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20/09/11
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Réseaux et Protocoles
L3 Informatique UdS
2011 Réseaux et Protocoles 1
L3 Réseaux et Protocoles
Jean-Jacques PANSIOT Professeur, Département d’informatique UdS Pansiot at unistra.fr TD/TP : Damien Roth
2011 Réseaux et Protocoles 2
Objectifs du cours
Mécanismes de base des réseaux § principes :
§ Notion de protocoles § architectures de réseaux § Principales fonctionnalités nécessaires
§ Mécanismes et protocoles pour les réaliser § travaux pratiques :
§ mécanisme des sockets : interfaçage des logiciels avec le réseau
§ Implémentation de mécanismes (codage) § Expérimentation avec les protocoles de routage § Mini projet : réalisation d’un protocole
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Bibliographie § Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, édition 2008 (~1000
pages) § Andrew Tanenbaum, Réseaux, Pearson, 4ème édition
2003. § James Kurose et Keith Ross, Analyse structurée des
réseaux, Pearson 2003
§ Plus anciens § S. Keshav, An Engineering Approach to Computer Networking,
Addison Wesley, 1997 § C. Macchi et J-F Guilbert, Téléinformatique, Dunod, 1983 § Christian Huitema, Le routage dans Internet, Eyrolles, 1995.
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Chapitre 1 Introduction § 1. Historique et évolution des réseaux
informatiques § 2. Classification des réseaux § 3. Protocoles et Normalisation § 4. Modèle OSI de l’ISO § 5. Modèle TCP/IP et Internet
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Qu’est-ce qu’un réseau ?
§ Collection de § Câbles, connecteurs, ….
Transmission d’un signal d’un point à un autre § Equipements électroniques
§ Modem, commutateur, routeur, carte réseau § Logiciels pour les équipements réseaux
§ Ex : routage des paquets § Equipements des utilisateurs
§ Ordinateur, carte réseau § Logiciels systèmes
§ Interface programme <> système/réseau
§ Utilisable par des Applications § Transfert de fichiers, mail, web , …
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1. Historique et évolution des réseaux informatiques
§ 1.1. Historique § années 60 -70
§ Peu d’ordinateurs, peu puissants, très coûteux § Liaisons bas débit (quelques kb/s), très coûteuses § Technologies des différents constructeurs incompatibles § Partage de l’ordinateur via des terminaux distants
§ Système « temps partagé » § réseau de terminaux (peu intelligents) § en étoile autour de l’ordinateur
§ Peu de communication entre ordinateurs
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Historique, évolution des réseaux informatiques (suite)
§ Années 80 § Ordinateurs plus nombreux et moins coûteux (PC) § Technologies de transmission haut débit (Mb/s) § Normalisation § Réseaux locaux (ethernet : 1984), Internet
§ Années 90 § Ordinateurs très peu coûteux, très nombreux § Apparition du web § Réseaux à intégration de service (ATM) § Convergence téléphone, données, vidéo § Débits > 100 Mb/s § réseaux cellulaires GSM
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Historique, évolution des réseaux informatiques (suite)
§ Fin années 90 => maintenant § très haut débit > Gb/s § Réseaux d’accès haut débit ADSL (et câble) § Réseaux sans fil (Wifi) § Tout sur IP (Triple Play)
§ Télévision, internet, téléphone
§ Tout connecté (mobiles, capteurs, …)
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2 Classification des réseaux § Objectifs des réseaux :
§ Transporter des informations § Deux axes d’évolution orthogonaux
§ Qualité des communications § Fiabilité § Débit § Disponibilité § Sécurité, …
§ Réduction des coûts § Partage des ressources entre utilisateurs § Partage des ressources entre types d’usages § Simplicité
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2.1. Classification par étendue
§ réseaux locaux ou LAN (Local Area Network) § Poste de travail § Propriétaire unique § Techno peu coûteuses
§ réseaux métropolitains ou MAN (Metropolitan Area Network) § Interconnexion de LAN haut débit
§ réseaux longue distance ou WAN (Wide Area Network) § Infrastructure coûteuse partagée
§ et même PAN (Personal Area Network) § Convergence des débits disponibles
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2.2. Classification par Topologie
étoile arbre anneau
bus maillé
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2.3. Classification par Commutation
§ 2.3.1. Commutation de circuits § ouverture et fermeture de connexion § circuit réservé pendant la connexion § ex : Réseau Téléphonique Commuté § toutes les données suivent le même chemin § délai d’établissement du circuit § Faible temps de traversée des données § gaspillage des ressources si communications à
débit variable
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2.3. Commutation (suite)
§ 2.3.2. Commutation de messages § messages de taille quelconque § pas de connexion entre émetteur et récepteur
§ Pas besoin d’être connecté au réseau simultanément § le message (ex: fichier) progresse de proche en proche § ex : colis à la poste § stockage des messages dans les mémoires des
commutateurs § délais § système inefficace pour des données de très grande taille
§ Quoique … § Utilisé par la messagerie, SMS, …
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2.3. Commutation (suite)
§ 2.3.3. Commutation de paquets § Données découpées en paquets de taille limitée § Pas de connexion entre émetteur et récepteur
§ ex : IP ou ethernet § Stockage temporaire des paquets en mémoire
dans les commutateurs (délais) § Partage facile
§ Multiplexage de nombreuses communications § Système souple adapté au trafic à débit variable
(interactif)
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2.3. Commutation (suite) § 2.3.4 Commutation de paquets, mode circuit virtuel
§ émulation de circuit : circuit virtuel (CV) § Commutation d’un paquet en fonction de :
§ son numéro de circuit virtuel § sa ligne d’entrée
§ phases d’ouverture et de fermeture de connexion § délais
§ tous les paquets d’un CV suivent le même chemin § séquencement des paquets :
§ possibilité de mise en œuvre de mécanismes de contrôle d’erreur ou de flux (ex X.25)
§ Possibilité de garanties de délai, débit
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2.3. Commutation (suite) § 2.3.5 Commutation de paquets en mode datagramme
§ phase de transfert des données sans connexion § paquets acheminés indépendamment § pas de séquencement des paquets :
§ pas de garantie de remise fiable des données (« best effort »)
§ rapidité, simplicité § Ex : réseaux IP (Internet) réseaux locaux ethernet
§ 2.3.6 Convergence : § commutation de labels (MPLS)
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3. Protocoles et normalisation
§ 3.1. Protocoles § Problèmes posés dans la communication
entre équipements distants : § moyens de transmission non fiables § pas de mémoire commune § événements inattendus (pannes, erreurs, …) § hétérogénéité des matériels, des logiciels, des
données § Nécessité de partager des ressources
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3.1. Protocoles
§ Procédure de communication : § ensemble de règles d’émission et de réception des
messages § structurer l’information : différencier les données utiles des
données de contrôle (entête) § superviser la liaison : connexion/déconnexion, contrôle
d’erreurs, etc. § Décrit par un « automate »
§ Protocole : § spécification d’un couple de procédures :
§ non nécessairement identiques § appelant/appelé § client/serveur
§ assurant un service entre deux ou plusieurs extrémités
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3.2. Organismes de normalisation § Objectifs :
§ Spécifications des produits : qualité § Conformité à la norme
§ Interopérabilité entre fournisseurs § Pour communiquer il faut être au moins 2
§ Organismes § Internationaux officiels (ISO, ITU) § Nationaux (ANSI, AFNOR) § Consortium/associations IEEE, W3C, … § IAB (Internet)
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4. Modèle OSI de l’ISO § 4.1 Objectif :
§ dégager les principales fonctions liées à la communication
§ les hiérarchiser en couches § principe d’abstraction
§ couche, service, protocole
§ Analogie avec : § « types abstraits » § concepts de la programmation par objets
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4.2 Exemple : achat à distance § Commande-paiement § => service expédition
§ emballage/étiquetage (« encapsulation »)
§ => entreprise de transport § étiquetage transporteur, groupage / routage
§ => véhicule de transport ( N fois) § transport au prochain entrepôt / manutention
§ => client : avis de livraison § facturation livraison § accusé de réception
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transport
manutention manutention manutention manutention
transport
physique physique physique physique
extrémité 1 véhicule 1 entrepôt 1 véhicule 2 entrepôt 2 véhicule 3 extrémité 2
fournisseur client
service de bout en bout livraison
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Quelques analogies avec les réseaux § Indépendance :
§ Le vendeur peut changer de transporteur § Le transporteur peut transporter des produits différents § Adaptation : une commande peut être livrée en plusieurs
colis
§ Adressage, niveaux d’adresses § Utilisateur final (adresse de livraison, de facturation) § Prochain entrepôt
§ Différence entre § Bout en bout § Proche en proche
§ Fiabilité § Accusé de réception, bons de livraison, …
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4.3. Modèle en couches OSI
OSI : Open System Interconnection 7 couches définies par l’ISO : § 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, § contrôle d’accès si support partagé (LAN)
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transport
réseau (A)
liaison liaison
réseau
liaison
réseau
physique physique
liaison
réseau (B)
transport
physique physique
extrémité 1 lien 1 routeur 1 lien 2 routeur 2 lien 3 extrémité 2
Application
session
présentation
session
présentation
Application
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4.3. Modèle OSI (suite) § couche réseau
§ adressage § routage des paquets sur le réseau entre les sites
émetteur et récepteur § mise à jour des tables de routage § contrôle de congestion
§ couche transport § supervision de l’échange de données entre
utilisateurs (de bout en bout) § réseau vu comme un canal point à point, « exempt
d’erreurs »
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4.3. Modèle OSI (suite) § couche session
§ établissement d’une session et synchronisation du dialogue entre émetteur et récepteur
§ couche présentation § homogénéisation de la syntaxe de représentation
des données (matériels et logiciels hétérogènes) § couche application
§ gestion des aspects des applications utilisatrices qui sont relatifs à la communication à distance
§ ex : transfert de fichiers, courrier, web, etc.
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4.4. Concepts fondamentaux § modèle à trois niveaux § entité (N) : élément actif de la couche (N) § Triptyque de la couche (N) :
§ deux entités (N) paires fournissent un service (N) aux entités (N+1), par l’intermédiaire des adresses (N)
§ pour fournir le service (N), les entités (N) dialoguent en réalisant un protocole (N) § Échange de N-PDU (Protocol Data Unit)
§ pour réaliser le protocole (N), les entités (N) utilisent le service (N-1), § par l’intermédiaire des adresses (N-1) § Par des primitives de service N-SDU (Service Data Unit)
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4.4. Concepts fondamentaux § protocole (N) :
§ ensemble de règles d’échange entre deux entités (N)
§ échanges « horizontaux » de N-PDU
§ service (N) : § ensemble de primitives (requêtes, indications)
véhiculées entre les couches § échanges « verticaux » de SDU
§ illustration des échanges et de l’encapsulation
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Protocoles et services
Service N Service N
Service N-1 Service N-1
Protocole N
N-SDU
N-PDU
Protocole N-1
Entité N
Requête(a)
Construction N-PDU n(a)
Requête(n(a))
Envoi de n(a)
Construction N-1-PDU m(n(a))
Envoi de m(n(a))
Indication(n(a))
Indication(a)
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2011 Réseaux et Protocoles 31
5. Modèle TCP/IP Internet § Principes
§ indépendance des réseaux sous-jacents § connectivité universelle, résistance aux pannes § protocoles d’application standard
§ Origine : ARPANET de DARPA (milieu 70) § Pile (= empilement de protocoles) TCP/IP :
(début 80) § IP (Internet Protocol) :
§ niveau Réseau, mode datagramme § très efficace (simplicité)
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5.2. Historique et principes (suite) § TCP (Transmission Control Protocol) :
§ niveau Transport § mode connecté, fiable
§ UDP (User Datagram Protocol) : § niveau Transport § mode datagramme, plus rapide (non fiable)
§ UNIX BSD 4.2 (Berkeley) intégrait : § la pile des protocoles TCP/IP § interface sockets (paradigme client-serveur) § protocoles d’application standard (mail, ftp, rlogin...)
§ Repéré par port et protocole : § (ex : ftp 21/tcp, tftp 69/udp)
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5.2. Historique et principes (suite)
§ NSFNET (successeur d’ARPANET) : 1985 § France :
§ FNET (1983) : connexion vers Internet (CNAM) § CNAM, INRIA, IRCAM (1984): connexion aux USA
via Amsterdam, par liaison téléphonique, puis X.25 § INRIA (1988) : 1er paquet IP arrive directement par
liaison satellite entre Nice-Sophia et Princeton § Strasbourg : Osiris connecté en 1989 via INRIA § RENATER (1992) : créé par le CEA, CNES, CNRS,
INRIA, EDF, Ministère éducation nationale § s’ouvre aux industriels en 1995
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5.2. Historique et principes (suite)
§ en 1995 Internet comporte : § 50 000 réseaux, 4 millions d’ordinateurs, 100 pays
§ en 2011 Internet comporte : § +900 millions d’ordinateurs (?)
§ la croissance d’Internet pose des problèmes d’échelle : § manque d’adresses IPv4
§ migration vers IPv6 : § Très grand espace d’adressage § Sécurité, mobilité, autoconfiguration
Nombre de machines sur internet (source internet systems consortium www.isc.org)
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5.3. Normalisation d’Internet § IAB (Internet Architecture Board) créé en 1983 § IRTF et IETF (Internet Research/Engineering
Task Force) en 1989 § Internet draft § RFC, { Proposed / Draft / Internet } Standard § http://www.ietf.org/
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6. Comparaison entre architectures OSI et TCP/IP
§ Nombre de couches (Osi : 7, IP : ?) § OSI : toutes les couches sont normalisées § IP : pas de normalisation (par l’Ietf) des
§ Couches inférieures à IP (IP sur tout) § Couches supérieures (modèle ALF) sauf cas
particuliers § IP : nb de couches variable
§ IP dans IP …
§ IP : normes gratuitement disponibles http://www.ietf.org/