Transcript of Communiquer l'information: Les réseaux informatiques
Sciences de L'Ingénieur - Les réseaux informatiquesCommuniquer
l'information: Les réseaux informatiques
Cette ressource est réalisée par Thierry Schanen (professeur
agrégé) et Jean-Loup Prensier (professeur agrégé) Thierry Schanen
enseigne les Sciences de l'Ingénieur au lycée Gustave Eiffel à
Gagny et est l'auteur du Guide des automatismes
Introduction: Aujourd'hui, dans les industries, le bon
fonctionnement des différents secteurs (BE travaillant sur un
projet de conception de produit, gestion de la production dans une
usine, service Après-Vente...) repose sur la possibilité d'avoir
accès à toutes les informations internes et externes nécessaires à
un moment donné. Cette quantité d'informations est telle que l'on
ne peut envisager de toutes les stocker dans chaque lieu
géographique les nécessitant. Cette problématique se retrouve au
niveau système où différents sous-systèmes échangent un grand
nombre d'informations pour fonctionner. La possibilité de
communiquer des informations actualisées entre des structures
distantes est donc devenue un enjeu majeur. La solution choisie
pour permettre cette communication est une connexion des
différentes entités générant ou stockant des informations sous la
forme d'un réseau informatique. Chaque entité peut partager une
partie de ses ressources propres et recevoir des ressources des
autres entités connectées.
Un réseau informatique est donc un groupe d’ordinateurs, de
périphériques et d’autres appareils reliés entre eux pour échanger
et partager des ressources sous la forme d'informations, de
logiciels, de périphériques.
1. La nécessité de la communication en réseau
Les problématiques de la communication de l'information
Conséquences
Dans les systèmes complexes, il y a une évolution vers une
multiplication des capteurs, et un enrichissement des données
(moins d’informations TOR et plus d’informations analogiques ou
numériques). Un flux de données de plus en plus volumineux et de
nature variée doit transiter entre le système physique (localisé à
différents endroits) et son organe de commande.
Nécessité d’une mise en réseau des ressources : du capteur et du
pré-actionneur à l’ordinateur (du bus de terrain à internet).
Un réseau informatique est créé à partir du moment où plusieurs
équipements de réception / émission des données sont interconnectés
simultanément sur le même support (les informations circulent par
le même cable par exemple).
Il y a décentralisation et éloignement de la commande Le risque de
perte de qualité dans la transmission de l’information augmente,
les câblages deviennent plus complexes : " une info=un fil" n’est
plus possible .
- La communication par liaison de type série s’impose au détriment
des liaisons parallèles. A l'intérieur de l'ordinateur, les
informations circulent en parallèle (bus parallèle), par contre,
pour éviter la multiplication des fils et également la déperdition
d'informations (perturbation du signal entre des fils proches), il
est nécessaire de communiquer avec des liaisons série.
Le traitement des informations est de plus en plus complexe : le
traitement numérique de l’information est prédominant
Il y a convergence entre l’automate programmable et
l’ordinateur.
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Les ressources sont mutualisées, les données échangées entre
systèmes, et la supervision de différents systèmes se fait à
distance, d’où la nécessité d’un dialogue entre les
appareils.
- Les réseaux locaux sont fédérés en des réseaux globaux. Les
réseaux locaux (bus CAN, réseaux personnels ou réseaux Ethernet)
sont connectés à des réseaux de taille plus importante (internet)
de manière à mutualiser les ressources.
L’apparition de nouveaux marchés et de nouveaux concurrents, la
volonté « d’individualiser » le produit rend l’offre de plus en
plus vaste quant aux appareils, marques, types : Le problème de la
compatibilité et de la standardisation des connexions se pose pour
garantir une transparence pour l’utilisateur.
- Des modèles et des protocoles communs à tous les appareils
rendant la communication « transparente » et les appareils
interchangeables se développent.
L'animation ci-dessous présente l'évolution dans l'architecture des
systèmes électroniques sur les automobiles conséquente à
l'apparition des réseaux.
2. Le principe d'une bonne communication en réseau Pour qu’une
communication d’informations fonctionne, il faut établir quelques
règles simples. Dans une conversation, par exemple, il convient de
ne pas parler en même temps, de parler la même langue, de parler du
même sujet.
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Les mêmes règles s'appliquent lors de l'échange de données entre
des machines distantes: - quelle est l'application concernée? -
quels sont l'émetteur et le destinataire? - quel est le langage de
communication utilisé? - quel est le contenu du message? - quel est
le support de communication utilisé?
La présentation ci-dessous illustre par des analogies la nécessité
d'établir une structure de communication permettant de respecter
ces règles simples.
Les principes ainsi définis constituent un ensemble :
- de couches (connaissance, règles, support) correspondant à des
modèles de structure de communication - de protocoles (sujet,
langue, parole) donnant des règles pour qu'émetteur et récepteur
puissent se comprendre en parlant un même langage.
3. Modèles de couches La communication sur réseau fonctionne sur le
principe suivant: afin de rendre les logiciels indépendants du
matériel, l’ensemble du processus de communication est découpé en
couches, chacune :
- assurant une fonction précise - utilisant un protocole de
communication parfaitement codifié.
Entre deux appareils reliés, les couches doivent être les mêmes et
pouvoir communiquer avec le même protocole (les premiers réseaux
étaient développés autour de protocoles propriétaires comme IBM,
DEC…et ne pouvaient pas être connectés).
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L’ISO (International Standards Organisation) a développé le modèle
OSI (Open Systems Interconnection), modèle théorique qui doit
permettre l’interconnexion avec des systèmes hétérogènes. Il se
décompose en 7 couches, chacune en charge d’un aspect de la
communication.
On retiendra la nécessité de mettre en forme le message à traiter
(traitement de l'information), de gérer l'interface (au niveau des
organes de connexion) et de garantir le transport du message
(chemin au sein des canaux de transmission).
TCP-IP est un modèle fonctionnel à même de communiquer sur internet
et qui s’appuie en partie sur le modèle OSI. Ce modèle fonctionnel
est développé dans la partie "application au réseau Ethernet"
4. La circulation des données Les données binaires peuvent voyager
en série ou en parallèle.
Avec le mode série, les bits d'un octet sont envoyés, à la suite
l'un de l'autre, sur une même ligne. En un instant un seul bit est
envoyé.
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Avec le mode parallèle, tous les bits d'un octet sont envoyés en
même temps (en un instant) sur huit lignes d'un dispositif tel une
partie d'un bus ou un câble unique (comme un câble d'imprimante
dans le cas d'une imprimante communiquant par port
parallèle).
Dans l'unité de système de l'ordinateur les données transitent en
parallèle via les lignes du bus réservées au transport des
données.
Étant donné le phénomène d'interférence entre les tensions
circulant dans les lignes parallèles rapprochées (phénomène appelé
diaphonie) il est nécessaire de restreindre la distance des
liaisons parallèles à un maximum de 10 mètres. C'est la distance
maximale d'un câble d'imprimante avec port parallèle.
Les données circulent en série lorsqu'elles sont sur le
réseau
Le parallélisme interne aux systèmes à micro-processeur pose des
problème de transmission sur de longues distances et à de forts
débits : multiplicité des fils et parasites induits entre fils
d'une même nappe. C'est pour permettre de transmettre des
informations sur de longues distances (plusieurs dizaines de mètres
au moins), que la liaison série a été introduite.
Les informations circulant dans le système informatique sous forme
parallèle, il est nécessaire d'utiliser un convertisseur
parallèle/série. Le registre à décalage, permet au rythme d'une
horloge de réaliser cette conversion. A la réception, un autre
registre à décalage réalise la transformation inverse,
série/parallèle. Le message complet à délivrer est découpé pour les
communications plus longue distance.
L'une des caractéristiques essentielles des réseaux informatiques
est la transmission des informations numériques par parties, sous
forme de paquets, au travers d'un ensemble de lignes de
communication découpées en plusieurs tronçons, à l'intersection
desquels se trouvent les noeuds de communication.
En effet, pour transmettre le message avec le meilleur débit
possible, et sans monopoliser le réseau, il est indispensable de le
diviser en paquets (Niveau 3 du modèle OSI). Chaque paquet doit
bien sûr contenir, outre une fraction du message complet, sous une
forme quelconque, l'adresse du destinataire, le chemin à suivre
pour y arriver (rôle du routage ou de la commutation) et un
contrôle du flux (et d'erreurs) des paquets afin d'éviter au
maximum les embouteillages (voir le format des paquets IP)
Le problème de la transmission du message par paquets dans le
réseau est qu'il faut garantir qu'à l'arrivée, soit les paquets
arrivent exactement dans l'ordre dans lequel ils ont été émis, soit
le récepteur les reçoit dans le désordre, mais est capable de
reconstituer le message ordonné à partir des informations contenues
dans les paquets.
Les trois principales fonctionnalités des paquets sont : le
contrôle du flux, l'adressage, et le routage. Le contrôle du flux a
pour objectif d'optimiser le temps du transport sans perte du
paquet vers sa destination, l'adressage et le routage donnant au
paquet à la fois l'adresse, physique ou logique de sa destination,
mais aussi les chemins à suivre pour l'atteindre.
Chaque paquet est inclus dans une trame (Niveau 2 du modèle OSI),
dont la fonction essentielle est d'indiquer le début et la fin du
paquet ainsi que de contenir des codes de contrôle permetant de
vérifier la conformité du transport sans erreurs.
5. Les protocoles Un protocole est une méthode standard qui permet
la communication entre deux machines, c’est-à-dire un ensemble de
règles et de procédures à respecter pour émettre et recevoir des
données sur un réseau. Il en existe plusieurs selon ce qu’on attend
de la communication.
Les protocoles de communication ont pour fonction de standardiser
la forme des information transmises indépendamment du type de
machines constituant le réseau (réseau hétérogène). Ils déterminent
les stratégies d'acheminement des informations et les procédures à
effectuer en cas d'erreur.
On classe généralement les protocoles en deux catégories, selon le
niveau de contrôle des données que l’on désire. Les protocoles
orientés connexion opérent un contrôle de transmission des données
pendant une communication établie entre deux machines. La machine
réceptrice envoie des accusés de réception lors de la
communication.
Les protocoles non orientés connexion permettent un mode de
communication dans lequel la machine émettrice envoie des données
sans prévenir la machine réceptrice et la machine réceptrice reçoit
les données sans envoyer d’accusé de réception à la première.
Les protocoles majeurs utilisés dans le modèle TCP-IP sont décrits
dans l'application sur le réseau Ethernet.
6. Topologie et types des réseaux Il y a lieu de distinguer les
réseaux poste à poste dans le cas d'une architecture matérielle
disposant de peu de machines, et les réseaux organisés autour de
serveurs et devant présenter un certain niveau de sécurité.
6.1 Classification des réseaux par leur taille
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6.2 Classification des réseaux par leur structure
Il existe un lien entre la taille du réseau et la structure de
communication utilisée. Les exigences ne sont en effet pas les
mêmes suivant le nombre d'ordinateurs connectés au réseau.
L'animation qui suit vous présente les différentes architectures
utilisées dans les réseaux informatiques.
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ANNEXE 1: application au réseau ethernet
Internet- Ethernet- Introduction Le terme réseau est souvent
utilisé par extension pour désigner un ensemble de machines,
associé à l'infrastructure informatique utilisée. C'est le cas par
exemple pour les réseaux désignés sous les termes réseau internet
et les réseaux intranet.
Internet fait référence au système global d'information qui:
- est lié de manière logique par un ensemble d'adresses logiques
construit sur le protocole IP (Internet Protocol) et ses extensions
- utilise comme support de communication le modèle fonctionnel
TCP/IP et l'ensemble des protocoles qui lui sont reliés
Internet est une "organisation, une structuration d'une forme de
réseau" qui permet à des personnes, des ordinateurs du monde entier
d'échanger des informations en étant liés par un protocole
unique.
Ethernet est un support technique. C'est une norme de protocole de
réseau local développée pour les LAN, puissante et très répandue,
maintenant reconnue comme un standard industriel.
La suite de la présentation sera donc axée sur l'étude de la
structure utilisée pour les réseaux Internet (en particulier le
modèle fonctionnel TCP/ IP qui reprend quelques couches du modèle
OSI) et de quelques-uns des protocoles essentiels utilisés dans ce
modèle fonctionnel.
Ce modèle est à même de gérer les communications à distance, alors
que le standard Ethernet est un protocole des couches "Physique
Liaison" développé pour les LAN (réseaux locaux) de manière à
faciliter les échanges entre des ordinateurs proches physiquement
(liaison physique entre ordinateurs par des câbles). Internet et
ethernet sont complémentaires : Ethernet s'intégre dans un réseau
local utilisant les protocoles TCP et IP pour les couches 3 et
4.
En première partie, nous présenterons les principes de l'adressage
logique, pour montrer comment chaque utilisateur relié à internet
peut disposer d'une adresse logique propre lui permettant d'émettre
et de recevoir des informations.
En deuxième partie, nous étudierons plus en détail le modèle TCP-IP
et quelques-uns des protocoles de la suite TCP-IP pour illustrer la
complémentarité entre les réseaux locaux basés sur un support
ethernet et un réseau de type internet ou un intranet.
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1. Adressage des stations Cette présentation explique comment une
adresse logique peut être attribuée à chaque utilisateur relié au
réseau internet.
2. La communication sur Internet Cette présentation explique le
modèle TCP-IP, la manière dont les informations circulent et
quelques-uns des protocoles les plus utilisés dans TCP-IP.
Pour en savoir plus sur la définition des modèles de communication
et les protocoles, vous pouvez consulter le reste de la ressource à
l'aide du menu déroulant.
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