LES RSEAUX INFORMATIQUES ET INDUSTRIELS HISTORIQUECLASSIFICATIONNORMALISATION Sommaire 1

LES RÉSEAUX INFORMATIQUES ET INDUSTRIELS HISTORIQUECLASSIFICATIONNORMALISATION

Sommaire þ 1 INTRODUCTION è è 1. 1 1. 2 Réseaux informatiques Réseaux industriels þ 2 REPERES HISTORIQUES þ 3 LES ÉLÉMENTS D'UN RÉSEAU þ 4 TOPOLOGIE þ 5 MODÈLES DE COMMUNICATION þ 6 PROTOCOLES ET ÉCHANGES DE DONNÉES þ 7 CLASSIFICATION DES RÉSEAUX INFORMATIQUES þ 8 NORMALISATION DES RÉSEAUX þ 9 ETHERNET ET L'INDUSTRIE þ 10 LE MODÈLE DE RÉFÉRENCE OSI

Réseaux Informatiques, industriels þ RESEAU : ensemble de lignes de communication qui desservent une même unité géographique

Réseaux informatiques þ Les réseaux informatiques sont nés au début des années 70 du besoin de relier des terminaux distants à un site central puis des ordinateurs entre eux afin de pouvoir échanger des informations de manière simple, fiable et rapide. è Les informations échangées sur ces réseaux sont numériques (suites de 0 et de 1). þ D'autre part, L'architecture des systèmes automatisés utilise les réseaux locaux à différents niveaux (réseaux de terrain, d'atelier, de bureau d'étude, . . . ). On parle de bus de terrain, réseau de terrain, etc.

Réseaux industriels þ BUS : au sens informatique industrielle, conducteur ou ensemble de conducteurs communs à plusieurs circuits permettant l’échange de données entre eux þ TERRAIN : indique quelque chose de limité ou délimité géographiquement (usine, atelier, voiture. . . ) þ BUS / RESEAU DE TERRAIN : Terme générique d’un nouveau réseau de communication numérique dédié ; Réseau bidirectionnel, série reliant différents types d’équipements d’automatisme : • E/S déportées • Capteur / Actionneur • Automate programmable • Calculateur, PC

REPERES HISTORIQUES þ L'aube de l'informatique þ Les prémices d'Internet þ ARPANET et TCP/IP þ Le démarrage d'Internet þ Le WEB et l'explosion d'Internet è Pour en savoir plus, cours FT 4…. .

L'aube de l'informatique þ Création de l'ENIAC par P. Eckert et J. Mauchly. è Composé de 19000 tubes è Il pèse 30 tonnes è Occupe une surface de 72 m 2 è Consomme 140 kilowatts. è Horloge : 100 KHz. è Vitesse : environ 330 multiplications par seconde.

Les prémices d'Internet þ En 1957, suite au lancement du premier satellite artificiel par l'URSS, le président des USA Eisenhower crée l'ARPA au sein du Do. D, dans le but d'assurer aux USA la supériorité scientifique et technique sur leurs voisins Russes……. þ En 1971, Le réseau ARPANET est constitué de 23 ordinateurs sur 15 sites différents reliés par des liaisons à 50 kbits/s.

ARPANET et TCP/IP þ þ Le succès du programme d'E-mail sur ARPANET a presque aussitôt entraîné la création des mailing-lists. L'une des premières mailing-lists très animée d'ailleurs, fût dédiée à la discussion entre fans de Science Fiction ! En 1972, un certain Bill Gates et Paul Allen fondent la compagnie Traf-O-Data qui vend un système basé sur un Intel 8008 pour mesurer le trafic routier. En 1976, Steve Jobs et Steve Wozniak finissent leur ordinateur qu'ils baptisent Apple Computer. Ils fondent la société Apple le 1 er Avril. Le Do. D commence ses expérimentations sur TCP/IP et migre le réseau ARPANET vers ce protocole. A ce moment, le réseau ARPANET, en incluant les liaisons radio et satellite est composé de 111 ordinateurs.

Le démarrage d'Internet þ þ En 1980, les réseaux CSNET et ARPANET basés sur le protocole TCP/IP font l’objet d’un plan d'interconnexion (inter-network connection). C'est la naissance du réseau Internet tel qu'on le connaît actuellement. Le nombre de machines croit : 1981 è 1982 è 1983 è 1984 è 1985 è 1986 è 1987 è 1989 è : : : : 213 235 562 1024 1961 2308 en février, 5089 en novembre! + 10 000 + 100 000

Le WEB et l'explosion d'Internet En 1991, Le World Wide Web est développé en Suisse par le CERN. Il s'agit d'une nouvelle interface graphique conviviale incorporant textes, images, sons, conçue par les deux chercheurs Tim Berners Lee et Robert Caillaud. Diffusions des premiers messages documents audio et vidéo sur le réseau. þ 1992 : 1 million de machines þ 3 Millions en 2000 þ 1 milliard en 2005 …………………. þ

LA NORMALISATION DES BUS DE TERRAIN þ þ þ Années 40’ : Process de contrôle de capteurs de pression (USA) Années 60’ : Apparition du standard boucle analogique 4 -20 m. A (11 ans) Années 70’ : Boom des processeurs - contrôle centralisé Années 80’ : Contrôle distribué - capteurs intelligents - réseau de terrain début de la normalisation Année 94’ : World. FIP (World Factory Information Protocol, Europe) et ISP (Interoperable System Project, USA) fusionnent pour donner la Fieldbus Foundation (FF) Normalisation couche physique : sept 1992 , couches liaison, application. . . : prévues fin 1998 mais. . .

Constat þ Pus de 10 ans de normalisation (un standard de télécommunication de UIT met 3 ans à sortir) ; L’idée de base était d’avoir un standard avant la sortie de produits commerciaux, mais le lobbying actif de groupes d’intérêt conduit à un échec de la normalisation niveau liaison fin 1998 þ L’ABSENCE D’UN STANDARD A ENTRAINE L’APPARITION DE SOLUTIONS PROPRIETAIRES þ On distingue actuellement 2 types de bus/réseaux de terrains : Standards de fait : Interbus-S, ASI, Lonworks (capteur/actionneur) Standards internationaux : þ þ è è è World. FIP (France, Italie) (NFC 46 -600) PROFIBUS (PROcess Field BUS, Allemagne) (DIN 19245) Siemens. . (USA) Etc.

Bilan þ þ þ Cohabitation entre des standards de fait et des standards internationaux (Analogie avec Internet et les protocoles réseaux de l’UIT-T) Assainissement de l’offre bus de terrain : seuls devraient subsister les produits reconnus par tous Homogénéisation de l’offre : le modèle OSI est le modèle de référence Difficulté pour l’utilisateur final de s’y retrouver et de faire le bon choix (pérennité assurée ? ) Problèmes de compatibilité possible au niveau utilisateur pour des produits de fabricants différents ayant les mêmes caractéristiques de bas niveaux (volonté de conserver le client ? )

Classification des bus de terrain Généralement, on regroupe sous le terme «bus de terrain» tous les bus de communication industriels. On distingue néanmoins par complexité décroissante : þ Le bus d’usine : réseau local industriel basé sur Ethernet de type MAP ou TOP (se rapproche du réseau local IP) þ þ Le bus de terrain ( «Feld Bus» ) þ Le bus de bas niveau ( «Sensor Aktor Bus» ) : bus capteur/actionneur

Les éléments d'un réseau þ De manière schématique, un réseau est constitué d'éléments terminaux reliés à des équipements de raccordement connectés entre eux par des lignes ou supports physiques de transmission. è La ligne de transmission è Les équipements terminaux è Les équipements de raccordement

La ligne de transmission þ Une ligne de transmission est une liaison entre les deux machines. On désigne généralement par le terme émetteur la machine qui envoie les données et par récepteur celle qui les reçoit. Les machines peuvent parfois être chacune à son tour réceptrice ou émettrice (c'est le cas généralement des ordinateurs reliés par réseau). þ La ligne de transmission, appelée aussi parfois canal de transmission ou voie de transmission, n'est pas forcément constituée d'un seul support physique de transmission, c'est pourquoi les machines d'extrémités, possèdent chacune un équipement relatif au support physique auxquelles sont reliées.

Les équipements terminaux þ Les machines d'extrémités (par opposition aux machines intermédiaires), , appelées ETTD (équipement terminal de traitement de données, ou en anglais DTE, Data Terminal Equipment) possèdent chacune un équipement relatif au support physique auxquelles sont reliées, appelé ETCD (équipement terminal de circuit de données, ou en anglais DCE, Data Communication Equipment). þ On nomme circuit de données l'ensemble constitué des ETCD de chaque machine et de la ligne de données.

ETTD, ETCD

Les équipements de raccordement è þ þ þ L'unité de raccordement au support ou MAU (Medium Acces Unit) réalise l'interface physique entre le support de transmission et l'élément terminal par l'intermédiaire de son contrôleur de communication souvent intégré (carte d'interface série, carte Ethernet). Les concentrateurs et les commutateurs permettent un partage dynamique (temporaire) de la ligne de transmission en assurant les besoins ponctuels des éléments connectés. Les multiplexeurs assurent le partage statique (permanent) d'une ligne de transmission entre plusieurs équipements terminaux. Les routeurs acheminent les paquets en les dirigeant au mieux ; ils peuvent filtrer.

Les topologies þ La topologie représente la manière dont les équipements terminaux sont reliés entre eux par le support physique. Elle est caractérisée par la figure géométrique réalisée par les liaisons. þ Topologie en étoile è þ Topologie en bus è è þ bus unidirectionnel : les informations ne peuvent circuler que dans un seul sens. bus bidirectionnel : les informations peuvent circuler dans les deux sens mais non simultanément. La topologie en bus est celle adoptée par les réseaux Ethernet, Appletalk (Apple) et la plupart des réseaux industriels. Topologie en anneau è þ Cette topologie est à l'origine des réseaux locaux et n'est plus retenue aujourd'hui en raison de ses inconvénients. La topologie en anneau est celle du Token Ring (IBM). Topologie en maille è Cette topologie est typiquement celle des réseaux de télécommunication (exemple : le RTC).

Modèles de communication þ Modèle Producteur-Consommateur è Le producteur produit une certaine information et met cette information à disposition d'un consommateur qui peut ou non la consommer. Ø Ø þ Buffer : la production d'une nouvelle valeur écrase l'ancienne valeur qui est considérée comme obsolète. File d'attente : lorsqu'une valeur est émise ou consommée, elle est supprimée de la file d'attente. Modèle Client-Serveur è Le client émet une demande de service à un serveur ; le serveur effectue le traitement demandé puis envoie la réponse au client. Ø Ø File d'attente : plusieurs requêtes d'être stockées avant d'être traitées séquentiellement par le serveur. Buffer : pas de garantie que la valeur envoyée soit bien significative de l'application à un instant donné.

Protocoles et échanges de données þ Pour communiquer, les systèmes informatiques en réseau doivent disposer de nombreuses fonctionnalités qu'il est possible de regrouper par blocs (ou couches) que l'on considérera comme indépendants les uns des autres. Demande/Fourniture d'informations 3) Échange d'informations Gestion de la communication 2) Établissement de la communication Gestion de la connexion et transmission des données 1) Établissement de la connexion Réseau

Protocole, primitives On appelle protocole l'ensemble des procédures et informations échangées (ainsi que leur format) nécessaires pour établir et gérer la communication entre deux blocs fonctionnels de même niveau. þ On appelle primitives de service l'ensemble des fonctions nécessaires à la communication entre deux blocs fonctionnels contigus. On dira alors qu'un bloc fonctionnel fournit un service au bloc qui lui est immédiatement supérieur. þ

Échange d'informations entre couches Ø Ø Ø þ SDU = Service Data Unit PCI = Protocol Control Information PDU = Protocol Data Unit. Le procédé qui consiste, pour une couche donnée, à ajouter ou retrancher des informations de contrôle pour former une nouvelle unité de donnée est appelé encapsulation ou décapsulation.

Classification des réseaux informatiques þ En fonction de la distance maximale (d) séparant deux éléments terminaux, les réseaux informatiques peuvent être classés en cinq catégories : è d < 1 m : les réseaux de petite taille comme les bus qui interconnectent les processeurs, les mémoires et les entrées-sorties d'un calculateur. è d < 10 m : les réseaux d'interconnexion de plusieurs calculateurs ou éléments d'ordinateurs vectoriels dans une même pièce. On trouvera aussi dans cette catégorie les PAN (Personal Area Network). è d < 1 Km Local Area Network, ou réseau local, ou R. L. E. (réseau local d'entreprise), est un réseau de télécommunication qui relie des ordinateurs situés à proximité les uns des autre(bâtiment, entreprise). C'est un réseau multipoint, à haut débit. Les LAN ne comportent généralement pas plus de quelques milliers d'ordinateurs ; Topologie (Bus, Boucle, Etoile) è d < 100 Km : les réseaux métropolitains ou MAN (Metropolitan Area Network). Réseau à très haut débit. Il est destiné à fédérer au niveau d'une très grande agglomération, un grand nombre de réseaux locaux. Le protocole principalement utilisé aujourd'hui sur ce type de réseau est FDDI. è d = plusieurs milliers de Km : les réseaux longue distance ou WAN (Wide Area network), ou réseau étendu, ou réseau longue distance, est un grand réseau de transport de données. Le réseau qui compose un WAN peut être situé dans un même pays ou être dispersé dans le monde.

Exemples de réseaux þ Exemples de LAN : Apple. Talk (Apple), Token. Ring (IBM), Ethernet (DEC, Intel, Xerox). þ Exemples de RLI : Ethernet Industriel, JBUS/MODBUS, FIP, PROFIBUS, CAN. è Les réseaux locaux spécialisés dans la gestion d'équipements industriels seront appelés RLI (réseaux locaux industriels) ou encore réseaux de terrain pour les architectures de communication les plus proches du matériel. þ Exemple de WAN : INTERNET, TRANSPAC, RETINAT (militaire)

Normalisation des réseaux þ La normalisation des réseaux a pour objet de définir un ensemble de règles communes afin que tout utilisateur soit apte à recevoir et à transmettre des informations destinées à l'ensemble des participants ou tout au moins à un groupe d'utilisateurs assez vaste. þ On distinguera les standards des normes. On parle de standard lorsqu'un consensus s'établit, suite généralement à une proposition industrielle, sans qu'il y ait eu de démarche formelle. Les normes font quant à elles l'objet de documents formels adoptés par des instances reconnues ayant parfois même force de loi.

Organismes de Normalisation è ISO: (International Organisation for Standardisation) C'est une organisation internationale non gouvernementale dont le rôle est d'unifier et de coordonner les domaines techniques du traitement de l'information. Plus de 90 pays a travers le monde en sont membres en ayant une filiale nationale AFNOR (Association française de normalisation) en France, ANSI (Américan National Standard Institute) aux USA. è CEI: (Commission Electrotechnique Internationale) Cet organisme s'occupe plus particulièrement des parties électricités et électroniques permettant la transmission de l'information) è UIT-T: (Union Internationale des Télécommunications standardisation des Télécommunications) ancienne CCIT). è CCIT: (Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique) Propose des normes, dont le nom commence par « T » pour le fax, « V » pour les télécoms (téléphone) et « X » pour les réseaux (publics). è IEEE: (Institute of Electronic and Electricity Engineers) Prononcez I 3 E, Organisme de normalisation d'interfaces de systèmes électroniques et informatiques.

Ethernet et l'industrie þ Ethernet: Maintenant omniprésent dans les réseaux industriels modernes. þ La quantité d'équipements électroniques disposant d'une adresse IP et mis en service dans les usines, les ateliers, les machines, les armoires électriques, augmente à une vitesse exponentielle. þ La maintenance de ces équipements nécessite une connaissance des causes possibles défauts: électrique, application ou communication.

Comparaison de l'utilisation des modes de transmission

La montée d'Ethernet et TCP/IP þ Apporter une prise RJ 45, Ethernet et les principaux services IP à des équipements et spécialités électroniques apparaissait encore fin 1996, comme une démarche originale et isolée. La suprématie et la notoriété du protocole IP n’étaient de loin pas celles que nous connaissons actuellement. þ Le succès incroyable des réseaux locaux, d’Ethernet et d’IP a fait chuter de manière drastique les tarifs des dispositifs passifs et actifs d’interconnexion réseaux tels les câbles, les hubs et les modems en tout genre. L’intégration directe des services ftp, telnet et http dans les navigateurs Web contribuent actuellement à former l’utilisateur sur ces techniques qui, sans être dominées au sens technique, sont largement exploitées par chaque utilisateur de microordinateur.

Le modèle de référence OSI þ Le modèle OSI est le modèle proposé par l'ISO afin de définir les caractéristiques physiques et logicielles pour l'interconnexion en réseau des systèmes ouverts (Open Sytems Interconnection). þ Chaque couche du modèle OSI doit exécuter une série de fonctions pour que les paquets de données puissent circuler d'un ordinateur source vers un ordinateur de destination sur un réseau.

Les 7 couches

Noms des informations

Les couches basses þ þ Elles assurent la transmission et l'acheminement des informations à travers le réseau. (1) Couche Physique : elle s'occupe de la transmission des bits sur le support de communication. Le support physique proprement dit est en dessous de la couche 1. (2) Couche Liaison : elle fractionne les données d'entrée de l'émetteur (ce qui vient de la couche du dessus) en trames (de quelques centaines à quelques milliers d'octets) afin d'assurer une liaison exempte d'erreurs de transmission. (3) Couche Réseau : elle assure l'acheminement et le routage des données groupées en paquets au travers du réseau.

Les couches moyennes è þ þ Elles assurent le dialogue entre les équipements terminaux indépendamment du ou des réseaux utilisés. (4) Couche Transport : elle est responsable du contrôle du transfert des informations de bout en bout et réalise le découpage des messages en paquets pour le compte de la couche réseau ou le réassemblage des paquets en messages pour les couches supérieures. (5) Couche Session : elle sert d'interface entre les fonctions liées à l'application et celles liées au transport des données. Elle assure l'ouverture et la fermeture des sessions avec les applications et définit les règles d'organisation et de synchronisation du dialogue.

Les couches hautes è þ þ Elles traitent les données échangées au niveau applicatif. (6) Couche Présentation : elle met en forme les informations échangées pour les rendre compatibles avec l'application destinatrice dans le cas de dialogues entre systèmes hétérogènes (comporte des fonctions de traduction, de compression, d'encryptage, . . . ). (7) Couche Application : elle est chargée de l'exécution de l'application et de son dialogue avec la couche 7 du destinataire en ce qui concerne le type ou la signification des informations à échanger (transfert de fichier, interrogation de bases de données, . . . ).

Eléments de « Netographie » et Bibliographie þ Cours IUT angers sept. /2005 Alain Clément þ Historique Internet Jean Claude Bellamy http: //jc. bellamy. free. fr þ Cours Bus de terrain Patrice Kadionik kadionik@enseirb. fr þ http: //www. rennes. supelec. fr/ren/fi/isa/program/info. htm þ Gilles MISSLIN, gmisslin@aztecland. com RADIOMEDIA – IP 2 þ http: //www. factory-syst. fr/ þ http: //www. commentcamarche. net/ AZTEC

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