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5 - Connexions à Internet


Nous avons vu qu'Internet pouvait se résumer aux protocoles TCP (pour garantir les communications entre clients et serveurs) et IP (pour faire transiter les communications de routeurs en routeurs).

Pour simplifier l'adressage le protocole DNS permet d'associer un nom à une adresse IP réelle.

Il existe encore d'autres protocoles, comme le protocole DHCP qui permet à votre Box d'attribuer des adresses IP locales à vos équipements et à votre fournisseur d'accès à Internet de fournir une adresse IP à chacune des box de ses clients.

Tous ces protocoles sont des programmes. On peut donc dire qu'Internet ne dépend pas de l'infrastructure des réseaux elle-même. Changer la technologie des machines ne changera pas le fonctionnement d'Internet.

Certes.

Mais nous allons voir aujourd'hui comment ont évolué les technologies, les vitesses de connexion et le trafic global via Internet.

Vous allez voir que cela génère pas mal de problèmes géopolitiques et de pertes d'indépendance pour les pays qui ne pourront ou ne voudront investir.

Evaluation ✎ : questions 03-05-09-12-15-17

Documents de cours :

Activité en cours de relecture.

1 - Les fournisseurs d'accès à Internet FAI

Alors, comment se passe votre connexion à Internet ?

Nous allons ici voir un fonctionnement idéalisé et simplifié. Le nombre de solutions techniques d'interconnexion entre opérateurs est telle qu'il serait impossible de toutes les voir ici. Surtout qu'elles risquent d'être remplacées par d'autres types de fonctionnement dans quelques années.

Le but est bien de comprendre le fonctionnement global, pas le fonctionnement exact.

Boucle locale

La boucle locale est ce qui relie un utilisateur à un premier d'équipement du fournisseur d'accès auquel il est abonné.

Au cours du temps et de l'évolution des technologies, cet accès a pris plusieurs formes.

Nous allons maintenant voir plusieurs formes de boucles locales.

Boucle locale cuivre

La première boucle locale a avoir été exploitée pour permettre l'accès aux fournisseurs d'accès à Internet est la boucle locale cuivre. On utilisait les câbles du réseau téléphonique qui sont en cuivre. D'où le nom.

Ces câbles et les équipements associés sont la propriété d'Orange en France (anciennement France Télécom).

Boucle locale en cuivre

Depuis l'apparition du dégroupage (vers 2000), les fournisseurs d'accès paient directement Orange pour la location de la ligne. C'est bien Orange qui possède le réseau mais il loue son utilisation. C'est au niveau des répartiteurs que se font les changements de direction : chaque communication aboutit à son fournisseur d'accès. Pareil dans l'autre sens.

Le plus ancien équipement : le modem analogique.

Modem veut dire Modulateur-Démodulateur. Le principe est globalement de transformer un signal numérique 0-1 en un signal sinusoïdal en gardant le même domaine de fréquence que celui permettant de coder la voix sur un téléphone.

Le plus gros débit est de l'ordre de 56 kbit.s-1.

Vous allez voir en exercice que le téléchargement d'une image pouvait être loooooong.

Dernier point embêtant : on ne peut pas téléphoner et communiquer par Internet en même temps puisque les deux systèmes utilisent les mêmes fréquences !

Le plus courant aujourd'hui : l'ADSL (modem numérique).

Les premières offres ADSL datent de 1999 en France.

Son nom provient de l'anglais Asymmetric Digital Subscriber Line. Comme l'indique "asymmetric", qui veut bien dire "asymétrique" en français, le débit n'est pas le même en émission et en réception pour l'utilisateur. Vous pouvez envoyer vers Internet (upload) en moyenne 10 fois moins vite qu'en téléchargement (download). Le modem ADSL travaille sur une gamme de fréquence différente de celle du téléphone. On peut donc téléphoner et aller sur Internet.

Le débit descendant théorique maximum est de l'ordre de 8000 kbit.s-1.

En ADSL2+, on peut monter (sous certaines conditions) à un débit théorique de 20000 kbit.s-1.

L'un des défauts de la transmission de données numériques en faisant passant un courant électrique dans un câble est que le câble est soumis (et crée) à la pollution électromagnétique de tous les autres appareils et/ou antennes à proximité.

Dans la plupart des pays, ce sont donc naturellement les opérateurs téléphoniques propriétaires des lignes téléphoniques qui sont devenus les premiers fournisseurs d'accès à Internet.

01° A votre avis, pourquoi les fournisseurs d'accès préfèrent vanter les vitesses de connexion de leur contrat en kbit.s-1 plutôt qu'en ko.s-1 ?

Pour un modem analogique, on voyait par exemple 56 kbit.s-1 plutôt que 7 ko.s-1. Alors que c'est la même chose.

...CORRECTION...

C'est tout simplement car la plupart des gens ne savent pas qu'un octet correspond à 8 bits.

Ils préfèrent donc faire des pubs avec les plus gros chiffres affichés possibles.

56/8 donne 7.

Si deux provideurs vendent le même produit mais que l'un affiche 56 kbit.s-1 et l'autre 7 ko.s-1, beaucoup de gens risquent de croire que le premier est plus rapide...

Le plus embêtant serait par exemple de comparer une offre 40 kbit.s-1 et 7 ko.s-1. Puisque 40/8 vaut 5, la première offre est moins rapide. Mais en comparant juste les nombres sans faire attention à l'unité, beaucoup de gens vont choisir la première.

02° Considérons une photo prise à l'aide d'un smartphone dont le poids est d'environ 164 ko. Calculer le temps nécessaire pour télécharger cette image à l'aide d'un modem analogique 56 kbit.s-1 puis d'un modem ADSL fonctionnant à 10000 kbit.s-1.

...CORRECTION...

Il suffit de tout mettre à la même unité. On choisira ici de tout mettre en octet.

56/8 donne 7. Le débit du modem classique est donc de 7 ko.s-1.

Le temps de transfert est calculable en calculant le poids de l'image divisé par la vitesse de téléchargement.

Il faut juste se souvenir que diviser deux fois revient à multiplier (car 1/(1/x) = x).

t = 164 ko / 7 ko ≃ 23.4 s

On a bien de ko au numérateur et au dénominateur.

Nous aurions également pu tout transformer en octet en utilisant 1 ko = 1000 o.

t = 164000 o / 7000 o ≃ 23.4 s

Et oui : 23 secondes pour une image de bonne qualité. A l'époque, la qualité des photos sur les sites Web était réduite de façon à réduire le temps de téléchargement.

Avec le modem ADSL, on faut d'abord calculer la vitesse de téléchargement en octets par seconde.

Débit = 10000 kbit.s-1 = 10000 / 8 = 1250 ko.s-1.

Le temps de téléchargement est donc

t = 164 ko / 1250 ko ≃ 0
13 s

✎ 03° A votre avis, quel changement esthétique la généralisation des utilisateurs utilisant un modem ADSL a-t-elle provoqué sur l'apparence des sites Web ?

Rappel sur les sous-unités
  • Kilo : 1 ko = 1000 o
  • Mega : 1 Mo = 1000 ko = 1 000 000 o (un million)
  • Giga : 1 Go = 1000 Mo = 1 000 000 ko = 1 000 000 000 o (un milliard)

D'autres boucles locales sont apparues depuis :

Boucle locale optique

La fibre optique est un moyen efficace de transporter l'information. Cette fois, il ne s'agit pas de transporter un courant électrique mais d'émettre un rayonnement laser dans une fibre où la paroi interne provoque une réflexion totale et donc une perte d'énergie nulle (ou presque) à chaque rebond.

  • les accès par câble (dans les centres urbains qui possédaient une offre de télévision par câble) : environ 1 Gbit.s-1 (1000 Mbit.s-1). Plus de cent fois plus rapide que l'ADSL.
  • Les accès par fibre optique : on peut monter jusqu'à 8 Gbit.s-1 ! (8000 Mbit.s-1)

La différence entre les deux tient aujourd'hui simplement à la présence de fibre optique jusqu'à bout de la connexion, ou pas...

  • FTTN : Fiber To The Neighbourhood (fibre jusqu'au voisinage). La connexion en fibre optique s'arrête dans un local du quartier.
  • FTTC : Fiber To The Cabinet (fibre jusqu'à l'armoire). La connexion en fibre optique s'arrête à moins de 300 m de l'utilisateur dans un répartiteur.
  • FTTB : Fiber To The Building (fibre jusqu'à l'immeuble). La connexion en fibre s'arrête en bas de l'immeuble.
  • FTTH : Fiber To The Home (fibre jusqu'au domicile). La connexion en fibre va réellement jusqu'au domicile.
Les différentes connexions par fibre optique
Les connexions par fibre optique - CC BY-SA 3.0 - Riick derivative work: ~ Seb35

04° En combien de temps une image de 15 ko va-t-elle être téléchargée par une liaison ADSL de 1250 ko.s-1 et par une liaison fibre optique de 1 Go.s-1 ?

Deuxième question dans la question : on visionne une vidéo possèdant 30 images par seconde. On doit donc recevoir une image tous les 1/30 de seconde, soit 0.03 s. Justifier que la fibre optique permet d'utiliser la connexion pour plusieurs utilisateurs, là où la liaison ADSL risque d'être un peu légère.

...CORRECTION...

Pour la liaison ADSL ?

t=15/1250=0.012s

On a donc un temps de téléchargement d'une image de l'ordre de la moitié du temps pendant laquelle l'image va être affichée (0.030 s contre 0.012 s). La marge de manoeuvre n'est donc pas énorme. Si la ligne est occupée en partie par une autre utilisation, la vidéo risque d'avoir quelques lags.

Pour la liaison fibre optique ?

t=15/1000000=15µs

On obtient donc cette fois un temps de téléchargement bien inférieur au temps d'affichage de l'image. La Box peut donc tranquillement fournir vos images et continuer de transférer des autres pour d'autres utilisateurs. Vive TCP.

La généralisation des fibres optiques risquent donc d'augmenter encore la consommation des lignes. La plupart des vidéos vont augmenter en qualité, et les services de diffusion à la demande vont téléverser chez les utilisateurs de plus en plus de contenu... Avant, on téléchargeait une fois le fichier et on le regardait autant de fois qu'on le voulait. Avec les sites de visionnage et d'écoute en streamin, le système est beaucoup plus consommateurs de communication puisqu'il n'existe pas de mémoire locale.

Ecouter 10 fois le même morceau va provoquer 10 transferts d'informations. Est-ce bien écologique ?

Dernière grande boucle locale d'accès à Internet : la boucle locale radio.

Boucle locale radio

Depuis quelques années, la convergence entre la technologie de connexion fixe par radio (Wifi par exemple) et la technologie de connexion mobile par radio (3G ou 4G) est apparente.

La différence entre la connexion mobile (3G, 4G, 5G) et fixe (Wifi, Bluetooth) vient de la coupure éventuelle lorsqu'on s'éloigne de l'antenne. Avec les G, on change juste d'antenne de façon totalement transparente.

Avec le Wifi, il faut trouver un nouveau réseau Wifi. Entre temps, ça coupe.

Pour la technologie mobile, le fournisseur d'accès à Internet est alors l'opérateur de téléphonie mobile.

Terminale-antenne-fibre optique-réseau du fournisseur

Sous conditions optimales :

  • Avec la 3G, le débit est compris entre 2 Mbit.s-1 dans sa première version et 40 Mbit.s-1 en utilisant les dernières évolutions. On obtient en gros l'ordre de grandeur de l'ADSL.
  • Avec la 4G, le débit réel est souvent compris entre 10 Mbit.s-1 et 80 Mbit.s-1 en fonction des modèles. La 4G utilise la technologie du paquet IP en routage.
  • Avec la 5G, le débit devrait encore augmenter et atteindre quasiement celui de la fibre en étant sous les meilleurs conditions.

✎ 05° A votre avis, que va provoquer l'augmentation du débit sur les smartphones ?

  • Une diminution globale du temps de téléchargement et donc d'échauffement du réseau ?
  • Une augmentation des "besoins" des utilisateurs (nouveaux services, augmentation de la qualité...) et donc une augmentation à terme du transfert ?

Comme vous le voyez l'augmentation du débit sur les appareils utilisateurs provoque depuis toujours une augmentation du débit global puisque les services utilisent alors la nouvelle capacité de l'appareil.

Comme pour le Web : au début, uniquement du texte, puis vient l'image et finalement la vidéo HD en directe...

Il conviendra donc d'avoir en groupe un débat sur l'utilité globale des services futurs en les comparant à leurs consommations énergétiques en hausse. Une vraie question...

Si on résume par un exemple :

  • La Box du client se connecte via la boucle locale au routeur local des clients de la zone
  • Ce routeur transmet le paquet IP au routeur le plus adapté du réseau du FAI
Exemple de connexion au FAI
Comment votre Box rejoint un routeur du FAI ?

Par contre, tenir compte des routeurs va vite devenir perturbant lorsqu'on va vouloir comprendre les liaisons entre FAI. Nous allons donc simplement représenter le réseau du FAI par un simple nuage.

Exemple de connexion au FAI
Comment votre Box rejoint un routeur du FAI ?

Vous savez maintenant comment votre Box et/ou votre smartphone se connectent à l'opérateur. Mais ensuite ?

2 - Les opérateurs de Transit

Fournisseur d'Accès à Internet (FAI) est l'un des types des sociétés faisant fonctionner Internet. Il s'agit des sociètés qui procurent un accès Internet à des individus et à des entreprises via la boucle locale notamment.

Le nom générique des sociétés faisant tourner Internet est Fournisseur du service Internet (FSI). On y trouve :

  • Les fournisseurs d'accès à Internet (FAI) (commerciaux comme Orange, Free, Bouygues Télécom... ou associatifs (FDN...))
  • Les gestionnaires de noms de domaine et d'addresses IP
  • Les fournisseurs de contenu et d’applications (FCA) (parmi les gros Amazon, Facebook, Google, Netflix, Microsoft...)
  • Les hébergeurs de contenu, de sites Web et de machines (datacenters) (Amazon Web services, Google Cloud, Microsoft Azure, OVH, Alwaysdata...)
  • Les opérateurs de transit IP

Opérateurs de transit IP ? Le travail de ces entreprises est d'utiliser leur réseau propre pour transporter les paquets IP des autres, contre rémunération. La plupart des FAI possèdent également leur propre réseau et peuvent donc également être des opérateurs de transit IP pour d'autres réseaux.

Les petits opérateurs paient les gros opérateurs pour faire transiter les paquets IP de leurs utilisateurs vers les zones qu'ils ne peuvent pas atteindre seuls. Cette opération technique et financière se nomme le transit. Sur l'exemple ci-dessous, les opérateurs 1-2-3 doivent payer le transit via l'opérateur 4 s'ils veulent émettre ou recevoir depuis les opérateurs 6-7.

Visualisation du transit
Exemple de transit d'IP (image réalisée avec Filius)

On peut classer les opérateurs de transit IP en trois grosses catégories :

  • Les opérateurs de niveau 1 possèdent un énorme réseau propre (la présence est souvent au moins à l'échelle d'un continent). Les opérateurs de cette catégorie ne paient aucun autre opérateur pour faire du transit. Par contre, ces gros opérateurs coopérent entre eux en s'échangeant leurs paquets IP. Cette opération technique se nomme le peering en anglais, interconnexion d'égal à égal en français.
  • Sur l'image ci-dessous, les réseaux 4 et 5 sont les opérateurs du transit IP du niveau 1 du schéma car ils ne paient personne pour faire le transit de leurs paquets.

    Exemple de structure type Internet possible
    Exemple d'interconnexion des réseaux (image réalisée avec Filius)
  • Les opérateurs de niveau 2 sont plus petits (ce qui ne veut pas dire qu'ils soient petits !). Pour que leurs clients puissent accéder à tout Internet, ils doivent payer le transit de leurs paquets IP à travers un opérateur de niveau 1. Ils peuvent également faire du peering avec d'autres opérateurs de niveau 2. Enfin, les opérateurs de niveau 3 peuvent les payer pour faire le transit de leurs paquets IP.
  • Sur l'image ci-dessous, l'opérateur 1 est de niveau 2 puisqu'il paie son transit vers l'opérateur 4 mais qu'il fait le transit des paquets IP du FAI 1. De plus, puisqu'il y a peering entre l'opérateur 1 et 2, l'opérateur 2 est considéré également comme un opérateur de niveau 2.

    Exemple de structure type Internet possible
    Exemple d'interconnexion des réseaux (image réalisée avec Filius)
  • Les opérateurs de niveau 3 sont les opérateurs qui ont besoin du transit via un autre opérateur et qui ne font pas de peering.
  • Sur notre image, le FAI 1 ou l'opérateur 3 sont des opérateurs de niveau 3.

Au final, l'internet mondial est rendu possible via ce grand nombre d'accords commerciaux entre toutes ces sociétés. Dans la mesure où le trafic qui transite sur un réseau peut être surveillé, la géopolitique vient habituellement se mêler aux considérations purement techniques ou commerciales.

Exercices pratiques (j'ai supprimé les routeurs pour que la figure sous moins encombrée).

06° Le client HTTP A veut joindre le serveur HTTP B. Le fournisseur d'accès A doit-il payer un fournisseur de transit IP de catégorie 1 pour réaliser la liaison ?

Exemple de structure type Internet
Interconnexion des réseaux (image réalisée avec Filius)

...CORRECTION...

Il y a un point d'interconnexion entre les opérateurs A et B. Le paquet IP n'a donc pas besoin de passer par le réseau E pour atteindre B.

07° Le client HTTP A veut joindre le serveur HTTP B. Le fournisseur d'accès A doit-il payer un fournisseur de transit IP de catégorie 1 pour réaliser la liaison ?

Exemple de structure type Internet
Interconnexion des réseaux (image réalisée avec Filius)

...CORRECTION...

Cette fois, le fournisseur d'accès A va avoir besoin d'un accord de transit avec le réseau E car il ne sait pas joindre C directement.

08° Cette structure de connexion est-elle plus une structure en arbre (tree) ou en étoile (star) ?

Différentes topologies possibles
Présentation des topologies (image libre de droit source Wikipedia)

...CORRECTION...

Nous avons bien affaire à une structure en arbre pour les liaisons entre les opérateurs de transit et les FAI.

Alors, connaissez-vous des sociètés de niveau 1 ou 2 ? Pas facile de répondre, n'est-ce pas ? Comme ces sociètés ne travaillent pas directement avec le public (c'est le travail des FAI), leurs noms ne disent pas grand chose au grand public.

Les opérateurs européens de niveau 1 du plus au moins important (du point de vue Tier 1) d'après la page de Wikipedia :

  • Telia Carrier (Suède) : beaucoup de liens en Europe, Amérique du NOrd et quelques liens vers l'Asie
  • Telecom Italia Sparkle - Seabone (Italie)
  • Telxius - Telefónica (Espagne) : beaucoup de liens avec l'Europe, l'Amérique du Sud et l'Amérique du Nord.
  • Orange - OpenTransit (France) : beaucoup de liens avec l'Europe, l'Amérique du Nord, l'Afrique, le Moyen-Orient et quelques liens vers l'Asie.
  • Deutsch Telekom (Allemagne) : beaucoup de liens avec l'Europe et l'Amérique du Nord

Les liens mènent si poosible à des cartes de leurs réseaux.

L'ensemble des réseaux des opérateurs de transit 1 de niveau 1 et 2 forme ce qu'on nomme l'épine dorsale d'Internet (ou Internet_backbone) en anglais. On peut voir cette énorme réseau comme l'autoroute d'Internet. Ce sont de gros réseaux en fibre optique permettant de faire passer de très grosse quantité d'informations.

Bien entendu, une bonne partie des opérateurs de transit de niveau 1 sont américains.

A titre d'exemple, voici la structure du réseau terrestre à large bande passante d'orange (en bleu)

Réseau fibre large bande d'Orange

✎ 09° En vous aidant de la carte, donner deux chemins qu'un paquet IP pourrait prendre partant de Toulouse pour rejoindre Lyon. Vous resterez sur le réseau bleu des fibres optiques terrestres.

Et où passe ce réseau en fibre optique à large bande passante ?

Il a fallu le construire et faire des trous... Beaucoup de ces câbles passent en réalité sur les autoroutes ou les lignes de chemin de fer. Il y avait déjà de belles lignes droites et la plupart du temps des tunnels capables de faire passer quelques tresses de câbles supplémentaires.

Cela permet de réduire les coûts.

Par contre, les zones qui ne contiennent pas ce genre d'infrastructure se retrouve souvent loin de ces câbles optiques. Il y a beaucoup plus de travail de génie civil à faire dans ce cas...

A côté de cela, on trouve le maillage des FAI et des boucles locales d'accès à Internet qui forme ce qu'on pourrait voir comme le réseau secondaire. Moins important que l'épine dorsale ? Pas vraiment. Les deux parties du réseau font partie du réseau Internet. Si l'une d'entre elles manque, pas d'Internet.

3 - Hébergeurs et Fournisseurs de contenu et d’applications (FCA)

Reste qu'Internet n'est pas composé que des FAI et des opérateurs de transit.

  • Les FAI permettent la liaison utilisateurs - Internet
  • Les opérateurs de transit permettent le transport des paquets IP à grande distance
  • Les hébergeurs et fournisseurs de contenu fournissent les documents et programmes sur lequel les utilisateurs désirent se connecter. Ben oui. Sans ça, pourquoi aller sur Internet ?

Alors, où se trouvent les machines et connexions des sociétés qui fournissent le contenu ?

La réponse est simple : au plus près de l'épine dorsale. Cela garantit que les utilisateurs auront accès rapidement au contenu.

A l'heure actuelle, toutes les entreprises de taille moyenne gèrent leur système informatique depuis un centre de données (datacenter en anglais). Les grandes entreprises ont même souvent plusieurs datacenters.

Contrairement à ce que le nom indique, ces batiments n'abritent pas que les données des sociètés mais également tout un tas d'ordinateurs permettant la gestion et la sécurité du réseau interne et procurant une puissance de calcul énorme.

Et comment font les sociètés qui ne sont pas capables ou ne veulent pas gérer un tel centre ? Elles passent par des prestataires de service qui dispose de leurs propres centres et qui peuvent en louer des parts.

Enjeu commercial dans les années futures, il existe trois tailles de centres de données, offrant avantages et inconvenients :

  • Les centres énormes centralisent tout. Peu nombreux, ils nécessitent une bande passante énorme. Ces structures sont prévilégiées par les géants du numérique (Amazon et Google en tête). Ne disposant pas d'un maillage sur le territoire, il leur suffit de garantir deux liaisons vers leur centre.
  • Des centres plus nombreux et un peu moins grands sont privilégiés par les opérateurs de transit qui disposent justement du réseau permettant de bien supporter le trafic vers ces centres.
  • Enfin, des centres encore plus petits mais plus nombreux sont privéligiés par les opérateurs de télécommunications qui eux possèdent une maillage énorme sur tout le territoire.

10° Y-a-t-il des risques à placer les données et programmes des sociétés d'un pays entre les mains d'une société d'un autre pays ?

...CORRECTION...

Bien entendu, les sociétés sont en théorie des entités indépendantes de leur propre pays. Néanmoins des intérêts communs ou des contraintes exercées par les pays peuvent contraindre les sociétés à ne plus être si indépendantes que cela.

L'espionnage industrielle ou la perte de compétences en gestion de réseaux sont donc des choses à avoir clairement en tête.

Est-il vraiment prudent d'avoir des ordinateurs contenant des informations cruciales tournant sur un système d'exploitation fermé dont on n'a pas accès au code source (et dont on ne peut donc pas garantir le fonctionnement exact), de stocker des informations critiques ou secrètes dans des centres contrôlés par les géants américiains du numériques. Bien qu'ils se défendent du contraire, il est évident qu'il existe des liens d'inérêts entre Google et les USA ou Huawei et la Chine.

4 - Interconnectivité

Comme dans le monde physique où les sociétés sont surtout présentes dans les métropoles, les sociétés numériques se sont regroupées autour d'infrastructure physique qu'on nomme un Internet eXchange Point (IX ou IXP). Ces centres permettent à plusieurs sociétés liées à Internet d'échanger leurs paquets IP.

Les FAI, les opérateurs de transit, les hébergeurs et les fournisseurs de contenu se regroupent donc sur ces lieux qui facilitent l'interconnectivité.

Sinon chacun devrait tirer sa fibre optique jusqu'à chacun des autres...

L'idée ici est d'offir une infrastructure locale commune où un grand nombre de sociétés peuvent faire du peering. La vitesse de transfert peut atteindre 100 Gb.s-1.

Exemple d'IPX
Exemple d'interconnexion via IPX (image réalisée avec Filius)

11° Cette structure de connexion est-elle plus une structure en arbre (tree) ou en étoile (star) ?

Différentes topologies possibles
Présentation des topologies (image libre de droit source Wikipedia)

...CORRECTION...

Nous retrouvons ici une structure en étoile.

Quelques IXP en France :

5 - Câbles sous-marins

Maintenant que vous avez une bonne idée du fonctionnement global d'Internet, tant au niveau gloval avec les opérateurs de niveau 1 qu'au niveau local avec les IPX, il est temps de voir comment on parvient à faire communiquer les continents entre eux.

Pour le réseau terrestre, il est assez facile pour un pays et ses entreprises de garantir la sécurité des centres de communications. Quand les paquets IP quittent le territoire, c'est autre chose...

L'histoire des câbles sous-marins ne date pas d'Internet mais du télégraphe. Encore une fois, les sociétés de télécommunications vont donc être très présentes dans ce secteur.

La première utilisation stable d'un tel câble date de 1851 ! Posé et réalisé par les frères Brett, ce câble a permis de relier par télégraphe les bourses de Londres et Paris à l'aide d'une liaison sous-marine entre le cap Gris-Nez, en France, et le cap Southerland, en Angleterre. L'information transitait en moins d'une heure contre 3 jours auparavant. 40 ans de fonctionnement. Pas mal.

La première liaison
Première liaison télégraphique par câble sous-marin (CC BY-SA par Idarvol sur Wikipedia)

Napoléon III va accorder 1953 une seconde concession aux frères Brett : la Corse et l'Algérie sont alors également reliées à la France continentale par ce type de câble.

La première liaison transatlantique durable date de 1866 et relie Terre-Neuve (au Canada mais alors colonie britannique) à Valentia (en Irlande). Ce premier câble marquera jusqu'à l'heure actuelle la prédominance du Royaume Uni (et des USA) sur les liaisons transatlantiques.

L'Empire Britannique comprend rapidement la puissance qu'apporte un tel réseau de communication. Il va créée un énorme réseau qui se nommera plus tard All Red Line :

All Red Line
Les liaisons de la All Red Line en 1902 (image Libre de droit)
  • En 1870 Londres est relié à Bombay
  • En 1871, c'est Hong Kong
  • En 1872, la liaison a atteint l'Australie

Pour l'anecdote, la France fit plusieurs tentatives de liaisons directes entre son territoire et les USA mais la malchance et les dégradations dues aux guerres ne leur permirrent jamais de durer bien longtemps.

A partir de 1902, c'est l'apparition des lignes transpacifiques. D'abord entre l'Australie et le Canada (en rouge sur la carte ci-dessus) puis entre la Californie et Manille.

Un très grand nombre de câbles télégraphiques va alors être disponibles.

La prochaine grande évolution date de 1956 avec la mise en route du premier cable téléphonique transatlantique. Il se nomme TAT-1 et il y aura beaucoup de TAT par la suite...

En 1988 apparaît TAT-8, le premier câble transatlantique en fibre optique. Ce câble va révolutionner la communication mondiale par deux avancées : la vitesse de la fibre et surtout la légèreté de sa pose. Les câbles en cuivre pèsent bien plus lourd que ceux en fibre optique.

Pour avoir une vision globale de ces câbles à l'heure actuelle, vous pouvez utiliser le site https://www.submarinecablemap.com/ dont les images ci-dessous sont tirées.

Le réseau mondial de câbles sous-marins
Capture d'écran 2020 de la carte google map présente sur le site www.submarinecablemap.com

✎ 12° Utiliser le site ci-dessous. Vous pouvez cliquer sur l'un des points blancs qui constitue un point de jonction des câbles avec le réseau terrestre.

Par quel pays d'Europe passe majoritairement les liaisons transatlantiques Europe - Amérique du Nord ?

Les transatlantiques
Capture d'écran 2020 de la carte google map présente sur le site www.submarinecablemap.com

Cela fait bien longtemps que les communications font l'objet de l'attention des militaires et des services de renseignements.

En réalité, depuis la pose des premiers télégraphes, les nations en guerre ont toujours commencé par tenter d'espionner ou de couper les communications des ennemis.

Pendant la première guerre mondiale, la deuxième guerre mondiale et la guerre froide, des nombreux câbles ont subi des dégradations volontaires ainsi que des écoutes massives.

Par exemple, ces dernières années, des tensions sont apparues lors des affaires suivantes :

  • En 2012, Edward Joseph Snowden, ancien employé de la CIA et de la NSA va dénoncer le programme massif de surveillance des communications par les USA. Il montrera notamment à quel point les gouvernements américains et britanniques espionnent les communications arrivant sur les HUB de câbles sous-marins.
  • Depuis 2012, la Chine intensifie ses efforts pour créer son propre réseau de communication vers l'Afrique, le Moyen-Orient et l'Europe à travers les câbles SeaMeWe. Le SeaMeWe3 atteint 39 000 km. La société chinoise Huawei installe notamment un nombre important de nouveaux cables, devenant un acteur mondial du secteur.
  • En 2014, le gouvernement du Brésil décide de conclure un marché avec l'Europe pour installer un cable sous-marin entre Amérique du Sud et Europe, sans surveillance américaine de bout en bout.
  • En 2017, le gouvernement américain interdit le déploiement d'un nouveau câble transpacifique entre USA et l'Asie. En effet, l'alliance de gestion fut créée initialement par Facebook, Google et une société de Hong-Kong mais qui sera vite transformée en société purement chinoise, basée à Pekin (Beijing).

Nous pourrions en mettre beaucoup d'autres : les états sont pleinement conscients de l'enjeu que représente la maîtrise d'un système de communication.

On sait par exemple que les états-unis possèdent quelques sous-marins capables d'écouter les communications à travers les câbles sous-marins. 80% du trafic mondial passe par les états-unis. Les GAFAM sont américains.

Pour autant, la situation est complexe. Les USA sont certes en position dominante sur le secteur, mais les autres acteurs ne sont pas tous pour autant des alliés objectifs. Bref, il faudra bien plus qu'un paragraphe ou deux pour expliquer correctement les enjeux.

Les GAFAM sont d'ailleurs des acteurs majeurs de tout ceci. Ces sociétés possèdent désormais des moyens qui dépassent ceux de beaucoup d'états. Pourquoi en parler ici ? Simplement car elles sont en train de se créer leur propre réseau de câbles. Cela leur permet en effet de relier leurs datacenters entre eux sans pour autant dépendre d'autres acteurs privés.

13° Utiliser le site https://www.submarinecablemap.com/ pour faire une recherche sur le câble partant de Saint-Hilaire, en France.

Cliquer sur le point de Saint-Hilaire, puis cliquer à droite sur son nom : Dunant.

Répondre alors aux question suivantes : quelle est sa longueur ? Où va-t-il ? A qui appartient-il ?

Le câble de Saint-Hilaire
La connexion de Saint-Hilaire (google map sur www.submarinecablemap.com)

...CORRECTION...

Nous obtenons ceci :

Le câble Dunant
Le câble DUNANT de Saint-Hilaire (google map sur www.submarinecablemap.com)

Le câble fait donc 6400 km, soit le rayon de Terre.

Il relie Saint-Hilaire en France à Virginia Beach aux USA.

Ce câble est la propriété de Google.

En réalité, Orange a également participé à l'élaboration de ce câble. Pourquoi ? Pour gagner le droit d'utiliser 2 des 12 paires de liaisons en fibres optiques. A hauteur de 30 Tb.s-1 par paire, on comprend mieux. Google dispose donc de 10 autres pour relier ses datacenters de chaque côté de l'Océan Atlantique.

Pour information, la dernière installation de fibre transatlantique partant de la France datait de 2001 : le câble TAT-14 permet de faire passer 8 Tb.s-1. Pas grand chose par rapport aux 30 que vient de gagner Orange en 2020.

En quoi cela pose-t-il problème ? Orange, Microsoft et Facebook sont déjà d'énormes sociétés du côté Fournisseur du Contenu et d'Application. Elles sont en train de devenir des acteurs indépendants du transit de leurs paquets IP. Il ne leur reste qu'à racheter quelques FAI et elles auront la maîtrise totale de la connexion, du client jusqu'au serveur.

Voilà pour la situation aujourd'hui. Les USA sont toujours majoritaires sur la gestion d'Internet mais d'autres états et des sociétés privés ayant le pouvoir financier d'états poussent leurs points sur l'échiquier.

6 - Le trafic de données sur Internet

Nous avons donc vu que le débit augmente chez les utilisateurs finaux avec l'augmentation des capacités des boucles locales.

Nous avons vu que les capacités globales de communication augmentent dans le monde avec l'augmentation importante de la pose de câbles sous-marins et la création de réseaux terrestres.

Et du coup, la consommation mondiale augmente, toujours à cause de l'effet réseau  Plus d'utilisateurs + Plus de vitesse de connexion = Plus de potentiels d'utilisation et donc une agmentation des besoins.

Pour exprimer le transfert mondial d'informations sur Internet, il vaut mieux utiliser une nouvelle unité  l'Exa.

Rappel sur les sous-unités
  • Kilo : 1 ko = 1000 o = 103 o
  • Mega : 1 Mo = 1000 ko = 106 o (un million)
  • Giga : 1 Go = 1000 Mo = 109 o (un milliard)
  • Tera : 1 To = 1000 Go = 1012 o, soit mille milliards d'octets
  • Peta : 1 Po = 1000 To = 1015 o, soit un million de milliards d'octets
  • Exa : 1 Eo = 1000 Po = 1018 o, soit un milliard de milliards d'octets

Et voici maintenant le transfert approximatifs d'octets sur Internet depuis quelques années :

  • En 2014 : 90 Eo
  • En 2015 : 110 Eo
  • En 2016 : 135 Eo
  • En 2017 : 160 Eo
  • En 2018 : 200 Eo
  • En 2019 : 250 Eo

14° Calculer le taux d'accroissement de 2014 à 2015.

On l'obtient en calculant :(Valeur finale - Valeur initiale) / Valeur initiale.

...CORRECTION...

On calcule le taux avec (110-90)/90.

On obtient 0.2222.

Le taux d'accroissement du trafic mondial sur Internet est donc de 22% sur un an.

✎ 15° Calculer maintenant les taux d'accroissement de 2015 à 2016, de 2016 à 2017, de 2017 à 2018 et de 2018 à 2019.

16° En partant des données de 2019 et en imaginant une croissance de 24% par an, estimer le trafic global en 2025. Le comparer au trafic de 2019.

...CORRECTION...

On part des 250 Eo de 2019.

En 2020, on obtient 250*1.24 = 310 Eo.

En 2021, on obtient 310*1.24 = 384 Eo.

En 2022, on obtient 384*1.24 = 476 Eo.

En 2023, on obtient 476*1.24 = 590 Eo.

En 2024, on obtient 590*1.24 = 732 Eo.

En 2025, on aurait alors 732*1.24 = 908 Eo.

On calcule le rapport : 908 / 250, soit 3.6, presque 4.

Si la tendance reste la même, le trafic global sur Internet devrait donc être multiplié par 4 d'ici 2025. Or ce trafic n'est pas totalement écologiquement neutre : les câbles sont à changer régulierement, les serveurs et vos terminaux sont créés à partir de métaux rares qui sont extraits du sol dans des conditions souvent douteuses, les serveurs chauffent et doivent être refroidis par des systèmes de ventilation qui consomment eux-mêmes...

Or actuellement (en 2020), 60% du trafic Internet est lié au streaming vidéo.

La société civile va donc devoir se positionner à un moment par rapport à cette consommation qui va croissant et qui participe comme toute autre consommation au réchauffement climatique.

En 2018, la consommation énergétique des réseaux s'élèvait approximativement à 5% de l'empreinte carbone mondiale. Les datacenters consommaient 400 GW, soit 400 tranches de centrales nucléaires.

En conclusion, des recherches de solutions d'optimisations énergétiques commencent à apparaître et on cherche à diminuer fortement la consommation énergétique sur les parties du réseau les moins efficaces pour l'instant, à savoir les équipements terminaux (ordinateurs personnels, smartphones...).

✎ 17° Question ouverte pour la fin : et vous, que pourriez-vous faire à votre avis pour diminuer votre consommation énergétique numérique sur Internet ? Que pensez-vous que les professionnels pourraient faire de leur côté ?

Si vous n'avez pas d'idée ou si le sujet vous intéresse, vous pouvez suivre le lien suivant qui mène à un article du CNRS qui traite de la question.

Article du CNRS

Voilà, nous en avons terminé avec Internet en SNT.

Nous en reparlerons néanmoins encore un peu dans deux autres thèmes :

  • Dans la partie Données structurées, nous reparlerons du coût énergétique du stockage des données
  • Dans la partie Objets Connectés, nous parlerons connectivité et Internet des Objets (et donc de la 5G par exemple)

Activité publiée le 24 05 2020
Dernière modification : 24 05 2020
Auteur : ows. h.