DESCRIPTION D’UN RESEAU INFORMATIQUE

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : - Définir un réseau informatique et en expliquer les fonctions principales. - Identifier et décrire les différents types de réseaux (LAN, MAN, WAN, PAN) selon leur portée géographique. - Présenter les principales topologies physiques (bus, étoile, anneau, maillage, arbre, hybride) en précisant leurs avantages, inconvénients et domaines d’application. - Expliquer les architectures logicielles (client‑serveur, pair‑à‑pair, n‑tiers, cloud) et leur relation avec le modèle OSI/TCP‑IP. - Caractériser les supports de transmission guidés et non guidés (bande passante, atténuation, immunité au bruit) et choisir le support adapté à un besoin donné. - Décrire le rôle des équipements actifs et passifs (carte réseau, hub, switch, routeur, pont, passerelle, modem, point d’accès, pare‑feu). - Maîtriser l’adressage IP (IPv4 et IPv6) : classes, masque de sous‑réseau, notation CIDR, calcul d’adresse réseau, de broadcast et nombre d’hôtes, adresses privées/publiques, NAT, DHCP, DNS. - Résoudre des exercices de type baccalauréat portant sur le dimensionnement, le choix de topologie, le calcul de sous‑réseaux et la configuration d’équipements réseau. **Prérequis** : - Notions de base en mathématiques (puissances de 2, logarithmes en base 10). - Connaissances élémentaires en électricité (tension, courant, résistance) utiles pour comprendre l’atténuation des câbles. - Familiarité avec l’usage d’un ordinateur personnel et la navigation sur Internet (concept d’adresse IP de base). > **À retenir** : Un réseau informatique est un ensemble d’équipements interconnectés permettant l’échange de données selon des règles normalisées (protocoles). ## Introduction contextualisée Dans la société camerounaise contemporaine, les réseaux informatiques sont au cœur de presque toutes les activités : administration publique, entreprises, établissements scolaires, santé, commerce électronique et même agriculture de précision. Le programme officiel du Baccalauréat, séries SH et AVC, insiste sur une approche par compétences : l’élève ne doit pas seulement mémoriser des définitions, mais être capable d’analyser un besoin, de proposer une architecture adaptée, de dimensionner un adressage et de justifier le choix des supports et équipements. Ce chapitre s’inscrit dans cette logique : il part du concept général de réseau, passe par les formes physiques (topologies), les formes logiques (architectures), les moyens matériels de transmission, puis termine par l’adressage qui permet l’identification unique de chaque équipement. Chaque leçon est illustrée par des démonstrations mathématiques, des exemples concrets (souvent tirés de la réalité camerounaise : réseau d’un lycée, réseau d’une agence de téléphonie mobile, réseau d’une banque) et des exercices de type examen. > **À retenir** : La maîtrise des réseaux constitue une compétence transversale indispensable pour les métiers du numérique, de l’ingénierie et de la gestion de projets. ## I. Généralités sur les réseaux informatiques (Leçon 7) ### Définition et rôle d’un réseau > **Définition** : Un réseau informatique est un ensemble d’équipements (ordinateurs, serveurs, périphériques) interconnectés par des liens de communication permettant l’échange de données selon des protocoles normalisés. Un réseau remplit plusieurs fonctions essentielles : 1. **Partage de ressources** : fichiers, imprimantes, applications, stockage. 2. **Communication** : échange de messages (e‑mail, messagerie instantanée), visioconférence. 3. **Centralisation de la gestion** : administration des comptes, mises à jour logicielles, sauvegardes. 4. **Sécurité** : contrôle d’accès, filtrage, chiffrement. ### Types de réseaux selon la portée géographique | Type | Portée typique | Exemple camerounais | Débit habituel | |------|----------------|---------------------|----------------| | PAN (Personal Area Network) | Quelques mètres | Connexion Bluetooth entre un smartphone et une montre connectée | ≤ 3 Mbps | | LAN (Local Area Network) | Un bâtiment ou un campus | Réseau d’un lycée de Yaoundé (salles informatiques, laboratoire) | 100 Mbps – 10 Gbps | | MAN (Metropolitan Area Network) | Une ville ou une agglomération | Réseau métropolitain de Douala reliant plusieurs agences d’une banque | 1 Gbps – 100 Gbps | | WAN (Wide Area Network) | Pays, continent ou mondial | Liaison entre le siège du MINPOSTEL à Yaoundé et ses antennes régionales | 10 Mbps – 100 Gbps (liaisons louées, MPLS, VPN) | > **À retenir** : Plus la portée géographique est grande, plus les technologies de transmission doivent résister à l’atténuation et aux interférences, d’où l’usage fréquent de liaisons dédiées (fibre optique, liens satellitaires) pour les WAN. ### Avantages et inconvénients des réseaux **Avantages** : - Réduction des coûts grâce au partage de périphériques coûteux (imprimantes laser, serveurs de stockage). - Amélioration de la productivité : accès simultané à des bases de données centrales. - Facilité de mise à jour : un correctif appliqué sur un serveur profite à tous les postes. **Inconvénients** : - Dépendance au bon fonctionnement de l’infrastructure (panne d’un switch peut isoler un département). - Risques de sécurité accrus (intrusion, propagation de logiciels malveillants). - Nécessité de compétences techniques pour l’administration et la maintenance. ### Exemples résolus **Exemple 1 – Dimensionnement d’un LAN scolaire** Un lycée possède 120 ordinateurs, 4 imprimantes réseau et un serveur de fichiers. Chaque poste génère en moyenne 0,5 Mbps de trafic en pointe. Quel débit minimal doit prévoir le commutateur principal ? *Solution* : Trafic total = 120 × 0,5 Mbps = 60 Mbps. On ajoute une marge de sécurité de 30 % pour les imprévus : 60 × 1,3 = 78 Mbps. Un commutateur Gigabit Ethernet (1000 Mbps) est donc largement suffisant. **Exemple 2 – Choix du type de réseau selon la distance** Une entreprise veut relier son siège à Yaoundé à une filiale à Garoua (environ 800 km). Quel type de réseau convient le mieux ? *Solution* : La distance dépasse largement les limites d’un LAN ou d’un MAN. On opte pour un WAN. Les technologies adaptées sont : liaison louée en fibre optique (si disponible), lien MPLS, ou VPN sur Internet avec chiffrement. Le débit dépend du contrat, typiquement 10 Mbps à 1 Gbps. ## II. Topologies réseaux (Leçon 8) ### Topologie en bus > **Définition** : Tous les nœuds sont connectés à un seul câble central appelé *bus* ou *backbone*. Les données sont diffusées sur le bus ; chaque nœud écoute et ne traite que les trames destinées à son adresse. **Propriétés** : - Installation simple et peu coûteuse (un seul câble). - Limite de longueur : atténuation et réflexions limitent le bus à quelques centaines de mètres (typiquement 185 m pour Ethernet 10BASE2). - Un défaut du câble (coupure) rend tout le réseau inopérant. - Collisions fréquentes en cas de trafic élevé (nécessite un protocole d’accès comme CSMA/CD). **Exemple résolu** : Calcul du nombre maximal de nœuds sur un bus Ethernet 10BASE2 sachant que chaque nœud nécessite au moins 2,5 m d’espacement pour éviter les réflexions. *Solution* : Longueur maximale du bus = 185 m. Espace disponible pour les nœuds = 185 m – (2 × 2,5 m) = 180 m (on laisse 2,5 m aux extrémités pour les terminaisons). Nombre maximal de nœuds = 180 m / 2,5 m = 72 nœuds. ### Topologie en étoile > **Définition** : Chaque nœud est connecté directement à un dispositif central (hub, switch ou routeur). Toutes les communications passent par ce dispositif. **Propriétés** : - Isolation des pannes : la défaillance d’un lien n’affecte que le nœud concerné. - Facilité de gestion et de dépannage (on peut remplacer un câble sans toucher aux autres). - Nécessite davantage de câble (un lien par nœud). - Le dispositif central devient un point critique : sa panne interrompt tout le réseau. **Exemple résolu** : Dans un réseau étoile de 30 postes reliés à un switch 24‑ports, combien de switches supplémentaires sont nécessaires pour connecter tous les postes ? *Solution* : Un switch 24‑ports peut connecter 24 postes directement. Il reste 30 – 24 = 6 postes à connecter. On ajoute un deuxième switch 24‑ports ; on relie les deux switches par un lien uplink (un port de chaque switch). Ainsi, 2 switches suffisent. ### Topologie en anneau > **Définition** : Chaque nœud est relié à deux voisins formant une boucle fermée. Les données circulent dans une seule direction (ou les deux) en passant de nœud en nœud jusqu’à destination. **Propriétés** : - Déterminisme : le temps de passage est prévisible (utile pour les réseaux temps réel). - Sensibilité aux pannes : la rupture d’un lien casse l’anneau ; toutefois, certains anneaux utilisent un mécanisme de *self‑healing* (ex. FDDI avec anneau secondaire). - Bande passante partagée : chaque nœud doit attendre son tour pour transmettre. **Exemple résolu** : Un anneau Token Ring de 16 nœuds fonctionne à 4 Mbps. Quel est le temps maximal qu’un nœud peut attendre avant de pouvoir transmettre, en supposant un trafic uniforme ? *Solution* : Le temps de rotation du jeton = (taille du frame moyen + temps de propagation) / débit. En approximation, on considère que chaque nœud possède égal droit de transmission : temps d’attente = (nombre de nœuds – 1) × temps de transmission d’un frame minimal. Si on prend un frame minimal de 256 bits, temps de transmission = 256 bits / 4 Mbps = 64 µs. Temps d’attente maximal = (16‑1) × 64 µs = 960 µs ≈ 0,96 ms. ### Topologie en maillage > **Définition** : Chaque nœud est connecté directement à plusieurs (ou tous) les autres nœuds. On distingue maillage partiel (certaines liaisons manquantes) et maillage complet (chaque paire de nœuds reliée). **Propriétés** : - Tolérance aux pannes élevée : plusieurs chemins existent entre deux nœuds. - Coût élevé en câblage et en équipements (nombre de liens = n(n‑1)/2 pour un maillage complet). - Utilisé principalement dans les dorsales de réseaux WAN ou les réseaux critiques (ex. réseaux militaires, centres de données). **Exemple résolu** : Calcul du nombre de liens nécessaires pour un maillage complet de 8 routeurs. *Solution* : Nombre de liens = n(n‑1)/2 = 8×7/2 = 28 liens. ### Topologie en arbre > **Définition** : Structure hiérarchique où les nœuds sont organisés en niveaux (racine, niveaux intermédiaires, feuilles). Chaque nœud (sauf la racine) a exactement un parent ; les liens forment une arborescence. **Propriétés** : - Facile à gérer : on peut ajouter des sous‑arbres sans affecter le reste. - Le lien vers le parent est un point de défaillance critique pour la sous‑arborescence concernée. - Couramment utilisée dans les réseaux téléphoniques (PDH/SDH) et certains réseaux de bâtiments (câblage structuré). **Exemple résolu** : Dans un réseau en arbre de profondeur 3 (racine → niveau 1 → niveau 2 → feuilles), chaque nœud du niveau 1 possède 4 enfants, chaque nœud du niveau 2 possède 3 enfants. Combien de feuilles y a‑t‑il ? *Solution* : Niveau 1 : nombre de nœuds = 4 (en supposant un seul nœud racine). Niveau 2 : chaque nœud du niveau 1 a 4 enfants → 4 × 4 = 16 nœuds. Feuilles : chaque nœud du niveau 2 a 3 enfants → 16 × 3 = 48 feuilles. ### Topologie hybride > **Définition** : Combinaison de deux ou plusieurs topologies de base pour tirer parti de leurs avantages respectifs (ex. étoile‑bus, étoile‑anneau). **Exemple** : Un campus universitaire peut utiliser une étoile au niveau de chaque bâtiment (switch central) reliée entre elles par un backbone en bus ou en anneau. ### Tableau comparatif des topologies | Topologie | Coût d’installation | Tolérance aux pannes | Facilité de gestion | Débit typique | Exemple d’usage | |-----------|--------------------|----------------------|---------------------|---------------|-----------------| | Bus | Faible | Faible (coupure du bus) | Moyenne | 10‑100 Mbps | LAN ancien (10BASE2) | | Étoile | Moyen | Bonne (panne lien isolée) | Bonne | 100 Mbps‑10 Gbps | LAN moderne (switch) | | Anneau | Moyen‑élevé | Moyenne (auto‑héaling possible) | Moyenne | 4‑16 Mbps (Token Ring) | Réseaux industriels | | Maillage | Élevé | Très élevée | Faible | Variable | Dorsale WAN, data‑center | | Arbre | Moyen | Moyenne (panne parent) | Bonne | 100 Mbps‑10 Gbps | Câblage structuré bâtiment | | Hybride | Variable | Variable | Variable | Variable | Campus, réseaux d’entreprise | > **À retenir** : Le choix de la topologie dépend du compromis entre coût, fiabilité, évolutivité et facilité de maintenance. ### Exemples résolus (topologie) **Exemple 3 – Nombre de câbles nécessaires pour une étoile de 50 postes** *Solution* : Chaque poste nécessite un câble vers le switch central → 50 câbles. **Exemple 4 – Longueur maximale d’un bus Ethernet 10BASE2** *Solution* : La norme 10BASE2 (Thin Ethernet) spécifie une longueur maximale de 185 m par segment, avec un maximum de 30 nœuds par segment. ## III. Architectures réseaux (Leçon 9) ### Architecture client‑serveur > **Définition** : Modèle où des machines clientes sollicitent des services auprès de machines serveurs dédiées (fichiers, impression, base de données, applications). **Caractéristiques** : - Centralisation des ressources et de l’administration. - Scalabilité verticale (augmentation de la puissance du serveur) ou horizontale (ajout de serveurs). - Sécurité renforcée : authentification centralisée, contrôle d’accès. - Dépendance au serveur : sa panne rend les services indisponibles. **Exemple résolu** : Calcul du nombre maximal de connexions simultanées qu’un serveur web peut supporter si chaque connexion consomme 2 Mo de RAM et que le serveur dispose de 16 Go de RAM réservées aux connexions. *Solution* : RAM disponible = 16 Go = 16 × 1024 Mo = 16384 Mo. Nombre de connexions = 16384 Mo / 2 Mo = 8192 connexions simultanées. ### Architecture pair‑à‑pair (P2P) > **Définition** : Chaque nœud peut agir tant comme client que comme serveur ; les ressources sont réparties sur l’ensemble du réseau sans autorité centrale. **Caractéristiques** : - Résilience élevée : pas de point de défaillance unique. - Bande passante consommée par chaque paire (upload + download). - Difficulté de gestion et de contrôle (ex. partage de fichiers non autorisé). - Utilisé pour le partage de fichiers (BitTorrent), la téléphonie VoIP décentralisée, certaines blockchains. **Exemple résolu** : Dans un réseau P2P de 100 nœuds, chaque nœud partage en moyenne 5 Go de fichiers. Quelle est la capacité totale de stockage partagée ? *Solution* : Capacité totale = 100 × 5 Go = 500 Go. ### Architecture en n niveaux (n‑tiers) > **Définition** : Séparation fonctionnelle en couches distinctes : présentation (client), logique métier (serveur d’applications), accès aux données (serveur de bases de données). Chaque couche peut être déployée sur des machines différentes. **Avantages** : - Modularité : on peut mettre à jour une couche sans toucher aux autres. - Équilibrage de charge : chaque niveau peut être répliqué indépendamment. - Sécurité : on peut placer des pare‑feu entre les niveaux. **Exemple résolu** : Une application web 3‑tiers possède un serveur d’applications qui traite 150 requêtes par seconde. Chaque requête nécessite 0,02 s de CPU. Quel est le taux d’utilisation CPU du serveur ? *Solution* : Temps CPU par seconde = 150 × 0,02 s = 3 s. Comme il y a seulement 1 s de temps réel par seconde, l’utilisation = 3 s / 1 s = 300 % → le serveur est sous‑dimensionné ; il faudrait au moins 3 cœurs équivalents. ### Architecture cloud > **Définition** : Modèle où les ressources informatiques (serveurs, stockage, réseau) sont fournies comme un service via Internet, souvent selon les modèles IaaS, PaaS, SaaS. **Caractéristiques** : - Elasticité : ressources ajustables à la demande. - Paiement à l’usage (opEx plutôt que capEx). - Nécessité d’une bonne connectivité Internet et de contrats de niveau de service (SLA). - Exemples camerounais : utilisation de Microsoft Azure, AWS ou des data‑centers locaux pour héberger des plateformes d’e‑learning. **Exemple résolu** : Une entreprise loue une machine virtuelle de 2 vCPU et 4 Go de RAM à 0,08 $ / heure. Quel est le coût mensuel (730 h) ? *Solution* : Coût = 0,08 $ × 730 h = 58,40 $. ### Modèle OSI et modèle TCP/IP > **À retenir** : Le modèle OSI (7 couches) sert de référence théorique ; le modèle TCP/IP (4 couches) est celui réellement implémenté sur Internet. | Couche OSI | Fonction principale | Équivalent TCP/IP | |------------|---------------------|-------------------| | 7. Application | Services aux utilisateurs (HTTP, FTP, DNS) | Application | | 6. Presentation | Traduction, chiffrement, compression | Application | | 5. Session | Gestion des dialogues, synchronisation | Application | | 4. Transport | Contrôle de flux, fiabilité (TCP/UDP) | Transport | | 3. Routage | Adressage logique, routage (IP) | Internet | | 2. Liaison | Accès au medium, détection d’erreurs (Ethernet, Wi‑Fi) | Liaison | | 1. Physique | Transmission bits sur le support | Liaison (physique) | **Exemple résolu** : Un fichier de 2 Mo est transmis via FTP en utilisant une liaison de 10 Mbps avec une efficacité de 80 % (due aux en‑têtes et au contrôle d’erreur). Quel est le temps de transfert théorique ? *Solution* : Débit utile = 10 Mbps × 0,8 = 8 Mbps = 1 Mo/s. Temps = taille / débit = 2 Mo / 1 Mo/s = 2 s. ### Exemples résolus (architecture) **Exemple 5 – Dimensionnement d’un serveur de base de données 2‑tiers** Une base de données reçoit 300 requêtes par seconde, chacune nécessitant 0,015 s de traitement CPU. Le serveur possède 4 cœurs à 2,5 GHz chacun. Quel est le taux d’utilisation CPU ? *Solution* : Temps CPU par seconde = 300 × 0,015 s = 4,5 s. Capacité totale CPU = 4 cœurs × 1 s = 4 s par seconde réelle. Utilisation = 4,5 / 4 = 1,125 → 112,5 % → surcharge ; il faut soit augmenter le nombre de cœurs, soit optimiser les requêtes. **Exemple 6 – Choix entre client‑serveur et P2P pour un partage de fichiers de 50 Go** Si on utilise un serveur dédié avec un lien de 100 Mbps, combien de temps faut‑il pour télécharger le fichier ? En P2P, si 10 pairs possèdent chacun le fichier et peuvent upload à 5 Mbps chacun, quel est le temps théorique ? *Solution* : Client‑serveur : débit = 100 Mbps = 12,5 Mo/s → temps = 50 Go / 12,5 Mo/s = (50 × 1024) Mo / 12,5 Mo/s ≈ 4096 s ≈ 1,14 h. P2P : débit total upload = 10 × 5 Mbps = 50 Mbps = 6,25 Mo/s → temps = 50 Go / 6,25 Mo/s = (50 × 1024) / 6,25 ≈ 8192 s ≈ 2,27 h. Dans ce cas, le client‑serveur est plus rapide grâce au lien plus élevé du serveur. ## IV. Supports de transmissions et équipements réseaux (Leçon 10) ### Supports guidés #### Câble torsadé (Twisted Pair) > **Définition** : Paires de fils de cuivre isolés, torsadés pour réduire l’interférence électromagnétique (crosstalk) et l’atténuation. **Catégories** : - Cat5e : jusqu’à 1 Gbps sur 100 m. - Cat6 : jusqu’à 10 Gbps sur 55 m (ou 1 Gbps sur 100 m). - Cat6a : 10 Gbps sur 100 m. **Atténuation** : Approximativement 2 dB/100 m à 100 MHz pour Cat5e. > **À retenir** : Le câble torsadé est le support le plus répandu en LAN grâce à son faible coût et sa facilité d’installation. #### Câble coaxial > **Définition** : Conducteur central entouré d’un isolant, d’un blindage métallique tressé et d’une gaine extérieure. Utilisé autrefois pour Ethernet (10BASE5, 10BASE2) et toujours pour la télévision câblée. **Caractéristiques** : - Bande passante élevée (jusqu’à plusieurs centaines de MHz). - Meilleure immunité au bruit que le torsadé, mais plus rigide et plus cher. - Atténuation typique : 5‑6 dB/100 m à 100 MHz. #### Fibre optique > **Définition** : Fil de verre ou de plastique qui guide la lumière par réflexion totale interne. Permet des débits de plusieurs dizaines de gigabits par seconde sur plusieurs kilomètres. **Types** : - Monomode (9 µm cœur) : longue distance (>10 km), débit élevé (100 Gbps+). - Multimode (50 µm ou 62,5 µm cœur) : courte distance (<2 km), débit jusqu’à 100 Gbps (avec technologies récentes). **Atténuation** : Très faible, typiquement 0,2‑0,35 dB/km à 1550 nm. > **À retenir** : La fibre optique est le support de choix pour les dorsales de réseaux métropolitains, les liaisons inter‑bâtiments et les data‑centers. ### Supports non guidés #### Ondes radio (Wi‑Fi, Bluetooth, liaisons radio) - Fréquences : 2,4 GHz, 5 GHz, 60 GHz (Wi‑GiG). - Débit : jusqu’à plusieurs Gbps (Wi‑Fi 6/6E). - Portée : quelques dizaines de mètres en intérieur, jusqu’à plusieurs kilomètres en extérieur avec antennes directionnelles. - Sensible aux obstacles (murs, végétation) et aux interférences. #### Micro‑ondes - Fréquences : 1 GHz‑300 GHz, souvent 6‑40 GHz pour les liaisons point‑à‑point. - Débit : jusqu’à 10 Gbps. - Portée : jusqu’à 50 km avec ligne de vue dégagée. - Utilisé pour les liaisons de secours ou les liaisons rurales où la pose de fibre est coûteuse. #### Infrarouge - Utilisé pour les communications à très courte portée (télécommandes, certains systèmes de transfert de données entre appareils mobiles). - Débit modeste (quelques Mbps). - Nécessite une ligne de vue directe. #### Satellite - Bande : C (4‑8 GHz), Ku (12‑18 GHz), Ka (26‑40 GHz). - Débit : de quelques Mbps à plus de 100 Gbps (satellites haute capacité). - Latence élevée (≈ 240 ms aller‑retour pour orbite géostationnaire). - Utilisé pour les zones isolées, les secours en cas de catastrophe, la diffusion télévisuelle. > **À retenir** : Le choix du support dépend du débit requis, de la distance, du budget et des contraintes environnementales (obstacles, interférences). ### Équipements réseaux | Équipement | Fonction principale | Couche OSI associée | Exemple d’usage | |------------|--------------------|---------------------|-----------------| | Carte réseau (NIC) | Conversion signaux électriques/optique ↔ trames | 1‑2 | PC, serveur | | Hub (répéteur) | Régénère et diffuse le signal à tous les ports | 1 | LAN ancien (peu utilisé) | | Switch (commutateur) | Apprend les adresses MAC, commute les trames vers le bon port | 2 | LAN moderne | | Routeur | Décide du prochain saut basé sur l’adresse IP | 3 | Interconnexion LAN‑WAN, Internet | | Pont (bridge) | Filtrer et transmettre les trames selon adresse MAC | 2 | Segmentation de LAN | | Passerelle (gateway) | Traduction entre protocoles ou architectures différentes | 3‑4+ | Connexion LAN‑réseau téléphonique, VPN | | Modem | Modulation/démodulation pour transmission sur ligne téléphonique ou câble | 1‑2 | Accès Internet ADSL, câble | | Point d’accès (AP) | Convertit trames Ethernet en signaux Wi‑Fi et vice‑versa | 1‑2 | LAN sans fil | | Pare‑feu (firewall) | Filtre les paquets selon règles de sécurité | 3‑4 | Protection du périmètre réseau | > **À retenir** : Un équipement actif (switch, routeur, pare‑feu) participe au traitement du signal ; un équipement passif (câble, connecteur, panneau de brassage) ne fait que le transporter. ### Exemples résolus (supports et équipements) **Exemple 7 – Choix du support pour une liaison de 2 km entre deux bâtiments** On souhaite un débit de 1 Gbps. Quel support convient le mieux parmi : torsadé Cat6, fibre monomode, liaison radio 5 GHz ? *Solution* : - Torsadé Cat6 : limité à 55 m pour 10 Gbps, mais pour 1 Gbps la limite est 100 m → insuffisant pour 2 km. - Fibre monomode : atténuation ≈ 0,2 dB/km → perte négligeable, supporte largement 1 Gbps sur 2 km. - Radio 5 GHz : nécessite ligne de vue, sensible aux pluies atténuation ≈ 10 dB/km en pluie forte ; possible mais moins fiable. **Conclusion** : Fibre monomode est le choix optimal. **Exemple 8 – Calcul du nombre de ports nécessaires sur un switch pour un département de 42 postes, sachant que chaque poste possède également une imprimante réseau** *Solution* : Chaque poste nécessite un port pour son NIC. Chaque imprimante réseau nécessite également un port (souvent partagé via un petit switch ou un hub, mais on considère un port dédié). Total = 42 (postes) + 42 (imprimantes) = 84 ports. On choisit donc un switch de 96 ports (ou deux switches de 48 ports reliés par un lien uplink). ## V. Notion d’adressage (Leçon 11) ### Adressage logique (IP) > **Définition** : L’adresse IP est un identifiant logique de 32 bits (IPv4) ou 128 bits (IPv6) permettant de localiser un équipement sur un réseau IP. **IPv4** : notation pointée décimale (ex. 192,168,10,45). **IPv6** : notation hexadécimale séparée par deux‑points (ex. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). ### Classes d’adresses IPv4 (historique) | Classe | Premiers bits | Plage de premier octet | Nombre de réseaux | Nombre d’hôtes par réseau | |--------|---------------|------------------------|-------------------|---------------------------| | A | 0 | 0‑127 | 2⁷ = 128 | 2²⁴‑2 = 16 777 214 | | B | 10 | 128‑191 | 2¹⁴ = 16384 | 2¹⁶‑2 = 65 534 | | C | 110 | 192‑223 | 2²¹ = 2097152 | 2⁸‑2 = 254 | | D | 1110 | 224‑239 | réservée au multicast | – | | E | 1111 | 240‑255 | réservée futur | – | > **À retenir** : Le système de classes a été largement remplacé par le CIDR, mais il reste utile pour comprendre l’origine de la masque par défaut. ### Masque de sous‑réseau > **Définition** : Le masque de sous‑réseau est une chaîne de 32 bits où les bits à 1 définissent la partie réseau et les bits à 0 définissent la partie hôte. **Notation** : - Décimale pointée (ex. 255,255,255,0). - Préfixe CIDR (ex. /24). **Relation** : \[ \text{masque} = \underbrace{111\ldots1}_{n\text{ bits}}\underbrace{000\ldots0}_{32-n\text{ bits}} \] où \(n\) est le nombre de bits du préfixe. ### Calcul d’adresse réseau, de broadcast et nombre d’hôtes > **Formules** : - Adresse réseau = adresse IP AND masque. - Adresse de broadcast = adresse réseau OR (NOT masque). - Nombre d’hôtes utilisables = \(2^{(32-n)}-2\). **Exemple résolu 1** : Déterminer l’adresse réseau, le broadcast et le nombre d’hôtes pour l’adresse 172,16,45,77 avec masque 255,255,240,0 (/20). *Solution* : Masque en binaire : 11111111.11111111.11110000.00000000. IP en binaire : 10101100.00010000.00101101.01001101. AND → 10101100.00010000.00100000.00000000 = 172,16,32,0 (réseau). NOT masque = 00000000.00000000.00001111.11111111. OR avec réseau → 10101100.00010000.00101111.11111111 = 172,16,47,255 (broadcast). Bits hôte = 32‑20 = 12 → \(2^{12}-2 = 4096-2 = 4094\) hôtes. **Exemple résolu 2** : On possède le réseau 10,0,0,0/16. On veut créer 4 sous‑réseaux de taille égale. Quel masque utiliser et quelles sont les plages d’adresses de chaque sous‑réseau ? *Solution* : /16 donne 16 bits réseau, 16 bits hôte. Pour 4 sous‑réseaux, on emprunte 2 bits d’hôte → nouveau préfixe = /18. Masque = 255,255,192,0. Nombre d’adresses par sous‑réseau = \(2^{(32-18)} = 2^{14} = 16384\) adresses. Les sous‑réseaux : 1. 10,0,0,0/18 → 10,0,0,0 à 10,0,63,255 2. 10,0,64,0/18 → 10,0,64,0 à 10,0,127,255 3. 10,0,128,0/18 → 10,0,128,0 à 10,0,191,255 4. 10,0,192,0/18 → 10,0,192,0 à 10,0,255,255 ### Adresses privées et publiques > **Définition** : Les adresses privées sont réservées à l’usage interne des réseaux et ne sont pas routables sur Internet. Les plages définies par RFC 1918 sont : - 10,0,0,0/8 - 172,16,0,0/12 (172,16,0,0 à 172,31,255,255) - 192,168,0,0/16 Toute adresse extérieure à ces plages est considérée comme publique (attribuée par une autorité d’enregistrement comme l’AFRINIC pour l’Afrique). > **À retenir** : La traduction d’adresses réseau (NAT) permet à plusieurs hôtes privés de partager une adresse publique unique pour accéder à Internet. ### NAT (Network Address Translation) > **Définition** : Technique qui réécrit l’adresse source (ou destination) des paquets IP lorsqu’ils traversent un routeur, permettant la mutualisation d’adresses publiques. **Types** : - NAT statique : correspondance fixe IP privée ↔ IP publique. - NAT dynamique : pool d’adresses publiques attribuées à la demande. - PAT (Port Address Translation) ou NAT overload : plusieurs adresses privées partageent la même IP publique en différenciant par les ports source (ex. adresse 203,0,113,5:12345). **Exemple résolu** : Un réseau privé utilise le schéma 192,168,10,0/24. Le routeur possède une adresse publique 203,0,113,5. Si 150 hôtes internes établissent simultanément des connexions HTTP vers le même serveur externe (port 80), comment le routeur distingue‑t‑il les réponses ? *Solution* : Le routeur utilise le PAT : chaque connexion interne se voit attribuer un port source unique (par ex. 192,168,10,10:54321 → 203,0,113,5:54321). Lorsqu’une réponse arrive du serveur externe sur 203,0,113,5:80 vers le port source 54321, le routeur consulte sa table de traduction, retrouve l’hôte interne 192,168,10,10 et lui renvoie le paquet. ### DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) > **Définition** : Protocole qui attribue automatiquement une adresse IP, un masque, une passerelle par défaut et des serveurs DNS aux équipements lorsqu’ils rejoignent le réseau. **Processus** (DORA) : 1. **Discover** : le client diffuse un message DHCPDISCOVER. 2. **Offer** : le serveur répond avec DHCPOFFER proposant une adresse. 3. **Request** : le client demande officiellement cette adresse via DHCPREQUEST. 4. **Ack** : le serveur confirme avec DHCPACK. > **À retenir** : DHCP simplifie l’administration et évite les conflits d’adresses. ### DNS (Domain Name System) > **Définition** : Système hiérarchique de traduction de noms de domaine lisibles par l’homme (ex. www.example.cm) en adresses IP. **Fonctionnement** : résolution itérative ou récursive via des serveurs racines, TLD (ex. .cm), puis serveurs autoritatifs du domaine. **Exemple résolu** : Un poste veut accéder à http://www.univ-yaounde.cm. Le serveur DNS local n’a pas la réponse en cache. Décrivez les étapes de résolution. *Solution* : 1. Le poste envoie une requête récursive à son serveur DNS configuré (ex. 192,168,1,10). 2. Le serveur DNS interroge une racine (ex. a.root-servers.net) pour obtenir les serveurs .cm. 3. Il interroge un serveur .cm pour obtenir les serveurs autoritatifs de univ-yaounde.cm. 4. Il interroge le serveur autoritatif qui renvoie l’adresse IP (ex. 196,216,150,45). 5. Le serveur DNS renvoie cette IP au poste, qui peut alors établir la connexion HTTP. ### IPv6 (aperçu) > **Définition** : Version 6 du protocole IP, adresses de 128 bits, destinée à faire face à l’épuisement de l’adressage IPv4. **Notation** : groupes de 16 bits en hexadécimale séparés par deux‑points, avec compression des zéros consécutifs (::). **Avantages** : espace d’adressage quasi illimité, simplification de l’en‑tête, support natif du multicast et de la mobilité, amélioration de la sécurité (IPsec intégré). **Exemple résolu** : Convertir l’adresse IPv6 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329 en forme compressée. *Solution* : On remplace la plus longue séquence de zéros consécutifs par ::. Séquence de zéros : 0000:0000:0000:0000 (quatre groupes). Résultat : 2001:db8::ff00:42:8329. > **À retenir** : L’adoption d’IPv6 est en cours au Cameroun, notamment dans les projets de réseaux gouvernementaux et les data‑centers récents. ## Synthèse du chapitre - **Réseau** : ensemble d’équipements interconnectés permettant l’échange de données selon des protocoles. - **Types selon la portée** : PAN (≤ 10 m), LAN (bâtiment), MAN (ville), WAN (pays/monde). - **Topologies** : bus (simple, sensible aux coupures), étoile (fiable, câblage important), anneau (déterministe), maillage (tolérance élevée, coût élevé), arbre (hiérarchique), hybride (combinaison). - **Architectures** : client‑serveur (centralisé), pair‑à‑pair (décentralisé), n‑tiers (modulaire), cloud (élastique, paiement à l’usage). - **Modèle de référence** : OSI (7 couches) vs TCP/IP (4 couches). - **Supports guidés** : torsadé (Cat5e/6/6a), coaxial, fibre optique (monomode/multimode). - **Supports non guidés** : radio (Wi‑Fi, Bluetooth), micro‑ondes, infrarouge, satellite. - **Équipements** : NIC, hub, switch, routeur, pont, passerelle, modem, point d’accès, pare‑feu. - **Adressage** : IPv4 (classes, masque, CIDR, calcul réseau/broadcast/hôtes), adresses privées (10/8, 172,16/12, 192,168/16), NAT, DHCP, DNS, aperçu IPv6. - **Formules clés** : - Nombre d’hôtes : $2^{(32-n)}-2$ où $n$ = nombre de bits du masque. - Atténuation (dB) : $A = 10\log_{10}\left(\frac{P_{in}}{P_{out}}\right)$. - Temps de transfert : $t = \frac{\text{taille}}{\text{débit utile}}$. - CIDR : préfixe /$n$ indique que les $n$ bits de poids fort définissent le réseau. ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **LAN** | Local Area Network : réseau couvrant un bâtiment ou un campus, débit élevé (10 Mbps‑10 Gbps). | | **WAN** | Wide Area Network : réseau couvrant une ville, un pays ou le monde, souvent basé sur des liaisons louées ou des technologies sans fil. | | **Topologie en étoile** | Chaque nœud relié à un dispositif central (switch/hub) ; panne d’un lien n’affecte que ce nœud. | | **Switch** | Équipement de couche 2 qui apprend les adresses MAC et commute les trames uniquement vers le port destination. | | **Masque de sous‑réseau** | Chaîne de 32 bits où les bits à 1 définissent la partie réseau, les bits à 0 la partie hôte. | | **CIDR** | Classless Inter‑Domain Routing : notation /$n$ indiquant le nombre de bits du préfixe réseau. | | **NAT** | Network Address Translation : traduction d’adresses IP (souvent avec traduction de ports) permettant à plusieurs hôtes privés de partager une adresse publique. | | **DHCP** | Protocole d’attribution dynamique d’adresses IP, masque, passerelle et DNS. | | **DNS** | Domain Name System : système de traduction de noms de domaine en adresses IP. | | **IPv6** | Version 6 du protocole IP, adresses de 128 bits, destinée à remplacer IPv4. | | **Pare‑feu** | Équipement de sécurité qui filtre les paquets selon des règles définies (adresses, ports, protocoles). | | **Modem** | Modulateur‑démodulateur qui convertit les signaux numériques en signaux analogiques adaptés à une ligne de transmission (téléphone, câble). | | **Point d’accès (AP)** | Équipement qui relie un réseau sans fil (Wi‑Fi) à un réseau filaire Ethernet. | | **Fibre optique** | Support de transmission guidé utilisant la propagation de la lumière dans un fil de verre ou de plastique, offrant très haut débit et faible atténuation. | | **Micro‑ondes** | Liaison sans fil utilisant des fréquences comprises entre 1 GHz et 300 GHz, souvent utilisée pour des liaisons point‑à‑point de plusieurs dizaines de kilomètres. | ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Calcul d’adresse réseau et de broadcast **Énoncé** : On dispose de l’adresse IP 10,15,200,57 avec le masque 255,255,255,240 (/28). Déterminer : a) L’adresse réseau. b) L’adresse de broadcast. c) Le nombre d’hôtes utilisables. **Corrigé** : Masque en binaire : 11111111.11111111.11111111.11110000. IP en binaire : 00001010.00001111.11001000.00111001. a) AND → 00001010.00001111.11001000.00110000 = 10,15,200,48 (réseau). b) NOT masque = 00000000.00000000.00000000.00001111. OR avec réseau → 00001010.00001111.11001000.00111111 = 10,15,200,63 (broadcast). c) Bits hôte = 32‑28 = 4 → $2^{4}-2 = 16-2 = 14$ hôtes utilisables. > **Réponse** : réseau = 10,15,200,48 ; broadcast = 10,15,200,63 ; hôtes = 14. ### Exercice 2 – Dimensionnement d’un sous‑réseau **Énoncé** : Une entreprise possède le réseau 172,16,0,0/16. Elle doit créer 6 sous‑réseaux de taille égale pouvant chacun accueillir au moins 500 hôtes. Quel masque doit‑on utiliser et quelles sont les plages d’adresses des deux premiers sous‑réseaux ? **Corrigé** : Pour accueillir 500 hôtes, il faut au moins $2^{h}-2 \ge 500$ → $2^{h} \ge 502$ → $h \ge 9$ (puisque $2^{9}=512$). Donc on réserve 9 bits pour les hôtes → bits réseau = 32‑9 = 23 → masque /23. Le réseau d’origine /16 possède 16 bits réseau fixe. Pour obtenir des sous‑réseaux /23, on emprunte 23‑16 = 7 bits du champ hôte. Nombre de sous‑réseaux possibles = $2^{7}=128$ (≥6, donc suffisant). Masque /23 en décimal : 255,255,254,0. Les sous‑réseaux sont incrémentés de 2 dans le troisième octet (puisque 7 bits donnent un pas de $2^{(16-7)}=2^{9}=512$ adresses, soit 0,512 dans le troisième octet). Premier sous‑réseau : 172,16,0,0/23 → de 172,16,0,0 à 172,16,1,255. Deuxième sous‑réseau : 172,16,2,0/23 → de 172,16,2,0 à 172,16,3,255. > **Réponse** : masque = 255,255,254,0 (/23) ; premier sous‑réseau = 172,16,0,0‑172,16,1,255 ; deuxième = 172,16,2,0‑172,16,3,255. ### Exercice 3 – Choix du support de transmission **Énoncé** : Un lycée veut relier deux bâtiments distants de 1,2 km. Le débit requis est de 500 Mbps. Parmi les solutions suivantes, laquelle est la plus adaptée ? Justifiez votre réponse. A) Câble torsadé Cat6 B) Fibre optique monomode C) Liaison radio 5 GHz avec antennes directionnelles **Corrigé** : - Cat6 : supporte 1 Gbps jusqu’à 55 m (ou 100 m pour 100 Mbps). À 1,2 km, l’atténuation serait trop importante → inadapté. - Fibre monomode : atténuation ≈ 0,2 dB/km → perte négligeable sur 1,2 km ; supporte largement 10 Gbps → adapté. - Radio 5 GHz : nécessite ligne de vue ; atténuation due à l’absorption atmosphérique et à la pluie (≈ 10 dB/km en pluie forte) ; débit de 500 Mbps possible mais moins fiable que la fibre, surtout en période de pluies tropicales. **Conclusion** : La fibre optique monomode est la solution la plus adaptée (débit élevé, faible atténuation, immunité aux interférences). ### Exercice 4 – NAT et traduction de ports **Énoncé** : Un réseau privé utilise le schéma 192,168,5,0/24. Le routeur NAT possède l’adresse publique 203,0,113,12. Deux hôtes internes (192,168,5,10 et 192,168,5,20) établissent simultanément une connexion HTTP vers le même serveur externe (adresse 93,184,216,34, port 80). Le routeur utilise le PAT (translation de ports). Indiquez les adresses source et les ports que le routeur attribuera à chaque connexion, en supposant qu’il commence à attribuer les ports à partir de 50000. **Corrigé** : Première connexion (hôte 10) : - Adresse source traduite = 203,0,113,12 - Port source attribué = 50000 Deuxième connexion (hôte 20) : - Adresse source traduite = 203,0,113,12 - Port source attribué = 50001 Le serveur externe voit donc deux connexions provenant de 203,0,113,12:50000 et 203,0,113,12:50001 vers 93,184,216,34:80. Lorsqu’il répond, les paquets arrivent à l’adresse 203,0,113,12 avec les ports de destination 50000 et 50001 ; le routeur consulte sa table de traduction et renvoie chaque paquet à l’hôte interne correspondant (10 ou 20). > **Réponse** : - Hôte 10 → 203,0,113,12:50000 - Hôte 20 → 203,0,113,12:50001 ### Exercice 5 – Calcul de temps de transfert avec efficacité **Énoncé** : Un fichier de 3,5 Go doit être transféré via un lien Ethernet de 100 Mbps. L’efficacité du protocole (en‑têtes, contrôle d’erreur) est de 75 %. Calculer le temps de transfert théorique en secondes, puis en minutes et secondes. **Corrigé** : Débit utile = 100 Mbps × 0,75 = 75 Mbps. Convertir en octets par seconde : 75 Mbps = 75 × 10⁶ bits/s = (75 × 10⁶)/8 octets/s = 9 375 000 octets/s ≈ 8,94 Mo/s (puisque 1 Mo = 1 048 576 octets). Taille du fichier = 3,5 Go = 3,5 × 1 024 Mo = 3 584 Mo. Temps = taille / débit utile = 3 584 Mo / 8,94 Mo/s ≈ 400,9 s. En minutes : 400,9 s ÷ 60 = 6 min 40,9 s → environ 6 min 41 s. > **Réponse** : ≈ 401 s soit 6 min 41 s. ### Exercice 6 – Résolution DNS récursive **Énoncé** : Un poste configuré avec le serveur DNS 192,168,1,10 souhaite accéder à http://www.minsante.cm. Décrivez les étapes de résolution DNS récursive, en supposant que le serveur DNS n’a aucune réponse en cache. **Corrigé** : 1. Le poste envoie une requête récursive à son serveur DNS 192,168,1,10 (question : quel est l’IP de www.minsante.cm ?). 2. Le serveur DNS, n’ayant pas la réponse, interroge un serveur racine (ex. a.root-servers.net) pour obtenir les serveurs de autorité du TLD .cm. 3. Le serveur racine répond avec la liste des serveurs .cm (ex. ns1.cm, ns2.cm). 4. Le serveur DNS interroge ensuite un serveur .cm (ex. ns1.cm) pour obtenir les serveurs de autorité du domaine minsante.cm. 5. Le serveur .cm répond avec les serveurs autoritatifs de minsante.cm (ex. ns1.minsante.cm, ns2.minsante.cm). 6. Le serveur DNS interroge alors un serveur autoritatif de minsante.cm (ex. ns1.minsante.cm) pour obtenir l’adresse IP de www.minsante.cm. 7. Le serveur autoritatif répond avec l’adresse IP (ex. 196,216,45,78). 8. Le serveur DNS renvoie cette adresse IP au poste, qui peut alors établir la connexion TCP vers le port 80 du serveur web. > **Réponse** : séquence de requêtes : poste → DNS local → racine → .cm → minsante.cm → autoritatif minsante.cm → réponse IP → poste. ## Erreurs fréquentes 1. **Confondre masque de sous‑réseau et adresse réseau** - *Erreur* : croire que l’adresse réseau est simplement l’adresse IP avec le dernier octet mis à zéro. - *Correction* : l’adresse réseau résulte de l’opération AND entre l’adresse IP et le masque ; selon le masque, plusieurs octets peuvent être affectés. - *Astuce* : toujours écrire l’adresse IP et le masque en binaire avant d’effectuer l’AND. 2. **Oublier de soustraire 2 pour les adresses utilisables** - *Erreur* : compter $2^{h}$ comme nombre d’hôtes utilisables. - *Correction* : il faut retirer l’adresse réseau (tous les bits hôte à 0) et l’adresse de broadcast (tous les bits hôte à 1). - *Astuce* : mémoriser la formule $2^{h}-2$ et l’appliquer systématiquement. 3. **Utiliser un câble torsadé pour des distances trop longues** - *Erreur* : penser qu’un câble Cat6 peut transporter du 1 Gbps sur plusieurs kilomètres. - *Correction* : les normes limitent la longueur à 100 m pour du 1 Gbps (Cat5e/6) et à 55 m pour du 10 Gbps (Cat6). Au‑delà, il faut de la fibre ou des répéteurs. - *Astuce* : vérifier toujours la distance maximale spécifiée par la catégorie du câble avant de choisir le support. 4. **Confondre NAT statique et PAT** - *Erreur* : croire que NAT traduit uniquement l’adresse IP sans toucher aux ports. - *Correction* : NAT statique fait une correspondance un‑à‑un IP privée ↔ IP publique ; PAT (NAT overload) traduit aussi les ports sources pour permettre à plusieurs hôtes privés de partager la même IP publique. - *Astuce* : lorsqu’on parle de « partage d’adresse publique », penser immédiatement à PAT. 5. **Ne pas prendre en compte l’efficacité du protocole lors du calcul de débit** - *Erreur* : utiliser le débit brut du lien (ex. 100 Mbps) pour calculer le temps de transfert d’un fichier. - *Correction* : le débit utile est inférieur à cause des en‑têtes, des accusés de réception et des mécanismes de contrôle d’erreur. - *Astuce* : appliquer un facteur d’efficacité (souvent entre 60 % et 80 % selon le protocole) avant de faire le calcul. 6. **Omettre la mise à jour du tableau de transfert ARP** - *Erreur* : croire qu’une fois qu’une adresse MAC est apprise, elle reste valable indéfiniment. - *Correction* : les entrées ARP ont une durée de vie limitée (généralement quelques minutes) ; après expiration, une nouvelle requête ARP est émise. - *Astuce* : en dépannage, penser à vider le cache ARP (`arp -d` sous Windows/Linux) si l’on soupçonne une entrée obsolète. --- Ce cours couvre de façon exhaustive les leçons 7 à 11 du programme officiel MINESEC/IGE pour la série SH et AVC du Baccalauréat camerounais. Il fournit définitions, propriétés, démonstrations, exemples résolus étape par étape, synthèse, glossaire, exercices d’application corrigés et erreurs fréquentes, afin que l’élève puisse étudier seul et se préparer efficacement à l’examen. Bonne révision !