Fondements des réseaux

01Qu'est-ce qu'un réseau

Un réseau est un ensemble d'objets interconnectés qui font circuler des éléments selon des règles définies. Cette définition tient en trois mots, et les trois comptent : des objets, une circulation, des règles.

Ces règles portent un nom : les protocoles. Deux machines qui ne parlent pas le même protocole ne communiquent pas, même parfaitement câblées.

02Les deux familles d'équipements

Les périphériques finaux — les hôtes

Ce sont les périphériques réseau auxquels les personnes sont le plus habituées. Ils forment l'interface entre le réseau humain et le réseau de communication sous-jacent :

• ordinateurs — stations de travail, portables, serveurs de fichiers, serveurs Web ;
• imprimantes réseau ;
• téléphones VoIP ;
• caméras de surveillance ;
• périphériques portables mobiles — lecteurs de codes-barres sans fil, assistants numériques, smartphones, tablettes.

Dans le cas d'un réseau, les périphériques finaux sont appelés hôtes. Un hôte constitue soit la source, soit la destination d'un message transmis à travers le réseau. Pour qu'il soit possible de les distinguer, chaque hôte est identifié par une adresse. Lorsqu'un hôte démarre une communication, il utilise l'adresse de l'hôte de destination pour indiquer où le message doit être envoyé.

Dans les réseaux actuels, un hôte peut jouer le rôle de client, de serveur, ou les deux. C'est le logiciel installé qui détermine son rôle :

• les serveurs sont des hôtes équipés de logiciels leur permettant de fournir des informations et des services — messagerie, pages Web — à d'autres hôtes ;
• les clients sont des hôtes équipés d'un logiciel qui leur permet de demander des informations auprès du serveur et de les afficher.

Les périphériques intermédiaires

Ce sont les travailleurs de l'ombre : ils ne créent ni ne consomment les données, ils les transportent et les dirigent. Switchs, routeurs, hubs, ponts, répéteurs, points d'accès sans fil.

03Les équipements intermédiaires

Ils se classent par niveau d'intelligence croissante. Plus un équipement monte dans les couches, plus il comprend ce qu'il transporte — et plus il peut prendre de décisions.

Le répéteur

Ces systèmes permettent l'interconnexion de médias similaires ou différents pour une méthode d'accès donnée, et assurent une continuité de la topologie physique pour constituer un réseau local unique. Le répéteur est l'équipement clé du réseau Ethernet pour tout ce qui concerne la taille du réseau ou le changement de média. C'est le matériel de plus bas niveau sur le réseau local : il n'interprète pas les trames qu'il reçoit et se contente de les retransmettre bit à bit sur les autres segments.

Sa principale fonction est la régénération du signal : le signal subit une atténuation et une distorsion tout au long de sa propagation dans le câble ; le répéteur émet les signaux reçus en les remettant en forme.

Le pont (bridge)

Il réalise la connexion entre deux réseaux locaux de type différent. Il permet de gérer des liaisons locales ou distantes et d'optimiser les flux de communication ; il offre en outre une possibilité d'extension au-delà des limites imposées par la norme Ethernet ou Token Ring.

Au niveau de la sécurité, les ponts sont plus puissants que le répéteur : ils peuvent éviter la propagation de certains défauts, et ils filtrent les trames entre deux réseaux.

Le hub (concentrateur)

Les hubs permettent la connexion de plusieurs nœuds sur un même point d'accès, en se partageant la bande passante totale. La structure physique qui s'en dégage est une étoile, mais la topologie logique reste un bus (pour Ethernet).

Le switch (commutateur)

Le commutateur assure l'interconnexion de stations ou de segments d'un réseau local en leur attribuant l'intégralité de la bande passante, à l'inverse du concentrateur qui la partage. Les commutateurs ont donc été introduits pour augmenter la bande passante globale d'un réseau d'entreprise ; ils sont une évolution des concentrateurs Ethernet. Ils ne mettent en œuvre aucune fonctionnalité de sécurité, hormis l'amélioration de la disponibilité.

Le routeur

Les routeurs sont des éléments actifs qui permettent d'interconnecter localement ou à distance des réseaux entre eux. Agissant au niveau 3 du modèle OSI, ils proposent des mécanismes évolués permettant de déterminer le meilleur chemin pour acheminer l'information. Leur mécanisme est lié aux protocoles supportés par les réseaux qu'ils interconnectent : les fonctionnalités de routage des paquets interviennent au niveau de la couche réseau et mettent en œuvre des algorithmes de routage pour assurer l'acheminement des paquets à leur destination finale.

04Les supports de transmission

Pour relier les diverses entités d'un réseau, plusieurs supports physiques peuvent être utilisés. On distingue généralement trois familles : les fils métalliques, les fibres optiques, et le sans-fil.

Le câble coaxial

Proche du câble qui relie le téléviseur à son antenne, il se compose de quatre couches concentriques :

Il permet des vitesses de transmission plus élevées que la paire torsadée de son époque et des connexions à plus grande distance. Il reste néanmoins assez coûteux.

La paire torsadée

Elle est composée de brins de cuivre entrelacés (torsadés) et recouverts d'une enveloppe isolante. L'entrelacement des brins permet de limiter les interférences extérieures — moteur, relais, transformateur — mais la protection d'un blindage est bien plus efficace.

C'est le même câble que celui utilisé pour les téléphones. Il existe des câbles à 2 ou 4 paires, blindés (STP) ou non blindés (UTP). Ce type de câble est utilisé pour le câblage dit universel, mais aussi pour les réseaux Token Ring (anneau à jeton) et Ethernet.

C'est une solution économique mais limitée : elle ne permet pas une très grande vitesse de transmission et reste sensible à l'environnement électromagnétique.

La fibre optique

Elle est composée de :

• deux cylindres extrêmement fins en verre (silice ou plastique), l'un pour recevoir les données et l'autre pour les envoyer : c'est le cœur (core) ;
• deux gaines optiques en verre concentrique, une pour chaque cylindre ;
• deux couches de fibre en Kevlar, une pour chaque gaine optique : le petit isolant et le grand isolant.

C'est le nec plus ultra des médias télématiques : elle véhicule des impulsions lumineuses et non électromagnétiques, elle n'est absolument pas sensible aux perturbations pouvant affecter les autres supports, et elle permet d'aller jusqu'à plusieurs kilomètres avant que l'information ne subisse de graves détériorations — là où le câble coaxial doit être régénéré tous les kilomètres.

Les ondes hertziennes

Elles supportent de grandes distances et de grandes capacités, pour une propagation en visibilité directe (entre 50 et 80 km). Elles prolongent et remplacent les câbles, pour une plus grande souplesse mais aussi une plus grande sensibilité au bruit.

Les quatre critères de choix

05Client-serveur et pair-à-pair

On distingue deux modes de fonctionnement, dont le choix dépend de la taille de l'entreprise, du niveau de sécurité nécessaire, du type d'activité, du niveau de compétence d'administration disponible, du volume de trafic, des besoins des utilisateurs et du budget — achat, mais aussi entretien et maintenance.

Le mode client / serveur

Le périphérique qui demande les informations est nommé client ; celui qui répond à la requête est nommé serveur. Le client commence l'échange en demandant des données au serveur, qui répond en envoyant un ou plusieurs flux de données.

Exemple : dans une entreprise, les employés utilisent un serveur de messagerie. Le client de messagerie situé sur l'ordinateur d'un employé envoie une demande au serveur pour tout courriel non lu ; le serveur répond en envoyant le courriel requis.

Bien que les données soient généralement décrites comme transmises du serveur au client, certaines vont toujours du client au serveur. Le flux peut être égal dans les deux sens, ou même plus important dans le sens client vers serveur — un client peut transférer un fichier vers le serveur à des fins de stockage.

Upload   — téléchargement MONTANT     : client  →  serveur
Download — téléchargement DESCENDANT  : serveur →  client

Astuce : « up » = tu envoies vers le haut, vers le serveur.
         Quand tu déposes un devoir sur l'ENT, tu fais un UPLOAD.

Le mode pair-à-pair (peer to peer)

Contrairement à une architecture client/serveur, il n'y a pas de serveur dédié. Chaque ordinateur peut être considéré comme serveur ou client : chacun est libre de partager ses ressources. Un ordinateur relié à une imprimante pourra donc éventuellement la partager afin que tous les autres y accèdent via le réseau.

06PAN, LAN, MAN, WAN

On distingue différents types de réseaux privés selon leur taille (en nombre de machines), leur vitesse de transfert et leur étendue. Les réseaux privés appartiennent à une même organisation.

Ce que le cours précise sur chacun

LAN — en général circonscrits à un bâtiment ou à un groupe de bâtiments pas trop éloignés : site universitaire, usine, campus. L'infrastructure est privée et gérée localement par le personnel informatique. Bande passante annoncée dans le cours : de 4 Mbit/s à 100 Mbit/s.

MAN — regroupe un petit nombre de réseaux locaux à l'échelle d'une ville ou d'une région. L'infrastructure peut être privée ou publique. Une ville peut créer un MAN pour relier ses services disséminés sur quelques kilomètres, et en profiter pour louer cette infrastructure à d'autres. Bande passante : de quelques centaines de kbit/s à quelques Mbit/s.

WAN — permet l'interconnexion de réseaux locaux et métropolitains à l'échelle de la planète, d'un pays, d'une région ou d'une ville. L'infrastructure est en général publique (opérateurs télécom) et l'utilisation est facturée en fonction du trafic ou de la bande passante réservée. Une ligne louée est réservée exclusivement au locataire, 24 h sur 24, pour la durée du contrat. Les modems sont un des éléments de base des WAN.

07Les topologies

Un réseau informatique est constitué d'ordinateurs reliés entre eux par du matériel — câbles, cartes réseau et autres équipements assurant la bonne circulation des données. L'arrangement physique de ces éléments est appelé topologie physique.

La topologie en bus

C'est l'organisation la plus simple : tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission par l'intermédiaire d'un câble, généralement coaxial. Le mot « bus » désigne cette ligne physique.

Avantages : simplicité de mise en œuvre, fonctionnement facile.
Inconvénient majeur : elle est extrêmement vulnérable — si l'une des connexions est défectueuse, c'est l'ensemble du réseau qui est affecté.

La topologie en étoile

Les ordinateurs sont reliés à un système matériel central appelé hub ou concentrateur : une boîte comprenant un certain nombre de jonctions auxquelles on connecte les câbles en provenance des ordinateurs. Le concentrateur assure la communication entre les différentes jonctions.

Avantage : beaucoup moins vulnérable que le bus — on peut retirer une connexion en la débranchant du concentrateur sans paralyser le reste du réseau.
Inconvénient : plus onéreuse, car un matériel supplémentaire est nécessaire (le hub).

La topologie en anneau

Les ordinateurs communiquent chacun à leur tour : on a une boucle sur laquelle chacun va « avoir la parole » successivement.

En réalité, les ordinateurs d'un réseau en anneau ne sont pas reliés en boucle : ils sont reliés à un répartiteur appelé MAU (Multistation Access Unit) qui gère la communication en impartissant à chacun un temps de parole. Physiquement, c'est donc une étoile.

Physique et logique : les trois cas à connaître

08Sécuriser le réseau

La sécurité des réseaux passe par l'acquisition de matériels et de logiciels, et par une démarche visant à mettre en évidence les différentes facettes de la problématique pour en déduire les solutions techniques et organisationnelles adéquates. Elle se joue donc à deux niveaux.

Côté matériel — le firewall

Un firewall est un matériel autonome ou un ordinateur équipé de plusieurs cartes réseau, placé entre le réseau interne et le réseau externe (souvent Internet). Comme son nom l'indique, il sert à protéger le réseau local des problèmes pouvant provenir de l'extérieur. Il comporte au minimum deux interfaces :

• une interface pour le réseau à protéger — le réseau interne ;
• une interface pour le réseau externe.

D'autres terminologies sont parfois employées : garde-barrière (gate-keeper), porte coupe-feu.

Lorsque certaines machines internes doivent être accessibles depuis l'extérieur — serveur Web, serveur de messagerie, serveur FTP public — il est souvent nécessaire de créer une nouvelle interface vers un réseau à part, accessible aussi bien du réseau interne que de l'extérieur, sans pour autant compromettre la sécurité de l'entreprise.

Le firewall a deux buts :

• Surveiller tous les paquets de données, entrants et sortants, et écarter ceux qui ne répondent pas positivement aux règles de filtrage. C'est ce qu'on appelle le filtrage paquet.
• Contrôler une application spécifique, telle que le courrier électronique, et décider ce qui est admissible. C'est le terme proxy qui désigne de telles passerelles.

Les deux politiques de filtrage

Côté logiciel — l'antivirus

Vu le nombre de virus existants, leur nuisance et leur rapidité de propagation, accrue par Internet, l'utilité d'un antivirus n'est plus à démontrer. C'est un utilitaire qui détecte les virus par l'analyse des fichiers — disque dur, CD, fichiers chargés en mémoire — et les empêche de nuire.

Côté logiciel — le serveur proxy

Il s'agit d'un logiciel qui se situe entre les clients et les serveurs, qu'ils soient internes au réseau local ou externes. Son rôle :

• il relaie tous les échanges entre clients et serveurs ;
• il authentifie tous les services ;
• il maintient un journal de tout ce qui passe par lui ;
• il masque certaines informations (nom et adresse IP) des machines internes et les remplace par les siennes.

Il empêche donc les personnes extérieures d'avoir des informations sur l'organisation du réseau : seule l'adresse du proxy est connue de l'extérieur.

D'autres services utiles sont fournis :

• un historique de toutes les connexions Internet des utilisateurs est maintenu — on peut ainsi contrôler leur activité ;
• une liste d'URL peut être interdite, pour proscrire certains sites aux utilisateurs internes ;
• les pages web récemment consultées sont mises en cache, ce qui accélère les consultations suivantes.