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i Important : ce document doit être complété par les notes du cours Notes de cours Réseaux locaux Ahmed ELLEUCH ii i TABLE DES MATIERES I. Introduction ............................................................................................................................... 1 I.1 Présentation du cours .................................................................................................................................. 1 I.2 Rappels .......................................................................................................................................................... 1 I.2.1 Caractéristiques des réseaux ......................................................................................................................... 1 I.2.2 Classification des réseaux ............................................................................................................................. 2 I.3 Spécificités d'un LAN .................................................................................................................................. 3 II. Technologie des réseaux locaux ............................................................................................ 4 II.1 Topologies des réseaux locaux .................................................................................................................... 4 II.1.1 Topologie en étoile ...................................................................................................................................... 4 II.1.2 Topologie en anneau .................................................................................................................................... 5 II.1.3 Topologie en bus ......................................................................................................................................... 5 II.1.4 Cas des réseaux locaux sans fils .................................................................................................................. 7 II.2 Le support physique .................................................................................................................................... 8 II.2.1 Les paires torsadées ..................................................................................................................................... 8 II.2.2 Le câble coaxial ........................................................................................................................................... 9 II.2.3 La fibre optique ......................................................................................................................................... 10 II.2.4 La transmission sans fils ............................................................................................................................ 11 II.2.5 Le raccordement à un câble ....................................................................................................................... 13 II.3 Le mode de transmission ........................................................................................................................... 13 II.4 Les protocoles d'accès ................................................................................................................................ 14 II.4.1 Accès par invitation à émettre ("polling") ................................................................................................. 15 II.4.2 Les techniques à jeton ............................................................................................................................... 15 II.4.3 Technique de la tranche vide ou anneau en tranches ("empty slot" ou "slotted ring") ............................. 20 II.4.4 Les techniques à accès aléatoire ................................................................................................................ 21 II.4.5 Classification ............................................................................................................................................. 26 II.4.6 Comparaison .............................................................................................................................................. 27 II.5 Exercices ..................................................................................................................................................... 28 III. Normalisation des réseaux locaux ....................................................................................... 31 III.1 Les normes IEEE 802 ............................................................................................................................. 31 III.1.1 Adressage MAC ....................................................................................................................................... 32 III.1.2 La norme IEEE 802.2 ............................................................................................................................... 33 III.2 Les normes IEEE 802.3 .......................................................................................................................... 36 III.2.1 Méthode d’accès ....................................................................................................................................... 36 III.2.2 Format d'une trame ................................................................................................................................... 36 III.2.3 Primitives de service ................................................................................................................................ 37 III.2.4 Principales caractéristiques physiques ..................................................................................................... 37 III.2.5 Evolutions de l’Ethernet vers le haut débit .............................................................................................. 37 III.3 Les normes IEEE 802.11 ........................................................................................................................ 39 III.3.1 Méthode d’accès ....................................................................................................................................... 39 III.3.2 Autres fonctionnalités (vs. réseaux filaires) ............................................................................................. 41 III.3.3 Format d'une trame ................................................................................................................................... 45 III.3.4 Primitives de services ............................................................................................................................... 47 III.3.5 Principales caractéristiques physiques ..................................................................................................... 47 IV. Déploiement des réseaux locaux .......................................................................................... 50 IV.1 Ethernet ................................................................................................................................................... 50 ii IV.1.1 Ethernet II (DIX) vs Ethernet IEEE 802.3 ............................................................................................... 50 IV.1.2 Composants d'un réseau Ethernet 802.3 .................................................................................................. 50 IV.1.3 Composition d’un réseau Ethernet multi-segments ................................................................................. 58 IV.2 WiFi ......................................................................................................................................................... 62 IV.2.1 Composants d’un réseau WiFi ................................................................................................................. 62 IV.2.1 Couverture et débit ................................................................................................................................... 65 IV.3 Plan de câblage ....................................................................................................................................... 66 IV.3.1 Câblage départemental ............................................................................................................................. 67 IV.3.2 Câblage d'établissement ........................................................................................................................... 69 IV.3.3 Validation du câblage .............................................................................................................................. 69 V. Interconnexion des réseaux locaux ..................................................................................... 71 V.1 Les répéteurs .............................................................................................................................................. 72 V.1.1 Définition .................................................................................................................................................. 72 V.1.2 Propriétés ................................................................................................................................................... 72 V.2 Les ponts ..................................................................................................................................................... 72 V.2.1 Définition .................................................................................................................................................. 72 V.2.2 Propriétés ................................................................................................................................................... 73 V.2.3 Algorithmes de filtrage .............................................................................................................................. 73 V.2.4 Relayage des trames à travers les points d’accès ...................................................................................... 81 V.2.5 Translation de trames ................................................................................................................................ 83 V.3 Les routeurs ................................................................................................................................................ 86 V.4 Les pont_routeurs ...................................................................................................................................... 87 V.5 Exercices ..................................................................................................................................................... 87 VI. Les réseaux sous TCP/IP ..................................................................................................... 88 VI.1 Architecture des protocoles ................................................................................................................... 90 VI.2 Le protocole IP (RFC 791)..................................................................................................................... 90 VI.3 Adressage (RFC990) .............................................................................................................................. 91 VI.4 Format d'un datagramme IP (RFC 791) ............................................................................................. 92 VI.5 Le routage IP .......................................................................................................................................... 94 VI.6 Le protocole ICMP (RFC 792) .............................................................................................................. 95 VI.7 Le protocole ARP ("Address Resolution Protocol", RFC 826) ......................................................... 96 VI.8 Les protocoles du niveau transport ...................................................................................................... 96 VI.8.1 Les ports ................................................................................................................................................... 96 VI.8.2 Le protocole UDP (RFC 768) .................................................................................................................. 96 VI.8.3 Le protocole TCP (RFC 793) ................................................................................................................... 96 VI.9 Le service DNS ........................................................................................................................................ 98 VI.10 Les sockets - programmation d’une application client/serveur ......................................................... 99 VI.11 Appel de procédure à distance ............................................................................................................ 104 VI.12 Les services de niveau supérieur ......................................................................................................... 104 VI.13 Exercices ................................................................................................................................................ 104 VI.14 Références ............................................................................................................................................. 107 1 I I. . I In nt tr ro od du uc ct ti io on n Depuis les années 70 l'usage des ordinateurs s'est répandu et particulièrement, à partir des années 80, celui des micro-ordinateurs. Il était devenu courant qu'au sein d'une même entreprise les bureaux et les ateliers soient équipés d'ordinateurs qui, cependant, sont utilisés de façon séparée. D'où : - une impossibilité de partager les ressources, - une sous utilisation des capacités de traitement, - une difficulté à faire communiquer différents intervenants dans une même entreprise. Devant cet état de fait, la solution a été de chercher à relier les ordinateurs par un réseau de transmission propre à l'entreprise. Définition d'un réseau local (LAN : "Local Area Network") : c'est un réseau informatique privé reliant des équipements informatiques situés dans un même bâtiment ou dans des sites géographiquement proches (exemple : campus). I.1 Présentation du cours Ce cours est une initiation à la technologie des réseaux locaux, en particulier, il s’agit de : - connaître les spécificités des réseaux locaux, - bien assimiler les techniques d'accès à un support de transmission partagé, - étudier l’architecture et la normalisation des réseaux locaux, - étudier l'interconnexion au niveau 2 et l'évolution des réseaux locaux vers des réseaux commutés, - se familiariser avec les composants matériels et le câblage des réseaux locaux - déployer un réseau IP et configurer les services de base et - acquérir une expérience pratique à travers des TPs ciblés. I.2 Rappels I.2.1 Caractéristiques des réseaux Un réseau de communication est constitué d'un ensemble d'équipements ou nœuds émetteurs / récepteurs reliés par des liaisons de communication. Un réseau se caractérise par : 2 - la nature des nœuds sources / destinations (téléphone, télécopieurs, ordinateurs, terminaux, commutateurs, imprimantes,...) ; - la répartition géographique des nœuds à connecter (réseau interne à une machine, réseau local, régional, national ou international) ; - le caractère public ou privé ; - la topologie (réseau maillé, en boucle,...) ; - les supports de transmission (supports métalliques, fibres optiques, ondes radioélectriques,...) ; - les techniques et les protocoles de transmission ; - le débit de transmission ; ... I.2.2 Classification des réseaux Suivant la taille géographique, on distingue 4 classes de réseaux : i) Les réseaux personnels (PAN : Personal Area Network) s'étendent sur quelques mètres. Ces réseaux sont utilisés pour assurer la connectivité entre les PC, les téléphones portables, les imprimantes ainsi que d’autres terminaux… Les bus les plus couramment utilisés sont l'USB et le FireWire. Parmi les technologies sans fil on peut citer le Bluetooth et l'infra rouge. Selon les réseaux et les versions de ces réseaux les débits peuvent varier de quelques Mb/s (USB 1.0) à quelques Gb/s (USB 3.0, FireWire 800). ii) Les réseaux locaux (LAN : "Local Area Network") s'étendent jusqu'à quelques kilomètres et supportent des débits de l'ordre de 1 Mb/s et plus couramment aujourd'hui ils atteignent des débits de 100 Mb/s et de 1 Gb/s. Parmi les réseaux locaux, on distingue les réseaux départementaux (DAN : Departemental Area Network) et les réseaux d'établissement. Un réseau DAN, appelé aussi réseau capillaire, a pour objectif de relier les équipements d'un même département situé souvent dans un même étage. Un réseau d'établissement relie des réseaux DAN. Il peut être confiné dans un seul bâtiment (BAN : "Building Area Network") ou desservir plusieurs bâtiments géographiquement très proches (CAN : "Campus Area Network"). Un Réseau local d'Entreprise (RLE) est un réseau utilisée pour la bureautique. Un Réseau Local Industriels (RLI) est spécifique au monde industriel et pour lequel les équipements connectés peuvent être en plus des équipements informatiques, des robots, des machines outils, des capteurs… Les contraintes dans un RLI sont plus sévères particulièrement en termes de disponibilité et de garanti de temps d'accès. 3 iii) Les réseaux métropolitains (MAN : "Metropolitan Area Network"). Une extension des réseaux locaux est celle où les bâtiments, d'une même entreprise, peuvent être distants de plusieurs dizaines de kilomètres dans une même métropole (< 100 Km) et reliés par un réseau haut débit dit réseau MAN. Pour un tel réseau, les communications distantes se font par l'intermédiaire d'une infrastructure publique de télécommunication ("carrier"). iv) Les réseaux étendus (WAN : "Wide Area Network") - à faible et moyen débit (< 100 Kb/s) : réseaux téléphoniques, réseaux télex, réseaux de transmission de données (X.25, réseaux constructeurs : SNA, DNA,...), - à haut débit (> 1 Mb/s) : réseaux satellites, réseaux câblo-opérateurs, RNIS ...). I.3 Spécificités d'un LAN De part la définition d'un réseau local on peut dégager les caractéristiques suivantes : i) un étendu géographique limité ; ii) le caractère privé à un organisme ou une entreprise ; iii) la possibilité d'interconnecter des équipements variés provenant de différents constructeurs (ordinateurs, terminaux, périphériques ...). De plus, étant donné les contraintes d'utilisation, se rajoutent d'autres caractéristiques parmi lesquels on peut citer : iv) un débit élevé supérieur au Mégabit par seconde ; v) un temps de réponse faible de l'ordre de la centaine de microseconde ; vi) un taux d'erreur faible (< 10-9) ; vii) une stabilité en pleine charge ; viii) la facilité d'extension, de reconfiguration et de maintenance. Notons que les réseaux locaux industriels sont utilisés pour interconnecter divers équipements de contrôle et de mesure, ils nécessitent des contraintes plus sévères quant à la fiabilité (tolérance aux pannes) et le comportement déterministe, en particuliers, les temps de transmission doivent être bornés. 4 I II I. . T Te ec ch hn no ol lo og gi ie e d de es s r ré és uploads/Ingenierie_Lourd/ cours-details-eleuch.pdf