Manuel de Reconstruction

Créer un réseau informatique

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Créer un réseau informatique

En une ligne

Un réseau informatique est un ensemble de machines qui échangent des informations selon des règles communes, permettant de transmettre des données, des messages et des programmes d’un point à un autre sans déplacement physique.

Comment ça marche

Qu’est-ce que c’est ?

Un réseau informatique relie des ordinateurs entre eux pour qu’ils puissent s’échanger des données. Le principe est simple : deux machines qui veulent parler doivent se mettre d’accord sur un langage commun (un protocole) et utiliser un canal de communication (un fil, une onde radio, un signal lumineux).

Les trois éléments d’un réseau :

  1. Les noeuds : les ordinateurs, terminaux ou appareils connectés
  2. Les liens : les câbles, les ondes radio ou les lignes télégraphiques qui relient les noeuds
  3. Les protocoles : les règles communes qui définissent comment formatter, envoyer, recevoir et vérifier les messages

Où le trouver / comment le fabriquer ?

Un réseau informatique ne se trouve pas dans la nature. Il faut à la fois les machines existantes (ordinateurs, émetteurs/récepteurs) et un accord humain sur les règles de communication. Le réseau le plus simple relie deux ordinateurs par un câble. Le plus complexe (comme l’ancien Internet) reliait des milliards de machines.

Comment l’utiliser ?

On se connecte au réseau en branchant son ordinateur au lien de communication le plus proche. On peut alors envoyer un message à n’importe quel autre noeud du réseau, accéder à des données stockées sur un autre ordinateur, ou exécuter un programme distant. Le routage des messages est automatique : chaque noeud intermédiaire transmet le message vers sa destination.

Étapes détaillées

1. Choisir le support physique

Le support physique est le medium qui transporte les signaux.

Câble de cuivre (paire torsadée) :

  • Deux fils de cuivre isolés et torsadés ensemble. La torsade réduit les interférences.
  • Vitesse : de quelques centaines de bits par seconde (télégraphe) à quelques mégabits par seconde (liaison numérique).
  • Portée : quelques dizaines de kilomètres sans amplification.
  • Avantage : simple à fabriquer avec du fil de cuivre et de l’isolant.
  • Inconvénient : sensible aux interférences électromagnétiques.

Câble coaxial :

  • Un fil central entouré d’un isolant, puis d’une gaine métallique, puis d’une gaine extérieure.
  • Vitesse et portée supérieures à la paire torsadée.
  • Plus difficile à fabriquer mais plus résistant aux interférences.

Fibre optique (avancé) :

  • Un fil de verre très fin qui transporte la lumière. Voir Fabriquer du verre pour les techniques de base, mais la fibre optique nécessite un verre d’une pureté extrême.
  • Vitesse : des gigabits par seconde.
  • Portée : des dizaines de kilomètres sans amplification.
  • Avantage : aucune interférence électromagnétique.
  • Inconvénient : très difficile à fabriquer et à souder.

Onde radio (sans fil) :

  • Utiliser des émetteurs et récepteurs radio pour transmettre les données.
  • Vitesse : de quelques dizaines de bits par seconde ( Morse) à quelques kilobits par seconde (radio numérique).
  • Portée : de quelques kilomètres (ondes courtes) à des milliers de kilomètres (ondes courtes avec réflexion ionosphérique).
  • Avantage : pas besoin de câble. Idéal entre colonies distantes.
  • Inconvénient : sensible aux conditions atmosphériques, aux interférences, nécessite une licence de fréquence dans un contexte organisé.

2. Définir le protocole de communication

Un protocole est un ensemble de règles que toutes les machines du réseau doivent suivre. Le plus simple des protocoles est le suivant :

Trame de base :

  • Début de message : un signal ou une séquence bits spéciale (par exemple 10101010)
  • Adresse du destinataire : un numéro qui identifie le noeud de destination (8 ou 16 bits)
  • Adresse de l’expéditeur : un numéro qui identifie l’expéditeur
  • Longueur du message : combien d’octets de données
  • Données : le contenu du message
  • Somme de contrôle (checksum) : un nombre calculé à partir des données, qui permet de vérifier qu’aucune erreur ne s’est produite pendant la transmission
  • Fin de message : une séquence de bits spéciale

Exemple de protocole simple (type CSMA) :

  1. L’expéditeur écoute le canal. Si le canal est libre, il envoie. Si le canal est occupé, il attend un temps aléatoire et réessaie.
  2. Le destinataire écoute en permanence. Quand il reçoit un message, il vérifie la somme de contrôle. Si elle est correcte, il envoie un accusé de réception (ACK). Si elle est incorrecte, il ne répond pas.
  3. Si l’expéditeur ne reçoit pas d’accusé dans un délai donné, il renvoie le message.

Ce protocole simple fonctionne sur un câble partagé ou sur une fréquence radio partagée.

3. Moduler le signal

Pour transmettre des données (des 0 et des 1) sur un câble ou par radio, il faut les transformer en un signal électrique ou électromagnétique.

Modulation tout-ou-rien (OOK - On-Off Keying) :

  • Le signal est présent pour un 1, absent pour un 0. C’est la méthode la plus simple.
  • Utilisée par le télégraphe Morse.
  • Avantage : très simple à mettre en oeuvre.
  • Inconvénient : lent et sensible au bruit.

Modulation de fréquence (FSK - Frequency Shift Keying) :

  • Deux fréquences différentes représentent 0 et 1. Par exemple, 1000 hertz pour 0 et 2000 hertz pour 1.
  • Plus résistante au bruit que l’OOK.
  • Nécessite un émetteur capable de changer de fréquence rapidement.

Modulation de phase (PSK) :

  • La phase du signal change pour représenter les bits.
  • Plus complexe mais plus efficace.
  • Utilisée dans les modems rapides.

Pour un réseau artisanal, la modulation tout-ou-rien sur câble ou la modulation de fréquence sur radio sont les plus réalisables.

4. Établir la topologie du réseau

La topologie est la forme du réseau : comment les noeuds sont reliés.

Topologie en bus :

  • Un câble unique relie tous les noeuds en série. Chaque noeud écoute et parle sur le même câble.
  • Avantage : câble minimal.
  • Inconvénient : si le câble est coupé, tout le réseau est coupé.

Topologie en étoile :

  • Un noeud central (hub ou commutateur) relie tous les autres noeuds par des câbles individuels.
  • Avantage : un câble coupé n’affecte qu’un noeud.
  • Inconvénient : le noeud central est un point de défaillance unique.

Topologie en anneau :

  • Les noeuds sont reliés en boucle. Chaque noeud transmet le message au suivant.
  • Avantage : pas de collision.
  • Inconvénient : un noeud défaillant coupe l’anneau.

Topologie maillée :

  • Chaque noeud est relié à plusieurs autres. Les messages peuvent emprunter plusieurs chemins.
  • Avantage : très résistante aux pannes. C’est la topologie d’Internet.
  • Inconvénient : beaucoup de câbles.

Pour un réseau artisanal entre colonies, la topologie maillée par radio est la plus adaptée : chaque colonie a un émetteur/récepteur qui peut communiquer avec plusieurs autres colonies.

5. Construire les répéteurs

Les signaux s’atténuent avec la distance. Sur un câble de cuivre, le signal perd environ 90 pour cent de sa force tous les quelques kilomètres. Il faut des répéteurs pour amplifier le signal.

Un répéteur :

  • Reçoit le signal affaibli sur un câble ou une fréquence
  • Le décode et le régénère à pleine puissance
  • Le renvoie sur le câble ou la fréquence suivante

Un répéteur peut être un simple amplificateur analogique (pour un câble) ou un ordinateur miniature qui reçoit, vérifie et retransmet les données (pour un réseau numérique).

Placer un répéteur tous les 5 à 50 kilomètres selon le câble et la vitesse.

6. Implémenter le routage

Quand le réseau a plus de deux noeuds, les messages doivent être routés : envoyés de noeud en noeud jusqu’à leur destination.

Table de routage simple :

  • Chaque noeud maintient une table qui indique, pour chaque destination connue, vers quel voisin envoyer le message.
  • Exemple : le noeud A sait que pour envoyer un message au noeud D, il faut l’envoyer au noeud B, qui le transmettra au noeud C, qui le transmettra au noeud D.
  • Les tables sont mises à jour périodiquement quand les noeuds échangent des messages de contrôle.

Algorithme de routage par inondation (flooding) :

  • Chaque noeud qui reçoit un message le renvoie à tous ses voisins (sauf celui qui l’a envoyé).
  • Le message finit par atteindre sa destination par tous les chemins possibles.
  • Avantage : aucun besoin de table de routage. Très résistant aux pannes.
  • Inconvénient : beaucoup de trafic redondant.

Algorithme de routage par vecteur de distance :

  • Chaque noeud annonce à ses voisins la distance vers chaque destination qu’il connaît.
  • Les noeuds construisent leurs tables de routage en choisissant le voisin qui annonce la distance la plus courte vers chaque destination.
  • C’est l’algorithme RIP (Routing Information Protocol) qui était utilisé sur les premiers réseaux.

7. Ajouter des services réseau

Une fois le réseau de base en place, on peut ajouter des services :

Messagerie :

  • Chaque utilisateur a une boîte aux lettres sur un noeud du réseau.
  • Les messages sont stockés et transmis quand le destinataire se connecte.
  • C’est le premier et le plus utile des services réseau.

Transfert de fichiers :

  • Envoyer un fichier complet d’un ordinateur à un autre.
  • Découper le fichier en blocs de taille fixe, les numéroter, les envoyer un par un, et les réassembler à l’arrivée.

Accès distant :

  • Envoyer des commandes à un ordinateur distant et recevoir les résultats.
  • Permet d’utiliser un ordinateur puissant depuis un terminal simple.

Serveur de noms :

  • Un annuaire qui associe des noms lisibles (comme “colonnord”) à des adresses numériques (comme “12”).
  • Evite de devoir mémoriser les numéros.

Variations par climat

  • En climat froid : les câbles souterrains sont protégés du gel. Les câbles aériens peuvent se briser sous le poids de la glace. Les radioémetteurs fonctionnent bien en climat froid.
  • En climat tropical : l’humidité corrode les câbles et les connexions. Isoler soigneusement tous les points de connexion. Les orages provoquent des surtensions : installer des parasurtenseurs.
  • En zone isolée : la radio à ondes courtes est le seul lien possible. Prévoir des fenêtres de communication régulières (par exemple, tous les soirs à 20h) et des protocoles de retransmission automatique.

Pièges et erreurs courantes

  • Pas de protocole commun : si deux noeuds n’utilisent pas le même protocole, ils ne peuvent pas communiquer. Définir et documenter le protocole avant de construire.
  • Collisions : si deux noeuds parlent en même temps sur le même canal, les messages se mélangent. Utiliser un protocole d’accès au canal (CSMA ou jeton).
  • Pas de somme de contrôle : sans checksum, les erreurs de transmission ne sont pas détectées. Un bit inversé peut changer le sens d’un message.
  • Topologie en bus sans terminaison : un câble bus doit être terminé à chaque extrémité par une résistance pour absorber les signaux. Sans terminaison, les signaux rebondissent et créent des interférences.
  • Adresse dupliquée : chaque noeud doit avoir une adresse unique. Deux noeuds avec la même adresse créent des conflits.
  • Boucle de routage : dans les réseaux maillés, une erreur de table de routage peut créer une boucle où les messages tournent indéfiniment.

Une fois que vous savez faire ça, vous pouvez débloquer

Notes

  • Le premier réseau informatique, ARPANET, a été créé en 1969. Il reliait 4 universités américaines.
  • Le protocole TCP/IP, qui est à la base d’Internet, a été défini en 1974. Il est simple et robuste.
  • Un réseau artisanal entre colonies peut commencer par un simple échange de messages télégraphiques et évoluer vers un réseau numérique quand les compétences et le matériel le permettent.
  • Le réseau le plus utile n’est pas forcément le plus rapide. Un réseau qui transmet 100 bits par seconde de manière fiable est plus utile qu’un réseau à 1 mégabit par seconde qui tombe en panne toutes les 5 minutes.
  • La sécurité est un problème majeur : sur un réseau partagé, n’importe qui peut écouter les messages. Le chiffrement (cryptographie) est essentiel pour les communications sensibles.
  • Le premier réseau intercontinental (transatlantique) a été un câble télégraphique posé en 1858. Il a fonctionné pendant un mois avant de tomber en panne.

Ressources externes

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