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Introduction aux rseaux informatiques
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B. Cousin - ESIR -Universit Rennes I 15
Chapitre 1 : Introduction aux rseaux informatiques
Z:\Polys\Internet RES0\01.Intro.fm - 23 janvier 2013 09:27
Plan
- 1. Introduction p16
- 2. Structure des rseaux informatiques p17
- 3. Les supports de communication p19
- 4. Caractristiques de la liaison p20
- 5. Grandeurs caractristiques p27
- 6. Le modle de rfrence OSI p31
- 7. Conclusion p38
Bibliographie
- G. Pujolle, Cours rseaux et tlcoms (avec exercices), Eyrolles, 2004.
- J. Kurose, K. Ross, Analyse structure des rseaux, Pearson Education, 2003.
- C. Servin, Rseaux et Tlcoms (avec exercices), Dunod, 2006.
- S. Lorier, A. Quidelleur, Le rseau Internet, Dunod, 2010.
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1. Introduction
1.1. Dfinition
La tlinformatique est la science des mthodes, des techniques, des quipements permettant
lchange dinformations numriques entre plusieurs systmes informatiques.
des mthodes
des techniques
des quipements
transmission dinformations numriques
entre plusieurs systmes informatiques
Tlcommunication :
domaine o les systmes communicants ne sont pas ncessairement informatiques : traitement
du signal, transmission analogique, etc.
Applications informatiques rparties
domaine o les caractristiques des quipements et les phnomnes survenant lors de transmis-
sion sont masques.
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2. Structure des rseaux informatiques
2.1. Le but dun rseau informatique
Transmettre des donnes numriques entrequipements informatiques
2.2. La structuration physique Trois types dlments :
- les supports de communication(cble, fibre optique, liaison radio, etc.)
- lesquipements dinterconnexion (noeud, routeur, pont,passerelle, etc.)
- les quipements terminaux(ordinateur, station de travail, serveur, priphrique, etc.)
X4
X5X1
X3
H1H6
H5
H7
H8H4
H2
H3
support de
Rseau
X2 un routeur
H6 une station
X2
communication
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2.3. Quelques topologies dinterconnexion
Toutes les combinaisons sont possibles !
Quelques critres de slection des topologies : fiabilit, simplicit, evolutivit, etc.
linaire
annulaire
mailletoile
arborescente
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3. Les supports de communication
Trois types dagents de communication (physique) :
- llectron
- les ondes lectromagntiques
- le photon
Deux grandes classes de supports de transmission :
- les supports guide physique
. les paires torsades, les cbles coaxiaux, les fibres optiques, etc.
- les supports sans guide physique
. les ondes hertziennes, radio-lectriques, ultraviolettes, lumineuses, infrarouge, ...
Les supports :
- la paire mtallique
- le cble coaxial
- la fibre optique
- les liaisons radio (faisceaux hertziens et autres)
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4. Caractristiques de la liaison
Une liaison est une vision logique utilisant un ou plusieurs supports de communication. On veut
souvent commuiquer dans les deux sens.
4.1. Type de communication de la liaison
unidirectionnelle (simplex)
bidirectionnelle lalternat (half duplex)
bidirectionnelle (full duplex)
La plupart des liaisons utilisent deux supports de communication : un dans chaque sens, chacun
des supports tant utilis unidirectionnellement (par exemple : 2 paires mtalliques).
A B
temps
A B
temps
A B
temps
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4.2. Le mode de communication de la liaison
Mode point--point (bi-point) : les deux quipements sont interconnects directement via une
mme et unique liaison.
- linterconnexion de plus de deux quipements ncessite des quipements intermdiaires
Mode multipoint: plusieurs quipements sont interconnects directement via une mme et unique
liaison
- les informations envoyes par un quipement sont reues par tous les autres quipements
- conflit daccs au support, identification du destinataire
- exemple : les rseaux locaux
liaison bipointZ Y
W X
DA E
statio
nA
stationB
liaison multipoint
station
C
station
B
station
A
station
D
statio
nA s
tationB
statio
nC
statio
nD
liaison multipoint en anneau
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4.3. Multiplexage dune liaison
4.3.1 Efficacit :
- Partage dune mme liaison entre plusieurs canaux simultans.
Deux types de multiplexage :
- Frquentiel(FDMA : Frequency division multiple access) :
. rpartition en frquence,
. adapt aux transmissions analogiques.
- Temporel(TDMA : Time division multiple access):
. rpartition en temps,
. plus souple/adaptatif,
. plus adapt aux transmissions numriques.
frquence
temps
canal 1
canal 2
canal 3
canal 4
frquence
temps
trame
bandesde garde
larg
eurde
la
bande
passante
IT : intervalle de temps
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4.3.2 Les deux types de multiplexage temporel
- Statique
. laccs au canal est rserv, priodique.
. un intervalle de temps (IT) est implicitement et priodiquement rserv pour chaque
canal. Les IT non-utiliss sont perdus.
. une trame est forme dIT. Un IT au moins pour chacun des canaux.
. ex : MIC (modulation par impulsions codes)
. une trame de 30+2 octets toutes les 125 s, lIT est gal un octet
. un canal = 1 octet toutes les 125 s => 64 Kbit/s
- Dynamique
. le multiplexage est adaptatif,
. le nombre dIT attribus un canal dpend du besoin (il peut tre nul)
frquence
temps
tramefrquence
temps
trame IT IT
Multiplexage temporel statique Multiplexage temporel dynamique
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4.3.3 Le multiplexage temporel dynamique
Le nombre dIT attribus un canal dpend du besoin
Lidentification de lattribution de lIT un canal est souvent explicite.
. surcot d aux informations de contrle
. complexit d au traitement des demandes
Si on augmente encore la souplesse dans la gestion du multiplexage temporel
- la longeur de la trame est variable
- la liaison est multipoint. le nombre dquipements interconnects est suprieur 2
- => Mthode daccs au rseau local,par ex. Ethernet.
. sans pr-rservation :risque de collisions !
frquence
temps
tramefrquence
temps
trame IT
Multiplexage temporel statique Les trames dans un rseau local
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4.4. Techniques de commutation
La commutation est ncessaire lorsquune communication emprunte successivement plusieurs
liaisons. Les quipements intermdiaires associent une liaison (entrante) une autre liaison (sortante)
parmi celles disponibles.
Trois grandes techniques de commutation (dfinies par lunit de commutation) :- Commutation de circuits(procd analogique) :
. lensemble des liaisons (le circuit) utilises pour une communication est rserv cette
communication pendant toute sa dure.
. indpendance vis--vis de la technique de modulation.
- Commutation de messages(procd numrique) :
. la communication est constitue de messages. Une liaison nest utilise par une com-
munication que pendant les priodes de transmission de ses messages. Dautres mes-
sages appartenant dautres communications peuvent utiliser les mmes liaisons lors de
cette communication.- Commutation de paquets(procd numrique) :
. mme principe.
. cependant les messages sont constitus dune succession de paquets dont la taille est
parfaitement adapte la transmission.
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- Optimisation :
. paralllisation du traitement grce aux diffrents quipements intermdiaires
. dpend du nombre dquipements intermdiaires
message
1 message ou2 paquets
commutateur X
commutateur Y
Emetteur Rcepteurcommutateur X
commutateur Y
Emetteur Rcepteur
Gain
temps
Emetteur Rcepteur
X YEmetteur Rcepteur
X Y
1
1
1
2
2
2
paquet
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5. Grandeurs caractristiques
5.1. Dbit
Unit : bit/s
Dbit nominal : vitesse de transmission du support (dbit brut)- exemple : Ethernet 100 Mbit/s
Dbit utile : dbit nominal moins le dbit affect au contrle de la liaison
- exemple : une trame Ethernet de 64 octets possdant un entte de 18 octets est mise 100
MBit/s, le dbit utile sera de (64-18)/64 * 100 Mbit/s = 71,875 Mbit/s
Evolution : Mbit/s => Gbit/s
Exemples :
- RTC (+modem) : 56 Kbit/s, jusqu 8 Mbit/s (ADSL) => 20 Mbit/s (avec ADSL2+)
- Ethernet : 10, 100 Mbit/s, 1 GBit/s => 10 Gbit/s
- ATM : 25, 155, 620 Mbit/s => 2,5 Gbit/s
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5.2. Dlai
Unit : s
Dlai de propagation (Dp): loignement (L), dlai ds aux quipements intermdiaires (Di), vitesse
de propagation (V)
Dure de transmission (Dt): quantit de donnes (Q), dbit (D)
- ;
Temps daller-retour (transmission + propagation + traitements) *2, si les traitements et la liaisonsont symtriques !
Exemples : moins d1 ms sur les rseaux locaux, env. 100 ms sur les rseaux internationaux
Dp L V Di
i N
+= Dt Q D=
dlai de propagation
temps daller-retour
dure de transmission
temps
station A station B
paquet
dure du traitement du rcepteur
dure du traitement de lmetteur
acquittement
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5.3. Taux derreurs
BER (Bit error rate)
- probabilit quun bit soit erron pendant la transmission
Dpend de la qualit de la transmission, de la charge du rseau, etc.
Exemples :
- 10-3= trs mauvaise liaison
- 10-13= rseau de faible tendue avec un support de trs bonne qualit et un environnement
contrl.
PER (Packet error rate)
- probabilit quun paquet soit erron lors de la transmission
- dpend du BER, de la longueur des paquets, de la forme des erreurs.
Autres taux derreurs :
- taux derreur du message (un message = plusieurs paquets)
- taux dtablissement de la connexion
- taux de disponibilit : MTBF (Mean Time Between Failure)
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5.4. Diffrents types de rseaux
Ces valeurs ne sont donnes qu titre indicatif, lvolution des techniques les fait progresser tous les jours
Quelques acronymes : LAN, MAN & WAN (Local, Metropolitan or Wide area networks).
Critres Bus interne Rseau localRseau
dinterconnexion
Utilisationpersonnelle
(machine)
entreprise
(btiment)
nationale
(internationale)
Mode de commutation
sans sans
(sauf pont)
par paquets
(quipements
intermdiaires)
Type de transmission parallle srie srie
Etendue 10 m 1 km 10000 km
Dbit 1 Tbit/s 10 Gbit/s 100 Mbit/s
Dlai 1 ns 1 ms 100 ms
Taux derreurs (BER) - 10-12 10-8
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6. Le modle de rfrence OSI de lISO
6.1. Prsentation
Norme de description de larchitecture gnrale des rseaux informatiques:
- LOSI = Open Systems Interconnection : reference model.
- appel le modle en 7 couches.
Les noms de la norme :
- ISO : IS 7498
- IUT-T (ex-CCITT) : X200
- AFNOR : NF.Z.70.001
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6.2. Architecture gnrale du modle OSI
Le modle OSI possde sept couches
Le modle dcrit simplement ce que chaque couche doit raliser (le service), les rgles et le format
des changes (le protocole), mais pas leur implantation.
Notamment, les valeurs de certains paramtres ou certaines heuristiques sont pas dtermines :
- ex : valeur du MSS de TCP, variantes Reno ou Taho de TCP, nombre maximal de retrans-
mission (peuvent parfois tre modifies par ladministrateur)- cependant la plage des valeurs admissibles ou lenveloppe du comportement le sont.
Physique
couches
Liaison de donnes
Rseau
Transport
Session
Prsentation
Application
nom des units de
donnes changes
A-PDU
P-PDU
S-PDU
T-PDU (Message)
N-PDU (Paquet)
L-PDU (Trame)
Bit
protocole dApplication
protocole de Prsentation
protocole de Session
protocole de Transport
systme intermdiaire
coucheshautes
couches
basses
systme dextrmit
support physique dinterconnexion
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6.3. Les sept couches du modle OSI
6.3.1 La couche Physique (couche 1)
Fournit les moyens mcaniques, optiques, lectroniques, fonctionnels et procduraux ncessaires
lactivation, au maintien et la dsactivation des connexions physiquesncessaires la transmission
de trains de bits.
Note : les systmes sont interconnects rellement au moyen de supports physiques de communi-
cation. Ces derniers ne font pas partie de la couche Physique.
6.3.2 La couche Liaison de donnes (couche 2)
Assure la transmission dinformations entre (2 ou plusieurs) systmes immdiatement adjacents.
Dtecte et corrige, dans la mesure du possible, les erreurs issues de la couche infrieure. Les objets
changs sont souvent appels trames("frames").
6.3.3 La couche Rseau (couche 3)Achemine les informations travers un rseaupouvant tre constitu de systmes intermdiaires
(routeurs). Les objets changs sont souvent appelspaquets("packets").
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6.3.4 La couche Transport (couche 4)
Assure une transmission debout en boutdes donnes. Maintient une certaine qualit de la trans-
mission, notamment vis--vis de la fiabilit et de loptimisation de lutilisation des ressources. Les ob-
jets changs sont souvent appels messages(de mme pour les couches suprieures).
6.3.5 La couche Session (couche 5)
Fournit aux entits cooprantes les moyens ncessaires pour synchroniserleurs dialogues, les in-
terrompre ou les reprendre tout en assurant la cohrence des donnes changes.
6.3.6 La couche Prsentation (couche 6)
Se charge de la reprsentationdes informations que les entits schangent. Masque lhtrogni-
t de techniques de codage utilises par les diffrents systmes.
6.3.7 La couche Application (couche 7)
Donne aux processus dapplication les moyens daccder lenvironnement de communication de
lOSI. Comporte de nombreux protocoles adaptsaux diffrentes classes dapplication.
Note : les fonctionnalits locales des applications proprement dites sont hors du champ de lOSI
donc de la couche Application !
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6.3.8 Conclusion
Notions prsentes : couche, protocole, service.
Les trois premires couches constituent les couches basseso les contraintes du rseau sont per-
ceptibles. Fonctions lmentaires spcialises dans la transmission.
La couche Transport est une couche charnire, dadaptation ou intermdiaire, associe le plus sou-vent aux couches basses.
Les trois dernires couches constituent les couches hauteso les contraintes de lapplication sont
perceptibles. Fonctions complexes et variables adaptes aux traitements applicatifs.
Attention: La norme stipule clairement quil sagit dun modle de rfrence et par consquent,
suivant le contexte dans lequel on se trouve et les besoins de communication, certaines fonctionnalits
de certaines couches peuvent ne pas tre utilises (protocoles alternatifs, classes de protocole, options,
etc.).
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7. Conclusion
Le but de la tlinformatique est de masquer les caractristiques de la communication : la topolo-
gie, les quipements intermdiaires, les limitations des supports physiques, lhtrognit des stations
et celle des applications, etc.
La tlinformatique ne se limite pas uniquement aux caractristiques physiques de la communica-
tion, elle propose des services de traitements rpartis et de communication de donnes : fiabilit, co-
hrence, chiffrement (cryptage), authentification, intgrit, etc.
Quelques problmes rsoudre :
- adaptation du signal au support
- contrle des erreurs de transmission
- accs au support de communication
- contrle de flux
- technique de routage
- prservation de lordre
- contrle de congestion
- reprsentation des informations
- etc