Réseaux et Protocoles L3 Informatique UdS

Réseaux et Protocoles
20/09/11
L3 Réseaux et Protocoles
Jean-Jacques PANSIOT
Professeur, Département d’informatique UdS
Pansiot at unistra.fr
TD/TP : Damien Roth
2011
Réseaux et Protocoles
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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
bus
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anneau
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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fournisseur
transport
client
service de bout en bout
livraison
transport
manutention
manutention
manutention
manutention
physique
physique
physique
physique
extrémité 1
véhicule 1
entrepôt 1 véhicule 2 entrepôt 2 véhicule 3 extrémité 2
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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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Application
Application
présentation
présentation
session
session
transport
transport
réseau (A)
réseau
réseau
réseau (B)
liaison
liaison
liaison
liaison
physique
physique
physique
physique
extrémité 1
lien 1
routeur 1
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lien 2
routeur 2
lien 3
extrémité 2
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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
Requête(a)
Service N
Service N
N-SDU
Envoi de n(a)
Construction
N-PDU n(a)
Protocole N
N-PDU
Requête(n(a))
Service N-1 Envoi de m(n(a))
Construction
N-1-PDU m(n(a))
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Indication(a)
Entité N
Indication(n(a))
Service N-1
Protocole N-1
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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)
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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
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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/
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