Introduction.

  Les réseaux informatiques qui permettaient à leur origine de relier des terminaux passifs à de gros ordinateurs centraux autorisent à l'heure actuelle l'interconnexion de tous types, d'ordinateurs que ce soit de gros serveurs, des stations de travail, des ordinateurs personnels ou de simples terminaux graphiques. Les services qu'ils offrent font partie de la vie courante des entreprises et administrations (banques, gestion, commerce, bases de données, recherche, etc...) et des particuliers (messagerie, loisirs, services d'informations par minitel et Internet ...).

  

Figure: Classification des réseaux informatiques selon leur taille.

On peut faire une première classification des réseaux à l'aide de leur taille comme on peut le voir dans la figure 1.1.

Les bus que l'on trouve dans un ordinateur pour relier ses différents composants (mémoires, périphériques d'entrée-sortie, processeurs, ...) peuvent être considérés comme des réseaux dédiés à des tâches très spécifiques.

Les structures d'interconnexion sont des réseaux de très haut débits, mais de faible étendue, et regroupent les pré et post-processeurs des ordinateurs vectoriels par exemple. En effet l'usage d'un super-calculateur (Cray notamment) nécessite un ordinateur, dit frontal, qui lui prépare les données et recueille les résultats.

Un réseau local (Local Area Network) peut s'étendre de quelques mètres à quelques kilomètres et correspond au réseau d'une entreprise. Il peut se développer sur plusieurs bâtiments et permet de satisfaire tous les besoins internes de cette entreprise.

Un réseau métropolitain (Metropolitan Area Network) interconnecte plusieurs lieux situés dans une même vile, par exemple les différents sites d'une université ou d'une administration, chacun possédant son propre réseau local.

Un réseau étendu (Wide Area Network) permet de communiquer à l'échelle d'un pays, ou de la planète entière, les infrastructures physiques pouvant être terrestres ou spatiales à l'aide de satellites de télécommunications.

  

Figure: Topologie des réseaux informatiques.

On peut également différencier les réseaux selon leur structure ou plus précisément leur topologie comme illustré dans la figure 1.2. On y distingue ainsi deux classes de réseaux :

• ceux en mode de diffusion
• ceux en mode point à point

Le premier mode de fonctionnement consiste à partager un seul support de transmission. Chaque message envoyé par un équipement sur le réseau est reçu par tous les autres. C'est l'adresse spécifique placée dans le message qui permettra à chaque équipement de déterminer si le message lui est adressé ou non. À tout moment un seul équipement à le droit d'envoyer un message sur le support, il faut donc qu'il <<écoute>> au préalable si la voie est libre; si ce n'est pas le cas il attend selon un protocole spécifique à chaque architecture. Les réseaux locaux adoptent pour la plupart le mode diffusion sur une architecture en bus ou en anneau et les réseaux satellitaires ou radio suivent également ce mode de communication. Dans une telle configuration la rupture du support provoque l'arrêt du réseau, par contre la panne d'un des éléments ne provoque pas (en général) la panne globale du réseau.

Dans le mode diffusion point à point le support physique (le câble) relie une paire d'équipements seulement. Quand deux éléments non directement connectés entre eux veulent communiquer ils le font par l'intermédiaire des autres nuds du réseau.

Dans le cas de l'étoile le site central reçoit et envoie tous les messages, le fonctionnement est simple, mais la panne du nud central paralyse tout le réseau

Dans une boucle simple , chaque nud recevant un message de son voisin en amont le réexpédie à son voisin en aval. Pour que les messages ne tournent pas indéfiniment le nud émetteur retire le message lorsqu'il lui revient. Si l'un des éléments du réseau tombe en panne, alors tout s'arrête. Ce problème est partiellement résolu par la double boucle dont chacune des boucles fait tourner les messages dans un sens opposé. En cas de panne d'un équipement, on reconstitue une boucle simple avec les éléments actifs des deux boucles, mais dans ce cas tout message passera deux fois par chaque nud. Il en résulte alors une gestion très complexe.

Dans le maillage régulier l'interconnexion est totale ce qui assure une fiabilité optimale du réseau, par contre c'est une solution coûteuse en câblage physique. Si l'on allège le plan de câblage, le maillage devient irrégulier et la fiabilité peut rester élevée mais elle nécessite un routage des messages selon des algorithmes parfois complexes. Dans cette architecture il devient presque impossible de prévoir le temps de transfert d'un nud à un autre.

Quelle que soit l'architecture physique d'un réseau on trouve deux modes de fonctionnement différents :

• avec connexion
• sans connexion

Dans le mode avec connexion, toute communication entre deux équipements suit le processus suivant:

1.

l'émetteur demande l'établissement d'une connexion par l'envoi d'un bloc de données spécial

2.

si le récepteur (ou le gestionnaire de service) refuse cette connexion la communication n'a pas lieu

3.

si la connexion est acceptée, elle est établie par mise en place d'un circuit virtuel dans le réseau reliant l'émetteur au récepteur

4.

les données sont ensuite transférées d'un point à l'autre

5.

la connexion est libérée

C'est le fonctionnement bien connu du réseau téléphonique classique. Les avantages du mode avec connexion sont la sécurisation du transport par identification claire de l'émetteur et du récepteur, la possibilité d'établir à l'avance des paramètres de qualité de service qui seront respectés lors de l'échange des données. Les défauts sont la lourdeur de la mise en place de la connexion qui peut se révéler beaucoup trop onéreuse si l'on ne veut échanger que quelques octets ainsi que la difficulté à établir des communications multipoint.

Dans le mode sans connexion les blocs de données, appelés datagrammes , sont émis sans vérifier à l'avance si l'équipement à atteindre, ainsi que les nuds intermédiaires éventuels, sont bien actifs. C'est alors aux équipements gérant le réseau d'acheminer le message étape par étape et en assurant éventuellement sa temporisation jusqu'à ce que le destinataire soit actif. Ce service est celui du courrier postal classique et suit les principes généraux suivants:

• le client poste une lettre dans une boîte aux lettres
• chaque lettre porte le nom et l'adresse du destinataire
• chaque client a une adresse propre et une boîte aux lettres
• le contenu de l'information reste inconnu du prestataire de service
• les supports du transport sont inconnus de l'utilisateur du service

D'autre part il existe plusieurs types de commutation dont les principaux sont :

• la commutation de circuits : c'est historiquement la première à avoir été utilisée, par exemple dans le réseau téléphonique à l'aide des auto-commutateurs. Elle consiste à créer dans le réseau un circuit particulier entre l'émetteur et le récepteur avant que ceux-ci ne commencent à échanger des informations. Ce circuit sera propre aux deux entités communiquant et il sera libéré lorsque l'un des deux coupera sa communication. Par contre, si pendant un certain temps les deux entités ne s'échangent rien le circuit leur reste quand même attribué. C'est pourquoi, un même circuit (ou portion de circuit) pourra être attribué à plusieurs communications en même temps. Cela améliore le fonctionnement global du réseau mais pose des problèmes de gestion (files d'attente, mémorisation,...)
• la commutation de messages : elle consiste à envoyer un message de l'émetteur jusqu'au récepteur en passant de nud de commutation en nud de commutation. Chaque nud attend d'avoir reçu complétement le message avant de le réexpédier au nud suivant. Cette technique nécessite de prévoir de grandes zones tampon dans chaque nud du réseau, mais comme ces zones ne sont pas illimitées il faut aussi prévoir un contrôle de flux des messages pour éviter la saturation du réseau. Dans cette approche il devient très difficile de transmettre de longs messages. En effet, comme un message doit être reçu entièrement à chaque étape si la ligne a un taux d'erreur de 10^-5 par bit (1 bit sur 10⁵ est erroné) alors un message de 100000 octets n'a qu'une probabilité de 0,0003 d'être transmis sans erreur.
• la commutation de paquets : elle est apparue au début des années 70 pour résoudre les problèmes d'erreur de la commutation de messages. Un message émis est découpé en paquets et par la suite chaque paquet est commuté à travers le réseau comme dans le cas des messages. Les paquets sont envoyés indépendamment les uns des autres et sur une même liaison on pourra trouver les uns derrière les autres des paquets appartenant à différents messages. Chaque nud redirige chaque paquet vers la bonne liaison grâce à une table de routage. La reprise sur erreur est donc ici plus simple que dans la commutation de messages, par contre le récepteur final doit être capable de reconstituer le message émis en réassemblant les paquets. Ceci nécessitera un protocole particulier car les paquets peuvent ne pas arriver dans l'ordre initial, soit parce qu'ils ont emprunté des routes différentes, soit parce que l'un d'eux a du être réémis suite à une erreur de transmission.
• la commutation de cellules : une cellule est un paquet particulier dont la taille est toujours fixée à 53 octets (5 octets d'en-tête et 48 octets de données). C'est la technique de base des réseaux hauts débits ATM (Asynchronous Transfert Mode) qui opèrent en mode connecté où avant toute émission de cellules, un chemin virtuel est établi par lequel passeront toutes les cellules. Cette technique mixe donc la commutation de circuits et la commutation de paquets de taille fixe permettant ainsi de simplifier le travail des commutateurs pour atteindre des débits plus élevés.