Réseaux locaux (LAN)

Le réseau local (LAN) est un réseau informatique conçu pour une zone géographique limitée telle qu'un bâtiment ou un campus. Bien qu'un réseau local puisse être utilisé comme un réseau isolé pour connecter des ordinateurs dans une organisation dans le seul but de partager des ressources, la plupart des réseaux locaux d'aujourd'hui sont également liés à un réseau étendu (WAN) ou à Internet.

Les réseaux locaux peuvent être des réseaux filaires ou sans fil. Dans le premier groupe, les stations des LAN sont connectées par fil ; dans le second groupe, les stations sont logiquement reliées par voie aérienne.

Bien que plusieurs LAN filaires aient été inventés dans le passé, un seul a survécu : l'Ethernet. Peut-être que la raison en est qu'Ethernet a été mis à jour plusieurs fois en fonction des besoins de la communauté Internet.

Le LAN Ethernet a été développé dans les années 1970 par Robert Metcalfe et David Boggs. Depuis lors, il a traversé quatre générations : Standard Ethernet (10 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Gigabit Ethernet (1 Gbps) et 10 Gigabit Ethernet (10 Gbps). Le débit de données, la vitesse à laquelle les bits sont envoyés chaque seconde, a été multiplié par dix à chaque génération.

Standard Ethernet

Nous désignons la technologie Ethernet originale avec un débit de données de 10 Mbps (dix millions de bits par seconde) comme Ethernet standard. Dans ce cas, le débit de données définit la vitesse à laquelle les données peuvent être envoyées de la station au réseau local. Dans le cas d'Ethernet, la vitesse est de 10 millions de bits par seconde. Les bits ne sont toutefois pas envoyés un par un, un groupe de bits est regroupé et appelé trame.

Ethernet fournit un service sans connexion, ce qui signifie que chaque trame envoyée est indépendante de la trame précédente ou suivante. Ethernet n'a pas de phases d'établissement ou de terminaison de connexion. L'expéditeur envoie une trame chaque fois qu'il l'a ; le récepteur peut ou non être prêt pour cela.

Ethernet est également peu fiable comme IP et UDP. Si une trame est corrompue pendant la transmission et que le récepteur s'aperçoit de la corruption, ce qui a une forte probabilité de se produire en raison du CRC-32, le récepteur abandonne la trame en silence. C'est le rôle des protocoles de haut niveau de s'en rendre compte.

Format de la trame

La trame Ethernet contient sept champs :

•  Préambule. Ce champ contient 7 octets (56 bits) de 0 et de 1 en alternance qui alertent le système récepteur de la trame à venir et lui permettent de synchroniser son horloge en cas de désynchronisation. Le modèle ne fournit qu'une alerte et une impulsion de synchronisation. Le modèle de 56 bits permet aux stations de manquer certains bits au début de la trame. Le préambule est en fait ajouté au niveau de la couche physique et ne fait pas (formellement) partie de la trame.
•  Délimiteur de début de trame (SFD). Ce champ (1 octet : 10101011) signale le début de la trame. Le SFD avertit la ou les stations que c'est la dernière chance de synchronisation. Les 2 derniers bits sont (11)2 et avertissent le récepteur que le champ suivant est l'adresse de destination. Ce champ est en fait un drapeau qui définit le début de la trame. Nous devons nous rappeler qu'une trame Ethernet est une trame de longueur variable. Elle a besoin d'un drapeau pour définir le début de la trame. Le champ SFD est également ajouté au niveau de la couche physique.
•  Adresse de destination (DA). Ce champ est de six octets (48 bits) et contient l'adresse de la couche de liaison de la ou des stations de destination qui recevront le paquet.
•  Adresse source (SA). Ce champ est également de six octets et contient l'adresse de la couche de liaison de l'expéditeur du paquet.
•  Type. Ce champ définit le protocole de couche supérieure dont le paquet est encapsulé dans la trame. Ce protocole peut être IP, ARP, OSPF, etc. Il est utilisé pour le multiplexage et le démultiplexage.
•  Données. Ce champ contient les données encapsulées par les protocoles de la couche supérieure. Il est composé d'un minimum de 46 et d'un maximum de 1500 octets.
•  CRC. Le dernier champ contient des informations de détection d'erreur, dans ce cas un CRC-32. Le CRC est calculé sur les adresses, les types et le champ de données. Si le récepteur calcule le CRC et constate qu'il n'est pas nul (corruption lors de la transmission), il rejette la trame.

Étant donné que le réseau qui utilise le protocole Ethernet standard est un réseau de diffusion, nous devons utiliser une méthode d'accès pour contrôler l'accès au support de partage. L'Ethernet standard a choisi CSMA/CD avec la méthode 1-persistante.

L'Ethernet standard a défini plusieurs implémentations comme indiqué dans le tableau ci-dessous :

Fast Ethernet

Dans les années 1990, Ethernet a fait un grand saut en augmentant le taux de transmission à 100 Mbps, et la nouvelle génération s'appelait Fast Ethernet. Les concepteurs du Fast Ethernet avait besoin de le rendre compatible avec le Standard Ethernet. La plupart des protocoles tels que l'adressage, le format de trame sont restés inchangés. En augmentant le taux de transmission, les caractéristiques de l'Ethernet standard qui dépendent du taux de transmission ont dû être revues.

L'implémentation Fast Ethernet au niveau de la couche physique peut être classée en deux ou quatre fils. La mise en œuvre à deux fils peut être soit une paire torsadée blindée (STP), appelée 100Base-TX, soit un câble à fibre optique, appelé 100Base-FX. La mise en œuvre à quatre fils est conçue uniquement pour les paires torsadées non blindées (UTP), appelées 100Base-T4. Le tableau ci-dessous résume les implémentations Fast Ethernet :

Gigabit Ethernet

Le besoin d'un débit de données encore plus élevé a conduit à la conception du protocole Gigabit Ethernet (1000 Mbps). Les objectifs du Gigabit Ethernet étaient de mettre à niveau le débit de données à 1 Gbit/s, mais de conserver les mêmes longueurs d'adresse, format de trame et longueur de trame maximale et minimale.

Gigabit Ethernet est conçu pour connecter deux stations ou plus. S'il n'y a que deux stations, elles peuvent être connectées en point à point. Trois stations ou plus doivent être connectées dans une topologie en étoile avec un hub ou un commutateur au centre. Une autre configuration possible consiste à connecter plusieurs topologies en étoile ou à laisser une topologie en étoile faire partie d'une autre.

Gigabit Ethernet peut être classé comme une implémentation à deux ou quatre fils. Les implémentations à deux fils utilisent un câble à fibre optique (1000Base-SX, ondes courtes ou 1000Base-LX, ondes longues) ou STP (1000Base-CX). La version à quatre fils utilise un câble à paires torsadées de catégorie 5 (1000Base-T).

10 Gigabit Ethernet

Ces dernières années, on s'est penché sur l'utilisation d'Ethernet dans les zones métropolitaines. L'idée est d'étendre la technologie, le débit de données et la distance de couverture afin que l'Ethernet puisse être utilisé comme LAN et MAN (metropolitan area network). Le comité IEEE a créé le 10 Gigabit Ethernet et l'a appelé la norme 802.3ae.

Les objectifs de la conception du 10 Gigabit Ethernet peuvent être résumés comme suit :

•  Augmenter le débit de données à 10 Gbps, 
•  Conserver la même taille et le même format de trame, et 
•  Permettre l'interconnexion des LAN, MAN et WAN.

Ce débit n'est possible qu'avec la technologie fibre optique en ce moment. La norme définit deux types de couches physiques : LAN PHY et WAN PHY. la première est conçue pour prendre en charge les réseaux locaux existants ; la seconde définit en fait un WAN avec des liens connectés via SONET OC-192.

10 Gigabit Ethernet fonctionne uniquement en mode duplex intégral, ce qui signifie qu'il n'y a pas besoin de conflit ; CSMA/CD n'est pas utilisé en 10 Gigabit Ethernet. Quatre implémentations sont les plus courantes : 10GBase-SR, 10GBase-LR, 10GBase-EW et 10GBase-X4. Le tableau ci-dessous présente un résumé des implémentations 10 Gigabit Ethernet.

La communication sans fil est l'une des technologies dont la croissance est la plus rapide. La demande de connexion d'appareils sans l'utilisation de câbles augmente partout. On trouve des réseaux locaux sans fil sur les campus universitaires, dans les immeubles de bureaux et dans de nombreux lieux publics. La première différence que l'on peut observer entre un réseau local câblé et un réseau local sans fil est le support. Dans un réseau local câblé, nous utilisons des fils pour connecter les hôtes. Dans un réseau local sans fil, le support est l'air, le signal est généralement diffusé. Lorsque les hôtes d'un réseau local sans fil communiquent entre eux, ils partagent le même support (accès multiple). Deux technologies ont joué un rôle déterminant dans ce domaine : Ethernet sans fil et Bluetooth.

Ethernet sans fils(WiFi)

L'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a défini les spécifications d'un réseau local sans fil, parfois appelé Ethernet sans fil ou WiFi (abréviation de "Wireless Fidelity"). Le WiFi, quant à lui, est un réseau local sans fil certifié par la WiFi Alliance, une association industrielle mondiale à but non lucratif regroupant plus de 300 entreprises membres. La norme définit deux types de services : l'ensemble de services de base (BSS) et l'ensemble de services étendus (ESS). Le second service utilise un dispositif supplémentaire (point d'accès ou AP) qui sert de commutateur pour la connexion à d'autres LAN ou WAN. La figure ci-dessous illustre les deux services.

Bluetooth

Bluetooth est une technologie de réseau local sans fil conçue pour connecter des appareils de différentes fonctions tels que des téléphones, des ordinateurs portables, des ordinateurs (de bureau et portables), des appareils photo, des imprimantes et même des cafetières lorsqu'ils se trouvent à une courte distance les uns des autres. Un réseau local Bluetooth est un réseau ad hoc, ce qui signifie que le réseau se forme spontanément ; les appareils, parfois appelés gadgets, se trouvent les uns les autres et forment un réseau appelé piconet. Un réseau local Bluetooth peut même être connecté à l'Internet si l'un des gadgets possède cette capacité. Un réseau local Bluetooth, par nature, ne peut pas être très étendu. Si de nombreux gadgets tentent de se connecter, c'est le chaos.

La technologie Bluetooth a plusieurs applications. Les périphériques tels qu'une souris ou un clavier sans fil peuvent communiquer avec l'ordinateur grâce à cette technologie. Les appareils de surveillance peuvent communiquer avec les capteurs d'un petit centre de santé. Les dispositifs de sécurité à domicile peuvent utiliser cette technologie pour connecter différents capteurs au contrôleur de sécurité principal.

Bluetooth a été initialement lancé en tant que projet par la société Ericsson. Il porte le nom de Harald Blaatand, le roi du Danemark (940-981) qui a uni le Danemark et la Norvège. Blaatand se traduit par Bluetooth en anglais.