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Un réseau est un ensemble de constituants électroniques et informatiques (ordinateurs, automates programmables, cartes électroniques programmables, constituants d'acquisition ou de commande informatisés...) interconnectés, qui communiquent pour pouvoir partager des informations (voix, données, images...) ou des applications quelquesoit les distances qui les séparent.

1. Caractéristiques d'un réseau

1.1. Topologie physique :

la topologie en bus : la plus simple mais de moins en moins utilisée ! Toutes les machines sont connectées entre elles par câble coaxial

et toutes reliées à un même bus. Le principal inconvénient de cette topologie est qu'il est très difficile de repérer un nœud défaillant. Si un nœud est défaillant tout le réseau l’est !!!

la topologie en étoile : On peut aisément retirer une des connexions en la débranchant

du concentrateur sans pour autant paralyser le reste du réseau. En revanche un réseau à topologie en étoile est plus onéreux

qu'un réseau à topologie en bus car un équipement central permettant l’interconnexion est nécessaire (concentrateur(hub), commutateur (switch) ou routeur (router)).

La topologie en arbre peut permettre de relier plusieurs

réseaux en étoile sur différents niveaux.

La topologie maillée : Utilisée principalement par Internet, les réseaux maillés utilisent

plusieurs chemins de transferts entre les différents nœuds. Ce sont des routeurs intelligents qui intègrent des tables de routages et déterminent dynamiquement la meilleure voie parmi toutes celles possibles. Cette méthode garantit le transfert des données en cas de panne d'un nœud. Elle est complexe à mettre en œuvre et ne peut pas être utilisée dans les réseaux locaux.

Remarque : Un réseau sera aussi défini par le nombre de nœuds maximum que l’on peut interconnecter. 1.2. Débit d’un réseau : Exprimé en bps (bit/sec) cela représente la quantité de données (bits) transmises en 1 seconde.

SSI

SCIENCES DE

L’INGENIEUR St Jo

Avignon

LES RESE UX FICHE

RESSOURCE

V Chassilian

Equipement central

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1.3. Distance ou portée d’un réseau : Suivant la distance, on distingue plusieurs catégories de réseaux :

Le réseau local (LAN : Local Area Network), correspond à une communication en réseau entre machines sur un périmètre réduit (<quelques kms). Ce sont des réseaux dits « privés » que l’on trouve au sein d’une entreprise : Etablissement scolaire, laboratoire, bâtiment, ensemble de bâtiments.

Le réseau étendu (WAN : Wide Area Network) sont des réseaux étendus, généralement réseaux dits

"publics" (gérés par des opérateurs publics ou privés), et qui assurent la transmission des données sur des longues distances à l’échelle d’un pays ou de la planète. Internet est un WAN (réseau étendu public).

Autres dénominations connues : MAN (Metropolitan Area Network), PAN (Personal Area Network),

WPAN et WLAN (Wireless ...), SAN (Storage Area Network), ...

Exemple :

1.4. Topologie logique : Cela précise de quelle manière (avec quel protocole) les équipements communiquent entre eux.

Ces protocoles ont pour fonction de standardiser la forme des informations transmises indépendamment du type de machines constituant le réseau (réseau hétérogène). Ils déterminent des règles et des procédures d’acheminement des informations ainsi que les procédures à effectuer en cas d'erreur.

2. Eléments d’un réseau Pour constituer un réseau, il faut mettre en œuvre un certain nombre de composants matériels et logiciels. 2.1. Les composants logiciels d’un réseau

Afin d'établir le réseau au niveau logique, il est nécessaire de mettre en place dans la machine un certain nombre de logiciels qui dépendent de l'importance du réseau. Il s'agit en particulier des logiciels réseau, des systèmes d'exploitation en réseau et des protocoles de communication (navigateur, client de messagerie, serveur web,…).

2.2. Les composants matériels d'un réseau Un réseau devient accessible à toute machine si celle-ci dispose d’interfaces physiques de câblage : La carte de communication (appelée Network Interface Card en anglais, notée NIC)

est une électronique de communication directement implantée dans la machine qui constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau.

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Appelée aussi « carte réseau », sa fonction est de préparer, d’envoyer et de contrôler les données sur le réseau.

La carte réseau possède généralement deux témoins lumineux (LEDs) : Une LED verte correspond à l'alimentation de la carte et une LED orange (10 Mb/s) et rouge (100 Mb/s) ou 2 LED vertes indiquent une activité du réseau (envoi ou réception de données).

Pour communiquer en réseau sans fils, les ordinateurs, les modems

et les périphériques doivent être équipés de récepteurs/émetteurs WiFi (adaptateur USB WiFi, carte PCI WiFi, ou PCMCIA WiFi pour les ordinateurs portables).

Les supports de communication & connecteurs : Les canaux de transmission ont pour fonction d'acheminer les informations d'une machine à l'autre le plus

rapidement possible, les 2 canaux les plus utilisés sont :

Le câble à paire torsadée droit ou croisé avec

connecteur RJ45, Le plus simple à utiliser et le moins cher. Il est constitué de 8 fils reliés en paires torsadées, selon la distance le diamètre de ces fils sera plus ou moins important.

Il existe des câbles droits pour la connexion d’un PC vers un HUB, SWITCH ou PROXY, ou croisés pour la connexion de 2 PC entre eux.

La fibre optique est le canal de transmission le plus

cher car composé d’un cylindre de verre mince entouré de gaine optique (filaments de verre).

L’ensemble est entouré d’une gaine protectrice. Equipée de connecteurs spécifiques fibre optique.

Le WiFi (Wireless Fidelity) est le nom d'une norme

donnée à un type de réseau sans fil développé pour les communications informatiques. Il permet de supprimer les câbles et de résoudre les problèmes de distances & d’obstacles… La liaison utilise des ondes radioélectriques. L’avantage de cette technologie est la facilité d’installation et de connexion, son point faible est la sécurité, mais les normes WiFi sont de plus en plus sécurisées. Pour + de sécurité : éviter le DHCP, activer le cryptage WEP ou définir par filtrage des adresses MAC, les machines et les périphériques qui ont le droit d’accéder au réseau.

Contrairement à un réseau filaire, la bande passante varie avec les distances. Plus le périmètre est restreint, plus les performances sont optimales. La nature des murs, parois et plafonds joue énormément sur la qualité et la performance du réseau. Des antennes WiFi optionnelles, servant à amplifier le signal, peuvent dans certains cas, être installées.

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L’équipement central d’interconnexion :

Niveau 1 Couche Physique

Niveau 2 Couche liaison

Niveau 3 Couche réseau

Répéteur(tranceiver) Concentrateur (hub) Pont (bridge) + Commutateur (switch)

Routeur (router)

Positionné entre deux tronçons, il aura pour fonction de régénérer le signal transmis pour compenser son affaiblissement. Il augmente la distance d’un segment et permet de changer le support physique.

Il interconnecte les éléments sur le même réseau physique. C’est un répéteur multi-ports.

Il interconnecte des équipements d’un même réseau physique (LAN). Il analyse et filtre les trames, il assure la fonction de répéteur. Le débit est identique sur tous les ports.

Il permet d’acheminer des paquets d’un réseau logique vers un autre. C’est un boitier comprenant carte mère + microprocesseur + mémoires.

Pour relier des réseaux hétérogènes on utilisera une « passerelle ». Cet équipement d’interconnexion

traduira le protocole de communication en un autre protocole. Par exemple, dans un réseau comprenant des PC et une API, on utilisera une passerelle TCP/IP-Modbus :

Le pare-feu : Le pare-feu (firewall) est un dispositif de sécurité qui examine et

éventuellement bloque les échanges de données entre réseaux. C’est le proxy qui fait office de firewall pour tout le réseau, ce qui en fait une sécurité de plus en cas d'attaque.

Le proxy permet de relayer les requêtes entre un poste client et un serveur d’application. Il est donc utilisé pour accélérer les performances (mise en mémoire cache), pour journaliser les requêtes (historique), filtrer, authentifier un accès. On l’utilise systématiquement en entreprise ou dans les établissements scolaires.

Remarque : Lorsque l’on veut se connecter à internet, il faudra utiliser un modem (modulateur-démodulateur). C’est un périphérique servant à communiquer avec des utilisateurs distants par l'intermédiaire d'un réseau

analogique (comme une ligne téléphonique). Il permet de convertir les signaux issus du PC afin de les adapter au réseau sur lequel on va envoyer les informations.

Protocole TCP/IP Protocole Modbus

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3. Les modèles de référence :

3.1. Présentation : Le modèle DoD (Department Of Defense) comprenant 4 couches de la famille des protocoles TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) Ce protocole est utilisé par les réseaux intranet (interne à une unité organisationnelle), internet (réseau de

réseaux interconnectés sur la planète), extranet (externe à une unité organisationnelle). Le modèle OSI (Open Systems Interconnection), créé en 1978 par l'organisation internationale de

normalisation (ISO), a pour objectif de constituer un modèle de référence d'un réseau informatique. Cette approche est plus théorique et décompose le fonctionnement en 7 couches.

3.2. Organisation des couches :

Organisation des couches : Modèle DoD Les quatre premières couches dites basses, assurent l'acheminement des informations entre les extrémités

concernées et dépendent du support physique. Les trois autres couches, dites hautes, sont responsables du traitement de l'information relative à la gestion des échanges entre systèmes informatiques.

La couche physique : Elle décrit les caractéristiques physiques de la communication (supports, connecteurs, types de

codage, niveau des signaux, distances maxi,…). Elle permet la communication des bits de la trame de la couche supérieure sur le réseau physique.

La couche liaison de données :

Spécifie comment les paquets de la couche supérieure sont transportés. Elle crée les trames et s’assure de leur acheminement sans erreur.

La couche Réseau

Elle résout les problèmes de l’acheminement des paquets à travers un réseau et permet de transférer des données pour de nombreux protocoles de plus haut niveau.

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La couche Transport Elle est responsable du transport des données de bout à bout au travers du réseau.

La couche Session

Elle établit une communication entre émetteur et récepteur en assurant l’ouverture et la fermeture des sessions.

La couche Présentation Elle met en forme les informations échangées pour le rendre compatible avec l’application

destinatrice. Lorsque les systèmes sont hétérogènes, elle peut comporter des fonctions de traduction ou de cryptage.

La couche Application Elle apporte les services de base offerts par le réseau pour les logiciels applicatifs.

3.3. Connexions entre deux réseaux :

4. Catégories de réseaux : Il y a lieu de distinguer :

- l’architecture client/serveur centralise les ressources sur un ou plusieurs serveur(s), ce qui offre des services pour le client. Elle est employée pour des structures comportant un grand nombre de machines ou relevant d'une sécurité importante. La communication s’initie toujours à la demande du client.

- l’architecture poste à poste ou pair-à-pair (peer to

peer) dans le cas d'une architecture matérielle disposant de peu de machines, la gestion logicielle consiste à partager des imprimantes et des fichiers. La sécurité et les droits d'accès sont fixés sur chacune des machines. Cette architecture permet de partager simplement des fichiers et des flux multimédias (streaming). Tous les PC jouent le rôle de client et de serveur.

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5. Adressage : 5.1. Présentation du protocole TCP-IP :

Organisation et rôle des différentes couches :

Le TCP va vérifier que le destinataire est prêt à recevoir la donnée, découper des données en paquets numérotés et de les ré-assembler lors de leur réception. C’est un environnement Client/Serveur.

5.2. Les différentes adresses :

Les adresses vont permettre de s’identifier. Dans un réseau informatique on distinguera :

L’adresse physique utilise une adresse matérielle « MAC » permettant d’identifier de façon unique

l’interface de communication d’un équipement sur un réseau physique. Elles sont utilisées en entête des trames de la couche liaison afin d’identifier émetteur et destinataire, codées sur 6 octets. Elle ne donne pas d’information sur la situation « géographique » de l’équipement, elle doit donc être associée à un adressage logique sur la couche réseau.

L’adressage IP intervient au niveau de la couche réseau et permet d’identifier un équipement dans un

réseau. Chaque équipement aura une adresse IP différente. Les adresses IP seront utilisées en entête des paquets afin d’identifier émetteur et récepteur.

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Codées sur 32 bits elles utilisent une notation décimale pointée séparant 4 nombres décimaux 0<N<255. Elles se décomposent en 2 parties : l'adresse du réseau (netID) et l'adresse de la machine à l'intérieur du réseau (hostID) La longueur de l’adresse du réseau est définie par le masque de sous réseau. Pour que 2 machines soient

dans le même réseau elles doivent avoir la même adresse réseau mais une adresse machine différente. Il existe 3 classes d'adresses différentes : Classe A : 0xxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx (126 Réseaux, 16777214 PC) Classe B : 10xxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx (16384 Réseaux, 65534 PC) Classe C : 110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx (2097152 Réseaux, 254 PC) Les adresses de classe A sont réservées aux très grands réseaux (IBM, Zerox, DEC, Hewlett-Packard…), les

adresses de classe B aux réseaux de taille moyenne (Microsoft en fait partie) tandis que l'on attribuera les adresses de classe C à des petits réseaux d'entreprise par exemple.

Remarques : R1 / Le protocole DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) permet d’allouer dynamiquement des

adresses IP aux machines qui se connectent au réseau. Le but étant de simplifier l’administration réseau. Un serveur DHCP ayant une adresse fixe va distribuer les adresses IP aux machines effectuant une requête DHCP.

R2 / Ping Pour s’assurer qu’un poste est bien relié au réseau, il faudra « pinguer » ce poste par

l’intermédiaire d’un autre poste. Pour cela, dans on notera : ping suivi de l’adresse du poste dont on souhaite

vérifier la connexion : R3 / Le routeur doit avoir une adresse IP dans chacun des réseaux qu’il va relier. Chaque netID devra être

similaire aux netID des machines connectées.

5.3. Description d’une trame : Une trame correspondant à l’information à communiquer est envoyée simultanément à toutes les

machines :

5.4. Application à un cas concret :

IP :

ID :

PC A :

IPA :

IPB

IDA :

IDB :

Routeur :

IP :

ID :

PC B :

Paquet

TRAME A Paquet

TRAME B

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6. Le réseau Ethernet Le réseau Ethernet fonctionne selon un protocole TCP/IP. Sachant que deux machines ne peuvent envoyer simultanément des informations sur le réseau, une

méthode d'accès au canal de transmission est nécessaire, la méthode utilisée se nomme CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Détection), elle permet la gestion des conflits : lorsqu'une machine a une information à transmettre, elle doit attendre que le canal soit libre pour utiliser le réseau.

Méthode dite probabiliste, elle ne garantit en aucun cas que la station arrivera à émettre. Le nombre de collisions augmente en fonction du nombre de nœuds actifs sur le réseau. 7. Le réseau Internet C’est un réseau de réseaux utilisant le

protocole TCP/IP. Il fait intervenir des opérateurs, qui assurent le transport de l’information (France Telecom,…) et des prestataires de service qui fournissent à leurs clients des connexions sur le réseau Internet (Orange, free …).

Les navigateurs http utilisent le protocole TCP/IP pour

envoyer et recevoir des pages html. Vos emails utilisent des protocoles SMTP et POP3 utilisant le

TCP/IP. Grâce à l’organisation DNS (Domain Name System), il est

possible d'associer des noms en langage courant aux adresses numériques.

Le nom de domaine identifie une organisation dans l'internet. Chaque organisation dispose d'un ou plusieurs réseaux.

Ces réseaux sont composés de nœuds pouvant être adressés. 8. Les réseaux de terrain : Ils sont nés de la nécessité d’interconnecter divers équipements de contrôle et de mesure afin de leur

permettre d’échanger des informations le plus rapidement possible en vue de leur exploitation. Les composants de ce réseau doivent disposer d'interfaces adaptées au monde industriel.

Les réseaux de terrain doivent satisfaire des contraintes particulières : ils doivent tolérer les pannes, ils doivent être capables d'écouler les pointes de trafic en un temps minimal garanti (tous les capteurs et actionneurs peuvent communiquer en même temps), ils doivent admettre des niveaux de priorité afin de privilégier certains capteurs plus « sensibles ». Ces réseaux sont actuellement dits «propriétaires », c'est-à-dire que les protocoles de communication sont dépendants du fabricant.

8.1. Le réseau CAN et VAN : Il est très utilisé dans l’automobile afin de connecter les différents éléments (capteurs et

actionneurs) vers l’UCT. Son avantage est que toutes les informations circulent sur un même fil, les éléments n’ont pas une adresse, c’est la trame qui porte l’adresse que l’information souhaite atteindre. Ce protocole de communication appelé « busCan » est géré par un microprocesseur.

8.2. Le bus I2C : La technologie de bus permet de placer plusieurs modules sur les mêmes fils, chacun étant identifié par son

adresse qui lui est propre et unique. 8.3. Le réseau Modbus : Il permet de relier des automates par RS 485 (2 fils) et fonctionne selon un protocole « maitre-esclave ».