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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


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


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


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 , …


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


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, …)


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


2.2. Classification par Topologie

étoile arbre anneau

bus maillé


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, …


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)


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)


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


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)


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


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


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, …


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


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 »


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)


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


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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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)


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)


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)



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/