Cours Réseaux 2005-2006 Ahmed Jebali. Problématiques des communications en entreprise Autres...

Cours Réseaux

2005-2006

Ahmed Jebali

Problématiques des communications en entreprise

AutresEntreprises :

Co-producteurs

Fournisseurs/clients

Filiales

Partenaires

Open Enterprise Networking

E MAILFTP

INTERNET

INTRANET

- Interopérabilité- Coûts des télécoms- Coûts des stations

Systèmes Interopérables et outils d’intégration

Compétences pour maîtriser la complexitétechnologique

Intégration de technologies

Les « Réseaux »

Architecture Topologie

Programmation

Routage

Détection et correction d’erreurs Sécurité

Contrôle de flux

Compression Cryptage

Contrôle d’accès

Interconnexion

TCP/IP

Vocabulaire

• Nœud• DAN : Departemental Area Network• SAN : System Area Network• LAN : Local Area Network

– de 10 mètres à quelques kilomètres

• MAN : Metropolitan Area Network– de 10 à 100 km

• WAN : Wide Area Network– de 100 km à la terre entière

La topologie

• Architecture physique du réseau,

• 2 grandes familles :– Canaux en mode point-à-point

• exemple : téléphone filaire

– Canaux de diffusion• exemples : radio, télévision, ...

Réseaux point-à-point

Etoile

Anneau

Maillage régulier

Arbre

Réseaux à diffusionBus

Anneau

Satellite

Les débits

• Unités :– bit par seconde– Kbit / s– Mbit/s ou Mb/s– Gb / s– Tb / s

• Attention !!!– 1 octet = 8 bits– 1 Ko = 1024 octets (210 octets)– 1 Ko = 1024*8 = 8192 bits 8 Kb

Les débits

• Connexion parallèle (ordinateur/imprimante)– de l’ordre de 115 Kb/s

• Connexion série sur un PC– de 75 bit/s à 921 Kb/s

– Connexion Internet par modem de 14,4 à 56 Kb/s

• Réseau local : 10 Mb/s à 100 Mb/s• Epines dorsales de réseaux (backbone)

– de 500 Mb/s à 1Gb/s

• Réseaux spécialisés et/ou expérimentaux– jusqu’à 800Mo/s

Exercice

• Présenter un architecture pour faire communiquer deus ordinateurs l’un en France (Paris), l’autre aux USA (Floride)

• Avez vous des contraintes à satisfaire ?

Analyse générale des télécoms

• les communications sont un domaine complexe et en évolution constante => besoin d’un modèle:– établir des spécifications et les tests

– comparer des solutions

– établir des théories

• le modèle sera en plusieurs couches simples à vocation précise afin de faciliter la compréhension et l’implémentation

Importance de la standardisation

• peu de domaines ont autant besoin de standards– la communication est un domaine complexe: besoin de

spécifications précises– communication entre diverses machines– communication entre divers constructeurs

informatiques

• plusieurs types de standards:– standards propriétaires: parfois non public, réservé à un

constructeur: SNA d’IBM, NetWare de Novell, DECnet de Digital, ...

– standards ouverts de jure: OSI de l’ISO, IEEE 802.*, X.25, ...

– standards ouverts de facto: TCP/IP, Ethernet, ...

Organismes de standardisations

• ISO :International Standards Organisation• ANSI :American National Standardization Institute• I3E : Institute of Electrical and Electronical Engineers• Commité Consultatif International pour le Télégraphe et

le Téléphone devenu International Telecommunication Union

• IETF : Internet Engineering Task Force• ...

Modèle Open System Interconnect

• basé sur 7 couches:– la plus haute= programmes d’applications– la plus base= électronique de modulation

• chaque couche:– fourni des services à la couche supérieure– utilise des services de la couche inférieure– les données transférées par les services sont des SDU= Service

Data Unit– échange de l’information suivant un protocole avec des couches

distantes de même niveaux– les données transférées par ce protocole sont des PDU= Protocol

Data Unit

Le modèle OSI• 1977 : ISO démarre une réflexion sur une architecture de

réseau en couches,• 1983 : définition du modèle OSI

– Open : systèmes ouverts à la communication avec d’autres systèmes

– Systems : ensemble des moyens informatiques (matériel et logiciel) contribuant au traitement et au transfert de l’information

– Interconnection

Le modèle OSI• modèle d’architecture de réseau• propose une norme pour le nombre, le nom et la fonction

de chaque couche,• garantit que 2 systèmes hétérogènes pourront

communiquer si :– même ensemble de fonctions de communication,

– fonctions organisées dans le même ensemble de couches,

– les couches paires partagent le même protocole.

Le modèle OSI

Couche 7

Couche 5

Couche 6

Couche 4

Couche 2

Couche 3

Couche 1

Couche 7

Couche 5

Couche 6

Couche 4

Couche 2

Couche 3

Couche 1

Système A Système B

Canal de transmission de données

Protocole de couche 7







Le modèle OSI

Bits

DonnéeDH DT

NH

TH

SH

PH

AH Donnée

Donnée

Donnée

Donnée

Donnée

Donnée

Application

Session

Présentation

Transport

Liaison

Réseau

Physique

Application

Session

Présentation

Transport

Liaison

Réseau

Physique

Emetteur Récepteur

Canal de transmission de données

Modèle d’une couche

couche n couche n

couche n +1

couche n-1

protocole de couche n

services de la couche n

services de la couche n-1

Rôles des 7 couches

– 7: application, interface vers les programmes et/ou utilisateurs

– 6: présentation, conversion de formats– 5: session, synchronisation, établissement– 4: transport, fiabilité/qualité de service de bout en bout– 3: réseau, échange les données via des noeuds

intermédiaire– 2: liaison de données, accès entre noeuds voisins– 1: physique, modulation d’information élémentaire

(souvent 1 bit) sur le médium– 0: médium de transmission

Medium/Support de transmission

• câble coaxial: bonne résistance au bruit• câble torsadé: bon marché, simple à mettre

en oeuvre• fibre optique: chère, complexe à mettre en

oeuvre, très résistante au bruit• ondes électro-magnétiques wireless:

gratuit, forte sensibilité au bruit, beaucoup d ’avenir

La couche physique

• Gère la transmission des bits de façon brute sur un lien physique

• Transmet un flot de bit sans en connaître la signification ou la structure

• Un bit envoyé à 1 par la source doit être reçu comme un bit à 1 par la destination

• Problèmes d’ordre :– mécanique,

– électrique,

– fonctionnel.

Couche physiquedeux classes de modulation pour un signal

informatique– bande de base: le signal est directement transmis

(comme le télégraphe)

– bande large broadband: utilisation d’une porteuse modulée (comme la radio)

1 0 0 1 0 0

La couche liaison de données• But : transformer un moyen brut de transmission en une liaison de

données qui paraît exempte d’erreur de transmission à la couche supérieure

• Achemine les données reçues de la couche supérieure en les organisant en blocs de transmission

• Fournit des moyens pour activer, maintenir et désactiver la liaison de données

• Gère les problèmes posés par les trames endommagées, perdues ou dupliquées (détection et contrôle d’erreur)

• 2 systèmes non directement connectés par une liaison point-à-point sont considérés comme connectés par plusieurs liaisons indépendantes ( les couches supérieures doivent gérer les erreurs de bout en bout)

Couche liaison de données

• gestion de l’accès au médium

• conversion d’un SDU réseau de taille large (~ 1000 octets ~= 8000 bits) en SDU physique très court (~ 1 bit)

• exemples: Ethernet, Token Ring

La couche réseau• But : Acheminer les données du système source au système

destination quelle que soit la topologie du réseau de communication entre les 2 systèmes terminaux,

• Plus basse couche concernée par la transmission de bout en bout,

• Réalise pour les couches supérieures le transfert de données quelque soit la topologie du réseau,

• Assure le routage (acheminement) des paquets via des routes,

• Gère les problèmes d’adressage dans l’interconnexion de réseaux hétérogènes,

• Complexité de la couche dépendante de la topologie du réseau.

Couche réseau

• permet le transfert de SDU transport via plusieurs couches de liaison de données différentes entre nœuds non adjacents

• choix de la route à suivre• parfois la couche réseau est vide = sans fonction

(exemple NetBEUI)

La couche transport

• But : Offrir aux couches supérieures un canal de transport de données de bout en bout fiable et économique quelle que soit la nature du réseau sous-jacent

• canal fiable :– détection et contrôle d’erreur,

– messages délivrés dans l’ordre d’émission,

– contrôle de flux de bout en bout (ni perte, ni duplication)

• canal économique :– débit rapide : une communication transport sur plusieurs connexions réseau,

– réseau coûteux : multiplexage de plusieurs connexions transport sur une seule connexion réseau,

• complexité fonction des services offerts par la couche 3.

La couche session

• But : Gérer le dialogue entre 2 applications distantes• Fiabilité assurée par les couches inférieures,• Gestion du dialogue :

– dialogue unidirectionnel ou bidirectionnel,

– gestion du tour de parole,

– synchronisation entre les 2 applications (section critique, rendez-vous),

• Mécanisme de points de reprise en cas d’interruption dans le transfert d’informations.

Session

• synchronisation entre entités distantes

• association entre noms et adresses ( www.insta.fr associé à 193.190.125.10)

La couche présentation

• But : Affranchir les applications de la couche supérieure des contraintes syntaxiques

• Gère les problèmes de différences de représentation des données,

• Effectue la compression des données si elle est nécessaire pour le réseau,

• S’occupe du chiffrement des données et de l’authentification.

La couche présentation

• choix d’un format standard pour les échanges

• exemples:– jeu de caractères: EBCDIC, ASCII, ISO 88591,

...– type de nom de fichier: /home/jebali/.profile

(Unix), C:\AUTOEXEC.BAT (MS-DOS), ...

La couche application

• But : Fournir des applications réseaux normalisées.• Fournir des protocoles normalisés d’applications réseaux

« communes » :– terminal virtuel,

– transfert de fichiers,

– messagerie électronique,

– gestion et administration de réseaux,

– consultation de serveurs et de bases de données.

Application

• interface avec l’utilisateur ou d’autres programmes

• exemples:– transfert de fichiers– partage de fichiers– connexion en mode interactif (3270, ...)

Principaux cas des couches 1 et 2

• réseaux locaux LAN= Local Area Network: étendue limitée à ~ 2 km, débit élevé de 10 Mbit/s ~ 1 Gbit/s

• réseaux étendus WAN= Wide Area Network: grande étendue géographique = mondiale, débit plus faible de 64 kbit/s ~ 34 Mbps

• parfois réseaux métropolitains MAN= Metropolitan Area Network: étendue limitée à une ville, débit élevé ~ 10 Mbit/s à l’accès ~155 Mbit/s au total

Exercice

• Présenter (avec les couches OSI) un exemple de communication entre deux ordinateurs

Schéma de communiation selon l’OSI

physique bit

liaison

Système A Système B

réseau

transport

session

présentation

application

trame

paquet

Routeur 1

message

Routeur n

Exercice

• Etes vous satisfait de cette présentation en couche ? Y a t il des simplifications ?

Vue simplifiée du modèle OSI

• pour un utilisateur non averti, il est possible de voir trois niveaux seulement

• niveau applicatif:– couches 7, 6 (exemples: transfert de fichier, messagerie

RFC 822 Outlook Express)

• niveau transport– couches 5, 4, 3 (exemples: NetBEUI, TCP/IP)

• niveau transmission (souvent en hardware)– couches 2, 1, 0 (exemple: cartes Ethernet, driver PPP +

modem, ...)

Exercice

• Travail en groupe de 4 personnes• Sujet : présentation d’un organisme de

standardisation– Historique– Domaines de compétences– Normes établies– Chantiers en cours– Rapports de force

Modèle général d'un support de transmission

ETTD

CA CC

ETTD: Equipement Terminal de Traitement de Données (DTE)CA :Contrôleur d'AppareilCC : Contrôleur de Communication


ETTD

CA CC

ETCD

ETCD: Equipement Terminal de Circuit de Données (DCE)Typiquement Modem, Carte Réseau, ...

Connexion proche


ETTD ETTDLD

CD

CA CC CACC

ETCD ETCD

LD : Ligne de Données (DL)CD : Circuit de Données (DC)Remarque : Symétrie des équipements (dans leur rôle seulement)

Transmission basée sur les ondes

• Electriques

• Optiques

• ElectromagnétiquesTransfert non instantané...Transfert non parfait...

Nature du signal : modèle sinusoïdal

Y(t)=Asin(2ft+)

Asin()

T=1/f

A

t

Y

Déphasage

Fréquence

Amplitude

Spectre d'énergie parfait

f1 f2 f3

RAIES

Spectre réel

f1 f2 f3

SPECTRE CONTINU

Largeur de bande

Puissance

f

largeur de bande

Largeur de bande et bande passante

Puissance

f

largeur de bande

Pe Ps

La bande passante est estiméeselon l'hypothèse Ps=Pe/2

Théorème de SHANNON

D(bits/s)=Wlog2(1+S/N)

Débit

Largeur de bande en Hz

Rapport des puissancessignal/bruit

Supports d’interconnexion

• Câbles coaxiaux : a eu son heure de gloire.

• Propriétés de bande passante et de faible bruit

• Difficultés de mise en place

• Deux grandes familles :

• le fin (diamètres 1.2/4.4mm)

• le gros (diamètres 2.6/9.5mm)

Support d’interconnexion

• Fils métalliques (de type téléphonique)• paires torsadées • bandes passant variant à l’inverse de la distance

• limites à 72 kbits/s sur quelques kilomètres• jusqu’à 155 Mbits/s sur 100 m en catégorie 5

• utilisé de plus en plus en réseau local (10baseT)HUB

Prises RJ45 Carte « réseau »

Câblage• Câblage poste de travail:

– Le plus répandu - Topologie en étoile autour des locaux techniques

– Distance maximale entre équipement actif et utilisateur fonction du protocole (Ethernet, Fast ethernet, ATM, Asynchrone ...)

– Composants :• Locaux techniques, Câbles, Les répartiteurs ,Le brassage

– Choix du câble • Catégories 3, 4 (en fin de vie) , 5 (hauts débits)• Blindage, PVC, anti-feu, Diamètre du fil (augmentation d ’impédance=>

moins d ’atténuation) …

– Connecteur RJ45, RJ11

Câblage• Câblage Fibre optique

– Utilisé comme :• câble de rocade pour construire les réseaux fédérateurs hauts débits• liaison inter-bâtiments• câble avec nombre pair de brins (brin émission, brin réception)• raccordement :

– - ‘collage’ des brins sur les connecteurs ST du tiroir optique– - raccordement par cordon optique à l’équipement actif ou autre tiroir optique

– Fibre multimode, monomode – Propriétés• faible atténuation

• insensibilité au bruit électromagnétique

• très haut débits (>2Gbit/s)

• démocratisation

• banalisation de la connectique

Support d’interconnexion

• Faisceaux « sans fils »• Herziens

• Radios

• Satellites • Infrarouges

• Vision Directe

• Hauts débits (selon les plages de fréquence)

• Re-configuration géographique aisée

• Economique

Câblage : Transmission sans fil

• Réseaux locaux sans fil (LAN Wireless)– Méthodes de transmission : Infrarouge, laser, ondes

radio

• Informatique mobile– en pleine croissance : Utilisation du satellite ou

cellules

– formes d ’informatique mobile :• paquet radio via satellite

• réseau téléphonique cellulaire

• réseau satellite : transmission par micro-ondes

Autres technologies

• CPL : courant porteur en ligne– Technlogie récente– En phase de teste– Attend l’adhésion des industriels

• Wimax : Wifi à large échelle– A de l’avenir– Applications?

Exercice

Tracer un tableau support d’interconnexion/usages

Détection/correction d’erreurs

Techniques de détection/correction

• redondance complète (écho distant)• contrôle de parité simple• contrôle de parité vertical et longitudinal• contrôle par blocs• puissance de correction et de détection du code de

Hamming 7,4• Codes plus puissants : codes convolutionnels,

Bose-Chaudhuri-Hocquenghem,..• Codes polynomiaux

Parité longitudinale/verticale

0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0

Parité simple

Parité longitudinale/verticale

0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0

Détection et Correction

Ethernet

niveau 1,2

Le standard Ethernet

• 1970 : version expérimentale Xerox à 3Mb/s sur câble coaxial de 75 jusqu’à 1 km,

• 1980 : Ethernet version 1.0 standard de Xerox, Intel et Digital Equipment (DIX)

• 1982 : Ethernet version 2.0 (DIX), câble coaxial de 50 d ’impédance caractéristique et fibre optique en point-à-point

• 1985 : standard IEEE 802.3 (10BASE5 = câble coaxial) puis suppléments 802.3 a, b, ...

• 1989 : norme ISO 8802-3

Principes d’Ethernet

• Support de transmission– brin = segment = bus = câble coaxial

– pas de boucle

– pas de sens de circulation

• Chaque carte Ethernet possède une adresse unique au niveau mondial (adresse MAC)

• Pas de multiplexage en fréquence une seule trame à un instant donné

• Réception par tous les transceivers du réseau d’une trame émise par une station

Principe du CSMA/CD

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection• Si rien à transmettre, alors station silencieuse• Si besoin d’émettre

– écoute pendant 9,6 µs minimum

– si quelqu’un émet on recommence à écouter

– sinon envoie de la trame mais écoute pendant 51,2 µs (slot time)

• si trafic reçu pendant slot time alors collision !!!

• si collision alors émission d’un jam (enforcement de collision) pour que tout le monde détecte la collision pendant au moins 32 bit times

• attente d’un délai aléatoire (algorithme de backoff) avant réémission

DonnéesDonnées utiles [+ bourrage]

de 46 à 1500 octets

Format des trames Ethernet (1/3)

adressedestination

6 octets

adressesource

6 octets 2 o.

FCS

4 octets

Type de trame / Longueur des données

• Préambule de 56 bits pour la synchronisation des horloges + SFD

• Adresses attribuées par l’IEEE (notation hexadécimale)– 08:00:20:xx:xx:xx pour Sun– 00:00:0C:xx:xx:xx pour Cisco– 00:A0:24:xx:xx:xx pour 3Com– diffusion (broadcast) : FF:FF:FF:FF:FF:FF– diffusion de groupe Internet (multicast) : 01:00:5E:xx:xx:xx

Préambule

56 octets




adressedestination

6 octets

adressesource

6 octets 2 o.

FCS

4 octets


• Champ type identifie le protocole utilisé dans la trame– administré globalement par Xerox (valeur supérieure à 1500)– liste dans le fichier /usr/include/netinet/if_ether.h– 0x0800 : IP– 0x0806 : ARP

• Longueur des données si pas de type– taille inutile car déduite de SFD à fin de porteuse

– taille fixe des champs autres que données




adressedestination

6 octets

adressesource

6 octets 2 o.

FCS

4 octets


• Données utiles– de 1 à 1500 octets

– MTU maximum de 1500 octets

– si moins de 46 octets alors bourrage (padding) pour faire au moins 46 octets

• FCS (Frame Control Sequence)– Code détecteur d’erreur

– CRC calculé sur la totalité de la trame

Ethernet 10 Mbit

• 10BASE5 câble coaxial– 10 comme 10 Mb/s

– BASE comme Baseband (bande de base)

– 5 comme 500 mètres

• Appellations : Thick Ethernet, Ethernet standard, câble jaune, gros câble, ...

• Longueur maxi : 500 mètres

• Nombre maxi de stations : 100

• Distance entre stations : multiple de 2,5 mètre (marques sur le câble)

• Topologie en bus avec transceiver vampire.

Ethernet 10 Mbit

• 10BASE2 câble coaxial fin– 2 comme 200 mètres

• Appellations : Thin Ethernet, Ethernet fin, Thinnet, Cheapernet, ...


• Nombre maxi de stations : 30

• Distance entre stations : minimum 0,5 mètre

• Topologie en bus avec stations en série,

• Transceiver en T (possibilité de raccordement BNC).

Ethernet 10 Mbit

• 10BASET normalisé en 93/94– T comme Twisted Pair (paire torsadée)

• Médium : double paire torsadée non-blindée– fils 1 et 2 pour l’émission

– fils 3 et 6 pour la réception

– prise RJ45 en bout des fils


• Topologie en étoile– liaisons point-à-point,

– une station en bout de branche,

• Nécessite une étoile : répéteur (hub) ou commutateur (switch)

Les câbles

• Le blindage :– UTP : Unshielded Twisted Pair

– STP : Shielded Twisted Pair

• Les classes d ’application :– classe A : applications basses fréquences (voix) jusqu’à 100 kHz

– classe B : applications moyen débit jusqu’à 1 MHz

– classe C : haut débit (Ethernet, Token Ring) jusqu’à 16 MHz

– classe D : très haut débit (FastEthernet, ATM, ...) jusqu’à 100 MHz

• Catégorie de câblage :– catégorie 3 : 2 km (A), 500 m (B), 100 m (C), impossible en classe D

– catégorie 4 : 3 km (A), 600 m (B), 150 m (C), déconseillé (D)

– catégorie 5 : 3 km (A), 700 m (B), 160 m (C), 100 m (D)

Ethernet 10 Mbit

• 10BASEF – F comme Fiber Optic (fibre optique)

• Fibre optique monomode ou multimode– monomode : 1 seul signal lumineux, diodes laser, la plus rapide, très cher

– multimode : plusieurs signaux, led, moins rapide mais moins cher

• Fibre optique plutôt utilisée pour les backbones que pour les stations de travail,

• Coûteux et difficile à mettre en œuvre,

• Longueur maxi de 500 m à 2 km selon la fibre

Topologie Ethernet 10 Mbit

• Plusieurs segments reliés entre eux par des répéteurs

• 2 types de segments :– Câble coaxial (câble jaune, gros Ethernet)

– Segment de liaison (liaison point-à-point)

• Stations seulement sur les segments coaxiaux

• Chemin le plus long possible entre 2 stations :– 3 segments de coaxial

– 2 segments de liaison (IRL)

– 4 répéteurs

– maxi 2,5 km si tout en coaxial

Ethernet 100 Mbit

100BaseT4 : 4 paires torsadées non blindées (UTP) catégorie 3, 4, ou 5, 3 paires à 33 Mbps et 1 paire pour la détection d’erreur,

100BaseTX : 2 paires torsadées blindées ou non (STP ou UTP) catégorie 5 uniquement, 1 paire émission et 1 paire réception/détection de collisions le plus utilisé mais limité à 100 mètres, le meilleur rapport qualité/prix du moment pour des LAN,

100BaseFX : 2 brins de fibre multimode 62,5/125 microns seule solution pour dépasser les 100 mètres, pas de normalisation en monomode.

Topologie Ethernet 100 Mbit

Switch 100BaseT

Hub Class II

Hub Class II

Routeur ou switch

Hub Class I

Switch 100BaseT

Switch 100BaseT

Switch 100BaseT

100m

100m

100m

100m

100m

100m

100m

100m

100m

100m

5m

Fibre optique 185 m

Fibre optique 400 m

Fibre optique full-duplex

2000 m

• Maximum 1 hub de Classe I

• ou 2 hubs de Classe II

• Maxi 100 m sur cuivre

• Maxi 2000 m sur fibre optique

Hub• Hub de classe I

– Permet de mixer des ports de différents types (100bT4 et 100b-X)

– Nécessite des conversions de signaux donc des délais de traitement supplémentaires

– En général, un seul hub de classe I doit être utilisé par domaine de collisions

• – Hub de classe II

– Tous les ports sont de même type (100bT4 ou 100bTX ou 100bFX)

– Ne nécessite pas de conversions de signaux donc plus rapide

– Deux hubs de classe II peuvent être utilisés dans un même domaine de collisions

• En pratique, la classe d’un hub est indiquée par un I ou II encerclé

Gigabit Ethernet

1000BaseX : fibre optique 1000BaseSX : 300 (62,5 microns) à 550 m (50 microns) sur fibre optique

multimode (850 nm) 1000BaseLX : 3 km sur fibre optique monomode (9 microns, 1300 nm) 1000BaseCX : 25 mètres sur « twinax » (STP)

1000BaseT : 4 paires torsadées non blindées (UTP) catégorie 5 uniquement, limité à 100 mètres, taille du réseau limitée à 200 mètres de diamètre, produits encore rares et très chers.

Extension des LAN

• comment étendre les LAN aux points de vue– géographique

– nombre de machine connectées

• extension au niveau– de la couche 1: répéteur du signal électrique

– de la couche 2: pont bridge des trames (commutateur)

– de la couche 3: routeur de paquets

Extension: répéteur• Agit au niveau 1 (signal électrique) bit par bit: regénération du signal• uniquement pour les câbles coaxiaux, fibre, …• le hub est un type de répéteur• chaque côté du répéteur reçoit les mêmes trames• BUT: augmenter la distance

AA

repeater

CCBB

Extension: bridge ou pont• Agit au niveau 2: trame• learning bridge:

– apprend (en regardant les adresses sources) où sont les hôtes– recopie la trame si nécessaire

• chaque côté du répéteur ne reçoit pas les mêmes trames• BUT: diminuer la charge

AA

bridge

CCBB

C->AC->AC->A

C->BC->B

A: gaucheB: droiteC: droite

A: gaucheB: droiteC: droite

Ethernet: le switch ou commutateur

• Cas particulier de bridge avec un hôte par porte• chaque porte du switch ne reçoit que ses trames• Avantages :

– diminuer la charge par porte– augmenter le débit total (deux hôtes peuvent transmettre en même

temps)

switch

A

B

C DE

Informations

• ipconfig/all (windows)

• ifconfig (Linux)

• arp (Linux)

Topologie Ethernet

• Répéteur ou Hub– répète systématiquement les signaux électriques sur tous les ports

– peut détecter les collisions

• Pont ou Bridge– permet d’interconnecter 2 réseaux Ethernet

– pas ou peu d’intelligence, transmet systématiquement les trames

• Commutateur ou Switch– fait du routage au niveau de la couche 2,

– apprend les adresses MAC au fur et à mesure que les trames passent,

– envoi uniquement sur le bon port s’il connaît l’adresse sinon sur tous les ports,

– fonctionne comme un bridge multi-port,

– possibilité de mettre un réseau Ethernet sur chaque port.

Autres technologies• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

– Anneau sur fibre optique à 100 Mbps.

• ATM (Asynchronous Transfer Mode)– transfert de cellules de 53 octets (5 entête + 48 données),– 25 Mbps, 155 Mbps, 622 Mbps, 1,2 Gbps, 2,4 Gbps et +,

• Myrinet– réseau entièrement commuté utilisé dans les grappes de

machines,– débit supérieur de 1 à 2 Gb/s

• SCI (Scalable Coherent Interface)– réseau à capacité d’adressage utilisé dans les grappes,– jusqu’à 800 Mo/s (6,4 Gbps)

Niveaux d’interconnexion

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Passerelle applicative

Convertisseur de présentation

Convertisseur Session

Relais de transport

Routeur/Router

Pont/Bridge/Commutateur/Switch

Répéteur/hub

Exercice

Câbler l’INSTA !

Travail en groupePrésentation : arguments des choix

Exercice

• Exploration des sniffer– Ethereal– Windump– Tcpdump

• But : comprendre leur fonctionnement analyser des trames ethernet• Travail : Présenter l’analyse de quelques trames,

l’application de filtre de capture et l’ajout d’un traitement post-analyse (tcpdump)

Exercice

• Utiliser les utilitaires– traceroute (Linux), tracert(windows)– Visualroute (télécharger chez zdnet.fr)

Utilitaires de gestion IP

traceroute sur Unix et tracert sur MS-Windows indiquent

le chemin suivi par un paquet IP

netstat -r et route –n montre les routes IP connues par l’hôte

ping permet le test d’une route entre deux hôtes

arp -a sur Unix montre la conversion entre adresses IP et MAC

ifconfig sur Unix

netstat -e sur MS-Windows indiquent la configuration et les statistiques

du ou des adaptateurs LAN

TCP/IP

Niveau 3, 4, 5

TCP/IP

• TCP/IP regroupe plusieurs protocoles distincts:– couche réseau: IP= Internet Protocol

– couche transport:• orienté connexion: TCP= Transport Control Protocol

• orienté datagram: UDP= User Datagram Protocol

– couche session: presque inexistante• conversion nom/adresse: DNS= Domain Name System

• parfois RPC= Remote Procedure Call

• voire compatibilité NetBIOS et OSI !!!

• anciennes spécifications qui ne rentrent pas bien dans le modèle OSI

La pile TCP/IP

Application

Transport

Réseau

Liaison

Physique

•Standard de fait, plus récent que le modèle OSI.

•Pile Internet

•Les couches basses des 2 modèles correspondent plus ou moins.

•Les couches hautes de la pile OSI sont regroupées en une seule couche Application.

Application : http, ftp, pop, smtp, telnet, snmp, dns, …

Transport : tcp, udp, rtp, …

Routage : ip, icmp (au-dessus d’ip), …

Liaison : ethernet, token-ring, wifi, wimax, atm, …

Physique : fibre optique monomode/multimode, câbles UTP cat. 3/5/6/7, codage, laser, radio, …

IP : Internet Protocol

• Actuellement de la version 4, la version 6 est en test• chaque équipement, ou hôte, reçoit une adresse IP

distincte pour chacune de ses interfaces réseaux (LAN ou WAN)

• chaque LAN ou morceau de WAN reçoit une adresse de réseau IP [subnet IP]

• il existe une relation entre l’adresse IP d’un équipement et l’adresse du réseau IP

Adresses IP

• longueur 32 bits = 4 octets sous la forme dotted decimal: 193.190.125.10

11000000.10101000.00000110.10000010 = 192.168.10.130

• les premiers bits indiquent la classe du réseau:– 127 réseaux de classe A: de 1.?.?.? à 127.?.?.?, chaque

réseau peut contenir 16 millions d’hôtes– 65.000 réseaux de classe B: de 128.?.?.? à 191.?.?.?,

chaque réseau peut contenir 65.000 hôtes– 2 millions de réseaux de classe C: chaque réseau peut

contenir 254 hôtes

Adresses IP

Les bits les plus lourds définissent la classe : Classe A : réseaux de 16777214 machines max (de 0.0.0.0 à

127.255.255.255) Classe B : réseaux 65534 machines max (de 128.0.0.0 à

191.255.255.255) Classe C : réseaux de 254 machines max (de 192.0.0.0 à 223.0.0.0) Classe D : adresses multicasts Classe E : réservée à des usages expérimentaux

Exceptions de l’adressage IPLes plages IP à ne pas router par défaut

10.0.0.0/8 à 10.255.255.255/8172.16.0.0/16 à 172.31.255.255/16192.168.0.0/16 à 192.168.255.255/16

Les plages IP réservées0.0.0.0 => utilisée par l’hôte quand l’adresse réseau est inconnue255.255.255.255 => diffusion limitée à tous les hôtes du sous-réseau.127.x.x.x => boucle locale/loopback128.0.x.x191.255.x.x192.0.0.x223.255.255.x224.0.0.0 => diffusion multipoint (multicast)

Gestion des adresses IP

• Seul le NIC (Network Information Center) est habilité à délivrer les numéros d’identification de réseau (id_res)

• Le relais en France est assuré par l’AFNIC (INRIA).

• Pour en savoir plus : RFC 1700

Adressage IP

0 Net-id

0 24

Host-id

8 16 31

Classe A

1 Net-id

Host-id

Classe B

Net-id

Host-id

Classe C

Multicast

Classe D

0

1 01

1 01

1

Réservé

Classe E 1 011 1

Caractéristiques d’IP

• envoi d’un paquet IP sans garantie de résultat: possibilité de pertes, voire de désordre dans les paquets envoyés et reçus

• possibilité d’envoi en une fois d’un grand volume (>65.000) bytes en une seule opération programme, IP va couper/recoller ce grand volume en petits paquets

• vrai couche réseau avec possibilité de routage entre plusieurs LAN et WAN

Exemple de réseau IPréseau 193.210.160.0

réseau 193.190.125.0

réseau 192.168.1.0

A

B C

D

193.210.160.10

193.190.125.1

193.210.160.1

193.190.125.10

192.168.1.1

192.168.1.3 192.168.1.2

193.190.196.114

193.190.196.113réseau 193.190.196.0

routeurrouteur

LANLANLANLAN

Conversion des adresses IP et MAC

• un protocole ARP=Address Resolution Protocol permet aux hôtes d’un même LAN de connaître l’adresse MAC sur 48 bits à partir de l’adresse IP sur 32 bits

• l’inverse est également vrai, RARP= Reverse Addresse Resolution Protocol

DHCP/BOOTP

• BOOTP (BOOTstrap Protocol): Ce protocole permet à un équipement de récupérer son adresse IP au démarrage.

• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) : Remplaçant de BOOTP, il permet l’obtention dynamique d’une configuration IP plus ou moins complète.

Les routes dans un réseau IP

• chaque hôte doit connaître:– son adresse IP– adresse de son réseau– adresse d’un ou plusieurs routeurs

• les routeurs connaissent l’ensemble des routes, c-à-d comment aller d’un réseau à un autre

Exemples de routesréseau 193.210.160.0

réseau 193.190.125.0

réseau 192.168.0.0193.190.125.1

193.210.160.1

192.168.0.1

réseau 192.168.1.0

routeur= 193.210.160.1routeur= 193.210.160.1

routeur= 192.168.0.1routeur= 192.168.0.1

routeur= 193.190.125.1routeur= 193.190.125.1

193.210.160.0 via LAN

193.190.196.110 via WAN193.190.125.0 via routeur2192.168.0.0 via routeur2

193.210.160.0 via LAN

193.190.196.110 via WAN193.190.125.0 via routeur2192.168.0.0 via routeur2 routeur= 192.168.0.1routeur= 192.168.0.1

192.168.0.0 via LAN-TR

193.190.196.110 via WAN193.190.125.0 via LAN-Eth192.210.160.0 via routeur1

192.168.0.0 via LAN-TR

193.190.196.110 via WAN193.190.125.0 via LAN-Eth192.210.160.0 via routeur1

router1router1

router2router2

La translation d’adresse

2 types de NAT (Network Address Translation)

Le SNAT (Source NAT) :

Changer l’adresse IP et/ou le port de la source.

Le masquerading est un cas particulier de SNAT.

Le DNAT (Destination NAT) :

Changer l’adresse IP et/ou le port de la destination.

La redirection est un cas particulier du DNAT.

Statique ou dynamique

Remarques sur IP

• les adresses d’hôtes et de réseaux ne dépendent pas de la couche liaison de donnée utilisée

• IP permet la coexistence de plusieurs LAN (Ethernet, token ring, arcnet, FDDI, ...) et WAN (X.25, HDLC, PPP, ...)

• IP est utilisé sur l’Internet => utilisez des adresses IP compatibles Internet (RFC 1597) 10.?.?.? ou 192.168.?.?

Couches transport: TCP et UDP

• peu de chose à dire !• TCP et UDP permettent à plusieurs entités

sessions identifiées par leur portes d’utiliser simultanément TCP/IP:– HTTP porte TCP 80– SMTP (mail) porte TCP 25– Telnet porte TCP 23– partage fichier ports UDP et TCP 137, 138, 139

Couches transport: TCP et UDP

• UDP est trivial: peu de valeur ajoutée à IP

• TCP est plus complexe car il garantit un transfert sans perte de données ni manque de séquence (utilisation de numéro de séquence, de code détecteur d’erreurs…)

TCP : Transmission Control Protocol

• transport fiable de la technologie TCP/IP. – fiabilité = illusion assurée par le service– transferts tamponés : découpage en segments– connexions bidirectionnelles et simultanées

• service en mode connecté • garantie de non perte de messages ainsi que de

l'ordonnancement

TCP : La connexion• une connexion de type circuit virtuel est établie avant que

les données ne soient échangées : appel + négociation + transferts

• Une connexion = une paire d'extrémités de connexion • Une extrémité de connexion = couple (adresse IP, port)• Exemple de connexion : ((124.32.12.1, 1034), (19.24.67.2,

21))• Une extrémité de connexion peut être partagée par plusieurs

autres extrémités de connexions (multi-instanciation)• La mise en oeuvre de la connexion se fait en deux étapes :

– une application (extrémité) effectue une ouverture passive en indiquant qu'elle accepte une connexion entrante,

– une autre application (extrémité) effectue une ouverture active pour demander l'établissement de la connexion.

Couches sessions utilisée avec TCP/IP

• conversion entre les noms d’hôtes et les adresses IP: DNS= Domain Name System:– DNS de l’Internet = la plus grande base de données distribuées au monde!

– conversion d’un nom domaine ou machine www.insta.fr en une adresse IP 193.190.125.10

• implémentation de l’interface programmatique NetBIOS sur TCP/IP = RFC 1001/1002– permet l’utilisation des programmes NetBIOS sur des hôtes TCP/IP (PC,

Unix, Mac, ...) => y compris LAN Manager ou Windows NT Advanced Server

• implémentation des services transport de l’OSI sur TCP/IP RFC 1006

Conclusion

Évolution niveau 1 :Évolution niveau 1 : multiplexage sur le support (optique, câbles…).

Évolutions niveau 2 :Évolutions niveau 2 : augmentation des débits en WIFI, arrivée du WIMAX, 10 Gbps ethernet, ethernet à la conquête du MAN, CPL, mobilité.

Évolution niveau 3 :Évolution niveau 3 : IPv6, mobilité. Évolutions couches hautes :Évolutions couches hautes : le tout IP (téléphonie,

TV) et multimédia de plus en plus présent.

Ouuf !!

Utilitaires de gestion IP

traceroute sur Unix et tracert sur MS-Windows indiquent

le chemin suivi par un paquet IP

netstat -r et route –n montre les routes IP connues par l’hôte

ping permet le test d’une route entre deux hôtes

arp -a sur Unix montre la conversion entre adresses IP et MAC

ifconfig sur Unix

netstat -e sur MS-Windows indiquent la configuration et les statistiques

du ou des adaptateurs LAN

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