Communiquer l'information: Les réseaux informatiques

Sciences de L'Ingénieur - Les réseaux informatiquesCommuniquer l'information: Les réseaux informatiques
Cette ressource est réalisée par Thierry Schanen (professeur agrégé) et Jean-Loup Prensier (professeur agrégé) Thierry Schanen enseigne les Sciences de l'Ingénieur au lycée Gustave Eiffel à Gagny et est l'auteur du Guide des automatismes
Introduction: Aujourd'hui, dans les industries, le bon fonctionnement des différents secteurs (BE travaillant sur un projet de conception de produit, gestion de la production dans une usine, service Après-Vente...) repose sur la possibilité d'avoir accès à toutes les informations internes et externes nécessaires à un moment donné. Cette quantité d'informations est telle que l'on ne peut envisager de toutes les stocker dans chaque lieu géographique les nécessitant. Cette problématique se retrouve au niveau système où différents sous-systèmes échangent un grand nombre d'informations pour fonctionner. La possibilité de communiquer des informations actualisées entre des structures distantes est donc devenue un enjeu majeur. La solution choisie pour permettre cette communication est une connexion des différentes entités générant ou stockant des informations sous la forme d'un réseau informatique. Chaque entité peut partager une partie de ses ressources propres et recevoir des ressources des autres entités connectées.
Un réseau informatique est donc un groupe d’ordinateurs, de périphériques et d’autres appareils reliés entre eux pour échanger et partager des ressources sous la forme d'informations, de logiciels, de périphériques.
1. La nécessité de la communication en réseau
Les problématiques de la communication de l'information Conséquences
Dans les systèmes complexes, il y a une évolution vers une multiplication des capteurs, et un enrichissement des données (moins d’informations TOR et plus d’informations analogiques ou numériques). Un flux de données de plus en plus volumineux et de nature variée doit transiter entre le système physique (localisé à différents endroits) et son organe de commande.
Nécessité d’une mise en réseau des ressources : du capteur et du pré-actionneur à l’ordinateur (du bus de terrain à internet).
Un réseau informatique est créé à partir du moment où plusieurs équipements de réception / émission des données sont interconnectés simultanément sur le même support (les informations circulent par le même cable par exemple).
Il y a décentralisation et éloignement de la commande Le risque de perte de qualité dans la transmission de l’information augmente, les câblages deviennent plus complexes : " une info=un fil" n’est plus possible .
- La communication par liaison de type série s’impose au détriment des liaisons parallèles. A l'intérieur de l'ordinateur, les informations circulent en parallèle (bus parallèle), par contre, pour éviter la multiplication des fils et également la déperdition d'informations (perturbation du signal entre des fils proches), il est nécessaire de communiquer avec des liaisons série.
Le traitement des informations est de plus en plus complexe : le traitement numérique de l’information est prédominant
Il y a convergence entre l’automate programmable et l’ordinateur.
http://www.techno.ens-cachan.fr/ressource/r29/r29pdf.htm (1 sur 9)27/02/2007 13:50:31
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Les ressources sont mutualisées, les données échangées entre systèmes, et la supervision de différents systèmes se fait à distance, d’où la nécessité d’un dialogue entre les appareils.
- Les réseaux locaux sont fédérés en des réseaux globaux. Les réseaux locaux (bus CAN, réseaux personnels ou réseaux Ethernet) sont connectés à des réseaux de taille plus importante (internet) de manière à mutualiser les ressources.
L’apparition de nouveaux marchés et de nouveaux concurrents, la volonté « d’individualiser » le produit rend l’offre de plus en plus vaste quant aux appareils, marques, types : Le problème de la compatibilité et de la standardisation des connexions se pose pour garantir une transparence pour l’utilisateur.
- Des modèles et des protocoles communs à tous les appareils rendant la communication « transparente » et les appareils interchangeables se développent.
L'animation ci-dessous présente l'évolution dans l'architecture des systèmes électroniques sur les automobiles conséquente à l'apparition des réseaux.
2. Le principe d'une bonne communication en réseau Pour qu’une communication d’informations fonctionne, il faut établir quelques règles simples. Dans une conversation, par exemple, il convient de ne pas parler en même temps, de parler la même langue, de parler du même sujet.
Les mêmes règles s'appliquent lors de l'échange de données entre des machines distantes: - quelle est l'application concernée? - quels sont l'émetteur et le destinataire? - quel est le langage de communication utilisé? - quel est le contenu du message? - quel est le support de communication utilisé?
La présentation ci-dessous illustre par des analogies la nécessité d'établir une structure de communication permettant de respecter ces règles simples.
Les principes ainsi définis constituent un ensemble :
- de couches (connaissance, règles, support) correspondant à des modèles de structure de communication - de protocoles (sujet, langue, parole) donnant des règles pour qu'émetteur et récepteur puissent se comprendre en parlant un même langage.
3. Modèles de couches La communication sur réseau fonctionne sur le principe suivant: afin de rendre les logiciels indépendants du matériel, l’ensemble du processus de communication est découpé en couches, chacune :
- assurant une fonction précise - utilisant un protocole de communication parfaitement codifié.
Entre deux appareils reliés, les couches doivent être les mêmes et pouvoir communiquer avec le même protocole (les premiers réseaux étaient développés autour de protocoles propriétaires comme IBM, DEC…et ne pouvaient pas être connectés).
L’ISO (International Standards Organisation) a développé le modèle OSI (Open Systems Interconnection), modèle théorique qui doit permettre l’interconnexion avec des systèmes hétérogènes. Il se décompose en 7 couches, chacune en charge d’un aspect de la communication.
On retiendra la nécessité de mettre en forme le message à traiter (traitement de l'information), de gérer l'interface (au niveau des organes de connexion) et de garantir le transport du message (chemin au sein des canaux de transmission).
TCP-IP est un modèle fonctionnel à même de communiquer sur internet et qui s’appuie en partie sur le modèle OSI. Ce modèle fonctionnel est développé dans la partie "application au réseau Ethernet"
4. La circulation des données Les données binaires peuvent voyager en série ou en parallèle.
Avec le mode série, les bits d'un octet sont envoyés, à la suite l'un de l'autre, sur une même ligne. En un instant un seul bit est envoyé.
Avec le mode parallèle, tous les bits d'un octet sont envoyés en même temps (en un instant) sur huit lignes d'un dispositif tel une partie d'un bus ou un câble unique (comme un câble d'imprimante dans le cas d'une imprimante communiquant par port parallèle).
Dans l'unité de système de l'ordinateur les données transitent en parallèle via les lignes du bus réservées au transport des données.
Étant donné le phénomène d'interférence entre les tensions circulant dans les lignes parallèles rapprochées (phénomène appelé diaphonie) il est nécessaire de restreindre la distance des liaisons parallèles à un maximum de 10 mètres. C'est la distance maximale d'un câble d'imprimante avec port parallèle.
Les données circulent en série lorsqu'elles sont sur le réseau
Le parallélisme interne aux systèmes à micro-processeur pose des problème de transmission sur de longues distances et à de forts débits : multiplicité des fils et parasites induits entre fils d'une même nappe. C'est pour permettre de transmettre des informations sur de longues distances (plusieurs dizaines de mètres au moins), que la liaison série a été introduite.
Les informations circulant dans le système informatique sous forme parallèle, il est nécessaire d'utiliser un convertisseur parallèle/série. Le registre à décalage, permet au rythme d'une horloge de réaliser cette conversion. A la réception, un autre registre à décalage réalise la transformation inverse, série/parallèle. Le message complet à délivrer est découpé pour les communications plus longue distance.
L'une des caractéristiques essentielles des réseaux informatiques est la transmission des informations numériques par parties, sous forme de paquets, au travers d'un ensemble de lignes de communication découpées en plusieurs tronçons, à l'intersection desquels se trouvent les noeuds de communication.
En effet, pour transmettre le message avec le meilleur débit possible, et sans monopoliser le réseau, il est indispensable de le diviser en paquets (Niveau 3 du modèle OSI). Chaque paquet doit bien sûr contenir, outre une fraction du message complet, sous une forme quelconque, l'adresse du destinataire, le chemin à suivre pour y arriver (rôle du routage ou de la commutation) et un contrôle du flux (et d'erreurs) des paquets afin d'éviter au maximum les embouteillages (voir le format des paquets IP)
Le problème de la transmission du message par paquets dans le réseau est qu'il faut garantir qu'à l'arrivée, soit les paquets arrivent exactement dans l'ordre dans lequel ils ont été émis, soit le récepteur les reçoit dans le désordre, mais est capable de reconstituer le message ordonné à partir des informations contenues dans les paquets.
Les trois principales fonctionnalités des paquets sont : le contrôle du flux, l'adressage, et le routage. Le contrôle du flux a pour objectif d'optimiser le temps du transport sans perte du paquet vers sa destination, l'adressage et le routage donnant au paquet à la fois l'adresse, physique ou logique de sa destination, mais aussi les chemins à suivre pour l'atteindre.
Chaque paquet est inclus dans une trame (Niveau 2 du modèle OSI), dont la fonction essentielle est d'indiquer le début et la fin du paquet ainsi que de contenir des codes de contrôle permetant de vérifier la conformité du transport sans erreurs.
5. Les protocoles Un protocole est une méthode standard qui permet la communication entre deux machines, c’est-à-dire un ensemble de règles et de procédures à respecter pour émettre et recevoir des données sur un réseau. Il en existe plusieurs selon ce qu’on attend de la communication.
Les protocoles de communication ont pour fonction de standardiser la forme des information transmises indépendamment du type de machines constituant le réseau (réseau hétérogène). Ils déterminent les stratégies d'acheminement des informations et les procédures à effectuer en cas d'erreur.
On classe généralement les protocoles en deux catégories, selon le niveau de contrôle des données que l’on désire. Les protocoles orientés connexion opérent un contrôle de transmission des données pendant une communication établie entre deux machines. La machine réceptrice envoie des accusés de réception lors de la communication.
Les protocoles non orientés connexion permettent un mode de communication dans lequel la machine émettrice envoie des données sans prévenir la machine réceptrice et la machine réceptrice reçoit les données sans envoyer d’accusé de réception à la première.
Les protocoles majeurs utilisés dans le modèle TCP-IP sont décrits dans l'application sur le réseau Ethernet.
6. Topologie et types des réseaux Il y a lieu de distinguer les réseaux poste à poste dans le cas d'une architecture matérielle disposant de peu de machines, et les réseaux organisés autour de serveurs et devant présenter un certain niveau de sécurité.
6.1 Classification des réseaux par leur taille
6.2 Classification des réseaux par leur structure
Il existe un lien entre la taille du réseau et la structure de communication utilisée. Les exigences ne sont en effet pas les mêmes suivant le nombre d'ordinateurs connectés au réseau. L'animation qui suit vous présente les différentes architectures utilisées dans les réseaux informatiques.
ANNEXE 1: application au réseau ethernet
Internet- Ethernet- Introduction Le terme réseau est souvent utilisé par extension pour désigner un ensemble de machines, associé à l'infrastructure informatique utilisée. C'est le cas par exemple pour les réseaux désignés sous les termes réseau internet et les réseaux intranet.
Internet fait référence au système global d'information qui:
- est lié de manière logique par un ensemble d'adresses logiques construit sur le protocole IP (Internet Protocol) et ses extensions - utilise comme support de communication le modèle fonctionnel TCP/IP et l'ensemble des protocoles qui lui sont reliés
Internet est une "organisation, une structuration d'une forme de réseau" qui permet à des personnes, des ordinateurs du monde entier d'échanger des informations en étant liés par un protocole unique.
Ethernet est un support technique. C'est une norme de protocole de réseau local développée pour les LAN, puissante et très répandue, maintenant reconnue comme un standard industriel.
La suite de la présentation sera donc axée sur l'étude de la structure utilisée pour les réseaux Internet (en particulier le modèle fonctionnel TCP/ IP qui reprend quelques couches du modèle OSI) et de quelques-uns des protocoles essentiels utilisés dans ce modèle fonctionnel.
Ce modèle est à même de gérer les communications à distance, alors que le standard Ethernet est un protocole des couches "Physique Liaison" développé pour les LAN (réseaux locaux) de manière à faciliter les échanges entre des ordinateurs proches physiquement (liaison physique entre ordinateurs par des câbles). Internet et ethernet sont complémentaires : Ethernet s'intégre dans un réseau local utilisant les protocoles TCP et IP pour les couches 3 et 4.
En première partie, nous présenterons les principes de l'adressage logique, pour montrer comment chaque utilisateur relié à internet peut disposer d'une adresse logique propre lui permettant d'émettre et de recevoir des informations.
En deuxième partie, nous étudierons plus en détail le modèle TCP-IP et quelques-uns des protocoles de la suite TCP-IP pour illustrer la complémentarité entre les réseaux locaux basés sur un support ethernet et un réseau de type internet ou un intranet.
1. Adressage des stations Cette présentation explique comment une adresse logique peut être attribuée à chaque utilisateur relié au réseau internet.
2. La communication sur Internet Cette présentation explique le modèle TCP-IP, la manière dont les informations circulent et quelques-uns des protocoles les plus utilisés dans TCP-IP.
Pour en savoir plus sur la définition des modèles de communication et les protocoles, vous pouvez consulter le reste de la ressource à l'aide du menu déroulant.
maj le 01-02-2007 Ministère de L'Education Nationale Copyright © 2003

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