CH1_Generalites_reseaux

PCSD

Universit Kasdi Merbah OuarglaDpartement Mathmatique et informatique

CH1

Introduction aux rseaux et modle OSI

1 re Master Informatique Fondamentale

Fvrier 2013

Master informatique fondamentale PCSD 1

Gnralits sur les rseaux1. Dfinitions

2. Modles de communication

3. Classification des rseaux : les critres de classification Disposition gographique des nuds et des htes (chelle ou tendue)

Restriction daccs

Modle de transmission

Modle de commutation utilis par les nuds

4. Le modle en couches Protocoles et services

Classification des services et des protocoles

Encapsulation et dcapsulation

5. Le modle OSI Architecture du modle OSI

Dfinition des couches du modle OSI

La transmission de donnes dans OSI

6. Les standards Master informatique fondamentale PCSD 2

1- Dfinitions I

Un rseau dordinateurs (a computer network): cest linfrastructure qui permet 2 ordinateurs ou plus (appels htes) de communiquer entre eux. Le rseau assure cette communication en fournissant un ensemble de rgles pour communiquer, appeles protocoles.

Un protocole permet des ordinateurs htrognes de parler le mme langage.

Les composants dun rseau : des nuds et des lignes (ou voies) de communication. Les nuds grent les protocoles et fournissent des capacits de commutation. Un nud est gnralement un ordinateur (gnral ou spcial) qui excute un protocole rseau. Les voies de communication ont plusieurs formes : paire torsade, cble coaxial, fibre optique, ondes radio et lignes tlphoniques.


1- Dfinitions II

Master informatique fondamentale PCSD

Schma dun rseau abstrait :

Un hte est connect au rseau par une ligne decommunication. Plusieurs htes peuvent tre connects aumme nud. Chaque hte a une seule adresse alloue par lerseau. Un hte doit avoir ladresse dun autre hte pourpouvoir communiquer avec lui. La communication entre htespassent par les nuds qui dterminent les routesquempruntent les messages pour aller dun point un autre surle rseau.

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1- Dfinitions III

Une autre dfinition : Un rseau est un ensemble de moyens matriels et logiciels gographiquement disperss destins offrir un service ou assurer le transport de donnes. C. Servin Rseaux et Tlcoms.


Routeur

Commutateur

Lien interne du rseau

Nud daccs

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2- Modles de communication I

1- Modle de communication client-serveur

La plupart des communications d'un utilisateur sur un rseau suivent le modle client-serveur

le client (utilisateur) se connecte a un serveur (prestataire de service) et envoie une requte, comme rcuprer une page Web

en retour, le serveur envoie une rponse contenant la page demande.


2- Modles de communication II

2- Modle de communication dgal gal (peer-to-peer)

Certaines communications suivent le modle peer-to-peer :

les utilisateurs forment un groupe dans lequel chacun peut communiquer avec l'autre

chacun joue le rle de client et de serveur

un serveur peut tre ncessaire pour mettre en relation les utilisateurs.


3. Classification des rseaux

a- Disposition gographiques des nuds et des htes (ltendue du rseau):


a- Les rseaux selon leur tendue I

LAN (Local Area Network) ou Rseaux Locaux d'Entreprise : les LANs sont utiliss pour connecter un ensemble de htes dans un mme immeuble (environnement de bureau) ou dans un ensemble de blocs localement ferms (Campus universitaire).

Caractristiques :

rseaux privs

principalement des rseaux diffusion

quelques kilomtres ou plus

dbit de quelques Mbit/s jusqu'a plusieurs Gbit/s

Exemples :

en bus : IEEE 802.3 ou Ethernet de Xerox, Intel et Digital

en anneau : IEEE 802.5 ou Token Ring d'IBM


a- Les rseaux selon leur tendue II

MAN (Metropolitan Area Networks) : Les MANs couvrent des distances de 100 km (interconnectent des htes dans une ville). Ils peuvent tre des rseaux publics ou privs. Leur objectif principal : interconnexion de rseaux locaux.

Exemples :

IEEE 802.6 ou DQDB (Distributed Queue Dual Bus) : dbits a 155 Mbit/s ou 622 Mbit/s pour voix, donnes, tlvision

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) pour les donnes a 100 Mbit/s sur une distance max de 31 km (Topologie anneau sur bus, norme IEEE 802.4).


a- Les rseaux selon leur tendue III

WAN (Wide Area Networks) : Les WANs interconnectent des htes travers un pays, un continent ou travers le monde entier (comme Internet). On trouve des LANs interconnects des LANs distants via des MANs et WANs.

Caractristiques : rseaux d'operateurs ou de fournisseurs d'accs objectif principal : acheminer de l'information sur de longues

distances couvrent un pays, un continent

exemples : SMDS (Switched Multimegabits Data Service) X.25 (obsolete, date de 1976) Frame Relay (relais de trame) ATM Internet bas sur TCP/IP


b- Restrictions daccs

On trouve des rseaux privs et des rseaux publics.

La majorit des rseaux sont pour une utilisation prive par les organisations qui les ont cres. Ces rseaux sont appels rseaux privs (private networks) : les rseaux de banque, compagnie dassurance, airlines, les hpitaux

Les rseaux publics (public networks) sont accessibles aux utilisateurs mais ils peuvent exiger un enregistrement et paiement des frais de connexion.

Techniquement les rseaux privs et publics peuvent tre de type LAN, MAN, ou WAN. Les rseaux publics par leur nature et leur taille sont gnralement des WANs.


c- Mode de diffusion employ par les nuds (topologie)

La communication entre les nuds est base soit sur un modle de diffusion (broadcast) ou un modle point point.

Le message doit contenir ladresse du nud de destination.


Un message suit une route sur le rseau pour passer dun nud un autre.

Le support de transmission est partag, , un message transmis par un nud peut tre reu par tous les nuds.

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Rseaux en mode de diffusion

un seul canal de transmission partag par tous

un message envoy sur ce canal est reu par toutes les stations

le message contient un champ adresse de destination

la station possdant cette adresse accepte le message

3 types d'adresses :

unicast : destination unique

multicast : destination a un groupe de stations

broadcast : adresse de toutes les stations

diffrents supports et topologies possibles :


Rseaux point--point

constitus de nuds de transfert et de lignes

une ligne connecte deux nuds

les rseaux de grande tendue (WAN) sont principalement point--point

Quelques topologies possibles :


Rseaux point--point : commutation et routage

le transfert d'information dans un rseau point--point ncessite l'emploi de la commutation ou du routage

la commutation ou le routage :

sont oprs par les nuds de transfert (quipements spcialiss dans l'acheminement d'information dans le rseau)

consistent, pour une information reue en entre, choisir une ligne de sortie menant sa destination finale.

schma d'un commutateur ou routeur :

recouvrement d'erreur et contrle de flux peuvent tre implments dans les nuds.


Rseaux point--point : commutation l'information est accompagne d'une rfrence (identificateur,

tiquette)

le commutateur choisit la sortie en consultant sa table de commutation

les informations ayant la mme rfrence passent par le mme chemin

la rfrence tient sur 24 ou 28 bits dans ATM, 12 bits dans X.25, et 10, 16 ou 23 bits pour le relais de trames

ncessite un appel (signalisation) permettant dtablir un chemin (exception : Ethernet)

cet appel est dirig grce une table de routage

si l'appel aboutit, une rfrence est obtenue

en cas de panne de ligne, la table de routage doit tre modifie

un commutateur est souvent reprsent par l'objet suivant :


Rseaux point--point : commutation

Phase de signalisation (tablissement du chemin)

Chemin tabli


Rseaux point--point : commutation

Phase de transfert d'information

Exception : Ethernet commut (pas de signalisation)


Rseaux point--point : routage

moins performant que la commutation pour de longs flots de donnes

chaque paquet contient l'adresse de la destination

le routeur choisit la sortie en consultant sa table de routage

l'adresse est sur 4 octets dans IPv4, et sur 16 octets dans IPv6

les informations destines une adresse donne peuvent suivre des chemins diffrents

un routeur est souvent reprsent par l'objet suivant :

le routage est adopt dans les rseaux IP, tels qu'Internet


Rseaux point--point : routage


Rseaux point--point : routeurs-commutateurs

technique rcente combinant la commutation et le routage

l'utilisateur indique s'il veut un flot commut (transfert de fichiers, audio/vido) ou rout

plusieurs solutions incompatibles ont t dveloppes par les constructeurs (Cisco, IBM, 3Com, etc.)

l'IETF (Internet Engineering Task Force) a normalis le MPLS (MultiProtocol Label-Switching) qui est de plus en plus employ par les operateurs


d- Le modle de commutation utilis par les nuds I

Commutation de circuit : un chemin est allou entre les nuds A et B via un ensemble de nuds intermdiaires. Les donnes sont envoys travers ce chemin sous forme dune suite de bits. Le chemin est tabli pour toute la dure de communication entre A et B.

principe du rseau tlphonique commut (RTC)

un circuit physique est tabli entre lmetteur et le rcepteur

mode de fonctionnement du RNIS (Rseau Numrique Intgration de Services) propos par les oprateurs Telecom dans les annes 80.


d- Le modle de commutation utilis par les nuds II

Commutation de messages :

un message forme un tout (fichier, ligne/page de texte, secteur disque)

le message passe de nud en nud jusqu sa destination

envoy au nud suivant lorsque compltement et correctement reu par le nud courant (store-and-forward)

Problmes : il faut prvoir des mmoires tampon pour stocker les messages. Difficile denvoyer de grand message. Ncessite de la gestion des (re)transmissions et le contrle de flux


d- Le modle de commutation utilis par les nuds III

Commutation de messages :

temps de transit somme des temps de transfert :


d- Le modle de commutation utilis par les nuds IV

Commutation de paquets : Internet utilise le routage de paquets (IP)

le message est dcoup en paquets

chaque paquet comporte la rfrence ou l'adresse destination

un paquet a une taille maximale limite

les paquets sont retransmis aprs rception (store-and-forward)

plus il y a de paquets, plus le transfert est efficace compar au transfert de messages :

Les paquets peuvent tre routs sur chemins diffrents pour rduire la charge entre les nuds et amliorer la performance. Mais il faut rassembler pour reformer le message.

Des informations supplmentaires (entte de paquet) doivent tre ajoutes pour grer linformation dadressage.


d- Le modle de commutation utilis par les nuds V

Commutation de cellules:

lorsque le paquet est trs petit et de taille fixe (53 octets), il est appel cellule.

La commutation de cellule utilise la fois la commutation par paquet et de circuit, en effet il ya tablissement dun circuit virtuel entre les deux terminaux communicants.

ATM (Asynchronous Transfert Mode ) utilise la commutation de cellules.


d- Le modle de commutation utilis par les nuds VI

Efficacit de la reprise sur erreur :

supposons qu'en cas d'erreur de transmission le message ou le paquet soit immdiatement retransmis :

on s'aperoit que le transfert de paquet est bien plus efficace :


4. Le modle en couches I

L'OSI de l'ISO

Un besoin de normalisation:

Dans les annes 60-70 plusieurs socits ont dvelopp leur propre type de rseau

IBM : Distributed System Architecture

BULL : System Network Architecture

. . .

Mais ils taient non interoprables


OSI : Open System Interconnection ISO : Internationnal Standard Organization

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4. Le modle en couches II

Principe : une communication en couche


4. Le modle en couches III

Principes ayant guid la dtermination des couches

Ne pas crer plus de couche que ncessaire

Crer une couche chaque fois qu'un traitement ou une technologie a t dtermine

Crer une couche a chaque besoin d'abstraction

Couches hautes et basses

Couches hautes : Couches orientes gestion des applications

Couches basses : Couches orientes transport


Protocoles et services

Le dialogue vertical est ralis a l'aide de primitives de service.

Le dialogue horizontal est ralis a l'aide de protocole de mme niveau.

un service est rendu par une couche N pour la couche N + 1

accessible la couche N + 1 par un point d'accs au service (Service Access Point) en utilisant des primitives de services


Protocoles et services-dfinitions gnrales Entit : un lment actif de nature matrielle ou logicielle utilis pour

raliser les fonctions dune couche.

Les entits qui ralisent deux couches distantes de mme niveau sont dites entits homologues.

Protocole : un ensemble de rgles (syntaxique et smantique) utilis par deux entits homologues pour raliser lchange dinformation entre elles. La syntaxe dfinit le format du message et la smantique dfinit les diffrentes commandes ncessaires pour effectuer correctement lchange.

Service : si un protocole caractrise laspect interne dune couche, un service caractrise plutt laspect externe de cette couche. Il dfinit les moyens ncessaires pour raliser les commandes dsires. En pratique, un service peut tre ralis par une primitive de service.

Units de transfert de donnes ou PDU (Protocol Data Unit) : cest lunit de donnes change entre deux entits homologues.


Classification des services I

2 types de service :

1 - Services avec connexion : Mode connexion (ou orient connexion) : principe similaire au service tlphonique le transfert d'information se droule en 3 phases :

tablissement de la connexion

change de donnes (avec ou sans sparation des frontires de messages)

libration de la connexion

service offert par de nombreux rseaux commuts (hors Ethernet)


Classification des services II

2- Services sans connexion (ou datagramme) :

principe similaire au courrier postal, on envoie des messages sans se soucier de la disponibilit du destinataire (ce genre de service est gnralement utilis pour lmission de messages courts et urgents)

chaque datagramme (message ou paquet) contient l'adresse du (ou des) destinataire(s)

service offert par Ethernet, les rseaux IP (dont Internet)


Classification des protocoles

Protocole Datagramme : ce protocole est utilis pour la transmissionde datagrammes (messages isols) tels que lmission ou la diffusiondun message court et urgent. Le message peut tre perdu ou arriverron, il ny a aucun moyen de le rcuprer.

Protocole datagramme avec acquittement : ce protocole fournit unecertaine fiabilit dans la mesure ou le message mis est acquitt parle rcepteur et une ventuelle retransmission est possible.

Protocole Demande-Reponse : ce protocole est gnralement utilispar un service demande-rponse pour les applications o chaquedemande soumise par lutilisateur sera suivie par une rponse.

Protocole avec connexion : ce protocole convient bien pour lesservices orients connexion. Il utilise les trois phases decommunication (connexion, transfert et dconnexion) pour effectuerun transfert.


Encapsulation de donnes : PCI, SDU, PDU

SDU : Service Data Unit

PCI : Protocol Control Interface

PDU : Protocol Data Unit


5. Le modle OSI

L'OSI (Open System Interconnection) : un modle en 7 couches pour linterconnexion des systmes ouverts.

Permet des quipements htrognes de communiquer entre eux.

Chaque couche fournit des fonctions particulires pour prparer les informations transmettre sur le rseau.


7 Couche Application

Couches hautes6 Couche Prsentation

5 Couche Session

4 Couche Transport

Couches basses3 Couche Rseau

2 Couche liaison de donnes

1 Couche Physique

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Architecture gnrale du modle OSI

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.


Dfinition des couches OSI

Couche 1 : couche physique

rle : transmission de bits sur un canal

concerne par :

reprsentation de bit 1 ou 0 (voltage,...)

dure de transmission d'un bit (dlai de propagation)

dbit

sens de transmission (simplex, half-duplex ou full-duplex)

type de support (cbles, ondes,...)

nombre de broches des connecteurs et rle

ncessite des comptences en lectronique, en physique, en codage et en traitement du signal.


Couche 2 : couche liaison I

rle : envoyer et recevoir des trames de donnes sur une liaison

une trame est un ensemble de bits regroups pour tre transports

concerne par :

la cration de frontires de trames (fanion, flag, drapeau)

le dcoupage de flots de bits en trames

la gestion des accs au canal de communication

l'adressage des interfaces de la liaison (adresses MAC)

la correction ou la dtection d'erreur

l'envoi en squence et la gestion d'acquittements

la rgulation de flux (contrle de flux).


Couche 2 : couche liaison II

note sur le taux d'erreur :

pour la communication tlphonique : 1/1000 ne pose pas de problme

pour les transactions bancaires : 10-8, ce qui donne une erreur tous les 200 jours pour 1 Gbit/s, et tous les 500 ans 1 Mbit/s

de plus en plus, la correction d'erreur est laisse aux couches suprieures

plusieurs normes : HDLC (High-Level Data Link Conrol), LAP-B de X.25, PPP (Point-to-Point Protocol), Ethernet, . . .


Couche3 : couche rseau

rle : utiliser et grer le sous-rseau afin de transmettre des paquets de liaison en liaison en passant par des systmes intermdiaires (routeurs/commutateurs)

concerne par :

l'acheminement de paquets dans le sous-rseau (choix d'une "route")

la traduction des paquets selon les rseaux traverss

la gestion de la congestion (trop de paquets dans le sous-rseau)

adressage uniforme

X.25 (commut avec connexion) normalis par l'ISO

IP est la couche rseau d'Internet


Couche 4 : couche transport

rle : transporter des messages utilisateur provenant de la couche session et s'assurer qu'ils arrivent correctement

concerne par :

l'optimisation de l'utilisation des infrastructures

la fourniture d'une qualit de service de transmission d'informations adquate

la cration de connexion(s)

multiplexage des donnes

le type de service fournir : point point fiable, messages isols (datagramme) destinations multiples (non fiable)

contrle de flux entre source et destination finale


premier protocole de bout en bout du modle : il n'est requis que sur les quipements terminaux

Couche 5 : la couche session

rle : fournir aux entits de prsentation les moyens ncessaires l'organisation et la synchronisation de leur dialogue

concerne par :

l'ouverture et la fermeture de sessions entres les utilisateurs

la gestion du dialogue

la synchronisation (points de reprise en cas dchec), l'interruption et la reprise du dialogue


cette couche n'existe pas en tant que telle dans certainsrseaux comme Internet ou ce sont les applications qui grentelles-mmes les sessions si ncessaire (session FTP, sessionTELNET, session HTTP/PHP sur certains sites web, etc.)

Couche 6 : la couche prsentation

rle : faciliter lchange de donnes entre utilisateurs

concerne par :

la reprsentation des informations changes (entiers, chaines, flottants, structures composites)

le masquage de l'htrogneite de techniques de codage utilises par les diffrents systmes

encodage/dcodage des donnes dans une norme reconnue

premire couche concerne par la smantique des informations transportes

l'ISO a normalis la syntaxe ASN.1 (Abstract Syntax Notation 1)


cette couche n'existe pas en tant que telle dans certains rseaux comme Internet ou des standards de codage sont utilises dans les changes (Network-byte order, ASCII, GIF, JPEG, MPEG, HTML, encapsulation MIME, etc.)

Couche 7 : couche application

rle : donner aux processus d'application les moyens d'accder l'environnement de communication de l'OSI

on y trouve de nombreux protocoles adapts diffrentes classes d'application

concerne par :

terminal virtuel

courrier lectronique

WWW (base de donnes repartie, commerce lectronique,...)

groupes de discussion

excution de travaux distance

transfert de fichiers


Transmission de donnes travers OSI I

Les nuds utilisent uniquement les trois couches basses.


Transmission de donnes travers OSI II

Encapsulation : Les donnes dune couche sont encapsules dans une unit de donnes de la couche infrieure.

Chaque couche ajoute au message des infos. dentte (longueur du message, n de squence, @source, @destination,).

Dcapsulation : chaque niveau, les diffrents enttes sont limins jusqu la couche application qui reoit le message dorigine envoy par le systme A.


Transmission de donnes travers OSI II

Les units de donnes changes entre les couches (les PDU):

Un message m envoy par A vers B, il devient M au niveau Prsentation et Session. Au niveau Transport si M est plus grand que la taille max dfinie, M est dcoup en fragments de message M1, M2,

Au niveau Rseau , les fragments M1, M2, sont dcoups en paquets.

Au niveau Liaison les paquets seront dcoups en trames, la trame a un dlimiteur dbut et un dlimiteur fin, les trames seront transmis en squence sous forme de bits sur le support physique de communication.


Avantages du modle OSI

1. Indpendance entre les couches: chaque couche est dveloppe et ralise indpendamment des autres couches. Seuls les services fournis et utiliss doivent tre connus (concept de modularit).

2. Facilit dimplmentation et de maintenance : le dcoupage dun systme complexe en couches lmentaires dfinies par leurs services et leurs fonctions (protocoles) facilitent son implmentation et son test.

3. Flexibilit : un changement au sein dune couche (d un changement de la technologie) naffecte que cette dernire . Une couche peut tre omise si ces fonctions ne sont pas demandes.

Note: Le modle OSI na pas t implment en pratique mais cest le modle de rfrence.


5. Les standards Les standards permettent des quipements htrognes de faire parti du mme rseau. Ils permettent aussi dinterconnecter des rseaux situs dans des emplacements diffrents (Interoprabilit).Ils sont dvelopps par des organisations nationales et internationales, parmi ces organisations, on peut citer:

The International Standards Organization (ISO) : active dans plusieurs domaines des sciences et technologies. Les standards ISO sont publis comme ISO.serial-no (e.g. ISO8632)

The Consultative Committee for International Telegraph and Telephone (CCITT) : Les standards CCITT sont publis comme Recommendation l.serial-no (e.g. l.440).

The Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) : active dans plusieurs domaines lis llectricit et llectronique. Les standards IEEE de rseaux locaux sont largement adopts. Les standards IEEE sont publis comme IEEE serial-no (e.g., IEEE 802).

The Electronic Industries Association (EIA) et The European Computer Manufacturers Association (ECMA), IETF


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