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Introduction aux rseaux informatiques

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B. Cousin - ESIR -Universit Rennes I 15

Chapitre 1 : Introduction aux rseaux informatiques

Z:\Polys\Internet RES0\01.Intro.fm - 23 janvier 2013 09:27

Plan

- 1. Introduction p16

- 2. Structure des rseaux informatiques p17

- 3. Les supports de communication p19

- 4. Caractristiques de la liaison p20

- 5. Grandeurs caractristiques p27

- 6. Le modle de rfrence OSI p31

- 7. Conclusion p38

Bibliographie

- G. Pujolle, Cours rseaux et tlcoms (avec exercices), Eyrolles, 2004.

- J. Kurose, K. Ross, Analyse structure des rseaux, Pearson Education, 2003.

- C. Servin, Rseaux et Tlcoms (avec exercices), Dunod, 2006.

- S. Lorier, A. Quidelleur, Le rseau Internet, Dunod, 2010.


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1. Introduction

1.1. Dfinition

La tlinformatique est la science des mthodes, des techniques, des quipements permettant

lchange dinformations numriques entre plusieurs systmes informatiques.

des mthodes

des techniques

des quipements

transmission dinformations numriques

entre plusieurs systmes informatiques

Tlcommunication :

domaine o les systmes communicants ne sont pas ncessairement informatiques : traitement

du signal, transmission analogique, etc.

Applications informatiques rparties

domaine o les caractristiques des quipements et les phnomnes survenant lors de transmis-

sion sont masques.

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2. Structure des rseaux informatiques

2.1. Le but dun rseau informatique

Transmettre des donnes numriques entrequipements informatiques

2.2. La structuration physique Trois types dlments :

- les supports de communication(cble, fibre optique, liaison radio, etc.)

- lesquipements dinterconnexion (noeud, routeur, pont,passerelle, etc.)

- les quipements terminaux(ordinateur, station de travail, serveur, priphrique, etc.)

X4

X5X1

X3

H1H6

H5

H7

H8H4

H2

H3

support de

Rseau

X2 un routeur

H6 une station

X2

communication


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2.3. Quelques topologies dinterconnexion

Toutes les combinaisons sont possibles !

Quelques critres de slection des topologies : fiabilit, simplicit, evolutivit, etc.

linaire

annulaire

mailletoile

arborescente

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3. Les supports de communication

Trois types dagents de communication (physique) :

- llectron

- les ondes lectromagntiques

- le photon

Deux grandes classes de supports de transmission :

- les supports guide physique

. les paires torsades, les cbles coaxiaux, les fibres optiques, etc.

- les supports sans guide physique

. les ondes hertziennes, radio-lectriques, ultraviolettes, lumineuses, infrarouge, ...

Les supports :

- la paire mtallique

- le cble coaxial

- la fibre optique

- les liaisons radio (faisceaux hertziens et autres)


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4. Caractristiques de la liaison

Une liaison est une vision logique utilisant un ou plusieurs supports de communication. On veut

souvent commuiquer dans les deux sens.

4.1. Type de communication de la liaison

unidirectionnelle (simplex)

bidirectionnelle lalternat (half duplex)

bidirectionnelle (full duplex)

La plupart des liaisons utilisent deux supports de communication : un dans chaque sens, chacun

des supports tant utilis unidirectionnellement (par exemple : 2 paires mtalliques).

A B

temps

A B

temps

A B

temps

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4.2. Le mode de communication de la liaison

Mode point--point (bi-point) : les deux quipements sont interconnects directement via une

mme et unique liaison.

- linterconnexion de plus de deux quipements ncessite des quipements intermdiaires

Mode multipoint: plusieurs quipements sont interconnects directement via une mme et unique

liaison

- les informations envoyes par un quipement sont reues par tous les autres quipements

- conflit daccs au support, identification du destinataire

- exemple : les rseaux locaux

liaison bipointZ Y

W X

DA E

statio

nA

stationB

liaison multipoint

station

C

station

B

station

A

station

D

statio

nA s

tationB

statio

nC

statio

nD

liaison multipoint en anneau


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4.3. Multiplexage dune liaison

4.3.1 Efficacit :

- Partage dune mme liaison entre plusieurs canaux simultans.

Deux types de multiplexage :

- Frquentiel(FDMA : Frequency division multiple access) :

. rpartition en frquence,

. adapt aux transmissions analogiques.

- Temporel(TDMA : Time division multiple access):

. rpartition en temps,

. plus souple/adaptatif,

. plus adapt aux transmissions numriques.

frquence

temps

canal 1

canal 2

canal 3

canal 4

frquence

temps

trame

bandesde garde

larg

eurde

la

bande

passante

IT : intervalle de temps

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4.3.2 Les deux types de multiplexage temporel

- Statique

. laccs au canal est rserv, priodique.

. un intervalle de temps (IT) est implicitement et priodiquement rserv pour chaque

canal. Les IT non-utiliss sont perdus.

. une trame est forme dIT. Un IT au moins pour chacun des canaux.

. ex : MIC (modulation par impulsions codes)

. une trame de 30+2 octets toutes les 125 s, lIT est gal un octet

. un canal = 1 octet toutes les 125 s => 64 Kbit/s

- Dynamique

. le multiplexage est adaptatif,

. le nombre dIT attribus un canal dpend du besoin (il peut tre nul)

frquence

temps

tramefrquence

temps

trame IT IT

Multiplexage temporel statique Multiplexage temporel dynamique


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4.3.3 Le multiplexage temporel dynamique

Le nombre dIT attribus un canal dpend du besoin

Lidentification de lattribution de lIT un canal est souvent explicite.

. surcot d aux informations de contrle

. complexit d au traitement des demandes

Si on augmente encore la souplesse dans la gestion du multiplexage temporel

- la longeur de la trame est variable

- la liaison est multipoint. le nombre dquipements interconnects est suprieur 2

- => Mthode daccs au rseau local,par ex. Ethernet.

. sans pr-rservation :risque de collisions !

frquence

temps

tramefrquence

temps

trame IT

Multiplexage temporel statique Les trames dans un rseau local

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4.4. Techniques de commutation

La commutation est ncessaire lorsquune communication emprunte successivement plusieurs

liaisons. Les quipements intermdiaires associent une liaison (entrante) une autre liaison (sortante)

parmi celles disponibles.

Trois grandes techniques de commutation (dfinies par lunit de commutation) :- Commutation de circuits(procd analogique) :

. lensemble des liaisons (le circuit) utilises pour une communication est rserv cette

communication pendant toute sa dure.

. indpendance vis--vis de la technique de modulation.

- Commutation de messages(procd numrique) :

. la communication est constitue de messages. Une liaison nest utilise par une com-

munication que pendant les priodes de transmission de ses messages. Dautres mes-

sages appartenant dautres communications peuvent utiliser les mmes liaisons lors de

cette communication.- Commutation de paquets(procd numrique) :

. mme principe.

. cependant les messages sont constitus dune succession de paquets dont la taille est

parfaitement adapte la transmission.


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- Optimisation :

. paralllisation du traitement grce aux diffrents quipements intermdiaires

. dpend du nombre dquipements intermdiaires

message

1 message ou2 paquets

commutateur X

commutateur Y

Emetteur Rcepteurcommutateur X

commutateur Y

Emetteur Rcepteur

Gain

temps

Emetteur Rcepteur

X YEmetteur Rcepteur

X Y

1

1

1

2

2

2

paquet

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5. Grandeurs caractristiques

5.1. Dbit

Unit : bit/s

Dbit nominal : vitesse de transmission du support (dbit brut)- exemple : Ethernet 100 Mbit/s

Dbit utile : dbit nominal moins le dbit affect au contrle de la liaison

- exemple : une trame Ethernet de 64 octets possdant un entte de 18 octets est mise 100

MBit/s, le dbit utile sera de (64-18)/64 * 100 Mbit/s = 71,875 Mbit/s

Evolution : Mbit/s => Gbit/s

Exemples :

- RTC (+modem) : 56 Kbit/s, jusqu 8 Mbit/s (ADSL) => 20 Mbit/s (avec ADSL2+)

- Ethernet : 10, 100 Mbit/s, 1 GBit/s => 10 Gbit/s

- ATM : 25, 155, 620 Mbit/s => 2,5 Gbit/s


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5.2. Dlai

Unit : s

Dlai de propagation (Dp): loignement (L), dlai ds aux quipements intermdiaires (Di), vitesse

de propagation (V)

Dure de transmission (Dt): quantit de donnes (Q), dbit (D)

- ;

Temps daller-retour (transmission + propagation + traitements) *2, si les traitements et la liaisonsont symtriques !

Exemples : moins d1 ms sur les rseaux locaux, env. 100 ms sur les rseaux internationaux

Dp L V Di

i N

+= Dt Q D=

dlai de propagation

temps daller-retour

dure de transmission

temps

station A station B

paquet

dure du traitement du rcepteur

dure du traitement de lmetteur

acquittement

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5.3. Taux derreurs

BER (Bit error rate)

- probabilit quun bit soit erron pendant la transmission

Dpend de la qualit de la transmission, de la charge du rseau, etc.

Exemples :

- 10-3= trs mauvaise liaison

- 10-13= rseau de faible tendue avec un support de trs bonne qualit et un environnement

contrl.

PER (Packet error rate)

- probabilit quun paquet soit erron lors de la transmission

- dpend du BER, de la longueur des paquets, de la forme des erreurs.

Autres taux derreurs :

- taux derreur du message (un message = plusieurs paquets)

- taux dtablissement de la connexion

- taux de disponibilit : MTBF (Mean Time Between Failure)


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5.4. Diffrents types de rseaux

Ces valeurs ne sont donnes qu titre indicatif, lvolution des techniques les fait progresser tous les jours

Quelques acronymes : LAN, MAN & WAN (Local, Metropolitan or Wide area networks).

Critres Bus interne Rseau localRseau

dinterconnexion

Utilisationpersonnelle

(machine)

entreprise

(btiment)

nationale

(internationale)

Mode de commutation

sans sans

(sauf pont)

par paquets

(quipements

intermdiaires)

Type de transmission parallle srie srie

Etendue 10 m 1 km 10000 km

Dbit 1 Tbit/s 10 Gbit/s 100 Mbit/s

Dlai 1 ns 1 ms 100 ms

Taux derreurs (BER) - 10-12 10-8

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6. Le modle de rfrence OSI de lISO

6.1. Prsentation

Norme de description de larchitecture gnrale des rseaux informatiques:

- LOSI = Open Systems Interconnection : reference model.

- appel le modle en 7 couches.

Les noms de la norme :

- ISO : IS 7498

- IUT-T (ex-CCITT) : X200

- AFNOR : NF.Z.70.001


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6.2. Architecture gnrale du modle OSI

Le modle OSI possde sept couches

Le modle dcrit simplement ce que chaque couche doit raliser (le service), les rgles et le format

des changes (le protocole), mais pas leur implantation.

Notamment, les valeurs de certains paramtres ou certaines heuristiques sont pas dtermines :

- ex : valeur du MSS de TCP, variantes Reno ou Taho de TCP, nombre maximal de retrans-

mission (peuvent parfois tre modifies par ladministrateur)- cependant la plage des valeurs admissibles ou lenveloppe du comportement le sont.

Physique

couches

Liaison de donnes

Rseau

Transport

Session

Prsentation

Application

nom des units de

donnes changes

A-PDU

P-PDU

S-PDU

T-PDU (Message)

N-PDU (Paquet)

L-PDU (Trame)

Bit

protocole dApplication

protocole de Prsentation

protocole de Session

protocole de Transport

systme intermdiaire

coucheshautes

couches

basses

systme dextrmit

support physique dinterconnexion

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6.3. Les sept couches du modle OSI

6.3.1 La couche Physique (couche 1)

Fournit les moyens mcaniques, optiques, lectroniques, fonctionnels et procduraux ncessaires

lactivation, au maintien et la dsactivation des connexions physiquesncessaires la transmission

de trains de bits.

Note : les systmes sont interconnects rellement au moyen de supports physiques de communi-

cation. Ces derniers ne font pas partie de la couche Physique.

6.3.2 La couche Liaison de donnes (couche 2)

Assure la transmission dinformations entre (2 ou plusieurs) systmes immdiatement adjacents.

Dtecte et corrige, dans la mesure du possible, les erreurs issues de la couche infrieure. Les objets

changs sont souvent appels trames("frames").

6.3.3 La couche Rseau (couche 3)Achemine les informations travers un rseaupouvant tre constitu de systmes intermdiaires

(routeurs). Les objets changs sont souvent appelspaquets("packets").


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6.3.4 La couche Transport (couche 4)

Assure une transmission debout en boutdes donnes. Maintient une certaine qualit de la trans-

mission, notamment vis--vis de la fiabilit et de loptimisation de lutilisation des ressources. Les ob-

jets changs sont souvent appels messages(de mme pour les couches suprieures).

6.3.5 La couche Session (couche 5)

Fournit aux entits cooprantes les moyens ncessaires pour synchroniserleurs dialogues, les in-

terrompre ou les reprendre tout en assurant la cohrence des donnes changes.

6.3.6 La couche Prsentation (couche 6)

Se charge de la reprsentationdes informations que les entits schangent. Masque lhtrogni-

t de techniques de codage utilises par les diffrents systmes.

6.3.7 La couche Application (couche 7)

Donne aux processus dapplication les moyens daccder lenvironnement de communication de

lOSI. Comporte de nombreux protocoles adaptsaux diffrentes classes dapplication.

Note : les fonctionnalits locales des applications proprement dites sont hors du champ de lOSI

donc de la couche Application !

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6.3.8 Conclusion

Notions prsentes : couche, protocole, service.

Les trois premires couches constituent les couches basseso les contraintes du rseau sont per-

ceptibles. Fonctions lmentaires spcialises dans la transmission.

La couche Transport est une couche charnire, dadaptation ou intermdiaire, associe le plus sou-vent aux couches basses.

Les trois dernires couches constituent les couches hauteso les contraintes de lapplication sont

perceptibles. Fonctions complexes et variables adaptes aux traitements applicatifs.

Attention: La norme stipule clairement quil sagit dun modle de rfrence et par consquent,

suivant le contexte dans lequel on se trouve et les besoins de communication, certaines fonctionnalits

de certaines couches peuvent ne pas tre utilises (protocoles alternatifs, classes de protocole, options,

etc.).


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7. Conclusion

Le but de la tlinformatique est de masquer les caractristiques de la communication : la topolo-

gie, les quipements intermdiaires, les limitations des supports physiques, lhtrognit des stations

et celle des applications, etc.

La tlinformatique ne se limite pas uniquement aux caractristiques physiques de la communica-

tion, elle propose des services de traitements rpartis et de communication de donnes : fiabilit, co-

hrence, chiffrement (cryptage), authentification, intgrit, etc.

Quelques problmes rsoudre :

- adaptation du signal au support

- contrle des erreurs de transmission

- accs au support de communication

- contrle de flux

- technique de routage

- prservation de lordre

- contrle de congestion

- reprsentation des informations

- etc

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