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Veille technologique : Topologie des réseaux
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III - LES MOYENS DE TRANSMISSION :
On appelle moyen de transmission, l’équipement physique qui relie effectivement les noeuds du réseau. Ce moyen permet l’envoi et la réception des messages. Ces moyens de transmission peuvent être à guidage ou à diffusion.
Les moyens de transmission à guidage sont la paire torsadée, le câble coaxial (en bande de base ou en bande large), et la fibre optique. Pour ceux-là, l’information se propage sur le câble. Pour un moyen de transmission diffusée, l’information se propage sous forme d’ondes libres. Citons les ondes radio, les micro-ondes et les émissions infrarouges. La plupart des réseaux locaux utilisent une transmission guidée.
1) La paire torsadée (10 Base T) :
La paire torsadée à fils multiples est le moyen de transmission le plus simple. C’est aussi le plus connu dans la mesure où le système employé par les autocommutateurs des systèmes téléphoniques.
Le type le plus utilisé consiste en deux paires de fils de cuivre enrobés sous plastique que l’on vrille ensemble. Ces deux paires sont protégées par une même gaine externe. C’est le moyen de transmission le plus économique. Ces paires torsadées peuvent s’utiliser pour n’importe laquelle des topologies et on les trouve sur des réseaux qui desservent jusqu’à 256 dispositifs d’utilisation.
On peut transmettre avec un tel moyen, des signaux aussi bien analogiques que numériques selon le type de modulation utilisé. La largeur de bande disponible dépend de la distance entre répéteurs, des techniques de traitement de signal et de la qualité du fil.
On peut obtenir des débits de 1,5 Mbit/s mais la plupart des autocommutateurs privés de type PABX opèrent aujourd’hui à des débits qui s’étendent de 56 à 64 Kbit/s. Les dispositifs d’utilisation fonctionnent alors à un débit de 9600 bit/s sur des liaisons point à point, et de 1200 bit/s sur des liaisons multipoint. A débits faibles le taux d’erreur est petit mais ce taux augmente avec le débit. On peut multiplexer plusieurs signaux provenant d’équipements différents sur un même fil grâce à des techniques de multiplexage temporel (Time Division Multiplexing : TDM) ou fréquenciel (Frequency Division Multiplexing : FDM). Le principal avantage d’un système câblé de ce type réside dans son coût modéré mais les limites en fréquence en font un moyen de transmission bien moins souple que le câble coaxial (en bande de base et en bande large).
2) Câble coaxial en bande de base (10 Base 2) :
En bande de base, un câble coaxial ne peut transmettre qu’un signal numérique en mode semi-duplex. La modulation de fréquence (telle qu’elle est pratiquée en bande large) est ici impossible mais les trains de données à émettre subissent néanmoins un traitement spécial avant d’être transmis (codage Manchester, par exemple). Le débit binaire maximal autorisé (50 Mbit/s) est imposé par la largeur de bande totale du câble qui est de 50 Mhz, mais les débits usuels varient entre 3 Mbit/s et 10 Mbit/s. Le câble coaxial en bande de base est essentiellement utilisé pour les topologies linéaires type bus. Les réseaux habituels desservent de 200 à 1000 dispositifs. Leur longueur varie de 300 à 1200 m. Si on veut relier « en cascade » plusieurs réseaux de ce type, il faut recourir à des dispositifs de passerelles (et donc de répéteurs) pour l’interconnexion. Des techniques telles que le multiplexage temporel peuvent permettre de transmettre plusieurs messages simultanément sur un même câble.
Les réseaux en bande de base sont essentiellement destinés à la transmission de données mais certaines applications limitées en transmission de voix et d’image sont possibles. Ces applications ne peuvent pas être de type temps réel et elles exigent une numérisation préalable du signal. Il peut s’agir d’audio-messagerie en stockage et retransmission ou de transmission d’images vidéo en arrêt sur l’image. Le câble en bande de base est considéré comme un moyen de transmission passif car l’énergie électrique nécessaire provient des postes de travail.
En résumé, le réseau en bande de base s’avère utile lorsqu’un seul « type » d’utilisation est souhaité. Le cas de figure idéal est celui de transmissions éclatées entre ordinateurs, terminaux et périphériques pour lesquels les vitesses d’accès ne constituent pas une priorité fondamentale. Aucun autre signal (voix en analogique, par exemple) ne peut être transmis sur ce réseau. Les opérations coûteuses en temps (transfert de fichier) retardent l’accès au réseau des autres utilisateurs. Les transmissions simultanées sont impossibles.
3) Câble coaxial en bande large (10 Base 5) :
On appelle réseau en bande large un réseau à support de transmission à canaux multiples, fonctionnant à haute fréquence et capable de supporter les deux types de trafic :
- a) le trafic « éclaté », c’est-à-dire les transmissions à hautes contraintes de retards telles que celles qui interviennent entre un terminal et son ordinateur,
- b) le trafic persistant comme celui des transmissions vocales, les transferts de fichier ou la téléconférence.
Les câbles coaxiaux en bande large (et tout l’équipement qui s’y rattache) que l’on utilise dans les réseaux locaux sont identiques à ceux des systèmes standard de télévision par câble.
Grâce à sa bande passante de presque 400 Mhz, le câble peut transmettre un signal qui contient plusieurs informations indépendantes. Cette pluralité de l’information s’obtient par une technique de multiplexage de fréquence. On peut équiper le réseau de câbles normalisés à 6 Mhz type CATV (Community Antenna TeleVision) mais on peut aussi employer des câbles spécifiquement élaborés par les revendeurs.
Chaque canal que définit le multiplexage peut être alloué à la transmission vocale ou vidéo. Le câble peut ainsi transmettre un signal multifonctions constitué simultanément de trois types d’informations. A l’inverse de la transmission en bande de base, on peut disposer d’applications en temps réel.
Le signal qui circule sur le câble est de type analogique haute fréquence. C’est pourquoi les données doivent être modulées avant d’être transmises : on utilise à cet effet des modems (modulateur/démodulateur) haute fréquence. Les signaux sont émis en mode semi-duplex mais l’utilisation de deux canaux permet un mode duplex intégral.
Grâce aux systèmes d’amplification et à l’utilisation d’un large spectre de fréquence, les câbles en bande large ont des capacités beaucoup plus étendues qu’en bande de base. Ils peuvent desservir un plus grand nombre de postes (jusqu’à 2500) sur une plus longue distance (rayon maximal 80 km).
Le câble utilisé en bande large est considéré comme un moyen de transmission actif car l’énergie électrique qui active le réseau réside dans ce même réseau plutôt que dans les ressources utilitaires, comme c’était le cas en bande de base.
Les composantes internes de la plupart des réseaux sont en général compatibles avec les normes industrielles CATV. Cependant l’installation d’un réseau en bande large reste plus délicate que celle d’un réseau en bande de base.
La plupart de ces réseaux fonctionnent de la manière suivante : les porteuses sont toutes transmises vers un noeud central (appelé tête du réseau). Ce noeud central les retransmet alors à l’ensemble des autres noeuds. Il existe deux techniques pour obtenir ce caractère bidirectionnel des transmissions : le câblage simple et le câblage double.
Le câblage simple n’utilise qu’un seul câble mais une division en fréquence permet de remplir cette transmission à double sens. La bande passante disponible est en effet séparée en deux. La première partie constitue la bande directe qui contient les transmissions de la tête du réseau vers l’utilisateur. La seconde partie constitue la bande de retour qui contient elle, les informations qui vont de l’utilisateur à la tête du réseau. On peut modéliser un réseau à câblage simple par une structure arborescente, ce qui simplifie la conception et l’entretien du réseau. Un technicien peut fort bien tracer seul une telle topologie.
Ce que l’on appelle câblage double n’est en fait qu’un simple câble qui fait une boucle au niveau de la tête de réseau. On dispose ainsi de « deux » câbles, un câble direct et un câble de retour. La bande passante classique d’un câblage double vaut 346 Mhz (de 54 à 400 Mhz) : c’est deux fois la largeur de bande d’un système de câblage simple. Ces valeurs ne sont nullement normalisées et les câbles doubles Wangnet des laboratoires WANG, par exemple, ont une bande passante de 340 Mhz (de 10 à 350 Mhz). L’installation d’un câblage double rend les problèmes de conception et d’entretien plus délicats. Le bruit du câble croît avec la longueur et le nombre d’amplificateurs de ligne. Considérant que la longueur et le nombre d’amplificateurs de ligne ont doublé par rapport à un câblage simple, le bruit est bien plus élevé. La limitation en longueur et en unités d’amplification sont des facteurs dont il faudra tenir compte lors de la conception d’un réseau en câblage double.
Que le câblage soit simple ou double, les contraintes d’entretien pour de tels réseaux sont extrêmement faibles. Ceci est dû à la bonne fiabilité et aux bonnes moyennes de temps de bon fonctionnement (Mean Time Between Failure : MTBF) des dispositifs haute fréquence. Le câblage double est plus cher que le câblage simple. Ceci s’explique simplement : Il faut en effet deux fois plus de câble, de matériel et de châssis d’amplificateurs pour un même nombre de postes. On peut aussi avoir des problèmes de place pour desservir en câble toutes les composantes du réseau.
4) Le câble à fibre optique :
Une fibre optique se compose d’un coeur et d’une gaine. Le coeur est fabriqué dans un verre ou un plastique ayant un fort indice de réfraction. Ce coeur est entouré d’une gaine dont l’indice de réfraction lui est légèrement inférieur. D’autres gaines protègent et séparent les différentes fibres d’un même câble. Chaque fibre constitue de bout en bout une voie de transmission unidirectionnelle. Le rayon optique porteur peut être généré par des diodes lasers ou des diodes électroluminescentes (DEL). Les transmissions se font en général sur des liaisons point à point en bande de base. On obtient aisément des débits binaires allant jusqu’à 50 Mbit/s sur des distances de 10 km sans avoir recours à des répéteurs. Les fibres optiques présentent de très nombreux avantages :
- insensibilité aux interférences électriques,
- absence de bruit,
- faible diaphonie,
- insensibilité aux pannes de secteur et aux courts-circuits,
- tolérances à de mauvaises conditions atmosphériques ou chimiques,
- insensibilité aux radiations.
Même dans l’état actuel des technologies, la largeur de bande disponible sur une fibre optique est largement supérieure à celle de tout autre moyen de transmission. Tous les types de signaux, données, voix ou vidéo peuvent être transmis. Le câble fibre optique offre de plus une excellente sécurité car l’écoute clandestine est difficilement praticable. D’un point de vue matériel, son diamètre et son poids sont faibles et on peut facilement le loger dans des canalisations étroites.
Toutefois, malgré ces nombreux avantages, l’utilisation courante de la fibre optique pour les réseaux commerciaux n’est pas encore une réalité. Quelques inconvénients majeurs subsistent. Le prix est encore élevé (de l’ordre de 200 F le mètre). L’installation et l’entretien ne sont pas faciles : de telles opérations requièrent un personnel hautement qualifié. L’obstacle majeur semble cependant provenir de problèmes de dérivation. Techniquement, les dérivations de fibre optique causent souvent de grandes pertes de signal et la fiabilité demeure précaire. Ces problèmes devraient être résolus prochainement. D’ores et déjà, le câble à fibre optique semble être le moyen de transmission privilégié pour les réseaux locaux, dans les années à venir.
Le tableau ci-dessous est un résumé comparatif des caractéristiques de ces différents moyens de transmission.
IV - ARCHITECTURE DU RESEAU ET NORMALISATION :
Au sein d’un réseau local, il semble aujourd’hui indispensable que des appareils de constructeurs différents soient capables de communiquer. A cet effet, l’équipement doit répondre à certaines normes. Le National Bureau of Standard (NBS) définit constamment des normes pour les réseaux locaux basées sur le modèle d’architecture à 7 couches élaboré par l’International Standard Organisation (ISO). Le comité technique 802 de l’Institute of Electrical and Electronic Engineer (IEEE), développe également un système de normalisation qui devrait concerner l’accès aux moyens de transmission ainsi que les moyens de transmission eux-mêmes (paire torsadée, câble coaxial en bande de base et en bande large).
1) Le modèle ISO :
Le modèle d’architecture à sept couches définit les différentes couches qui semblent fondamentales pour la conception d’un système évolué de télétraitement.
La première couche concerne les connexions physiques (c’est-à-dire électriques) entre le matériel et le réseau. La seconde couche porte le nom de couche liaison : elle traite de la manière dont sont transmises les données sur le réseau local. L’ensemble des quatre premières couches constitue le sous-système de transmission.
On peut considérer ce sous-système comme l’outil dont se servent les couches supérieures pour transférer les données. Nous présentons ici une description succincte de ces sept couches.
Les couches 1 et 2 représentent le domaine d’application des normes IEEE 802.
- Couche 1 : LA COUCHE PHYSIQUE :
Cette couche a pour tâche de gérer les différentes caractéristiques électriques et fonctionnelles ainsi que les techniques de traitement qui sont nécessaires à l’établissement, au maintien puis à la coupure d’une liaison physique. Il peut s’agir par exemple de la jonction entre un terminal et son unité d’interface ou de la jonction de cette même interface avec le réseau. Il faut alors que les niveaux électriques ou les durées d’impulsion soient compatibles. Quelques uns des avis relatifs à cette couche sont : RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, V24 et X21.
- Couche 2 : LA COUCHE LIAISON :
Elle est responsable de l’acheminement des messages à travers les liaisons physiques. Les procédures de contrôle de cette couche s’occupent notamment de définir les en-têtes ainsi que les en-queues des blocs de données (appelés trames à ce niveau) ainsi que de définir les protocoles de transfert de ces blocs. Par exemple, il peut s’agir de la détection et la correction d’erreurs, de l’adressage des messages ou du formatage des trames. Comme exemple d’avis de normalisation on peut citer :
- la procédure de commande de liaison de données à haut niveau ou procédure HDLC (High level Data Link Control procedure) pour les messages travaillant au niveau bit,
- l’avis ANSI (American National Standard Institute) X 328 pour les messages travaillant au niveau caractère.
- Couche 3 : LA COUCHE RESEAU :
Cette couche se charge d’établir des circuits virtuels pour les échanges de données ainsi que du contrôle des opérations entre réseau et utilisateur. Ainsi, le message d’un utilisateur peut être éclaté en plusieurs paquets qui sont alors transmis sur des liaisons distinctes. A la réception il faut alors réassembler les différents paquets d’un même message. L’avis associé a cette couche est le X 25.
- Couche 4 : LA COUCHE TRANSPORT :
Cette couche concerne le dialogue d’un bout à l’autre du réseau entre les processus des utilisateurs. Les fonctions mises en oeuvre peuvent être des contrôles globaux d’intégrité destinés à prévenir des pertes ou à empêcher le double traitement des transactions. Il peut encore s’agir de contrôler des flux ou des séquences. L’ensemble de ces quatre premières couches assure donc le transport des blocs de bits d’un utilisateur à l’autre.
- Couche 5 : LA COUCHE SESSION :
Cette couche est responsable du dialogue entre deux utilisateurs (établissement, maintien, rupture). Un protocole règle le droit à la transmission des utilisateurs et la durée de ces transmissions. Il gère également leur ordre et leur interruption.
- Couche 6 : LA COUCHE PRESENTATION :
Cette couche permet de transformer les données traitées afin de les rendre compréhensibles à la couche application. Il s’agit de transformer des données binaires en un affichage cohérent et lisible ou de préparer une sortie imprimante. Ceci inclut notamment le chiffrement et le déchiffrement, la suppression de caractères nuls ou l’expansion de caractères ainsi que les traductions des codages.
- Couche 7 : LA COUCHE APPLICATION :
Cette couche contient les fonctions de haut niveau qui définissent les activités du système comme le contrôle des transferts de fichiers, les activités concernant les bases de données distribuées ou l’assistance aux opérateurs. Certains contrôles de cette couche assurent l’exécution en temps partagé des dialogues ou les sorties en temps partagé de ces dialogues. C’est le cas pour la télésoumission des travaux ou la messagerie électronique.
Les normes IEEE 802 ne s’appliquent qu’aux deux premières couches définies par ce modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (Open Systems Interconnection : OSI) mais les travaux progressent et on devrait aboutir à des réseaux locaux qui répondent à l’ensemble des normes pour les sept couches.
Pour l’instant, ce modèle ISO reste un cas de figure idéal et très peu de constructeurs adoptent entièrement ces normes. En réalité, les constructeurs se contentent d’appliquer ce système de normalisation aux deux premières couches de leurs systèmes et rares sont ceux qui respectent les normes proposées pour les couches supérieures.
En fin de compte, c’est le développement des travaux de l’IEEE et du NBS qui vont fixer les caractéristiques des réseaux. L’architecture des réseaux locaux doit être conçue pour s’adapter facilement à ces normes.
Le protocole IEEE 802.x est constitué de plusieurs trames. La trame est la plus petite partie que peuvent s’envoyer deux cartes réseaux.
Le procédé en est simple. Pour communiquer la carte 1 va descendre de toutes ses couches et va remonter dans celles de la carte 2.
V - PONTS, ROUTEURS ET TRAMES :
1) Ponts et routeurs :
Un répéteur relie deux tronçons.
Un pont réuni deux tronçons (Media Access Control : MAC).
Dans les anciennes versions de Netware, Novell parlait de « pont » (bridge).
En fait, il s’agit d’un routeur, qui gère donc en couche 3 et non pas en 2 simplement.
C’est un PC qui transforme et transporte des protocoles où l’on définit des routes de secours en cas de pannes. Ces chemins sont définis soit automatiquement par le serveur soit manuellement.
Il consiste en au moins deux cartes dans une machine permettant le partage d’informations d’un réseau physique à un autre.
Le routeur est utile si on dépasse les distances autorisées en interne et si on veut faire communiquer des réseaux distants.
2) Trames :
Il s’agit d’une variation de protocoles, telles que Ethernet II (TCP/IP ou UNIX), Ethernet 802.3 (IPX), Ethernet 802.2 (ODI), Ethernet SNAP (Apple EtherTalk, ou TCP/IP UNIX), Token Ring ou Token-Ring SNAP.
Dans un environnement Ethernet, les stations communiquent entre elles en envoyant les données par trame d’un bout à l’autre du réseau. Les standards, IEEE 802.3 et Ethernet II (ou Ethernet) utilisent des trames de formats différents comme le montrent les schémas suivants.
TRAME IEEE 802.3
| Destination |
Source |
Taille |
Unité de Données |
| 6 Octets |
6 Octets |
2 Octets |
46-1500 Octets |
TRAME ETHERNET II
| Destination |
Source |
Type |
Données |
| 6 Octets |
6 Octets |
2 Octets |
46-1500 Octets |
Les trames Ethernet II contiennent un protocole unique ID ou PID (représenté dans le champs « Type » de la trame) alors que les trames IEEE 802.3 n’en contiennent pas. Les stations utilisant des standards différents ne peuvent pas coexister sur le même système de câblage Ethernet. Cependant, les stations Ethernet II utilisant des numéros de protocole différents sur un système de câblage Ethernet II pourront coexister, mais ne pourront pas établir de communications entre elles.
Netware utilise le standard IEEE 802.3 par défaut. Néanmoins, on pourra configurer les serveurs de fichiers, les postes de travail et les routeurs pour utiliser le standard Ethernet II. Pour ce faire on devra :
- Spécifier Ethernet II quand on chargera le pilote de réseau Ethernet durant l’installation
- Exécuter le protocole du serveur de fichier autre que celui créé par Novell : IPX
- Exécuter l’utilitaire ECONFIG sur les postes de travail appropriés et le programme du routeur.
NB : Pour configurer les stations de travail et les routeurs afin d’utiliser les standards IEEE 802.3 ou Ethernet SNAP, on aura besoin de charger les pilotes ODI (Open Datalink Interface)
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