INF 2 - RSEAUX INFORMATIQUES

Cours 0 Prsentation

Equipe pdagogique

Moi (Luiz Angelo Steffenel) Matre de confrences l'Universit de Reims Champagne-

Ardenne Instructeur CISCO CCNA/CCNP Chercheur en Systmes Distribus et Paralllisme

Contact Email : luiz-angelo.steffenel@univ-reims.fr Page web : http://urca.lsteffenel.fr

Organisation

! 16 crneaux de 3h rpartis en 8 journes ! Cours, TD, TP (tout mlang) ! Horaires : 9h-12h puis 14h-17h ! 25/09, 21/10, 22/11, 4/12, 8/01, 15/01, 05/02, 12/02

! Supports disponibles sur lEPI

! Evaluation ! 6 ECTS ! Note finale

! 50% contrle continu ! Interrogations crites, participation, assiduit

! 50% examen final

Travaux pratiques Capteur et analyseur de trafic Wireshark Simulateurs de rseau

Cisco Packet Tracer Network Simulator NS-2

Sur vos machines : On vous donnera une image Linux sous VirtualBox

avec ces logiciels (ou vous l'installez sur votre machine, si vous avez un OS qui le

permet)

INF 2 - RSEAUX INFORMATIQUES

Cours 1 - Introduction

Objectives

Discuter les bases de la communication rseau

Comprendre certains lments de la couche physique Matriel Signaux Codage

Avoir un aperu des modles OSI et TCP/IP

Communication

Besoin dchange entre les individus

Dfinition dun systme dchange commun (protocole)

Langue commune Systme de reprsentation

commun Rgles dchange

Communication distance Une fois tabli un protocole, il reste le problme de la distance

Comment passer un message rapidement ? Lettre postale Pigeon voyageur Phares Signaux de fume 1792 : tlgraphe bras (Chappe) 1843 : tlgraphe (code Morse) 1875 : tlphone (Bell et Gray) 1895 : radio (Marconi)

Les Rseaux

Point de vue d'un simple utilisateur : un ensemble d'ordinateurs interconnects

Que se passe-t-il l'autre bout de la prise ?

Comment les machines communiquent entre-elles ?

Utilisent-elles toutes le mme langage de communication ?

Quand on va sur internet, sur une page Web Comment se fait-il que tout le monde ait la mme page

quand on utilise un navigateur Web et que l'on tape www.google.fr

Que peut-on trouver derrire cette adresse web ?

Les moyens de se connecter

Utilisateur final : se connecte gnralement un rseau

Avec un modem et une ligne tlphonique

Directement un autre ordinateur avec un cble rseau

tous les cbles sont-ils quivalents ? travers un rseau sans fil (WiFi, 3G)

...

Mais avec toutes ces solutions, que faut-il faire pour que les informations puissent s'changer / s'changer sans faute / s'changer vite ?

Les Supports Physiques des Communications

Avant de parler des rseaux informatiques, nous devons regarder un peu les diffrents supports physiques existants

Domaine plus orient lectronique/lectricit, comprendre le support nous permet de comprendre les limitation des rseaux

Et aussi comment explorer ses caractristiques notre faveur

Cble Coaxial Deux types les plus rpandus :

50 ohms : transmission numrique (anciennes installations Ethernet 10 Mbit/s)

75 ohms : communication analogique et tlvision par cble

Construction :

Gaine : protection du cble (caoutchouc, PVC ou tflon)

Blindage : partie mtallique entourant le cble

Isolant : vite le contact entre l'me et le blindage

me : brin de cuivre ou brins torsads transportant les donnes

Cble Coaxial

Deux types

10base5 (Thicknet)

cble plus gros (12mm)

longueur d'un segment : 500 mtres

connexion avec une prise vampire

10base2 (Thinnet)

cble plus fin (6 mm)

segment jusqu' 185 mtres

connexion type BNC

Les cbles rseau Cble coaxial

Le cble coaxial pais (thicknet)

Description

Les ordinateurs sont connects des transceivers relis au cblecoaxial via une prise vampire

Les prises vampires percent le cble

Longueur max. de 500m, 100 connexions espaces de min. 2.5m

Tranceiver et prise vampire Topologie 10Base5

Cble coaxial

Transceiver

Prise vampire

Cyril Rabat (Licence 3 MI / Info0503) La couche physique 2010-2011 17 / 33

Cble Paires Torsades

Diffrentes normes EIA/UTA

Cble UTP (Unshielded Twisted Pairs) : non blind

Peu coteux ; bien support

Segments de 100 m

Exemples courants : Ethernet 100BaseTX (Fast Ethernet)

Cble STP (Shielded Twisted Pairs) : blind (maille mtallique)

Les Connecteurs RJ-45

Connecteur typique pour les cbles UTP/STP

Deux normes :

EIA/TIA 568A

EIA/TIA 568B

Les Connecteurs RJ-45

Cble droit (568A568A ou 568B568B)

Connexion entre deux dispositifs diffrents

PC et switch

PC et hub

Switch et routeur

Cble crois (568A568B)

Connexion entre deux dispositifs similaires

PC et PC

PC et routeur

Switch et hub / switch et swith / hub et hub

Routeur et routeur

Les Cbles Optiques

Utilisation Liaison entre rpartiteur (backbone), centraux

tlphoniques urbains et interurbains

Couplage de segments dans une ville, entre deux villes, entre les continents

Avantages Lgret, immunit au bruit

Faible attnuation, scurit (difficile mettre sur coute)

Inconvnients Peu pratique dans des rseaux locaux (installation

difficile)

Cot relativement lev, relative fragilit

Distributeur central de la fibre optique

Types de Fibre

La fibre multimode

La fibre saut d'indice (rfraction angle droit)

Cur et gaine optique en verre de diffrents indices de rfraction

La fibre gradient d'indice (onde de forme sinusodale)

le cur est constitu de couches de verre successives ayant des indices de rfraction proches

La fibre monomode

le cur est si fin que le chemin de propagation des diffrents modes est pratiquement direct

Transmission de la Lumire

Attnuation de la lumire qui traverse une fibre optique

Les Connecteurs

Les Transmissions Sans Fil

Plusieurs systmes sont utiliss l'infrarouge, le rayon laser ou les ondes lectromagntiques. Ces techniques servent, le plus souvent relier des btiments, des sites isols ...

Bluetooth (PAN) distances jusqu' 10 m

WiFi (W-LAN) distances jusqu' 100 m

WiMAX quelques kilomtres (5-20 km)

Rseaux cellulaires GSM, UMTS, HSPDA (3G+)

Liaisons hertziennes

Satellites

Activit Pratique

Recenser les diffrentes bandes de frquence utilises pour les systmes de communication Wireless WiFi, 3G, 4G, Bluetooth, etc.

Faire une carte de ces frquences Il faut citer les sources !

rendre par email pour le 4 octobre 2013 (1 page suffit)

Signaux

Dfinition Signal : tension lectrique, modle dimpulsion

lumineuses ou onde lectromagntique module permet lacheminement

des donnes

Types de Signaux

Analogiques oscillant tension variant en fonction du

temps (sinusode) utilis depuis le dbut en

communication

Numriques signal carr front montant et descendant

Interfrences

Attnuation Perte de la force du signal (mesur en dB) Toutes les frquences contenues dans le signal ne

sont pas attnues de la mme faon Valeur gnralement connue pour un support et

une plage de frquences

Bruit Interfrences dues des signaux indsirables Bruit blanc : bruit d'agitation thermique permanent Bruit impulsif : bruit se prsentant sous forme de

tensions perturbatrices de valeur leve mais de dure brve

Interfrences (suite)

Distorsion de phase les frquences contenues dans le signal ne

voyagent pas la mme vitesse

Latence Retard de transmission due la vitesse de

transmission dans le milieu (latence dbit)

Collision mission simultane de deux htes sur le mme

medium Peut tre aussi le rsultat d'une rflexion sur le

support

Les Distorsions d'un Signal

Caractrisation du signal de donnes

le support spectral du signal est la plage des frquences qu'il utilise

notion de support spectral n dB la largeur spectrale (ou largeur de bande) est la

largeur de ce support

f LB 3 dB

Max/2

Max

0

F c

x f^( )

2

La numrisation

Avantages du numrique sur l'analogique facilits de stockage, de traitement et de restitution intgration (multimdia)

"la tendance : traiter des donnes numriques et les vhiculer par un signal numrique (le tout numrique)

numrisation : transformation d un message analogique en un message numrique processus en 3 tapes

chantillonnage quantification codage

L'tape d'chantillonnage

consiste prlever priodiquement la valeur du signal analogique transformation d'un signal temps continu en un signal

temps discret

Thorme d chantillonnage de Shannon L chantillonnage d'un signal de frquence maximum fmax

est sans perte si la frquence d'chantillonnage est : fe 2.fmax

Pas d'chantillonnage : Te = 1 / fe

Pas dchantillonnage

Amplitude

temps

L'tape de quantification

consiste reprsenter un chantillon par une valeur numrique appartenant une chelle de quantification introduit une erreur de quantification (d'autant plus

importante que le niveau de quantification est faible et que le pas de quantification est grand)

"utilisation d'chelles logarithmiques

"La quantification donne une suite de valeurs appartenant un ensemble fini

!

00 01 10 11 Pas de

quantification

temps

L'tape de codage

consiste remplacer la suite d'chantillons quantifis par une suite binaire s'il y a q = 2n niveaux de quantification, il faut n bits pour

coder toutes les valeurs possibles des chantillons quantifis

!

00 11 01 11 01 temps

Transmission binaire

Exemple

codage MIC (Modulation par Impulsion et Codage) 28 niveaux (256 niveaux)

application la voix tlphonique support spectral de la voix tlphonique analogique : [300 Hz, 3400 Hz] chantillonnage correct (sans perte de qualit) au

moins 2*3400 Hz, valeur "arrondie" par la normalisation 8000 Hz, soit un chantillon prlev toutes les 125 ms

chantillon cod sur 8 bits # il faut un dbit de 64kbit/s pour transfrer de la voix numrique MIC

Dbit binaire (Nyquist)

dbit binaire (Db) : nombre maximum d'lments binaires transmis par seconde Tb tant la dure d'un lment binaire, on a Db = 1/Tb bit/s

rapidit de modulation (Rs) : vitesse laquelle les symboles se succdent Ts tant la dure d un symbole (et donc la dure d'un

lment de signal), on a Rs = 1/ Ts bauds selon le thorme d'chantillonage Rs >= 2 . Fmax

valence (V) : cardinal de l alphabet des symboles r tant le nombre de bits cods par symbole, on a

V = 2r et donc r = log2 V

D = Rs . log2 V D = 2 . Fmax . log2 V

Capacit thorique d un canal bruit

Loi de Shannon elle fournit le dbit maximum auquel on peut

thoriquement transmettre sans erreur sur un canal bande passante limite et sujet du bruit

C = H . log2 (1 + S/N)

C est la capacit maximum thorique du support H est la largeur de la bande passante (en Hz) S/N est le rapport des puissances signal bruit (sans unit)

S/N = 10 . log10 (PS/PN) S/N s'exprime en dB

La vitesse de Transmission

Thorme de Shannon (canal avec bruit) Nombre max de bit/s = H log2(1 + S/B)

Pour un canal 3kHz et 30dB de bruit la limite est 3000 x log2(1+1030/10) = 3000 x log21001 =

3000 x 9,9672 29901,6 bits/s

Thorme de Nyquist (canal sans bruit) Dbit binaire maximal = 2H log2V bits/s

Pour un canal 3MHz et un signal binaire a fait 2 x 3000 x log22 = 6000 bits/s

Codage de Transmission

Transmission en Bande de Base mission de la suite de bits sur un support Dfinition de valeurs lectriques pour 0 et 1

Selon la technologie et lutilisation, diffrents types de codage sont employs Minimisation des erreurs Synchronisation Independence de polarit

Codage Binaire

http://sitelec.org/cours/abati/flash/codage.htm

Types de Codage

Tout ou rien (binaire) 0 : courant nul 1 : courant positif

NRZ (Non Retour Zro)

0 : courant ngatif 1 : courant positif Utilisation : port srie RS-232

Types de Codage

Bipolaire 0 : courant nul 1 : courant alternativement

positif et ngatif Utilis dans les lignes ddies T1 (AMI)

RZ (Retour Zro)

0 : pic (1/2 cycle) 1 : pic (1/2 cycle) Le signal est invers chaque transition de symbole Utilisation : limiter les interfrences entre les symboles

Types de Codage

RZ-I 0 : courant nul 1 : pic (1/2 cycle) Utilis dans les transmissions optiques (IrDA)

NRZ-I 0 : garde ltat 1 : transition au signal oppos Utilisation : USB (! transition 0 !)

Types de Codage

Manchester 0 : front descendant en milieu du cycle 1 : front montant en milieu du cycle

Cest un code porteur de cycle Inconvnients : frquence des transitions Utilisation : Ethernet (10 Mbps)

Types de Codage

Manchester diffrentiel 0 : transition dans le mme sens du prcdent 1 : transition inverse

Code insensible la polarit des cbles Utilisation : IEEE 802.5 (Token Ring)

Types de Codage

Miller 0 : transition en fin dintervalle pour un 0 suivi dun 0 1 : transition au milieu de lintervalle Code avec conservation de lhorloge et

indpendance de la polarit

On peut le construire partir du code Manchester en supprimant une transition sur deux

Utilisation : certaines cartes RFID

La Physique des Signaux

Une transmission en bande de base nest jamais carre Accumulation dharmoniques (transformations

de Fourier) Les interfrences peuvent compromettre le

signal

Transmission Module

Problmes avec la transmission numrique Dgradation rapide su signal Interfrence des parasites (harmoniques)

Solution : conversion en signal sinusodal Modulateur : bande de base $ signal sinusodal Dmodulateur : signal sinusodal $ bande de

base

Types de Modulation

Modulation damplitude Amplitude dpendante de linformation

transfrer (0 ou 1) Efficace si pas de perturbations extrieures

Modulation de frquence Utilisation dune frquence plus leve pour le 1 Solution efficace et prouve (bande FM)

Modulation de phase Changement de phase du signal pour un 1 (phase

montante) et un 0 (phase descendante)

Modems

(a) signal binaire (b) modulation damplitude

(c) modulation de frquence (d) Modulation de phase

Modems

(a) QPSK. (b) QAM-16. (c) QAM-64.

La combinaison des types de modulation permet les codages plusieurs niveaux c--d., plus dinformation par signal envoy

1 baud = 1 modulation par seconde Signal binaire $ 1 baud = 1 bit/s (peu performant) Signal combin $ 1 baud = plusieurs bits/s

Les modems sont-ils morts ? Personne (ou presque) n'utilise plus les modems tlphoniques

Mais l'ADSL n'est rien d'autre qu'une volution

Comment fonctionne l'ADSL

Pendant longtemps les modems taient limits la bande passante voix Un seul canal de 4 kHz

Le cble tlphonique permet des frquences au del de 1MHz Le signal tait brid par les oprateurs afin de faire

le multiplexage frquentiel des canaux

Cependant, la numrisation des transmissions oprateur a soulag ces lignes

Les Canaux ADSL

L ADSL permet l utilisation de ces canaux supplmentaires tout en laissant le canal voix disponible

Les Canaux ADSL

L ADSL a un inconvnient Le dbit varie selon l attnuation du cble De plus, il faut dcompter le payload ATM (~10%)

Dbit ADSL versus distance avec un cble UTP de catgorie 3

Rsum et Points Cls

Le matriel n'est rien sans un codage appropri La transmission dpend de l'attnuation, du taux

d'erreur, de la synchro, etc.

Les proprits physiques influencent le dbit maximal Thorme de Shannon

Le codage influence le dbit maximal Thorme de Nyquist

LES RSEAUX MODERNES

Communication - fonctions

La connexion physique (entre 2 utilisateurs directement ou indirectement)

Lmission (message que le systme se charge de transmettre un ou plusieurs destinataires)

La rception (message dont lhte est le destinataire)

Lacheminement des messages (sans erreur, sans perte, sans duplication et en temps utile)

Loptimisation des lignes (partage du support physique)

Le contrle de flux et le stockage (message en transit avant son utilisation)

Le choix entre diffrentes mthodes de dialogue

La gestion et le contrle de lutilisation des fonctions rseaux

Communication - fonctions

La connexion physique (entre 2 utilisateurs directement ou indirectement)

Lmission (message que le systme se charge de transmettre un ou plusieurs destinataires)

La rception (message dont lhte est le destinataire)

Lacheminement des messages (sans erreur, sans perte, sans duplication et en temps utile)

Loptimisation des lignes (partage du support physique)

Le contrle de flux et le stockage (message en transit avant son utilisation)

Le choix entre diffrentes mthodes de dialogue

La gestion et le contrle de lutilisation des fonctions rseaux

Comment communiquer avec tous ?

Annes 1960-1970 : mlange des systmes propritaires

Systems Network Architecture (SNA) d'IBM (1974),

DECnet (rseau des mini-ordinateurs DEC),

Novell avec Netware, Apple avec AppleTalk, ...

Objectif : communiquer ensemble

Difficult : protocoles de communications diffrents !

Organismes de normalisation

UIT-T Union Internationale des Tlcommunications Compose doprateurs et dindustriels des tlcommunications

ISO International Standardization Organization Dpendant de lONU Compos de reprsentants nationaux (ANSI, AFNOR, DIN, etc)

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Responsable pour certains standards tels que 802.3 (Ethernet),

802.11 (Wi-Fi), etc.

IETF Internet Engineering Task Force Comit pour les standards Internet (les RFCs) En gnral concerne uniquement la pile logiciel

Pourquoi Dcouper en Couches ?

Interoprabilit entre fabricants

Permettre des matriels de plusieurs fabricants d'interagir au sein d'un mme rseau (normes communes)

Facilit de comprhension

mieux dcrire les fonctionnalits et spcifications des protocoles

Facilit de dveloppement

Faciliter la modification des programmes et acclrer l'volution des produits

Ingnierie modulaire

Possibilit d'implmenter des fonctions des couches suprieures pendant que d'autres dveloppent pour des couches infrieures

Modle OSI de ISO

Open System Interconnection (1978) Division des fonctionnalits Description dun rseau sous forme de couches

superposes Description des interactions entre les couches

successives Rduction de ltude des parties limites

Maintenance facilite Dveloppement simplifi

Un modle en 7 couches

liaison de donnes

rseau

transport

session

prsentation

application

physique

couc

hes h

aute

s

gestio

n de

lap

plicat

ion

couc

hes b

asse

s

fonc

tions

de tr

ansp

ort

La Couche Physique (OSI 1)

Gre le cblage

Le nombre de conducteurs

Le type d'isolation utilis (ou non)

La topologie du rseau (bus, anneau, toile, etc.)

Gre les connecteurs

la forme du connecteur aux extrmits du cble

Dfinit les caractristiques lectriques des quipements

Dfinit la faon dont un quipement signale un 0 ou un 1 binaire sur une ou plusieurs broches de transmission

codage des signaux

La Couche Liaison (OSI 2)

Dfinit les normes et les protocoles utiliss pour contrler la transmission des donnes travers un rseau physique

Les fonctions sont :

Arbitrage : le moment appropri pour utiliser le support de transmission physique ou mdia de transmission

Gestion de la liaison des donnes : s'assure que les donnes sont bien reues et traites par le ou les destinataires corrects

Dtection d'erreur : Dtermine si les donnes ont travers avec succs le mdia de transmission

Identification des donnes encapsules : identifier le service de la couche Rseau (OSI 3) qui est adress le message

La Couche Rseau (OSI 3) Assure toutes les fonctionnalits de relais et damlioration de services entre les entits du rseau :

1. Ladressage 2. Le contrle de flux 3. La dtection et correction derreurs non rgles

par la couche 2 4. Linterconnexion de rseaux htrognes

(routage) Exemples de protocoles de la couche 3

IP, CLNP (ClassLess Network Protocol ISO), ICMP (protocole atypique, nassure pas les services traditionnels de la couche 3)

La Couche Transport (OSI 4)

Correction des erreurs

Les protocoles de la couche transport essaient de corriger les erreurs survenues lors de la transmission, si possible

Mode connect ou pas

Doit-on s'assurer que le destinataire est prsent avant d'envoyer un message ?

Contrle du flux

Contrler le dbit de transfert des donnes afin de ne pas saturer la machine destination

Segmentation des donnes d'application et ordonnancement

Certains segments de donnes dpassent la taille d'un message de la couche infrieure

Il faut les regrouper et rordonner

La couche Session (OSI 5)

Objectif Dfinir des rgles d'tablissement d'une communication

Qui doit parler ? Comment terminer une communication de faon correcte ?

Fournir aux entits de la couche prsentation les moyens dorganiser et synchroniser les changes de donnes

Rles

Gestion de la synchronisation

Gestion des transactions

Fonctions assures

Gestion de dialogues

Dfinition de points de reprise et mcanismes de retour arrire

La Couche Prsentation (OSI 6)

Grer la syntaxe et la smantique des informations transportes

Assurer la reprsentation des donnes (format de donnes)

Syntaxes associes ASN.1 (ISO 8824) XML ASCII JPEG, etc

Autres fonctions Compression Chiffrement

La Couche Application (OSI 7)

Dfinir des protocoles de communication pour que l'application puisse communiquer avec les couches infrieures

Fournir tous les services utilisables par lapplication :

le transfert dinformations, lallocation de ressources lintgrit et la cohrence des donnes accdes

la synchronisation des applications cooprantes

Il ne faut pas confondre une application rseau et la couche application

Exemple : un navigateur web est une application qui utilise des services et protocoles de la couche 7

protocole de transport HTTP

Interface de communication socket

Interaction entre les Couches

Communication d'une application une autre, via un rseau

Encapsulation

Principe :

chaque couche rajoute des informations aux donnes transmises par les couches suprieures

OSI dans le Monde Rel

Le modle OSI est surtout une rfrence pour la cration de services compatibles

OSI ne donne aucune spcification sur les protocoles et le matriel

Rsultat pratique : aucun systme actuel implmente OSI la lettre

le modle TCP/IP est le standardde facto pour l'Internet

OSI reste nanmoins LA RFRENCE pour l'tude des rseaux

La sparation des rles facilite la comprhension

La conformit OSI est un signe d'interoprabilit

Un autre modle

Modle OSI Modle thorique Conu et approuv avant dtre implment Difficile implmenter

Modle TCP/IP Modle issu du dveloppement Approche pragmatique

Le Modle TCP (4 couches)

Modle en 4 couches

Simplification des couches infrieures

Incorporation des couches Session et Prsentation dans la couche Application

hte rseau

Internet

Transport

Application

Architecture TCP/IP

Net1 Net2 Netn

IP

UDP TCP

FTP HTTP DNS SMTP

graphe (simplifi) des protocoles TCP/IP

application

transport

rseau (internet)

hte rseau

(host-to-network)

architecture 4 niveaux

La couche Hte-Rseau

Dans le modle TCP/IP, la couche Hte-Rseau na pas un rle prcis ni une architecture dfinie Vue informaticien : tout ce qui est cblage,

signal, etc ne nous concerne, ce sont des choses des ingnieurs lectriques

Dfinit juste la capacit dun hte se connecter un rseau et envoyer des paquets IP

La couche Internet

Rles Permettre la diffusion et lacheminement de

paquets travers les rseaux i.e., adressage et routage

Dfinition dun format de paquet et du protocole IP

Similaire la couche Rseau de lOSI Astuce : Rseau = Internet

La couche Transport

Rles Permettre des entits paires de soutenir une

conversation Similaire la couche Transport OSI

Astuce : Transport = Transport

Protocoles dfinis TCP UDP

La couche Application

Rles Hberger les protocoles de haut niveau Similaire la couche Application OSI Protocoles dfinis

telnet ssh SMTP DNS HTTP Etc.

Comparaison des Modles

Rsum et Points Cls

Le dcoupage permet de se concentrer sur les fonctionnalits et simplifier le dveloppement

Le modle OSI est le plus "complet" mais c'est TCP/IP qui est utilis actuellement

Il faut connatre l'quivalence entre les modles Astuces "rseau = internet", "transport=transport"