Topologies physiques et logiques & typologies de réseaux

Les réseaux informatiques sont partout ; comprendre leur structure est indispensable pour concevoir, administrer et dépanner.
Terme clé : topologie
- Topologie physique : disposition matérielle réelle (périphériques, câbles, nœuds, commutateurs, routeurs).
- Topologie logique : chemin suivi par les données, indépendamment de la disposition physique.
Impact direct sur la performance, la résilience, la facilité de maintenance et le coût du réseau.

Critères de choix : coût, facilité de déploiement, maintenance, performances, tolérance aux pannes.
Types vus dans le cours : Bus, Anneau, Étoile, Maillage (Mesh).

Tous les périphériques partagent un câble unique (le bus).
Nécessite des résistances de terminaison à chaque extrémité pour éviter les réflexions de signal.
Le câble est passif : il ne régule ni l’émission ni la réception.
Avantages :
- Installation simple, peu coûteuse (peu de câble).
- Adaptée aux petits réseaux.
Inconvénients :
- Bande passante $\text{partagée}$ → performance globale chute avec le nombre de nœuds.
- $\text{Point\;unique\;de\;défaillance}$ : panne du bus = panne totale.
- Dépannage compliqué : difficile de localiser une coupure.
Usage historique (premiers LAN Ethernet coaxiaux) ; quasiment abandonné dans les déploiements modernes.

Périphériques connectés en boucle fermée ; chaque nœud possède deux connexions point-à-point (vers le précédent et le suivant).
Transmission unidirectionnelle par défaut (le jeton ou la trame tourne dans un seul sens).
Avantages :
- Ordre de passage défini → $\text{pas\;de\;collision}$ .
- Temps d’accès déterministe (important pour des applications temps réel).
Inconvénients :
- $\text{Sensibilité\;extrême\;aux\;pannes}$ : un seul nœud ou segment défaillant interrompt tout le trafic.
- Ajout/retrait d’un équipement nécessite souvent l’arrêt du média.
- Configuration + maintenance complexes (terminaison, gestion du jeton, etc.).
Aujourd’hui largement remplacée par l’étoile et le maillage.

Tous les périphériques sont reliés directement à un point central (hub ou switch).
Le commutateur relaye toutes les communications.
Avantages :
- Facilité d’installation, d’extension et de dépannage.
- Panne d’un hôte ou d’un lien $\Rightarrow$ le reste du réseau continue de fonctionner.
- Administration centralisée (VLAN, QoS, sécurité).
Inconvénients :
- $\text{Point\;central\;unique\;}$ : défaillance du switch $\Rightarrow$ panne totale.
- Plus de câblage qu’en bus (un câble par périphérique).
Usage dominant dans les réseaux domestiques, PME, campus.

Chaque nœud possède un lien point-à-point avec tous les autres (maillage complet) ou plusieurs autres (maillage partiel).
Avantages :
- Redondance maximale : multiples chemins alternatifs.
- Très haute disponibilité, tolérance aux pannes, résilience aux congestions.
- Sécurité accrue (chemins multiples, surveillance fine).
Inconvénients :
- $\text{Coût}\uparrow$ : grand nombre de ports, de câbles, de configuration.
- Complexité de routage et de gestion.
Domaines d’emploi : opérateurs télécoms, data centers critiques, backbones d’entreprise $24\,h/24\,7\,j/7$ .

Transmission de jeton (Token Ring, FDDI) ou équivalent : un seul hôte émettant à la fois.
Garantit l’ordre et évite les collisions, mais conserve la fragilité face à la rupture de boucle.

Point à point : communication dédiée entre $2$ nœuds.
Diffusion/broadcast : paquet envoyé à $n$ hôtes simultanément.
Importance pour la performance, la sécurité (segmentation, VLANs) et les protocoles (routage, commutation).

Aujourd’hui seules l’étoile (simplicité) et le maillage (qualité de service et redondance) dominent.
Les environnements critiques adoptent le maillage pour éviter toute interruption.
Choisir une topologie = arbitrage entre $\text{coût}$ , $\text{performance}$ et $\text{disponibilité}$ .

Portée : quelques mètres (bureau, pièce, corps humain).
Technologies courantes : Bluetooth, ZigBee, NFC, Wi-Fi Direct.
Usages : synchronisation mobile-PC, casques audio, montres connectées, partage rapide de fichiers.

Portée : ville / zone urbaine.
Relie plusieurs LAN via fibre, liaisons radio point-à-point, infrastructures opérateurs.
Acteurs : municipalités, universités multi-campus, opérateurs câble.

Portée : régionale, nationale, mondiale (plusieurs villes, pays, continents).
Infrastructures : fibre optique longue distance, liaisons satellitaires, MPLS, VPN IPsec.
Exemples : dorsale Internet, réseau mondial d’une multinationale.

Comprendre la topologie physique aide à diagnostiquer les coupures de câblage ou la saturation de ports.
Comprendre la topologie logique aide à configurer les protocoles (Spanning-Tree, OSPF, BGP) et la sécurité (segmentation, ACL, pare-feu).
La typologie de réseau (PAN/LAN/MAN/WAN) détermine les technologies (Ethernet $1\,Gb/s$ vs. Fibre $100\,Gb/s$ ), les coûts et les accords de service.
Pour tout projet réseau, poser systématiquement trois questions :
1. $\text{Quelle portée}\;?$ (PAN, LAN, …)
2. $\text{Quels besoins de disponibilité}\;?$ (étoile vs. maillage)
3. $\text{Quels budgets et contraintes de maintenance}\;?$

Réseau domestique : topologie physique en étoile avec une box comme centre, portée LAN, souvent $\lt$ $!!100\,m$ .
Campus universitaire multi-sites : MAN basé sur fibre optique, topologie maillée partielle entre bâtiments pour redondance.
Opérateur 5G : backhaul WAN maillé, fibres redondantes, Topologie logique en MPLS sur support physique maillé.

Disponibilité : réseaux de santé, transports, services d’urgence ont une obligation morale de continuité $24/7$ .
Sécurité : topologies logiques influencent l’étendue d’une attaque (ex. broadcast storm vs. segmentation).
Coût environnemental : la multiplication des liens (maillage) augmente la consommation de cuivre/fibre et d’énergie.

Redondance maillée : chemins possibles $=\frac{n(n-1)}{2}$ pour $n$ nœuds (maillage complet).
Disponibilité cible d’un service critique : $\ge 99.999\%$ ("five nines"), difficile à atteindre sans maillage.
Distances typiques :
- PAN : $\le 10\,m$ .
- LAN : $\le 1000\,m$ (avec répéteurs/switches).
- MAN : $\approx 10\text{–}50\,km$ .
- WAN : $\ge 50\,km$ jusqu’à inter-continental.

Identifier la topologie adaptée pour un réseau domestique.
Citer l’avantage principal du maillage.
Expliquer pourquoi l’anneau est fragile.
Associer chaque typologie (PAN/LAN/MAN/WAN) à sa technologie dominante (Bluetooth, Ethernet, Fibre, etc.).