Les réseaux informatiques

Un réseau informatique est un ensemble d'appareils reliés entre eux afin d'échanger des données et de partager des ressources. Les ordinateurs, smartphones, tablettes, imprimantes, serveurs et nombreux autres équipements peuvent ainsi communiquer au sein d'un même réseau.

Un réseau peut être très simple. Deux ordinateurs reliés directement peuvent déjà échanger des fichiers. Dans une maison, plusieurs appareils peuvent être connectés au même réseau afin d'accéder à Internet, d'imprimer sur une même imprimante ou de communiquer entre eux. À une échelle beaucoup plus importante, des milliers de réseaux sont interconnectés pour former Internet.

Les connexions

Les appareils peuvent communiquer par une liaison filaire ou sans fil. Une connexion filaire utilise un câble pour transporter les informations. Les réseaux locaux utilisent notamment des câbles Ethernet équipés de connecteurs adaptés aux appareils.

Une connexion sans fil transmet les informations par ondes électromagnétiques. Le Wi-Fi permet de connecter de nombreux appareils à un réseau local sans utiliser de câble, tandis que le Bluetooth est principalement destiné aux communications à courte distance entre appareils.

Les liaisons filaires offrent généralement une connexion stable et peuvent atteindre des débits élevés. Les liaisons sans fil permettent davantage de mobilité, mais leur qualité dépend notamment de la distance, des obstacles et des perturbations radioélectriques.

Les différents types de réseaux

Les réseaux sont notamment distingués selon leur étendue géographique.

• PAN (Personal Area Network) : réseau personnel couvrant une très petite zone autour d'un utilisateur. Une montre connectée communiquant avec un smartphone constitue par exemple un réseau de ce type.
• LAN (Local Area Network) : réseau local couvrant une habitation, une salle, une école ou une entreprise.
• MAN (Metropolitan Area Network) : réseau couvrant une ville ou une zone géographique importante.
• WAN (Wide Area Network) : réseau étendu reliant des réseaux situés dans des régions ou des pays différents.

Internet constitue un immense ensemble de réseaux interconnectés. Il ne s'agit donc pas d'un seul réseau physique, mais d'une infrastructure mondiale composée de nombreux réseaux appartenant à différents organismes et opérateurs.

Les adresses des appareils

Pour qu'une donnée puisse atteindre le bon appareil, celui-ci doit pouvoir être identifié sur le réseau. Les communications utilisant le protocole IP s'appuient notamment sur des adresses IP.

Une adresse IPv4 est constituée de quatre nombres séparés par des points, par exemple 192.168.1.25. IPv6 utilise un espace d'adressage beaucoup plus vaste afin de pouvoir attribuer des adresses à un nombre considérable d'équipements.

Dans un réseau local, les appareils possèdent généralement des adresses privées qui permettent leur communication à l'intérieur du réseau. Une adresse publique peut être utilisée pour identifier un réseau ou un équipement depuis Internet.

Les données sont découpées en paquets

Les informations échangées sur un réseau ne circulent généralement pas sous la forme d'un fichier complet. Elles sont découpées en petits ensembles de données appelés paquets.

Chaque paquet contient notamment des informations permettant son acheminement et le traitement de son contenu. Les paquets peuvent traverser plusieurs équipements avant d'atteindre leur destination.

Lorsqu'un ordinateur télécharge un fichier, les nombreux paquets correspondant à ce fichier sont reçus puis réassemblés afin de reconstruire les données originales.

Les équipements du réseau

Différents équipements assurent les fonctions nécessaires à la circulation des données.

Un switch, ou commutateur, relie plusieurs appareils au sein d'un réseau local. Il reçoit les données et les transmet vers le port correspondant à l'équipement destinataire.

Un routeur relie plusieurs réseaux et détermine vers quel réseau les données doivent être envoyées. Dans une habitation, le routeur permet généralement aux appareils du réseau local de communiquer avec Internet.

Une carte réseau constitue l'interface qui permet à un ordinateur ou à un autre appareil de communiquer avec le réseau. Elle peut utiliser une connexion Ethernet ou une technologie sans fil.

Un point d'accès Wi-Fi fournit une connexion sans fil à des appareils situés dans sa zone de couverture. Il peut être intégré à un routeur ou fonctionner comme un équipement séparé.

Les protocoles de communication

Les appareils d'un réseau doivent utiliser des règles communes pour pouvoir communiquer. Ces règles sont appelées protocoles réseau.

Le protocole IP permet notamment d'adresser les données et de leur faire traverser différents réseaux. TCP assure une communication fiable en contrôlant notamment la réception des données et leur ordre.

D'autres protocoles remplissent des fonctions particulières. HTTP et HTTPS sont utilisés pour les échanges liés au Web. DNS permet de retrouver l'adresse IP correspondant à un nom de domaine. DHCP permet notamment d'attribuer automatiquement des paramètres réseau aux appareils.

Du nom de domaine au serveur

Lorsqu'un utilisateur saisit l'adresse d'un site Web, il utilise généralement un nom de domaine plutôt qu'une adresse IP. Le système DNS traduit ce nom en une adresse IP correspondant au serveur recherché.

L'appareil peut alors établir une communication avec le serveur. Les données circulent sous forme de paquets à travers différents réseaux et équipements jusqu'à atteindre leur destination.

Le serveur traite ensuite la demande et renvoie les données nécessaires. Le navigateur reçoit ces informations et les utilise pour afficher la page Web.

Les serveurs et les clients

Dans de nombreuses communications, un appareil joue le rôle de client et demande une ressource à un serveur. Le navigateur installé sur un ordinateur ou un smartphone constitue par exemple un client lorsqu'il demande une page Web à un serveur.

Un serveur est un ordinateur ou un système informatique conçu pour fournir des services à d'autres appareils. Il peut héberger des sites Web, stocker des fichiers, gérer des bases de données, transmettre des courriers électroniques ou fournir d'autres ressources.

Un même serveur peut répondre simultanément aux demandes de nombreux clients. Les grands services Internet utilisent généralement de nombreux serveurs répartis dans plusieurs centres de données.

Les réseaux locaux

Dans un réseau local, les appareils peuvent communiquer directement ou par l'intermédiaire d'un switch ou d'un point d'accès. Un ordinateur peut par exemple envoyer un document vers une imprimante connectée au même réseau sans passer par Internet.

Une entreprise peut également utiliser un réseau local pour permettre aux employés d'accéder à des serveurs internes, de partager des fichiers ou d'utiliser des imprimantes communes.

Le débit et la vitesse de transmission

La quantité de données pouvant être transmise pendant une durée donnée est appelée débit. Il est généralement exprimé en bits par seconde, avec des unités comme le Mbit/s ou le Gbit/s.

Un débit de 100 Mbit/s signifie qu'une liaison peut théoriquement transmettre jusqu'à 100 millions de bits par seconde dans les conditions correspondant à cette valeur. Le débit réellement obtenu dépend cependant de nombreux facteurs, notamment de la technologie utilisée, de la qualité de la liaison et de la charge du réseau.

Le débit ne doit pas être confondu avec le temps de propagation. Une donnée peut circuler très rapidement sur une liaison tout en nécessitant un certain temps pour parcourir la distance séparant l'émetteur du destinataire.

La communication sans fil

Dans un réseau sans fil, les données sont transportées par des ondes électromagnétiques. Le Wi-Fi utilise différentes bandes de fréquences radio afin de transmettre les informations entre les appareils et le point d'accès.

La qualité d'une connexion sans fil peut diminuer lorsque la distance augmente ou lorsque des murs et d'autres obstacles se trouvent entre les appareils. D'autres équipements utilisant des fréquences proches peuvent également provoquer des perturbations.

Les technologies sans fil utilisent différentes méthodes de modulation et de codage afin de représenter les données numériques sous la forme de signaux électromagnétiques pouvant être transmis dans l'air.

La sécurité des réseaux

Les réseaux doivent également protéger les données contre les accès non autorisés. Un réseau sans fil utilise notamment un mécanisme de chiffrement afin d'empêcher une personne située à proximité d'intercepter facilement les communications.

Les réseaux utilisent également des mécanismes d'authentification pour vérifier l'identité des utilisateurs ou des appareils. Des pare-feu peuvent filtrer certaines communications et empêcher des connexions non autorisées.

Sur Internet, les communications utilisant HTTPS sont chiffrées entre le navigateur et le serveur. Les données peuvent ainsi être protégées pendant leur transport contre une interception directe.

Les réseaux interconnectés

Les réseaux informatiques ne fonctionnent pas isolément. Un réseau local peut être relié à un autre réseau par un routeur, puis à d'autres réseaux encore. Cette organisation permet aux données de parcourir progressivement de grandes distances.

Lorsqu'un utilisateur consulte un site hébergé dans un autre pays, les paquets peuvent traverser plusieurs réseaux, routeurs et liaisons avant d'atteindre le serveur. Les réponses suivent ensuite le chemin inverse ou un autre chemin disponible.

Les opérateurs utilisent notamment des fibres optiques, des câbles sous-marins, des liaisons radio et des équipements de très grande capacité pour interconnecter les réseaux à l'échelle mondiale.

Le rôle des réseaux dans les appareils numériques

Les réseaux permettent aux appareils numériques de partager des informations et des ressources. Un ordinateur peut accéder à un serveur, un smartphone peut communiquer avec une montre connectée, une imprimante peut recevoir un document et un téléviseur peut recevoir une vidéo depuis un service en ligne.

Derrière chaque page Web consultée, chaque message envoyé, chaque fichier transféré ou chaque vidéo diffusée se trouve donc une succession de communications entre appareils, réseaux et équipements d'interconnexion.

Le Wi-Fi est une technologie de communication sans fil qui permet de relier des appareils à un réseau local sans utiliser de câble. Les données sont transmises par des ondes radio entre l'appareil et un point d'accès Wi-Fi.

Le rôle du Wi-Fi

Le Wi-Fi permet notamment de connecter des ordinateurs, des smartphones, des tablettes, des imprimantes, des téléviseurs et des objets connectés à un réseau local. Le point d'accès Wi-Fi est très souvent intégré à la box Internet.

Le Wi-Fi ne constitue donc pas une connexion à Internet en lui-même. Il fournit simplement une liaison sans fil entre un appareil et le réseau local. Si le routeur est lui-même connecté à Internet, l'appareil Wi-Fi peut ensuite accéder à Internet par l'intermédiaire de ce routeur.

Par exemple, un smartphone connecté au Wi-Fi d'une maison communique d'abord avec la box par ondes radio. La box transmet ensuite les données vers Internet grâce à sa connexion avec le fournisseur d'accès.

Le point d'accès Wi-Fi

Le point d'accès Wi-Fi, appelé access point ou AP, est l'équipement qui assure la communication radio avec les appareils sans fil.

Dans une installation domestique, le point d'accès est généralement intégré à la box. Dans une entreprise, une école ou un grand bâtiment, plusieurs points d'accès peuvent être installés à différents endroits afin de couvrir une zone plus importante.

Le point d'accès communique avec les appareils par ondes radio et avec le reste du réseau par une connexion réseau, généralement Ethernet.

Le nom du réseau : le SSID

Chaque réseau Wi-Fi est identifié par un SSID (Service Set Identifier). Il correspond au nom du réseau Wi-Fi affiché dans la liste des réseaux disponibles.

Lorsqu'un appareil recherche les réseaux Wi-Fi à proximité, il détecte les points d'accès qui diffusent leurs informations. Le système affiche alors leurs SSID, par exemple Maison-5G ou Bibliotheque.

L'utilisateur sélectionne ensuite le réseau souhaité et fournit les informations d'authentification nécessaires. Une fois la connexion établie, l'appareil peut communiquer avec le réseau local.

La connexion par ondes radio

Le Wi-Fi transmet les données grâce à des ondes électromagnétiques appartenant au domaine des radiofréquences. L'appareil transforme les données numériques en signaux radio qui sont émis par son antenne.

Le point d'accès reçoit ces signaux et les reconvertit en données numériques. Le processus fonctionne également dans l'autre sens lorsque le réseau envoie des données vers l'appareil.

La communication est donc bidirectionnelle : le smartphone transmet des données au point d'accès et le point d'accès transmet des données au smartphone.

Les bandes de fréquences

Le Wi-Fi utilise plusieurs bandes de fréquences radio. Les plus courantes sont les bandes autour de 2,4 GHz et 5 GHz. Les technologies Wi-Fi récentes peuvent également utiliser la bande des 6 GHz.

La bande 2,4 GHz possède généralement une meilleure portée et traverse plus facilement certains obstacles. Elle est cependant très utilisée par de nombreux appareils, ce qui peut provoquer davantage d'interférences.

La bande 5 GHz permet généralement des débits plus élevés et offre davantage de canaux disponibles, mais son signal est davantage atténué par les obstacles et la distance.

La bande 6 GHz, utilisée notamment par le Wi-Fi 6E et le Wi-Fi 7, offre de nouvelles fréquences et peut permettre des communications rapides avec moins de congestion dans les environnements compatibles.

La portée du Wi-Fi

La portée d'une connexion Wi-Fi dépend de la puissance du signal, de la fréquence utilisée, des antennes, de la configuration du bâtiment et des obstacles rencontrés.

Les murs, plafonds, structures métalliques et certains équipements peuvent affaiblir le signal. Plus un appareil est éloigné du point d'accès, plus le signal reçu est généralement faible.

Lorsque le signal devient trop faible, le débit peut diminuer et la connexion peut devenir instable. Un appareil situé à quelques mètres du point d'accès peut donc obtenir de meilleures performances qu'un appareil situé à plusieurs pièces de distance.

Les canaux Wi-Fi et les interférences

Une même bande de fréquences est divisée en plusieurs canaux. Les points d'accès utilisent ces canaux pour organiser les communications radio.

Lorsque plusieurs réseaux voisins utilisent des fréquences qui se chevauchent, les communications peuvent subir des interférences. Ce phénomène est particulièrement fréquent dans les immeubles où de nombreux réseaux Wi-Fi fonctionnent simultanément.

Les équipements Wi-Fi modernes peuvent sélectionner automatiquement un canal adapté afin de limiter certaines interférences.

La vitesse du Wi-Fi

Le débit maximal d'une connexion Wi-Fi dépend notamment de la génération de Wi-Fi utilisée, de la bande de fréquences, de la largeur des canaux, du nombre d'antennes et de la qualité du signal.

Le débit annoncé par un équipement correspond à une capacité théorique. Le débit réellement obtenu est généralement inférieur, car une partie des communications est consacrée aux mécanismes de contrôle et parce que les conditions radio ne sont jamais parfaites.

Par exemple, un ordinateur placé juste à côté d'une box peut obtenir un débit beaucoup plus élevé qu'un ordinateur situé derrière plusieurs murs, même si les deux utilisent exactement la même technologie Wi-Fi.

La sécurité du Wi-Fi

Un réseau Wi-Fi doit être protégé afin d'empêcher des personnes non autorisées de s'y connecter ou d'intercepter facilement les communications. Les réseaux modernes utilisent notamment les systèmes de sécurité WPA2 ou WPA3.

La connexion est protégée par une clé ou un mot de passe. Les données échangées sur le réseau Wi-Fi peuvent être chiffrées, ce qui empêche une personne située à proximité de les comprendre simplement en captant les signaux radio.

Un mot de passe Wi-Fi suffisamment long et difficile à deviner constitue donc une mesure de sécurité importante. Il est également préférable d'utiliser les mécanismes de sécurité les plus récents proposés par le matériel compatible.

Wi-Fi et Ethernet

Le Wi-Fi et l'Ethernet permettent tous deux de connecter des appareils à un réseau local, mais leurs caractéristiques sont différentes.

Une connexion Ethernet utilise un câble. Elle offre généralement une connexion plus stable et moins sensible aux obstacles et aux interférences radio. Le Wi-Fi offre en revanche une plus grande liberté de déplacement puisqu'aucun câble ne relie directement l'appareil au point d'accès.

Dans une maison, un ordinateur fixe peut donc être relié à la box par Ethernet tandis qu'un smartphone utilise le Wi-Fi. Les deux appareils peuvent alors appartenir au même réseau local.

Le Wi-Fi et Internet

Le Wi-Fi et Internet correspondent donc à deux éléments différents. Le Wi-Fi assure une liaison locale sans fil, tandis qu'Internet est un ensemble mondial de réseaux interconnectés.

Une box non connectée au réseau de son fournisseur d'accès peut continuer à fournir un réseau Wi-Fi local. Les appareils connectés pourront alors communiquer entre eux, mais ils ne pourront pas accéder aux services situés sur Internet.

Le Wi-Fi constitue ainsi principalement le dernier lien sans fil entre les appareils et le réseau local. La box ou le point d'accès fait ensuite circuler les données vers les autres équipements du réseau et, lorsque cela est possible, vers Internet.