Classification des réseaux

Les réseaux informatiques peuvent être classés selon différents critères:

• L'étendue géographique: PAN, LAN, MAN, WAN
• La topologie: maillée, bus, étoile, anneau, arbre, hybride
• L'architecture: client-serveur, peer to peer

Le but de cette section est de présenter sommairement chacun de ces critères de classification.

Classement selon l'étendue géographique

En fonction de leur étendue géographique et de leur taille (en terme de nombre de machines), on distingue plusieurs types de réseaux:

• Les réseaux personnels (Personal Area Network)
  Egalement appelé réseau domestique, un réseau personnel désigne une interconnexion d'équipements informatiques dans un espace d'une dizaine de mètres autour d'un utilisateur. Ce type de réseau sert généralement à relier des périphériques tels qu'imprimante, téléphone portable, appareils domestiques à un ordinateur personnel. La liaison avec ces périphériques peuvent être câblées ou sans fil (par Bluetooth par exemple).
  

  Réseau personnel (PAN)

• Les réseaux locaux (Local Area Network)
  De taille supérieure, s'étendant sur quelques dizaines à centaines de mètres, un réseau local relie entre eux des ordinateurs appartenant à une même organisation et situés dans une même salle, un même bâtiment ou un même terrain. Un tel réseau peut reposer sur différentes technologies (câblés ou wifi), la plus répandue étant Ethernet. Du fait de la faible dimension de ce type de réseau, les délais de transmission sont courts avec peu d'erreurs, ce qui a l'avantage d'en simplifier l'administration. Couramment utilisé pour le partage de ressources communes, comme des périphériques, des données ou des applications, un réseau local bénéficie d'une vitesse de transfert de données s'échelonnant entre 10 Mbps et 1 Gbps. La taille d'un tel réseau peut atteindre jusqu'à 100 voire 1000 utilisateurs.
  

  Réseau local (LAN)

• Les réseaux métropolitains (Metropolitan Area Network)
  Un réseau métropolitain, également nommé réseau fédérateur, assure des communications sur de plus longues distances, interconnectant souvent plusieurs réseaux LAN avec des débits plus importants. Il peut servir à interconnecter, par une liaison privée ou non, différents bâtiments, distants de quelques dizaines de kilomètres. Ainsi, un MAN permet à deux noeuds distants de communiquer comme s'il faisait partie d'un même réseau local. Un MAN est formé de commutateurs et de routeurs interconnectés par des liens à haut débit généralement en fibre optique.
  

  Réseau métropolitain (MAN)

• Les réseaux étendus (Wide Area Network)
  Constitués d'interconnexions de LAN, voire de MAN, les réseaux étendues sont capables de transmettre des informations sur des milliers de kilomètres à travers le monde entier par le biais de routeurs et de liaisons nationales ou internationales à très haut débit, appelées épines dorsales (backbone en anglais). Puisque la majeure partie du trafic d'un WAN se situe dans les LAN qui le constituent, les routeurs sont investis d'une mission importante: contrôler le trafic. Ils doivent être paramétrés avec des informations appelées routes qui leur indiquent comment acheminer des données entre réseaux. En outre, l'épine dorsale est un ensemble de lignes téléphoniques très rapides utilisées par les opérateurs de télécommunications pour transmettre de gros volumes de trafic.
  

  Réseau étendu (WAN)

Classement selon la topologie

La topologie physique d'un réseau décrit la configuration spatiale ainsi que l'organisation des connexions physiques entre les différents éléments du réseau. Bien que tous les réseaux installés de nos jours soient à topologie en étoile ou en anneau, le nombre de réseaux existants qui s'appuient sur l'ancienne topologie en bus n'est pas négligeable.

• Topologie en bus
  Une topologie en bus est l'organisation la plus simple d'un réseau. En effet, dans un telle topologie, tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission par l'intermédiaire de câble. Le mot «bus» désigne la ligne physique qui relie les machines du réseau. Une trame envoyé par l'ordinateur A prend le bus et part en direction des deux arrêts terminus de la ligne. Une copie de la trame descend à chaque arrêt de bus, les ordinateurs à qui la trame n'est pas destinée l'ignorant. Si la trame arrive à l'arrêt terminal, celle-ci est supprimée.
  

  Topologie en bus

  Cette topologie a pour avantage d'être facile à mettre en oeuvre et de posséder un fonctionnement simple. En revanche, elle est extrêment vulnérable étant donné que si l'une des connexions est défectueuses, l'ensemble du réseau est affecté. En outre, deux trames expédiées simultanément par deux ordinateurs différents peuvent entrer en collision et être supprimées, les ordinateurs les ayant expédiées devant les réexpédier. Dès lors, plus il y a d'ordinateurs connectés et donc de trafic, plus le nombre de collisions augmente, ralentissant par conséquent la vitesse du trafic.

  Cette topologie adoptent les règles de communication basées sur la norme CSMA/CD. Quand un ordinateur décide de transmettre un paquet d'information, il écoute sur le bus. Si le bus est déjà utilisé, il attend qu'il devienne disponible; en revanche, s'il est libre, l'ordinateur transmet immédiatement. Si deux ou plusieurs stations de travail transmettent simultanément sur le bus, qui leur paraissait disponible, il y a collision. Toutes les stations victimes d'une collision arrêtent immédiatement de transmettre, observent un délai d'attente de durée aléatoire et renouvellement leur tentative de transmission ultérieurement.

  Exercice 3

  Donnez quelques avantages et inconvénients de la topologie en bus.

  Solution

  • Avantages
    • Câblage réduit à un câble principal partagé;
    • Facile à mettre en oeuvre (simple connexion d'ordinateur au bus);
    • Facilité d'extension (rajout d'une connexion au bus);
    • Convient bien à de petits réseaux ne nécessitant pas une grande bande passante.
  • Inconvénients
    • Risque de collisions de paquets d'information;
    • Plus le réseau est grand et plus il ralentit de par les collisions et la nécessité de partager le câble principal;
    • Vulnérabilité de la totalité ou d'une partie des ordinateurs du réseau à la défectuosité du câble principal;
    • Interruption possible du réseau lors du rajout ou de l'enlèvement d'un ordinateur.

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• Topologie en étoile
  Dans une topologie en étoile, les ordinateurs du réseau sont reliés à un système matériel central qui est le plus souvent un concentrateur (hub en anglais) ou un commutateur (switch en anglais). Il s'agit d'une boîte comprenant un certain nombre de jonctions auxquelles il est possible de raccorder les câbles réseaux en provenance des ordinateurs. Celui-ci a pour rôle d'assurer la communication entre les différentes jonctions. La plupart des réseaux actuels sont fondés sur une variante ou une autre de cette topologie.
  

  Topologie en étoile

  Contrairement aux réseaux construits sur une topologie en bus, les réseaux suivant une topologie en étoile sont beaucoup moins vulnérables car une des connexions peut être débranchées sans paralyser le reste du réseau. Le point névralgique de ce réseau est le concentrateur, car sans lui plus aucune communication entre les ordinateurs du réseau n'est possible. En revanche, un réseau à topologie en étoile est plus onéreux qu'un réseau à topologie en bus car un matériel supplémentaire est nécessaire: le concentrateur.
  Exercice 4

  Donnez quelques avantages et inconvénients de la topologie en étoile.

  Solution

  • Avantages
    • Facilité d'extension (simple rajout d'un ordinateur sur le concentrateur);
    • Gestion centralisé du trafic;
    • Vulnérabilité périphérique réduite (la panne d'un ordinateur ne paralyse pas la totalité ou une partie du réseau);
    • Absence d'interruption du réseau lors du rajout ou de l'enlèvement d'un ordinateur.
  • Inconvénients
    • Câblage plus important et coûteux (un câble par ordinateur jusqu'au concentrateur);
    • Vulnérabilité par rapport au concentrateur (si celui-ci tombe en panne, tout le réseau est en panne);
    • Extension limitée au nombre d'ordinateurs pouvant être connectés au concentrateur).

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• Topologie en anneau
  

  Dans un réseau possédant une topologie en anneau, les ordinateurs sont situés sur une boucle et communiquent à tour de rôle. Chaque noeud fait office de répétiteur dans la circulation des informations: un ordinateur reçoit un paquet d'informations et le relaie à son voisin direct, les informations ne circulant dans l'anneau que dans un sens.

  Dans la topologie en anneau à jeton, une trame contenant un jeton circule en permanence dans l'anneau. Un ordinateur désirant envoyer une information retire le jeton de la trame et y place l'information à envoyer. Lorsque la trame arrive à l'ordinateur de destination, celui-ci extrait de la trame l'information lui étant adressée et place dans la trame en circulation un accusé de réception à l'intention de l'expéditeur. Une fois que l'expéditeur reçoit l'accusé de réception, il replace le jeton sur l'anneau qui passe à l'ordinateur suivant.

  

  Topologie en anneau

  Un réseau ayant une topologie physique en étoile peut s'avérer fonctionner logiquement comme un réseau en anneau lorsque son élément central est constitué d'un répartiteur, un équipement analogue à un concentrateur ou un commutateur, qui va gérer la communication entre les ordinateurs qui lui sont reliés en impartissant à chacun d'entre eux un temps de parole:
  

  Topologie en anneau avec répartiteur

  En cas de trafic important, la topologie en anneau est plus efficace qu'une topologie en bus dans la mesure où elle présente une absence de collision de trames. Par contre, une telle topologie est plus vulnérable à une panne généralisée en cas de panne d'un des ordinateurs et doit être interrompue complètement en cas de reconfiguration du réseau par l'ajout ou la suppression d'un ordinateur.
  Exercice 5

  Donnez quelques avantages et inconvénients de la topologie en anneau.

  Solution

  • Avantages
    • Absence de collisions de paquets d'informations: une trame unique circule en boucle en permanence;
    • Plus efficace qu'une topologie en bus en cas de trafic important;
    • Pas de nécessité d'un composant central tel un concentrateur.
  • Inconvénients
    • Vulnérabilité à une panne généralisée: en cas de panne d'un ordinateur dans un réseau sans répartiteur central;
    • Difficulté de localisation d'une panne;
    • Interruption en cas de reconfiguration du réseau (rajout/suppression d'un ordinateur).

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• Topologie maillée
  Une topologie maillée est une évolution de la topologie en étoile puisqu'elle correspond à plusieurs liaisons point à point mais décentralisée. Une unité réseau peut avoir (1, N) connexions point à point vers plusieurs unités. Chaque terminal est relié à tous les autres de manière directe si le maillage est complet et de manière indirecte si le maillage est partiel, engendrant dans les deux cas un nombre élevé de liaisons. Dans le cas d'un maillage partiel, un ordinateur recevant un paquet d'informations ne lui étant pas destiné joue le rôle d'intermédiaire et l'expédie plus loin.
  

  Topologie maillée complète

  Cette topologie se rencontre dans les grands réseaux de distribution. L'information peut parcourir le réseau suivant des itinéraires divers grâce à des méthodes de routage réparties. L'armée utilise également cette topologie dont l'organisation décentralisée assure qu'en cas de rupture d'un lien, l'information soit tout de même acheminée.
  Exercice 6

  Donnez quelques avantages et inconvénients de la topologie maillée.

  Solution

  • Avantages
    • Redondance des connexions;
    • Moins vulnérable face aux pannes de noeuds ou de connexions: en cas de panne, l'information transite par un autre chemin.
    • Organisation décentralisée: pas de dépendance par rapport à un noeud central.
  • Inconvénients
    • Nombre de connexions pouvant être élevé;
    • Coût de la mise en oeuvre: plus il y a de connexions et plus les coûts de mise en oeuvre augmentent.

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• Topologie en arbre
  Dans une topologie en arbre, le réseau est divisé en niveaux. Le sommet est connecté à plusieurs noeuds de niveau inférieur dans la hiérarchie. Ces noeuds peuvent eux-mêmes être connectés à plusieurs noeuds de niveau inférieur.
  

  Topologie en arbre

  Cette topologie permet de compartimenter un réseau en sous-réseaux hiérarchisés et de séparer certains composants d'autres composants tout comme d'isoler une panne, une panne d'un noeud n'affectant que ses sous-noeuds et pas le reste du réseau. Une telle topologie réduit également la longueur totale des câbles et leurs coûts par rapport à un réseau en étoile et simplifie la recherche d'un ordinateur dans le réseau par rapport à une topologie maillée. Néanmoins, dans cette topologie, une panne d'un noeud empêche tous les noeuds de chaque branche en étant issue d'échanger des informations avec les noeuds des autres branches partant de ce même noeud. De plus, une panne du noeud racine empêche à tout le réseau d'accéder à des services externes comme Internet.
  Exercice 7

  Donnez quelques avantages et inconvénients de la topologie en arbre.

  Solution

  • Avantages
    • Permet de compartimenter un réseau en sous-réseaux hiérarchisés et de séparer certains composants d'autres composants tout comme d'isoler une panne;
    • Réduit la longueur totale des câbles et leurs coûts par rapport à un réseau en étoile.
    • Simplifie la recherche d'un ordinateur dans le réseau par rapport à une topologie avec maillage notamment.
  • Inconvénients
    • Un panne d'un noeud empêche les noeuds de chaque branche en étant issue d'échanger des informations avec les noeuds des autres branches partant de ce même noeud;
    • Une panne du noeud racine empêche tout le réseau d'accéder à des services externes tels qu'Internet;
    • Plus il y a de niveaux hiérarchiques, plus les noeuds supérieurs doivent supporter de trafic pour faire circuler les informations entre les sous-réseaux de parenté différente (surcharge).

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Classement selon l'architecture

L'architecture d'un réseau peut être construite sur le paradigme client-serveur ou poste à poste (peer to peer en anglais).

• Architecture client-serveur

  Selon ce paradigme, un ordinateur connecté à un réseau peut jouer deux rôles différents et complémentaires: le client ou le serveur.

  

  Architecture client-serveur

  Les machines clientes d'un réseau contactent un serveur, une machine généralement très puissante en terme de capacités d'entrée-sortie, qui leur fournit des services. Ces services sont des programmes fournissant des données telles que l'heure, des fichiers, une connexion, etc. Les services sont exploités par des programmes, appelées programmes clients s'exécutant sur les machines clientes et capables de traiter des informations récupérées auprès d'un serveur (client FTP, client de messagerie, etc). Le schéma de fonctionnement de l'architecture client-serveur est le suivant: le client émet une requête vers le serveur grâce à son adresse IP et le numéro de port du service à contacter. Le serveur reçoit la demande, la traite et répond au client à l'aide de son adresse IP et le numéro de port du programme client.

  Ainsi, un serveur web héberge des ressources du Web accessibles à l'aide d'un navigateur client alors qu'un serveur d'impression permet de partager une ou plusieurs imprimantes entre plusieurs clients situés sur un même réseau en les plaçant dans des files d'attentes puis en les envoyant petit à petit à l'imprimante.

  A quoi ressemble un serveur ?

  Les atouts principaux du modèle client-serveur sont les suivants:

  • des ressources centralisées: étant donné que le serveur est au centre du réseau, il peut gérer des ressources communes à tous les utilisateurs, comme par exemple une base de données centralisée, afin d'éviter les problèmes de redondances et de contradictions.
  • une meilleure sécurité: le nombre de points d'entrée permettant l'accès aux données est moins important.
  • une administration au niveau serveur: les clients ayant peu d'importance dans ce modèle ont moins besoin d'être administrés.
  • un réseau évolutif: grâce à cette architecture, il est possible de supprimer ou rajouter des clients sans perturber le fonctionnement du réseau et sans modification majeure.

  L'approche client-serveur est donc prépondérante dans les réseaux de grandes et moyennes entreprises non seulement pour des raisons de fiabilité et de capacité de montée en charge mais également pour répondre à deux autres critères qui ont un impact financier important: la sécurité des données et la centralisation de l'administration.

  Exercice 8

  Donnez quelques inconvénients d'une architecture client-serveur.

  Solution

  L'architecture client-serveur a quelques lacunes parmi lesquelles:

  • un coût élevé dû à la technicité du serveur.
  • un maillon faible: le serveur est le seul maillon faible du réseau client-serveur, étant donné que tout le réseau est architecturé autour de lui.

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• Architecture poste-à-poste

  A l'autre bout du spectre des possibilités, l'architecture poste-à-poste permet à toutes les stations de travail clientes de jouer le rôle de serveur. Par exemple, une machine qui dispose d'un gros disque dur peut le partager avec les autres stations.

  

  Architecture poste-à-poste

  Dans un tel réseau, il n'y a pas de serveur dédié et tous les ordinateurs peuvent être utilisés en tant que stations de travail. Ainsi, un ordinateur relié à une imprimante pourra la partager afin que tous les autres ordinateurs puissent y accéder via le réseau. Parmi les services poste-à-poste traditionnels, nous relèverons le partage de fichiers (Bit Torrent), la communication (Skype), le calcul distribué (Boinc).

  Les atouts principaux du modèle poste-à-poste sont les suivants:

  • La panne d'un ordinateur du réseau n'entraîne pas la paralysie de tout le réseau de par la décentralisation de l'architecture.
  • L'augmentation du nombre d'ordinateurs dans le réseau augment ses capacités, chaque nouvel ordinateur étant non seulement un client mais également un serveur potentiel.
  • Un tel réseau est facile à installer et à configurer.
  • Il est moins cher qu'un réseau client-serveur.

  Cependant, un réseau poste-à-poste présente plus d'inconvénients que d'avantages. Par conséquent, les réseaux poste-à-poste ne sont valables que pour un petit nombre d'ordinateurs et pour des applications ne nécessitant pas une grande sécurité.

Exercice 9

Donnez quelques inconvénients d'une architecture poste à poste.

Solution

L'architecture poste à poste présente bon nombre de défauts parmi lesquels:

• Il manque complètement de contrôle centralisé, ce qui le rend ingérable.
• Il est particulièrement non sécurisé: la sécurité est quasi inexistante.
• Il n'est pas fiable puisqu'il repose sur les vicissitudes des clients, ce qui signifie qu'il peut sérieusement être perturbé si, par exemple, la station sur laquelle l'imprimante est partagée redémarre ou se bloque.
• Le stockage de fichiers illégaux sur les clients et leur diffusion sur Internet engendre des risques de sanctions pénales et civiles.

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