Technologies Internet et intranet Modélisation et Simulation de réseaux

ObjectifsDcouvrir les technologies lies aux rseauxSans filSimulation

Dcouvrir et utiliser et outils de modlisation et de simulation

OrganisationTechnologies sans filJean-Sbastien Gualtieri

Modlisation et Simulation de rseaux ?Modlisation ?Simulation ? Rseaux ?

Planning7 * 1h30 de cours Dfinitions (Modlisation, Simulation, Rseaux)Application5 * 1h30 de TDApplicationProjet4 * 1h30 TPProjet

SommaireIntroductionRseaux ModlisationSimulationOutils de modlisation et simulationApplications

IntroductionUn rseau informatique est un ensemble d'quipements relis entre eux pour changer des informations. fr.wikipedia.org/wiki/Rseau_(informatique)

Un rseau de tlcommunication est un rseau d'arcs (liaisons de tlcommunication) et de nuds (commutateur, routeur, ...), mis en place de faon ce que des messages puissent tre transmis d'un bout l'autre du rseau au travers de multiples liaisons. fr.wikipedia.org/wiki/Rseau_(tlcommunications) Historique

Introduction

1967 : Arpanet : rseau militaire amricain robuste aux pannes

1973 : Apparition du TCP/IP

1983 : Internet : Interconnexion dArpanet et dautres rseauxHistorique

IntroductionStatistiques Monde

IntroductionStatistiques - France

RseauxUn rseau informatique est un ensemble d'quipements relis entre eux pour changer des informations. fr.wikipedia.org/wiki/Rseau_(informatique)

Un rseau de tlcommunication est un rseau d'arcs (liaisons de tlcommunication) et de nuds (commutateur, routeur, ...), mis en place de faon ce que des messages puissent tre transmis d'un bout l'autre du rseau au travers de multiples liaisons. fr.wikipedia.org/wiki/Rseau_(tlcommunications) Historique

RseauxIndpendamment de la technologie sous-jacente, on porte gnralement une vue matricielle sur ce qu'est un rseau. De faon horizontale, un rseau est une strate de trois couches: les infrastructures, les fonctions de contrle et de commande, les services rendus l'utilisateur. De faon verticale, on utilise souvent un dcoupage gographique: rseau local, rseau d'accs et rseau d'interconnexion.

RseauxLes infrastructures peuvent tre des cbles (circulation des signaux lectriques), des fibres optiques (propagation dondes lumineuses), etc. Elles permettent de relier physiquement des quipements connects suivant une organisation pr dfinie : topologie de rseau. Les principaux types de rseaux filaires utilisent les protocoles qui proviennent du standard Ethernet :10BASE5 : cble coaxial pais bande de base (obsolte) ;10BASE2 : cble coaxial fin bande de base (obsolte) ;10BASE-T : paires torsades ;100BASE-T : paires torsades (100 Mb/s) les plus gnralises aujourd'hui en rseau local (LAN) ;1000BASE-T : paires torsades (1 Gb/s), prsent dans les nouveaux ordinateurs ;10GBASE-T : paires torsades (10 Gb/s).Plusieurs normes dfinissent les modalits de fonctionnement des rseaux hertziens, comme par exemple la norme Wi-Fi (IEEE 802.11).Les courants porteurs en ligne (CPL) permettent quant eux de transporter des flux d'information sur un rseau lectrique local.Infrastructure

RseauxLe rseau Internet met en contact les utilisateurs par le biais de leur matriel informatique respectif.

RseauxLes protocoles de communication permettent de dfinir de faon standardise la manire dont les informations sont changes entre les quipements du rseau : il s'agit de procdures qui contrlent le flux d'information entre deux quipements. Des logiciels spcifiques qui grent ces protocoles sont installs sur les quipements d'interconnexion comme les commutateurs rseau, les routeurs, les commutateurs tlphoniques, les antennes GSM, etc.Les services se basent sur les protocoles pour fournir, par exempledes transferts de textes (SMS...) ou de donnes (Internet...), des communications vocales (tlphone...), ou des diffusions d'images (tl...).Protocoles et services

RseauxHte-rseau : liaison physique et de donnes.Internet : interconnexion des rseaux / routage. Transport : conversation. Application : Telnet, TFTP, SMTP, HTTP.Modle TCP-IP

RseauxHTTP : webNNTP : newsgroupPOP / SMTP : mailFTP : transfert de fichiersDNS : correspondance entre noms et adresses IPSSH : connexion distance scuriseLes couches applicatives

RseauxLes rseaux informatiques sont classs suivant leur porte :le rseau personnel (PAN) relie des appareils lectroniques personnels ;le rseau local (LAN) relie les ordinateurs ou postes tlphoniques situs dans la mme pice ou dans le mme btiment ;le rseau mtropolitain (MAN) est un rseau l'chelle d'une ville ;le rseau tendu (WAN) est un rseau grande chelle qui relie plusieurs sites ou des ordinateurs du monde entierDcoupage gographique

RseauxUn rseau peut tre class en fonction de son utilisation et des services qu'il offre. Ce dcoupage recoupe galement la notion d'chelle. Ainsi, pour les rseaux utilisant les technologies Internet (famille des protocoles TCP/IP), la nomenclature est la suivante :Intranet : le rseau interne d'une entit organisationnelleExtranet : le rseau externe d'une entit organisationnelleInternet : le rseau des rseaux interconnects l'chelle de la planteDcoupage fonctionnel

ModlisationQuest ce que la modlisation ?

Pourquoi modliser ?

Modlisation de rseaux

ModlisationLa modlisation est la conception d'un modle.

Un modle est une reprsentation de la ralit Cest une reprsentation abstraite dun systme complexeCest une vue qui tient compte des spcifications et/ou des objectifs que lutilisateur sest fixQuest ce que la modlisation ?Quest ce quun modle ?

ModlisationPour faire voluer un systme existantPour tester un systme existantVrifier quil fonctionne correctementVrifier quil correspond aux spcificationsPour aider la conception dun systmeGain de tempsCot rduitPourquoi modliser ?

ModlisationPourSuperviserAnalyserFaire voluerDployer Modlisation de rseaux

SimulationLa modlisation est la conception d'un modle. Un modle est une reprsentation de la ralit

La simulation numrique est l'un des outils permettant de simuler des phnomnes rels.

SimulationModlisationSimulationValidationEquationsRsultatsInterconnection de modlesSystmeModleSimulateurProcessus de M&S

SimulationLe systme dinformation daujourdhui est en volution permanente : Toujours plus dapplications dans des dlais toujours plus court, dploiement de la voix sur IP, cration de DataCenter. Ces nombreuses volutions modifient le volume de donnes sur le systme dinformation et peuvent provoquer des problmes de performances. Pourquoi simuler votre environnement rseau ?

SimulationLes applications dployes, critiques pour le fonctionnement de lentreprise, sont passes dans des processus complets permettant de valider leurs bons fonctionnements et un niveau de performances satisfaisant. Cette dmarche coteuse tous les points de vue ne permet pourtant pas de saffranchir de tous les risques. Pourquoi simuler votre environnement rseau ?

SimulationLa composante rseau peut avoir un impact fort sur les performances des applications dployes. Les entreprises sont conscientes des cots normes que peut provoquer une application qui prsente des problmes de performances aprs le dploiement ; cest dailleurs pour cette raison quelles dpensent beaucoup de temps, dnergie et dargent pour valider leurs applications.Pourquoi simuler votre environnement rseau ?

SimulationMettre en uvre une solution de simulation nest pas une option. Aujourdhui de nombreuses entreprises possdent ce type de solution et il est hors de question quune application ou un composant rseau ne soit install sans passer par lenvironnement dentreprise virtuel : Applications, tlphone IP, botier doptimisation rseau, etc.Pourquoi simuler votre environnement rseau ?

SimulationUne simulation conforme la ralitdifficult connatre les caractristiques du rseau Simuler le rseau et simuler lactivit rseaule simulateur pour objectif de recrer de faon conforme la ralit les perturbations de lenvironnementil est possible de reproduire galement le pourcentage dutilisation de la bande passanteil est intressant de reproduire galement la charge gnre par lapplication concerne.

SimulationAnalyser les temps de rponse des applicationsil est possible davoir une vision trs complte sur les performances de lapplication en fonction du nombre dutilisateurs simultans qui lutilisent et en fonction des diffrentes caractristiques rseauil est possible danalyser lvolution des temps de rponse dune application

M&S de rseauxPourSuperviserAnalyserFaire voluerDployer

OUTILSNombreuxMAP Modeling and Analyse PackageFournit automatiquement les paramtres dun rseau de filesdattente partir des spcifications du systmeCUPID obtenir les performances de protocoles de communication partirde spcifications de type algbriqueQNAP Queueing Network Analysis Packagelangage de description et d' analyse de files d' attenteBESTHELPNS-2 Network SimulatorOPNET

ApplicationChoix dun logicielInstallationPrsentation du logicielUtilisationModliser un des rseaux suivant :

Application

Application100MbSalle I.23Switch Cisco 3550Fibre Optique 1GbCatalyste Cisco 6550(QoS)Fibre Optique 1GbInternetServeurs1Gb

ApplicationAjouter une bande passante fixe pour la vois sous IP

Conclusionhttp://www.grappa.univ-lille3.fr/polys/systreseaux/ch01s02.html

Daprs ltude de lARCEP : http://www.arcep.fr/index.php?id=9152 (3me trimestre 2006)Hte-rseau : liaison physique et de donnes entre machines (Ethernet)Internet : interconnexion des rseaux (htrognes) distants sans connexion. Le point critique de cette couche est le routage. (IP)Transport : permettre des entits paires de soutenir une conversation. (TCP ou UDP)Application : Telnet, TFTP (trivial File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol).http://www.frameip.com/tcpip/* 3. Outils de simulation et de modlisation Application aux rseaux de communication. L' utilisation de la simulation. Les outils logiciels pour l' valuation de performances. Application aux rseaux de communication. Les problmes poss par le dveloppement des rseaux et protocoles de communication sont complexes. Il existe dj des langages de spcification de protocoles : FAPL (utilis par IBM pour SNA), LOTOS ou ESTELLE. Plusieurs travaux ont dj t mens dans cette optique: - Rudin a dcrit sous la forme d' un simulateur crit en FAPL, l' implmentation d' un protocole de type Rejet Slectif. - Sevcik et Lazowska ont dvelopp un outil bas sur MAP( Modelling and Analysis Package) qui fournit automatiquement les paramtres d' un rseau de files d' attente partir des spcifications du systme. - Le projet CUPID de l' universit de Columbia cherche obtenir les performances de protocoles de communication partir de spcifications de type algbrique. Nanmoins, il apparat que la simulation procure une mthode de rsolution qui reste superficielle. Pourtant par un choix de donnes et de distributions appropries on peut dceler des erreurs. La modlisation a t largement utilise pour valuer les performances des rseaux/protocoles de communication. Les mthodes analytiques ont permis d' apprhender le comportement des protocoles des couches basses sous des hypothses simplificatrices permettant de traduire ces comportements sous la forme d' quations mathmatiques que l' on sait rsoudre. L' utilisation de la simulation. La simulation reprsente un ensemble de techniques permettant d' approcher le comportement d' un systme quelconque. C' est une mthode stochastique dans la mesure ou un simulateur est bas sur l' utilisation de variables alatoires. L' tat S du systme est reprsent par un vecteur de variables alatoires. Les diffrents simulateurs peuvent tre partitionns en trois approches principales : 1) La simulation en temps continu: Un systme est continu si son vecteur d' tat change en permanence avec le temps. 2) La simulation en discret: Un modle temps discret dfinit l' tat du systme des instants dnombrables. 3) La simulation en temps continu et vnement discret:Dans ce cs, la suite des instants d' observation est dfinie par les instants d' occurence d' vnements. Les outils logiciels pour l' valuation de performances.Pour "dmocratiser " l' valuation des performances et la rendre accessible des non-spcialistes, on a vu apparatre depuis 1980 des "package" (QNAP2 , BEST/1, HELP...) Ces logiciels possdent des modules de rsolution: mthodes analytiques exactes et approximatives ainsi que des modules de simulation. Un langage de description de modle offre une interface homme-machine agrable. Dans l' tape de dimensionnement il incombe l' utilisateur d' interprter comme un grand les rsultats obtenus. QNAP2QNAP (Queueing Network Analysis Package) est un langage de description et d' analyse de files d' attente. Pour plus de dtails cliquer ici. Il ne s' agit pas d' un logiciel complet de modlisation dans la mesure o la dmarche de cration du modle doit tre faite par l' utilisateur. QNAP est le rsultat du travail d' quipes de chercheurs de l' INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique) et de BULL. Ce programme est crit en FORTRAN77. QNAP traite des objets simples comme des nombres rels ou entiers, des caractres, mais aussi, des files d' attente. A l' aide de ces objets l' utilisateur va dfinir une structure de rseau de files d' attente en dcrivant un ensemble de stations. Une station se compose des lments essentiels suivants: -Une file d' attente, -Un ou plusieurs serveurs attachs cette file, -La description algorithmique du service fourni, -Un algorithme de routage qui permet de dfinir la circulation des clients dans le rseau. Les clients du rseau circulent entre les stations o ils reoivent un service. Il est possible de caractriser des clients en leur attribuant des classes distinctes. Lorsque la description du rseau est termine, il est possible de passer la deuxime phase de l' utilisation de QNAP: la rsolution. Les mthodes de rsolution disponibles sont: -Un simulateur vnements discrets, -des mthodes analytiques exactes, -des algorithmes de convolution-thorme BCMP, -une rsolution Markovienne, -des mthodes analytiques approches dont MVA(Mean Value Analysis), -des mthodes itratives, -une approximation par diffusion, -des approches heuristiques. Les rsultats numriques, sont des donnes standard du type temps de rponse, taux d' occupation, longueur de files. Ces quantits sont calcules par leur valeur moyenne lorsqu' un tat d' quilibre existe, pour les mthodes analytiques et par leur valeur moyenne et un intervalle de confiance pour les mthodes de simulation. BEST/1Un ensemble de produits de gestion de capacit et des performances de systmes informatiques IBM a t dvelopp par la socit BGS (USA) qui a introduit son premier produit Best/1 sur le march en 1975. Les systmes tudis sont ceux du constructeur IBM pour les sites centraux sous environnement MVS ou VM ainsi que les diffrentes composantes du rseau SNA. Le fonctionnement du progiciel est dcompos en trois phases prinicipales, utilisant trois composantes: - La collecte des donnes et la caractrisation de la charge, - La projection de la charge, - L' valuation de performance. Collecte des donnes et caractrisation de la charge.Procure une image de l' utilisation des ressources du systme et de ses performances. Elle contient trois lment d' analyse : Catpure/MVS, Capture/VM et Capture/SNA. Capture/MVS:L' utilisation classique de Capture/MVS consiste selectionner un intervalle de temps (ou un groupe d' intervalles) spcifique pendant lequel les grandeurs caractristiques du systme ont t mesures. L' approche suivie par capture/MVS vise reproduire celle de l' environnement MVS en divisant la charge totale en un ensemble de groupe distincts classifis en fonction de l' activit des priphriques, de l' activit de pagination, de l' avtivit de swapping, et de l' activit de l' unit centrale. Diffrents rapports d' excution donnant des informations sur le comportement du systme, sont proposs par Capture/MVS afin de montrer comment chaque composante a utilis le CPU, la mmoire ou les quipements d' entres/sortie. Capture/VM:De manire analogue, Capture/VM est un outil d' analyse de la charge et de collecte des donnes. Il est construit pour un environnement d' exploitation VM et est capable de traiter les informations caractristiques fournies par cet environnement. Il permet de dterminer le niveau de charge et la consommation des diffrentes ressources. Capture/VM procure la possibilit de dfinir une ou plusieurs composantes de charge VM en s' appuyant sur les Userids VM disponibles sur le site. Les rapports fournis par Capture/VM permettent d' apprhender les changements de configuration, les options de tuning, les demandes utilisateurs et les caractristiques des travaux excuts sur la charge globale du systme et les niveaux de service. Projection de la configuration.Cette composante permet l' tude de l' impact de nouveaux besoins sur le comportement de systme. La projection de la configuration s' effectue gnralement soit sur un accroissement de la charge, bas sur des considrations historiques, soit sur une charge nouvelle issue de besoins en cration. BGS propose deux composantes INFO/BASE et CRYSTAL qui adressent plus particulirement le second point. CRYSTAL peut tre utilis pour dterminer l' impact de ces nouveaux besoins sur le comportement du systme avant de les implmenter. INFO/BASE permet d' archiver les informations fournies par Capture afin de faciliter la prparation de rapports et d' tudes de cs. Evaluation des performancesLa firme BGS propose trois composants pour l' valuation de performances appels BEST1/MVS BEST1/VM et BEST1/SNA. Ils sont utiliss afin d' tudier l' influence sur les performances : -d' un accroissement de la charge, -d' une modification de la configuration, -d' un changement dans les paramtre du systme. Les rsultats produits sont principalement: -Les temps de rponse des diffrentes applications, -L' identification des ressources susceptibles de conduire des goulets d' tranglement, -la dcision d' apporter des modifications appropries la configuration matrielle.... HELP Face la complexit croissante des systmes informatiques, il faut pouvoir tudier des sous-systmes de faon indpendante et les rassembler ensuite dans un modle global de fonctionnement. Il faut galement, pou la puissance de l' outil, que les modules de rsolution soient de plus en plus nombreux et faciles d' emploi. Il faut enfin, pouvoir automatiser le processus de comprhension des rsultats pour qu' une optimisation cohrente puisse avoir lieu. Le laboratoire MASI de Paris VI dveloppe, un systme expert responsable de la gnration des processus de modlisation, d' valuation et de dimensionnement. Une interface avec l' utilisateur guide ce dernier dans le choix du modle qui lui permettra de dimensionner son systme.

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