Éléments physiques du réseau local
Sommaire
Les éléments matériels d'un réseau local, leurs caractéristiques et leur interconnexion. Beaucoup de vocabulaire à maîtriser pour l'épreuve.
1. Qualifier une communication
Toute communication nécessite un émetteur, un récepteur et un média (support de transmission). Par analogie avec deux personnes qui discutent, la carte réseau joue le rôle de la bouche et des oreilles.
Le modèle de Shannon résume la chose : un émetteur, grâce à un codage, envoie un message à un récepteur qui effectue le décodage, dans un contexte perturbé de bruit.
| Entre deux personnes | Entre deux éléments du réseau |
|---|---|
| Bruit environnant | Interférences électromagnétiques (moteurs, éclairages fluorescents, ondes radio) |
| Personnes éloignées | Affaiblissement du signal sur la distance → répéteur nécessaire |
| Une des personnes est sourde | Carte réseau ou port défaillant |
| Elles ne parlent pas la même langue | Protocoles ou codages incompatibles |
| L'émetteur parle trop vite | Débits non négociés, saturation du récepteur |
2. Bande passante et débit
- La bande passante numérique mesure la quantité d'informations pouvant circuler d'un emplacement à un autre pendant une période donnée. C'est la caractéristique principale d'une voie de transmission, exprimée en bit/s, kbit/s, Mbit/s ou Gbit/s.
- Le débit est la mesure réelle du transfert de bits sur le support. Il est généralement inférieur à la bande passante annoncée : en-têtes de protocole, collisions, charge des équipements, qualité du câblage.
Piège d'unité : un octet vaut 8 bits, et son abréviation est un « o » minuscule. 1 Mo/s équivaut donc à 8 Mbit/s. Une offre annoncée à 100 Mbit/s permet au mieux 12,5 Mo/s.
Dans un réseau à segments multiples, le débit ne peut pas dépasser celui de la liaison la plus lente du chemin. Un câble gigabit branché sur une carte à 100 Mbit/s plafonne à 100 Mbit/s.
3. Signaux et codage
| Signal analogique | Signal numérique | |
|---|---|---|
| Variation | Continue dans le temps | Discrète : succession de 0 et de 1 |
| Fréquence | Nombre d'oscillations par seconde (Hz) | Nombre de symboles par seconde |
| Exemple | Radio, téléphonie historique, ADSL | Ethernet, fibre, tout l'informatique |
Le numérique l'a emporté : voix, vidéo et données sont converties en flux de bits, ce qui permet de tout transporter sur un même canal, de le compresser et de le régénérer sans perte. Le terme « bande passante » sous-entend aujourd'hui « bande passante numérique ».
- Le modem (modulateur / démodulateur) convertit un signal numérique en analogique pour le transmettre sur un réseau analogique, et inversement.
- Un convertisseur analogique-numérique (dans une carte son, un scanner, un capteur) numérise un signal physique.
- Exemple de codage : le NRZ (non retour à zéro) code le bit 1 par un signal positif et le bit 0 par un signal négatif. Les débits élevés exigent des codages plus complexes, ce qui permet de coder plusieurs bits par symbole.
4. Modes de transmission
| Mode | Principe | Exemple |
|---|---|---|
| Unidirectionnel (simplex) | Transmission dans un seul sens | Signal d'une station de télévision vers un téléviseur |
| Bidirectionnel non simultané (half-duplex) | Les deux sens, mais pas en même temps | Radios de la police et des services d'urgence |
| Bidirectionnel simultané (full-duplex) | Les deux sens à la fois | Téléphone, communication entre deux PC |
La bande passante se mesure dans un seul sens : un lien 100 Mbit/s full-duplex offre bien 100 Mbit/s, pas 200. Le full-duplex améliore les performances parce qu'émission et réception ne se gênent plus.
5. La carte réseau
- Interface entre l'ordinateur et le réseau local ; elle code le signal à l'émission et le décode à la réception, selon le support utilisé.
- Formats : carte sur slot PCIe, contrôleur intégré à la carte mère, adaptateur USB.
- Connecteurs : RJ45, antenne, SC / LC pour la fibre.
- Débit souvent variable et négocié avec le commutateur (auto-négociation).
- Identifiée de façon unique par son adresse MAC, codée sur 48 bits (Media Access Control).
6. Le cuivre : paires torsadées
Une paire torsadée est formée de deux fils de cuivre enroulés en hélice. Le signal est transmis simultanément sous deux formes : tel quel sur un fil, inversé sur l'autre. Cette configuration annule les signaux extérieurs et réduit la diaphonie (interférence entre paires voisines).
Plus il y a de torsades, moins il y a de diaphonie. Les concepteurs utilisent d'ailleurs un nombre de torsades différent pour chaque paire d'un même câble, pour renforcer cet effet d'annulation.
| Sigle | Notation officielle | Blindage |
|---|---|---|
| UTP | U/UTP | Aucun blindage — environnements sans risque de parasites |
| FTP | F/UTP | Feuillard aluminium autour de l'ensemble des paires ; le plus répandu |
| STP | U/FTP | Chaque paire entourée d'une feuille d'aluminium |
| FFTP | F/FTP | Chaque paire blindée, plus un feuillard général |
| SFTP | SF/UTP | Double blindage général (feuille + tresse), paires non blindées |
| SSTP | S/FTP | Blindage par paire, plus une tresse métallique globale |
Lecture de la notation : le code avant le slash désigne le blindage du câble, celui après le blindage des paires individuelles. U = non blindé, F = feuillard, S = tresse, TP = paires torsadées.
Les câbles blindés protègent mieux mais coûtent plus cher, sont plus épais, plus difficiles à poser et exigent une mise à la terre. Ils ne se justifient qu'en environnement perturbé ou pour viser de très hauts débits.
Catégories de câble
| Catégorie / classe | Fréquence | Débit sur 100 m |
|---|---|---|
| Cat 3 | 16 MHz | 10 Mbit/s — téléphonie, obsolète en informatique |
| Cat 5 | 100 MHz | 100 Mbit/s |
| Cat 5e / classe D | 155 MHz | 1 Gbit/s — minimum acceptable aujourd'hui |
| Cat 6 / classe E | 250 MHz | 1 Gbit/s, jusqu'à 10 Gbit/s sur distance réduite — norme des entreprises |
| Cat 6a / classe Ea | 500 MHz | 10 Gbit/s sur 100 m |
| Cat 7 / classe F | 600 à 1200 MHz | 40 à 100 Gbit/s ; connecteur GG45 différent |
Les 100 m de référence correspondent à 90 m de câble et deux cordons de brassage de 5 m. Plus la fréquence est élevée, plus la bande passante potentielle est grande — mais le débit dépend aussi des techniques de codage, qui permettent de coder plusieurs bits sur une même fréquence.
7. Normes et schémas de câblage
Les normes TIA/EIA-568A et 568B définissent le brochage, les types et longueurs de câbles, les connecteurs et les méthodes de test. En Europe, T568B est la plus répandue. L'essentiel : câbler les deux extrémités de la même manière.
Un média filaire dispose d'un canal d'émission (TX) et d'un canal de réception (RX). Sur 4 paires, 2 seulement sont utilisées dans la majorité des cas. Le commutateur effectue le croisement électronique : ce qu'il reçoit sur la paire TX, il l'envoie sur la paire RX du câble du destinataire.
| Type de câble | Brochage | Usage |
|---|---|---|
| Droit | Les deux extrémités identiques | Poste vers commutateur, commutateur vers routeur — le cas le plus fréquent en LAN |
| Croisé | Paires orange et verte inversées : TX d'un côté sur RX de l'autre | Deux équipements de même nature : PC vers PC, ancien switch vers ancien switch, routeur vers routeur |
Les ports des commutateurs modernes sont auto-MDI/MDI-X : ils détectent et croisent automatiquement, ce qui rend le câble croisé rarement nécessaire aujourd'hui.
Après installation, un contrôleur de câble (type Fluke) vérifie le schéma de câblage, la longueur, l'atténuation et les interférences.
8. La fibre optique
Un fil de verre (silice) très pur, flexible, à peine plus épais qu'un cheveu. Les bits sont codés sous forme d'impulsions lumineuses. Chaque circuit comporte deux fibres : une pour émettre, une pour recevoir.
| Monomode | Multimode | |
|---|---|---|
| Distance | Variable, plus de 100 km (fibre sous-marine) | Jusqu'à 2 km |
| Bande passante | 10 à 100 Gbit/s | Jusqu'à 10 Gbit/s sur 550 m |
| Coût | Plus élevé | Moins cher |
Quatre domaines d'application : réseaux d'entreprise (câblage fédérateur, liaison entre bâtiments, environnement perturbé), FTTH, réseaux longue distance des opérateurs, câbles sous-marins.
Inconvénients en réseau local : coût du matériel et des cartes, fragilité, soudures et connectique délicates (les connecteurs sont variés, contrairement au RJ45), main-d'œuvre spécialisée.
9. Le sans-fil
Les supports sans fil transportent les bits via des radiofréquences. Les bandes sans licence utilisées sont 900 MHz, 2,4 GHz et 5 GHz. Les variations de courant dans l'antenne créent des ondes qui se propagent en ligne droite, s'atténuent, mais traversent murs et obstacles. À l'arrivée, l'antenne réceptrice regénère un signal électrique faible que le récepteur amplifie.
| Norme | Bande | Débit théorique |
|---|---|---|
| 802.11g | 2,4 GHz | 54 Mbit/s |
| 802.11n | 2,4 / 5 GHz | 600 Mbit/s |
| 802.11ac | 5 GHz | plusieurs Gbit/s |
| 802.11ad | 60 GHz | 7 Gbit/s |
- Avantages : mobilité, absence de câblage, déploiement rapide, coût d'infrastructure réduit.
- Inconvénients : débit partagé entre les clients, sensibilité aux interférences et aux obstacles, portée limitée, et surtout surface d'attaque — le signal déborde du bâtiment, ce qui impose WPA2/WPA3 et éventuellement du 802.1X.
10. Commutateurs et points d'accès
Le commutateur
- Ensemble de ports de connexion ; il établit un circuit entre deux ports par lequel les messages circulent.
- Chaque port possède un composant TX et un composant RX ; ce qui est reçu en TX sur le port de l'émetteur est transmis en RX sur le port du récepteur.
- Le circuit peut être half-duplex ou full-duplex.
- Il apprend les adresses MAC associées à chaque port et construit sa table de commutation — ce qui lui permet, contrairement au concentrateur, de ne pas diffuser à tout le monde.
- Gamme très large, de 50 € à plus de 10 000 € : le nombre de ports, le débit, la gestion des VLAN et l'administration distante ne sont pas les mêmes.
Interconnexion de plusieurs commutateurs :
- Cascadés : reliés par un câble ordinaire (croisé sur les anciens modèles, ou via un port « uplink » dédié).
- Empilés (stackés) : reliés par des câbles spéciaux, ils forment une seule unité logique. Plus rapide et plus simple à administrer, c'est la solution préférable.
Les éléments d'interconnexion sont les points névralgiques du réseau : ils concentrent à la fois le risque de performance (goulot d'étranglement) et le risque de sécurité (un commutateur compromis voit passer tout le trafic).
Le point d'accès
Il établit le circuit entre les postes sans fil et le reste du réseau. Il est lui-même relié en filaire à un commutateur. Composition minimale : un boîtier radio émetteur / récepteur, une antenne, une connexion filaire. Il gère les identifiants logiques SSID auxquels se connectent les stations.
Les box et points d'accès grand public intègrent en un seul boîtier les fonctions de routeur, de commutateur et de point d'accès — ce qui explique la confusion fréquente entre ces trois rôles.