Réseaux informatiques : Ce qu'il faut savoir. Ensemble d'équipements matériels et logiciels permettant l'échange d'informations numériques entre systèmes selon des règles (protocoles) et des couches fonctionnelles. Un réseau combine une infrastructure physique (câblage, équipements actifs) et logicielle (protocoles, services et stacks) pour assurer l'interconnexion et le transport de données entre hôtes. Support de la maîtrise d'informatique de l'Université d'Angers, réalisé par Pascal Nicolas.

Le cours présente l'architecture OSI, les principes de commutation et de multiplexage, l'empilement TCP/IP et des éléments pratiques (Ethernet, ARP/RARP). Il traite de la convergence voix‑données et des interactions entre réseaux téléphoniques et infrastructures IP. LAN, WAN et topologies (étoile, bus, maille) sont mises en perspective selon l'échelle et les contraintes d'exploitation.

🎯 Ce que vous allez apprendre

  • Modèle de référence OSI — compréhension de la stratification en couches pour raisonner sur l'implantation et le débogage des protocoles ; identification des responsabilités et exemples concrets comme ARP, IP et TCP.
  • Couche physique : transmission et multiplexage — concepts de bande de base, modulation et multiplexage, et des supports (cuivre, fibre, satellite) pour évaluer débit, atténuation et contraintes d'implantation.
  • Couche liaison : détection et correction d'erreurs — techniques de contrôle d'erreur, framing et protocoles de liaison (Ethernet, PPP) pour garantir intégrité et accès au média, et procédures de diagnostic en cas de collisions ou pertes.
  • Couche réseau : IP, fragmentation et routage — format du datagramme IP, mécanismes de fragmentation/réassemblage et principes d'algorithmes de routage influant sur congestion et performance. Les protocoles de routage étudiés incluent RIP (distance‑vector, simple et limité), OSPF (link‑state, adapté aux domaines autonomes) et BGP (path‑vector, utilisé pour l'interconnexion entre domaines). Le choix d'un protocole influe sur la convergence, la scalabilité et la politique d'adressage ; la maîtrise de l'adressage IP et du masque de sous‑réseau est indispensable pour concevoir des tables et des politiques de routage efficaces.
  • Couche transport : UDP, TCP et qualité de service — comparaison entre service sans connexion et orienté connexion, contrôle de flux, gestion de timers et critères de choix selon les contraintes applicatives.

Outils de diagnostic et TP Unix

Éléments pratiques : fichiers de configuration, commandes réseau sous Unix et exemples d'applets Java. Les procédures d'installation d'un intranet et les exercices de TD/TP permettent d'appliquer les concepts : diagnostiquer une interface, configurer une liaison ou déployer un service réseau simple. Les fichiers de configuration et les commandes sont présentés avec des exemples commentés pour faciliter la reproduction en laboratoire.

Matériel et composants d'un réseau informatique

Les composants physiques conditionnent la performance et la résilience d'un réseau. Cette section détaille les équipements et le câblage courants, ainsi que la connectique utilisée en pratique.

  • Cartes réseau (NIC) — convertissent signaux électriques/optique vers trames logicielles ; prises en charge des modes plein/half duplex et des vitesses (1G, 10G…).
  • Équipements actifs — commutateurs (switchs) de niveau 2 pour la commutation locale, routeurs pour l'acheminement inter‑réseaux, firewalls et points d'accès sans fil pour la sécurité et l'accès radio.
  • Supports physiques :
    • Paires torsadées : UTP/STP, catégories Cat5e/Cat6/Cat6a (utilisées pour Ethernet jusqu'à plusieurs Gbps) — composantes du câblage structuré et des prises RJ45.
    • Fibre optique : multimode (OM1/OM2/OM3/OM4) pour courtes distances, monomode pour longues distances ; connecteurs courants : LC, SC, MPO.
    • Connectique et modules : RJ45 pour cuivre, modules SFP/SFP+ pour interfaces fibre et cuivre modulaires.
  • Éléments d'infrastructure — panneaux de brassage, cordons de raccordement, baies, chemins de câble et équipements de gestion d'alimentation et de refroidissement pour garantir disponibilité et maintenance.

Architecture physique et topologies des réseaux

L'arrangement physique et la topologie influencent la résilience, la latence et la facilité d'administration. Le choix d'une topologie dépend des contraintes de coût, disponibilité et extensibilité. Les distinctions entre LAN, MAN et WAN définissent l'échelle et les technologies associées :

  • LAN (réseau local) — couvre un site ou un bâtiment; généralement câblage structuré, commutateurs de niveau 2 et VLAN pour la segmentation.
  • MAN (réseau métropolitain) — interconnexion de sites sur une agglomération; fréquemment fondée sur la fibre et des services opérateur pour le transport haute capacité.
  • WAN (réseau étendu) — relie des sites géographiquement dispersés; recours à des protocoles de routage adaptés, liens MPLS ou liaisons opérateur; la latence et la gestion des pannes sont des facteurs clés.

Topologies courantes :

  • Étoile — nœuds reliés à un commutateur central, facilite isolation et maintenance.
  • Bus — support partagé, simple mais sujet aux collisions sans segmentation.
  • Maille — connexions redondantes pour haute disponibilité au prix d'une complexité accrue.

Architecture Client-Serveur vs Peer-to-Peer

L'architecture client‑serveur repose sur des rôles clairement définis : le serveur fournit des services centralisés et les clients en font la demande. Elle facilite la gestion centralisée, la sécurité et la scalabilité verticale. En revanche, une architecture peer‑to‑peer distribue responsabilités et ressources entre pairs, utile pour le partage décentralisé et la tolérance aux pannes, mais plus complexe à sécuriser et administrer. Le choix entre ces modèles dépend des exigences applicatives, de la charge attendue et des garanties de disponibilité.

Dans les déploiements industriels, l'architecture client‑serveur reste majoritaire (gestion centralisée, sauvegarde, contrôle d'accès), tandis que les approches peer‑to‑peer sont privilégiées pour la résilience et la distribution de charge sans serveur central.

Composants matériels et infrastructure physique

Cette section complète les descriptions techniques précédentes en mettant l'accent sur la conception d'un câblage structuré et les bonnes pratiques d'installation : séparation des flux électriques, chemins de câble dédiés, étiquetage des panneaux de brassage et tests de validation (certification des liens cuivre et mesures optiques pour la fibre). Le respect de ces règles réduit les risques d'interférences et facilite les opérations de maintenance.

📑 Sommaire du document

Matériel et infrastructures réseau :

  • Routeurs
  • Commutateurs (switchs)
  • Concentrateurs (hubs)
  • Supports de transmission (fibre optique, cuivre)

Infrastructure et matériel physique

Un réseau repose sur une infrastructure matérielle (câblage, cartes réseau, répartiteurs) permettant la circulation des signaux. La carte réseau (NIC) convertit les signaux entre le média et la pile protocolaire ; les répartiteurs et équipements actifs gèrent la commutation et l'acheminement aux niveaux physique et liaison. La standardisation du câblage structuré et la conformité aux catégories de câble assurent la compatibilité et la performance des liens.

Protocoles de communication et adressage IP

Les protocoles de la suite TCP/IP définissent le mode d'adressage, la fragmentation et le routage. L'adressage IP et le masque de sous‑réseau déterminent la portée des broadcasts, la taille des sous‑réseaux et la planification des tables de routage. La compréhension des masques et de la notation CIDR est essentielle pour dimensionner correctement les réseaux et éviter le gaspillage d'adresses.

❓ Foire Aux Questions (FAQ)

Modèle OSI — couche, nom et rôle principal
Couche Nom Rôle principal
Couche 1 Physique Transmission des bits sur le support (signaux, câblage, connecteurs)
Couche 2 Liaison de données Framing, contrôle d'accès au média, détection/correction d'erreurs
Couche 3 Réseau Routage et adressage logique (ex. IP)
Couche 4 Transport Segmentation, contrôle de flux et retransmissions (TCP/UDP)
Couche 5 Session Gestion des sessions et dialogues entre applications
Couche 6 Présentation Traduction de formats, chiffrement/déchiffrement
Couche 7 Application Interfaces et services applicatifs (HTTP, SMTP, etc.)

Quelle est la différence pratique entre commutation de paquets et commutation de circuits ?

La commutation de circuits réserve un chemin avant l'échange, offrant des garanties de QoS mais avec un coût d'établissement. La commutation de paquets transporte des datagrammes indépendants, favorisant la multiplexion statistique et la robustesse face aux pannes; elle requiert la gestion de files et des algorithmes de routage pour traiter la congestion.

Comment la fragmentation IP influence-t-elle la fiabilité et la performance ?

La fragmentation divise un datagramme en fragments soumis à réassemblage au destinataire ; si un fragment est perdu, la retransmission se produit souvent au niveau transport, augmentant latence et surcharge. La maîtrise des MTU et la minimisation des fragments limitent les retransmissions et préservent le débit.