Les réseaux locaux d’entreprise

Pour répondre à leurs besoins propres en informatique distribuée, les entreprises ont mis en œuvre des réseaux locaux d’entreprise, constitués d’un ou plusieurs réseaux locaux ou LAN (Local Area Network). Ils utilisent des protocoles simples car les distances couvertes sont courtes (de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres) et les débits importants (jusqu’à plusieurs centaines de Mbit/s). Après avoir vu la normalisation des architectures de réseaux locaux, nous détaillerons les différentes techniques d’accès au support, spécifiques de ce type de réseau. Puis nous analyserons le fonctionnement des réseaux locaux de première génération pour mieux comprendre leurs évolutions technologiques. Nous verrons comment interconnecter ces différents réseaux, en insistant sur les commutateurs qui occupent une place de choix dans les réseaux actuels. Enfin, nous aborderons les réseaux sans fil.

 Les réseaux locaux d’entreprise 

Architecture des réseaux 

Architectures de réseaux locaux Les réseaux locaux informatiques répondent aux besoins de communication entre ordinateurs au sein d’une même entreprise. Il s’agit de relier un ensemble de ressources devant communiquer : stations de travail, imprimantes, disques de stockage, ordinateurs, équipements vidéo. Nés dans les années 1970, ils ont été proposés par les fournisseurs informatiques. Leur « simplicité » et leur popularité sont dues au fait qu’ils furent conçus pour des environnements privés, sans recours aux solutions normalisées que proposaient les opérateurs de télécommunications (qui se trouvaient en situation de monopole à cette époque). L’accès à Internet fut ensuite largement facilité, du fait que les équipements étaient reliés au sein de l’entreprise. Il n’y avait plus qu’à mettre en place un partage sécurisé de cet accès. Des réseaux plus étendus ont prolongé les réseaux locaux (surtout aux États-Unis) : des réseaux métropolitains ou interurbains appelés MAN (Metropolitan Area Network) se sont développés pour relier les établissements d’une même ville. Les réseaux grande distance ou WAN (Wide Area Network) assurent l’interconnexion de tous ces réseaux aux niveaux national et mondial. Des mécanismes d’interconnexion permettent de relier les réseaux locaux aux autres types de réseaux. Un réseau local se caractérise par des équipements géographiquement proches les uns des autres et qui coopèrent en utilisant le support de transmission pour diffuser les données : l’ensemble des autres équipements du réseau reçoit tout bit émis par un équipement du réseau local. Cette particularité est à la base des architectures spécifiques de réseaux locaux, standardisées dans les années 1980. La section suivante nous permet de découvrir l’organisation physique des réseaux locaux, l’adressage, la topologie, le câblage et la couche Liaison de données.

STANDARDS IEEE

Le comité 802 de l’IEEE, essentiellement constitué de représentants des constructeurs américains, s’est occupé de l’architecture des réseaux locaux. Plusieurs documents définissent l’architecture proposée (voir figure 5.1) : • Le standard 802.1 définit le contexte général des réseaux locaux informatiques. • Le standard 802.2 définit la couche Liaison de données. • Les standards 802.3, 802.4, 802.5 et 802.6 définissent différents protocoles d’accès au support, pour plusieurs types de supports physiques : paire métallique, câble coaxial ou fibre optique. • Le standard 802.11 définit un protocole d’accès pour les réseaux locaux sans fil (WLAN, Wireless LAN). D’autres standards ont vu le jour ultérieurement, au fur et à mesure de l’évolution technologique. Par rapport au modèle OSI, l’architecture normalisée dans les réseaux locaux découpe la couche Liaison en deux sous-couches : MAC (Medium Access Control) et LLC (Logical Link Control). La première règle l’accès au support partagé. Elle filtre les trames reçues pour ne laisser passer que celles réellement destinées à l’équipement concerné. La seconde gère l’envoi des trames entre équipements, quelle que soit la technique d’accès au support. Les spécifications de l’IEEE ne concernent donc pas les couches situées au-dessus de LLC. Les réseaux locaux d’entreprise 107 5 Chapitre Comme on le voit à la figure 5.1, la couche physique est quelquefois découpée en deux niveaux : PMI (Physical Medium Independent sub-layer) qui assure le codage en ligne indépendamment du type de support de transmission utilisé, et PMD (Physical Medium Dependent sub-layer), qui s’occupe de l’émission physique du signal. 1.2 ADRESSAGE Dans les réseaux locaux, l’adresse utilisée est une adresse physique qui se gère au niveau du matériel. Elle possède un format défini par l’IEEE sur 16 ou sur 48 bits. Ce dernier format constitue l’adressage universel des équipements : il correspond à un numéro de série dont un premier champ de 24 bits donne le constructeur de la carte (champ attribué par l’IEEE). Le second champ de 24 bits, librement choisi par le constructeur, est le numéro de la carte elle-même. De cette façon, toute carte réseau d’un ordinateur possède une adresse physique unique dans le monde1 . Le format universel sur 48 bits est le plus utilisé (voir figure 5.2). Il est généralement baptisé adresse MAC, du nom de cette couche. On peut également définir des adresses de groupe qui englobent plusieurs utilisateurs. Par exemple, dans le format universel, l’adresse de diffusion (ou broadcast) correspond à l’ensemble des équipements d’un réseau local. Dans cette adresse, tous les bits sont à 1. On l’écrit : FF:FF:FF:FF:FF:FF en hexadécimal. Figure 5.1 Modèle IEEE des réseaux locaux. 1. Cette règle n’est plus vraiment respectée, car il est désormais possible de programmer soi-même l’adresse MAC de sa carte réseau (voir l’explication dans la remarque de l’exercice 6). Figure 5.2 Format général des adresses MAC. Remarque Les systèmes d’exploitation affichent l’adresse MAC de la carte réseau en hexadécimal, grâce à la commande ifconfig (pour Unix) ou ipconfig (pour Windows). On sépare les différents octets par deux points sous Unix ou par un tiret sous Windows, comme le montrent les deux exemples ci-après : Sous Linux, la commande /sbin/ifconfig eth0 affiche (entre autres) : eth0Link encap:EthernetHWaddr 00:90:27:6A:58:74 Sous Windows, la commande ipconfig /all affiche (entre autres) : Adresse physique : 52–54–05-FD-DE-E5 LLC (Logical Link Control) MAC (Medium Access Control) PMI (Physical Medium Independent sub-layer) PMD (Physical Medium Dependent sub-layer) Non spécifié Adresse universelle sur 48 bits Adresse constructeur 24 bits Adresse carte 24 bits .

TOPOLOGIE D’UN RÉSEAU LOCAL

À partir des trois topologies de base : le bus, l’anneau et l’étoile, de nombreuses versions sont possibles. Il faut distinguer la topologie physique de la topologie logique. La première caractérise la manière dont est réalisé le câblage du réseau local (la structure des chemins de câbles, le type de raccordement…) ; la seconde décrit comment on attribue le droit à la parole entre toutes les stations. La topologie logique définit la méthode d’accès au support (ou niveau MAC) utilisée. Topologie physique La topologie en bus consiste à utiliser un long câble, sur lequel les différents équipements se raccordent en série, pour qu’il n’y ait qu’un seul chemin sans boucle entre deux équipements du réseau local. Chaque station peut accéder à tout moment au support commun pour émettre. Les données sont diffusées à toutes les stations. Le temps de propagation n’étant pas nul, il peut se produire des collisions lorsque différentes stations émettent au même moment. L’exemple type d’une topologie en bus est illustré figure 5.3. Cette topologie permet de faire des communications point à point et se prête naturellement à la diffusion. En revanche, toute coupure du bus entraîne une panne complète du réseau. Dans la topologie en anneau, chaque station est connectée au support par un port d’entrée et transmet les données à la station suivante par son port de sortie. Les différentes stations sont reliées en cascade et les données circulent d’une station à l’autre, toujours dans le même sens : chaque station traversée prend le message, l’analyse puis le retransmet sur son port de sortie (voir figure 5.4). L’anneau manque de fiabilité en cas de rupture du support. On le double parfois pour réaliser deux anneaux qui peuvent transmettre soit dans le même sens soit en sens inverse. La seconde solution est préférable car elle permet de reconstituer le réseau, même en cas de rupture des deux anneaux au même endroit. La topologie en étoile est, en fait, la généralisation des liaisons point à point : chaque équipement est relié par une liaison spécifique à un équipement central. La complexité de celui-ci dépend des modes de communication entre stations. Cette topologie présente un point faible : le réseau est inutilisable en cas de panne de l’équipement central, lequel peut constituer un goulet d’étranglement et entraîner la dégradation des performances du réseau s’il est mal dimensionné. Figure 5.3 Topologie en bus. Les réseaux locaux d’entreprise 109 5 Chapitre Topologie logique La topologie logique s’appuie sur la manière dont les équipements échangent leurs données sur le réseau local. Elle ne dépend que du niveau MAC choisi et non de la façon de raccorder les équipements entre eux. Pratiquement, deux topologies logiques sont à considérer : le bus et l’anneau. On peut en effet utiliser différentes topologies physiques pour réaliser une topologie logique donnée. Par exemple, une topologie logique en bus peut utiliser aussi bien un câblage physique en bus (cas du coaxial) qu’une topologie en étoile (pour un câblage physique par paires torsadées). De même, une topologie logique en anneau peut utiliser un anneau physique, un câblage en étoile autour d’un répartiteur, voire une topologie physique en bus !