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Le réseau local

Le réseau local informatique, encore appelé LAN pour Local Area Network en anglais est constitué de l'ensemble des systèmes informatiques qui peuvent s'échanger des données sans passer par Internet. En général l'accès à Internet se fait en un seul endroit du réseau à travers un dispositif particulier appelé routeur.

Il peut être, chez un particulier, constitué d'un seul ordinateur relié à une box d'accès à Internet ou, de plus en plus, constitué de deux ou trois ordinateurs et d'une imprimante reliés à la box Internet. Mais il peut aussi être constitué de plusieurs dizaines ou centaines d'ordinateurs, de tablettes et d'imprimantes reliés entre eux par des commutateurs, des baies de brassage, des bornes Wi-Fi et des routeurs dans des grandes entreprises et administrations. La liaison entre ces éléments du réseau peut être constituée de câbles Ethernet, de câbles coaxiaux, de fibres optiques (de plus en plus sur des réseaux importants), en Wi-Fi ou d'un panachage de ces différentes liaisons.

Nous n'allons voir ici que le cas d'un petit réseau local qui peut être présent chez un particulier.

Le réseau type

La figure de gauche ci-contre montre un réseau tel que peuvent avoir nombre d'entre vous.

Un commutateur réseau, encore appelé switch en anglais, permet de relier un ou plusieurs ordinateurs et une imprimante par des câbles utilisant le protocole de communication Ethernet et équipés de connecteurs RJ45. Un autre câble Ethernet relie le commutateur réseau à un port RJ45 de la box d'accès à Internet.

Si la box contient suffisamment de ports RJ45, l'imprimante et l'ordinateur peuvent être directement connectés à la box Internet. La box elle même est connectée au réseau téléphonique pour accéder au réseau Internet. Cette partie du réseau est appelée « réseau filaire », par opposition à la partie suivante appelée « réseau Wi-Fi ».

Lorsque certaines pièces d'habitation sont éloignées de la box et qu'il serait fastidieux de passer un câble jusqu'à ces pièces, il est possible d'établir une connexion Wi-Fi entre la box et un appareil appelé répéteur Wi-Fi.

Toutes les box actuelles sont en effet équipées d'une borne Wi-Fi fonctionnant dans la bande 2,4 GHz ou 5 GHz (ou dans ces deux bandes).

Sur ce répéteur Wi-Fi il est possible de connecter un ou plusieurs ordinateurs en filaire (par câble Ethernet) ou en Wi-Fi, ou encore un panachage des deux modes si le répéteur le permet, constituant ainsi une extension du réseau local.

Dans le cas d'une grande maison avec des dépendances, il est possible de placer plusieurs répéteurs en des endroits stratégiques pour étendre le réseau local.

L'ensemble du réseau peut aussi être constitué uniquement de connexions Wi-Fi si tous les ordinateurs et l'imprimante possèdent une fonction Wi-Fi.

Liaison par CPL

Un autre type de liaison entre des éléments du réseau local consiste en l'utilisation des courants porteurs en ligne (CPL). Un boîtier CPL, appelé aussi plug CPL, relie un élément du réseau, par exemple le port Ethernet de l'ordinateur, au réseau électrique. À l'autre extrémité, un port Ethernet du commutateur ou de la box est relié à un second boîtier CPL fiché dans une autre prise électrique à proximité. Les informations transitent entre les deux éléments par le réseau électrique. Les boîtiers transforment les signaux Ethernet en signaux haute fréquence compris entre 1,6 MHz et 30 MHz (30 mégahertz) et les superposent au courant de 50 Hz du secteur. On dit que le courant secteur est modulé par le signal Ethernet.

Ce dispositif évite d'utiliser le longs câbles Ethernet et l'utilisation du Wi-Fi, mais il a plusieurs inconvénients :

• il est sensible aux parasites : le démarrage d'un compresseur (frigo, pompe à chaleur, etc.) perturbe la communication, ainsi que le démarrage du mode essorage d'une machine à laver le linge par exemple ;
• dans une installation triphasée, les deux prises doivent être sur la même phase ;
• les systèmes avec antiparasites peuvent bloquer le signal, comme par exemple les multiprises avec protection parafoudre ;
• les signaux ne sont pas limités à votre habitation, mais peuvent se propager à l'extérieur par le réseau électrique. Leur portée est limitée en principe à 300 mètres ;
• ils peuvent eux mêmes perturber d'autres appareils de la maison.

Si vous voulez utiliser ce type de liaison, il est préférable de faire des essais avant d'investir dans ce matériel, car leur prix est assez élevé et qu'il faut en acheter au moins deux.

Les boîtiers CPL, peuvent avoir deux ports Ethernet, mais si deux éléments sont branchés dessus, le débit maximal est divisé par deux. Ils ont souvent une prise gigogne qui évite la condamnation d'une prise murale.

L'accès à Internet

Les connexions au réseau Internet utilisaient, à l'origine, le réseau téléphonique existant qui n'avait pas été conçu pour cet usage. Ce réseau appelé RTC pour réseau téléphonique commuté utilisait encore beaucoup de commutateurs électromécaniques qui interdisaient de passer des fréquences élevées nécessaires à un bon débit d'informations. De ce fait les communications étaient très lentes par rapport à aujourd'hui.

Au fil du temps, le réseau téléphonique a évolué par le remplacement systématique des systèmes électromécaniques par les systèmes entièrement électroniques, très rapides. Il devint alors possible d'utiliser des fréquences élevées pour passer les informations nécessaires aux connexions Internet à haut débit. Ce fut l'avènement de l'ADSL. Le remplacement actuel des fils de cuivre par des fibres optiques permet d'obtenir un très haut débit.

À l'origine : le modem

Au début du réseau Internet, en France à la fin des années 1980 - début des années 1990, le réseau téléphonique servait uniquement aux communications téléphoniques où les fréquences de la voix inférieures à 300 Hertz et celle supérieures à 3400 Hz étaient supprimées (filtrées). Les communications étaient correctes sans être excellentes, mais passaient même sur des lignes de cuivre un peu détériorées.

Pour passer des informations numériques, il fallait une bande passante nettement plus grande si l'on voulait un débit important. Les câbles téléphoniques sont capables de transporter des signaux de fréquences beaucoup plus élevées que celles de la voix, mais les commutateurs du réseau téléphonique et les répartiteurs étaient des points de blocage. Ils ne pouvaient pas garantir l'acheminement des fréquences élevées.

La mise en œuvre a consisté à émettre les informations sur deux porteuses dans cette bande de fréquences de la voix (à 1080 Hz et 1750 Hz) et à moduler ces porteuses en fréquence et en amplitude simultanément. C'est ce que l'on appelle la modulation QAM pour Quadrature Amplitude Modulation pour transmettre les 0 et les 1 de l'information numérique.

C'est le rôle du modem dont le nom est la contraction des termes modulateur - démodulateur. Dans le sens ordinateur vers le réseau téléphonique, le modem transforme les signaux numériques en signaux analogiques modulés. C'est la fonction modulateur du modem. Dans le sens réseau téléphonique vers l'ordinateur, il transforme les signaux modulés en signaux numériques. C'est la fonction démodulateur du modem. Il a d'autres fonctions annexes, mais indispensables, comme les fonctions de décrochage et de raccrochage de la ligne téléphonique, l'émission du protocole de communication, le contrôle et la correction des erreurs de transmission, etc.

À cette époque, il n'était pas possible de téléphoner en même temps que de surfer sur Internet. Il fallait choisir, soit établir une communication sur Internet avec le modem, soit établir une communication téléphonique avec un correspondant, puisque les deux fonctions utilisaient la même bande de fréquences. Pour les nostalgiques, vous pouvez écouter le son caractéristique du début de communication avec un modem de l'époque.

Les derniers modems de cette génération, les plus performants, dits modems 56k, avaient un débit maximal théorique de 56 kilobits par seconde. Ils pouvaient être reliés à l'ordinateur par le port série (RS232) ou branchés sur un connecteur interne de la carte mère de l'ordinateur.

Le réseau téléphonique RTC, a évolué au fil du temps par le remplacement les commutateurs et autres dispositifs électromécaniques par du matériel électronique qui a permis de lever les restrictions de la bande passante et voir l'arrivée de la communication par ADSL.

Le haut débit

Arrivée de l'ADSL

L'année 1999 voit l'arrivée de l'ADSL en France qui permet d'accéder au « haut débit ». Le réseau téléphonique, entièrement équipé de matériel électronique performant permet de pulvériser la limite des 56 kilobits par seconde des modems de l'époque en utilisant des fréquences hors de la bande de fréquences de la voix téléphonique. Le débit proposé est alors de 512 kilobits par seconde, soit près de 10 fois plus que le « 56 k » précédent (et on ne rit pas sur ce débit fantastique ☺).

Mais cette révolution impose des contraintes :

• il faut s'abonner auprès d'un opérateur particulier, le fournisseur d'accès à Internet (FAI) qui peut être l'opérateur historique France Télécom (devenu Orange des années plus tard) sous le nom de Wanadoo ou un des nouveaux opérateurs (Club Internet, Liberty Surf, World Online...), tous disparus ou rachetés depuis ;
• le modem ADSL, sous forme d'une box d'accès à Internet, doit être louée au FAI, alors que les modems 56k étaient achetés chez l'un des nombreux fabricants. Chez Wanadoo, il était possible, pendant des années d'acheter leur box (appelée Livebox) au lieu de la louer ;
• le coût du temps passé sur Internet était très élevé et facturé à la minute ou au forfait mensuel suivant les opérateurs, avant que Free ne « casse » le marché qui a vu une baisse drastique des coûts en France ;
• l'utilisateur doit payer son abonnement téléphonique (à France Télécom), puis son abonnement Internet au FAI choisi, donc 2 abonnements obligatoires.

Avec l'ADSL, l'utilisateur peut téléphoner et surfer sur Internet en même temps. Les deux types de signaux sont séparés par un filtre qui doit être placé à l'arrivée de la ligne téléphonique : le filtre dirige les signaux de basse fréquence (jusqu'à 3400 Hz) vers le téléphone et toutes les fréquences vers la box qui enlève les signaux téléphoniques pour ne convertir que les signaux relatifs à Internet (voir l'illustration).

Fréquences de L'ADSL

Comme les fils téléphoniques peuvent laisser passer des fréquences élevées et que les matériels sont prévus aussi pour travailler sur ces signaux, les fréquences pour Internet sont découpées en 255 bandes de 4312,5 Hz de largeur, occupant la gamme de fréquences de 0 à environ 1,1 MHz. Les 6 premières bandes ne sont en général pas utilisées car elles peuvent être perturbées par les signaux téléphoniques. Le modem ADSL peut émettre sur les bandes supérieures. Sur un réseau téléphonique classique, les bandes 7 à 31 sont utilisées pour fournir les données de l'abonné vers le réseau Internet et les bandes supérieures permettent à l'abonné de recevoir les données venant d'Internet. Avec ce dispositif, l'abonné peut recevoir un débit nettement supérieur à celui qu'il peut émettre. Les concepteurs ont en effet supposé que les abonnés vont télécharger beaucoup d'informations sur leur ordinateur (débit descendant) qu'il ne vont émettre vers le réseau (débit montant). C'est ce que représente le sigle ADSL qui signifie Asymmetric Digital Subscriber Line, que l'on peut traduire par ligne d'abonné numérique à débit asymétrique.

Amélioration de l'ADSL

En améliorant les équipements des opérateurs et la qualité (diamètre des fils) de la ligne téléphonique, il est possible d'utiliser une bande passante plus large pour les signaux Internet et donc d'augmenter le débit des informations transportées.

L'ADSL d'origine utilise les fréquences jusqu'à 1,1 MHz. La principale amélioration a consisté à utiliser les fréquences jusqu'à 2,2 MHz permettant d'atteindre un débit descendant maximal théorique de 12 Mbit/s (12 mégabits par seconde), à comparer avec le 0,512 Mbit/s de la première génération de l'ADSL. C'est ADSL2 avec sa variante l'ADSL2+ qui augmente encore le débit maximal. Ce débit, quelle que soit la technique utilisée, est limité par la distance de l'utilisateur au NRA car les signaux s'affaiblissent en fonction de la distance parcourue. De plus, les fréquences hautes s’affaiblissent plus vite que les fréquences basses. Plus l'utilisateur est éloigné du NRA et plus le débit maximal est faible. À plus de 3000 mètres, le débit en ADSL2+ est le même que le débit en l'ADSL.

Une autre amélioration consiste à monter encore plus haut en fréquence. Le VDSL2 utilise des fréquences jusqu'à 12 MHz pour atteindre un débit de 100 Mbit/s jusqu'à 500 mètres de distance.

Actuellement : la box Internet

L'illustration ci-contre détaille schématiquement les éléments que l'on trouve en général dans une box moderne d'accès à Internet. Ce type de box est appelé « triple play » car elle offre au moins 3 services :

• l'accès au réseau Internet : à haut débit par le câble téléphonique en cuivre ou à très haut débit par la fibre optique ;
• la téléphonie fixe ;
• la télévision.

Le fil téléphonique, sous forme d'une paire de fils de cuivre ou d'une fibre optique est branché sur l'entrée de la box. C'est par cette liaison que la box est reliée au réseau Internet, à travers le réseau du fournisseur d'accès à Internet (FAI). Voir la page Internet pour plus de détails.

Voyons ci-dessous les différents éléments constituant la box :

• le modem : comme expliqué plus haut, le modem transforme les signaux d'entrée analogiques venant de la ligne téléphonique en signaux numériques utilisables par les éléments internes de la box. Dans l'autre sens, il transforme les signaux numériques en signaux analogiques que pourra transporter la ligne téléphonique vers le réseau du FAI pour accéder à Internet ;
• le routeur : son rôle est de relier deux réseaux. Ici il relie le réseau extérieur (Internet) au réseau local. Il redirige les informations reçues du réseau externe vers leurs destinataires : ordinateurs, télévision, téléphone. Dans l'autre sens, il transmet les signaux reçus du réseau local vers le réseau Internet, via le modem ;
• le pare-feu : appelé aussi firewall en anglais, c'est un dispositif qui établit une protection du réseau local contre les intrusions venues de l'extérieur (donc d'Internet dans notre cas). C'est un élément très important de sécurité informatique ;
• le commutateur : ou commutateur réseau de son nom complet, encore appelé switch en anglais, se présente sous la forme extérieure d'un ensemble de prises au format RJ45 à l'arrière de la box, utilisé pour la connexion par câble Ethernet des éléments du réseau local : imprimantes, ordinateurs, etc. Le commutateur relie les éléments connectés sur ces prises pour qu'ils puissent échanger des informations, sans passer par Internet ;
• borne Wi-Fi : la plupart des box actuelles sont équipées d'un dispositif Wi-Fi relié au commutateur. La borne capte les signaux radio-électriques, les filtre et les convertit en signaux numériques s'ils correspondent à des signaux informatiques reconnus et les transmet au commutateur. Dans l'autre sens, la borne convertit les informations numériques venant du commutateur en signaux radio-électriques pour constituer une liaison sans fil avec différents éléments équipés d'un émetteur-récepteur Wi-Fi ;
• autres services : sous ce terme sont regroupés les services autres que le service d'accès à Internet. On peut citer :
  • la téléphonie : dans les box triple play, une prise au format RJ45 ou RJ11 permet de brancher un téléphone analogique (téléphone fixe classique).  Les signaux sont numérisés et transportés sur le réseau Internet. Ce type de téléphonie s'appelle VoIP pour Voice over Internet Protocole ou Voix sur IP en français ;
  • la télévision : les signaux de télévision sont séparés des autres signaux et dirigés vers un système spécialisé appelé décodeur TV qui permet de relier un téléviseur à la box. Souvent le décodeur est dans un boîtier séparé. Ce boîtier est alors relié à la box par Ethernet sur l'un des ports RJ45 du commutateur ou en Wi-Fi. Il peut aussi contenir d'autres éléments, comme un lecteur Blu-ray qui peut lire des CD, DVD de films ou de musique, un ou plusieurs ports USB permettant de lire du contenu des clés USB (vidéos, photos, musique) ;
  • l'enregistrement : certaines box contiennent un disque dur sur lequel il est possible d'enregistrer des programmes de télévision ou des données d'un ordinateur comme des films, de la musique, des photos et de les visionner sur un téléviseur ou un moniteur branché sur le décodeur TV. Le disque dur peut être situé dans la box ou dans le boîtier décodeur TV.

L'identification sur les réseaux

Chaque élément connecté sur un réseau, que ce soit le réseau local ou le réseau Internet doit pouvoir être identifié pour lui envoyer des informations et qu'il puisse en recevoir.

Le seul et unique moyen d'identification est ce que l'on appelle son adresse IP (IP pour Internet Protocol).

Pendant longtemps l'adresse IP était constituée d'un groupe de 4 nombres compris entre 0 et 255 (soit 00 et FF en hexadécimal). Ce nombre pouvait en théorie décerner à peu près 4,3 milliards d'adresses différentes (256 à la puissance 4), ce qui, à l'origine d'Internet, a semblé largement suffisant. Mais, avec l’expansion d'Internet et l'arrivée des tablettes, smartphones et autres objets connectés s'est avéré insuffisant. Il a donc fallu trouver un autre type d'adresse IP pour donner à chaque objet connecté au réseau une adresse unique.

Adresses IPv4 et IPv6

Le premier type d'adressage a été renommé adresse IPv4 pour Internet Protocol version 4 à l'arrivée du second, nommé adresse IPv6 pour Internet Protocol version 6. Les deux protocoles peuvent actuellement être rencontrés sur les différents réseaux.

Adresse IPv4

Cette adresse est codée sur 32 bits sous forme de 4 nombres séparés par des points et écrits sous forme décimale. Chaque nombre est compris entre 0 et  255 inclus (soit 00 et FF en hexadécimal). Il occupe donc un seul octet. Un exemple d'adresse IPv4 est 87.98.154.145. Certaines adresses sont réservées et d'autres sont utilisées pour des usages spécifiques (découpage en sous réseaux, diffusion multipoints, etc.). Officiellement cet adressage est arrivé à saturation en février 2011.

Adresse IPv6

L'épuisement des adresses IPv4 a obligé la création d'un nouveau type d'adressage, l'IPv6. Il utilise le codage sur 128 bits, au lieu des 32 bits de l'IPv4. Ce qui donne environ 8×10²⁸ fois plus que l'adressage IPv4 (80 milliards de milliards de milliards de fois plus). On a le temps de voir venir...

L'adresse se présente sous la forme de 8 nombres de 16 bits écrits en hexadécimal séparés par le caractère double point « : », donc 16 octets au total. Un exemple d'adresse IPv6 est 2a01:0db8:0000:85a3:0000:0000:ac1f:a397. Elle peut être écrite sous forme simplifiée en supprimant les « 0 » de poids fort des groupes de 4 chiffres hexadécimaux et une suite unique de groupes consécutifs de « 0 » peut être omise, tout en gardant les « : » de chaque côté. Dans l'exemple précédent l'adresse peut être écrite 2a01:db8:0:85a3::ac1f:a397.

Cette adresse est divisée en 3 groupes :

• le préfixe : constitué des 3 champs de gauche (2a01:0db8:0000 dans notre exemple). Il décrit la partie publique allouée en général par votre FAI ;
• l'identifiant de sous-réseau : constitué du 4^e champ en partant de la gauche (85a3 dans notre exemple), il identifie le réseau local. Le FAI propose une adresse de réseau local par défaut, voire plusieurs adresses contiguës de réseaux locaux ;
• l'identifiant d'interface : constitué des 4 derniers champs (0000:0000:ac1f:a397 dans notre exemple), il identifie l'élément du réseau local.

Certains groupes d'adresses sont réservés à des usages particuliers, comme ceux qui commencent par fe80: ou par fc00: qui sont utilisées sur les réseaux locaux.

Adresse publique et privée

Comme décrit plus haut, la box Internet relie le réseau local au réseau Internet. Elle a donc deux adresses IP :

• une adresse IP visible du réseau Internet appelée adresse publique qui doit être unique sur ce réseau. Elle est en principe fournie par le FAI et peut être fixe ou dynamique. Une adresse dynamique peut changer à chaque fois que la box est rebranchée au réseau (débranchée volontairement ou suite à une coupure de courant) ;
• une adresse IP visible seulement du réseau local appelée adresse privée. Différents réseaux locaux peuvent utiliser les mêmes adresses privées.

Lorsque vous voulez voir une page d'un site Internet, votre navigateur web fait une requête de la page à la partie locale de votre box en l'appelant sur son adresse privée. La box va demander la page à un service spécialisé (un serveur DNS qui sait où trouver la page du site) en donnant son adresse publique pour récupérer la page en retour. La box achemine ensuite la page reçue jusqu'au navigateur qui a fait la demande grâce à adresse locale de l'ordinateur où se trouve le navigateur.

En IPv4, l'adresse des éléments du réseau local n'est pas transmise sur Internet, mais seulement à la box qui transmet sa propre adresse publique sur Internet.

En IPv6, l'adresse des éléments du réseau local est constituée de la partie publique, du réseau local et de l'identifiant d'interface de l'élément connecté qui est attribuée automatiquement par la box ou manuellement par un administrateur. En IPv6, c'est l'adresse de l'élément qui fait la requête qui est transmise sur Internet.

Adresse publique de votre box ou de votre ordinateur

Comme expliqué ci-dessus, une requête de votre navigateur implique l'envoi de l'adresse publique de votre box en IPv4 ou de votre ordinateur en IPv6.

 Votre box utilise l'adresse publique IPv4 suivante : 18.189.170.227.

Plusieurs sites proposent de vous montrer l'adresse publique de votre box ou de votre ordinateur, comme le site www.mon-ip.com.

Adresse privée de votre box

Les principaux fournisseurs d'accès à Internet proposent une ou plusieurs box auxquelles vous pouvez accéder par une adresse IPv4 fixe, mais différente d'un fournisseur à l'autre.

Le tableau suivant montre les adresses IP des principales box en France et les noms pour y accéder (à la place de l'adresse IP).

FAI	Nom de la box	adresse	Nom d'accès
Bouygues	Bbox	192.168.1.254	https://mabbox.bytel.fr
Free	Freebox	192.168.0.254	https://mafreebox.free.fr
Orange	Livebox	192.168.1.1	http://livebox
SFR	Box SFR	192.168.1.1	http://192.168.1.1

Adresse privée de votre ordinateur

Une commande dans un terminal montre les adresses de votre ordinateur sur le réseau local. Cette commande est différente suivant votre système d'exploitation :

• sous Windows : la commande ipconfig /all donne plusieurs informations, dont les adresses IPv4 et IPv6 des cartes réseau de l'ordinateur (Ethernet et Wi-Fi) ;
• sous Linux : la commande ifconfig ou la commande ip a donne plusieurs informations, dont les adresses IPv4 et IPv6 des cartes réseau de l'ordinateur (Ethernet et Wi-Fi). Dans ces informations lo désigne la boucle locale de l'ordinateur, enxxxx désigne une carte Ethernet et wlxxxx désigne une carte Wi-Fi.