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© Télé-université, Septembre 1999 INF 5004

Chapitre 2

Architecture des systèmes téléinformatiques :composants matériels et logiciels

L’objet de ce chapitre est de présenter les composants matériels et logiciels qui formentl’infrastructure des systèmes téléinformatiques, c’est-à-dire tout environnement permet-tant le traitement à distance d’informations au moyen d’un ou de plusieurs ordinateurs.Examinons les caractéristiques de ces composants.

En tant que matériel, l’ordinateur ne suffit pas à assurer toutes les fonctions de transfert etde stockage connexes au traitement. Il a donc été nécessaire de recourir à des composantsmatériels et logiciels pour mettre sur pied des systèmes téléinformatiques. L’introductionde ces composants s’est toutefois effectuée de façon graduelle, ce qui permet dedistinguer plusieurs étapes dans l’évolution de l’architecture des systèmes.

Nous étudierons d’abord les éléments qui constituent la configuration de base d’unsystème téléinformatique, puis ceux qui permettent de résoudre les problèmes detélécommunication touchant la capacité d’acheminement et le traitement des données;nous examinerons, à cet égard, les solutions proposées pour les accès, ainsi que celles quiconcernent le transfert d’informations. Nous nous pencherons ensuite sur les questionsayant trait au matériel et au logiciel, puis sur les caractéristiques physiques des réseaux,ainsi que sur les modalités de partage des ressources, notamment grâce aux réseauxlocaux. Nous verrons enfin d’autres types de réseaux, les questions relatives aux logicielset matériels de réseaux, ainsi qu’à la performance des réseaux.

Voici les principaux concepts abordés dans ce chapitre :

− la configuration de base d’un système téléinformatique

− la gestion des télécommunications

− la gestion de l’ordinateur central

− les caractéristiques physiques des réseaux téléinformatiques

− les réseaux locaux

− les réseaux métropolitains

− les réseaux étendus ou internationaux

− les intranets

− le modèle OSI

− le matériel de réseau

− la mesure de performance

ARCHITECTURE DES SYSTÈMES TÉLÉINFORMATIQUES 2


2.1 CONFIGURATION DE BASE D’UN SYSTÈME TÉLÉINFORMATIQUE

Examinons maintenant les éléments qui constituent la configuration de base del’architecture d’un système téléinformatique, soit l’ordinateur central, les terminaux, lestypes de liaison, ainsi que la question du partage des ressources.

2.1.1 Ordinateur central

On désigne par ordinateur central tout organe de traitement automatique de l’informationqui assume, pour la communauté des utilisateurs1, la majorité des fonctions essentiellesdu système informatique.

L’ordinateur central est constitué de trois composants majeurs :

− une mémoire qui stocke toutes les données et les instructions dont le système abesoin;

− une interface pour les entrées et les sorties de données;

− un système de traitement des données; les données sont manipulées dansl’ordinateur sous forme numérique; le système de traitement des données del’ordinateur reçoit des informations de l’extérieur, les traite selon les instructionsstockées en mémoire, pour ensuite retourner les résultats de ce traitement àl’extérieur.

Dans le contexte de la téléinformatique, l’ordinateur central est aussi appelé serveur ou,encore, ordinateur hôte ou tout simplement hôte. Le serveur est l’ordinateur dans lequelse trouve en mémoire le fichier qui est interrogé par un client à distance et qui fournit laréponse à ce client. Le terme d’ordinateur « hôte » fait, pour sa part, référence au fait que,dans un réseau, les terminaux sont considérés, par métaphore, comme des « invités » dontl’ordinateur central est « l’hôte ». Quelle que soit cependant l’appellation utilisée, leserveur demeure l’ordinateur principal qui prépare les programmes utilisés par un autresystème.

Dans certains modes d’utilisation, des sessions de dialogue s’établissent entre lesutilisateurs et l’ordinateur central, ce dernier assurant, entre autres, des fonctions detraitement des requêtes des utilisateurs et de stockage des informations échangées. Ils’agit alors de ce que l’on appelle des « applications client – serveur ».

La nature des serveurs est presque aussi variée que celle des ordinateurs eux-mêmesquant à leur taille physique, leurs caractéristiques et leurs applications. Avec le temps etl’évolution technologique, la taille des serveurs devient de plus en plus restreinte. Onretrouve encore parmi eux de gros ordinateurs, mais aussi des ordinateurs personnels dontla capacité de traitement et de stockage des informations est nécessairement plus limitée.

2.1.2 Terminaux

Les terminaux sont des équipements assurant le dialogue entre un usager et un ouplusieurs serveurs distants l’un de l’autre. Leur principale fonction est de permettrel’accès au système informatique, comme l’indique la figure 2.1.



FIGURE 2.1

Jonction terminal – ordinateur central.

À l’origine, le terminal informatique avait pour tâche exclusive de supporter le dialogueavec le système central. Il en va cependant tout autrement aujourd’hui. En effet, il existeà l’heure actuelle une variété d’équipements qui peuvent être utilisés comme desterminaux, mais qui remplissent également un nombre plus ou moins grand d’autresfonctions. Les ordinateurs personnels et les machines de traitement de texte sont desexemples de terminaux modernes. Si tous les terminaux ont pour fonction l’accès à unordinateur central, leur mode de fonctionnement varie d’un type à l’autre. Voyons lesprincipaux types de terminaux.

− Les terminaux lourds, qui permettent l’émission vers le réseau d’un grand volumed’informations grâce à des liaisons rapides synchrones. Ils sont composés de mini-ordinateurs équipés de périphériques rapides et de grande capacité de stockage.

− Les terminaux légers et portables, qui sont composés d’un clavier et d’un écran devisualisation. Ils utilisent des liaisons asynchrones à basse vitesse et simplifientl’introduction des données sur le système central.

− Les terminaux intelligents, qui permettent un traitement local des données. Seulesles informations nécessaires sont envoyées vers le centre de traitement. Lesterminaux intelligents supplantent de plus en plus les terminaux légers.

− Les postes de travail, qui sont à mi-chemin entre les terminaux intelligents et lesterminaux lourds. Ils possèdent des processeurs puissants, des disques durs deplusieurs gigaoctets, des entrées-sorties atteignant des débits de plusieurs mégabitspar seconde (Mb/s).

Tous les éléments du matériel informatique qui peuvent produire et traiter des données,telles les bases de données, les tables traçantes, les entrées vocales, etc., sont deséquipements terminaux que l’on peut regrouper sous le vocable de TE (TerminalEquipment).

Terminal

Ordinateur centralLigne de transmission



2.1.3 Types de liaison et problèmes d’exploitation

Pour diminuer les coûts de communication, il est d’usage de rechercher la meilleurefaçon de raccorder un certain nombre de terminaux à un ou plusieurs serveurs. La liaisonpoint à point et la liaison multipoint sont les deux configurations les plus souventadoptées.

La liaison point à point est une ligne de transmission qui relie directement un terminal àl’ordinateur central2 qui contrôle la liaison. Si tous les terminaux du système télé-informatique sont raccordés au serveur par ce type de liaison, il en résulte un réseau pointà point, comme l’illustre la figure 2.2.

FIGURE 2.2

Exemple de réseau point à point.

Le réseau point à point présente l’avantage d’une exploitation simplifiée et de temps deréponse assez court. Il a, par contre, pour inconvénient majeur une sous-utilisation deslignes de transmission, du fait qu’un certain nombre de celles-ci sont inactives de façonquasi continue.

Quant à la liaison multipoint, elle est caractérisée par la connexion de terminaux enplusieurs points différents d’une même ligne, comme le montre la figure 2.3.

Ordinateur central

Ligne de transmission

Terminal



FIGURE 2.3

Exemple de système à liaison multipoint.

L’avantage de cette seconde configuration est qu’elle permet à une seule ligne detransmission de desservir plusieurs terminaux, au moyen d’une interface unique avecl’ordinateur central. Une technique dite d’invitation à émettre est utilisée poursélectionner le terminal pouvant émettre ou recevoir des données, ce qui permet d’évitertoute confusion. De plus, chaque terminal tire le meilleur parti de la capacité de la liaisonmultipoint qu’il utilise en exclusivité. Cette technique a cependant pour inconvénient untemps de réponse relativement long lorsque plusieurs terminaux doivent émettre ourecevoir au même instant.

Notons que, sur une plus grande échelle, un réseau est constitué d’un ensemble de nœudsde communication répartis géographiquement et reliés entre eux par des liens. Les nœudsde communication (pont, routeur, etc.) sont chargés de diriger l’information vers lesnœuds adjacents, de proche en proche, jusqu’à la destination. Les équipements qui y sontrattachés sont de diverse nature. On y retrouve aussi bien des terminaux, des ordinateurs,des imprimantes que des réseaux locaux. Les liens sont des supports de transmission telsque les paires torsadées, les câbles, les fibres optiques et les faisceaux hertziens.

2.1.4 Des solutions d’exploitation

Partage de ressources

Les réseaux permettent d’avoir accès à des bases de données et à des services offerts pard’autres équipements informatiques, tels des serveurs dans un réseau local ou desordinateurs plus puissants et géographiquement éloignés. L’usager peut ainsi avoir accèsà des serveurs et à des services de façon transparente, c’est-à-dire qu’il utilise à mêmeson propre ordinateur des ressources situées au loin, tout en ayant l’impression

Ordinateur central

Liaison multipoint

Contrôleur de terminaux

Point d’embranchement



d’exploiter ces ressources dans son propre ordinateur. Ainsi, l’usager à son poste detravail n’est conscient ni du système de communication, ni des mécanismes mis en placepour accéder aux ressources informatiques lointaines.

Augmentation de la fiabilité

Un système téléinformatique peut également avoir pour objectif l’augmentation de lafiabilité du système; cela peut se faire en stockant les ressources communes dansplusieurs serveurs. Ainsi, si pour une raison quelconque un serveur devenait inutilisable,on pourrait toujours disposer d’autres solutions, d’autres choix.

Ce genre de disposition est nécessaire là où il est vital de poursuivre l’exploitation mêmeen cas de problèmes. Citons, pour donner des exemples, les applications bancaires ou lesapplications de contrôle aérien.

Réduction de coûts et extensibilité

Lorsque le système téléinformatique est construit à partir de plusieurs micro-ordinateurs,un par utilisateur, connectés à plusieurs serveurs, on parle de modèle client – serveur.Dans ce modèle, les utilisateurs, aussi appelés clients, font une requête au serveur; celui-ci l’exécute et retourne le résultat au client.

Une telle architecture présente l’avantage, d’une part, de réduire les coûts et, d’autre part,de permettre l’augmentation graduelle de la performance du système en fonction desbesoins. En effet, les petits ordinateurs ont un meilleur rapport prix/performance que lesgros. Ils sont environ dix fois moins rapides que les gros ordinateurs, mais mille foismoins coûteux. De plus, lorsqu’on veut augmenter la performance du système, il suffitd’ajouter des processeurs. On peut également ajouter autant de clients et de serveursqu’on le désire. Un gros système par contre, une fois saturé, doit être remplacé par unsystème plus gros et plus coûteux.

Médias de communication

Les réseaux téléinformatiques sont également de puissants médias de communicationentre utilisateurs distants. L’apparition des outils de communication permet aux membresd’une équipe de travailler et de collaborer ensemble sur des documents ou des applica-tions, et ce de façon transparente malgré la distance qui les sépare.

2.2 GESTION DES TÉLÉCOMMUNICATIONS

En matière de gestion des télécommunications, les techniques de partage des ressourcesont trait à la gestion des accès, c’est-à-dire des liaisons à l’ordinateur central, et à lagestion du transfert des informations.

Elles reposent sur l’exploitation optimale des lignes à haute vitesse, à partir de ligneslocales à basse vitesse provenant des terminaux. Pour ce faire, on introduit desconcentrateurs et (ou) des multiplexeurs et on tire le plus possible parti, par des procé-



dures de commutation, des possibilités de passage sur chaque ligne d’une quantitémaximale d’informations.

2.2.1 Gestion des accès (liaisons) à l’ordinateur central

Du fait de sa situation centrale dans le système téléinformatique, le serveur3 doit gérer eteffectuer le traitement des données comme le lui demande l’utilisateur4. Afin d’éviter quele serveur soit surchargé par les tâches de gestion des accès de multiples terminaux, on adû lui ajouter des équipements spécialisés dans ce type de tâches, soit les concentrateurset les multiplexeurs.

Concentrateur

Lorsque plusieurs terminaux doivent être raccordés à un même ordinateur central, il estfacile d’imaginer une configuration telle que celle qu’illustre la figure 2.4, où chaqueterminal est relié directement à l’ordinateur central par une ligne de transmission.

FIGURE 2.4

Configuration où les terminaux sont reliés directement à l’ordinateur central.

Une telle architecture cependant, en dépit de sa simplicité, présente un inconvénientmajeur, car elle impose à l’ordinateur central des tâches non négligeables de gestion desterminaux et de gestion des transmissions. Ces tâches peuvent être d’autant plus difficilesà assumer que le nombre de terminaux augmente. Une solution à ce problème consiste àutiliser un concentrateur.

Le concentrateur est une ressource téléinformatique de type matériel dont la fonctionessentielle est d’effectuer le partage des lignes entre plusieurs terminaux, ce qui

Ordinateur central

Ligne de transmission

Terminal



contribue, entre autres, à diminuer les coûts de communication et de transport. Leconcentrateur présente les caractéristiques suivantes :

− le matériel de base est un mini-ordinateur muni d’un jeu restreint d’instructions,dont l’architecture est orientée vers les transmissions et qui est caractérisé par lagrande rapidité de son cycle d’exécution;

− sa mémoire (principale ou secondaire) est de faible capacité;

− son système d’exploitation assume des fonctions d’une relative simplicité;

− ses dispositifs d’interruption et ses mécanismes d’entrée-sortie de transmission sonttrès performants.

Le concentrateur assume la concentration du trafic, certaines fonctions liées auxapplications, ainsi que des fonctions diverses de nature matérielle.

− La concentration du trafic est la fonction principale du concentrateur. Elle consisteà concentrer sur une ligne à haute vitesse le trafic de plusieurs terminaux munis delignes à basse vitesse, comme l’illustre la figure 2.5. Cette fonction amène leconcentrateur à assurer un certain nombre de fonctions secondaires, telles que :

• la collecte des informations relatives à l’état des lignes à basse vitesse et desterminaux qu’elles relient;

• la répartition des informations provenant de la ligne à haute vitesse sur leslignes à basse vitesse;

• l’acheminement des informations sur la ligne à haute vitesse la moins chargée;la détection et la correction des erreurs sur les lignes à haute et à basse vitesse;

• le contrôle du flux, qui consiste à ajuster la quantité d’informations provenantdes lignes à basse vitesse à la capacité de la ligne à haute vitesse, et vice versa.

FIGURE 2.5

Les concentrateurs et le partage de lignes.

Ligne haute vitesse

Terminal

Ligne basse vitesse

Concentrateur

Ordinateur central



− Les concentrateurs assument également certaines fonctions liées aux applicationstelles que la gestion de l’activité des différents terminaux, la prise en charge desinformations répétitives (en-têtes de documents, dates, etc.), permettant ainsi auxseules informations utiles d’être véhiculées sur la ligne à haute vitesse.

− Enfin, les concentrateurs prennent également en charge diverses fonctions de naturematérielle telles que la génération du signal vidéo à transmettre sur des écranscathodiques ou la reprise, en cas de panne, de l’ordinateur central ou de la ligne àhaute vitesse qui le relie au reste du système.

Multiplexeur

Le multiplexeur est, tout comme le concentrateur, un équipement de base utilisé dans lepartage de lignes. L’un comme l’autre ont en effet pour rôle essentiel de regrouper surune même liaison de données les informations provenant de plusieurs autres liaisons (voirla figure 2.6).

FIGURE 2.6

Les multiplexeurs dans le système téléinformatique.

À l’origine, les multiplexeurs assumaient seulement la fonction de concentration dutrafic, ce qui les rendait moins puissants que les concentrateurs. Ils ont cependant assumégraduellement d’autres fonctions telles que la correction des erreurs de transmission sur

1 2 3 4

T1 T2 T3 T4

Multiplexeur

Ordinateur central

Multiplexeur



la ligne à haute vitesse, la contention5 de terminaux à basse vitesse et le basculementautomatique sur des équipements de secours en cas de panne. À cet égard, lesmultiplexeurs ont atteint de nos jours un degré de puissance et de performance qui lesrend équivalents aux concentrateurs, pour ce qui est des fonctions assumées par cesderniers.

On considère d’ailleurs, parfois, que le rôle d’un multiplexeur inclut les fonctions d’unconcentrateur. Certains lexiques de télématique en arrivent à considérer les deux termescomme synonymes. Toutefois, le multiplexeur ne se limite pas, comme le concentrateur,à gérer les lignes de transmission, car il assume en outre la fonction d’entrelacer(multiplexer) les informations pour l’exploitation optimale des liaisons.

Il faut remarquer que les multiplexeurs n’interprètent pas les informations qu’ilsvéhiculent, ils sont ainsi transparents aux codes et aux procédures employés, et celacontrairement aux concentrateurs6. Ils nécessitent généralement la présence d’undémultiplexeur à l’autre extrémité de la ligne de transmission pour restituer lesinformations initiales.

Il existe actuellement quatre types de multiplexage : le multiplexage par répartition enfréquence ou FDM (Frequency Division Multiplexing), le multiplexage en longueurd’onde ou WDM (Wavelength Division Multiplexing), le multiplexage par répartitiondans le temps ou TDM (Time Division Multiplexing) et le multiplexage temporelstatistique ou ATDM (Asynchronous Time Division Multiplexing).

Multiplexage par répartition en fréquence

Le multiplexage par répartition en fréquence consiste à diviser une ligne de transmissiond’une capacité donnée k, soit k hertz, en n autres lignes ayant chacune une capacité dek/n hertz. Ces dernières sont séparées les unes des autres par ce qu’on appelle des bandesde garde et sont affectées en permanence à un utilisateur exclusif. L’opération demultiplexage consiste alors à transposer les signaux de chaque ligne dans la bande defréquence qui a été attribuée. Les signaux peuvent ensuite être rassemblés sans difficulté,car les bandes de fréquence sont totalement indépendantes les unes des autres.Cependant, comme les filtres utilisés n’ont pas la précision souhaitée, il y a parfoisquelques recouvrements qui entraînent des bruits de modulation entre les lignesadjacentes. Ce type de multiplexage est surtout utilisé pour la transmission de signauxanalogiques; il l’est également sur les lignes radioélectriques.

Multiplexage en longueur d’onde

Le multiplexage en longueur d’onde est effectué sur les lignes de transmission en fibreoptique, selon un mode qui s’apparente au multiplexage par répartition de fréquence. Sonprincipe est le suivant : deux ou plusieurs fibres, véhiculant chacune un flux lumineuxd’énergie et des bandes de fréquence différentes, arrivent sur un prisme (ou système dediffraction). Les différents faisceaux lumineux sont combinés par le prisme en unfaisceau unique qui est transmis sur une fibre en sortie vers le destinataire distant. Àl’arrivée, les faisceaux sont séparés et dirigés vers des fibres optiques distinctes.



Une application possible, à long terme, du multiplexage en longueur d’onde est sa miseen œuvre dans le système FTTH (Fiber To The Home) qui consiste à modifierl’infrastructure de la desserte locale téléphonique et à amener une fibre optique chez tousles abonnés, à la place de la paire torsadée. Ce système qui a pour objectif de satisfaire lesbesoins des futurs services télématiques multimédias, bien que techniquement réalisableet satisfaisant, est cependant très coûteux et difficile à réaliser dans un avenir proche.

Multiplexage par répartition dans le temps

Le multiplexage par répartition dans le temps, qu’on appelle aussi multiplexage temporel,est une technique numérique qui consiste à entrelacer des bits (multiplexage par bits) oudes caractères (multiplexage par caractères)7, prélevés un à un de chaque ligne à bassevitesse reliée à un terminal, et à transmettre la séquence ainsi formée sur une ligne à hautevitesse. À l’autre extrémité, le démultiplexeur reconstitue la séquence en restituant lesbits – ou caractères – à chaque ligne à basse vitesse, sous leur forme initiale. Une tranchede temps fixe est allouée à chaque ligne à basse vitesse sur la ligne à haute vitesse.

Le multiplexage par caractères permet une meilleure exploitation de la ligne à hautevitesse. En effet, dans cette technique, le premier et le dernier bit du caractère sontextraits avant la transmission et restitués à l’autre extrémité lors du démultiplexage. Il enrésulte une utilisation plus efficace et un rendement plus élevé de la ligne à haute vitesse.Cependant, le stockage des caractères qu’implique ce mode de multiplexage induit desretards plus longs que ceux que l’on observe lors du multiplexage par bits. On comprenddès lors pourquoi ce dernier s’applique mieux aux terminaux synchrones.

Le multiplexage temporel ordinaire, tel que nous venons de le décrire, présente pourtantdeux inconvénients. Tout d’abord, il ne corrige pas les erreurs qui se produisent sur laligne à haute vitesse, ce qui entraîne des possibilités de modification des caractèresvenant d’une ou de plusieurs lignes. Le second inconvénient est une exploitationinefficace de la ligne à haute vitesse étant donné que le multiplexage temporel alloue àchaque ligne à basse vitesse, qu’elle soit active ou non, une tranche de temps fixe sur laligne à haute vitesse. Il arrive donc que des caractères inactifs de remplissage soientinsérés dans la séquence d’informations à transmettre. Pour pallier ces inconvénients, onutilise la technique du multiplexage temporel statistique.

Multiplexage temporel statistique

Le multiplexage temporel statistique, qu’on appelle aussi multiplexage statistique,consiste à réserver, selon un principe dynamique, l’allocution des tranches de temps sur laligne à haute vitesse aux lignes à basse vitesse qui sont actives à l’instant considéré. Cetteprocédure vise à combler les intervalles de silence qui existent sur toute ligne detransmission. Il devient dès lors nécessaire d’indiquer l’adresse des lignes à basse vitessequi sont actives.

Dans le contexte où les lignes à basse vitesse n’occupent pas la ligne à haute vitesselorsqu’elles sont inactives, la somme des capacités des lignes à basse vitesse peut êtresupérieure à la capacité de la ligne à haute vitesse. Il devient dès lors nécessaire dedisposer d’une mémoire tampon pour stocker temporairement les données provenant des



lignes à basse vitesse inactives, et il faut envisager la formation de files d’attente au casoù cette mémoire se révèle insuffisante.

Mentionnons pour terminer que les multiplexeurs statistiques permettent de protéger lesdonnées véhiculées sur les lignes à haute vitesse, car ils sont munis d’un dispositif dedétection d’erreurs et de correction de ces erreurs par répétition automatique de latransmission.

2.2.2 Gestion du transfert des informations sur les liaisons

Il ne suffit pas de gérer les accès à l’ordinateur central. Il faut également, dans laperspective d’une exploitation maximale des lignes et d’un transfert optimal des données,trouver des moyens d’acheminer le plus grand nombre possible de données entrel’ordinateur central et les terminaux, dans les deux sens, avec le maximum d’efficacité etde sécurité, et cela le plus rapidement possible. Pour atteindre cet objectif, on fait appelaux techniques de commutation.

Techniques de commutation

Il existe trois techniques de commutation : la commutation de lignes ou de circuits, lacommutation de messages et la commutation de paquets.

Commutation de lignes ou de circuits

Selon la technique de commutation de lignes ou de circuits, lorsque deux utilisateursveulent s’échanger des messages, le système vérifie d’abord dans le réseau si le circuit(chemin physique reliant l’émetteur au récepteur) est disponible pour la transmission. Sic’est le cas, un signal indiquant que la transmission peut débuter est retourné à l’émetteur,ce qui accorde l’exclusivité du circuit à cette transmission pendant toute sa durée. Leréseau téléphonique ordinaire fait appel à ce type de commutation.

L’inconvénient de cette technique est le délai nécessaire à l’établissement de lacommunication, qui peut atteindre dix secondes ou plus pour des appels internationaux.Par contre, l’information circule en temps réel sitôt que la communication est établie.

Exemples de réseaux à commutation de circuits

− Le système téléphonique (PSTN, Public Switched Telephone Network), qu’il soitanalogique ou numérique. Précisons que le service de téléphonie a été ouvert à lacompétition aux États-Unis; on prévoit qu’il en sera graduellement ainsi ailleursdans le monde. À l’heure actuelle, les PTT (Poste, télégraphe et téléphone) relèventdirectement des gouvernements dans la plupart des pays et on n’a pas encorecommencé à les privatiser. Les autocommutateurs privés PBX (Private BranchExchange) ou PABX (Private Branch Automatic Exchange) permettent la gestiondes appels internes desservis par l’autocommutateur. Le Centrex est unautocommutateur public géré par la compagnie de téléphone, qui effectue lesmêmes opérations que les autocommutateurs privés.



− Le réseau cellulaire analogique ou numérique permet de transmettre desinformations sur une fréquence donnée, à l’intérieur d’une cellule donnée, unecellule représentant une zone géographique. Cette fréquence est modifiée sitôt quel’usager se déplace dans une cellule avoisinante.

− Le réseau numérique à intégration de services (RNIS ou ISDN pour IntegratedServices Digital Network). Le RNIS prévoit l’intégration, dans un même réseau, deservices relatifs à la transmission de voix et de données pour chaque usager dutéléphone. Une liaison numérique RNIS transporte donc divers canaux decommunication multiplexés. Un accès de base est constitué de deux canauxnumériques de type MIC à 64 kb/s pour l’utilisation de signaux audio ou dedonnées et d’un canal numérique de signalisation à 16 kb/s.

− Le réseau numérique à intégration de services à large bande (RNIS à large bandeou BISDN pour Broadband Integrated Services Digital Network). Ce réseau prévoitl’amalgamation des transmissions de données, de voix et de vidéo pour chaqueusager du téléphone et de la télévision. Les vitesses prévues sont de 100 Mb/s,155 Mb/s et 622 Mb/s.

− Le réseau de circuits commutés public (CSPDN, Circuit Switched Public DigitalNetwork). Ce réseau est indépendant du réseau téléphonique public (PSTN) et duréseau à commutation de paquets public PPSN. Par exemple, le service dit Switched56 kb/s au Canada est un service CSPDN. Le réseau de transmission de données àlignes dédiées Dataroute est un réseau non commuté à 56 kb/s.

Commutation de messages

Selon cette seconde technique de commutation, les messages – munis de leur adresse dedestination – sont introduits dans le système, puis transférés de nœud en nœud (ordinateurou terminal) jusqu’à ce qu’ils parviennent à destination. Si un nœud est occupé, lemessage peut attendre, au nœud courant, la libération du nœud occupé, ou utiliser unchemin alternatif, en passant par un autre nœud. À chaque nœud, le message estenregistré dans son intégralité. Il est ensuite analysé pour détecter les erreurs éventuellesde transmission et déterminer le prochain chemin à prendre, puis retransmis.

La commutation de messages comporte un certain nombre de qualités. En effet, ellepermet d’introduire des messages, que le nœud récepteur soit occupé ou actif. Elle permetégalement que des nœuds, dont les codes ou les vitesses, diffèrent puissent facilemententrer en communication grâce à un mécanisme de conversion automatique de code et devitesse. Comme ce système n’impose pas de taille fixe pour les messages, il estnécessaire de prévoir de grandes capacités de stockage dans les nœuds.

La commutation de messages est tout à fait inefficace pour une communicationinteractive entre deux utilisateurs dans le cas d’échange d’un message volumineux. Eneffet, le message pourrait mobiliser une ligne entre des nœuds pendant de longuesminutes. Ce type de commutation a été initialement conçu pour automatiserl’acheminement de messages télégraphiques.



Commutation de paquets

Le principe de la commutation de paquets consiste à fragmenter le message à transmettreen petits messages de longueur et de format prédéterminés, les paquets, qui sont munis deleur adresse de destination. Ces paquets sont acheminés de façon indépendante dans leréseau, en suivant le principe utilisé pour la commutation de messages.

La remise en ordre des paquets se fait au terminal qui reçoit l’information. Il estnécessaire de pourvoir le terminal de réception de mémoires tampons, en vue deréordonner les paquets transmis

À chaque nœud, diverses conversions de vitesse de transmission et de codage des signauxsont effectuées. Des mécanismes de contrôle de flux (pour éviter la saturation et lacongestion du réseau) et de contrôle d’erreurs sur les paquets en transit sont égalementmis en œuvre.

Un paquet est généralement composé de trois parties : un en-tête, une section de donnéeset une queue. L’en-tête contient un certain nombre d’informations de transmission tellesque l’adresse d’origine et celle de destination. La section de données, comme son noml’indique, contient l’information à transmettre, alors que la queue regroupe l’informationde contrôle. C’est ce type de réseaux commutés qui est généralement retenu entéléinformatique.

Quelques types de réseaux à commutation de paquets

− Le réseau à commutation de paquets public (PPSN pour Public Packet SwitchedNetwork). Ce réseau est très lent par rapport aux réseaux locaux de communicationentre ordinateurs. Beaucoup de réseaux nord-américains transmettent à des vitessesde 56 kb/s. La norme de commutation par paquets X.25 est considérée aujourd’huicomme bien trop lente (de 9,6 kb/s à 64 kb/s) et la dimension des paquets X.25 bientrop petite pour desservir correctement les réseaux locaux.

− Le relais de trame (FR pour Frame Relay). Ce réseau transmet des paquets de plusgrande dimension (de 1,5 ko et plus) à des vitesses élevées (T1 à 1,544 Mb/s, E1 à2,048 Mb/s ou fraction de T1). Les protocoles de transmission par relais de tramesont définis dans les recommandations ITU-TSS Q.922 et ANSI T1.618.

− Le réseau de commutation de paquets mobiles. Certains sont unidirectionnels,d’autres sont bidirectionnels. Le CPCD (Cellular Digital Packet Data) fait usage duréseau de téléphonie cellulaire.

− Le VSAT (Very Small Aperture Terminal) est un système de transmission satellite,abordable du point de vue des coûts. Les vitesses de transmission vont de 8 kb/s à6,3 Mb/s et le diamètre des antennes varie entre 30 centimètres et 3,5 mètres.

− Le SMDS (Switched Megabit Data Services) est un réseau de transmission dedonnées à très haute vitesse pouvant interfacer des lignes téléphoniques T1(1,544 Mb/s), E1 (2,048 Mb/s) ou T3 (45 Mb/s).

− L’ATM (Asynchronous Transfer Mode) est un protocole de transmission à trèshaute vitesse asynchrone, destiné à la transmission de données (classes d’opéra-tion C et D), de voix (classe d’opération A) et de vidéo (classe d’opération B).

−



Quelques exemples de réseaux à commutation de paquets

− TELNET est un service de transmission de données et de courrier électronique. Sondébit est de 8000 paquets par seconde.

− TYMNET propose un débit de 9,6 kb/s ou de 56 kb/s.

− TRANSPAC est un réseau français utilisant le protocole X.25. Les services offertssont Transfix (ligne louée à des vitesses allant de 48 kb/s à 2,048 Mb/s), Transcom(service commuté à 64 kb/s) et Transdyn (service commuté dont le débit peutatteindre 1,92 Mb/s).

− DATAPAC est un service canadien à 56 kb/s.

− EURONET est un service du marché commun européen.

− IPSS (International Packet Switch Services) est un service de la compagnieanglaise British Telecom.

Réseaux non commutés

Les réseaux non commutés sont généralement des réseaux privés ou loués avec des lignesdédiées. Anciennement, on avait recours au réseau téléphonique auquel on accédait parmodem Les normes X.21 et X.21bis prévoient des transmissions de données à faiblevitesse (de 2,4 à 64 kb/s). La tendance est de rechercher des débits plus hauts : lignes T1fractionnées (multiples de 64 kb/s ou de 56 kb/s), lignes T1 (1,544 Mb/s), lignesfractionnées T3 (multiples de T1), lignes T3 (44,736 Mb/s) ou E1 (2,048 Mb/s),E2 (8 Mb/s) et E3 (34,368 Mb/s ou encore 32,064 Mb/s au Japon). Les réseaux peuventêtre câblés (câble bifilaire, câble coaxial ou fibre optique) ou non (réseaux hertziens ousatellites).

Il existe deux méthodes pour transmettre des paquets dans un réseau.

− En mode non connecté ou sans connexion (connectionless). Les paquets sont gérésséparément dans le réseau et ils peuvent emprunter des chemins différents selon lacharge du réseau. Cette méthode est couramment appelée mode datagramme ouremise pour le mieux.

− En mode connecté ou en mode orienté connexion (connection-oriented). Ce modeest le plus fréquemment utilisé. La procédure d’établissement de la communicationdétermine le circuit virtuel8 pour la commutation par paquets, ou le circuit physiquepour la commutation de circuits, c’est-à-dire le chemin entre l’émetteur et lerécepteur dans le réseau; dès que la communication est établie, les paquetscheminent dans le circuit virtuel, pendant la durée de la communication. Ce type decommutation est surtout recommandé dans les environnements hybrides oùs’effectuent tour à tour de longs transferts de fichiers et de brefs messagesconversationnels.

2.3 GESTION DE L’ORDINATEUR CENTRAL

Examinons maintenant quelles solutions le partage des ressources peut offrir, pour ce quiest de l’ordinateur central, afin d’optimiser l’accès à cet ordinateur, ainsi que le transfertd’informations.



2.3.1 Gestion des accès à l’ordinateur central par le frontal

En ce qui concerne la gestion des transmissions entre le serveur et les concentrateurs oumultiplexeurs, la principale solution est l’ajout d’un frontal9 à l’ordinateur central.

Nous avons vu dans les sections précédentes que le modèle d’architecture le plus simplepour un système téléinformatique est celui où un ordinateur central assume, entre autres,des fonctions de gestion des transmissions avec des concentrateurs ou des multiplexeurs.Dans ce contexte, un contrôleur de communication câblé et non programmé est utilisé.

Avec l’évolution technologique, ce type de contrôleur de communication a été remplacépar le frontal, qui est un contrôleur programmé relié à l’ordinateur central par unmécanisme rapide. De ce fait, l’ordinateur central n’a plus à assumer la gestion destransmissions, ce qui a pour effet de diminuer sa charge.

Le frontal est un ordinateur doté de mémoires, principale et secondaire, et dont lescaractéristiques techniques sont les suivantes :

− il possède un jeu d’instructions bien adaptées à la manipulation de chaînes decaractères;

− son logiciel d’exploitation est essentiellement destiné à la gestion des terminaux etdes lignes de transmission;

− il est doté de mécanismes rapides de gestion des interruptions pour les fonctionsd’entrée-sortie;

− son processeur est à la fois souple et modulaire, permettant la connexion d’un grandéventail de terminaux.

La mémoire du frontal assume une fonction de stockage temporaire des messageséchangés entre l’ordinateur central et les terminaux qui lui sont raccordés. C’estégalement au frontal que revient la tâche de gérer les erreurs survenues au cours destransmissions. En outre, la connexion et la déconnexion de terminaux sont régies par lefrontal, tout comme l’émission et la réception de messages. Toutefois, l’ordinateur centraldemeure prépondérant dans le système, et le frontal doit être considéré comme sonextension. Cette coopération entre l’ordinateur central et le frontal contribue à accroître lasouplesse et la performance globale du système.

2.3.2 Gestion du transfert des informations par l’ordinateur central

L’architecture du système téléinformatique doit permettre de gérer les demandesd’informations des usagers. À cette fin, comme nous l’avons vu plus haut, les composantsmatériels et logiciels doivent disposer d’une mémoire pour stocker et traiter les données.La tâche de gérer ces composants revient au système d’exploitation.

Mémoire virtuelle10

De façon générale, la mémoire d’un ordinateur se présente sous la forme d’une structurehiérarchisée à plusieurs niveaux.



− On trouve d’abord une mémoire principale, également appelée mémoire primaireou mémoire réelle, qui est à la fois rapide et directement accessible. Compte tenu desa position privilégiée dans l’ordinateur central, la mémoire principale joue un rôlede premier plan. En effet, tous les programmes et toutes les tâches ou processus àexécuter doivent absolument y résider. C’est pourquoi il est impérieux de disposerd’une mémoire principale suffisamment grande pour satisfaire la demanded’allocation. Cependant, en raison du prix élevé de ce type de mémoire, il s’estrévélé plus économique de recourir à une mémoire secondaire pour suppléer lesinsuffisances de la mémoire principale.

− Un ou plusieurs niveaux de mémoire de masse, ou mémoire secondaire, complètentla mémoire principale. Cette mémoire de masse sert essentiellement au stockagedes fichiers. Les supports de la mémoire secondaire, représentés entre autres par destambours et des disques, présentent l’avantage d’une plus grande capacité destockage, à des coûts moindres. Par contre, l’accès à la mémoire de masse estindirect, donc plus lent.

Ainsi, plus on s’élève dans la hiérarchie des niveaux de mémoire, plus on gagne enrapidité et en accessibilité, mais plus on perd également en capacité de stockage; et lescoûts deviennent plus élevés. Toutefois, il est possible de faire en sorte que les deuxniveaux de mémoire coopèrent de façon si étroite qu’il devienne quasiment impossible deles distinguer. Le nom de mémoire virtuelle est attribué à l’organisation correspondante,par laquelle le système s’occupe de placer les informations dans la mémoire principalelors de l’exécution.

La mémoire virtuelle est donc une mémoire plus étendue que ce qui est disponible enmémoire principale d’un ordinateur donné dans un contexte de multiprogrammation.

Comme son nom l’indique, la mémoire virtuelle rend imperceptible à l’utilisateurl’existence de différents niveaux de mémoire. Cela est rendu possible par le recours auxtechniques de pagination et de segmentation. Les pages sont des divisions de la mémoireprincipale, c’est-à-dire des blocs dont la taille est fixe, alors que les segments sont desblocs de taille variable.

Grâce à des techniques dites de gestion de mémoire, les pages ou les segments peuventêtre alloués à des programmes ou à des tâches en instance d’exécution. L’allocateur demémoire doit alors arbitrer les conflits entre les demandes de contrôle d’accès et lesdemandes de réorganisation éventuelle de la mémoire.

Système d’exploitation

La fonction principale du système d’exploitation consiste à gérer l’ensemble decomposants matériels et logiciels du système téléinformatique afin de rendre des servicesà une communauté d’usagers.

Le système d’exploitation est donc avant tout un gestionnaire de ressources : ordinateur,terminaux, équipements périphériques, frontaux, concentrateurs, ainsi que la gamme deslogiciels faisant interface avec l’utilisateur.



Comme les ordinateurs, les systèmes d’exploitation ont connu plusieurs étapes dans leurévolution. C’est pourquoi on parle aussi de générations de systèmes d’exploitation, paranalogie avec les générations d’ordinateurs. Il faut noter à cet égard que c’est avec laquatrième génération que sont apparus les réseaux d’ordinateurs. En effet, la baisse descoûts des composants informatiques et l’avènement des ordinateurs personnels ont renduopportune la création de réseaux d’ordinateurs facilement accessibles à partir de micro-ordinateurs personnels. Chaque architecture de réseau suppose donc un systèmed’exploitation qui la supporte.

2.4 CARACTÉRISTIQUES PHYSIQUES DES RÉSEAUX INFORMATIQUES

Dans cette section, nous allons nous intéresser aux caractéristiques qui permettent declassifier les réseaux, soit la technique de transmission et la taille du réseau.

2.4.1 Techniques de transmission

La transmission par diffusion et la transmission point à point, que nous allons décrire ci-dessous, sont les techniques de transmission utilisées.

Transmission par diffusion

Dans les réseaux qui utilisent la transmission par diffusion, un seul support decommunication est partagé entre toutes les machines raccordées au réseau. Lacommunication se fait alors de la manière suivante : une machine émettrice envoiel'information sous forme de petits messages dans le support; ces messages contiennent unchamp d'adresse pour l'identification de la machine réceptrice. À la réception d’unmessage, une machine teste son champ d'adresse pour vérifier si le message lui estdestiné. Si c'est le cas, elle le traite; sinon, elle l'ignore. Les messages voyagent ainsid'une machine à une autre jusqu'à leur destination.

On parle de diffusion générale (broadcast) lorsque le système de diffusion permetd'adresser un message à toutes les machines du réseau; on parle de diffusion restreinte oumultipoint (multicast) lorsque le système de diffusion permet d'adresser un message à unsous-ensemble de machines.

Parmi les réseaux à diffusion, on retrouve les configurations en bus, en anneau ou parradio/satellite. Dans les deux premières, le support de transmission est soit un câble, soitune fibre optique. Dans la configuration par radio/satellite, le support de transmission estun faisceau hertzien.

Transmission point à point

Par opposition aux réseaux à diffusion, dans les réseaux utilisant la transmission point àpoint, l'information est transmise d'une machine à une autre en passant éventuellementpar une ou plusieurs machines intermédiaires. Le réseau est en effet constitué deconnexions entre les machines prises deux par deux. Comme il existe plusieurs chemins



possibles entre deux machines, des algorithmes de routage sont implantés afin de fairepasser les messages par le chemin le plus court.

Parmi les réseaux point à point, on retrouve les configurations en étoile, en anneau, enarborescence et en maille.

2.4.2 Taille du réseau

Les systèmes comportant plusieurs processeurs peuvent être classifiés en fonction de ladistance qui les sépare. Il y a d’abord, pour les systèmes de petite taille, les machines àflux de données, qui sont des ordinateurs parallèles dans lesquels plusieurs unitésfonctionnelles travaillent ensemble sur le même programme. On a ensuite lesmultiprocesseurs qui communiquent en s’envoyant des messages dans de petits bus àhaute vitesse. Viennent enfin les réseaux proprement dits dans lesquels des ordinateursparlent entre eux sur des supports plus étendus. Il existe plusieurs types de réseaux : lesréseaux locaux, les réseaux métropolitains, les réseaux étendus ou longue distance. Il y aégalement les interréseaux qui regroupent deux ou plusieurs réseaux; Internet en est unexemple type.

2.5 RÉSEAUX LOCAUX (LAN)

Nous avons examiné la question de la gestion des accès et du transfert des données enfonction des liaisons de télécommunication, puis de l’ordinateur central, dans laperspective d’un utilisateur désirant obtenir un rendement téléinformatique maximal avecdes ressources disponibles en quantité minimale. Voyons maintenant comment leproblème du partage des ressources peut être partiellement résolu par l’implantation desréseaux locaux.

On désigne par réseau local ou LAN (Local Area Network), une architecture de réseaudans laquelle un ensemble de terminaux, d’ordinateurs et d’autres équipements matérielssont reliés de façon économique. Pour qu’on puisse parler vraiment de réseau local, ilimporte que le territoire desservi soit circonscrit dans un rayon qui ne dépasse pas unedizaine de kilomètres. Toutefois, les réseaux locaux sont généralement implantés soitdans le même édifice, soit sur un campus.

Une fois construit, le réseau permet aux utilisateurs de partager les ressources du systèmeinformatique à partir des terminaux. Ces derniers sont reliés aux ordinateurs par dessupports physiques variés allant de la ligne téléphonique ordinaire au câble coaxial, enpassant par le câble multiconducteur, la paire torsadée et la fibre optique.

Il existe une variété de configurations pour les réseaux locaux. La plus connue est laconfiguration dite en étoile qu’illustre la figure 2.7. Cette technique utilise un auto-commutateur11 qui gère à la fois les lignes téléphoniques et les terminaux qu’elles relient.



FIGURE 2.7

La configuration en étoile.

La configuration en anneau, représentée à la figure 2.8, a pour principe de collecter lesdonnées par des terminaux ou des ordinateurs branchés sur une liaison en anneau. Lemode d’exploitation, qui reprend le principe du multiplexage temporel, consiste alors àallouer des tranches de temps à chaque terminal ou à chaque ordinateur branché sur leréseau local.

FIGURE 2.8

La configuration en anneau.



La méthode la plus simple pour réaliser un réseau local consiste cependant à utiliser uncâble d’une certaine longueur pour relier tous les ordinateurs et terminaux. C’est laconfiguration en bus12, représentée à la figure 2.9.

FIGURE 2.9

La configuration en bus.

Il faut remarquer que, dans la configuration en étoile, le trafic est contrôlé et réparti parune unité centrale intégrant les dispositifs de traitement et de stockage. À l’opposé, dansles configurations en anneau et en bus, les fonctions de stockage et de commutation sontdistribuées sur l’ensemble des dispositifs. Mais le trafic n’est pas exclusif à lacommunication entre terminaux et serveurs, il inclut aussi la communication entredifférents terminaux.

Une des caractéristiques principales des réseaux locaux est la grande vitesse defonctionnement qu’ils rendent possible. En effet, contrairement aux lignes téléphoniquesordinaires munies de modems, les lignes qui équipent les réseaux locaux permettentd’atteindre des vitesses de l’ordre de 10 à 100 Mb/s13. Les réseaux locaux plus récentsatteignent des débits beaucoup plus élevés, de l’ordre de centaines de mégabits parseconde. De telles vitesses servent essentiellement au transfert de données entreordinateurs. Ces réseaux assurent également de faibles délais de transmission et ne sont lasource que de très peu d’erreurs de transmission.

Par ailleurs, les réseaux locaux sont gérés par un groupe d’usagers. Le serveur est leterminal en charge de la gestion des communications au sein du réseau, du partage, entreplusieurs ordinateurs, de certaines ressources (grande unité de mémoire à disque,imprimante ou traceur à très grande vitesse, etc.), de l’accès aux bases de données, etc.

Il existe une grande variété de réseaux locaux faisant usage d’une variété de médias detransmission, de topologies et de politiques d’accès.

− Le réseau Ethernet C ou CSMA/CD est un réseau local fonctionnant à 10 Mb/s. Ilest compatible au standard IEEE 802.3.

− Le réseau Fast Ethernet ou 100 BaseT est un réseau local fonctionnant à 100 Mb/s;il existe également des réseaux Ethernet opérant à 1 Gb/s.

− Le réseau à jeton (token ring) est compatible au standard IEEE 802.5. Les vitessesde transmission sont de 1, 4 ou 16 Mb/s; toutefois, des réseaux à jeton opérant à100 Mb/s et à 1 Gb/s devraient apparaître sous peu sur le marché.



− Le réseau FDDI (Fiber Distribution Data Interface) est un réseau en anneauincluant la fibre optique multimode comme mode de transmission. La vitessed’opération est de 100 Mb/s.

− CDDI (Copper Distribution Data Interface) est une version sur fil de cuivre deFDDI; il fonctionne à la même vitesse, mais avec une distance plus limitée entre lesstations.

− Des réseaux locaux en mode de transmission asynchrone ATM (AsynchronousTransfer Mode) commencent à faire leur apparition sur le marché.

2.6 RÉSEAUX MÉTROPOLITAINS (MAN)

Un réseau métropolitain MAN (Metropolitan Area Network) dessert un grand campus ouune ville dans un rayon d’une cinquantaine de kilomètres. Un réseau métropolitain sertparfois à faire communiquer entre eux plusieurs réseaux locaux; il peut être aussi bienpublic que privé. Il est prévu de faire transiter dans les réseaux métropolitains desdonnées, de même que des informations audio et vidéo. Dans certains cas, un tel réseauest relié à un réseau câblé de télévision.

L’architecture des réseaux métropolitains est conforme à la norme DQDB (DistributedQueue Dual Bus). Elle comporte deux bus unidirectionnels auxquels sont connectés tousles ordinateurs. Chaque bus possède une unité chargée de faire démarrer la transmission,la tête de réseau. La procédure de communication est la suivante : toute informationdestinée à un ordinateur situé à droite de la machine émettrice emprunte le bus supérieur.De même, toute information destinée à un ordinateur situé à gauche de la machineémettrice emprunte le bus inférieur.

2.7 RÉSEAUX ÉTENDUS OU INTERNATIONAUX (WAN)

Un réseau international WAN (Wide Area Network) déborde la zone de quelques dizainesde kilomètres. Il dessert un pays, voire un continent.

Un réseau étendu est constitué d’un sous-réseau de communication permettant de relierentre eux un ensemble d’ordinateurs, les machines hôtes, qui exécutent des programmesutilisateurs. Le sous-réseau est constitué de lignes de transmission et de nœuds decommunication. Les lignes de transmission transportent les paquets d’information d’unemachine hôte à une autre, sur des supports de type câble, fibre optique, radio ou satellite.Les nœuds de communication, aussi appelés commutateurs ou routeurs, ont pourprincipale fonction l’aiguillage des paquets d’un commutateur à un autre jusqu’à ladestination. Dans le cas de liens par radio ou satellite, le routeur doit être muni d’uneantenne lui permettant d’émettre ou de recevoir.

Le système téléphonique est un réseau WAN par excellence. Les réseaux de transmissionde données WAN font usage de l’infrastructure du système téléphonique. Il en va ainsi duservice de télécopie, du courrier électronique (E-Mail) et des transactions EDI (ElectronicData Interchange).



2.8 INTRANETS

On appelle intranet un ensemble de réseaux locaux différents, parfois incompatibles,interconnectés à l’aide de passerelles. Ces dernières réalisent cette connexion en faisantles traductions nécessaires tant sur le plan matériel que sur le plan logiciel. Un intranet estsouvent constitué d’un ensemble de réseaux locaux reliés par un réseau métropolitain.

2.9 INTRODUCTION AU MODÈLE OSI

Présentons rapidement le modèle de référence OSI (Open System Interconnection) quidéfinit le modèle de normalisation théorique pour l’interconnexion de systèmes. Nousétudierons de façon plus approfondie ce modèle au chapitre 3.

Modèle de référence OSI

Le modèle de référence OSI définit sept niveaux de protocoles auxquels sont rattachéesdes fonctions particulières. Ces niveaux sont hiérarchisés, en ce sens que chaque niveauest construit sur le précédent. Ainsi, un niveau offre certains services à un niveausupérieur, sans que ce dernier ait à connaître les détails de l’implémentation de cesservices. L’avantage d’une telle hiérarchie est que les niveaux sont standardisés et quedes équipements provenant de différents manufacturiers et pouvant être appliqués à un ouplusieurs niveaux peuvent fonctionner ensemble.

Voyons les fonctions des 7 couches du modèle OSI.

1. La couche physique transpose les bits de chaque paquet de données sur le supportphysique (et l’inverse). Elle transmet également le signal représentant les trains debits sur un support physique.

2. La couche liaison adresse les paquets et les insère dans une trame (et l’inverse); elleassure également le transfert des trains binaires sans erreurs, ni duplication, ni pertepour la couche réseau.

3. La couche réseau divise les segments en paquets (et l’inverse) et réalise lacommutation et la détermination des routes pour les paquets.

4. La couche transport divise les messages en segments (et l’inverse) et assurel’intégrité de la transmission des données entre l’émetteur et le récepteur.

5. La couche session marque les limites des messages (et l’inverse). Elle fournit aussitous les moyens pour gérer les options (incluant le choix du mode decommunication).

6. La couche présentation assure le formatage et, dans certains cas, le compactage et lacryptographie des données (et l’inverse).

7. La couche application codifie les informations (et l’inverse). Elle fournit le servicequi convient à l’application envisagée et permet l’identification des ordinateurs et desterminaux communicants.



2.10 RELAIS

Un terminal informatique peut être défini par ces sept couches. Les nœuds se trouvant lelong des lignes de communication (interrupteurs, routeurs, etc.) n’ont besoin que descouches 1, 2 et 3, et sont appelés systèmes intermédiaires, que l’on différencie des nœudsterminaux.

− Les relais au niveau de la couche 7, sont des passerelles (gateways). Ces dernièrespermettent de relier entre eux des réseaux hétérogènes. Elles disposent de fonctionsd’adaptation et de conversion de protocoles à travers plusieurs couches, jusqu’à lacouche application. Elles permettent en plus d’accéder aux services des autresréseaux, donc à d’autres ressources.

− Les relais au niveau de la couche 3, sont des routeurs (routers). Ils assurent lesfonctions de routage et d’adressage des paquets dans le réseau. Pour cela, ilssélectionnent le chemin approprié pour diriger les paquets vers leur destination defaçon fiable. Les routeurs sont utilisés dans des réseaux comprenant des nœudsgéographiques distribués.

− Les relais au niveau de la couche 2, sont des ponts (bridges). Ces dernierspermettent de relier deux réseaux de technologies différentes. Ils peuvent égalementêtre utilisés pour réduire le trafic entre les réseaux; dans ce cas, ils agissent commeun concentrateur.

− Les relais au niveau de la couche 1, sont des répéteurs (repeaters). Ce sont deséquipements d’interconnexion qui permettent d’étendre la portée d’un signal enrégénérant le signal à partir du signal reçu.

2.11 MESURE DE PERFORMANCE

Dans cette section, nous nous penchons sur les questions ayant trait à la fiabilité desréseaux téléinformatiques, dont dépend la protection de l’intégrité des données. Nousallons donc aborder les différents facteurs qui peuvent influer sur la performance d’unréseau, à savoir le délai de transmission, le débit, la probabilité d’erreur, la disponibilité,la sécurité, l’extensibilité et le routage alternatif.

Délai de transmission

Le délai peut être défini comme le temps qui s’écoule entre l’émission du premiercaractère faisant la demande de communication jusqu’à la réception du premier caractèrede la réponse émanant du réseau.

Le délai est parfois défini par l’intervalle de temps qui s’écoule entre le premier caractèrefaisant la demande de communication jusqu’à la réception du dernier caractère de laréponse émanant du réseau.

Le délai de transmission d’un paquet dépend du traitement effectué sur ce paquet(identification, adressage, etc.), du délai dans la file d’attente du nœud de communication,de la longueur du paquet et du délai de propagation; généralement, c’est une fraction dela vitesse de la lumière. Chaque étape entre des nœuds de communication entraîne uncertain délai de transmission supplémentaire.



Le délai de file d’attente (D) (figure 2.10) dépend du taux d’occupation du serveur (τ), dutemps du service (Ts) et du taux d’arrivée des paquets (λ). Ces paramètres sont liés par lesrelations suivantes :

τ = λTs

et

ss TTD 1

+−

=τ

τ

où le premier terme est dû à l’attente, le second au serveur.

3 Ts

2 Ts

Ts

D

0 % 50 % 100 %τ

Délai de file d'attente

Taux d'occupationdu serveur

FIGURE 2.10

Délai de file d’attente en fonction du taux d’occupation du serveur.

Voyons un exemple. Si τ = 50 %, on a alors D = Ts, ce qui signifie que le temps passédans la file d’attente est plus long que celui du traitement dans le serveur.

Si la demande de service moyenne est λ = 40 paquets de données par seconde, que ladurée de conversation moyenne est Ts = 20 ms et que le facteur d’utilisation τ est de80 %, le délai moyen est de 100 ms = 0,1 s.

Débit

Le débit fait généralement référence à la vitesse binaire. Il y a lieu de différenciertoutefois entre la vitesse des bits transmis et celle des bits d’information, étant donné quede nombreux bits de gestion et de protocole accompagnent ces derniers.

Probabilité d’erreurs ou taux d’erreurs binaires

La probabilité d’erreurs, ou taux d’erreurs binaires (TEB) en communicationnumérique, est définie par le rapport du nombre de bits erronés reçus sur le nombre debits total transmis.



Une erreur de bit est une fausse interprétation d’un bit (0 pour 1, ou 1 pour 0). Cela est dûaux supports de transmission qui ne sont pas parfaits, comme nous l’avons implicitementsupposé jusqu’à présent.

Disponibilité

La disponibilité est le pourcentage de temps durant lequel la communication estfonctionnelle.

Par exemple, si un modem a un temps moyen d’utilisation entre les pannes (MTBF, MeanTime Between Failure) de 3 200 heures et que le temps moyen de réparation (MTTR,Mean Time to Repair) est de deux heures, la disponibilité du modem est de :

Disponibilité pMTBF

MTBF MTTR=

+

Disponibilité = 3200/3202 = 0,99937, soit 99,94 %.

La disponibilité de plusieurs liaisons en tandem (p1, p2, … pn) est le produit desdisponibilités des liaisons individuelles p1, p2, … pn. L’agrégation de système (systèmesen cascade) modifie donc la disponibilité de la liaison :

0.995 0.995 0.995 = 0.9953

− Pour cinq systèmes en cascade, la disponibilité passe à 0,975.

− Pour dix systèmes en cascade, la disponibilité passe à 0,95.

Par ailleurs, le parallélisme au moyen d’équipements informatiques redondants augmentela disponibilité du système. La disponibilité de deux liaisons en parallèle (p1 et p2) est

obtenue par l’expression : 1 − [(1 − p1) (1 − p2)].

0 .9 8S ys tè m e p rin c ip a l

0 .9 8S ys tè m e d e se co u rs

1 – (0,02) ⋅ (0,02) = 0,9996soit 99,96 %

Le choix de la configuration, pour augmenter la disponibilité, a toutefois des pendantséconomiques.



Sécurité

La sécurité couvre de nombreux domaines ayant trait à la protection des données contredes lectures non autorisées, des falsifications, etc. La cryptographie est une science visantà « sécuriser » l’information.

Extensibilité

L’extensibilité, c’est la facilité qu’a un réseau de communication d’augmenter le nombrede terminaux, ainsi que le nombre serveurs, en vue d’augmenter la performance dusystème; c’est un facteur non négligeable dans le choix du réseau de communication àmettre en place.

Routage alternatif

Un routage multiple vers une destination augmente la fiabilité d’une liaisontéléinformatique. En cas de mal fonctionnement d’une voie de liaison, une seconde ouune troisième, etc., peut prendre le relève. Ainsi, l’exploitation du système ne sera pasinterrompue.



NOTES DE BAS DE PAGE

1. Dans le contexte du fonctionnement d’un système téléinformatique, on entend parutilisateur, l’ordinateur ou le terminal « invité », rarement l’utilisateur humain; leterme d’usager, aussi employé, désigne comme le précédent l’équipement terminal,mais il a plus de chance d’inclure aussi son utilisateur humain ou l’abonné auservice.

2. Ou à un concentrateur. La description du concentrateur est donnée au point 2.2.1.

3. Les ordinateurs centraux ont été en mesure de supporter les réseaux à partir dumoment où ils ont été capables de fonctionner dans un contexte de multi-programmation et multiusager.

4. Rappelons que le terme « utilisateur » désigne généralement, dans un contextetélématique, un ordinateur ou un terminal « invité ».

5. La contention est un terme qui désigne à la fois la condition d’une liaison point àpoint, lorsque deux stations essaient de transmettre en même temps (en semi-duplex),et la procédure de règlement de ces conflits, par l’unité qui assure le contrôle deligne.

6. Comme on l’a vu précédemment, le concentrateur, grâce à sa non-transparence, peuttraiter certaines informations et assurer des fonctions pour les applications. Cettecaractéristique lui permet d’intégrer aujourd’hui de nouveaux services, différents deceux que lui conférait sa tâche originelle. Il y a donc complémentarité des deux typesd’équipements (concentrateur et multiplexeur), sauf en cas d’intégration pure etsimple du concentrateur au multiplexeur.

7. En anglais, ces techniques sont communément appelées bit interleasing pourl’entrelacement de bits et, pour l’entrelacement de caractères, byte interleasing.

8. Dans la transmission par paquets, le circuit virtuel correspond à une zone réservéedans la mémoire du concentrateur pour la durée de la communication, alors que laligne n’est physiquement occupée que pour la durée de transmission de chaquepaquet.

9. Le frontal est parfois appelé contrôleur de communication parce qu’il assureeffectivement le contrôle des communications, mais il fait bien plus que cela. Onparle encore de préprocesseur ou d’antéserveur, bien que ce dernier puisse parfoisassumer des tâches complémentaires.

10. Les techniques de pagination et de mémoire virtuelle sont surtout utilisées pour lesmini-ordinateurs et les gros ordinateurs (main-frames). Le principe de mémoirevirtuelle pourrait s’appliquer à l’ordinateur personnel (PC) dans un contexte demultiprogrammation. Toutefois, on utilise plutôt la technique d’une mémoire cache,car c’est une mémoire extrêmement rapide et mieux adaptée à l’environnement d’unordinateur personnel.



11. L’autocommutateur est un appareil assurant de façon automatique la commutation,c’est-à-dire les connexions nécessaires entre deux circuits pour l’établissement d’unecommunication.

12. Le bus est soit un conducteur électrique ou optique, soit un ensemble de conducteursmontés en parallèle, qui assure le transfert des informations à une ou plusieurssources et à un ou plusieurs destinataires. Notons, à titre d’information, que la normeEthernet de XEROX est basée sur l’exploitation d’une configuration en bus.

13. Nous avons traité, au premier chapitre, des types de lignes et des composants, parexemple la fibre optique, qui permettent de telles performances et sont facilementimplantables sur de faibles distances, ce qui est le cas du réseau local.

RÉFÉRENCES

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architecture des systèmes téléinformatiques : composants ......l’architecture d’un système...

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