LA TOPOLOGIE DES RESEAUX : topologie logique et physique

A) Généralité

1) Les modes de diffusions de l’information

Les réseaux peuvent se distinguer par leur mode de diffusion de l’information entre la (les) source (s) et le (les) destinataire (s). Il en existe trois grands types.

 

La source diffuse des informations vers les stations réceptrices ( Exemple:  la radio, le RDS “Radio Data System”) 

Les stations envoyant les informations vers le collecteur. 

Les différentes stations sont interconnectées les unes avec les autres (réseau informatique et téléinformatique).
Soit cette interconnexion est permanente, c’est le cas des réseaux locaux, soit elle est commutée, c’est le cas des réseaux publics.

2) Les types de réseaux 

a) Les réseaux locaux

 
LAN ( Local Area Network )

Ce réseau est limité à une zone géographique réduite, par exemple un bâtiment.

 
MAN ( Metropolitain Area Network )

Ce réseau est étendu sur une dizaine de kilomètres.

b) Les réseaux publics

WAN ( Wide Area Network )

Ce réseau a une couverture nationale ( Transpac ) ou internationale ( Internet ). 

3) Les liaisons entre les stations

On peut distinguer trois types de liaisons de données.  

a) les liaisons point à point 

 

Elles sont utilisées principalement par les réseaux publics. Chaque station est commutée avec une autre de façon individuelle. 

b) Les liaisons multipoints et en boucle

Elles sont principalement utilisées par les réseaux locaux. Une station primaire a accès aux stations secondaires, et elles peuvent communiquer entre elles. 

La liaison multipoint 

La liaison en boucle 

 

4) Utilité des réseaux

A l'origine le besoin qui a abouti à la création des réseaux est le partage des ressources les plus coûteuses, comme le stockage des fichiers sur un disque dur, ou leurs impressions.

En raison de la baisse des prix des périphériques d'autres raisons émergent : 

• Les logiciels, ils sont moins coûteux en version multipostes, qu’en version monoposte. Leur évolutivité est plus facile à assurer, il suffit de les mettre à jour une seule fois sur le serveur.

• L'interconnexion des ordinateurs, elle permet une meilleure communication des documents, des messages, et des ressources humaines au sein d'une entreprise.

• La gestion des données, elles sont regroupées sur le serveur ce qui facilite leur mise à jour et leur sauvegarde.

• La sécurité, les serveurs offrent une sécurité d'accès aux données, grâce à des accès sélectifs et à des mots de passe, ce qui réduit le risque de contagion par des virus. Généralement les serveurs possèdent aussi un système de prévention des pannes secteurs: un onduleur.

• Les ressources partagées, le réseau permet l'accès à l'ensemble des utilisateurs des ressources informatiques comme: 

                          - les imprimantes,
                          - les disques hautes capacités,
                          - les modems,
                          - d'autres systèmes d'exploitations ( Unix, Macintoch ) 

B) La normalisation, le modèle O.S.I.

1) Introduction 

La télécommunication est une activité de consensus technique. C'est ainsi , que grâce à la normalisation du CCITT ( Comité Consultatif International Téléphonique Télégraphique ), que l'ensemble des téléphones de la terre peuvent communiquer.

Malheureusement pour la transmission des données, il n'existe aucune normalisation aussi complète. Lier des systèmes informatiques est souvent difficile. 

Pour cette raison l'I.S.O. ( International Standards Organization ) a mis au point une normalisation partielle, que l'on qualifie de système ouvert, le modèle O.S.I.  

( Open Systems Interconnection ).

Le modèle OSI propose une manière dont deux éléments d'un réseau ( station de travail, serveur, etc... ) communiquent, en décomposant les différentes opérations à effectuer en 7 étapes successives, qui sont nommées les 7 COUCHES du modèle OSI. Ce modèle ne définit que le service ou la fonction, mais nullement la manière dont il ou elle doit être effectuée.

Chaque couche communique avec les couches inférieures et supérieures  à travers une interface qui permet l'empilement des couches entre elles. 

 

2) Les 7 couches du modèle OSI 

Les couches sont couramment regroupées en couche basse, généralement les couches 1, 2, et 3, qui sont les plus proches du matériel et en couches hautes, de la couche 4 à la couche 7 qui sont plus proches des logiciels.

C) Les éléments d'un réseau

1) les terminaux ou les stations de travail

Leur fonction est de permettre à l'utilisateur d'accéder aux ressources du réseau.

On peut distinguer deux types de terminaux :

•  Les terminaux à usage spécifique, par exemple les terminaux bancaires. 
• Les micro-ordinateurs.

La plupart des stations de travail sont maintenant des micro-ordinateurs. Elles effectuent le traitement des données au moyen de leur propre unité centrale. Ces stations sont connectées au réseau par l'intermédiaire de cartes d'extensions. 

2) Les cartes réseaux

Les cartes réseaux permettent la connexion des serveurs et des stations de travail et gèrent une partie du protocole. Elles sont connectables soit à un bus, ISA, MCA, VLB, ou PCI. 

Dans le cas de station sans disque dur c'est l'EPROM de boot qui permet à l'ordinateur de démarrer. 

        

3) Le média ( support physique d'interconnexion ) 

Chaque carte réseau est interconnectée à l'aide de câble, dont le choix dépend du réseau mis en oeuvre.

a) La paire téléphonique torsadée 

La paire téléphonique torsadée peut être :

• simple
• double,
• blindée.

Son débit est de 10 Mégabits / s. 

Sa bande passante est de 4 MHz.
La distance maximum sans répéteur est de plus de 1 kilomètre. 

b) Le câble coaxial 

Le câble coaxial a un blindage qui permet de l'isoler des perturbations extérieures.
Son débit est de 10 à 50 Mégabits/s.
Sa bande passante est de 50 à 400 Mégahertz et son impédance est de 50 ou 75 Ohms.
La distance maximum sans répéteur est de plus de 10 kilomètres. 

c) La fibre optique 

  

La fibre optique fait circuler un faisceau lumineux qui est le support de l'information, ce qui permet au signal d'être isolé des perturbations extérieures.

Son débit est del’ordre 500 Mégabits/s.
Le signal circule sur ce média unidirectionnellement. Sa bande passante est de plusieurs Gigahertz. La distance maximum sans répéteur est de 70 kilomètres. 

On distingue différents types de fibre optique :  

La fibre multimodale à saut d'indice

Le diamètre du coeur (fibre) est compris entre 50 et 200 microns. 

La fibre multimodale à gradient d'indice 

Le diamètre du coeur (fibre) est compris entre 50 et 100 microns. 

La fibre unimodale ou monomode 

Le diamètre du coeur (fibre) est compris entre 5 et 8 microns. 

Pour assurer son fonctionnement il faut convertir les signaux électriques en signaux lumineux pour cela à chaque extrémité il faut prévoir deux circuits, qui effectueront cette conversion, un émetteur et un récepteur. 

 

d) comparatif 

4) Les serveurs 

Les serveurs permettent aux stations d’accéder à l'ensemble des ressources qui leurs sont connectées, ils les gèrent et les partagent.

Le serveur peut être dédié, cela signifie que l'ensemble de ses capacités est utilisé en tant que serveur, ou il peut être non dédié, on peut alors l'utiliser comme station de travail.

Il existe différents types de serveurs.

 

• Les serveurs de disque :

Ils permettent le partage du support physique de sauvegarde, les  disques durs, les disques optiques.

• Les serveurs de fichiers

Ils permettent le partage des fichiers et donc des différentes applications qui peuvent être utilisées par les stations de travail selon les droits accordés.

• Les serveurs d'imprimantes

Ils permettent: - la gestion de l'impression,
      - la mise en attente des travaux d'impressions,
      - de gérer la file d'attente des travaux d'impression.

• Les serveurs de communication

Ils permettent de communiquer à l'aide de passerelle, de ponts, de routeurs, et de modems avec d'autres réseaux. 

 

5) Les éléments de communication interne 

a) Les multiplexeurs

Les multiplexeurs sont des équipements permettant, le partage permanent des ressources de la ligne. Ils regroupent plusieurs voies de communication sur un même support ( multiplexage ). L’opération inverse doit être effectuée ( démultiplexage ) pour restituer les différentes voies, ils s’utilisent donc toujours par couple. 

Le multipléxage peut être: 

• Un multiplexage fréquentiel ou spatial.

Chaque voie possède une fraction de la bande disponible.

•   Un multiplexage temporel.

Chaque voie possède durant son temps d'utilisation de l'ensemble de la bande disponible.

b) Les répéteurs 

      
Ils permettent de raccorder deux réseaux identiques ou deux stations de travail ou une station et un serveur, lorsque la liaison ne peut pas être effectuées, en raison de la distance, par un seul câble. Ils n'ont aucune fonction de routage, de traitement des données, et d'accès au support. 

 

c) Les concentrateurs 

Ils autorisent aussi le partage d'une voie composite. Ils analysent le contenu des blocs d'informations, provenant généralement d'un ordinateur gérant les stations de travail, le serveur, et les redirigent vers la seule station de travail concernée. Ils possèdent une logique programmée ce qui les rendent fortement dépendant des protocoles utilisés. 

d) Les HUB 

Ils permettent la connexion à l'aide d’un câble ayant deux paires torsadées (une pour l'émission une pour la réception ), des différentes stations. Ils réalisent une topologie physique en étoile alors que la topologie logique est celle du bus. Ils assurent aussi la régénération et la synchronisation des données. Ils gèrent la détection et la signalisation des collisions.

Ils permettent la connexion de plusieurs dizaines de stations, et ils peuvent être montés en cascade jusqu'à 5 niveaux.  

  

6) Les éléments d'interconnexion de réseaux 

a) Introduction

Trois types de dispositifs permettent de remplir la fonction d'interconnexion des réseaux: - les ponts,

  - les routeurs
  - les passerelles.

Ils se distinguent par les niveaux auxquels ils fonctionnent dans le modèle OSI. 

b) Les ponts

Ils permettent d'interconnecter des réseaux ayant la couche 1 et 2 du modèle OSI  ( couche liaison ) différentes, mais les couches supérieures à la 2 identiques. Les ponts, pour interconnecter des réseaux, décodent les en-têtes des trames du premier réseau, puis les modifient afin de les rendre compatible avec le deuxième réseau. 

Il existe deux types de pont, les ponts simples et les ponts routeurs, en voici les principales fonctions.

• Fonction des ponts simples:

              - assurer la conversion du format des trames,
              - filtrer les trames en fonction de l'adresse du destinataire, passage ou pas par le pont,
              - positionner certains bits ( tel que les bits A et C de la trame Token Ring ).

• Fonction des ponts routeurs

              - établir la table de routage ( adresse des éléments du réseau ),
              - filtrage des trames,
              - contrôle de flux lorsque les débits des réseaux sont différents.

c) les routeurs

Ils permettent l'interconnexion de réseaux présentant des différences physiques des bits et de la composition des trames, couche 1 et 2 du modèle OSI. Ils gèrent les en-têtes des trames et des paquets jusqu’à la couche 3 ( couche réseau ). 

d) Les autocommutateurs ( PABX )

Souvent désignés sous le nom de PABX ( Private Automatic Branch eXchange ), ces équipements sont conçus pour transmettre sur le réseau public les données ( communications téléphoniques ou messages informatiques). Ils étaient avant analogiques maintenant ils sont numériques et permettent d’atteindre un débit
de 64 kbits/s. 

e) Les passerelles 

       
Elles permettent l'interconnexion de réseau en adaptant l'ensemble des couches du modèle OSI afin de les rendre compatible avec l'autre réseau. 

 

D) La topologie des réseaux 

1) les types de topologie

Il faut distinguer deux topologies:

 

• La topologie logique ( électrique ).

Elle désigne le mode de circulation des données sur le média et donc le mode d'échange des messages sur le réseau.

• La topologie physique:

Elle désigne le mode d'interconnexion physique des différents éléments du réseau. 

Remarque
Un réseau ayant une topologie physique en étoile peut très bien avoir une topologie logique en bus. 

2) Les topologies logiques

a) La topologie en bus

Une topologie en bus désigne le fait que lors de l'émission de données sur le bus par une station de travail, l'ensemble des stations de travail connectées sur le bus la reçoivent. Seule la station de travail à qui le message est destiné la recopie. 

La topologie en bus unidirectionnel

Cette topologie nécessite deux bus séparés, il en existe deux types:  

• Les stations émettent et reçoivent dans un sens sur un des deux bus et dans l'autre sur le second bus. 

• Les stations émettent et reçoivent les données sur les deux bus grâce à deux fréquences séparées, une par bus. 

 

La topologie en bus bidirectionnel 

L’émission et la réception se font sur un bus unique, mais non simultanément.

Lorsqu'une station émet le signal se propage dans les deux sens. 

Cette technologie est utilisée par les réseaux Ethernet, Appletalk, et Token Bus d'IBM.

b) La topologie en anneau

L'information circule le long de l'anneau dans un seul sens. A chaque passage d'un message au niveau d'une station de travail, celle-ci regarde si le message lui est destiné, si c'est le cas elle le recopie.  

Cette technologie est utilisée par les réseaux Token Ring et FFDI ( Fiber Distributed Data Interface, réseau double anneaux ) 

c) La topologie en étoile 

L'ensemble des stations de travail est connecté à un concentrateur qui examine le contenu du message, qui le régénère, et qui le transmet qu'à son destinataire. C'est en réalité un réseau de "n" liaisons point par point, car il établit un circuit entre une paire d'utilisateurs. 

Cette technologie est utilisée pour les réseaux téléphoniques privée ( PABX ), et les réseaux Starlan et Arcnet. 

3) La topologie Physique 

a) La liaison avec les stations

Afin de connecter les stations de travail entre elles et avec le serveur, il est nécessaire d'utiliser différents équipements qui les relient au média via un contrôleur de communication ( une carte réseau ). 

Les noeuds 

Ils désignent toutes les ressources constituant un carrefour ( ramification ou concentration ) de lignes de communication dans un réseau. 

Les M.A.U. ( Medium Acces Unit )

C'est l'équipement de connexion concentrant plusieurs voies, huit généralement, dans un réseau local de type Token Ring. Il s’agit d'un équipement passif ne modifiant pas le signal, mais assurant une connexion en refermant automatiquement l'anneau lorsqu'une prise est enfoncée ou retirée. 

Les transceiver ( Transmetteur )

C'est un équipement diffusant une source de signaux vers plusieurs destinataires, et ceci de manière passive. Il est principalement utilisé dans les réseaux locaux Ethernet sous la forme d'un composant situé à l'interconnexion du câble desservant une station du câble coaxial matérialisant le bus. 

Exemple de transceiver: 

b) La topologie en bus

La liaison des stations est effectuée à l'aide d'un câble coaxial qui est commun à l'ensemble des stations de travail. Les connexions des stations sur le câble sont de type passif. C'est à dire que le signal n’est pas modifié ni régénéré à chaque station, ce qui limite l'étendu de ce genre de réseau. Par contre l'insertion d'une nouvelle station ne perturbe pas la communication au sein du réseau et peut donc être effectué sans l'arrêt de celui-ci. 

L'inconvénient de cette topologie est que le signal étant émit sur l'ensemble du bus, lorsque celui-ci arrive en fin de ligne l'ensemble de son énergie n'a pas été absorbé, il risque de se produire un phénomène de réflexion du signal. 

 

Il est donc nécessaire de placer aux extrémités de la ligne une résistance de terminaison d'une impédance égale à l'impédance caractéristique  de celle-ci  ( 50 Ω ou 75 Ω ), ce qui permet l’absorption de l'énergie et évite le phénomène de réflexion. 

c) La topologie en anneau

Chaque équipement est relié à l'équipement voisin de telle sorte que l'ensemble forme une boucle fermée. Les Noeuds ou MAU sont actifs, ils reçoivent et régénèrent le message. Mais en cas de coupure de l'anneau le réseau est interrompu, ce qui est le cas lors de l’installation d'une nouvelle station de travail. 

On peut résoudre cette sensibilité aux coupures, en doublant l'anneau. 

Double anneau unidirectionnel

Si les informations circulent dans le même sens sur les deux anneaux, le fonctionnement du réseau est assuré en cas de rupture de l'un des câbles. 

 

Double anneau bidirectionnel

Si les informations circulent en sens inverse sur les deux anneaux, le fonctionnement du réseau est assuré en cas de rupture des deux câbles. 

d) La topologie en étoile

 
Dans une topologie en étoile tous les MAU du réseau sont connectés à un noeud central: le concentrateur. L'ensemble des messages transite par lui. 

 

Le câblage du réseau est plus coûteux que celui de la topologie en bus. Il est effectué à l'aide de câble en paires torsadées. 

Une topologie physique étoile peut supporter les trois topologies électriques.

e) La topologie hiérarchique

Dérivée des réseaux en étoile, les réseaux hiérarchiques sont constitués d'un ensemble de réseaux étoiles reliées entre eux par des concentrateurs jusqu'à un noeud unique. Cette topologie est essentiellement mise en oeuvre dans les réseaux locaux, 10 base T, Starlan. 

f) La topologie arborescente 

C'est une topologie en bus sur laquelle un des noeuds est connecté à un répéteur, qui donne naissance à un nouveau bus. Elle est souvent utilisée pour les extensions de réseaux et permet ainsi de les étendre au-delà des recommandations du constructeur. 

g) La topologie maillée 

Le réseau maillé est un réseau dans lequel deux stations de travail peuvent être mises en relation par différents chemins. La connexion est effectuée à l’aide de commutateurs, par exemple les autocommutateurs PABX. 

Justification de la commutation 

Si on veut mettre deux stations en relation on peut utiliser deux solutions. 

La première est de créer une connexion permanente entre toutes les stations du réseau. 

Ainsi le nombre de connexion nécessaire pour connecter les stations dépend de l’équation suivante:

avec Nbl, le nombre de connexions et N, le nombre de stations. Donc si un réseau comprend 15 stations il faudrait 105 connexions. Ce qui est impossible à câbler d’où l’intérêt des commutateurs.

Donc on utilisera la deuxième solution que sont les commutateurs.