Qu’est-ce que le réseautage informatique ?

Avant d’explorer des sujets liés aux réseaux plus complexes, il est important de comprendre les composants fondamentaux du réseau, notamment :

• Adresse IP : une adresse IP est le numéro unique attribué à chaque périphérique réseau dans un réseau Internet Protocol (IP). Chaque adresse IP identifie le réseau hôte de l’appareil et son emplacement sur le réseau. Lorsqu’un appareil envoie des données à un autre, les données contiennent un « en-tête » qui inclut les adresses IP des appareils émetteurs et destinataires.

• Nœuds : un nœud est un point de connexion réseau qui peut recevoir, envoyer, créer ou stocker des données. Il s’agit essentiellement de tout périphérique réseau (ordinateurs, imprimantes, modems, ponts ou commutateurs) capable de reconnaître, de traiter et de transmettre des informations à un autre nœud du réseau. Chaque nœud nécessite une forme d’identification (comme une adresse IP ou MAC) pour accéder au réseau.

• Routeurs : un routeur est un périphérique physique ou virtuel qui envoie des « paquets » de données entre les réseaux. Les routeurs analysent les données contenues dans les paquets afin de déterminer le meilleur chemin de transmission et utilisent des algorithmes de routage sophistiqués pour acheminer les paquets de données jusqu’à leur nœud de destination.
  

• Commutateurs : un commutateur est un périphérique qui connecte des périphériques réseau et gère la communication nœud à nœud au sein d’un réseau, garantissant que les paquets de données atteignent leur destination prévue. Contrairement aux routeurs, qui envoient des informations entre les réseaux, les commutateurs envoient des informations entre les nœuds d’un réseau.

  Par conséquent, la « commutation » fait référence à la manière dont les données sont transférées entre les périphériques d’un réseau. Les réseaux reposent sur trois principaux types de commutation :

  • La commutation de circuits établit un chemin de communication de données dédié entre les nœuds d’un réseau, de sorte qu’aucun autre trafic ne puisse emprunter le même chemin. La commutation de circuits permet de disposer d’une bande passante complète à chaque transmission.

     

  • La commutation de messages envoie des messages entiers du nœud source au nœud de destination, le message passant d’un commutateur à l’autre jusqu’à ce qu’il atteigne la destination.

     

  • La commutation de paquets consiste à décomposer les données en composants indépendants afin de rendre la transmission des données moins exigeante en matière de ressources réseau. Avec la commutation de paquets, ce sont les paquets au lieu de flux de données entiers qui traversent le réseau jusqu’à leur destination.

     

• Ports : un port indique une connexion spécifique entre des appareils du réseau, chaque port étant identifié par un numéro. Si une adresse IP est analogue à une adresse d’hôtel, les ports correspondent aux numéros de chambres et de suites. Les ordinateurs utilisent les numéros de port pour déterminer l’application, le service ou le processus qui doit recevoir quels messages.

• Passerelles : les passerelles sont des dispositifs matériels qui facilitent la communication entre deux réseaux différents. Les routeurs, les pare-feu et autres dispositifs de passerelle utilisent des convertisseurs de débit, des traducteurs de protocole et d’autres technologies pour rendre possible la communication inter-réseaux entre des dispositifs autrement incompatibles.
  

L’architecture des réseaux informatiques établit le cadre théorique d’un réseau informatique, y compris les principes de conception et les protocoles de communication.

Principaux types d’architectures réseau

• Architectures peer-to-peer (P2P) : dans l’architecture P2P, deux ordinateurs ou plus sont connectés en tant que « peers » (ou pairs), ce qui signifie qu’ils ont une puissance et des privilèges égaux sur le réseau. Un réseau P2P ne nécessite pas de serveur central pour la coordination. Au lieu de cela, chaque ordinateur du réseau agit à la fois comme un client (un ordinateur qui doit accéder à un service) et un serveur (un ordinateur qui fournit des services aux clients). Chaque pair du réseau met certaines de ses ressources à la disposition des autres appareils du réseau, en partageant le stockage, la mémoire, la bande passante et la puissance de traitement sur le réseau.

• Architectures client-serveur : dans un réseau client-serveur, un serveur central (ou un groupe de serveurs) gère les ressources et fournit des services aux périphériques clients du réseau. Les clients de cette architecture ne partagent pas leurs ressources et interagissent uniquement via le serveur. Les architectures client-serveur sont souvent appelées architectures à plusieurs niveaux en raison de leurs multiples couches.

• Architectures hybrides : les architectures hybrides intègrent des éléments des modèles P2P et client-serveur.

Alors que l’architecture représente le cadre théorique d’un réseau, la topologie est la mise en œuvre pratique du cadre architectural. La topologie de réseau décrit l’organisation physique et logique des nœuds et des liens sur un réseau, y compris tout le matériel (routeurs, commutateurs, câbles), les logiciels (applications et systèmes d’exploitation) et les supports de transmission (connexions filaires ou sans fil).

Les topologies de réseau courantes incluent le bus, l’anneau, l’étoile et le maillage.

Dans une topologie de réseau en bus, chaque nœud réseau est directement connecté à un câble principal. Dans une topologie en anneau, les nœuds sont connectés en boucle, de sorte que chaque appareil possède exactement deux voisins. Les pairs adjacents sont connectés directement et les pairs non adjacents sont connectés indirectement via des nœuds intermédiaires. Les topologies de réseau en étoile fonctionnent comme un hub central unique par lequel tous les nœuds sont indirectement connectés.

Les topologies maillées sont un peu plus complexes, définies par des connexions superposées entre des nœuds. Il existe deux types de réseaux maillés : le maillage complet et le maillage partiel. Dans une topologie entièrement maillée, chaque nœud du réseau est connecté à tous les autres nœuds du réseau, ce qui offre le niveau le plus élevé de résilience du réseau. Dans une topologie de maillage partiel, seuls certains nœuds du réseau se connectent, généralement ceux qui échangent le plus fréquemment des données.

Les topologies de maillage complet peuvent s’avérer coûteuses et chronophages, c’est pourquoi elles sont souvent réservées aux réseaux qui nécessitent une redondance élevée. Le maillage partiel, quant à lui, offre moins de redondance, mais il est plus rentable et plus simple à gérer.

Quel que soit le sous-type, les réseaux maillés ont des capacités d’auto-configuration et d’auto-organisation. Ils automatisent le processus de routage, afin que le réseau trouve toujours le chemin de données le plus rapide et le plus fiable.

Qu’il s’agisse de la suite IP (Internet Protocol), Ethernet, de réseaux locaux sans fil (WLAN) ou de normes de communication cellulaire, tous les réseaux informatiques suivent des protocoles de communication, c’est-à-dire des ensembles de règles que chaque nœud du réseau doit suivre pour partager et recevoir des données. Les protocoles s’appuient également sur des passerelles pour permettre à des appareils incompatibles de communiquer (un ordinateur Windows tentant d’accéder à des serveurs Linux, par exemple)

De nombreux réseaux modernes s’exécutent sur des modèles TCP/IP, qui comprennent quatre couches réseau.

• Couche d’accès réseau. Également appelée couche de liaison de données ou couche physique, la couche d’accès réseau d’un réseau TCP/IP comprend l’infrastructure réseau (composants matériels et logiciels) nécessaire à l’interface avec le support du réseau. Il gère la transmission de données physiques, à l’aide d’Ethernet et de protocoles tels que le protocole de résolution d’adresse (ARP), entre les appareils du même réseau.

• Couche Internet. La couche Internet est responsable de l’adresse logique, du routage et de la transmission des paquets. Elle repose principalement sur le protocole IP et le protocole ICMP (Internet Control Message Protocol), qui gère l’adresse et le routage des paquets sur différents réseaux.

• Couche de transport. La couche de transport TCP/IP permet le transfert de données entre les couches supérieures et inférieures du réseau. À l’aide des protocoles TCP et UDP, elle fournit également des mécanismes de vérification des erreurs et de contrôle des flux.
  
  TCP est un protocole basé sur la connexion qui est généralement plus lent, mais plus fiable que UDP. UDP est un protocole sans connexion qui est plus rapide que TCP, mais qui n’offre pas de garantie de transfert. Les protocoles UDP facilitent la transmission de paquets pour les applications sensibles au temps (telles que la diffusion vidéo en continu et les plateformes de jeux) et les consultations DNS.

• Couche application. La couche application de TCP/IP utilise les protocoles HTTP, FTP, Post Office Protocol 3 (POP3), SMTP, le système de noms de domaine (DNS) et SSH pour fournir des services réseau directement aux applications. Il gère également tous les protocoles qui soutiennent les applications des utilisateurs. 

Bien que TCP/IP soit plus directement applicable aux réseaux, le modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (OSI), parfois appelé modèle de référence OSI, a également eu un impact considérable sur le réseautage informatique et l’informatique en général.

L’OSI est un modèle conceptuel qui divise la communication réseau en sept couches abstraites (au lieu de quatre), fournissant ainsi un fondement théorique qui aide les ingénieurs et les développeurs à comprendre les subtilités de la communication réseau. La valeur principale du modèle OSI réside dans son utilité éducative et son rôle de cadre conceptuel pour la conception de nouveaux protocoles, en s’assurant qu’ils peuvent interagir avec les systèmes et technologies existants.

Cependant, l’orientation pratique du modèle TCP/IP et son applicabilité dans le monde réel en ont fait l’épine dorsale des réseaux modernes. Sa conception robuste et évolutive et son approche en couches horizontales ont été à l’origine de la croissance explosive d’Internet, qui accueille des milliards d’appareils et des quantités massives de trafic de données.

En prenant l’exemple de l’e-mail, voyons comment les données circulent sur un réseau.

Si un utilisateur souhaite envoyer un e-mail, il rédige d’abord l’e-mail, puis appuie sur le bouton « Envoyer ».  Alors, un protocole SMTP ou POP3 utilise le Wi-Fi de l’expéditeur pour rediriger le message depuis le nœud expéditeur et via les commutateurs réseau, où il est compressé et décomposé en segments de plus en plus petits (et finalement en bits, ou en chaînes de 1 et 0).

Les passerelles de réseau dirigent le flux binaire vers le réseau du destinataire, en convertissant les données et les protocoles de communication si nécessaire. Lorsque le flux binaire atteint l’ordinateur du destinataire, les mêmes protocoles transmettent les données des e-mails via les commutateurs du réseau du destinataire. Au cours de ce processus, le réseau reconstruit le message original jusqu’à ce que l’e-mail arrive, sous une forme lisible par l’homme, dans la boîte de réception du destinataire (le nœud récepteur).