Reseaux Com Mounira Zouaghi

Institut Suprieur des tudes Technologiques de Djerba Dpartement Technologies de lInformatique

Module rseaux de communicationEnseignant : Mlle Mounira Zouaghi

Chapitre1 : Introduction aux rseaux informatiques Chapitre2 : Architectures rseaux Chapitre3 : La couche physique

2010/2011

CHAPITRE 1: INTRODUCTION AUX RESEAUXINFORMATIQUES

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Chapitre 1 Introduction aux rseaux informatiques

1. Dfinition dun rseau informatique Un rseau de communication est lensemble de ressources matrielles et logicielles qui permettent de connecter un ensemble dentits et dchanger les informations entre les diffrentes entits. Exemple : les rseaux tlphoniques fixes et mobiles, rseau Internet 2. Information Communique Nature des informations communiques Les informations changes peuvent tre des natures multiples : voix, son, image, vido. On distingue deux grandes classes dinformations : les informations numriques et analogiques. Information analogique : linformation est une fonction continue de temps, elle prend une infinit de valeurs continues. Exemple la voix.

Figure 1 Le signal du son `a`

Information numrique : linformation est une fonction qui prend un nombre fini de valeurs discrtes. Exemple : linformation binaire1 0 0 Figure 2 Information binaire 1

temps

Transmission des informations Linformation numrique ou analogique est vhicule sur un support physique. La transmission peut tre analogique ou numrique. Transmission analogique : Le signal transmis sur le support est de nature analogique. Transmission numrique : Le signal transmis sur le support est de nature numrique. Il y aura 4 combinaisons entre natures dinformations et mode de transmission : Information analogique, transmission analogique : Voix sur RTC Information analogique, transmission numrique : RNIS Information numrique, transmission analogique : Internet via Modem et RTC Information numrique, transmission numrique : LAN

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3. Classification des rseaux de communication Les rseaux de communication sont classs selon la nature de linformation transmise et les entits impliques. On distingue 3 classes : Rseaux de tlcommunication Rseaux tlinformatiques Rseaux de tldiffusion Rseaux de tlcommunication Cest le type le plus ancien des rseaux. Il sert communiquer et acheminer les communications vocales entre individus. Actuellement ce type des rseaux est utilis pour communiquer des donnes informatiques : ADSL, Internet mobile. Exemples : RTC, GSM, RNIS. Rseaux tlinformatiques Ce type des rseaux servent lier les quipements informatiques : serveurs, ordinateurs, imprimantes. Ils permettent : Lchange des donnes binaires : voix, texte, vido Le partage des ressources et laccs aux ressources distance Le travail collaboratif et le groupeware Utiliser des applications distance : client/serveur Exemples : Internet, LAN Rseaux de tldiffusion Ils servent la diffusion des canaux de TV entre les studios et les particuliers. On distingue les rseaux de diffusion terrestre et les rseaux satellitaires. Pour les rseaux terrestres : les donnes transmises sont des donnes analogiques. Pour les rseaux satellitaires, les donnes peuvent tre numriques ou analogiques. 4. Classification des rseaux informatiques Selon la taille on a 3 classes : LAN : Local Area Network, les rseaux locaux au niveau dune entreprise : Ethernet, Token Rring, ATM. MAN : Metropolitain Area Network : Rseau au niveau dune ville. WAN : Wide Area Network : Rseaux universels : Internet, ATM, Frame Relay, RNIS. 5. Topologie des rseaux informatiques On distingue 2 types de topologies : Topologie physique : Cest la faon avec laquelle les lments dun rseau sont relis physiquement. Topologie logique : dcrit comment linformation circule entre les lments dun rseau. Topologie en bus

Figure 3 Topologie en bus

Le support est partag par toutes les stations. - La rupture de cble entrane le disfonctionnement du rseau.

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- La panne dune station ne provoque pas une panne du rseau. Topologie en toile Le nud central qui est gnralement un quipement dinterconnexion reoit et envoie tous les messages. La panne du nud central paralyse le reste du rseau.

Figure 4 Topologie en toile

Topologie en arbre Cest une combinaison de la topologie en toile et en bus. Chaque nud de larbre forme un subnet ou un sous rseau en toile.

Figure 5 Topologie en arbre

Topologie en anneau Les machines sont organises en boucle simple. Chaque machine qui reoit un message dune machine en amont, lenvoie la machine en aval. Pour que les messages ne tournent pas indfiniment, lmetteur retire le message lorsquil lui revient. Si lun des lments du rseau tombe en panne alors tout sarrte. Ce problme peut tre rsolu par la double boucle : lorsquune boucle tombe en panne, lautre boucle prend la relve.

Figure 6 Topologie en anneau

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Topologie en maille Dans le maillage rgulier, linterconnexion est totale. Ce qui assure une fiabilit optimale du rseau, cest une solution coteuse en cblage physique. N machines N(N-1)/2 cbles Si on allge le cblage devient irrgulier, pour acheminer les donnes il faut dfinir un algorithme de routage.

Figure 7 Topologie en maille

Critres de choix dune topologie Le choix de la topologie dpend de: Nombre de stations connecter Volume de flux de donnes Cot Distances entre entits communicantes Evolution possible Rsistance aux pannes et lignes de secours Facilit dadministration 6. Modes de connexion Quelque soit la topologie logique ou physique dun rseau, on trouve 2 modes de connexions : mode connect et mode non connect. Mode connect La communication se fait en 3 tapes : 1- tablissement de la connexion : Il sagit de tracer un chemin dans le rseau entre 2 interlocuteurs : cest le circuit. 2- Transfert des donnes : Toutes les informations changes sont vhicules en utilisant le chemin dj trac. 3- Libration de la connexion : Le circuit ou le chemin est libr. Dans ce mode, on distingue 2 types de circuits: circuit physique permanent, et circuit virtuel commut. Circuit physique : Cest un circuit trac dune faon permanente entre 2 stations, chaque communication entre les 2 lments utilise toujours ce mme circuit. Circuit virtuel commut : au moment de ltablissement de la connexion, le circuit virtuel est tabli entre les interlocuteurs. Ce circuit est consacr la communication personne ne peut linterrompre. Lorsquun autre appel est effectu entre les mmes interlocuteurs, le chemin emprunt ne pas ncessairement le mme.

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Mode non connect Il ny a pas tablissement de connexion avant lmission. Le message contenant un entte contenant ladresse source et ladresse destination se dplace dun nud de commutation un autre jusqu atteindre la station rceptrice. Comparaison entre les 2 modes Mode connect : - avantages : communication scurise, possibilit de ngociation de paramtres - Inconvnients : Temps de connexion, multipoint peu ais Mode non connect : - avantages : simplicit, efficacit et robustesse aux pannes - Inconvnients : mmoire tampon des quipements de commutation. 7. Modes de commutation Il existe 5 variantes : - Commutation de circuits - Commutation des messages - Commutation des paquets - Commutation des cellules Commutation de circuit Consiste construire un chemin ou circuit entre 2 points avant le transfert des informations. Les quipements intermdiaires sappellent des commutateurs, cest le cas du rseau tlphonique. Commutation des messages Le message est envoy de lmetteur vers le rcepteur en passant dun nud de commutation un nud de commutation. Les messages qui arrivent un nud de commutation sont traits selon lordre darrive: FIFO. Ce type de commutation est adapt au trafic sporadique : rare, sans contraintes de temps. Les inconvnients majeurs de ce type de commutation sont la quantit de mmoire au niveau des commutateurs, et le temps de transfert variable et long. Commutation des paquets Apparu dans les annes 70 pour remdier aux problmes derreurs et amliorer les performances de la commutation de messages. Chaque message est dcoup en morceaux de tailles variables appels paquets qui sont achemins de la mme faon que la commutation de message. Les avantages : temps dmission rduit, taille de mmoire rduite, reprise sur erreur plus efficace. Inconvnients : d-squencement possible Commutation des cellules Une cellule est un paquet de taille fixe : 53 octets. Adapte aux diffrents flux des donnes : vido, son et texte. Temps de transfert et gigue plus rduits que dans le cas de la commutation de paquets. Utilise dans les rseaux haut dbit : ATM et DQDB. 8. Conclusion La question qui se pose : comment concevoir un rseau tlinformatiques. En fait, il faut assurer des outils physiques ou matriels ainsi que des outils logiciels. Les chapitres suivant sont consacrs dcrire certains de ces outils.

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CHAPITRE 3 : LA COUCHE PHYSIQUE

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Chapitre 3 la Couche physique

1. Besoins en normalisation Pour garder une certaine cohrence, une structure et une organisation dans le domaine des rseaux, il faut se mettre daccord sur les rgles communes de communication. Ces rgles permettent de faire communiquer des systmes dorigines diffrentes. 1.1 Organismes de normalisation Les constructeurs informatiques et les oprateurs de tlcommunication ont t les premiers tablir des normes dans ce domaine. Il existe de multiples normes, parfois incompatibles. Plusieurs organismes de normalisation existent : organismes nationaux, multinationaux, internationaux et privs. On cite : Organismes internationaux : ISO : International Standardization Organization UIT: Union Internationale de Tlcommunication Organismes privs : IEEE : Institute Of Electrical and Electronics Engineers EIA: Electronic Industry Association 2. Architecture en couches et modle OSI Un rseau est un ensemble trs complexe qui possde de nombreuses fonctions. Il est difficile dtudier ou dimplmenter ces fonctions dans un seul bloc. Pour rduire la complexit de conception des rseaux informatiques, on a dcompos hirarchiquement lensemble de mcanismes mettre en uvre en une srie de couches ou niveaux. Le nombre des couches, leurs noms et leurs fonctions varient selon le type de rseau. Exemple : 7 couches pour le modle OSI, 4 couches pour le modle Internet. 2.1 Principe de base de dcomposition en couches Chaque couche exerce une fonction bien dfinie Le choix des frontires entre les couches doit minimiser le flux dinformation entre les couches Le nombre de couches doit tre suffisamment grand pour viter la cohabitation dans une mme couche de plusieurs fonctions trs diffrentes. Il doit tre au mme temps suffisamment petit pour viter que larchitecture ne devienne difficile matriser. 2.2 Le modle de rfrence OSI Le modle OSI est une norme en couches qui dcrit larchitecture et les diffrentes fonctions des rseaux informatiques. Ce modle, form de 7 couches, est standardis par ISO en 1984.

Couche application Couche prsentation Couche session Couche transport Couche rseau Couche liaison de donnes Couche physiqueTableau 1 Modle OSI

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3. Notions de couche, protocole, service Couche : une couche est spcialise dans un ensemble des fonctions particulires. Elle utilise les fonctionnalits des couches infrieures et propose des fonctionnalits la couche suprieure. Protocole : Le protocole dune couche N dfinit lensemble de rgles ainsi que les formats et la signification des objets changs qui rgissent la communication entre les entits homologues de la couche N. Un service : Un service dune couche N dfinit lensemble de fonctionnalits possdes par la couche N et fournies aux entits de la couche N+1 linterface N/N+1 Primitives : un service est dfini formellement par un ensemble de primitives ou oprations quun utilisateur ou dautres entits (couches suprieures) peuvent utiliser pour accder au service. Cest ce qui caractrise linterface. On distingue 4 classes de primitives de services. Primitive signification Request Une entit sollicite un service Indication Une entit est informe dun vnement Response Une entit rpond un vnement Confirm Une entit accuse la rception de la rponse sa demandeTableau 2 Primitives de service

Un service confirm est un service pour lequel il ya une demande, indication, response et confirmation. Un service non confirm est un service pour lequel il ya une demande et une indication.

Figure 8 Relation entre les couches

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4. Encapsulation et dcapsulation

Couche N+1

(N+1)PDU :

protocol data unit

(N)SAP : service access point

Couche N

(N) PCI : protocol control information

(N)SDU : service data unit

(N)PDU

Figure 9 Encapsulation et dcapsulation

- La couche N+1 utilisatrice des services de niveau N adresse la couche N des units de donnes de service ou SDU : Service Data Unit. - Des informations de contrle de protocole ou PCI : Protocol control Information, sont ajoutes aux donnes entrantes constitues par les SDU. - Lensemble ainsi form constitue des units de donnes de protocole ou PDU : Protocol Data Unit de la couche N. - Lchange des donnes des couches basses vers les couches hautes se fait selon le mme principe. Les PCI sont retranches des PDU entrantes. Le procd qui consiste ajouter des informations de contrle sappelle encapsulation, le fait de retrancher sappelle dcapsulation.

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4.1 Couches et units de donnes

Application :APDU Prsentation : PPDU

Session : SPDU Transport : TPDU ou message

Rseau : NPDU ou paquet

Liaison : LPDU ou trames

Physique :bits

Figure 10 Units de donnes

5. Fonctions de couches OSI Couche physique : elle fournit les moyens mcaniques, lectriques, fonctionnels au maintien et la dsactivation des connexions physiques pour transmettre les lments binaires entre entits de liaisons. Parmi les lments de la couche physique, on a support physique, carte rseau, tranceiver, codeurs, modulateurs, multiplexeurs, rpteur. Couche liaison : Elle permet la gestion de la liaison de donnes et permet la transmission des donnes entre systmes adjacents, dlimitation et transmission des trames en squence, dtection et correction derreurs et contrle de flux. Couche rseau : Elle assure lacheminement des paquets de la source vers la destination (fonction de routage) et la gestion des sous rseau : fonction dadressage logique (adressage IP). Couche transport : assurer la transmission des donnes de bout en bout, contrle de flux, division ou segmentation dun message en plusieurs paquets et la dsegmentation. Couche session : gre les sessions entre ordinateurs : ouverture et fermeture dune session de communication. Couche prsentation : dtermine le format utilis pour lchange des donnes entre les quipements du rseau. Elle assure le formatage en formats standards : MPEG, JPEG, GIF, et la compression et la dcompression des donnes. Couche application : Cest linterface daccs des applications au rseau, messagerie lectronique, transfert des fichiers, accs aux machines distance

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6. Le modle TCP/IP Cest le modle utilis par le rseau Internet. Ce modle est cr par DOD : Departement OF Defense. Il est form de 4 couches. Application Transport Internet Hte rseau Couche Internet : Elle assure les fonctions de la couche rseau : routage et acheminement des paquets. La couche Internet fournit un service commutation de paquets sans connexion. Le protocole utilis est le protocole IP. Couche transport : deux protocoles de bout en bout sont dfinis : TCP et UDP. TCP (transmission control protocol), est un protocole fiable avec connexion. Il garantit la transmission dun flux de donnes de lmetteur vers le rcepteur sans erreur. Il fragmente le flot de donnes pour la couche Internet et assure un contrle de flux pour viter la congestion. UDP : User Data Protocol est un protocole non fiable sans connexion, pas de contrle de flux. Cest lapplication qui assure le squencement et le contrle de flux. Ce protocole est utilis dans le cas de transmission des donnes multimdia o on a besoin des donnes temps plutt que des donnes sans erreurs. Couche application : les applications de linternet sont : transfert des fichiers assur par le protocole FTP, messagerie lectronique : Protocole SMTP, Web : http, et contrle des machines distance : Telnet Couche hte : elle varie du rseau un autre : Ethernet, FDDI, paquet radio Telnet http ftp SMTP TCP /UDP IP Ethernet FDDI paquet radioFigure 11 Protocoles du modle TCP/IP Tableau 3 modle TCP/IP

7. Conclusion et perspectives Aprs avoir prsent les modles de rfrence rseau et les fonctionnalits gnrales de chaque couche dans ces modles, on consacrera les chapitres suivant dtailler ces fonctionnalits. On prsentera au cours de chapitre qui suit quelques techniques de transmission qui font partie des fonctions de la couche physique.

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CHAPITRE 3 : COUCHE PHYSIQUE

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Chapitre3 couche physique

1. Structure rseau Un rseau est form de 3 types dlments : - Equipements terminaux ou ETTD: quipement terminal de traitement des donnes, tout quipement incapable de se connecter directement au support de transmission. Exemple : ordinateur, serveur, terminal - Equipements dinterconnexion ou ETCD: quipement terminal de circuit de donnes modem, concentrateur, commutateur, routeurleur rle est de grer la connexion : tablissement, maintien, et libration de la connexion et adapter des donnes au support de transmission : codage, multiplexage - Support physique de transmission. ETTDSupport physique de transmissionETCD ETCD

ETTD

Circuit de donnes Figure 12 Structure rseau

2. Supports physiques Les supports physiques de transmission sont les lments qui font circuler les informations entre les quipements de transmission. On distingue 3 classes selon la grandeur physique circule : Les supports filaires : ils permettent de circuler des grandeurs lectriques sur des supports en gnral mtalliques. Les supports ariens : cest lair ou le vide, permet de circuler des ondes lectromagntiques ou radio lectriques. Les supports optiques : permettent dacheminer des ondes lumineuses. Pour relier les diffrentes entits dun rseau, on utilise les cbles. Il en existe plusieurs types, les plus utiliss sont : les cbles coaxiaux, les paires torsades et les fibres optiques. Cbles coaxiaux Un cble coaxial est form de lintrieur vers lextrieur par : - Une partie centrale appele me : cest un fil de cuivre qui sert transporter les donnes. Elle peut tre forme dun seul ou 2 brins de cuivre en torsade. - Un isolant : entourant lme de cble, cest un dilectrique qui permet disoler les 2 conducteurs : me et blindage. - Le blindage : enveloppe mtallique, gnralement une tresse de cuivre, elle permet de protger les donnes du bruit et des parasites qui peuvent causer une distorsion des donnes. - La gaine: permet de protger le cble de lenvironnement extrieur. Elle est en caoutchouc. Il existe 2 types de cbles coaxiaux : - cble coaxial fin : de diamtre 6mm. Il peut transporter le signal sur une distance de 185m. - Cble coaxial pais : cble blind de diamtre 12mm. Il peut transporter le signal sur une distance de 500m sans affaiblissement. Pour les cbles coaxiaux, on utilise les connecteurs BNC en T pour relier les cartes rseaux au cble. Les bouchons de terminaison BNC sont placs chaque extrmit du cble dun rseau en bus pour absorber les signaux parasites.

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Paires torsades Les cbles paires torsades sont forms dune ou plusieurs paires de cuivre entrelaces en torsades et recouvertes disolants. Lentrelacement permet de supprimer le bruit caus par les interfrences lectriques. On distingue 2 types de paires torsades : les cbles non blinds: UTP : unshielded twisted pair. Cest le type de cbles le plus utilis. Il est caractris par une longueur maximale dun segment 100 m. Il inclut 5 catgories. cat1 : cble tlphonique traditionnel : transfert du voix mais pas des donnes : 2 paires. cat2 : transmission des donnes : 4Mbps : 4 paires cat3 : 10 Mbps : 4 paires torsades cat4 : 16 Mbps : 4 paires torsades cat5 : 100 Mbps : 4 paires torsades Les paires blindes : STP : shielded twisted pair. Il contient une gaine de cuivre plus protectrice et de meilleure qualit. Il contient une enveloppe de protection entre les paires et autour les paires. Dans ce cble les fils de cuivre dune paire sont eux mme torsads : do un meilleur blindage et il permet une transmission plus rapide et de meilleure protection. La paire torsade se branche une carte rseau par un connecteur Rj-45. Rj-45 est similaire au connecteur Rj-11( 4 broches) mais il possde 8 broches. Fibre optique Ce type de cble se caractrise par son immunit au bruit et son dbit lev. Ils transmettent des ondes lumineuses sur des distances leves : quelques kilomtres. Ils sont utiliss pour relier plusieurs btiments. Les connecteurs des fibres optiques sont Duplex-SC. 3. Caractristiques dune voie de transmission Bande passante La bande passante dune voie de transmission est lintervalle de frquence sur lequel le signal ne subit pas un affaiblissement suprieur 3db (affaiblissement de 50%). La bande passante de la ligne tlphonique est entre 300 Hz et 3400 Hz.

Figure 13 bande passante

Dbit et capacit de transmission Le dbit dune voie de transmission est la quantit dinformations en bits pouvant tre transmise sur la voie en 1 seconde. La capacit est le dbit maximal dune voie de transmission. C=B*log2(1+S/N) (bps) S/N: le rapport signal sur bruit, exprim gnralement en db : 10log10(S/N). B : bande passante Exemple : ligne tlphonique.

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S/N=1000 (30db) ; C=31000bps, cette valeur est rarement atteinte cause de limperfection de la voie, le dbit moyen

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