Généralités sur les réseaux. 1 - Les réseaux informatiques

Généralités sur les réseaux


1 - Les réseaux informatiques


Faire communiquer des terminaux distants avec un site central

Relier les ordinateurs (mainframe) entre eux

Connecter des machines terminales telles que des stations de travail avec leurs serveurs

Puis, intégrer la micro-informatique dans le système d’information


Dans un premier temps, ces communications étaient destinées au transport de données informatiques classiques de gestion

Les réseaux intègrent aujourd'hui en plus des données, le son, l'image mais aussi la vidéo (le multimédia)

On dénombre généralement cinq différentes catégories de réseaux en fonction de leur champ géographique d'action



Les composants nécessaires au bon fonctionnement d'un réseau, ont été définis par les normalisateurs de l'ISO au travers d’une l'architecture en 7 niveaux

Ce découpage permet toutes les facilités propres au transport et à la gestion des données à envoyer à une application distante

Les 7 couches de protocoles ne sont pas toutes nécessaires pour des réseaux qui ne veulent pas être généraux

Chaque couche doit offrir un service à la couche supérieure et utiliser les services de la couche inférieure. Pour cela, elle utilise un protocole qui effectue les algorithmes nécessaires à la bonne marche des opérations.


Cette architecture s'appelle « Interconnexion des Systèmes Ouverts » ou OSI (Open Systems Interconnection)

Elle est très concurrencée par l'architecture "de fait" TCP/IP utilisée par presque tous les constructeurs

Ces deux modèles ont été conçus pour des réseaux d'ordinateurs mais sont applicables à tous types de systèmes


2 - Les réseaux de télécommunication


Les industriels de la télécommunication ont une vision des réseaux très différente de celle des informaticiens

Les contraintes des applications supportées sont beaucoup plus sévères que pour l’échange de fichiers

L'application de base, la téléphonie mais aussi la visio-conférence et le temps réel, posent des contraintes de synchronisation aux extrémités

Ces services correspondent à des applications « temps réel » et les signaux doivent être remis à des instants très précis dans le temps


Elles sont dites « isochrones » et nécessitent un fort degré synchronisation

Il faut alors mettre en place un circuit physique entre l'émetteur et le récepteur qui n'appartient qu'aux deux applications d’extrémités

Une bande passante importante avec des systèmes de réservation de ressources et de priorités permettent également de supporter les contraintes isochrones


L’Internet : interconnexion au niveau mondial de systèmes informatiques hétérogènes basée sur les protocoles communs TCP/IP

Intranet : technologies Internet au service d’une organisation privée sur un ou plusieurs sites géographiques

Le lien entre les différents sites est établi par le biais de lignes spécialisées ou par un accès sécurisé à l’Internet public

Extranet : Intranet et/ou moyens informatiques d’une organisation ouverts à des acteurs extérieurs


3 – Les types de commutation


Cinq grandes catégories de commutation :

Les réseaux à commutation de circuits

Les réseaux à commutation de messages

Les réseaux à commutation de paquets

Les réseaux à commutation de trames

Les réseaux à commutation de cellules


4 - Le modèle OSI


Au début des années 70, chaque constructeur a développé sa propre solution réseau

Apparurent des architectures et des protocoles privés (SNA d'IBM, DECnet de DEC, DSA de Bull, TCP/IP du DoD,...)

Il s'est vite avéré qu'il serait impossible d'interconnecter ces différents réseaux « propriétaires » sans une norme internationale


La norme établie par l'International Standards Organization (ISO) est la norme Open Systems Interconnection (OSI, interconnexion de systèmes ouverts)

Un système ouvert est un ordinateur, un terminal, un réseau, n'importe quel équipement respectant cette norme et apte à échanger des informations avec d'autres équipements hétérogènes et issus de constructeurs différents


Le premier objectif de la norme OSI a été de définir un modèle de toute architecture de réseau basé sur un découpage en sept couches

Chacune de ces couches correspond à une fonctionnalité particulière d'un réseau

Les couches 1, 2, 3 et 4 sont dites « couches basses » et les couches 5, 6 et 7 sont dites « couches hautes »

Les couches basses sont orientées « réseau »

Les couches hautes sont orientées « application et utilisateur »


Couche 7 APPLICATION

Couche 6 PRESENTATION

Couche 5 SESSION

Couche 4 TRANSPORT

Couche 3 RESEAU

Couche 2 LIAISON

Couche 1 PHYSIQUE


Chaque couche est constituée d'éléments matériels et/ou logiciels

Une couche offre un service à la couche située immédiatement au-dessus d'elle en lui épargnant les détails d'implémentation nécessaires

Chaque couche n d'une machine gère la communication avec la couche n d'une autre machine en suivant un protocole de niveau n qui est un ensemble de règles de communication pour le service de niveau n


1 - Couche physique

Elle fournit les moyens mécaniques, électriques, fonctionnels et procéduraux nécessaires à l'activation, au maintien et à la désactivation des connexions physiques destinées à la transmissions des éléments binaires entre entités de liaison

La première couche de l'architecture OSI a pour objectif de conduire les éléments binaires jusqu'à leur destination sur un support physique.


La couche physique correspond à tous les matériels et logiciels nécessaires au transport correct des éléments binaires

A ce niveau, il n’est pas question de messages, de données ni d’informations

Seule la transmission d’éléments, le plus souvent binaires, de façon brute est prise en compte

La transmission se fait entre deux coupleurs


Technologie

Support

Débit

Taux d’erreur (Bit Error Rate)

Distance

Coût


Une liaison entre 2 équipements peut être simplex (unidirectionnelle), dans ce cas il y a toujours un émetteur et un récepteur

C'est le cas d’un banc de mesure et d’un ordinateur recueillant les données mesurées


La communication est half-duplex (bidirectionnelle à l'alternat) quand le rôle des deux éléments peut changer

La communication change de sens à tour de rôle (comme avec des talkies-walkies)


La communication est full-duplex (bidirectionnelle simultanée) quand les deux éléments peuvent émettre et recevoir en même temps (comme dans le cas du téléphone)

Une technologie de réseau telle que Ethernet correspond à du pseudo full-duplex ou à du full-duplex selon les cas


La transmission de plusieurs bits peut s'effectuer en série ou en parallèle

En série, les bits sont envoyés les uns derrière les autres de manière synchrone ou asynchrone

Dans le mode synchrone l'émetteur et le récepteur se mettent d'accord sur une base de temps (un top d'horloge) qui se répète régulièrement durant tout l'échange

À chaque top d'horloge un bit est envoyé et le récepteur saura ainsi quand lui arrivent les bits


Dans le mode asynchrone, il n'y a pas de négociation préalable mais chaque caractère envoyé est précédé d'un bit de « start » et immédiatement suivi d'un bit de « stop »

Ces deux bits spéciaux servent à caler l'horloge du récepteur

En parallèle, les bits d'un même caractère sont envoyés en même temps chacun sur un fil distinct

Des problèmes de synchronisation apparaissent et cette technologie n’est utilisée que sur de courtes distances (bus par exemple)


Quel que soit le mode de transmission retenu, l'émission est toujours cadencée par une horloge

La vitesse de l’horloge donne le débit de la ligne en bauds , c'est-à-dire le nombre de tops d'horloge en une seconde

Une ligne d'un débit de 100 bauds autorise 100 émissions par seconde


Si à chaque top d'horloge un signal représentant 0 ou 1 est émis, alors dans ce cas le débit en bit/s est équivalent au débit en baud

Si le signal émis peut prendre 4 valeurs distinctes (0, 1, 2, 3), le débit en bit/s sera le double de celui en baud

L’unité bit/seconde est l’unité standard


Pas d’échange de données structurées

Deux entités communicantes uniquement

Une seule technologie

Pas de correction d’erreur

Pas de services évolués


2 - Couche liaison

La couche liaison fournit les moyens fonctionnels et procéduraux nécessaires à l'établissement, au maintien et à la libération des connexions entre les entités du réseau, et au transfert des unités de données du service de liaison


Partage du support entre plusieurs coupleurs

Système d’adressage physique univoque

Structure du message (trame ou cellule)

Détection/Correction des erreurs


Pas d’interconnexions de technologies hétérogènes

Obligation d’un réseau physique unique d’où des limitations de déploiement

Pas de services de haut niveau


Pour une technologie données, le nombre maximum et minimum de données transportées est fixe

Il s’agit, pour le maximum, de la MTU Maximum Transmission Unit

Si la taille minimum n’est pas atteinte, il y aura du bourrage, le padding


Différentes MTU :

Technologie Nb d'octets Ethernet 1500IEEE 802.3 1492TokenRing 4440 et 17940IEEE 802.4 8166FDDI 4352SMDS 9180X.25 1007


3 - Couche réseau

Le rôle de la couche réseau est de fournir d'une part les moyens d'établir, de maintenir et de libérer des connexions de réseau entre des systèmes ouverts et, d'autre part, de donner les moyens fonctionnels et les procédures nécessaires pour échanger, entre les entités de transport, des unités de service de réseau


Interconnexion de réseaux hétérogènes

Système d’adressage logique univoque, global

Technique de routage

Fragmentation

Contrôle de flux



Deux technologies possibles :

Le mode connecté (ex. X.25.3 CCITT modèle européen)

Le mode non connecté (ex. IP DoD modèle américain)


Ne permet d’atteindre qu’un coupleur et pas une application

Ne permet d’échanger que des paquets d’octets

Ne permet pas une optimisation du contrôle des flux de données

N’assure pas toujours la sécurité du transport des données (cas d’IP)

Pas de services évolués si ce n’est l’acheminement des paquets de données


4 – Couche transport

La couche transport doit assurer un transfert de données entre les entités de session, ce transport devant être transparent, c'est à dire indépendant de la succession des caractères et même des éléments binaires transportés

Le service de transport doit optimiser l'utilisation des infrastructures sous-jacentes pour obtenir un bon rapport qualité/rapidité


Transport de bout en bout de données structurées telles que des fichiers, des enregistrements ou des flux d’informations

Transport sécurisé des données

Optimisation du transport indépendamment des réseaux sous-jacents


Dernière des couches basses, orientée réseau et optimisant le réseau


5 – Couche session

Les couches session, présentation et application constituent les couches hautes du modèle OSI

Elles offrent des services orientés vers les applications et les utilisateurs alors que les couches basses sont concernées pas la communication fiable de bout en bout

Elles considèrent que la couche transport fournit un canal fiable de communication et ajoutent des caractéristiques supplémentaires pour les applications


Le rôle de la couche session est de fournir aux entités de présentation les moyens nécessaires pour organiser et synchroniser leur dialogue

Pour arriver à ce but, la couche session doit fournir les services nécessaires à l'établissement d'une connexion, de son maintien et de sa libération, et les moyens pour contrôler les interactions entre les entités de présentation


Pour ouvrir une session avec un processus distant, la couche session doit posséder une chronologie d’événements en accord avec le processus distant

Les informations échangées doivent être compréhensibles des deux côtés de la communication

On parle de sessions d’applications ou de sessions utilisateurs

Les deux processus communicant, s’accordent à échanger de l’information


Exemples :

Ouverture de sessions FTP (Commandes open @, close, USER toto, PASS passwd)

Ouverture de sessions Telnet (Options, fonctions et commandes du shell)

Appels des sockets en C ou Java


6 – Couche présentation

La couche présentation se charge de la syntaxe des informations que les entités d'application se communiquent

Elle joue un rôle important dans un environnement de systèmes d’exploitation et de logiciels hétérogènes

C'est un intermédiaire indispensable pour une compréhension commune de la syntaxe des documents qui sont transportés par le réseau


La couche présentation procure un langage syntaxique commun à l'ensemble des utilisateurs et des applications connectés

Si Z est le langage commun, et si une machine X veut échanger avec une machine Y, elles utiliseront des traducteurs X<-> Z et Y<->Z

Il est possible, au niveau de la couche présentation, d’implanter des techniques de compression et de chiffrement de données


ASCII

EBCDIC

UNICODE

XML

ASN.1

IDL


7 – Couche application

Cette couche donne aux processus d'application le moyen d'accéder à l'environnement OSI

La couche application ne correspond pas à l’application elle-même

Il s’agit d’un point d’entrée de programmation


En 1987, la normalisation d'une structure globale a été définie : la structure de la couche application ou A.L.S. (Application Layer Structure)

Il s’agit d’une norme internationale de l'ISO

L'entité d'application fait appel à des éléments de service d'application ou A.S.E. (Application Service Element)


Exemples d’A.S.E. :

A.C.S.E. (Association Control Service Element) contient les fonctionnalités de base pour mettre en communication deux processus indépendamment de leur localisation

C.C.R. (Commitment, Concurrency and Recovery) contient les fonctionnalités pour pouvoir maintenir la cohérence de bases de données réparties ou dupliquées

R.T.S. (Reliable Transfer Service) contient les fonctionnalités nécessaires pour assurer une communication secourue. En d'autres termes, les pannes doivent être transparentes pour l'utilisateur


M.H.S. (Message Handling System) contient les fonctionnalités pour effectuer de la messagerie électronique en mode non connecté

F.T.A.M. (File Transfer, Access and Management) contient les fonctionnalités nécessaires pour un transfert de fichiers et leur manipulation à distance

V.T. (Virtual Terminal) permet la présentation normalisée d'un terminal connecté sur un réseau

R.D.A. (Remote Database Access) propose un accès à distance sur des bases de données


Exemples non normalisés par l’ALS :

Les appels de fonctions RPC (Remote Procedure Calls) comme la recherche d'une machine ou le chargement d'une arborescence

Les API (Application Program Interface)

Les commandes SQL


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