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IRESI
INTRODUCTION AUX RÉSEAUX
INFORMATIQUES
YannBusnelResponsableduDépartement informatique
Crest(Ensai)/Inria Rennes
Qu’estcequ’unréseau
informatique?
Réseaux(Wikipedia 2015)
Unensembleinterconnecté
faitdecomposants etdeleursinter-relations
autorisantlacirculationenmodecontinuoudiscontinu
deflux(eau,air,huile...)oud'élémentsfinis
(marchandises,informations,personnes...).
Exemplesderéseaux4
Réseauxinformatiques
(Wikipedia 2015)
Unréseauinformatiqueestunensembled'appareils
électroniques(ordinateurs,...),géographiquement
éloignés lesunsdesautres,interconnectés pardes
télécommunications,généralementpermanentes,qui
permettentd'échangerdesinformationsentreeux.
Cequel’onimagine
6
Cequec’estvraiment
7
Décompositionformelle:
LemodèleOSI
8
OSI:1- Physique
9
OSI:2–
Liaisondesdonnées
10
Ethernet
Adresses MAC : b8:8d:ef:12:66:1a
OSI:3– Réseau
11
Protocole IP
Adresse IP : 192.168.0.42
OSI:3– Réseau
12
Différents protocoles IP, ARP, ICMP, RARP, IGMP, ...
Adresse IP : 192.168.0.42
OSI:4– Transport
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Protocoles TCP ou UDP
OSI:Couches
dehaut-niveau
• Couche5:Session
§ Établissement,gestionetcoordinationdescommunications
• Couche6:présentation
§ Miseenformedesdonnéesenforme
§ Encryptageetcompressionéventuelles
• Couche7:
§ Gestionduformatdesdonnéesentrelogiciels.
14
Algorithmique
distribuée
Kesako ?
• Algorithmique?
§ OK…Onmaitrise…
• Distribuée?
§ « Répartiruneouplusieurschoses »(CNRTL09)
§ Algorithmiquerépartie
16
Kesako ?
17
Plan
1. Petitehistoiredel’informatique
2. Définitions
3. Distribution:rêveouréalité?
4. Modélisation/Représentation
5. Problèmes
18
Petitehistoiredel’informatique
19
La Pascaline - 1642
Petitehistoiredel’informatique
20
L’Arithnometre – 1820La premier calculateur produit en masse
Petitehistoiredel’informatique
21
La machine analytique – 1830Première machine à calculer : 50 000 exemplaires
Petitehistoiredel’informatique
22
Télégraphe sans fil – 1896Communication sans fil !!!
Téléphone – 1867Graham Bell parlant dans le tout premier téléphone
Petitehistoiredel’informatique
23
Le premier transistor – 1947 :
Transistor – 1926Premier brevet déposé
Petitehistoirede
l’informatique
24
ENIAC – 1946Le premier ordinateur !
Petitehistoirede
l’informatique
25
ENIAC – 1946Le premier ordinateur !
Petitehistoirede
l’informatique
26
IBM 650 – 1953 Le premier ordinateur de grande série : 1 500 exemplaires
Petitehistoirede
l’informatique
27
Bull Gamma 60 – 1957 Le premier ordinateur multitâche
Petitehistoirede
l’informatique
28
DEC PDP-1 – 1961 Le premier « mini »-ordinateur…
Petitehistoirede
l’informatique
29
Micral N – 1972 Premiers ordinateur vendu « tout monté »
Petitehistoirede
l’informatique
30
Scelbi – 1973Premier micro-ordinateur
Petitehistoirede
l’informatique
31
IBM 5100 – 1975 Le premier ordinateur « portable » : 25 kg !
Petitehistoirede
l’informatique
32
Apple I – 1976
Petitehistoirede
l’informatique
33
Apparition du PC – Années 1980
Petitehistoirede
l’informatique
34
Amélioration des performance et miniaturisation – Années 1990
Jargondesinformaticiens
• OnmesurelapuissancedesordinateursenFLOPS
§ Float Operation PerSecond
§ Nombred’opérationsarithmétiquesurdesnombresàvirgule
flottanteparseconde
• Echelle
§ mégaFLOPS =106 (unmillion)d’opérations
§ gigaFLOPS =109 (unmilliard)flops
§ téraFLOPS =1012 (unbillion)flops
§ pétaFLOPS =1015 (unbilliard)flops
§ exaFLOPS =1018 flops
35
Petitehistoirede
l’informatique
36
Pendant ce temps, chez les superordinateurs…
RoadRunner, 20081er à dépasser le pétaFLOPS
Puissancedecalcul
37
Puissancedecalcul
38
Petitehistoirede
l’informatique
39
L’ordinateur le plus puissant en juin 2012 : Sequoia IBM
16,32 pétaFLOPS
Petitehistoirede
l’informatique
40
L’ordinateur le plus puissant depuis juin 2013 : Tianhe-2
33,86 pétaFLOPS
Université chinoise de technologie de défense, à Changsha
Puissancedecalcul
41
Petitehistoirede
l’informatique
42
Une révolution :
INTERNET
Interneten5dates• 1965:premièreconnexionlonguedistance
§ EntreleMassachussettsetlaCalifornie
• 1969:créationd’ARPANET
§ Unréseaude4nœuds(UCLA,SRI,USB,Utah)
• 1972:créationdelamessagerieélectronique
• Findesannées80:NSFdéveloppeARPANET
§ Ouverturede5serveurssurpuissantspermettantdeseconnecterde
n’importeoùauxUSA
• 1992:Créationdel’InternetSociety
§ Naissanced’Internet etduWebcommenousleconnaissonsaujourd’hui
43
Nombresd’utilisateurs
d’Internet
44
0
1000
2000
3000
4000
Millions
En 2015 : 3,025 milliards d'utilisateurs 82,6% des ménages français[Royal Pingdom & Internet World Stats & Mediamétrie]
Carted’Internetde
nosjours
45
Calculparallèle/distribué
• Superordinateurs
§ Répartitiondutravailsurplusieurscalculateurs
§ Petitscalculseffectuéesenparallèle
§ Regroupementdesrésultats
• Findesannées1990:Peut-onfairepareilavecplusieurs
ordinateursenréseau?
§ Moinscherquelessupercalculateurs…
46
Typesdesystèmes
47
Grilles de calculs(grappes)
Multiprocesseur
Réseaux locaux, Internet, …
Cloudcomputing
48
Le nuage cache la complexitéL’utilisateur utilise toutes les ressources du monde de manièretransparente, sans savoir où ni qui fournit les services
Plan
1. Petitehistoiredel’informatique
2. Définitions
3. Distribution:rêveouréalité?
4. Modélisation/Représentation
5. Problèmes
49
Systèmesdistribués:
Définition1
Un système informatique distribué est une collection de
postes ou calculateurs autonomes qui sont connectés à l'aide
d'un réseau de communication.
Wikipedia,2013
50
•Lesmachinessontautonomes.
Systèmesdistribués:
Définition2Un système distribué est une collection d’ordinateurs
indépendants, connectés par l’intermédiaire d’un réseau, qui
apparaissent comme un ordinateur pour les utilisateurs du
système.
AndrewTanenbaum
51
•Les machines sont autonomes.•Les utilisateurs ont l’impression d’utiliser une seule machine.
Systèmesdistribués:
Définition3
Un système distribué est un système qui vous empêche de
travailler quand une machine dont vous n’avez jamais
entendu parler tombe en panne.
LeslieLamport
52
Plan
1. Petitehistoiredel’informatique
2. Définitions
3. Distribution:rêveouréalité?
4. Modélisation/Représentation
5. Problèmes
53
Distribution:rêveouréalité?
• Existe-t-ildessystèmesdistribuésaujourd’hui?
• Oùtrouve-t-ondessystèmesdistribués?
• Concrètement,quefait-onaveclessystèmesdistribués?
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Téléphonie(fixeetmobile)
55
Jeuxenréseaux(LAN,MMORPG,…)
56
Grandsréseauxsociaux
57
Que se cache-t-il derrière facebook ???
Grandsréseauxsociaux
58
Applicationsdewebservice
59
Courtage temps réel
Systèmes de réservation
Pair-à-pair (Peer-to-peer)
60
Partage de fichiers dont vous êtes propriétairessur internet
Modélisation3D
61
Calculréparti– Décodagede
grandemassededonnées
62
SETI@Home
Calculréparti– Calcul
scientifique
63
Décodage du génome Genome@home
Simulation des trajectoires de particules élémentaires
LHC@home
Réseauxdecapteurs
64
Surveillance de feux de forêt
Enrésumé
• Lessystèmesdistribuéssontprésentspartout,sansque
l’utilisateurnes’enrendecompte
• Cessystèmesfonctionnentparcollaboration enutilisant
desalgorithmesdistribués
65
Plan
1. Petitehistoiredel’informatique
2. Définitions
3. Distribution:rêveouréalité?
4. Modélisation/Représentation
5. Problèmes
66
Modélisation
• Commentreprésenterunsystèmedistribué?
§ Notiond’espace:
Commentsontreliéslesacteursentreeux?
§ Notiondetemps:
Dansquelordresepassentlesactions?
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Représentationdel’espace
• Graphe
§ Chaquesommet représenteunparticipant
§ Chaquearc représenteuneliaisonréseau
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A
E
C
D
B
A peut communiquer avec B, C et E mais pas avec D
Représentation
d’unréseausocial
69
Modèlesdecommunication
70
Représentationdutemps
• Diagrammedeséquence
§ Unelignetemporelleparacteur
§ Uneflècheparmessagetransmisetreçu
71
A
E
C
D
B
A
B
C
D
ED envoi son message après B, mais C le reçoit avant !
Diagrammedeséquence
• Correspondàl’historiqued’exécutiondescommunications
réseaux
• Avec,enplus,unhistoriqued’exécutionpourchacundes
acteurs,onobtientlecomportementglobald’unsystème
72
A
B
C
D
E
A B C D E
v1 v6 v9 v0 v2 v8 v3 v5 v7 v2- - - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
- - - - - - - - - -
Plan
1. Petitehistoiredel’informatique
2. Définitions
3. Distribution:rêveouréalité?
4. Modélisation/Représentation
5. Problèmes
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Problèmesliésàla
distribution• Efficacité
• Synchronisation
• Robustesse
• Auto-stabilisation /Auto-adaptation
• …
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Efficacité
• Exécutiond’unetâchesuruntemps« raisonnable »
§ Inférieuràladuréedevied’unhumain…
• Laduréedevied’unprogrammepermetd’enévaluer
l’efficacité
§ Tempstotalpouraccomplirlatâche
§ Pourcentaged’utilisationdechaqueacteur
§ Nombredemessageséchangés
• Comparaisonaveclessupercalculateurs
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Synchronisation
• Coordinationdesactions
• Eviterqu’unacteurattendeindéfinimentuneréponsequine
viendrajamais
§ Introductiondebornesd’attente(timeout)
• Eviterlesinterblocages
§ Touslesacteursattendentlaréponsed’unautreacteurqui
attendlaréponsed’unautreacteurquiattendlaréponse…
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Modèledecommunication
• Synchrone
§ Mêmenotiondetemps,transmissioninstantanée,
généralementbornée
§ ex.Messagerieinstantanée
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On se retrouve après le cours ?
OK, on se retrouve à 13h !
Modèledecommunication
• Asynchrone
§ ex.Mail
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Il sait que j’ai lu sa réponse ?
12h15
12h45
11h00
11h45
13h15
Il sait que j’ai reçu ACK OK ?
Interblocage
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Les véhicules bleus ne peuvent plus avancer tant que les véhicules rouges n’auront pas libéré la route…
Interblocage dansunréseau
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A
E
CD
B
A demande pose une question a Eet attend la réponse de E.?E ne connaît pas la réponse. E demande à C et attend sa réponse.
?
C ne connaît pas non plus la réponse. C demande à D et attend sa réponse.
?
? Même D ne connaît pas la réponse !D demande à B et attend sa réponse.
?
Comme B ne connaît pas la réponse,B demande à A, qui ne répond pas !Et oui ! A attend la réponse de E !!!TOUT LE MONDE EST BLOQUÉ !
Robustesse
• Eviterqueladéfinition3nesurvienne !
§ Rappel:Unsystèmedistribuéestunsystèmequivousempêchedetravaillerquandunemachinedontvousn’avezjamaisentenduparlertombeenpanne.
• Toléranceauxdéfaillances
§ Avant:correctiondebugsdansunalgorithme
§ Maintenant:Résoudredes« bugsréseaux »
• Suppressiond’interblocage
• Prévenir leserreursencasdeplantagedemachine
81
Pauseinsolite
• Savez-vousd’oùvientlemotbug ?
82
1945
Vol501d’Ariane5
• Volinaugural
• 4juin1996– 9h35
§ VisibilitéOK
§ Chargement:4sondes
delamissionCluster
• 370millionsdedollars!
83
Vol501d’Ariane5–
04/06/96
84
Vol501d’Ariane5
• Systèmedeguidageréparti
§ Appareilsinformatiques,accéléromètres,gyroscopes,…
• Après37secondesdevol
§ BuginformatiquedansleSGIà HS
§ IdemdansleSGIdesecoursà HS
• Après40secondesdevol
§ Démarragedupiloteautomatique
§ InterprétationdesignauxincohérentsduSGI
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Auto-
organisation/stabilisation• Augmentationdunombred’acteursd’unsystèmedistribué
• Modèleclient-serveurmaldimensionné
But: Chaqueacteurestautonomeetindépendant
• Émergenced’uncomportementglobalàpartirde
comportementslocauxisolés
86
Exemple:leOUbooléen
• Chaqueacteuraunevaleurinitiale
§ Vrai représentéparun1
§ Faux représentéparun0
• Siaumoinsunacteurest Vraiaudépart
alorsrésultatglobalestVrai
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A B A ou BFaux Faux Faux
Faux Vrai Vrai
Vrai Faux Vrai
Vrai Vrai Vrai
Exemple:
• Discussion2à2,acteursaléatoire
• Après,les2agentsaurontpourvaleurlerésultatduOU
entreleurvaleurinitiale
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Preuvedecorrection• Sitouslesacteursont0initialement
§ Aucunnepourrapasserà1àlasuited’uneinteraction
§ Leprotocolerépondradonc0(i.e.,faux)
• Siaumoinsundesacteurspossèdelavaleur1
§ Unefoisquel’onalavaleur1,onnepeutrevenirà0
§ Silesacteurssontchoisisaléatoirement,équitablement,tout
acteuravec0auneprobabiliténonnulled’interagiravecunacteur
ayantpourvaleur1
§ Lenombred’acteuravecunevaleur1nepeutquecroitre
§ Cenombreconvergeversn avecuneprobabilité1
§ Leprotocolerépondradonc1(i.e.,vrai)
89
Danslesprochains
épisodes...
• Synchronisationetconsensus:laclédesréseauxsansfaille
• Fluxdedonnéesàgrandeéchelle:Commentlestraiter?
• Sécuritédesréseaux:détectionsd'intrusionparmonitoring
• Métrologiedanslesréseaux:lesbesoinsd'échantillonnage
• Unprojetàfaire:détectiondeDoS surunrouteur
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IRESI
INTRODUCTION AUX RÉSEAUX
INFORMATIQUES
YannBusnelResponsableduDépartement informatique
Crest(Ensai)/Inria Rennes
