Chapitre 1

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Introduction aux réseaux locaux   

Objectif : Savoir les caractéristiques et les types des réseaux locaux.
Éléments de contenu:

• Introduction aux réseaux locaux(avantages, problèmes, statistiques)
• Caractéristiques des réseaux locaux
• Normalisation des réseaux locaux
• Topologies des réseaux locaux
• Procédures de liaison dans les réseaux locaux

Définition:

un réseau local est défini comme l’ensemble des ressources téléinformatiques permettant l’échange à haut débit de données entre équipements dans une zone géographique privée (entreprise, hôpital, campus, …).

I. Introduction :

L’arrivé des micro-ordinateurs à faible coût a permis de décentraliser dans les entreprises les capacités de traitement.

Avantages :

• Le partage de ressources communes: matériel et logiciel (critère économique).
• Une meilleure fiabilité puisqu’on dispose de plusieurs machines (redondance).
• Les possibilités d’évolution: ajout de machine en cas de besoin.
• Plus d’indépendance vis à vis des constructeurs.

Problèmes : ce type d’architecture est plus complexe à mettre en œuvre, les principaux problèmes rencontrés sont:

• Une plus grande difficulté à contrôler l’ensemble du système notamment pour la gestion des ressources.
• La nécessité des mécanismes qui assurent l’intégrité des données et leur confidentialité.
• Les risques d’incompatibilité entre matériels.
• Le coût des équipements supplémentaires de communication (câbles, cartes, logiciels, etc.) et des services (formation).

Composants et Statistiques :
Le marché des réseaux locaux subit une croissance annuelle de 35% et se décompose de la façon suivante:

Nœuds :

on distingue:

• les ordinateurs qui exécutent les applications accessibles depuis les autres micros (serveurs de stockage, d’impression et de messagerie);
• les serveurs d’interconnexion: ponts, commutateurs, routeurs et passerelles;
• les micro-ordinateurs.

Interfaces Réseaux:

cartes coupleurs permettant la connexion des micros et des stations à un réseau local. Ils assurent la gestion de l’accès à la ligne et la transformation des signaux (tendance vers l’intégration). On ajoute aussi les répéteurs qui permettent de répéter et d’amplifier le signal en reliant les différentes parties du réseau.

Les services:

maintenance des équipements de réseau, conseil et formation des utilisateurs.

Les systèmes d’exploitation de réseau:

Windows NT, Linux, Netware de Novell, Lan Manager de Microsoft, etc.

Connectiques :

câbles (cat. 5, coaxial, fibre), prises (BNC, RJ45), panneau de brassage, moulures, armoires, etc.
- Autres: imprimantes, équipements audio ou vidéo, etc.

II. Caractéristiques d’un réseau local :

* Un réseau local se caractérise par:

• La courte distance entre les nœuds (< 10 km)
• Haut Débit (Une vitesse de transmission élevée: 10 Mbit/s à 10 Gbit/s)
• Un faible taux d’erreur: 10P^-8P à 10P^-12P
• La nature privée du réseau
• Des équipements diversifiés: connectiques, média, ordinateurs, périphériques, ...
• La Topologie logique de connexion : bus, étoile, …
• La méthode de partage des accès : droit de parole
• Format des trames : Plusieurs types d’informations.

Nature des informations :

* Le débit minimum nécessaire est déterminé à partir de la charge du réseau qui dépend du type et du volume de l’information à transmettre ainsi que le nombre d’utilisateurs simultanés.
* On distingue plusieurs types d’informations pouvant circuler sur un réseau local:

• Les informations de type bureautique: comme le traitement de texte et la messagerie. Les débits dépassent rarement 100kbit/s.
• Les informations de type informatique: il s’agit des fichiers textes, programmes, graphiques ou d’images fixes numérisées dont le volume peut varier de quelques koctets à quelques centaines de Mbit. Le délai d’acheminement varie en fonction du débit.
• Les informations de type temps-réel: comme la voix, l’image vidéo et la commande d’un processus industriel.

Remarques:
- La voix doit être numérisée pour l’acheminer sur les réseaux locaux, ceci est obtenu par un échantillonnage à 8khz, soit un échantillon toutes les 125µs codé sur 8 bits, ce qui impose une vitesse de transmission de 64 kbit/s.
- Les signaux d’une image vidéo numérisée sont constitués de 500x500=250000 pixels codés sur 16 bits et renouvelée 50 fois par seconde, ce qui correspond à 200 Mbit/s à véhiculer vers la destination!! * Solution: les méthodes de compression d’image qui ramènent le débit moyen à quelques Mbit/s.
- Les signaux de commande d’un processus industriel font l’objet de standards particuliers. Parmi les caractéristiques principales, on note le délai d’acheminement (<10ms).

III. Normalisation des réseaux locaux :

* En 1980, l’IEEE a crée le comité d’étude 802, chargé de définir des normes pour les réseaux locaux, afin d’assurer la compatibilité entre les équipements provenant de différents constructeurs.
* Ce comité a produit 5 normes numérotées de 802.1 à 802.5, elles ont été reprises et complétées par l’ISO sous la désignation ISO8802, elles correspondent aux couches physique et liaison :

• ISO8802.1: définit l’architecture générale des R.L. et le lien avec l’architecture OSI, en particulier le découpage de la couche liaison en deux sous-couches.
• ISO8802.2: définit la sous-couche LLC (Logical Link Control) de la couche liaison.
• ISO8802.3: définit la sous-couche MAC (Medium Access Control) de la couche liaison ainsi que le niveau physique pour les réseaux en bus avec la méthode CSMA/CD.
• ISO8802.4: définit la sous-couche MAC de la couche liaison ainsi que le niveau physique pour les réseaux en bus avec la méthode du jeton.
• ISO8802.5: définit la sous-couche MAC de la couche liaison ainsi que le niveau physique pour les réseaux en boucle avec la méthode du jeton.

* Autres:

• 802.6 WAN: il offre des services de communication pour la voix, les données et la vidéo au sein d’une ville.
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface): définie à l’ANSI pour des réseaux très rapides (100 Mbit/s) sur fibres optiques.

IV. Topologies des réseaux locaux :

Définition : La topologie d’un réseau définit l’organisation logique du réseau, c’est à dire la répartition du câblage et des unités. Parmi les diverses topologies, citons: le Bus, l’Étoile, l’Étoile répartie et l’Anneau.

1- La topologie en Bus:

La voie est constituée d’un support linéaire ou d’un ensemble de segments reliés par des répéteurs. Les nœuds sont reliés de part et d’autre de ce câble.

-         Le signal circule sur l’ensemble du bus et disparaît une fois aux extrémités dans les bouchons.

-         Si ce câble unique vient à être défaillant, c’est l’ensemble du réseau qui tombe en panne mais si un hôte tombe en panne, le réseau n’est pas affecté
(Exp: Ethernet coaxial).

2- La topologie en Étoile:

Les nœuds sont tous connectés à un concentrateur central par lequel transitent toutes les transmissions (Exemples : Hub ou Switch).

- Si un câble ou un nœud est défaillant, cela ne touche que cette station, et le reste du réseau n’est pas affecté alors que la panne du concentrateur central immobilise tout le réseau.
* La topologie en Étoile répartie: c’est une méthode dérivée de la topologie en étoile. On peut relier plusieurs concentrateurs sur un seul câble.

3- La topologie en Anneau:

Le réseau en anneau simple consiste en une boucle continue et fermée qui relie les postes du LAN (Exemple : Token Ring d’IBM). Le réseau est bloqué si un nœud est en panne. L’utilisation d’un double anneau augmente la sécurité (Exemple : FDDI)

 

V. Les appareils de câblage :

Pour le câblage d’un réseau local, plusieurs appareils sont utilisés, voici l’évolution de ces appareils de câblage du point de vue technologique :

1- Le répéteur : il sert à régénérer le signal et permettant d’allonger la distance d’un réseau.

2- Le Hub : c’est un appareil de câblage autonome avec un nombre fixe de ports. Le type de connexions du médium et l’architecture du hub sont déterminés lors de la fabrication.

Exemple : un hub « 10 Base T Ethernet » présente un nombre fixe de connecteurs RJ45 pour un réseau Ethernet.

3- L’unité d’accès multistation (MAU) : le MAU est utilisé dans la technologie Token Ring, c’est un nœud central auquel tout le système de câblage est relié. Un MAU type contient habituellement 8 ports de connexion, en plus de connecteurs d’entrée et de sortie pour un autre MAU.

4- Le concentrateur : (hub intelligent) est décrit comme un appareil polyvalent et extensible. Au début, un concentrateur est un boîtier de métal vide doté de fentes d’extension. Au fur et à mesure du développement, de la mise sur pied et l’amélioration du réseau local, lui ajouter des cartes réseaux pour lui donner de nouvelles fonctionnalités (exemples : un module Ethernet, un module de gestion de réseau tel que le protocole SNMP).

5- Le Hub commutateur (switch) : il a été développé pour améliorer le rendement des réseaux locaux. Les commutateurs sont basés sur les concentrateurs traditionnels auxquels on a ajouté une fonction de commutation.

La commutation permet la transmission de trames aux segments de réseaux locaux spécifiques, afin d’éviter d’inonder le réseau entier comme le font les concentrateurs traditionnels. Cette simple fonction réduit considérablement le trafic sur les segments de réseau, ce qui améliore le rendement.

6- Le « Hub-LAN intégré » : c’est un appareil de réseautage très perfectionné qui comprend toutes les fonctionnalités d’un serveur et d’un hub commutateur. Il offre une gestion complète du réseau et une capacité d’évolution vers un réseau à haut débit tel que : ATM.

Le Hub-LAN intégré permet de condenser plusieurs concentrateurs en un seul appareil de câblage pour former un réseau unique. Un dispositif de commutation à haute vitesse ATM est inclus pour obtenir une vitesse de transmission entre 155Mbit/s et plusieurs Gbit/s.

Des logiciels perfectionnés de surveillance du réseau sont insérés pour évaluer le rendement des réseaux « local » et « étendu ». Ainsi, toute la gestion du réseau est centralisée dans un seul boîtier qui contient toutes les cartes pour assurer le fonctionnement adéquat du Hub-LAN intégré. Les « Hub-LAN intégré » évolués contiennent des modules de serveurs de fichiers, de base de données et d’imprimante.

* Critères d’évaluation d’un système de câblage :

Critères	Options	Planification
Extensibilité	Ports, réseaux, slots	La plupart des hubs indépendants ne sont pas extensibles. Cependant, des cascades de concentrateurs peuvent être installées. Les concentrateurs peuvent se différencier par le nombre d’options (nombre de ports, etc.)
Architecture du réseau	Ethernet, Token Ring, FDDI, Apple Talk	Certains concentrateurs ne permettent qu’un type de module de réseau local, le plus fréquemment Ethernet. Avant d’acheter le concentrateur, il faut vérifier que le réseau local peut le supporter.
Médium	Paire torsadée, câble coaxial, fibre optique	Chaque médium est connecté au concentrateur avec une interface différente. Il faut vérifier que le port présente la bonne interface pour brancher le médium et que le concentrateur-hub est compatible avec la carte réseau.
Support terminal	Interface : RJ45,…	Est-ce qu’il peut supporter une connexion directe avec des terminaux asynchrones non intelligents ? type d’interface ?
Réseautage R.L Û R.L	Ethernet, Token Ring, FDDI, Apple Talk	Les solutions de réseautage sont uniques et fonction des réseaux locaux reliés. Exemple : le concentrateur intègre un pont qui permet de relier des segments Ethernet et Token Ring.
Inter-réseautage R.L Û R.E	L’interface aux réseaux : X25 ATM, etc.	Il faut définir les spécifications d’interréseautage et s’assurer que le concentrateur puisse assumer l’interface vers les réseaux de communications.
Gestion	Différents standards de gestion des hubs Exemple : le protocole  SNMP	-   Gestion individuelle des hubs -   Logiciel de surveillance du réseau -   Evaluation et surveillance, à partir du concentrateur, du rendement sur des segments du réseau local et du réseau étendu -   Degré de sécurité à différents niveaux du système -   Activation et désactivation des ports à distance -   Contrôle du hub-concentrateur de n’importe quel poste de travail -   Possibilité d’inclure les fonctions de gestion-surveillance grâce à une interface graphique -   Définition des alarmes pour des seuils de rendement non respectés (treshold) -   Mode de gestion des fautes ou défaillance du système -   Limitation de l’accès au port sur une base horaire ou quotidienne -   Système d’exploitation du logiciel de gestion de réseau Windows, UNIX, …
Fiabilité	- Onduleur intégré - Blocs d’alimentation de relève - Etc.

 

VI. Les procédures de liaison:

* Dans les réseaux locaux, on utilise des procédures de liaison qui assurent en plus des fonctions de base (adressage, numérotation, contrôle d’erreur et de flux), les fonctions de gestion et d’accès au médium de communication.

1- Historique :Méthode d'accès aléatoire: Aloha – CSMA – CSMA/CD

• 1970. Norman Abramson (Université de Hawaï) * ALOHA discrétisé ( slotted ) ou à allocation temporelle (1972)
• Toutes les trames ont une taille fixe
• Le temps est divisé en intervalles permettant la transmission d'une trame
• Les expéditeurs débutent les émissions au début d'u   n intervalle de temps (ils sont synchrones)
• Les expéditeurs sont informés de toute collision avant la fin de l'intervalle de temps auquel elle se produit
• Si il y a une collision, elle est détectée avant la fin de l'intervalle de temps en cours: l'expéditeur la retransmet au cours des intervalles de temps suivants

2- Les principales normes IEEE 802 :

•      802.1 High Level Interface, Network Management, Brid     ging, Glossary
•      802.2 Logical Link Control
•      802.3 CSMA/CD Ethernet
•      802.4 Token Bus
•      802.5 Token Ring (LAN IBM)
•      802.6 Metropolitan Area Network (DQDB : Double Queue      Dual Bus)
•      802.7 Broadband LAN Technical Advisory Group
•      802.8 Fiber Optic Technical Advisory Group
•      802.9 Integrated Service LAN (IsoEthernet), pour iso     chrone (temps réel)
•      802.10 LAN Security (SILS : Standard for Interoperab   le LAN Security)
•      802.11 Wireless LAN
•      802.12 Demand Priority LAN (100VG    -  AnyLAN)
•      802.14 Cable TV MAN
•      802.15 Wireless Personal Area Network (WPAN), bluetooth
•      802.16 Fixed Broadband Wireless Access (sans fil large bande)

3- La fonction de liaison dans les réseaux locaux :

Niveaux supérieurs
Couche Réseau
Couche Liaison (Sous couche LLC)	IEEE802.2
Couche Liaison (Sous couche MAC) & Couche Physique	IEEE802.3 CSMA/CD	IEEE802.4 Jeton sur Bus	IEEE802.5 Jeton sur Anneau

 

4- La sous-couche LLC :

Cette sous-couche n’est définie que par une seule norme (IEEE802.2 ou ISO8802.2), ce qui assure la compatibilité à ce niveau entre les réseaux locaux.
3 types de services sont définis dans cette couche :

• LLC1: service sans connexion et sans acquittement
• LLC2: service avec connexion et avec acquittement
• LLC3: service sans connexion et avec acquittement

Les fonctions assurées dans cette couche sont:

• Initialisation et fermeture de la connexion
• Emission et réception des trames avec contrôle d’erreur et contrôle de flux.

Format des trames de la sous-couche LLC:

Les trames utilisées pour le service LLC2 sont:

Nom de trame	Code	Rôle
Information Receive Ready Receive not Ready Reject SABM extended Disconnect Unnumbered Ack Disconnected Mode Frame Reject	I RR RNR REJ SABME DISC UA DM FRMR	Information + n° de trame + n° acquitte. Acquittement + n° de la trame attendue Demande l’arrêt d’émission (cont. de flux) Rejet des trames reçues (erreur) Initialisation de connexion Fermeture de connexion Acquittement sans n° (pour l’Init. et Fer.) Initialisation du mode déconnecté Rejet de trame reçue (format incorrect)

Remarque : 3 trames seulement sont utilisées pour le service LLC1 (sans connexion, ni acquittement).

 

5- La sous couche MAC:

Trois techniques d’accès au support ont été normalisées pour les réseaux locaux:

• la méthode d’accès aléatoire (CSMA/CD)
• le jeton sur bus
• le jeton sur anneau