Présentation de quelques supports réseau

Introduction

Ce document a été rédigé en 1999. Merci de commenter toute suggestion, notification d’erreur, oublis d’informations, de contenu, et erreur de langage. Merci d’avance.

Les articles dans ce document sont insipirés de quelques ouvrages :

Les supports réseaux permettent à des systèmes de communiquer entre eux.
Il existe différents types de supports adaptés à un besoin ainsi qu’à un budget ou une contrainte technique.

Par exemple, un groupe de 50 machines sur un seul lieu physique n’a pas les mêmes besoins que 5 groupes de 10 machines répartis à travers le monde.

Cet ensemble de réseaux est ce que l’on appelle un Internet. Je vais essayer de présenter les concepts techniques de chaque type de réseau, et de démontrer que TCP/IP est un protocole réseau qui s’adapte à ces différents supports réseaux. Le but n’est pas d’expliquer tous les détails techniques mais de donner une idée claire sur le principe de fonctionnement de ces réseaux de transmission de données.

Ces réseaux sont souvent une connexion entre plusieurs ordinateurs aussi bien qu’entre ordinateurs et terminaux, pouvant communiquer directement ou indirectement (par l’intermédiaire d’ordinateurs intermédiaires, appelés routeurs ou commutateurs).

Les différents types de réseaux ont des caractéristiques et des performances différentes, ecrtains peuvent fonctionner très rapidement sur des courtes distances, alors que d’autres, plus lents, peuvent fonctionner sur des milliers de kilomètres.

LAN et WAN, qu’est ce que c’est ?

Un LAN est un réseau prévu pour un usage local (Local Area Network), contrairement à un WAN qui est un réseau qui s’étend (Wide Area Network).

Les réseaux WAN peuvent permettre à deux ordinateurs très éloignés de communiquer entre eux, par exemple un ordinateur situé à Paris peut communiquer sans problème avec un autre à Sydney, pouvant traverser les continents, les océans et l’espace (grâce aux sattelites). Ce type de réseau peut transporter des données d’un débit allant de 300 bits/seconde à 155 Megabit/seconde, ainsi que ses temps de réponse peuvent varier de quelques millisecondes à plusieurs secondes.

Les réseaux LAN, quand à eux, permettent d’avoir un débit plus élevé, mais sur une distance plus courte, par exemple un immeuble ou un campus. Leur débit peut aller de 4 Megabit/seconde à 2 Gigabit/seconde, avec des temps de réponse pouvant varier entre quelques dixièmes de milliseconde à environ 10 millisecondes.

Ces types de techniques de réseaux peuvent expliquer le fait que la distance puisse avoir un lien avec le délais de réponse, ainsi que du débit auquel il peut transmettre, et qu’un réseau est souvent plus rapide sur une courte distance.

Il y a également un autre détail qui premet de différencier un WAN d’un LAN.
Sur un LAN, chaque ordinateur à un access direct à son support physique (cable réseau par exemple), et ce réseau passif se limite à la simple tranmission électrique des informations et ne dépend que du matériel branché sur le réseau.
Sur un WAN, on peut retrouver un système complexe d’ordinateurs intermédiaires (routeurs ou commutateurs) qui peuvent être connectés par des lignes de commutation voir même des modems. Leur taille peut facilement être étendue em ajoutant d’autres lignes de communication et commutateurs, mais chacun d’entre eux ajoute un délais supplémentaire de transition des données, donc plus un WAN est grand et plus il y a de commutatuers et donc il lui faut plus de temps pour acheminer le trafic qui le traverse.

Afin de retouver une machine, il est défini un mécanisme d’adressage qui est l’addresse IP. Chaque ordinateur dans le monde est doté d’une adrese IP unique et d’un masque de sous réseau, permettant de définir le nombre de machines adressables dans un LAN.

Ci-dessous deux graphiques représentant un exemple de LAN et de WAN.

  • Exemple de réseau LAN

    Sur ce réseau, nous pouvons constater que les machines peuvent communiquer entre elles directement, sans passer par l’intermédiaire de routeurs ou commutateurs.
  • Exemple de réseau WAN

    Sur ce réseau, on peut distinguer 3 sites différents notés A B et C, qui peuvent communiquer entre eux. A est relié à B par un moyen telecom, et B est relié a C grâce à une liaison par satellite entre ces deux sites. Une connexion entre A et C nécessite de faire transiter le traffic par B.Les sites A, B et C peuvent être situés dans un lieu quelconque dans le monde.

Le réseau Ethernet

Ethernet est un nom donné a une technologie de réseau local qui fut inventée au début des années 1970 au centre de recherches PARC de la société Xerox, et fut commercialisée en 1978 par XeroxIntel et Digital Equipment. L’IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engeneers) à proposé une version de ce standard sous la référence IEEE 802.3, qui est le standard actuel d’Ethernet. Cette technologie est alors devenu une technique de réseau utilisée par la quasi totalité des entreprises utilisant un réseau LAN. La diffusion d’Ethernet à vu apparaitre de nombreuses variantes.

Voici le principe de la version originale d’Ethernet :

Ce support est constitué d’un cable coâxial d’envion 1,27 cm de diamètre et d’une longueur pouvant aller jusqu’a 500 mètres. Une résistance est ajoutée a chaque extrémité du réseau entre l’âme (connecteur central) et la tresse métallique (conducteur externe), pour éviter la réflexion des signaux électriques. Ce cable est bien passif. Le raccordement d’un ordinateur se fait de la manière suivante :

Le coupleur étant une partie de la carte réseau de l’ordinateur vers lequel le réseau souhaite être connecté.
Le principe de fonctionnement d’Ethernet est tout simple, les ordinateurs sont tous connectés sur ce réseau, et s’identifient grâce à leur adresse de carte réseau (également appellé adresse MAC). Cette technologie présente des avantages :

  • Le prix. Cette technologie est sûrement aujourd’hui la moins chère pour connecter des machines locales entre elles.
  • La simplicité de mise en place. Le matériel se trouve chez n’importe quel revendeur informatique, les systèmes reconnaissent la norme.
  • La normalisation. Comme Ethernet a un énorme succès, c’est actuellement le standard lorsqu’on parle de LAN.

Mais elle présente également les inconvénients suivants :

  • Aucune garantie de réception des informations émises.
  • Seule une machine peut emmètre des informations à la fois, dans le cas où deux paquets arriveraient sur le support au même instant, cela provoquerait une collision, car le signal est brouillé par la cause d’un interférence, et par conséquent entraîne la perte des paquets qui ont été émis, car le signal se diffuse sur le câble réseau à environ 80% de la vitesse de la lumière. Le matériel Ethernet est capable de détecter les collisions, dans le cas où il en survient, l’ordinateur renouvelle son paquet en utilisant un délais aléatoire. Néanmoins avec la démocratisation des switches Ethernet, le risque de collision est quasiment inexistant.
  • Les informations émises sont envoyées sur toutes les machines du réseau, c’est à la machine destinatrice de lire le paquet. Cela peut dans certains cas poser des problèmes de sécurité et/ou de vol d’informations sur un réseau, car les informations ne concernant pas une machine peuvent être lues, ainsi que la bande passante est partagée entre les machines du réseau. Il existe des techniques permettant de ne pas avoir ce problème, tels les bridges (voir plus loin).

Différentes variantes de la norme Ethernet

  • AUI :
    C’est l’exemple qui a été présenté précedemment.
  • 10 base 2 (BNC) :
    Cette norme était la plus utilisée au début des années 90. Le principe de fonctionnement est tout simple, un cable coâxial va de machine en machine, grâce a un T, avec à chaque extrémité une résistance.
  • 10 base T (Twisted Pairs, ou paires croisées)
    Cette norme est en train de devenir le standard en ce qui est réseau Ethernet. Le principe est un câble RJ 45 allant d’une machine à un Hub. Deux signaux sont utilisés, RX et TX (Réception et Transmission). Ce hub est un matériel électronique mettant les signaux TX émis par une machine vers les RX des autres, fonctionnant comme des portes NAND
  • 100 base T, 1000 base T :
    C’est le même principe que le 10 base T, mais fonctionnant à une vitesse théorique égale à 100 Mbit/s.
    Avec la démocratisation des switches réseau, c’est devenu le standard. Ainsi le traffic est en full duplex et le risque de collision est extrêmement faible, ayant pour conséquence une vitesse pratique proche du maximum théorique.

Connectique Ethernet

Voici un petit schéma des différents types de connecteurs Ethernet :

Extension d’un réseau Ethernet

Un réseau Ethernet ne peut excéder une certaine taille, d’où l’origine d’un problème en cas de réseau trop grand. Face à ce problème il existe deux solutions : l’utilisation de répéteurs ou de ponts.

  • Extension avec des répéteurs :

    Un répeteur permet d’étendre l’étendue d’un réseau Ethernet, il regénère et relaie les signaux électriques d’un câble à l’autre.
  • Extension avec des ponts :
    Un pont est techniquement plus efficace qu’un répéteur, car il ne reproduit ni les parasites dans le signal électrique, ni les signaux mal formés. Le principe d’un pont est comparable à une machine ayant deux cartes réseaux, et tout en masquant les détails d’interconnexion afin le comportement de l’ensemble du réseau reste le même, comme s’il s’agissait d’un seul réseau physique.
    Le pont va simplement reproduire la trame d’un segment de réseau à l’autre, grâce aux adresses des cartes réseau qu’il va mémoriser, il va savoir s’il a besoin d’acheminer le paquet vers l’autre segment ou pas.
    L’intéret de ce type d’extension est évident, il s’auto configure, et améliore les performances d’un réseau surchargé.
    Les switches Ethernet sont comparables à des hubs, mais utilisent cette technique, et ainsi isolent le traffic vers les différents ports vers les machines concernées par les données.

Le réseau FDDI

FDDI (Fiber Distributed Data Interconnect) est un support réseau utilisé sur les LAN ayant des performances bien supérieures à la technologie Ethernet. Ce dernier n’utilise pas la technologie Electrique mais des fibres optiques comme support. La fibre optique présente deux intérets par rapport à un cable électrique, tels que l’absence de perturbations électromagnétiques ainsi qu’un débit supérieur à la technologie électrique. Mais toutefois ne permet pas les avantages de fléxibilité d’un câble électrique, par exemple on ne peut pas plier à angle droit une fibre optique, celà entrainant sa cassure, mais peut néanmoins être courbée.
Un réseau FDDI permet un débit de 100 Megabit/seconde, il est basé sur une technique comparable au Token Ring, avec l’utilisation de Jetons, mais également d’une possibilité d’auto-dépannage.
Ce réseau est donc sous la forme d’un anneau fermé à double boucle contrarotative de la manière suivante :

En cas de panne, le comportement du réseau sera ainsi :

Le réseau CDDI

CDDI (Copper Distributed Data Interface), à les mêmes caractéristiques que FDDI, mais fonctionne sur support électrique et non optique.

ATM

ATM (Asynchronous Transfer Mode) est le nom donnée à une technique de réseau LAN et WAN à haut débit, pouvant atteindre plusieurs Gigabit/seconde. La mise en oeuvre d’une telle technique nécessite des équipement spéciaux et complexes, qui sont souvent bien plus chers que les autres techniques.
Un réseau ATM est composé de un ou plusieurs commutateurs ATM, il utilise des fibres optiques aussi bien comme support de transmission que de lignes de communications. Ce réseau manipule ce qu’on appelle des cellules ATM, qui sont traitées très rapidement.
ATM est en fait un réseau à commutation par paquet en mode connecté, ce qui fait qu’un ordinateur souhaitant communiquer doive s’adresser au commutateur avec lequel il est en relation. Une liason s’établit, la communication à lieu, et elle se termine, tout comme un appel téléphonique se ferait ; ATM à certaines similitudes à un réseau téléphonique.
Je n’irai pas plus loin sur l’explication d’ATM car celà devient très vite très technique, pour plus d’informations, voici quelques documents qui peuvent être intéressants :

Liaisons séries sur support téléphonique

Le réseau téléphonique permet lui aussi de transférer des informations, de plus le réseau téléphonique ISDN est même prévu à cet usage.
Sur une ligne standard (RTC), une connexion se fait généralement à l’aide d’un modem connecté sur un port série de la machine, ou bien intégré sur une carte à l’intérieur. Pour établir une connexion, il faut deux modems, un à chaque bout de la liaison téléphonique de la manière suivante :

Une connexion s’établit entre les deux modems, l’un appelant l’autre, et ces derniers communiquent entre eux à une vitesse allant de 300 bauds à 56 Kbauds. Le modem sert à moduler et a démoduler les informations circulant entre les deux ordinateurs (d’où le nom modem). En ISDN il n’y à aucune modulation, car ce réseau fonctionne en numérique, et utilise des ce qu’on appelle des canaux B (64 kbit en Europe et 56 kbit aux Etats Unis, l’unité de base en télécom). L’utilisation d’un réseau par dessus une ligne téléphonique nécessite la mise en place d’un système d’authentification entre l’appelant et l’appellé, car n’importe qui pourrait se connecter sur un réseau simplement en appelant le numéro de téléphone de l’appellé. Ensuite il doit venir un lien entre le réseau et la communication téléphonique, ce qu’on appelle un protocole, qui peut souvent être PPP (Point to Point Protocol) ou SLIP (Serial Line IP).

PPP

PPP est le protocole le plus utilisé pour les accès sur des réseaux distants en utilisant une ligne téléphonique, il présente un certain nombre d’avantages adaptés à ce support, tels que la gestion de l’authentification (celle ci pouvant être en PAP, demandant à l’appelant de s’identifier, ou CHAP, demandant au client de s’identifier au serveur, ainsi qu’au serveur de s’identifier au client), la gestion de correction des erreurs de transmissions pouvant avoir lieu entre les 2 machines, ainsi que l’utilisation de n’importe quel protocole réseau tels que IP ou IPX. De plus il peut permettre de compresser les informations entre les deux modems, et ainsi leur permettant d’économiser de la bande passante.
PPP peut être utilisé dans d’autres cas que la connexion entre deux modems, il peut être utilisé pour créer une liaison physique virtuelle entre deux machines éloignées sur un réseau, ou bien entre deux applications distantes.

SLIP

SLIP à été abandonné au profit de PPP, qui présente plus d’avantages pour la connexion à distance. SLIP gère uniquement une liaison entre deux modems, sans gérer d’authentification, ce qui nécessite de créer des scripts de connexion, et de plus, une erreur de transmission ne sera pas vue. Néanmoins, dans certains cas, le débit atteind par SLIP peut être supérieur a PPP (je n’ai jamais eu l’occasion de vérifier).

Autres liaisons Point a Point

Le terme de point à point est utilisé dans ce cas, pour préciser le type de connexion, c’est à dire que seule une machine peut être connectée directement à une autre, c’est le cas dans la section précédente lors de l’utilisation d’un modem ou d’un adaptateurs ISDN, mais c’est également le cas lors de l’usage de ports parrallèles, ou de liaisons spécialisées.
Il existe toute une panoplie de liaisons point à point, telles que PLIP (Parallel Line Internet Protocol), HDLC, Frame Relay, ou encore une encapsulation sur un autre type de réseaux tels que X25.

PLIP

PLIP est utilisé pour créer un mini réseau de deux machines locales. Le port parrallèle (le connecteur d’un ordinateur à 25 broches) est connecté en utilisant ce qu’on appelle un câble “Null Printer” ou “Turbo Laplink”, qui sont des câbles utilisant 4 bits à la fois, ou bien des câbles spéciaux, qui doivent être utilisés avec des ports parrallèles bidirectionnels uniquement, peuvent utiliser 8 bits à la fois.
L’utilisation de PLIP peut présenter des avantages :

  • Très bon marché.
  • Tout ce dont on a besoin est d’un cable parrallèle.
  • peut être très utile pour connecter son ordinateur portable qui ne possède pas de carte réseau à son réseau.

mais également des inconvéniants :

  • Ne fonctionne pas à traver un modem, comme SLIP ou PPP.
  • La longueur maximale entre les deux machines ne peut pas excéder 15 mètres.
  • Ne peut être utilisé sur maximum 3 (j’aimerai savoir comment) machines.
  • N’est pas standard.

HDLC

HDCL est un protocole de transmission que je ne connais pas pour l’instant, mais j’ai déjà pu appercevoir le nom de ce protocole sur des liaisons spécialisées, ISDN, ainsi que par packet radio (utilisation des ondes hertziennes).

Frame Relay

Frame Relay est presque plutot un protocole de télécommications que de réseau, mais celà n’empêche pas de le présenter. Frame Relay est un moyen rapide et à bon marché de connecter un réseau distant ou de former un grand réseau privé. La liaison Frame Relay peut être divisée en de nombreuses liaisons point à point connectés vers d’autres ordinateurs qui sont connectés sur ce réseau Frame Relay.
Il faut biensur du matériel adapté pour utiliser ce protocole appellé FRAD. Pour plus d’informations sur le protocole, voir sur le site http://www.frforum.com/.

X25

X25 est en fait un réseau à lui même, tel que les réseaux interbancaires, ou bien Transpac, mais peut servir également à transporter de l’IP. Le paquet IP arrivant sur une ligne X25 est encapsulé (intégré à un autre protocole), puis transmis sur ce réseau.

Conclusion

La présentation sommaire de ces supports réseaux permet de conclure que leur existance est simplement due à des besoins qui ne sont pas les mêmes pour tous les utilisateurs.

New day, new adventure