Cours Réseaux N°5 : les matériels d'interconnection

La mise en place d'un réseau soulève de nombreuses questions sur les contraintes d'utilisation. Comment faire si le réseau à créer dépasse les distances maximales imposées par le type de câble utilisé ? Comment faire parvenir les informations à d'autres réseaux que le sien ? Comment relier des réseaux utilisant des protocoles de communication différents ? Toutes ces questions peuvent être résolues grâce à différents types de matériels.

Les transceivers

Les cartes réseaux intègrent généralement une voir plusieurs connectiques possibles, RJ45 pour le 10Base-T, BNC pour le 10Base2 ou ST pour la fibre optique permettant la connexion au support physique (câble). Parfois, ce n'est pas le cas et seul une prise AUI (DB15 15 broches) est disponible. Ainsi, il faut, pour permettre la connexion au support physique adjoindre un boîtier externe appelé transceiver (émetteur-récepteur). Selon le type de support, le transceiver proposera une prise AUI pour la connexion à la carte réseau du matériel et une prise RJ45, BNC ou ST pour celle au support. Pour les fibres optiques, les transceivers sont de type optique. Ceux-ci convertissent les signaux électriques en signaux optiques. Les transceivers peuvent être multiports et donc permettent une connexion multiple sur un même câble un peu comme une multi-prises électrique.
L'utilisation d'un transceiver sur un câble 10Base5 est particulier. La connexion se fait au moyen d'une prise vampire. On peut ainsi utiliser sur un concentrateur ne proposant que des connectiques AUI,du BNC via un transceiver.
Attention, dans le cas d'une prise AUI mâle, il n'est pas possible d'utiliser un transceiver du fait que la prise contient des éléments électriques incompatibles. On doit alors se munir d'un répéteur.

Les répéteurs

Appelé aussi repeater, ce matériel travaille au niveau 1 de l'OSI. Les répéteurs permettent de dépasser les limitations de longueur dues aux câbles. Un répéteur, récupère en entrée les données sous forme de bits (couche 1 de l'OSI) et les transmet sans modification d'un câble sur un autre. Et ce matériel permet aussi de faire la liaison entre deux types de câbles différents (cf.transceivers)
En effet, les câbles ont une distance maximale de fonctionnement due à l'affaiblissement du signal. Le répéteur régénère ce signal. C'est un matériel transparent ne nécessitant aucune administration. Les répéteurs peuvent avoir une alimentation interne (pratique et plus fiable) ou une alimentation externe.
Au maximum quatre répéteurs peuvent se succéder avec 500 mètres d'écart entre deux. Attention sur les cinq segments, seuls trois peuvent contenir du matériel, deux ne servent que de liaison. D'autres limitations existent dès que l'on entre dans les réseaux hauts débits (100BASE-T norme 802.3u). Dans ce cas la norme prévoit l'utilisation de deux types de répéteurs. Les répéteurs de classe I et les répéteurs de classe II. Les premiers permettent de réaliser un lien entre du 100BASE-TX et du 100BASE-F4. Un seul répéteur de ce type est autorisé par sous-réseau. Les deuxièmes, plus "intelligents" peuvent être utilisés par deux, séparés de 5 mètres.

Les fan-out

Ce matériel est aussi appelé multiplicateur d'accès. A la différence d'un transceiver multiports, le fan-out ne change pas de connectique entre l'interface et la technologie en sortie, on reste en AUI - AUI, Fibre optique - Fibre optique ...
Par exemple : sur un câble 10Base5, la distance obligatoire entre deux postes est de 2,5 mètres. Cette limite dans un espace réduit est contraignante et le câble n'a pas forcement une disposition idéale. Dans ce cas on peut utiliser un fan-out relié à un transceiver (prise vampire) qui donnera la possibilité de connecter plusieurs matériels sur un même point d'ancrage du support physique. Le lien entre le transceiver et le fan-out est assuré par un câble drop. Le câble drop est un câble spécial disposant de deux prises 15 broches en forme de trapèze permettant une connexion directe entre la carte réseau et le transceiver. Plat il est de quelques centimètres, rond il peut atteindre 50 mètres.
Attention le débit maximal de la liaison entre le fan-out et le support physique est partagé entre tous les postes connectés.
On peut cascader les fan-out. Un fan-out huit ports permettra de connecter directement 8 postes. En cascadant les fan-out vous pourrez connecter jusqu'à 64 utilisateurs à partir d'un unique point d'attache sur le câble et cela dans un rayon de 150 mètres.

Les concentrateurs

Appelés aussi Hubs, ils relient des postes de travail utilisant la topologie étoile. Le concentrateur se situe alors au centre de l'étoile.
Les cartes réseaux de chaque poste sont connectées sur un port du concentrateur. Il existe un port par connexion. Il existe des concentrateurs simples, empilables (stackables) via un module matrice ou un bus ou modulaires (chassis avec des cartes). Il est possible pour étendre le nombre de postes connectés d'empiler jusqu'à quatre concentrateurs. Le chemin le plus long reliant un poste A à un poste B ne doit pas traverser plus de 4 concentrateurs. Selon le câble utilisé, (cuivre ou fibre optique), une distance de 100 mètres à 150 mètres ou de 2000 mètres peut séparer les concentrateurs.
Le concentrateur permet grâce à un port particulier de se raccorder à un réseau d'un autre type (ethernet, token-ring, FDDI, ATM ...) grâce à des cartes modulaires que l'on insère dans le chassis du concentrateur. On peut ajouter des cartes augmentant d'autant le nombre de ports disponibles et donc le nombre de postes connectabes. Le concentrateur peut proposer (selon les cartes ajoutées) des ports RJ45 (10BASE-T), des ports BNC (10BASE2), des ports ST (Fibre optique 10BASE-FL), des ports DB15 (AUI)(10BASE5) ...

Concentrateur optique : les ports peuvent aussi être des ports de vitesse 100Mbits/s et non pas seulement des ports 10Mbits/s bien évidemment. Attention avec un concentrateur, tous les ports connectés se partagent le débit maximal.
Les cartes utilisateurs peuvent proposer un nombre de ports disponibles allant de 8 à 24. Une même carte peut même être divisée en groupe de ports représentant chacun un sous-réseau. Le concentrateur transmet les données reçues d'une station ou matériel de connexion (autre concentrateur, routeur ...) vers toutes les stations connectées au sous-réseau, c'est de la diffusion. Les couches deux et trois feront le tri afin de déterminer si ces données leurs sont destinées. Attention : Le concentrateur propage les collisions.

Les ponts

Ils sont aussi appelés Bridge. Beaucoup d'entités ont des réseaux locaux fonctionnant en intranet. Il arrive un moment où il est nécessaire de les connecter avec d'autres réseaux. Une entité répartie dans des lieux différents aura besoin de connecter ses sous-structures qui sont autant d'éléments d'un même réseau ensemble.
Le pont permet cela. Il permet aussi de répartir la charge et de l'optimiser. Un réseau est limité à 2,5 kilomètres, le pont permettra de dépasser cette limite. Deux familles de pont existent. Les ponts transparents non filtrants et les ponts transparents filtrants. Le matériel relie deux réseaux utilisant la même technologie en segmentant le flux des données.

Le pont non filtrant recopiera les trames sur tous les segments que le destinataire soit sur le même segment que le poste émetteur ou non. Le pont écoute tout ce qui se passe sur chaque segment, stocke les trames avant de les retransmettre à l'identique vers les postes comme sur un bus unique qu'il soit sur le Réseau A ou le Réseau B.

Le pont filtrant augmente la fiabilité du réseau. En effet, un poste défectueux ne paralysera que le segment sur lequel il se trouve sans polluer le reste du réseau. La sécurité s'en trouve aussi accrue. Les trames ne parcourent pas forcement tout le réseau, elles ne sont pas envoyées systématiquement à tous les postes mais uniquement au segment sur lequel se trouve le destinataire et dans le segment où se situe l'émetteur.
Les données émises d'un poste A du réseau A vers un poste B du Réseau A n'iront pas encombrées le réseau B. Ces ponts sont filtrants et utilisent un système d'auto-apprentissage. Ils mémorisent dans une table les positions des éléments contenus sur les segments. Si le destinataire et l'émetteur sont sur le même réseau, la trame est ignorée du pont.

Le pont est transparent au niveau de l'adressage logique. Deux segments pourront donc être dans le même espace d'adressage malgré le découpage par le pont. Si le destinataire et l'émetteur sont sur des sous-réseaux séparés, la trame est émise vers l'autre sous-réseau. Si le destinataire est inconnu, la trame est recopiée sur tous les sous-réseaux.
Il existe aussi des demi-ponts permettant de connecter des sous-réseaux se situant à des distances importantes l'un de l'autre mais dont on veut qu'ils soient dans le même domaine d'adressage logique. La connexion peut être de type modem ou PPP.
Les ponts peuvent aussi permettre de relier des entités ayant des système de câblage différents.

Les passerelles

Appelées aussi gateway, elles travaillent sur les couches hautes de l'OSI à partir de la couche 3. Il peut arriver que l'on veuille interconnecter des réseaux utilisant des protocoles différents. L'information est codée et transportée différemment sur chacun des réseaux. Si l'on souhaite faire communiquer un réseau de PC sous windows avec un réseau de macintosh ou un réseau propriétaire BULL, IBM ..., il faudra un matériel permettant d'échanger les informations en effectuant la transition entre les protocoles des deux mondes. Les passerelles réalisent cette transition en convertissant les protocoles de communication de l'un vers l'autre. De fait de ce travail, elles ralentissent les transmissions.

Les commutateurs

Ils sont aussi appelés Switch et travaillent au niveau 2 du modèle OSI ou 3 si ils intègrent une fonction de routage.
Ce matériel a été créé pour segmenter les réseaux un peu à la manière des ponts. Mais à la différence des ponts, chaque port du commutateur est un domaine de collisions. Cela implique que sur chaque port les stations peuvent émettre sans se soucier des autres postes. Les données sont transmises au commutateur puis, si le port destination est libre, au destinataire, sinon le commutateur les conserve en mémoire et les met dans la file d'attente concernant le port.
Il existe deux types de commutateurs, les Store-Forward (les données sont stockées avant d'être envoyées vers le port destination) et les Cutt Through (envoi des données à la volée).
Le commutateur dispose d'un bus interne qui propose des vitesses de transmission des données de l'ordre du GBits/s. Sur un port du commutateur peut être connecté un concentrateur par exemple. La vitesse du port du commutateur sera partagée (et non divisée) par la totalité des équipements de ce sous-réseau virtuel.
Les commutateurs permettent au moyen de cartes modulaires d'associer des technologies hauts débits 100Mbits/s (ATM, 100Base-T, fibres optiques ...) à des technologies existantes 10Mbits/s (10Base-T, 10Base-2 ...). Il existe aussi des ports 10/100 auto-commutables (Auto sensing) permettant selon les cas d'être en 10 ou 100 Mbits/s. Les commutateurs, tout comme les concentrateurs, peuvent être simples, empilables ou modulaires.
Pour connecter deux commutateurs, un port spécifique haut débit est souvent utilisé.

Les commutateurs permettent de regrouper certains de leurs ports, de ce fait, il est possible de créer un réseau virtuel isolé logiquement du reste des machines. On parle de VLAN (Virtual Local Area Network). Les commutateurs possèdent une mémoire propre leurs permettant de récupérer et de mémoriser les données reçues avant de les émettre vers le bon port de sortie. Ils peuvent, afin d'améliorer ce système, mémoriser les adresses matériels des matériels connectés, à ce Titre, un commutateur peut stocker de 1024 à 2048 adresses par port. Lors de la mise en place de commutateurs, il est généralement d'usage de dédier des ports aux matériels ou sous-réseaux les plus gourmands en bande passante permettant ainsi de désengorger le trafic. Les serveurs de données, générant beaucoup de trafic, auront le plus souvent un port directement affecté à leur connexion.
Le commutateur est un matériel actif qui nécessite une configuration. On peut s'y connecter comme sur un serveur au moyen d'un telnet. Un ensemble de commandes d'administration sont disponibles. Il existe maintenant souvent un serveur web intégré permettant de réaliser des statistiques.

Les modems

Le mot modem signifie Modulateur-Démodulateur. La liaison dépend des lignes téléphoniques en cuivre(Norme X.25 du CCITT).
Les signaux numériques ne peuvent être transmis dans de bonnes conditions, cela est du au type de câble utilisé pour les liaisons téléphoniques. Le modem va donc moduler ce signal numérique (binaire 0 1) en un signal analogique (sinusoïdal) en modifiant la fréquence, l'amplitude du signal.
Les nouvelles normes V34 en mode compressé permettre d'atteindre des vitesses de l'ordre de 56 Kbps. Les liaisons peuvent se faire d'un modem vers une batterie de modem style ANNEX comme chez les fournisseurs d'accès. Cela permet d'associer une adresse logique (IP) "dynamiquement" pour chaque connexion.
Récemment, la norme V92 est apparue sur les nouveaux modèles de modems. Cependant, il faut s'assurer que votre fournisseur d'accès est compatible V92 comme chez Free par exemple.

Les routeurs

Les routeurs travaillent au niveau 3 du modèle OSI avec comme unité de transmission les paquets.
Ils permettent d'acheminer les paquets en trouvant le meilleur chemin vers le destinataire. Un routeur comme un pont relie des sous-réseaux mais sa capacité de routage en fait un équipement plus "intelligent". Le routeur travaillant au niveau 3 est donc dépendant de l'architecture utilisée dans les différents réseaux qu'il relie. Afin de lever cette limitation, les routeurs intègrent le plus souvent une fonction de passerelle (bridge) leur permettant d'acheminer les paquets quelque soit l'architecture utilisée (IP vers X25 ...)
Un routeur est composé de deux parties principales :

• la partie matérielle composée de ports appelés interfaces recevant et émettant les trames au format adéquat correspondant à l'architecture du réseau destinataire (ethernet, token-ring, fddi ...).
• La partie logicielle propre aux routeurs et qui ressemble à un système d'exploitation unix permettant une administration du matériel afin de le configurer pour une utilisation optimale. Cette partie a pour tâche d'acheminer les paquets vers l'interface correcte du routeur.

Le routeur se sert de l'adresse logique (IP) pour trouver le chemin vers le destinataire. A partir d'une adresse de destination contenue dans la trame, les routeurs successifs doivent le trouver.
Un routeur permet aussi de structurer un réseau. Tant que le destinataire a une adresse logique appartenant au réseau émetteur, les paquets restent confinés dans ce réseau.
Les routeurs utilisent des tables de routage. Ces tables contiennent des informations indiquant quelle interface (voie) doit emprunter l'information si elle est adressée à telle ou telle adresse logique. L'acheminement de l'information est effectué par des routeurs à travers leurs différentes interfaces "porte d'entrée et de sortie". Ils acheminent ainsi les informations vers les matériels accessibles depuis ces interfaces. Le réseau dans lequel se situe le destinataire est, connecté directement à l'interface ou indirectement (l'information doit traverser encore d'autres routeurs avant d'arriver). Un même interface peut contenir plusieurs adresses logiques, permettant alors avec une seule " porte " d'atteindre plusieurs réseaux ou sous réseaux.
Les routeurs s'échangent ces tables de routage, afin de trouver le destinataire plus rapidement. Il est évident que ces tables peuvent devenir gigantesques. Il est donc possible de configurer les routeurs pour qu'ils ne transmettent pas ces tables.
Les routeurs prennent en compte le coût du transport pour trouver le meilleur chemin. Ce coût peut prendre en compte le nombre de routeurs à traverser, le débit, la fiabilité des liaisons, le délai ...