1.2 - Topologies réseau

Topologies réseaux

Il existe plusieurs manières de relier les ordinateurs et des dispositifs entre eux dans un réseau. Chaque manière a ses avantages et inconvénients. Afin de s’y retrouver, les réseaux peuvent être catégorisés par la manière dont les dispositifs y sont reliés. Leur connectivité porte un nom : c’est la topologie du réseau.

Les différentes topologies réseaux sont les suivantes :

Topologie point-à-point (point-to-point topology)
Topologie maillée (mesh topology)
Topologie en étoile (star topology)
Topologie en bus (bus topology)
Topologie en anneau (ring topology)
Topologie en arbre (tree topology)
Topologie hybride (hybrid topology)

Topologie point-à-point

La topologie point à point (P2P) connecte deux nœuds ou dispositifs (concentrateur, routeur, commutateur, etc.) directement à l’aide d’une ligne dédiée. Dans cette topologie, l’un des nœuds connectés sert d’émetteur, tandis que l’autre joue le rôle de récepteur.

Cette topologie est considérée comme le moyen le plus simple et le plus rentable de créer un réseau informatique, car elle ne nécessite qu’un seul canal de communication entre les deux nœuds connectés. En outre, cette topologie réserve la totalité de la bande passante de la connexion à la communication, ce qui minimise les risques d’encombrement et assure une connexion plus fiable.

Exemples de topologie point-à-point :

Transfert de fichiers par Bluetooth entre deux appareils
Connexion directe par câble entre deux ordinateurs

Topologie maillée

Dans une topologie maillée, chaque appareil est connecté à un autre appareil via un canal dédié.

Supposons que N appareils soient connectés les uns aux autres dans une topologie maillée, le nombre total de ports requis par chaque appareil est N-1. Dans la figure 1, il y a 5 dispositifs connectés les uns aux autres, le nombre total de ports requis par chaque dispositif est donc de 4. Le nombre total de ports requis = N * (N-1).

Supposons qu’un nombre N de dispositifs soient connectés les uns aux autres dans une topologie maillée, le nombre total de liens dédiés requis pour les connecter N(N-1)/2. Dans la figure 1, 5 appareils sont connectés les uns aux autres, le nombre total de liens nécessaires est donc de 5*4/2 = 10.

Avantages de la topologie maillée

La communication est très rapide entre les nœuds.
Elle est robuste.
Les pannes sont facilement diagnostiquées.
Les données sont fiables car elles sont transférées entre les dispositifs par des canaux ou des liens dédiés.
Elle assure la sécurité et la confidentialité.

Inconvénients de la topologie maillée

L’installation et la configuration sont difficiles.
Le coût des câbles est élevé car un câblage important est nécessaire, ce qui permet d’utiliser un nombre réduit d’appareils.
Le coût de la maintenance est élevé.

Topologie en étoile

Dans la topologie en étoile, tous les appareils sont reliés à un seul concentrateur par un câble. Ce concentrateur est le nœud central et tous les autres nœuds sont connectés au nœud central.

Avantages de la topologie en étoile

Si N appareils sont connectés les uns aux autres dans une topologie en étoile, le nombre de câbles nécessaires pour les connecter est N. Cette topologie est donc facile à mettre en place.
Chaque appareil n’a besoin que d’un port, c’est-à-dire pour se connecter au le dispositif central, et le nombre total de ports nécessaires est donc N.
Il est robuste. En cas de défaillance d’une liaison, seule cette liaison sera affectée

Inconvénients de la topologie en étoile

Si le dispositif central sur lequel repose toute la topologie tombe en panne, l’ensemble du système s’effondre (single point of failure).
Les performances sont basées sur le dispositif central.

Un exemple courant de topologie en étoile est un réseau local (LAN) dans un bureau où tous les ordinateurs sont connectés à un concentrateur central.

Cette topologie est également utilisée dans les réseaux sans fil où tous les appareils sont connectés à un point d’accès sans fil.

Topologie en bus

Dans une topologie en bus, chaque périphérique du réseau est connecté à un seul câble. La communication est bidirectionnelle. Il s’agit d’une connexion multipoint et d’une topologie non robuste, car si l’épine dorsale tombe en panne, le réseau s’effondre.

Avantages de la topologie en bus

Si N appareils sont connectés les uns aux autres dans une topologie de bus, le nombre de câbles nécessaires pour les connecter est de 1.

Inconvénients de la topologie en bus

Elle est relativement simple, mais elle nécessite néanmoins un câblage important.
Si le câble commun tombe en panne, l’ensemble du système s’effondre.
Si le trafic réseau est important, les collisions augmentent dans le réseau.
L’ajout de nouveaux appareils au réseau ralentit les réseaux.
La sécurité est très faible.

La topologie en anneau

Dans les réseaux en anneaux, chaque ordinateur est relié à deux autres : un suivant et un précédent. Les données transmises font le tour de l’anneau avant d’être détruites : elles se propagent d’un ordinateur au suivant, jusqu’à arriver sur l’ordinateur de destination. Après réception de la trame, l’ordinateur de destination envoie un accusé de réception à l’émetteur, qui se propage dans le même sens que la trame envoyée.

Avantages de la topologie en anneau

La transmission des données se fait à grande vitesse.
Le risque de collision est minimal dans ce type de topologie.
L’installation et l’extension sont peu coûteuses.
Elle est moins coûteuse qu’une topologie en étoile.

Inconvénients de la topologie en anneau

La défaillance d’un seul nœud du réseau peut entraîner la défaillance de l’ensemble du réseau.
Le dépannage est difficile dans cette topologie.
L’ajout ou la suppression de stations intermédiaires peut perturber l’ensemble de la topologie.
Moins sécuritaire.

Topologie hybride

Cette topologie est la combinaison de tous les types de topologies que nous avons vu précédement.

La figure ci-dessus montre la structure de la topologie hybride. Comme on peut le voir, elle contient une combinaison des différentes topologies réseaux.

Avantages de la topologie hybride

Très flexible.
La taille du réseau peut être facilement étendue par l’ajout de nouveaux dispositifs.

Inconvénients de la topologie hybride

La conception est difficile.
Les concentrateurs utilisés dans cette topologie sont très coûteux.
Le coût de l’infrastructure est très élevé car un réseau hybride nécessite beaucoup de câblage et de dispositifs de réseau.

Topologie logique

À la base, une topologie réseau est une topologie physique : elle décrit comment les ordinateurs sont physiquement reliés. Mais il est possible d’émuler un réseau en bus, en anneau, ou un réseau maillé avec une topologie en étoile. Cela nous pousse à faire la distinction entre la topologie physique, qui décrit comment les ordinateurs sont câblés, et la topologie simulée, appelée topologie logique.

Les topologies logiques en bus et maillées

Pour simuler un bus ou un réseau maillé à partir d’une topologie en étoile, il faut que l’équipement central soit ce qu’on appelle un commutateur ou un concentrateur.

Ils sont tous deux des équipements réseaux avec plusieurs ports d’entrée/sortie, sur lesquels on vient connecter des composants réseaux : carte réseau, ordinateur, récepteur/émetteur WIFI, etc. Ces ports sont soit des ports d’entrées sur lesquels on peut recevoir des paquets de données, soit des ports de sorties sur lesquels on peut envoyer des données. Dans certains cas, les ports d’entrée et de sortie sont confondus : un même port peut servir alternativement d’entrée et de sortie.

La différence entre concentrateur et commutateur est la topologie simulée : bus pour le concentrateur et réseau maillé pour un commutateur.

Un concentrateur (hub) redistribue chaque paquet reçu sur tous les autres ports, sans se préoccuper de sa destination. Pour le dire autrement, il simule une topologie en bus, alors que la topologie réelle est en étoile. De même pour un point d’accès sans-fil (WAP).

Les commutateurs (switch) ont un fonctionnement similaire aux concentrateurs, si ce n’est qu’ils n’envoient les données qu’au composant de destination. Un commutateur simule donc une topologie maillée à partir d’une topologie en étoile : on retrouve la distinction entre topologie réelle et logique.

Différence entre concentrateur (à gauche) et commutateur (à droite).

Fonctionnement d’un commutateur.