Des choix d’architecture sont à faire fréquemment pour les réseaux de communication numérique. Ils concernent les réseaux dont l'entreprise est propriétaire, et plus généralement ceux pour lesquels l'entreprise prend des décisions d'architecture. Ils portent sur les types de réseaux, la constitution de sous-réseaux, les liaisons, les protocoles de communication à l'intérieur du réseau, les types d'équipements de réseau d'interconnexion, de serveurs, l'implantation géographique, la topologie des réseaux.
Ils sont faits sur la base de la définition des caractéristiques attendues des réseaux (cf. Architecture d’ensemble des SI). Ils s'appuient sur des choix relatifs aux technologies de télécommunication (hertziennes, filaires, satellitaires...).
La construction des liaisons utilisées dans les réseaux de télécommunications est amortie sur une longue durée. Pour leurs évolutions, ceci conduit dans beaucoup de cas à conserver une grande partie des liaisons existantes, et donc s'il y a lieu à prévoir des cohabitations de protocoles différents, des architectures non totalement rationalisées.
Les réseaux de communication numérique à construire par les entreprises sont des PAN, LAN, MAN, WAN, publics, dédiés à l'entreprise, à un groupe fermé d'utilisateurs (éventuellement un seul), fixes, hertziens terrestres de diffusion de la télévision et de laradio, mobiles (terrestres), satellitaires, de transport terrestre, sous-marin...
Les évolutions des réseaux existants portent sur la prise en compte de nouveaux protocoles externes de communication, par exemple l'Internet des objets, l’augmentation des débits, la diminution de la latence. Certaines évolutions, comme les changements de génération pour les réseaux mobiles, ont un impact technique fort.
Pour les grands réseaux, des sous-réseaux, construits selon des architectures spécifiques, sont parfois à définir.
Dans les réseaux de télécommunications numériques, on distingue parfois réseaux d’accès et d’infrastructure. Les réseaux d’accès relient les systèmes, les équipements terminaux des clients finals aux équipements d'interconnexion. Les réseaux d'infrastructure relient les réseaux d'accès. Comme les types de liaisons, les débits à traiter, les distances à parcourir sont très différents, les solutions techniques sont également très différentes.
Des réseaux de signalisation sont mis en place pour les réseaux téléphoniques. Ils s’appuient sur des parties d’équipements de réseau (signaling points), des canaux de communication dédiés.
Les réseaux locaux reliant de nombreux équipements sont susceptibles d’être structurés en sous-réseaux, pour limiter le risque de collision sur les liaisons. La segmentation d’un réseau peut accroître ses performances.
Le network slicing permet de découper un réseau en sous-réseaux dédiés à des activités différentes, avec une qualité de service spécifique pour chacun.
Comparaison des liaisons filaires et sans fil
1) Le débit des liaisons sans fil est inférieur à celui des liaisons filaires les plus performantes.
2) Pour les réseaux d'accès, l’installation d’antennes est plus facile, plus rapide et moins coûteuse que la pose de liaisons filaires.
3) La latence des liaisons sans fil est plus élevée que celle des liaisons filaires.
4) L'utilisation de liaisons sans fil est (évidemment) obligatoire pour la mobilité.
5) Les liaisons hertziennes sont sensibles aux parasites atmosphériques, aux réflexions d’ondes, aux échos sporadiques. En milieuurbain, elles sont perturbées par des distorsions et des pollutions dues aux parasites industriels.
La fibre optique présente une insensibilité quasi totale aux interférences électromagnétiques.
6) Les connexions des fibres optiques sont délicates à mettre en place.
7) Les liaisons sans fil présentent des risques plus importants que les liaisons filaires d’interception par des destinataires non autorisés.
Choix de liaisons les plus fréquents
1) Dans les réseaux locaux, compte tenu des faibles distances à couvrir, la fibre optique est couramment utilisée. Les liaisons hertziennes sont intéressantes dans le cas où la structure des réseaux est fréquemment modifiée. Elles sont plus faciles, plus rapides à installer.
2) La mise en place des liaisons dans les réseaux d’accès représente un investissement considérable. Les choix correspondants ont un impact économique très fort. Les investissements dans les réseaux d’accès font l’objet d’une régulation précise, d’aides financières des collectivités publiques.
3) Dans les réseaux d’accès des réseaux fixes, les paires torsadées, les câbles coaxiaux sont remplacés par des fibres optiques. La fibre y règle définitivement (à vue humaine) la question de la capacité. Des choix sont à faire sur la capacité des liaisons à installer. Comme les coûts sont essentiellement des coûts de génie civil, les opérateurs ont intérêt à poser dès le départ des fibres de grande capacité, qui ne sont pas beaucoup plus coûteuses, et à éviter ainsi de devoir ultérieurement tirer des liaisons supplémentaires.
Des liaisons hertziennes fixes sont toujours utilisées pour connecter les sites distants et isolés.
4) Dans les réseaux mobiles, les stations radio sont reliées au réseau d'infrastructure par des liaisons filaires, comme les fibres optiques, ou par des faisceaux hertziens. Compte tenu de l’évolution des débits à transmettre par les réseaux mobiles, ces liaisons doivent avoir un débit suffisant.
5) Pour les réseaux d’infrastructure, les réseaux de transport terrestre, sous-marin, la liaison la plus utilisée est la fibre optique. Les faisceaux hertziens ne sont utilisés que dans des cas spécifiques, lorsque les débits nécessaires ne sont pas trop importants.
6) Les réseaux hertziens terrestres de diffusion de la télévision et de la radio numériques sont constitués d’émetteurs, alimentés en programmes par un réseau de transport. Les liaisons entre les émetteurs, avec les systèmes des chaînes sont le plus souvent maintenant des liaisons satellitaires, parfois encore des liaisons par faisceaux hertziens.
7) Des solutions réseau spécifiques à faible coût commencent à être proposées pour la connexion Internet des objets (réseaux fixes, 5G…).
8) Les liaisons satellitaires, à partir de satellites géostationnaires ou en orbite basse, permettent de desservir des zones non couvertes actuellement, en particulier les océans.
Protocoles de communication à l’intérieur des réseaux
Les choix des protocoles de communication à l’intérieur des réseaux sont liés à ceux des protocoles d'accès externes : des liaisons de bout en bout sont souvent à établir entre équipements appartenant à des SI différents. Choisir des protocoles identiques évite les traductions, simplifie la communication, améliore les performances.
Un réseau qui transporte des données selon le protocole TCP/IP fonctionnera de préférence complètement sur la base de ce protocole. Pour la téléphonie, le cœur de réseau a tendance à fonctionner avec des protocoles comme IP, MPLS. Par rapport à IP, MPLS permet de mieux garantir la qualité du service.
Dans les réseaux mobiles, le cœur du réseau fonctionne selon les protocoles de l’Internet, pour tous les types de flux. Ces architecturesvisent à augmenter les débits, la qualité de service, à diminuer les coûts, la complexité.
Il est possible de mettre en œuvre des protocoles de communication différents dans un même réseau. Des équipements, tels que les passerelles, doivent alors être mis en place pour permettre les changements de protocoles.
Dans les réseaux téléphoniques encore connectés à des liaisons d’accès analogiques, les signaux de la voix sont numérisés à l’entrée du réseau numérique, et convertis en analogique à la sortie.
Types d’équipements de réseau d'interconnexion, de serveurs
1) Des équipements de réseau d'interconnexion sont à installer aux nœuds de réseau, parfois sur les liaisons ou chez les clients finals. Les fonctions d’interconnexion à réaliser sont à répartir entre ces équipements. En règle générale, les fonctions d'exploitation, de maintenance des réseaux sont réparties entre tous les nœuds de réseau, et centralisées sur des systèmes dédiés.
Ces équipements sont en général des appliances : leurs logiciels ne sont modifiables que par le fournisseur, et sous sa responsabilité.Des approches SDN, SD-WAN, sont mises en œuvre.
Les types d’équipements dépendent des types de réseaux à construire, des protocoles de communication. Les équipements proposés sur le marché comportent un nombre plus ou moins grand de fonctions, pour un nombre plus ou moins grand de protocoles, de versions de protocoles. Il existe, par exemple, des commutateurs multistandards, hybrides (gérant plus d’un protocole), des équipements pour la téléphonie mobile multi générations.
Le tableau ci-après présente les principaux types d’équipements de réseau d'interconnexion (numériques en totalité ou en partie) disponibles sur le marché, et leurs fonctions.
Types d’équipements (numériques) | Fonctions |
Antennes-relais | Émission-réception d'ondes hertziennes dans un réseau sans fil, chiffrement-déchiffrement, multiplexage, contrôle de la liaison... |
Commutateurs réseau (Ethernet, MPLS...) | Mise en relation d'une liaison entrante avec une liaison sortante, sur la base de son adresse (niveau 2 du modèle OSI) Concentration |
Concentrateurs Ethernet | Concentration du trafic de plusieurs équipements terminaux |
Contrôleur de stations de base (antennes-relais des réseaux mobiles) | Gestion d'un ensemble de stations de base : affectation des fréquences, handover, gestion de l’horloge, liaisons avec les autres équipements de réseau... |
PABX IP (commutateurs téléphoniques) | Mise en relation d'un poste appelant avec le poste appelé |
Passerelles | Mise en relation de deux réseaux dont les protocolesd’accès sont différents, relevant d’autorités différentes, par exemple entre le réseau local d’une entreprise et Internet. Les passerelles assurentégalement des fonctions de routage, de pare-feu, de proxy... (niveaux 3 et + du modèle OSI) |
Ponts | Interconnexion de réseaux locaux distincts,fonctionnant selon des protocoles différents ouséparés physiquement (niveau 2 du modèle OSI). Filtrage |
Proxys | Facilitation ou surveillance des échanges d'informations entre réseaux (compression des données, filtrage, sécurité, journalisation, mise en cache... – niveaux 5 à 7 du modèle OSI) |
Répéteurs numériques | Amplification d'un signal numérique entre deuxnœuds de réseau, ou entre deux réseaux (niveau 1du modèle OSI). |
Routeurs de transit ou de périphérie | Routage (pour les réseaux IP, MPLS...), changement de protocole... (niveau 3 du modèle OSI) |
Des serveurs spécialisés pour les télécommunications sont aussi utilisables, par exemple pour les réseaux mobiles, la messagerie. Leurs principales fonctions sont la gestion de la mobilité, la messagerie vocale, le réseau téléphonique intelligent pour les réseaux filaires, la gestion des équipements, de la sécurité, des souscripteurs. Les pare-feux (firewalls), logiciels ou serveurs dédiés, permettent de contrôler les communications échangées entre un réseau et l’extérieur.
1) Pour les réseaux locaux (LAN) filaires, des équipements de réseau d'interconnexion ne sont pas indispensables dans tous les cas. Un ou plusieurs équipements de réseau sont à mettre en place à partir du moment où les débits (et donc les risques de collision) augmentent.
Pour les réseaux locaux sans fil, les équipements sont connectables directement ou par l’intermédiaire de points d’accès : bornes, routeurs, ponts, répéteurs, etc. Le passage par un point d’accès permet de contrôler les accès. Les points d’accès sont susceptibles d’être raccordés à un LAN filaire.
Des équipements de réseau sont nécessaires pour l’interconnexion des réseaux locaux avec les réseaux de télécommunications numériques. L’interconnexion d’un LAN avec un WAN se fait par un répéteur, un pont, un routeur ou une passerelle.
Les PABX IP permettent de coupler la téléphonie à d’autres traitements de l’information, par exemple la consultation de bases de données.
2) Les équipements des réseaux de télécommunications numériques doivent être conformes aux exigences définies pour la facturation des services, la gestion des abonnés, la signalisation pour les réseaux téléphoniques, la monitorabilité pour les fonctions « outils ».
3) Il est en général difficile de faire interopérer des équipements de réseau d'interconnexion provenant de fournisseurs différents. Il existe quelques standards professionnels d’interopérabilité entre ces équipements.
4) En ce qui concerne l’évolutivité, les entreprises cherchent à acquérir des équipements de réseau paramétrables, à ne plus devoir demander la réalisation de développements de logiciels spécifiques.
Les architectures SDN (software defined networking), SD-WAN, sont fondées sur un contrôle centralisé et cohérent, une programmabilité plus facile des équipements d'interconnexion, leur virtualisation.
Elles évitent que les équipements aient à être paramétrés un par un, avec une charge de travail et des risques d'erreurs importants. Elles rendent l'utilisation des équipements plus flexible, plus agile. Il devient possible de faire fonctionner des logiciels de communication sur des serveurs standard.
Il est très souhaitable que la capacité des équipements de réseau puisse être augmentée si nécessaire, sans devoir remplacer l’équipement (scalabilité), que la mise en œuvre de protocoles nouveaux, de nouvelles versions des protocoles ne nécessite pas de changement d’équipements, d’adjonction de nouveaux équipements.
5) L’augmentation du nombre des équipements de réseau d'interconnexion a un impact négatif sur les performances, qui doit être compensé par une amélioration substantielle des performances individuelles de chaque équipement. L’exploitation, la gestion d’équipements plus nombreux sont plus lourdes. En contrepartie, les équipements polyvalents sont plus complexes.
Les réseaux d’infrastructure sont sécurisables en cas de rupture d’une liaison importante, par des liaisons de secours, des dispositifs de permutation automatique, des alimentations doublées. Une restauration automatique est possible en cas de back up simple (une seule coupure de liaison).
Dans les réseaux privés virtuels (virtual private network – VPN), les informations sont transmises entre les réseaux locaux enrespectant un protocole dit de « tunneling », d’encapsulation et de chiffrement.
En ce qui concerne la sécurité des réseaux LAN, des « sniffeurs » de paquets sont susceptibles d’être installés avec une intention malveillante sur ces réseaux. Pour parer cette menace, des protocoles chiffrés sont utilisables.
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