Concepts d'un réseau informatique

Problématique de base

Le problème de base est la communication et l'échange de données entre utilisateurs. Notons au passage qu'un utilisateur peut être une personne physique, un programme, un terminal... L'émetteur du message impose un certain nombre de contraintes quant à la transmission des informations. Il souhaite en particulier les choses suivantes :

• que les informations parviennent à un correspondant parfaitement identifié,
• que les informations transmises arrivent intégralement et sans erreur,
• que les informations arrivent dans l'ordre d'émission.

En sus de ces contraintes viennent s'ajouter un certain nombre d'autres problèmes, notamment liés aux moyens dont nous disposons pour transmettre ces informations. En effet, la transmission va s'effectuer sur base des infrastructures de télécommunication existantes, et ces infrastructures présentent quelques défauts : il n'existe généralement pas de ligne directe entre 2 utilisateurs, et ces lignes, par des limitations physiques, ne permettent pas de garantir une qualité de transmission absolue (les lignes vont altérer les signaux).

Dernier point important : il faut passer de l'utilisateur et des données (logiques) qu'il veut transmettre à une représentation physique utilisable sur les précédentes infrastructures. Clairement, on cherche à établir des "ponts" entre les différents éléments constitutifs de la chaîne de transmission. Selon toute vraissemblance, les données à transmettre seront transformées pour passer les différents ponts, mais à la fin, tout devra être correctement reconsitué selon les souhaits de l'émetteur.

La transformation de l'information

Cette transformation va s'effectuer progressivement en trois principales étapes :

1. transformation par les interlocuteurs : les 2 interlocuteurs doivent en fait se mettre d'accord sur les procédures d'échange, et ils doivent trouver une signification commune aux informations échangées. Un certain nombre de modalités sont à mettre en place, en particulier, ils vérifient en permanence que tout se passe bien.
2. conversion parallèle-série : c'est une transformation "raisonnée". En effet, il est beaucoup plus économique de transmettre des données en série plutôt qu'en parallèle. Les interlocuteurs doivent donc pouvoir faire la conversion.
3. transformation numérique-analogique : ceci vient tout simplement du fait que les signaux numériques ne peuvent pas être transmis sans déformation sur des lignes physiques. Les signaux numériques sont donc transformés en signaux analogiques. plus transportables sur des lignes classiques et sur grande distance.

Le mode d'acheminement

Mode connecté et non connecté

Il existe deux modes (ou services) de transmission : le mode connecté et le mode non connecté. Pour expliquer la différence, prenons deux exemples : le téléphone et le sysème postal.

Le téléphone est typique du mode connecté. Pour dialoguer avec quelqu'un, on décroche son téléphone, on compose un numéro et on parle. Lorsque la conversation est terminée, et seulement à ce moment, on raccroche le combiné. Concrètement, le mode connecté se caractérise par l'ensemble suivant de processus : l'utilisateur doit d'abord établir une connexion, puis à la fin de la transmission il coupe la connexion.

A l'inverse, le courrier est typique du mode non connecté. Chaque message porte l'adresse de destination et est transporté indépendamment de tous les autres. En toute rigueur, le premier message, si la poste fonctionne bien, doit arriver avant le second et ainsi de suite. Seulement, du fait de l'indépendance des transmissions, et en particulier des intermédiaires et des routes suivies, il n'est pas impossible que le second message arrive avant le premier. Ce genre de cas est purement impossible en mode connecté. Notons au passage que le service non connecté est parfois appelé service datagramme, en référence au vieux système des télégraphes qui n'utilise pas de système d'acquittement.

Chaque service peut se caractériser par ce qu'on va appeler une qualité de service. La qualité de service, c'est la capacité à garantir qu'un message complet sera transmis sans erreurs (pas d'inversion ni d'erreur de contenu). Le mode connecté se caractérise donc par une qualité de service élevée, alors que le mode non connecté se caractérise par une qualité de service médiocre. Pour garantir une haute qualité de service, on utilise notamment ce qu'on appelle des acquittements : on signale à l'émetteur par un nouveau message que son envoi est bien arrivé. Généralement, l'émetteur attend l'acquittement avant de renvoyer un second message. Ce système d'acquittement est très efficace mais hélas coûteux en charge réseau et en temps. C'est pourquoi l'émetteur peut envoyer plusieurs paquets à la suite sans attendre les acquittements, histoire d'améliorer les performances.

On aurait tendance à demander systématiquement la qualité de service maximale, mais il faut bien se rendre compte que ceci peut imposer des coûts de structures élevés et parfois non justifiés. Il faut donc faire un choix, et ce choix dépend à la fois des infrastructures de transmissions et du réel besoin de l'utilisateur. Par exemple, un transfert de fichier s'effectuera préférentiellement en mode connecté, car on demande une fiabilité importante. A l'inverse, la transmission de messages électroniques va se faire en mode non connecté car il n'y a pas de réel impératif dans l'ordre d'arrivée (on peut toujours trier à la main après) et la probabilité que le message soit perdu est (très) faible. En fait, l'acquittement peut être utilisé en mode datagramme comme il peut ne pas être utilisé en mode connecté. On peut ainsi définir 4 grandes classes de qualité de service.

Conséquences sur les réseaux

Le fait de proposer 2 modes de transmission permet de distinguer 2 classes de réseaux, en fonction justement du type de connexion choisie :

• réseaux à commutation de circuit : ils sont typiques du mode connecté. Un chemin est choisi au moment de l'établissement de la connexion et il est conservé sur toute la durée de la transmission. Les messages empreintent tous le même chemin.
• réseaux à commutation de données : ils sont typiques du mode datagramme. Chaque voix peut être utilisée par plusieurs communications indépendantes. Deux messages peuvent empreinter des chemins différents.

Fonctions d'un système de réseau

Les fonctions d'un système de réseau sont des fonctions qui permettent :

• la connexion physique entre 2 utilisateurs directement ou indirectement,
• l'émission par un utilisateur d'un message que le système se charge de transmettre à un ou plusieurs destinataires,
• la réception par un utilisateur des messages dont il est le destinataire,
• l'acheminement des messages sans erreur, sans perte, sans déséquencement, sans duplication et en temps utile,
• l'optimisation des lignes par le partage du support physique,
• le contrôle de flux et le stockage des messages en transit avant leur utilisation,
• le choix entre différentes méthodes de dialogue,
• la gestion et le contrôle de l'utilisation des fonctions réseaux.

La diversité des besoins en communication entraîne des différences dans les fonctionnalités requises au niveau du système de réseau. Par exemple, les besoins d'une application télématique (le minitel) sont bien différents de ceux pour le transfert de fichiers bancaires. Les différences de besoins entre les applications se situent au niveau des vitesses de transfert, de la tolérance aux fautes et de l'intégrité des données.

On découpe ainsi le logiciel de réseau en un ensemble d'activités de base et d'activités secondaires. Pour un réseau donné ou une application particulière, on ne choisira d'implémenter qu'une partie des activités.

Ainsi, les activités de base sont :

• la sûreté (correction des erreurs, maintien de l'ordre des messages),
• le contrôle de flux,
• l'adressage (pour désigner les interlocuteurs),
• connexion et déconnexion,
• l'acheminement.

Les activités secondaires sont par exemple :

• prise en compte de l'hétérogénéité du réseau,
• la synchronisation de la transmission,
• multiplexage-démultiplexage,
• reprise des erreurs,
• contrôle de congestion,
• traitement des incidents,
• ...

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le logiciel de réseau