
transfert de paquets, un modèle de référence a
été mis au point. Ce modèle définit une partition
de l'architecture en sept niveaux, prenant en charge l'ensemble des fonctions
nécessaires au transport et à la gestion des paquets. Ces sept
couches de protocoles ne sont pas toutes indispensables à des
réseaux qui ne visent pas à être
généralistes. Chaque niveau, ou couche, offre un service au
niveau supérieur et utilise les services du niveau inférieur.
Pour offrir ces services, les couches disposent de protocoles,
qui appliquent les algorithmes nécessaires à la bonne marche des
opérations. Une telle architecture est illustrée à la
figure 3. Dans cette figure, nous avons supposé que l'architecture
était découpée en sept niveaux, ce qui est le cas du
modèle de référence. Pour expliciter ce schéma,
indiquons, par exemple, que le niveau 3 représente le niveau paquet,
c'est-à-dire qu'il définit les algorithmes nécessaires
pour que les entités de niveau 3, les paquets, soient acheminés
correctement de l'émetteur au récepteur. Le niveau 7 est le
niveau application. Le rôle du protocole de niveau 7 est de transporter
correctement l'entité de niveau 7, le message utilisateur, de
l'équipement émetteur à l'équipement
récepteur.
Figure 3 :
Architecture d'un réseau à sept
niveaux.
La structure en couches simplifie considérablement la
compréhension globale du système et facilite sa mise en oeuvre.
On peut, par exemple, remplacer une couche par une autre de même niveau
sans avoir à toucher aux autres niveaux. On ne modifie de la sorte
qu'une partie de l'architecture sans avoir à tout changer. Les
interfaces entre couches doivent être respectées pour sauvegarder
la simplicité de l'édifice.
Nous avons parlé du modèle de
référence car, comme son nom l'indique, il sert de repère
aux autres architectures. Une autre architecture, l'architecture TCP/IP, a
été définie un peu avant le modèle de
référence par le Ministère Américain de la
Défense. Son rôle premier était d'uniformiser la vision
externe des différents réseaux utilisés dans le
département d'Etat américain de façon à les
interconnecter facilement. Cette architecture TCP/IP a été
adoptée par le réseau Internet, ce qui lui a offert une diffusion
particulièrement importante.
Conçues au départ pour des réseaux
d'ordinateurs, ces architectures sont en cours de
modification pour prendre en charge des applications telles que la
téléphonie ou le transport de la vidéo.
Une troisième architecture dite ATM (Asynchronous Transfer
Mode), a été proposée par l'UIT-T (Union
internationale des télécommunications standardisation du secteur
télécommunications), l'organisme international de normalisation
des télécommunications, pour les applications utilisant à
la fois les données, la téléphonie et l'image. Provenant
principalement du monde des télécommunications, cette
architecture est particulièrement bien adaptée au transport de
flux continus, comme la parole téléphonique.
Sous le concept de transfert de paquets, deux grandes
techniques se disputent la suprématie : la commutation de paquets et le
routage de paquets. En termes simples, dans le routage, les paquets d'un
même client peuvent prendre des chemins différents, tandis que,
dans la commutation, tous les paquets d'un même client suivent un chemin
détermine à l'avance. De nombreuses variantes de ces techniques
ont été proposées, comme nous le verrons dans la suite de
ce cours.
Certaines applications, comme la parole
téléphonique, posent des problèmes spécifiques de
transport lorsqu'elles sont acheminées sous forme de paquets. La
difficulté réside dans la récupération du
synchronisme, le flot de parole devant être reconstitue au
récepteur avec des contraintes temporelles fortes. En supposant qu'une
conversation téléphonique entre deux individus accepte un retard
de 150 ms, il n'est possible de resynchroniser les octets a la sortie que si le
temps total de paquetisation-dépaquetisation et de traversée du
réseau est inférieur à 150 ms. Ce sont les fonctions
intelligentes disponibles dans les terminaux informatiques qui permettent cette
resynchronisation.
II est évident que si le terminal est non intelligent,
cette reconstruction du flux synchrone est quasiment impossible après la
traversée d'un réseau à transfert de paquets un tant soit
peu complexe. Par exemple, les réseaux de type Internet ont du mal
à prendre en compte ces contraintes.
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