Communication

Un réseau 网络 est un ensemble de dispositifs informatiques connectés afin qu'ils puissent communiquer et partager des ressources. Avantages :

• partage de ressources (imprimantes, serveurs de fichiers, internet) — moins cher que d'équiper chaque ordinateur individuellement.
• partage de données — plusieurs utilisateurs accèdent aux mêmes fichiers.
• gestion centralisée — installer des logiciels, gérer les utilisateurs et effectuer des sauvegardes une seule fois sur un serveur.
• communication — e-mail, appels vidéo, messagerie.
• accès à distance — travailler depuis n'importe où.

Un réseau local 局域网 (LAN) couvre une petite zone — une maison, un bureau ou une école, généralement propriété de l'organisation, avec des débits élevés et une faible latence 延迟.

Un réseau étendu 广域网 (WAN) couvre une grande zone — une ville, un pays ou le monde (Internet est le plus grand WAN). Il utilise l'infrastructure d'un opérateur de télécommunications — souvent le Réseau téléphonique public commuté 公共交换电话网 (PSTN), des lignes louées ou la fibre — avec des débits inférieurs et une latence plus élevée. Un WAN connecte plusieurs LAN entre eux.

Pour « citez deux caractéristiques d'un LAN » : il couvre une petite zone géographique (un site ou un bâtiment) ; le matériel appartient à l'organisation et n'est pas loué chez un opérateur ; il se connecte via ses propres commutateurs, câbles et points d'accès. Pour « deux façons dont un WAN diffère » : il couvre une grande zone géographique ; il utilise une infrastructure tierce (louée ou publique) ; les débits sont plus faibles et la latence plus élevée ; il relie généralement plusieurs LAN. Une école sur un seul site est un LAN ; une entreprise avec des bureaux dans deux villes a besoin d'un WAN, avec une ligne louée ou Internet reliant les sites. Justifiez votre choix en fonction de la zone couverte et de la propriété des liens.

Client-serveur

• Des machines puissantes agissent comme des serveurs 服务器, fournissant des services (fichiers, pages web, e-mail).
• D'autres machines sont des clients 客户端 qui sollicitent ces services.
• Centralisé et facile à gérer, mais le serveur constitue un point unique de défaillance sauf s'il est sauvegardé.

Pair-to-pair (P2P)

• Toutes les machines sont des pairs 对等网络 égaux ; chacune peut être à la fois client et serveur (pair-to-pair 对等网络).
• Les ressources sont réparties parmi les pairs — aucun serveur central. Robuste face à une panne unique, mais plus difficile à maintenir sécurisé et cohérent.

Choix d'un modèle. Le client-serveur convient à une école ou une entreprise : les fichiers sont stockés et sauvegardés centralement, un utilisateur se connecte avec un compte unique depuis n'importe quelle machine, les logiciels et la sécurité sont gérés une seule fois, et le serveur peut être une machine puissante. Les inconvénients sont le coût du serveur et d'un technicien, ainsi que le fait que le serveur soit un point unique de défaillance. Le pair-to-pair convient à quelques amis partageant des fichiers ou à un jeu : pas de serveur à acheter, facile à configurer, et chaque utilisateur garde le contrôle de sa propre machine. Les inconvénients mentionnés par le sujet : les fichiers sont dispersés sur plusieurs machines, rendant la sauvegarde difficile et un fichier indisponible lorsque la machine de son propriétaire est éteinte ; chaque machine doit être sécurisée séparément ; et un pair servant les autres ralentit le système. Un jeu en ligne joué via un navigateur Web avec d'autres utilisateurs suit le modèle client-serveur : le navigateur est le client, et le jeu ainsi que son monde virtuel partagé tournent sur le serveur de l'entreprise, qui maintient la cohérence de la vue de chaque joueur.

Un client fin 瘦 client effectue peu de traitement localement et repose sur un serveur puissant (terminaux Web, bureautique distante). Un client épais 胖 client dispose d'un puissant traitement local et de stockage et exécute lui-même des applications complètes (un PC de bureau standard).

Les rôles : dans un modèle de client fin, le serveur effectue le traitement et stocke les données, et le client n'envoie que les entrées et affiche les sorties. Un terminal bon marché suffit, et tout est sauvegardé et mis à jour sur le serveur, mais rien ne fonctionne si le réseau ou le serveur tombe en panne. Dans un modèle de client épais, le client exécute le logiciel et stocke les fichiers lui-même, ce qui lui permet de fonctionner sans connexion réseau et réduit la charge sur le serveur, au prix de clients plus puissants (et plus coûteux) qui doivent chacun être mis à jour et sécurisés. Une salle d'informatique scolaire peut utiliser des clients fins (bon marché, gestion centralisée) ; un éditeur vidéo a besoin d'un client épais.

La topologie 拓扑 désigne la disposition des nœuds et des liens.

• bus 总线 — tous les appareils sur un câble partagé unique. Bon marché ; si le bus tombe en panne, tout le LAN s'arrête ; les performances diminuent lorsque plus d'appareils partagent la bande passante 带宽.
• étoile 星形 — chaque appareil est connecté à un commutateur central. La panne d'un appareil n'affecte pas les autres ; la panne du commutateur met tout hors tension. C'est la topologie la plus courante aujourd'hui.
• maillage 网状 — chaque appareil est directement lié aux autres, offrant de multiples chemins. Très tolérante aux pannes 容错 (le trafic est redirigé) mais nécessite beaucoup de câblage.
• hybride — un mélange (une étoile dans chaque bureau, des liens maillés entre les bureaux).

Comment les paquets voyagent dans chaque topologie

Bus : l'appareil émetteur place le paquet sur le câble partagé ; tous les appareils le voient, mais seul celui dont l'adresse correspond le reçoit. Un seul appareil peut transmettre à la fois, donc des collisions peuvent survenir (CSMA/CD, ci-dessous). Étoile : l'expéditeur transmet le paquet au commutateur central, qui lit l'adresse de destination et le transmet uniquement sur le câble menant à cet appareil ; deux autres appareils peuvent parler simultanément. Maillage : le paquet est transmis de nœud en nœud selon l'une des plusieurs routes possibles jusqu'à la destination ; si un lien tombe en panne, une autre route est utilisée.

Pour justifier une topologie : une étoile pour une salle de classe ou un bureau (un câble en panne n'affecte qu'un seul appareil ; un appareil est facile à ajouter ; avec un commutateur, il n'y a pas de collisions) ; un maillage où la fiabilité prime (un hôpital, le backbone d'Internet) ; un bus uniquement où le coût est primordial et peu d'appareils le partagent. « Dessinez la topologie en étoile » signifie : le commutateur au centre, une ligne reliant le commutateur à chaque ordinateur, et le serveur (et le routeur, s'il y en a un) sur leurs propres lignes vers le commutateur.

Le calcul en nuage 云计算 fournit des services informatiques (serveurs, stockage, logiciels) via Internet, hébergés par un tiers. Avantages : évolutivité 可扩展性 (payez ce dont vous avez besoin), coûts réduits, accès depuis n'importe où, et centres de données fiables et redondants. Inconvénients : nécessite Internet, vos données sont détenues par un tiers, et risque de verrouillage fournisseur.

Pour la définition d'une marque : le calcul en nuage consiste à fournir des services informatiques à la demande (stockage, traitement, logiciels) via Internet par un tiers. Un cloud public 公有云 est détenu par un fournisseur et partagé par de nombreux clients via Internet ; un cloud privé 私有云 est dédié à une organisation, sur son propre matériel ou hébergé exclusivement pour elle. Avantages acceptés par le barème : les fichiers sont accessibles depuis n'importe quel dispositif avec une connexion Internet ; le stockage s'adapte en haut et en bas selon les besoins ; le fournisseur gère le matériel, les sauvegardes et les mises à jour de sécurité ; pas de serveur local à acheter ou à maintenir. Inconvénients : aucun accès sans connexion Internet ; les données sont sur le matériel d'un tiers, donc la sécurité et la confidentialité dépendent du fournisseur ; un coût d'abonnement continu ; le fournisseur pourrait faire faillite ou subir une attaque ; les gros fichiers peuvent être lents à transférer. Une réponse à « pourquoi l'entreprise utilise-t-elle un cloud public » indique qu'elle n'a pas besoin de son propre matériel, paie uniquement pour ce qu'elle utilise, et que ses utilisateurs peuvent y accéder depuis n'importe où.

• filaires (Ethernet 以太网 via paires torsadées 双绞线 ou fibre optique 光纤) : vitesse plus élevée, latence plus faible, moins d'erreurs, plus sécurisé.
• sans fil (Wi-Fi, Bluetooth, cellulaires) : pas de câbles, mobilité des appareils, mais plus lent, sensible aux interférences et à l'écoute clandestine.

Pour la même génération, le filaire l'emporte sur la vitesse et la fiabilité ; le sans fil l'emporte sur la commodité.

Médias de transmission

L'examen demande la comparaison dans les deux sens. Le câblé l'emporte sur le sans fil en termes de vitesse, de fiabilité (pas d'interférences), de sécurité (un câble doit être physiquement piraté) et de stabilité ; le sans fil l'emporte sur le câblé en matière de mobilité, de coût d'installation et d'ajout d'un appareil sans câblage. L'utilisation des deux permet aux étudiants de se déplacer avec des ordinateurs portables et des téléphones tout en maintenant des postes fixes offrant une connexion plus rapide et sécurisée, et un appareil sans port réseau peut quand même se connecter. Les satellites remplacent le cuivre pour atteindre des endroits inaccessibles au câblage, mais avec une latence accrue, des interférences météorologiques et un coût plus élevé.

• carte réseau 网络接口卡 (NIC) — permet à un appareil d'envoyer et de recevoir des données sur le réseau ; possède une adresse MAC unique MAC地址 (une adresse matérielle de 48 bits). Un appareil sans fil utilise une carte réseau sans fil 无线网络接口卡 (WNIC).
• commutateur 交换机 — achemine les trames Ethernet uniquement vers le port correspondant à l'adresse MAC de destination.
• concentrateur 集线器 — dispositif plus simple qui copie le trafic vers tous les ports (maintenant obsolète).
• point d'accès sans fil 无线接入点 (WAP) — permet aux clients sans fil de rejoindre un LAN câblé.
• câblage : paire torsadée pour les courtes distances ; fibre optique pour les distances plus longues et plus rapides.
• serveur — ordinateur fournissant un service aux autres appareils : fichiers, impression, pages web, stockage d'e-mails.
• pont 网桥 — relie deux segments LAN en un seul réseau, transférant le trafic entre eux.
• répéteur 中继器 — reçoit un signal affaibli et le retransmet à pleine puissance pour étendre la portée du câble.

Les fonctions d'une WNIC, pour une description de quatre points : elle convertit les données en signaux radio et inversement ; elle porte l'adresse MAC unique de l'appareil ; elle connecte l'appareil à un point d'accès sans fil et suit le protocole sans fil (canal et fréquence utilisés) ; et elle décode les signaux entrants pour l'appareil. Deux dispositifs pouvant physiquement connecter trente ordinateurs avec NIC : un commutateur ou un concentrateur.

Un routeur 路由器 connecte différents réseaux et achemine les données entre eux — généralement à la frontière d'un LAN et d'Internet. Il effectue :

• acheminement — lit l'adresse IP de destination IP地址 de chaque paquet 数据包 et l'envoie par le bon port, en utilisant une table de routage 路由表.
• conversion d'adresses réseau 网络地址转换 (NAT) — permet à de nombreuses adresses LAN privées de partager une seule adresse IP publique.
• DHCP 动态主机配置协议 — distribue des adresses IP privées aux appareils LAN.
• pare-feu 防火墙 — bloque le trafic entrant non souhaité.

Dans le commutation de paquets 分组交换, un message est découpé en paquets envoyés indépendamment. Chaque routeur lit l'adresse IP de destination d'un paquet, recherche le prochain saut dans sa table de routage et l'achemine, de sorte que les paquets d'un même message peuvent emprunter des routes différentes et sont réassemblés dans l'ordre à destination. Un routeur reçoit et achemine effectivement des paquets entre réseaux et distribue des adresses IP ; il ne cherche pas l'adresse IP d'une URL (DNS s'en charge) et ne stocke pas de pages web. Un routeur domestique contient également le modem et le point d'accès sans fil, ainsi un seul boîtier connecte le LAN à Internet.

*Un routeur connecte un LAN à Internet ou à un autre réseau

Ethernet est la norme (protocole) pour les LAN câblés : les appareils sont reliés par des câbles à paire torsadée ou en fibre, les données sont envoyées sous forme de trames contenant les adresses MAC source et de destination, et un support partagé utilise CSMA/CD pour gérer les collisions. Sur les supports partagés, une collision 冲突 peut survenir lorsque deux appareils envoient simultanément. Le protocole est CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测 (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) :

1. détection de porteuse — écouter avant d'envoyer ; attendre si le câble est occupé.
2. accès multiple — plusieurs appareils partagent le support.
3. détection de collision — continuer à écouter pendant l'envoi ; un choc est une collision.
4. lors d'une collision, les deux s'arrêtent, envoient un signal de brouillage brief, puis attendent un temps de retrait aléatoire avant de réessayer.

Les trois tâches, selon les termes du schéma : l'appareil écoute (détecte la porteuse) avant de transmettre ; il continue de vérifier la présence d'une collision pendant la transmission ; lors d'une collision, il s'arrête, envoie un signal de brouillage, attend un temps aléatoire et retransmet.

L'Ethernet commutée moderne utilise des liens point à point plein-duplex 全双工, rendant les collisions impossibles.

*Le processus CSMA/CD pour gérer les collisions sur les supports partagés

Le streaming 流式传输 envoie des multimédias sous forme de flux continu que le lecteur interprète à l'arrivée, au lieu de télécharger le fichier entier d'abord.

• en temps réel (direct) : capturé et diffusé en direct (sport en direct, appels vidéo). Impossible de rembobiner ; une faible latence est essentielle.
• à la demande : enregistré au préalable sur un serveur (YouTube, Netflix). Possibilité de mettre en pause et de rembobiner ; le serveur peut mettre en tampon 缓冲 à l'avance.

Le streaming en temps réel fonctionne comme un court pipeline :

1. capturer et échantillonner la source (caméra ou microphone).
2. encoder les données, en utilisant la compression 压缩 pour réduire la taille.
3. envoyer les données sur le réseau sous forme de paquets.
4. le lecteur met en tampon un peu, puis diffuse en direct — supprimant tout paquet arriving tard, car un flux en direct ne peut pas attendre.

Une compression avec perte 有损 est utilisée ici : les images animées masquent les petites pertes, et le flux doit être suffisamment petit pour tenir dans la bande passante.

Pourquoi une vidéo est compressée avant le streaming en temps réel : le flux non compressé nécessiterait plus de bande passante que la connexion ne peut offrir, ce qui entraînerait des retards d'arrivée des images et des interruptions de lecture. La compression réduit le nombre de bits, permettant au débit binaire 比特率 de rester inférieur à la vitesse de la large bande, la latence de rester faible, et de réduire le besoin de stockage et de coûts aux deux extrémités. Le débit binaire doit être inférieur à la vitesse de la connexion : un débit plus élevé offre une meilleure qualité mais nécessite une connexion plus rapide, et si les données arrivent plus lentement qu'elles ne sont lues, le tampon se vide et la vidéo fige. Le streaming à la demande peut mettre en tampon davantage de fichier à l'avance, gérant mieux une connexion lente ; le streaming en temps réel ne peut pas.

*Des données transitent du serveur vers un tampon avant que le lecteur multimédia ne les lise

L'internet 互联网 est un réseau mondial de réseaux utilisant un ensemble de protocoles 协议 commun (TCP/IP). Le World Wide Web 万维网 (WWW) est un service fonctionnant dessus : documents hypertextes identifiés par des URLs, visualisés dans des navigateurs via HTTP/HTTPS. L'e-mail et le transfert de fichiers sont d'autres services internet faisant partie intégrante du WWW.

Webmail utilise les deux : le WWW, car la boîte mail est une page web accessible via une URL dans un navigateur par HTTP ; et Internet, car l'e-mail lui-même traverse le réseau de réseaux (l'e-mail est un service internet séparé du web).

*Le Web est un service fonctionnant au-dessus d'Internet

Matériel supportant Internet

• modem 调制解调器 — convertit le signal numérique de l'ordinateur en signal analogique pour une ligne téléphonique, et inversement à l'autre bout (modulation et démodulation).
• RTPS — le réseau téléphonique public d'échanges et de lignes ; une connexion dial-up ou DSL transporte des données Internet dessus.
• ligne dédiée 专线 — une ligne louée entre une organisation et son FAI : toujours active, avec une bande passante fixe non partagée, donc plus rapide et fiable, mais coûteuse.
• réseau cellulaire 蜂窝网络 — l'appareil envoie des données par radio vers la tour cellulaire la plus proche (station de base) ; les tours sont reliées au réseau de l'opérateur téléphonique, qui achemine les données vers Internet ; lorsque l'appareil bouge, il passe d'une cellule à la suivante.

*Trois façons d'accéder à Internet : un modem et le RTPS, une ligne dédiée, et le réseau cellulaire

Une adresse IP identifie de manière unique un appareil.

• IPv4 — 32 bits, quatre nombres décimaux de 0 à 255 (192.168.1.10) ; environ $4.3 \times 10^{9}$ adresses (maintenant épuisées).
• IPv6 — 128 bits, huit groupes de quatre chiffres hexadécimaux ; environ $3.4 \times 10^{38}$ adresses.

IPv4 est écrit sous la forme de quatre groupes de nombres décimaux séparés par des points ; chaque groupe est un nombre sur 8 bits, allant donc de 0 à 255. IPv6 est écrit sous la forme de huit groupes de quatre chiffres hexadécimaux séparés par des deux-points, 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329, et une série de groupes nuls peut être abrégée en ::. Ainsi, 192.168.3.2 n'est pas de l'IPv6 : il possède quatre groupes au lieu de huit, séparés par des points plutôt que par des deux-points, et ses groupes sont décimaux, non hexadécimaux. 256.0.0.A n'est pas une adresse valide de l'un ou l'autre type : un groupe IPv4 ne peut dépasser 255 et ne peut contenir de lettres, et IPv6 nécessiterait des deux-points et huit groupes.

Sous-réseautage

Un réseau peut être divisé en sous-réseaux 子网. L'adresse IP se divise en une partie réseau et une partie hôte, définies par un masque de sous-réseau 子网掩码 (par ex. 255.255.255.0 = les 24 premiers bits sont le réseau). Le sous-réseautage améliore la gestion, réduit le trafic de diffusion et renforce la sécurité.

Les deux parties d'une adresse dans un sous-réseau : l'ID réseau (les premiers bits, identiques pour chaque appareil de ce sous-réseau, donnés par les uns dans le masque) et l'ID hôte (les bits restants, uniques à chaque appareil). Avantages de la sous-référenciation, pour « décrivez deux avantages » : moins de trafic sur chaque partie, car les broadcasts restent dans leur sous-réseau ; meilleure sécurité, car le trafic d'un département est gardé des autres ; gestion plus facile et diagnostic des pannes ; utilisation plus efficace des adresses. Deux appareils avec le masque 255.255.255.0 sont dans des sous-réseaux différents lorsque leurs trois premiers groupes diffèrent.

Adresses publiques et privées

• Les adresses privées sont utilisées au sein d'un LAN et ne sont pas routables sur Internet (par ex. 192.168.0.0/16).
• Une adresse IP publique est unique à l'échelle mondiale et routable, attribuée par un FAI 互联网服务提供商.

Les appareils situés derrière NAT avec des adresses privées ne sont pas directement accessibles depuis Internet, ce qui offre une certaine protection.

Les descriptions attendues par les tableaux : une adresse publique est visible sur Internet et unique à l'échelle globale, allouée par le FAI ; une adresse privée n'est visible qu'à l'intérieur du LAN, est réutilisée par de nombreux LANs et nécessite NAT pour accéder à Internet. Une adresse statique ne change jamais (définie manuellement ou réservée, comme pour un serveur) ; une adresse dynamique est allouée par DHCP à chaque connexion de l'appareil et peut changer.

Statique vs dynamique

• Une adresse IP statique est fixe ; utilisée pour les serveurs qui doivent être trouvés à une adresse connue.
• Une adresse IP dynamique est attribuée par DHCP et peut changer ; plus pratique pour les appareils clients et utilise efficacement un pool d'adresses limité.

Exemple résolu. Un hôte a l'adresse IP 192.168.10.130 avec le masque de sous-réseau 255.255.255.192. Sur quel réseau se trouve-t-il, et 192.168.10.200 est-il sur le même ? Le dernier octet du masque, 192, est 11000000 en binaire, donc les premiers 26 bits sont la partie réseau et les derniers 6 bits adressent l'hôte. Cela fait que les sous-réseaux avancent par pas de $256 - 192 = 64$ : .0, .64, .128, .192. L'adresse 130 tombe dans le bloc commençant à .128, donc l'hôte est sur le réseau 192.168.10.128/26, dont les hôtes utilisables vont de .129 à .190 (.191 est l'adresse de broadcast). 200 tombe dans le bloc suivant (.192), donc il est sur un sous-réseau différent et le trafic entre les deux doit passer par un routeur. Obtenez la taille du bloc à partir du masque en premier ($256$ moins l'octet de masque) - deviner à partir des trois premiers octets est ce qui fait échouer ces exercices.

Une URL 统一资源定位符 (Uniform Resource Locator) localise une ressource sur le WWW :

https://www.example.com/about/contact.html
protocol     domain name        path

• protocole : http, https, etc.
• nom de domaine 域名 : une adresse de serveur lisible.
• chemin : la ressource sur ce serveur.

Le Système de Noms de Domaine 域名系统 (DNS, aussi appelé Domain Name Service) est un ensemble distribué de serveurs qui convertit les noms de domaine en adresses IP. Lorsque vous tapez une URL, le navigateur demande à un résolveur DNS l'IP, qui interroge les serveurs DNS (racine → niveau supérieur → autoritaire) jusqu'à la trouver ; le navigateur se connecte ensuite à cette IP et demande le chemin. Le DNS épargne aux humains la mémorisation des adresses IP et permet à un site de changer de serveur sans changer son nom.

Pour « expliquer comment le navigateur utilise l'URL » : le navigateur découpe l'URL en protocole, nom de domaine et chemin ; il envoie le nom de domaine à un serveur DNS, qui retourne l'IP correspondante (un cache sur l'ordinateur ou chez le FAI peut répondre en premier) ; il ouvre une connexion vers cette IP en utilisant le protocole (HTTPS sur le port 443) ; il envoie une requête pour le chemin ; et le serveur web retourne la page, que le navigateur affiche. Si la recherche DNS échoue, le navigateur signale que le serveur ne peut être trouvé.

Une question de définition est notée selon un libellé fixe. Apprenez-le exactement.

• Distinguer LAN vs WAN et client-serveur vs pair-à-pair selon qui stocke et contrôle les ressources.
• Associer chaque topologie (bus, étoile, maillée) à ses avantages et inconvénients (coût, fiabilité, collisions).
• Connaître la fonction de chaque dispositif : un interrupteur dirige au sein d'un LAN par adresse MAC, un routeur achemine entre réseaux par IP.
• Expliquer le bit streaming et pourquoi le buffering est nécessaire (les données arrivent à un rythme différent de celui de la lecture).
• Distinguer IPv4 vs IPv6 et adresses publiques et privées ; DNS convertit une URL en une adresse IP.

Erreurs courantes

• Dire qu'un switch fonctionne par adresse IP. Un switch achemine par adresse MAC au sein du LAN ; le routeur achemine par adresse IP entre les réseaux.
• Traiter Internet et le World Wide Web comme la même chose. Le Web est un service qui s'exécute sur Internet ; le courriel et le transfert de fichiers en sont d'autres.
• Donner « plus rapide » comme seule comparaison entre filaire et sans fil. Dire plus rapide et plus fiable et plus sûr, et donner le côté sans fil (mobilité, absence de câblage) lorsque la question demande une comparaison.
• Écrire qu'un routeur trouve l'adresse IP pour une URL. C'est DNS qui fait cela ; le routeur achemine les paquets vers lui.
• Décrire IPv6 avec des points et des groupes décimaux. Huit groupes de quatre chiffres hexadécimaux, séparés par des deux-points.
• Dessiner une topologie en étoile comme un anneau ou une chaîne. Chaque appareil a sa propre ligne vers le switch au centre.