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Cours Réseaux

Université de Perpignan

Chapitre 1 - Introduction

Page web du cours : http://perso.univ-perp.fr/christophe.negre/Enseignements/Reseau

Ouvrage de référence: Analyse Structurée des Réseaux, J. Kurose & K. Ross, Pearson Education, 2002

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Chapter 1: Introduction

Objectifs du chapitre: Avoir une “idée” générale

de ce qu'est un réseau informatique.

Plus de profondeur, de détails seront présentés plus tard dans le cours.

Nous utiliserons Internet comme exemple

Grandes lignes du cours: Qu'est ce que l'internet

Quesqu'un protocole?

Coeur de réseau, réseaux d'accès

Accès au réseau et aspects matériels

Internet/ISP structure

Performance: perte, délai

Les couches de protocoles

Historique des réseaux

Modèle de réseau

Ouvrages de référence

Analyse structurée des réseaux, J. Kurose & K. Ross, Pearson Education, 2002

Unix, Programmation et communication, J-M Rifflet & J-B Yunès, Dunod, 2003

Le Réseau Internet, Des services aux infrastructures, S. Lohier et A. Quidelleur, Dunod, 2010.

Réseaux, A. Tanenbaum, Pearson Education, 2003.

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Chapitre 1: Plan

1.1 Qu'est ce que l'internet

1.2 Terminaux

1.3 Coeur de réseau, réseaux d'accès

1.4 Accès au réseau et aspects materiels

1.5 Internet/ISP structure

1.6 Performance: perte, delai

1.7 Les couches de protocoles

1.8 Historique des réseaux

Internet c'est quoi ?

Des millions d'utilisateurs (clients ou hôtes)

Des applications

Des moyens de communication important (fibre optique, radio, satellite)

Des routeurs qui transmettent l'information sur le réseaux

Fournisseur d'internetlocal

Réseaux d'entreprise

FournisseurRégional

routeur hôteserveur ordinateur portable

Internet c'est quoi ?

Un réseau de réseaux (intranet, faible hiérarchie, privé et publique)

Des protocoles pour envoyer/recevoir des informations (TCP, IP, HTTP, FTP...)

Permet la communication entre applications (www, email, jeux, partage de fichier ...)

Fournisseur d'internetlocal

Réseaux d'entreprise

FournisseurRégional

routeur hôteserveur ordinateur portable

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Internet c'est quoi?: point de vue des services

Les infrastructures de communication permettent des applications distribuées:

● Web, email, jeux, e-commerce, partage de fichier

Services de communication à disposition des applications:

● Sans connexion et non-fiables● Orientés connexion et fiables

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Un protocole c'est quoi?

protocoles humains: “quelle heure est-t-il?” “J'ai une question” présentations

… messages spécifiques envoyés

… actions spécifiques sont effectuées quand un message est reçu

protocoles réseaux: machines plutôt que des

humains Toute activité de

communication Internet est gerée par des protocoles.

Les protocoles définissent des formats, des ordres

sur les messages envoyés et reçus sur le réseau et sur les actions

engendrées.

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Un protocole c'est quoi?

Comparaison entre protocole humain et protocole machine:

Bonjour

Vous avezl'heure?

2:00

Requete TCP De connexion

Reponse TCP de connexion

Get http://www.awl.com/kurose-ross

<fichier>

temps

Bonjour

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux

1.3 Coeur de réseau






Structure d'un réseau

Des feuilles : applications and terminaux

Des noeuds: ● routeurs

Des arretes moyen de communication (cable, ondes)

Les feuilles

Les ordinateurs connectés sont des hôtes ou terminaux,

Les serveurs hébergent de l'information

Les clients se connectent au serveur pour obtenir de l'information

Notion d'application client/serveur Service orienté connexion, avec

poignée de mainexemple : TCPapplications : HTTP, telnet

Service sans connexionexemple : UDPapplications : téléphonie, streaming

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Service orienté-connexion

But: transfert de données entre terminaux

Poignée de main: préparation pour le transfert de données

● Bonjour, bonjour dans le protocole humain

● établissement de connexion dans les deux terminaux

TCP - Transmission Control Protocol

● Service orienté connexion d'Internet

TCP service [RFC 793] fiable, transfert dans l'ordre

d'un flux d'octet ● perte: accuse de reception et

retransmissions controle de flux:

● L'expediteur ne submergera pas de donnees pas son destinataire

Controle de congestion :

● L'expediteur ralentit quand le reseau est embouteille

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Service orienté sans connexion

But: transfert de données entre terminaux

● Pareil que pour le cas precédent!

UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:

● sans-connexion ● Transfert de données

non fiable● Pas de contrôle de flux● Pas de contrôle de

congestion

Applications utilisant TCP: HTTP (Web), FTP (file

transfer), Telnet (remote login), SMTP (email)

Applications utilisant UDP: Streaming video ou audio,

teleconference, DNS, Telephone internet

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux


1.4 Accès au réseau et aspect materiel





Le coeur du réseau

Question : Comment les données sont acheminées d'un point à un autre ?

Commutation de circuits

Commutation par paquets

Commutation de circuits

Les ressources sont réservées d'un bout à l'autre pour transmettre l'information.

Ressources dédiées : pas de partage

Avantage : performance garantie Inconvénient : sous-utilisation du

réseaux

Multiplexage : les ressources sont partagées (ex : bande passante)

Partage de fréquence Partage de temps

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Coeur du réseau: commutation de circuits

Resources réseau (e.g., bande passante) divisées en plusieurs “tranches”:

tranches allouées aux appels téléphoniques

Tranche de ressource gaspillée si elle n'est pas utilisée par l'appel téléphonique (pas de partage)

Division de la bande passante en 'tranches” Division par

fréquence(FDM) Division par temps (TDM)

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Commutation de circuits: FDM et TDM

FDM

fréquence

temps

TDM

fréquence

time

4 utilisateurs

Exemple:

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Exemple numérique

Question: combien de temps ca prend pour envoyer un fichier de 640kbits de A à B sur un réseau à commutation de circuit?

● Toutes les connexions sont de 1.536 Mbps● Chaque connexion utilise un TDM with 24 slots/sec● Et il faut 500 msec pour établir le circuit de bout en bout.

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Exemple numérique

Question: combien de temps ca prend pour envoyer un fichier de 640kbits de A à B sur un réseau à commutation de circuit?

● Toutes les connexions sont de 1.536 Mbps● Chaque connexion utilise un TDM with 24 slots/sec● Et il faut 500 msec pour établir le circuit de bout en bout.

Solution:● Nombre de bit transmis durant 1 slot:

(1.536 * 10^9)/24 = 6.4 * 10^7 bits

● Temps de transmission du message:

640000/(6.4 * 10^7) = 0,1 secondes

● Temps total = temps établissement + temps de transmission

= 600 miliseconde

Commutation par paquets

On divise le message en paquets Partage des ressources Chaque paquet utilise toute la bande passante Technique du « reception & retransmission » : le routeur attend

d'avoir le paquet complet avant de le retransmettre. Les ressources sont donc pleinement utilisées

Problème : la congestion Lorsque la demande de ressource excède l'offre Solution : mise en attente de paquet Parfois rejet de paquet => pas de qualité de service.

Commutation par paquets : Exemple

A

B

C10 MbsEthernet

1.5 Mbs

45 Mbs

D E

Multiplexage statistique

Tampon de sortie

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Commutation par paquets: reception-et-retransmission

Ca prend L/R seconds pour transmettre (push out) un paquet de L bits sur le lien avec un debit de R bps

Un paquet entier doit arriver au routeur avant d'être transmit sur le prochain lien: enregistrer et retransmission

délai = 3L/R (s'il n'y a aucun délai de propagation)

Exemple: L = 7.5 Mbits R = 1.5 Mbps delai = 15 sec

R R R

L

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Commutation par paquet vs commutation de circuits

Lien a 1 Mb/s Chaque utilisateur:

● 100 kb/s si “actif”● actif 10% du temps

Commutation de circuit: ● 10 utilisateurs

Commutation par paquet: ● avec 35 utilisateurs,

probabilite > 10 actif est inférieure à .0004

La commutation par paquet permet à plus d'utilisateur d'utiliser le réseau

N utilisateurs

Lien à 1Mbps

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Commutation par paquet vs commutation de circuits

Bien pour les données arrivant en rafale● Partage de resource● Plus simple, pas de phase d'initialisation

Congestion excessive: effet de retard et de perte● Besoin de protocoles pour fiabiliser le transfert de données

et pour controler la congestion Q: Comment obtenir une connexion ressemblant a une

commutation de circuit?● Bande passante guarantie nécessaire pour des applications

audios et vidéo● C'est encore un problème non résolu...

Est ce que la commutation par paquet est le grand vainqueur?

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux




1.6 Performance: perte, délai



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Accès au réseau et matériel réseau

Q: Comment on connecte un terminal à un routeur?

Réseau résidentiel Acces via des réseaux

institutionel (universités, entreprise)

Acces au réseau mobile

Garder à l'esprit: Bande passante (bits par

second) d'un accès au réseau ?

Partagé ou dedié?

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Acces résidentiel: acces point à point

Dialup via un modem● Jusqu'à 56Kbps (en général moins

que ça) accès direct à un routeur● On ne peut pas téléphoner et

“surfer” en même temps: pas de connexion perménante

ADSL: asymmetric digital subscriber line Jusqu'à 1 Mbps sortant Jusuqu'à 20 Mbps entrant FDM: 50 kHz - 1 MHz entrant 4 kHz - 50 kHz sortant 0 kHz - 4 kHz pour le téléphone

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Accès résidentiel: le câble

HFC: hybrid fiber coax● asymmetrique: jusqu'a 30Mbps entrant, 2 Mbps

sortant Le réseau de câble et de fibre relie des routeurs ISP

intallés dans les maisons/résidences● Les maisons partagent l'accès au routeur

déploiement: disponible via les compagnies de Télévision par câble.

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Accès internet dans une entreprise: local area networks (LAN)

compagnie/université local area network (LAN) connecte les terminaux aux routeurs d'accès

Ethernet: ● Lien partagé ou dedié

connecte les terminaux au routeur

● 10 Mbs, 100Mbps, Gigabit Ethernet

LANs: (chapitre couche de liaison)

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Réseau d'accès sans fil

Un accès sans fil au réseau connecte les terminaux au routeur

● Via des stations appellées “point d'accès”

wireless LANs:● 802.11b/g (WiFi): 11 or 54 Mbps

Accès sans fil de large zone● Fournies par des opérateurs de

téléphonie.● 3G ~ 384 kbps● GPRS in Europe/US

Point d'accès

terminauxmobiles

routeur

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Reseaux domestiques

Composant typique des reseaux domestiques: ADSL ou câble routeur/pare-feu/NAT Ethernet Point d'accès sans fil

Point d'access sans fil

OrdiPortable sans-filrouteur/

pare-feuModem

ADSL/câble

to/fromcable

headend

Ethernet

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Media physique

Bit: se propage entre des paires transmetteur/destinataire

Liaison physique: ce qui se trouve entre le transmetteur et le receveur

Média guidé: ● Le signal se progage dans un

medial solie: cuivre, fibre, câble coaxial

Média non guidé: ● Le signal se propage

librement, e.g., onde radio

Paire torsadée (Twisted Pair - TP)

Deux fils de cuivre isolés ● Catégorie 3: fil

téléphonique traditionel, 10 Mbps Ethernet

● Categorie 5: 100Mbps Ethernet

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Média physique: câble coaxial, fibre optique

Câble coaxial: Deux conducteurs en

cuivre concentrique bidirectionnel baseband:

● Une seule plage sur le cable ● legacy Ethernet

broadband:● Plusieurs plages sur le câble ● HFC

Fibre optique: fibre optique en verre

transpornant des influx de lumière, chaque influx est un bit

Transmission très rapide:10’s-100’s Gps)

Peu d'erreur de tansmission: des repéteurs sont placés à grande distance; insensible au bruit électromagnétique

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Media physique: les ondes radios

Le signal est transporté par des ondes électromagnétiques

Pas de “fil” ou câble physique Propagation bidirectionelle Effet de la propagation dans

l'environnement:● réflection ● obstruction par des objets● interférence

Types de liaison radio: Micro-onde terrestre

e.g. Jusqu'a 45 Mbps

LAN (e.g., Wifi) 11Mbps, 54 Mbps

wide-area (e.g., cellulaire) e.g. 3G: centaines of Kbps

satellite De Kbps à 45Mbps (ou alors de

multiples canaux plus petits) Délai de 270 msec de bout en

bout géostationnaire versus basse

altitude

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux


1.4 Acces au réseau et aspect materiel





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Structure d'internet: réseau de réseaux

Internet est découpé en ISP (Internet service provider) ou FAI (Fournisseur d'accès à internet).

Ces ISP sont structuré de façon plus ou moins hiérarchique. En haut : les ISPs de “tier-1” (e.g., MCI, Sprint, AT&T, Cable and

Wireless) qui ont une couverture nationale à internationale ● Les ISPs tier-1 sont connectés à tous autres ISPs tier-1● Les ISPs tier-1 sont connectés à “beaucoup” d'ISP tier-2

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Les ISPstier-1

s'interconnectent (en tant que pair) de façon privé

NAP

Les ISP Tier-1 s'interconnectent aussi à des point d'accès réseau publique (NAPs)

Internet, réseau des réseaux

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Structure d'Internet: network of networks

ISPs “Tier-2” : plus petit (souvent régionaux/nationaux) ● Connecté à un au moins ISP tier-1 ● Il est possible qu'il soit connecté à d'autres tier-2 ISPs

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

ISP Tier-2 paie un/des ISP tier-1 ISP pour un accès au reste d' Internet ISP de tier-2 est une client d'un fournisseur de tier-1

Tier-2 ISPs sont aussi interconnecté entre eux ainsi qu'au NAP

Internet, réseau des réseaux

RENATER

vidéo

RENATER = (Réseau national de télécommunications pour la technologie, l'enseignement et la recherche)

http://media.cines.fr/ramgen/renater/leReseauPensant/renater001.rm

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Internet structure: network of networks

ISPs de “Tier-3”, ISPs locaux ● Dernier saut (le plus près des terminaux)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

ISPs Locaux et tier- 3 ISPs sont clients d'ISP supérieur (tier-2 et tier-3)

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux







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Perte de paquet et délai de livraison: explication

Les files d'attente de paquet dans les tampons des routeurs

La fréquence d'arrivage de nouveau paquet dépasse la capacité de la liaison de sortie

Les paquets dans la file, attendent leur tour

A

B

paquet transmis (délai)

Paquet en attente (délai)

Tampon libre: les paquets arrivant sont détruits si il n'y a plus d'espace sur tampon

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Quatre sources de délai dans la transmission de paquet

1. Traitement au niveau du noeud:

● Verification d'erreurs dans le paquet

● détermine la liaison de sortie

A

B

propagation

transmission

Traitement au niveau

du noeudMise en attente

2. Mise en attente Temps d'attente a la

liaison de sortie pour une transmission

Ca dépend du niveau de congestion du routeur

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Délai dans les réseaux par comutation par paquet

3.Délai de transmission: R=bande passante

(bit par secondes (bps)) L=longueur du paquet (bits) temps de transmission des bits

sur la liaison = L/R

4. Délai de propagation : d = longueur de la liaison s = vitesse de propagation

dans la liaison (~2x108 m/sec)

Délai de propagation = d/s

A

B

propagation

transmission

Traitement au niveau

du noeudMise en attente

Note: s et R sont très differents!

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Analogie de la caravane

Les voitures se “propagent” à 100 km/hr

Le péage prend 12 sec pour servir une voiture (temps de transmission)

Car <-> bit; caravane <-> packet Q: Combien de temps une

caravane est en attente avant le 2ème péage?

Temps de “mettre” la caravane entière sur l'autoroute est de = 12*10 = 120 sec

Le temps pour que la dernière voiture se propage du 1er péage au 2nd péage : 100km/(100km/hr)= 1 hr

Rep: 62 minutes

péage péage Caravane de 10 voitures

100 km 100 km

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Analogie de la caravane (cont.)

Les voitures se propagent maintenant a1000 km/hr

Le peage prend 1 min pour servir une voiture

Q: Est ce que des voitures arriveront aux deuxieme peage avant que d'autres voitures ne soient servies au premier?

Oui! Après 7 min, la première voiture est au 2ème péage et il reste 3 voiture au premier peage.

1er bit d'un paquet peut arriver au second routeur avant que le paquet ne soit entièrement transmis au premier routeur.

péagepéagecaravanede 10 voitures

100 km 100 km

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Delai de noeud.

dtrait = délai de traitement ● En général quelques microsecondes ou moins

dattente = délai d'attente● Dépend de la congestion du noeud

ddtrans = délai de transmission● = L/R, significatif pour des liaisons peu rapides

dprop = délai de propagation● Quelques microsecondes à quelques centaines de

microsecondes

d noeud=d trait+ dattente+ d trans+ d prop

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux







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Couche de protocoles

Les réseaux sont complexes!

Beaucoup de “morceaux”:● hôtes● routeurs● liaisons de types

variables● applications● protocoles● hardware, software

Question: Est il possible d'organiser le

réseau ?

Ou au moins les réseaux vus dans ce cours?

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Organisation d'un voyage en avion

Une série d'étapes

tiquet (achat)

bagage (check)

gates (embarquement)

Decolage

Trajet en avion

tiquet (plainte)

baggage (claim)

gates (debarquement)

Atterrissage

Trajet en avion

Trajet en avion

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tiquet (achat)

baggage (check)

gates (embarquement)

decollage

Trajet en avion

AeroportDe depart

aeroportd'arrive

centre de controle intermediaire

Trajet en avion

Tiquet (plainte)

baggage (claim

gates (debarquement)

atterissage

trajet en avion

ticket

baggage

gate

Decollage/atterrissage

airplane routingTrajet en avion

Organisation en couche des services d'un voyage en avion

Couches: chaque couche fournit un service ● via ses propres actions de sa couche● Ou en transmettant à des services des couches

inférieures

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Pourquoi des couches?

Gérer des systèmes complexes: Une structure explicite permet d'identifier et de relier

les différentes parties d'un système complexe.● Le modèle en couche

La modularisation facilite la maintenance et la mise à jour d'un système

● Le changement de l'implementation d'un servive est transparent pour le reste du système

● e.g., un changement au niveau de la procédure d'embarquement (couche gates) n'affecte pas le reste du système

La séparation en couche considèré comme génante?

Empilement des protocoles

Applications réseaux ftp, smtp, http

Transport des messages entre client et serveur tcp, udp

Réseau, achemine les datagrammes entre 2 serveurs

ip, protocoles de routage

Liaison de données entre deux éléments voisin dans le réseau

ppp, ethernet

Physique, véhicule les bits individuels

Modèle OSI vs Modèle IP

Couche Application

Couche Présentation

Couche Transport

Couche Réseau

Couche Liaison

Couche Physique

Couche Application

Couche Transport

Couche Session

Couche Réseau

Couche Liaison

Couche Physique

Données

Segment

Paquet

Trame

Bit

Modèle OSI Modèle TCP/IP

Encapsulations et empilements des protocoles

HTTP

TCP

IP

Liaison (Ethernet,Wifi)

Données(page web)

En-têteTCP

Données(page web)

En-têteTCP

Données(page web)

En-têteIP

En-têteTCP

Données(page web)

En-têteIP

En-têteEthernet

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switch

Encapsulationsource

applicationtransportnetwork

linkphysical

HtHn M

segment Ht

datagram

destination

applicationtransportnetwork

linkphysical

HtHnHl M

HtHn M

Ht M

M

networklink

physical

linkphysical

HtHnHl M

HtHn M

HtHn M

HtHnHl M

router

message M

Ht M

Hn

frame

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Chapitre 1: Plan


1.2 Terminaux






1.8 Historique des réseaux/internet

Histoire d'internet

1961-1972 : Naissance de la commutation par paquets

● 1961 : travaux de Kleinrock (MIT)● 1964 : travaux de Baran (Rand)● 1967 : ARPAnet (Advanced Research Projects Agency)● 1969 : 1er noeud de l'ARPAnet● 1972 : ARPAnet fait sa 1ère entrée public (15 noeuds)

NCP (Network Control Protocol) entre serveur 1er programme pour envoyer des emails (Tomlinson)

Histoire d'internet

1972-1980 : Réseaux propriétaires et interfonctionnement des réseaux● 1970 : ALOHAnet, réseau à haute fréquence pour

les universités Hawaiienne● 1973 : Metcalfe propose dans sa thèse l'idée

d'ethernet ● 1974 : Cerf et kahn propose une architecture de

réseau proche de l'internet actuel● 1979 : ARPAnet a plus de 200 noeuds

Histoire d'internet

1980-1990 : Prolifération des réseaux● 1983 : déploiement de TCP/IP● 1982 : définition du protocole smtp● 1983 : définition du DNS● 1985 : définition du protocole ftp● 1988 : contrôle de la congestion TCP● 1990 : ARPAnet a plus de 100 000 noeuds

) (confédération de réseaux, BITNET, CSNET, NSFNET 56kbit/s => 1.5Mbit/s)

● Et en france ? 1980 : le début du minitel (accès à des données en réseau)1990 : plus de 20 000 services dispo. 20% de la pop.

Histoire d'internet 1990- aujourd'hui : Explosion d'internet

● ~1990 : ARPAnet mis hors service● 1991 : levée des restrictions (trafic commercial) de NSFNET● ~1990 : émergence du World Wide Web WWW

– hypertext, html, – Mosaic (1994) rebaptisée Netscape Communication corp.

● 1995 : des milliers d'étudiants se servent de Mosaic pour naviguer sur le Web.

● 1996 : Microsoft contre-attaque avec Internet Explorer (IE)● Activités stimulées par :

– des avancées technologiques (réseaux de + en + puissant)– l'apparition/développement de nouvelles applications

(courrier, web commerce électronique, messagerie instantanée ICQ, partage de fichier MP3 ...)

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