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.

Pour transmettre des informations d'un appareil à un autre, un réseau informatique utilise un support de transmission. Ce support transporte les signaux qui représentent les données numériques. Les deux grandes familles de supports filaires utilisées dans les réseaux sont les câbles en cuivre et la fibre optique.

Les câbles Ethernet

Dans les réseaux locaux, les appareils sont très souvent reliés par des câbles Ethernet. Ces câbles contiennent généralement plusieurs paires de fils de cuivre torsadés. La torsade réduit les perturbations électriques entre les différents fils.

Les données numériques sont transformées en signaux électriques qui circulent dans les conducteurs en cuivre. La carte réseau de l'appareil transforme les données en signaux lors de l'émission et effectue l'opération inverse lors de la réception.

Un câble Ethernet possède généralement un connecteur RJ45 à chaque extrémité. Il permet par exemple de relier un ordinateur à un routeur ou à un switch.

Un câble Ethernet peut donc suivre un trajet très simple : l'ordinateur transforme les données en signaux électriques, les transmet dans le câble jusqu'au switch ou au routeur, puis l'équipement réseau les transmet vers leur destination.

Les catégories de câbles Ethernet

Les câbles Ethernet sont classés en différentes catégories. Les plus courantes sont notamment Cat 5e, Cat 6 et Cat 6a. Chaque catégorie définit notamment des caractéristiques électriques et des performances de transmission.

Par exemple, un câble Cat 5e peut généralement transporter jusqu'à 1 Gbit/s sur une longueur maximale de 100 mètres dans une installation adaptée. Un câble Cat 6a peut atteindre 10 Gbit/s jusqu'à 100 mètres dans les conditions prévues par la norme.

Le choix du câble dépend donc du débit nécessaire, de la longueur de la liaison et de l'environnement électrique. Une catégorie supérieure ne rend pas automatiquement une connexion plus rapide si les autres équipements du réseau ne peuvent pas exploiter ce débit.

Les limites du cuivre

Les signaux électriques circulant dans le cuivre s'affaiblissent avec la distance. Le câble est également sensible aux perturbations électromagnétiques produites par certains équipements électriques.

C'est pourquoi les liaisons Ethernet classiques sont généralement limitées à environ 100 mètres par segment. Pour couvrir une distance plus importante, plusieurs équipements réseau peuvent être utilisés ou une autre technologie de transmission peut être choisie.

La fibre optique

La fibre optique transmet les données sous forme de signaux lumineux au lieu de signaux électriques. Une fibre contient une partie centrale extrêmement fine appelée cœur, entourée d'une couche appelée gaine optique.

Le cœur est constitué de verre ou, dans certaines fibres, de plastique. La lumière reste guidée à l'intérieur de la fibre grâce aux propriétés optiques du cœur et de la gaine.

Un émetteur transforme les données électriques en impulsions lumineuses. Ces impulsions sont produites notamment par des lasers ou des diodes électroluminescentes. À l'autre extrémité, un récepteur détecte la lumière et la transforme à nouveau en signal électrique.

Les données peuvent ainsi être représentées par une succession de variations du signal lumineux. Le récepteur interprète ces variations pour reconstruire les données originales.

Les avantages de la fibre optique

La fibre optique permet de transporter des quantités considérables de données sur de grandes distances. Les pertes du signal sont faibles et les performances restent élevées sur des distances beaucoup plus importantes que celles permises par les câbles Ethernet en cuivre.

La fibre est également insensible aux perturbations électromagnétiques. Un champ électrique ou magnétique extérieur ne perturbe pas directement la lumière qui circule dans la fibre.

Elle permet ainsi de réaliser des liaisons très longues et très rapides entre des équipements réseau, des bâtiments, des villes ou des pays.

Les câbles sous-marins

La fibre optique joue un rôle essentiel dans les communications internationales. Des câbles sous-marins sont installés au fond des océans pour relier les différents continents.

Ces câbles contiennent plusieurs fibres optiques protégées par différentes couches destinées à résister à la pression, à l'eau et aux contraintes mécaniques. Des équipements placés le long des câbles permettent également de maintenir le signal sur de très longues distances.

Lorsqu'une personne située en France consulte un serveur situé aux États-Unis, les données peuvent notamment traverser l'océan Atlantique par un câble sous-marin en fibre optique. Les informations envoyées dans un sens et les réponses reçues dans l'autre empruntent ces infrastructures.

Les longues distances

Les réseaux informatiques utilisent donc différents supports selon la distance à parcourir. Dans un bâtiment, un câble Ethernet peut relier un ordinateur à un switch. Entre deux bâtiments éloignés, une liaison en fibre optique peut être utilisée. À l'échelle d'un pays ou d'un continent, de grandes infrastructures en fibre transportent les données entre les principaux réseaux.

La fibre optique est également utilisée dans les réseaux d'accès à Internet. Dans une connexion en fibre jusqu'au domicile, appelée FTTH (Fiber To The Home), la fibre arrive directement dans le logement et permet à la box de communiquer avec le réseau de l'opérateur à très haut débit.

Cuivre et fibre optique

Le cuivre et la fibre ne s'opposent donc pas nécessairement. Ils sont souvent utilisés à différents endroits d'un même réseau.

Par exemple, dans une entreprise, les serveurs et les ordinateurs peuvent être reliés aux switches par Ethernet en cuivre, tandis que les switches de plusieurs étages ou de plusieurs bâtiments sont reliés entre eux par fibre optique.

Le cuivre est particulièrement pratique pour les connexions courtes et peu coûteuses. La fibre est privilégiée lorsque la distance, le débit ou l'immunité aux perturbations électromagnétiques deviennent importants.