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Mis à jour le 05/12/2019

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Il existe 2 principaux modèles de réseaux de communication entre ordinateurs : le modèle OSI (de l'anglais Open Systems Interconnection) et le modèle TCP/IP (de l'anglais Transmission Control Protocol et Internet Protocol).

Source: https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Comparaison_des_mod%C3%A8les_OSI_et_TCP_IP.png
Modèle OSI versus modèle TCP/IP - Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Comparaison_des_mod%C3%A8les_OSI_et_TCP_IP.png

Le modèle OSI décrit l’organisation des fonctions de communication en 7 couches, chaque couche utilisant les services des couches inférieures.

Le modèle TCP/IP (appelé aussi modèle Internet), présente aussi une approche en couches mais en contient uniquement quatre. Comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessus, il existe une correspondance grossière entre les protocoles de la pile IP et les couches du modèle OSI.

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:UDP_encapsulation-fr.png
Modèle TCP/IP - Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:UDP_encapsulation-fr.png

Dans le modèle TCP/IP, les données qui circulent sur le réseau sont traitées successivement par chaque couche, qui peuvent rajouter un élément d'information (appelé en-tête).

Ainsi le paquet de données change d'aspect, car on lui ajoute un en-tête, et son appellation change suivant les couches :

• le paquet de données est appelé « message » au niveau de la couche application ;

• le message est ensuite encapsulé sous forme de « segment » dans la couche transport ;

• le segment une fois encapsulé dans la couche Internet prend le nom de « datagramme » ;

• enfin, on parle de « trame » au niveau de la couche accès réseau.

La couche physique

Source: Source: http://wilbo666.pbworks.com/w/page/49320712/RS232
Port série RS232 - Source : http://wilbo666.pbworks.com/w/page/49320712/RS232

La couche physique définit les spécifications électriques et physiques de la connexion de données. Elle définit la relation entre un appareil et un support de transmission physique (par exemple un câble de cuivre ou de fibres optiques, la fréquence radio). Cela inclut le schéma des broches comme ici le port série RS-232, les tensions, l’impédance de la ligne, les spécifications des câbles, la synchronisation des signaux et pour les appareils sans fil, la fréquence (5 GHz ou 2,4 GHz, etc.).

Le mode de transmission

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HalfDuplex.JPG
Une illustration simple d'un système de communication en semi-duplex avec talkie-walkie. - Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:HalfDuplex.JPG

La couche physique définit également le mode de transmission ; à savoir simplex, semi- duplex, duplex intégral.

Un exemple de canal simplex est la radiodiffusion telle la radio FM. Les informations sont envoyées à partir d'une station émettrice et reçues sur un poste. Les auditeurs ne peuvent pas répondre.

La liaison half-duplex peut être comparée à une communication avec des talkies-walkies, l’un parle (l’autre ne peut parler en même temps) et lorsqu'il lâche le bouton (signal de fin de conversation) l’autre peut parler à son tour.

Le full-duplex est très souvent l'association de deux canaux simplex, de la même façon qu'une autoroute est l'association de deux routes à un seul sens. La liaison full-duplex peut également être comparée à une conversation téléphonique : les deux interlocuteurs peuvent parler en même temps.

La topologie du réseau

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NetworkTopologies.svg
Topologies de réseau - Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:NetworkTopologies.svg

La couche physique définit également la topologie du réseau. C’est-à-dire l'architecture (physique ou logique) de celui-ci, définissant les liaisons entre les équipements du réseau et une hiérarchie éventuelle entre eux. La topologie d'un réseau correspond à son architecture physique. Il existe 2 modes de propagation classant ces topologies :

  • le mode point-à-point. Dans ce mode, le support physique ne relie qu'une paire de nœuds. Pour que deux unités non reliées communiquent, elles passent obligatoirement par un nœud intermédiaire ;

  • le mode diffusion. C’est la topologie en Bus. Ce mode de fonctionnement consiste à n'utiliser qu'un seul support de transmission. Le principe est que le message est envoyé sur le réseau, ainsi toute unité réseau est capable de voir le message et d'analyser selon l'adresse du destinataire si le message lui est destiné.

Exemple de couche physique de transmission

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RJ45_20070127_002.jpg
Connecteur RJ-45 - Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RJ45_20070127_002.jpg

La couche physique est chargée de la transmission effective des signaux électriques, radio ou optiques et de la conversion en bits de ces signaux. En pratique, elle est toujours réalisée par un circuit électronique spécifique.

On trouve sur cette première couche le gigabit Ethernet qui autorise des débits de 1 000 Mbit/s sur 4 paires de fils de cuivre sur une longueur maximale de 100 m et utilisant des connecteurs RJ45.

La couche de liaison de données

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethernet_Type_II_Frame_format.svg
Format de trame Ethernet de type II - Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ethernet_Type_II_Frame_format.svg

La couche de liaison de données fournit les moyens fonctionnels et procéduraux pour le transfert de données entre les nœuds du réseau et, dans certains cas, les moyens de détecter et potentiellement corriger les erreurs qui peuvent survenir au niveau de la couche physique.

La couche réseau

La couche de réseau est la troisième couche du modèle OSI, elle ne doit pas être confondue avec la couche 'accès réseau' du modèle TCP/IP.

La couche réseau construit une voie de communication de bout à bout à partir des voies de communication selon la topologie du réseau. Elle permet :

  • le routage. C’est-à-dire la détermination d'un chemin permettant de relier les 2 machines distantes ;

  • le relayage. C’est-à-dire la retransmission du paquet de données afin de le rapprocher de sa destination finale ;

  • le contrôle des flux. C’est-à-dire le contrôle de la congestion. 

La couche de transport

Structure d’un segment TCP
Structure d’un segment TCP

La couche dite de transport constitue la quatrième couche du modèle OSI.

La couche de transport gère les communications de bout en bout entre processus. Cette couche est souvent la plus haute couche où on se préoccupe de la correction des erreurs et de retransmission éventuelles. Il existe deux protocoles importants sur cette couche : le protocole TCP (Transmission Control Protocol) et le protocole UDP (User Datagram Protocol). Le protocole TCP demande à ce qu’une connexion point à point soit établie, et garantit la fiabilité des informations envoyées ; en particulier, les paquets de données perdus sont renvoyés. Le protocole UDP, lui, ne demande pas à ce qu’une connexion soit établie, il permet donc une transmission simultanée à plusieurs clients. Il est plus rapide mais il ne permet pas de garantir que tous les messages seront reçus. UDP est souvent utilisé lorsque le tempsréel est privilégié sur la fiabilité.

La couche session

Différence entre un appel synchrone et un appel asynchrone.
Différence entre un appel synchrone et un appel asynchrone.

La couche session est la 5e couche du modèle OSI.

Cette couche session fournit les mécanismes pour ouvrir, fermer et contrôler les sessions entre les processus applicatifs. Cette couche est utilisée en particulier pour les procédures d’appel à distance. Dans ce type d’appel, un client envoie un message de requête à un serveur distant connu pour exécuter une procédure spécifique avec des paramètres spécifiques. Pendant que le serveur traite l’appel, le client est soit bloqué, c’est un appel synchrone, soit il peut continuer son traitement et sera rappelé ultérieurement par le serveur, c’est un appel asynchrone.

La couche présentation

Source: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ASCII-Table-wide.svg
Table ASCII de 7 bits - Source : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:ASCII-Table-wide.svg

La couche présentation est chargée du codage des données applicatives. Les couches 1 à 5 transportent des octets bruts sans se préoccuper de leur signification. Mais en pratique, ce qui intéresse les applications logicielles, ce sont les données.

Les services offerts par la couche présentation sont donc :

  • la conversions en données (caractères, nombres ou structure de donnés arbitrairement complexes) ;

  • la compression ;

  • les chiffrement et déchiffrement.

Un exemple de conversion de caractère est la conversion en ASCII (schéma ci-dessus) qui permet la transmission de texte en anglais mais qui est de plus en plus supplantée par le standard Unicode qui permet des échanges de textes dans différentes langues. Ainsi, UTF-8 est le codage le plus commun pour les applications Internet. Son codage de taille variable lui permet d'être en moyenne moins coûteux en occupation mémoire pour les langues à alphabet latin. Il est aussi compatible avec le codage ASCII.

La couche application

La couche application est la dernière couche du modèle OSI, et c’est le point d’accès au réseau pour les applications. C’est aussi la couche avec la plus grande diversité de protocoles.

On trouve à ce niveau :

  • les protocoles FTP, NFS et AFS pour le transfert de fichier ;

  • les protocoles SMTP, POP et IMAP pour l’envoi de courriel ;

  • les protocoles Telnet, rlogin, SSH pour les sessions à distance ;

  • les protocoles X, XDMCP pour le déport d’affichage ;

  • le protocole HTTP pour l’envoi de page HTML ;

  • le protocole DNS pour la résolution d’adresse.

Maintenant que nous avons compris le modèle en couche OSI, nous allons étudier plus en détail deux types de réseaux standardisés pour les systèmes critiques :

  • le réseau AFDX qui est une implémentation de la spécification ARINC 664 Part 7 ;

  • le réseau DDS ou Data Distribution Services qui est un standard du groupe OMG.

AFDX – Avionics Full DupleX

Réseau AFDX A380
Réseau AFDX A380

AFDX est un réseau Ethernet redondant et fiabilisé, développé et standardisé par les industriels européens de l'avionique pour équiper l'Airbus A380. Il équipe aujourd’hui les nouvelles générations d’avions, telles que l’A400M, l’A350, le Boeing 787 ou le Bombardier CSeries.

Les contraintes temporelles sont garanties à travers la réservation d’un canal de communication appelé VL pour Virtual Link (lien virtuel). Ces canaux sont associés à un émetteur et les données y sont transmises sur Ethernet en mode diffusion (multicast). Déterminisme et temps de transmissions sont garantis par le contrat de bande passante associé de la ligne virtuelle qui permet d’éviter les collisions et les réémissions.

DDS

DDS est une technologie d'échanges de données via un réseau de type publication/abonnement. DDS se positionne au niveau 7 du modèle OSI, c’est-à-dire la couche applicative, mais il s’appuie sur le protocole RTPS pour « Real-Time Publish/Subscribe Protocole » en tant que couche de transport de données.

D’un point de vue applicatif, DDS peut être vue comme une base de données partagée entre tous les calculateurs connectés sur le réseau. Les données sont classées en topics et à chaque topic peuvent être associés des qualités de services telles que :

  • La disponibilité : est-ce que la donnée est persistée après le redémarrage du système ?

  • La fiabilité : est-ce qu’une mise à jour doit être toujours reçue par tous les abonnés, c’est-à-dire si la mise à jour a été perdue, faut-il la retransmettre, ou pour les données mises à jour périodiquement, peut-on attendre la prochaine transmission?

  • La durée de mise à jour : quelle est la durée maximale entre la mise à jour d’une donnée et son changement vue par tous les abonnés ?

Dans les deux derniers chapitre, nous avons fait un focus sur l'alimentation en énergie et les moyens de communication dans un avion. N'oublions pas qu'au-delà des systèmes techniques, qui ne doivent pas défaillir, le pilote, et plus largement les opérateurs humains, à différentes étapes du cycle de vie, ont un rôle clef à jouer aussi...

Exemple de certificat de réussite
Exemple de certificat de réussite