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L.A. Steffenel Info0503 – Introduction aux Réseaux Informatiques 1
INFO 0503Introduction aux Réseaux
Informatique
- Luiz Angelo STEFFENEL -
PrésentationModèle OSI
Couche Physique (1)
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Organisation Pédagogique
● Info0503– Responsable : Luiz Angelo Steffenel– CM = 25h TD = 20h TP = 15h
● Enseignants– CM : Luiz Angelo Steffenel– TD : Christophe Jaillet ; LA Steffenel– TP : plusieurs
● Evaluation– 6 ECTS / 100 points– DS = 20 CRTP = 20 (CC = 40) Examen = 60
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Évaluation des Rapports de TPs
● Les rapports doivent être envoyés par mail au plus tard la date limite annoncé par les enseignants– réception tardive = zéro
● Fichier uniquement en format PDF● Doit contenir le nom de tous les participants du binôme● En plus de décrire en détails les expériences, doit faire une
réflexion sur le sujet traité, par exemple :– difficultés rencontrées– solutions alternatives à celles proposées par l'enseignant– applicabilité dans des situations courantes et risques de
sécurité
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Accès au Matériel de Cours
● Les transparents sont mis en ligne après les cours à l'adresse suivante :
http://cosy.univ-reims.fr/~lsteffenel/– rubrique Enseignement/Teaching
● N'hésitez pas à contacter les enseignants en cas de problèmes/doutes
[email protected]● TOUJOURS utilisez votre adresse professionnelle
(@etudiant.univ-reims.fr)
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Bibliographie
● Andrew Tanenbaum– Reseaux - Architectures, protocoles, applications".
InterEditions, Paris, 1990.● Richard Stevens
– TCP/IP illustré - Vol.1: les protocoles● Guy Pujolle
– "Les réseaux". Eyrolles, Paris, 1995.● Internet
– http://www.commentcamarche.net– ...
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C'est quoi un réseau ?
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Les Réseaux
● Point de vue d'un simple utilisateur :– un ensemble d'ordinateurs interconnectés
● Que se passe-t-il à l'autre bout de la prise ?● Comment les machines communiquent entre-elles ?● Utilisent-elles toutes le même langage de communication ?● Quand on va sur internet, sur une page Web
– Comment se fait-il que tout le monde ait la même page quand on utilise un navigateur Web et que l'on tape www.google.fr
– Que peut-on trouver derrière cette adresse web ?
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Les moyens de se connecter
● Utilisateur final : se connecte généralement à un réseau – Avec un modem et une ligne téléphonique– Directement à un autre ordinateur avec un câble réseau
● tous les câbles sont-ils équivalents ?– À travers un réseau sans fil (WiFi, 3G)– ...
● Mais avec toutes ces solutions, que faut-il faire pour que les informations puissent s'échanger / s'échanger sans faute / s'échanger vite ?
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Communication - fonctions
● La connexion physique (entre 2 utilisateurs directement ou indirectement)
● L’émission (message que le système se charge de transmettre à un ou plusieurs destinataires)
● La réception (message dont l’hôte est le destinataire)● L’acheminement des messages (sans erreur, sans perte, sans
duplication et en temps utile)● L’optimisation des lignes (partage du support physique)● Le contrôle de flux et le stockage (message en transit avant son
utilisation)● Le choix entre différentes méthodes de dialogue● La gestion et le contrôle de l’utilisation des fonctions réseaux
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Communication - fonctions
● La connexion physique (entre 2 utilisateurs directement ou indirectement)
● L’émission (message que le système se charge de transmettre à un ou plusieurs destinataires)
● La réception (message dont l’hôte est le destinataire)● L’acheminement des messages (sans erreur, sans perte, sans
duplication et en temps utile)● L’optimisation des lignes (partage du support physique)● Le contrôle de flux et le stockage (message en transit avant son
utilisation)● Le choix entre différentes méthodes de dialogue● La gestion et le contrôle de l’utilisation des fonctions réseaux
COMMENT GARANTIR
LA COMPATIBILITÉ ???
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Le fameux Modèle OSI
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Comment communiquer avec tous ?
● Années 1960-1970 : mélange des systèmes « propriétaires »– Systems Network Architecture (SNA) d'IBM (1974), – DECnet (réseau des mini-ordinateurs DEC), – Novell avec Netware, Apple avec AppleTalk, ...
● Objectif : communiquer ensemble● Difficulté : protocoles de communications différents !● Modèle OSI (modèle en 7 couches) : fin 1970
– l'ISO (International Organization for Standardization) commence à travailler sur un modèle d'interconnexion de systèmes ouverts
– Objectif : standardiser les protocoles réseau
OSI (Open Systems Interconnection reference model)
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Le Modèle OSI
Couche 7 : Couche qui fait la liaison avec le logiciel de communication et n'importe quelle application ayant besoin de communication
Couche 6 : Définir des formats de données ASCII, XML, binaire, JPEG
Couche 5 : Initier, contrôler et mettre fin à des conversations (appelées sessions)
Couche 4 : Aspects liés à la livraison de données à un autre ordinateur : correction d'erreur, segmentation, réassemblage en extrémité réceptrice
Couche 3 : Livraison de bout en bout : identifier les noeuds extrémités + routage
Couche 2 : Acheminer les données sur le lien ou support de transmission spécifique
Couche 1 : Paramètres physiques du support de transmission, utilisation des broches sur une prise RJ-45
Physique
Liaison de données
Réseau
Transport
Session
Présentation
Application
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Pourquoi Découper en Couches ?
● Interopérabilité entre fabricants– Permettre à des matériels de plusieurs fabricants d'interagir au
sein d'un même réseau (normes communes)● Facilité de compréhension
– mieux décrire les fonctionnalités et spécifications des protocoles● Facilité de développement
– Faciliter la modification des programmes et accélérer l'évolution des produits
● Ingénierie modulaire– Possibilité d'implémenter des fonctions des couches supérieures
pendant que d'autres développent pour des couches inférieures
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La Couche Physique (OSI 1)
● Gère le câblage– Le nombre de conducteurs– Le type d'isolation utilisé (ou non)– La topologie du réseau (bus, anneau, étoile, etc.)
● Gère les connecteurs– la forme du connecteur aux extrémités du câble
● Définit les caractéristiques électriques des équipements ● Définit la façon dont un équipement signale un 0 ou un 1
binaire sur une ou plusieurs broches de transmission.– codage des signaux (tout ou rien, NRZ, NRZI, Manchester,
Miller, etc.)
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La Couche Liaison (OSI 2)
● Définit les normes et les protocoles utilisés pour contrôler la transmission des données à travers un réseau physique
● Les fonctions sont :– Arbitrage : le moment approprié pour utiliser le support de
transmission physique ou média de transmission– Gestion de la liaison des données : s'assure que les données
sont bien reçues et traitées par le ou les destinataires corrects– Détection d'erreur : Détermine si les données ont traversé
avec succès le média de transmission– Identification des données encapsulées : identifier le service
de la couche Réseau (OSI 3) à qui est adressé le message
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La Couche Réseau (OSI 3)
● Routage– Logique mise en oeuvre pour réussir à acheminer de bout en
bout un message, d'un expéditeur jusqu'à une destination– Exemple: envoi d'une lettre par la poste, de la boite au lettre
jusqu'au destinataire● Adressage
– Déterminer une adresse unique pour chaque entité d'un réseau– Regrouper certaines adresses par groupe, selon une logique
● Exemple: chaque personne possède une adresse personnelle qui l'identifie
– Structuration de l'adresse afin de déterminer facilement à quel groupe une adresse appartient
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La Couche Transport (OSI 4)
● Correction des erreurs– Les protocoles de la couche transport essaient de corriger les
erreurs survenues lors de la transmission, si possible● Mode connecté ou pas
– Doit-on s'assurer que le destinataire est présent avant d'envoyer un message ?
● Contrôle du flux– Contrôler le débit de transfert des données afin de ne pas saturer la
machine destination● Segmentation des données d'application
– Certaines applications peuvent avoir besoin d'envoyer de longs segments de données dépassant la taille d'un message de la couche inférieure.
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Les Couches Hautes (OSI 5, 6 et 7)
● (OSI 5) Définir des règles d'établissement d'une communication– Qui doit parler ? Comment terminer une communication de façon
correcte ?● (OSI 6) Définir des formats de données compréhensibles par tout le
monde– Ex. : ASCII pour le format des caractères, XML pour la structuration
des données● (OSI 7) Définir des protocoles de communication pour que
l'application puisse communiquer avec les couches inférieures● (OSI 7) fournir tous les services utilisables par l’application :
– le transfert d’informations, l’allocation de ressources– l’intégrité et la cohérence des données accédées– la synchronisation des applications coopérantes
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Interaction entre les Couches
● Communication d'une application à une autre, via un réseau
Physique
Liaison de données
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Physique
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Réseau
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Encapsulation
● Principe : – chaque couche rajoute des informations aux données
transmises par les couches supérieures● ex : adresses réseau, adresse MAC, etc.
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Encapsulation
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OSI dans le Monde Réel
● Le modèle OSI est surtout une référence pour la création de services compatibles
● OSI ne donne aucune spécification sur les protocoles et le matériel
● Résultat pratique : aucun système actuel implémente OSI « à la lettre »– le modèle TCP/IP est le standard « de facto » pour l'Internet
● OSI reste néanmoins LA RÉFÉRENCE pour l'étude des réseaux– Séparation des rôles facilite la compréhension– La conformité à OSI est un signe d'intéropérabilité
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Le Modèle TCP (4 couches)
● En TCP, les couches Liaison et Physique dépendent de la technologie réseau employée
● Les applications se chargent d'assurer le codage (couche Présentation) et le contrôle des Sessions
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Réseaux : Point de Vue Physique
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Définition
Réseau :
« Assemblage de composants informatiques (matériels, logiciels, câblage) permettant à plusieurs ordinateurs de communiquer entre eux rendant accessibles à tous un ensemble de services »
● Même au niveau physique nous trouvons différents points de vue d'un réseau, selon le niveau de compétences et d'abstraction !
● Plusieurs types de classification– taille– topologie– technologie, ...
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Classification par Taille
● LAN : réseau local (Local Area Network)
– Localisé– Petite taille (site local d'entreprise < 1 km)– Matériel utilisateur
● Quelques ordinateurs personnels● Serveur de fichiers● Imprimante(s)
– Responsables : ingénieur/technicien réseau, exploitant
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Classification par Taille
● MAN : réseau métropolitain (Metopolitan Area Network)
– Haut débit– Unité : géographique– 1 à plusieurs ingénieurs réseau (exploitant)
● WAN : réseau étendu (Wide Area Network)
– Unité : une entreprise– Différentes zones géographiques– Sites différenciés– 1 à plusieurs ingénieurs réseau (entreprise)
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Classification par Taille
● Internet : réseau mondial (Interconnected Networks)
– Déstructuré– Particuliers et entreprises– Accès : FAI (Fournisseurs
d'Accès à Internet)
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Réseaux LAN selon la Topologie
● Première question : topologie physique ou logique ?
ÉtoileAnneau
Bus
Point-à-Point
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Topologie LAN
● Topologique physique vs topologie logique– Topologie physique : câblage– Topologie logique : cheminement des messages– Exemple :
● hub – physique=étoile– logique=bus
● switch– physique=étoile– logique=point à point
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Les Différents Points de Vue sur une LAN
● Vue globale– Matériel utilisateur
● Quelques ordinateurs personnels● Serveur de fichiers ; imprimante(s)
– Autour d'une armoire de câblage● Central● Commutateur
– Câblage● De la machine à la prise murale● De la prise à l'armoire
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Les Différents Points de Vue sur une LAN
● Par le responsable des serveurs– Serveur ; clients
● Besoins● Installation (matérielle ; logicielle)● Configuration réseau (adresses)
– Réseau (''système réseau'') comprend :● système de téléphone ● système d'électricité● système de refroidissement/chauffage
– Contact avec le FAI
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Les Différents Points de Vue sur une LAN
● Par le responsable du câblage– Bureau
● Ordinateur / serveur / imprimante● Prise ● Câble (posé par l'utilisateur / le responsable serveurs)
– Armoire de câblage● Panneau de brassage● Équipement réseau (switch, hub)● Câble (responsable des équipements réseau)
+ câblage interne (électricien / entreprise externe)
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Les Différents Points de Vue sur une LAN
● Par le responsable des équipements réseau (ingénieur réseau)– Équipement réseau (switch, routeurs)– Des ordinateurs / serveurs / imprimantes– Liens – Topologie, choix stratégiques (sous-réseau)– Adressage (matériel utilisateur)– Brassage / configuration
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Matériel Réseau
● Matériel passif
– Câblage– Connecteurs
● Matériel actif
– Entre deux LAN● Routeur : router (aiguiller)● Passerelle : gateway (aiguiller + traiter)
– Au sein d'un LAN● Concentrateur : hub (dupliquer/renforcer le signal)● Commutateur : switch (aiguiller)
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Communication
● Matériel (liaison directe entre 2 ordinateurs)
– 2 PCs● Cartes réseau (NIC : Network Interface Card)
– carte Ethernet● Connecteurs (prises sur les cartes)
– 1 câble
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La Couche Physique(OSI 1)
CodageCâbles
Connecteurs
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Câbles : Support des Communications
● Transmission des bits sur une voie
– Signal électrique (alternatif) : tension discrète
– Standard de codage (fabricant de la carte)● Valeurs des tensions● Débit : bit/s
– 10 Mbit/s ; 100 Mbit/s ; 1Gbit/s ; 10 Gbit/s● Émettre et recevoir
– Simplex, Half-duplex, Full-duplex
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Codage
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Caractéristiques de Performance d'un Câble
● L'impédance – Equivalent à la résistance pour un courant continu
● Affaiblissement linéique (ou atténuation) – Mesuré en décibel (dB) par kilomètre ou pour 100m – Croît avec la fréquence du signal et la longueur du câble – Plus l'impédance est élevée, plus l'affaiblissement est faible
● Affaiblissement paradiaphonique – Aptitude pour un câble à ne pas être perturbée par les signaux
transmis par le câble voisin
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Caractéristiques de Performance d'un Câble
● Un câble performant ? – Faible affaiblissement linéique – Forte impédance – Fort affaiblissement paradiaphonique
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Se Protéger des Signaux Parasites
● Mode balancé, différentiel ou symétrique – Sur deux conducteurs, envoyé des signaux identiques mais en
polarité inverse. Génère des champs d'amplitude égale en opposition de phase, qui de se fait s'annule
● Le blindage – Consiste à constituer une cage de Faraday autour des câbles qui
transporte le signal, généralement par une tresse métallique. Le blindage est relié à la terre pour ne pas faire antenne
● L'écran – Terme utilisé quand le blindage est réalisé par un feuillard (mince
feuille d'aluminium) ● Le filtrage
– Filtre les signaux qui sont dans une plage de fréquence déterminée
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Les Distorsions d'un Signal
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Câble Coaxial
● Utilisé notamment avec les anciennes installations Ethernet 10 Mbit/s
● Construction : – Gaine : protection du câble (caoutchouc, PVC ou téflon) – Blindage : partie métallique entourant le câble diminuant le
bruit due aux parasites – Isolant : (diélectrique) évite le contact (court-circuit) entre
l'âme et le blindage – Âme : brin de cuivre ou brins torsadés transportant les
données
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Câble Coaxial
● Deux types– 10base5 (Thicknet)
● câble plus gros (12mm)● longueur d'un segment : 500 mètres● connexion avec une prise « vampire »
– 10base2 (Thinnet)● câble plus fin (6 mm)● segment jusqu'à 185 mètres● connexion type BNC
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Câble à Paires Torsadées
● Normes EIA/UTA :● Utilisations supportées / conditions d'utilisation● Distances maximales
– Câble UTP (Unshielded Twisted Pairs) : non blindé● Peu coûteux ; bien supporté● Segments de 100 m● Exemples courants : Ethernet 100BaseTX (Fast Ethernet)
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Câble à Paires Torsadées
● Câble STP (Shielded Twisted Pairs) : blindé (maille métallique) – plus grande distance– meilleure tolérance aux interférences électromagnétiques– peu utilisés (sauf environnement hostile)
Câble STP Câble S-FTP
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Les Connecteurs RJ-45
● Connecteur typique pour les câbles UTP/STP● Deux normes :
– EIA/TIA 568A– EIA/TIA 568B
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Les Connecteurs RJ-45
● Câble droit (568A<->568A ou 568B<->568B)– Connexion entre deux dispositifs « différents »
● PC et switch● PC et hub● Switch et routeur
● Câble croisé (568A<->568B)– Connexion entre deux dispositifs « similaires »
● PC et PC● PC et routeur● Switch et hub / switch et swith / hub et hub● Routeur et routeur
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Connexion Câble Croisé
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Connexion Câble Croisé
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Les Câbles Optiques
● Utilisation – Liaison entre répartiteur (backbone), centraux téléphoniques
urbains et inter- urbains – Couplage de segments dans une ville, entre deux villes, entre
les continents ● Avantages
– Légèreté, immunité au bruit – Faible atténuation, sécurité (difficile à mettre sur écoute)
● Inconvénients – Peu pratique dans des réseaux locaux (installation difficile) – Coût relativement élevé, Relative fragilité – Distributeur central de la fibre optique
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Définition
● Une fibre optique est composée de 3 éléments principaux – Le coeur dans lequel se propage les ondes optiques – La gaine optique d'indice de réfraction inférieur à celui du
coeur, qui confie les ondes optiques dans le coeur – Le revêtement de protection qui assure la protection
mécanique de la fibre – Les fibres (appelées brins
au sein d'un câble) sont regroupées dans des câbles par multiples de 2, de 8 ou de 12
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Types de Fibre
● La fibre multimode – La fibre à saut d'indice (réfraction à angle droit)
● Coeur et gaine optique en verre de différents indices de réfraction. Cette fibre provoque une grande dispersion des signaux la traversant, ce qui génère une déformation du signal reçu
– La fibre à gradient d'indice (onde de forme sinusoïdale) ● le coeur est constitué de couches de verre successives
ayant des indices de réfraction proches ● La fibre monomode
– le coeur est si fin que le chemin de propagation des différents modes est pratiquement direct.
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Types de Fibre
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Le Transceiver Optique
● Convertit les impulsions électriques en signaux optiques par – Les LED (Light Emitting Diode) qui fonctionnent dans
l'infrarouge– Les lasers, utilisés pour la fibre monomode
● Reçoit des signaux optiques qui sont convertis en impulsions électriques par un phototransistor ou une photodiode
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Les Connecteurs
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Le Couplage
● Le couplage des FOs est toujours délicat
● Méthodes communes – Par couplage mécanique de deux
connecteurs mis bout à bout au moyen d'une pièce mécanique de précision
– Par collage mécanique (splicing) qui est utilisé lors de réparation ou pour la connexion de câbles pré confectionnés « Pig tail »
– La fusion au moyen d'un appareil à arc électrique
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Les Transmissions Sans Fil
● Plusieurs systèmes sont utilisés l'infrarouge, le rayon laser ou les ondes électromagnétiques. Ces techniques servent, le plus souvent à relier des bâtiments, des sites isolés ...
● Bluetooth (PAN) – distances jusqu'à 10 m● WiFi (W-LAN) – distances jusqu'à 100 m● WiMAX – quelques kilomètres (5-20 km)● Réseaux cellulaires – GSM, UMTS, HSPDA (3G+)● Liaisons hertziennes● Satellites