Téléinformatique - Équipe Réseaux

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Téléinformatique

Antoine Gallais, Maître de Conférences

Université Louis Pasteur, Département Informatique

Equipe Réseaux et Protocoles du LSIIT

[email protected]://clarinet.u-strasbg.fr/~gallais

Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.

2008/2009Téléinformatique – LP SIL/ARS

Cours 1: Introduction

� Généralités

� Modèles à couches

� Protocoles et normalisation

� Petite historique des réseaux


Réseaux« Ensemble de nœuds reliés par des liens »

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Réseaux informatiques:Différentes applications

� Messagerie instantanée, enseignement à distance, e-commerce, réseaux sociaux, …


Réseaux informatiques:Différents supports physiques

FilairesFibres optiques

L’air…


Réseaux informatiques:Différents composants

� Routeur� Couche 3 du modèle OSI (réseau) � Table de routage� Commute les paquets d'une interface vers une autre

� Commutateur� Couche 2 du modèle OSI (liaison de données)� associe des adresses MAC avec des ports correspondants

� Concentrateur� permet la connexion de plusieurs appareils sur une même ligne de

communication

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Réseaux informatiques:Différentes topologies

Etoile

Anneau Arbre Maillé

Bus


Réseaux informatiques:Différentes échelles

1m 10m 100m 1km 10km 100km 1000km

PAN: Réseau personnel

MAN: Réseau

Métropolitain

WAN: Réseau longue distance

LAN:Réseau local


But = Communiquer

Alice Bob

Bonjour!

Salut!

?

?

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But = Communiquer

Alice Bob

« Bonjour! »

?

?

?

« Bonjour! »


Echanger des données

� Un émetteur et un récepteur

� Trois moyens d’acheminer des données� Commutation de circuits� Commutation de messages� Commutation de paquets


Commutation de circuits

� Circuit dédié entre l’émetteur et le récepteur� Circuit réservé durant la transmission� Ex: le Réseau Téléphonique Commuté (RTC)

� Avantages:� Grande fiabilité� Vitesse de transmission élevée

� Inconvénients:� Délai d’établissement du circuit� Gaspillage en cas de débits variables

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Commutation de messages

� Pas de connexion entre l’émetteur et le récepteur� Progression de proche en proche pour le message� Ex: transmission des télégrammes

� Avantages:� Pas d’établissement de circuit� Stockage du message au sein du réseau

� Inconvénients:� Réception de la totalité du message avant transfert � Inefficace pour données de très grande taille


Commutation de paquets

� Pas de connexion entre l’émetteur et le récepteur� Le plus souvent…

� Données découpées en paquets (segmentation)� Ex: IP, ethernet, …

� Avantages:� Multiplexage de nombreuses communications

� Système souple adapté au trafic à débit variable (interactif)� Résistance aux pannes des nœuds intermédiaires


Commutation de paquets

� Mode datagramme� Émission sans chemin dédié pré-établi

� Avantages: rapidité, simplicité (Internet)

� Ex: IP, commutation de trames ethernet

� Mode circuit virtuel� Émission après établissement d’un chemin dédié

� Avantages: arrivée ordonnée des paquets

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Normalisation/standardisation

� De manière générale:� Harmoniser l’activité d’un secteur� Assurée par des organismes nationaux/internationaux

� En Informatique:� Normaliser les matériels, les communications…


Historique

1912 1918 1928 1947

American Institute of Electrical Engineer(IEEE maintenant)

American Society of Mechanical Engineers(ASME)

American Society of Civil Engineers(ASCE)

American Institute of Mining and Metallurgical Engineers(AIMME)

American Society for Testing Materials(ASTM)

Définir des standards industriels communs

American Engineering Standards Committee(AESC)

American Standards Association(ASA)

1926 1931


Exemples de normes/standards

� Norme ISO 14001� Destinée à aider les organisations à améliorer leurs

performances environnementales

� En informatique:� Le modèle Open System Interconnection (OSI)

� 7 couches définies par l’ISO

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Comment simplifier la conception d’une architecture réseau?

Alice Bob

« Bonjour! »

?

?

?

« Bonjour! »


Modèles en couches

Couche K Couche K

Communicationentre couches K

Données

DonnéesEk

Couche K-1

DonnéesEkEk-1

Couche K-1

DonnéesEk

Données

Communicationentre couches K-1


Conception de couche

� Chaque couche rend des services à la couche supérieure

� Service� « ce que fait une couche »� Aucun détail sur ce comment le service est rendu

� Analogie avec programmation objets

� Interface� Indique comment accéder à la couche� Spécifie les entrées et les sorties

� Protocole� Façon de fournir le service

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Exemple 1: le modèle OSI

� Norme ISO 7498� Open System Interconnection

� Traite des systèmes ouverts à la communication avec d’autres systèmes

� Décrit l'architecture des communications en réseau

� Objectifs :� Principales fonctions liées à la communication� Hiérarchiser en couches� Principe d’abstraction (couche, service, protocole)


Exemple 1: le modèle OSIApplication

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

• Pour Le Réseau Tu Sais Pas Administrer• Après Plusieurs Semaines Tout Respire La Paix• Partout Le Roi Trouve Sa Place Assise• Petit Lapin Rose Trouvé à la S.P.A.• Pirater Le Réseau Te Servira Pas Absolument• Pour Le Réseau Tout Se Passe Ainsi



� Service� description abstraite de fonctionnalités à l'aide de primitives (commandes ou

évènements)� ex: demande de connexion, réception de données.

� Protocole� Définit le format, la signification des paquets/messages échangés entre deux

entités paires� Indépendant du service fourni par la couche dans laquelle il fonctionne

� Interface� Ensemble de fonctions de bibliothèque ou d'appels systèmes dans un

programme� moyen concret d'utiliser le service

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Normaliser les communications

� Protocole de communication� Ensemble de règles pour établir et entretenir une communication

� Différence entre données et informations:� Informations = données qui ont un sens

Couche K Couche K

Communicationentre couches K

Régie par un protocole de communication de niveau k



Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Données Ea

Données

Ep

Es

Et

Er

El

Eφ

Données

Données

Données

Données

Données

Données

Unitéséchangées

Paquet

Trame

Bit

Transport PDU

Session PDU

Presentation PDU

Application PDU*

*: PDU = Protocol Data Unit



Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Protocole d’application

Protocole de présentation

Protocole de session

Protocole de transport

Sous-réseaude

communication

Sous-réseaude

communication

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Dans ce cours

Réseau

Liaison

Physique

Réseau

Liaison

Physique

Réseau

Liaison

Physique

Réseau

Liaison

Physique

Sous-réseaude

communication

Sous-réseaude

communication

� Couche physique :� Transformation de bits en signaux (électriques, lumineux, radio) codage-

modulation

� Couche liaison de données :� Support physique vu comme une ligne logique « exempte d’erreurs »� Délimitation des trames de données� Mécanismes de contrôle d’erreur, de flux, d’accès


Exemple 2: le modèle TCP/IP

� Besoins de robustesse et de souplesse� Résistance aux pannes d’équipements intermédiaires

� Applications variées

� Réseau à commutation de paquets

� Couche Internet� Chacun envoie ses paquets et l’interréseau doit les acheminer

� Internet Protocol (IP) => format des paquets


Exemple 2: le modèle TCP/IP

� Sous la couche Internet: la couche hôte-réseau� Pas définie

� Au-dessus de la couche Internet: la couche transport� Transmission Control Protocol (TCP)

� Avec connexion, flot d’octets en entrée fragmenté pour former paquets IP� User Datagram Protocol (UDP)

� Sans connexion, applications chargées de la fragmentation

� Au-dessus de la couche Transport: la couche application� Telnet, FTP, SMTP, DNS, HTTP� Application désignée par numéro de port + protocole de transport

� ex: ftp 21/TCP

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Comparaison OSI – TCP/IP

� Modèle OSI conçu avant les protocoles� Pas de protocole imposé à chaque couche� Objectif d’abstraction atteint� Utile pour décrire différentes piles de protocoles

� Modèle TCP/IP� Conçu après les protocoles� Colle parfaitement à cette pile de protocoles� Ne convient pas pour décrire d’autres piles


Exemples de réseaux

� Réseaux avec connexion

� Réseaux Ethernet

� Réseaux locaux sans fil

� Internet


Réseaux avec connexion (1)

� X25� Déployé dans les années 70

� Circuits virtuels� établis par un paquet d’établissement de connexion

� Paquets� 3 octets d’entête (numéro de connexion, de séquence,…)� 128 de données

� Aujourd’hui, remplacé par le relai de trames� Interconnexion de réseaux d’entreprises

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Réseaux avec connexion (2)

� ATM (Asynchronous Transfer Mode)� Circuits virtuels

� établis par un paquet d’établissement de connexion

� Données sous forme de cellules� petits paquets de 53 octets (5 pour l’entête et 48 de données)

� Routage au niveau matériel grâce à l’id de connexion� Différent des paquets IP devant remonter jusqu’à la couche 3

� Possède son propre modèle de référence


Ethernet (1)

� Histoire� Début des années 70� Ecouter avant d’émettre

� Si transmission en cours alors report de l’émission

� Sur canal descendant, pas de problème car ordinateur central uniquement

� 1983: devient la norme IEEE 802.3


Ethernet (2)

� Autres normes de LAN:� 802.4

� Bus à jetons, General motors

� 802.5� Anneau à jetons, IBM

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Réseaux locaux sans fil

� Différents modes� Avec station de base� Sans station de base: mode ad hoc

� Avec station de base� Communications hôte-station� Gestion des accès au niveau du point d’accès

� Sans stations de base� Idem qu’avec cable: écoute puis émissions ssi pas de transmission en cours� Problème du nœud caché, etc…

� Normes IEEE 802.11a, b, g, n…


Internet (1)� 1957

� Lancement de Spoutnik

� Création de l’ARPA (Advanced Research Projects Agency)

� 1960� Le DoD veut plus de robustesse

� Communications militaires via réseau téléphonique

� AT&T laisse courir

� 1967� L’ARPA s’oriente vers les réseaux� Présentation d’un projet à l’ACM SIGOPS

� Idée similaire au Royaume-Uni=> Décision de créer ARPAnet


Internet (2)

� Nœuds du réseau� Hôte� IMP (Interface Message

Processor)

� Eté 1969� Liaisons hôte-IMP confiées à

des étudiants de Snowbird, Utah

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Internet (3)

� Evolution des besoins� Toujours plus de réseaux raccordés à ARPAnet� Gérer les communications sur des interréseaux� UNIX de Berkeley

� Développement des sockets, d’utilitaires et d’outils de gestion⇒ UNIX BSD 4.2 avec TCP/IP

� 1980: toujours plus étendu� DNS pour localiser les hôtes

� Parallèlement� Fin des 1970s

� NSFnet (National Science Foundation)� TCP/IP dès le début: 1er WAN TCP/IP!


Internet (4)

� Début des 1980s� 1983: ARPAnet séparé de sa partie appartenant aux forces armées� ARPAnet + NSFnet => « interréseau » => « internet »

� Raccordé à Internet� Avoir une adresse IPv� Utiliser TCP/IP� Pouvoir envoyer des paquets IP à tous les hôtes

� Ouverture au grand public au début des 1990s� Application World Wide Web


Internet (5)

� 1995� 50 000 réseaux, 4 millions d’ordinateurs, 100 pays

� 2005� 350 millions d’ordinateurs (?)

� Problèmes d’échelle� extinction de l’espace d ’adressage d’IPv4

� Migration vers IPv6 � très grand espace d’adressage� Sécurité, mobilité, autoconfiguration

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Aujourd’hui et demain…

� Quels standards?� Quel degré d’expertise requis?� Quel coût?� Quelle fiabilité?� Quelle sécurité?


Conclusion

� Objectifs du cours:� Comprendre l’architecture des réseaux� Etude de la couche physique

� Etude de la couche liaison de données� Quelques notions concernant la couche réseau


Conclusion

� Volume horaire� 16 semaines

� 3h par semaine� Vendredi de 9h à 12h

Sauf les jeudis 2 et 9 Octobre à 8h…

� Evaluation sur contrôle continu� Interrogations écrites, QCMs, …� 2 devoirs surveillés (milieu et fin de semestre)

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Antoine Gallais, Maître de Conférences

Université Louis Pasteur, Département Informatique

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Ce cours est construit sur la base de plusieurs supports pédagogiques parmi lesquels les cours de Jean-Jacques Pansiot, Gilles Grimaud, Nathalie Mitton, Nadia Bel Hadj Aissa. L’usage de ce support ne peut être qu’académique.

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