Réseau - Laboratoire d`Informatique de Paris 6

E. HYON
2012-2013
Université Paris Ouest Nanterre
Licence Miage
Première année
EC réseaux
Emmanuel Hyon
*Les transparents de cette EC sont établis à partir de
http://occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbooks/kurose-ross1/
1
E. HYON
2012-2013
Bibliographie/”Webographie »
 Livres
2
J. F. Kurose and K. W. Ross, Analyse Structurée
des réseaux Des applications de l’internet aux
infrastructures de communication (2e edition), Pearson
Education, 2003
 A.Tanenbaum et D.Wetherall, Réseaux, 5e Edition,
Pearson, 2011.
 W. R. Stevens, TCP/IP Illustré, Les protocoles Volume 1, Addison Welsey, 1994.
 Sites web
 www.commentçamarche.net/contents/networking/
 les sites de normalisation

 site
du w3c : http://www.w3.org/
 site des RFQ : http://tools.ietf.org/html/
E. HYON
3
2012-2013
Plan du cours
Approche « couche basse »: Les adresses et le
médium de transmission.



1 Introduction
–
Notions
–
Modèle en couche
2 Réseau
–
Adresse
–
Routage et acheminement
3 Relation avec le médium physique
E. HYON
2012-2013
Introduction aux réseaux
4
Internet : vue « matérielle »
E. HYON
2012-2013
5
« approche concrète »
 hosts,
end-systems
(terminaux) : Millions de
périphériques connectés

PC, serveurs, PDA,
téléphones, …
routeur
serveur

mobile
ISP (FAI) local
faisant tourner des
applications réseau
 Liens
Station de travail
ISP régional
de communication
Fibre, cuivre, radio, satellite
 Routeurs:
acheminent les
données à travers le réseau
Réseau
d’entreprise
E. HYON
2012-2013
Internet : vue « services »
« approche fonctionnelle »
Quelles fonctionnalités fournit un réseau ?
Connexion à des terminaux pour accéder à des applications réparties
Exemple ?
Services de transmission des données
Exemple ?
Besoins de nouveau services => Evolutions de Internet
Smartphones et évolution des sites
Evolutions d'internet => nouvelles utilisations (vice versa)
BP et algo compression img => sites partage vidéos
6
E. HYON
Internet =
un réseau de réseaux
 Un
réseau virtuel fondé sur
un ensemble de réseaux
physiques isolés reliés entre
eux par des routeurs
 Protocoles : contrôlent
l’émission et la réception de
messages

Ex: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
 Standards


7
Internet : une définition
2012-2013
Internet
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering
Task Force
routeur
Réseau 1
Réseau 2
Réseau 3
E. HYON
Qui fait quoi ?
2012-2013
8
 IETF (Internet Engineering Task Force) http://www.ietf.org/


Travaux d’ingénierie
Documents techniques (RFC) : approbation standards IESG
 ICANN
(Internet
http://www.icann.org/
Corporation for Assigned Names and Numbers)

IANA (Internet Assigned Numbers Authority) http://www.iana.org/

Exploitation des serveurs autorités de la racine du DNS

Assignation d’identifiants uniques (ressources réseau)

Allocation de blocs de numéros IP

numéros de protocoles et numéros de ports
Délègue aux Regional Internet Registries l’assignation d’adresses
Délègue aux Network Information Center(s) la gestion des
domaines de premier niveau («.com», «.org», «.net»)


E. HYON
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2012-2013
Analyse de la structure du réseau
 Le
bord du réseau
(network edge)

 Le
Applications et hosts
cœur du réseau
(network core)


Routeurs
Réseau de réseaux
 Réseaux
d’accès, supports
physiques

Liens de communication
 Fonctionnement
du tout est
décrit par des protocoles
E. HYON
2012-2013
10
Le cœur du réseau (Network Core)
• Ensemble de routeurs
interconnectés (Routage)
• Comment les données sontelles acheminées à travers
le réseau ?
• Tout d’abord : Comment les
données sont-elles
acheminées sur un lien de
communication ?
Notions de transmission de données
E. HYON
Transmission des données
Une taxonomie des réseaux
2012-2013
11
Réseaux de télécommunication
Réseaux à
commutation de
circuit
FDM
TDM
Réseaux à
commutation de
paquets
Réseaux
à CV
Réseaux à
datagramme
E. HYON
2012-2013
Commutation de circuit
Réservation de bout-enbout de ressources
pour une
communication
Ressources réservées =>
ressources dédiées
 Nécessité de réserver les
ressources avant
d’acheminer les info =>
Établissement d’appel
 Performance garantie
(délai)
Ex : Le téléphone
12
Comment partager ?

Partage de ressource
: FDM ou TDM
E. HYON
13
2012-2013
Commutation de paquets
10 Mbs
Ethernet
A
B
1,5 Mbs
File des paquets
en attente d’un
lien de sortie
D
Commutateur de
paquet (routeur)
(packet switch)
C
Multiplexage statistique
45 Mbs
E
Soit L la taille du paquet émis par A
Soit Q le nb de liens entre A et son destinataire
Soit R le débit de chaque lien
Hypo : tps d’attente et tps de propagation nuls
Quel est le temps total d’émission du paquet ?
E. HYON
2012-2013
Commutation de paquets vs
Commutation de circuit
14
Analogie avec le restaurant (sans/avec réservation)
La co
Pour les données par rafales (bursty) pa mmutat
ion de
quets
est-e
 Partage de ressources
“meill
lle
eure”
  Pas d’établissement d’appel
?
Congestion excessive : retard et perte de paquets
 Nécessité d’avoir des protocoles pour fiabiliser le
 transfert de données et contrôler la congestion
Traitement des flux avec besoins de BP garantie ou
avec délais (Temps réel)
  Applications audio/vidéo
E. HYON
2012-2013
15
Commutation de paquets
Chaque flux de données
entre deux hosts est
divisé en paquets
 Les paquets des appli.
A et B partagent les
ressources
 Chaque paquet occupe
toute la BP
 Les ressources sont
utilisées quand
nécessaire

Rester dans les capacités des
ressources :
 Les demandes cumulées
de ressources peuvent
excéder le montant dispo
 Congestion : file de paquets
en attente d’utilisation d’un
lien
 Store and forward : les
paquets font un saut (hope) à
la fois



Transmission sur le lien
Attend son tour sur le prochain
lien => stockage en tampon
(buffer)
E. HYON
16
2012-2013
Commutation de messages
 Message
: suite d'informations formant logiquement
un tout pour l'expéditeur et le destinataire

Exemple : un fichier, une commande Shell (ls, pwd, …)
 Envoi
indépendant des messages les uns des autres
 Store and forward


S’assurer de la bonne réception du message avant de le
propager à son tour => pas de propagation de messages
erronés
Chaque commutateur traversé
 Stocke
les messages reçus dans des files d'attente
 Commute les messages vers le port de sortie approprié pour
atteindre le destinataire final
E. HYON
Commutation de messages versus
Commutation de paquets
2012-2013
17
message




Grande taille => difficulté de stockage
Pas de parallélisme
Reprise sur Erreur et plus de chances d’avoir une erreur
Pas de découpage/réassemblage
paquet



Découper à l’émission et réassembler à la réception
Petite taille => plus facile à stocker
Parallélisation
E. HYON
2012-2013
Un exemple analytique
18
Envoi d’un fichier de x bits
 Découpage du fichier en
P paquets de L bits

Ex : L=1500 bits
Store & Forward : Le switch
attend que le paquet soit
entièrement arrivé (stockage
complet) avant de le
réacheminer
 Q: Qu’est-ce que cela
change par rapport à
envoyer un message sans
découpage ?

Hypothèses :
X = 7,5Mbits
L = 1500 bits => P = 5000
R = 1,5Mb/sec
tps d’émission d’un paquet = 1ms
E. HYON
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2012-2013
Exercice
 On
suppose 5 voitures qui se suivent sur 3 tronçons
d'autoroute de 100km, 200km et 500km (débutés
par des péages). Combien de temps faudra-t-il pour
que toutes les voitures aient franchi la distance.
 Données
num Vitesse 100km/h, temps
franchissement péage 10 Min
 Donnez
la formule du

tps de propagation

tps emission
E. HYON
20
2012-2013
Exercice
 On
suppose 3 hamsters (ou cochons d'inde) qui
doivent franchir deux poutres. Aux extrémités des
poutres une personne se charge de la manutention.
E. HYON
2012-2013
21
Structure d’Internet (point 1) :
réseau de réseaux
 Hiérarchique
 national/international
backbone providers (NBPs)


Ex USA : BBN/GTE, Sprint,
AT&T, IBM, UUNet
Interconnexion directe privée
pair-à-pair , ou à un point
d’accès public (Network
Access Point - NAPs)
 regional

regional ISP
NBP B
NAP
NAP
NBP A
Connectés aux NBPs
 local

ISPs
local
ISP
ISP, company
Connectés aux regional ISPs
regional ISP
local
ISP
E. HYON
2012-2013
Exemple de Renater
 Voir
site:http://www.renater.fr
 Questions :



Nom du NBP de Renater ?
Débit(s) du NBP ?
Comment un réseau régional est-il raccordé au NBP ?
 Quels
sont les noms des réseaux régionaux ? Celui de l’IdF ?
 Combien y a-t-il de points d’accès au NBP en IdF et où sont-ils ?


À quelle boucle Paris X est-elle raccordée ?
Nom réseau européen
 Les
NAP en France
Site:http://www.eurogix.eu
Site:https://www.euro-ix.net/


Que sont freeix, sfinx, parix, opentransit
Qu'est ce qu'un point de présence (où sont-ils) ?
22
E. HYON
2012-2013
23
E. HYON
Traceroute
2012-2013
24
Interconnexion
 Connaître
la route empruntée par un paquet dans un
réseau à datagramme
 http://www.dnsstuff.com




ftp.lip6.fr
www.u-paris10.fr
loria.loria.fr
Eniac.seas.upenn.edu
 Sous
Windows XP -> Executer une commande
-> tracert nomserveur
Sous Linux : traceroute nomserveur
E. HYON
2012-2013
 Les



25
Le bord du réseau (Network Edge)
end systems (terminaux)
Font tourner les applications
Par ex : WWW, email
Au “bord du réseau”
 applications organisées
 client/serveur
en
Le client émet des requêtes et
reçoit les services fournis par le
serveur
 Par ex : navigateur IE : client
permettant d’interroger un serveur


pair à pair
Flots de communication
unidirectionnels entre processus
voisins
 Par ex : Gnutella, FreeNet

E. HYON
26
2012-2013
Réseaux d’accès
 Liens
physiques qui connectent un système terminal à
son routeur de bord (edge router), i.e., le 1er
routeur sur le chemin entre deux end systèmes
 Réseaux d’accès résidentiels

Relient un système terminal domestique à un réseau
 Exemple
 Réseaux

d’accès institutionnels
Relient un système terminal d’une organisation à un réseau
 Réseaux

: ordi-modem-réseau téléphonique-réseau ISP
d’accès mobiles
Relient un système terminal mobile à un réseau
E. HYON
2012-2013
Supports de transmission (point 3) :
support guidé
Paires torsadées


Fils téléphoniques
Deux fils de cuivre isolés
entrelacés en torsade


Catégorie 3 tel 5 (1Gbps)
ethernet
Analogique ou numérique
Câble fibre optique
Fibre (verre/plastique)
transport impulsions
lumineuses (numérique)
 Haute vitesse


Câble coaxial
de cuivre central (âme,
porteur du signal) isolé, dans
un blindage métallique tressé
Analogique ou numérique
Usage courant dans Ethernet
10Mbs
Fil


Ethernet 100Mbps
Transmission point-àpoint :10 Gbps (500m)
Faible taux d’erreur
27
E. HYON
2012-2013
28
Accès résidentiel : point à point
 Modem


et ligne téléphonique
56Kbits/sec : accès direct à
un routeur d’un ISP
Conversion numériqueanalogique côté abonné et
analogique-numérique côté ISP
 Numéris



(RNIS)
128Kbits/sec
Tout numérique
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)



Jusqu’à 1Mb/sec abonné-ISP : f(distance, interférence électrique)
Jusqu’à 18Mb/sec ISP-abonné (ADSL2+)
FDM : 3 sous-bandes (1 pour le flux montant, 1 pour le
descendant, 1 pour le téléf’)
E. HYON
2012-2013
Accès institutionnel : LAN
29
 Le
réseau local (Local Area
Network - LAN) connecte
les sytèmes terminaux d’une
Entreprise, université à un
routeur de bord

Portée géographique limitée
(un site, un campus)
 Plusieurs
technologies de LAN
 Ethernet : la plus répandue actuellement



10mb/sec, 100Mb/sec, 1Gb/sec
Réseau de diffusion => débit partagé entre les machines connectées
au LAN
Migration de la techno « Ethernet à diffusion » vers celle de
« commutation Ethernet »
 Accès
dédié (au sens : pas de partage de la BP)
E. HYON
30
2012-2013
Réseaux d’accès sans fil
 Un
réseau d’accès sans fil
connecte un système
terminal à un routeur
 LANs sans fil (WLAN)


Ondes radio remplacent le
câble
IEEE 802.11 (WiFi)
 Ex


: Lucent Wavelan 11 Mbps
Routeur
Station de
base
Bluetooth
WIMAX
 Accès sans fil large échelle
 CDPD : Cellular Digital Packet
Data
 Accès sans fil à un routeur
ISP via un réseau cellulaire
(GSM)
Portables
E. HYON
31
2012-2013
Réseau domestique
Éléments d’un réseau domestique type
 Modem ADSL ou câble
 routeur/firewall
 Ethernet
 Borne WLAN
de/vers
l’extérieur
portables
modem
routeur/
firewall
Ethernet
(switched)
Borne WLAN
E. HYON
32
2012-2013
Partie II : Fonctionnement
Introduction à l’Architecture réseau
Les réseaux sont
complexes !
 Bcp d’éléments :
 Hosts
 Routeurs
 Liens de
transmission à
supports variés
 Applications
 Protocoles
 Matériels, logiciels
Question :
Y a-t-il moyen d’organiser la
structure d’un réseau ?
Ou au moins les discussions
sur les réseaux ?
E. HYON
33
2012-2013
Organisation d’un voyage aérien
billet (achat)
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
 Une
plan de route
série d’étapes
plan de route
E. HYON
2012-2013
34
Organisation d’un voyage aérien
Autre prise de vue
billet (achat)
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
plan de route
plan de route
Couche : chaque couche réalise un service
 via ses propres actions internes
 en s’appuyant sur les services fournis par la
couche inférieure
E. HYON
35
2012-2013
Les services du transport aérien
Acheminement de personnes + bagages comptoir à comptoir
Livraison de bagages de tapis à tapis
Transfert de personnes : de porte embarquement à débarquement
Acheminement d’avion de piste à piste
Routage d’avions de source à destination
E. HYON
2012-2013
36
Implantation répartie de la
fonctionnalité d’une couche
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
plan de route
sites intermédiaires de trafic aérien
plan de route
plan de route
plan de route
Aéroprot d’arrivé
Aéroport de départ
billet (achat)
E. HYON
37
2012-2013
Pourquoi les couches ?
Traitement de systèmes complexes
Structure explicite permettant l’identification, et le
mise en relation des éléments d’un système complexe
 Modèle de référence en couches pour la
discussion
 Modularité = facilité de maintenance, de MAJ du
système
 Changer l’implantation du service d’une couche :
transparent au reste du système

 Ex
: changer la procédure d’embarquement à une porte
n’affecte pas le reste du système (ex : livraison des
bagages)
=> architecture des protocoles réseau en couches
E. HYON
38
2012-2013
Le modèle OSI
 1978
: ISO (International Standardization
Organization) répond au problème d'interconnexion
des systèmes hétérogènes

Définition d'un langage commun au monde des
télécommunications et des réseaux
 1983



: Modèle de référence OSI
Open System Interconnection
Modèle abstrait : terminologie et fonctionnalités
Règles formelles pour les échanges entre systèmes
 Système

ouvert
Communication avec des équipements de type différents
mais conformes aux normes OSI
E. HYON
39
2012-2013
Modèle OSI
E. HYON
40
2012-2013
Protocole : une analogie et une définition
 Analogie
humaine
 Ensemble de règles établies
définissant le déroulement
d’un dialogue  Définition
du format et de
l’ordre des msg échangées
entre entités communicantes
et des actions effectuées
suite à l’émission (ou la
réception) d’un msg
E. HYON
41
2012-2013
Protocole, service et couche
 Structuration
en couches des fonctionnalités réseau
réalisées par les équipements

Couches adjacentes - couches homologues
 Service
: relation entre couches adjacentes
 Protocole : relation entre couches homologues
Système A
couche (N)
couche (N­1)
Système B
entité
protocole (N)
Support de Communication
N
E. HYON
42
2012-2013
Protocole
 Protocole
= relation entre couches homologues de
systèmes différents
 Implantation répartie dans les équipements réseau
(matériel)
 Un protocole appartient à une couche


PDU (Protocol Data Unit) : messages définis par un
protocole et échangés entre entités réseau
n-PDU : PDU d’ (un protocole appartenant à) une couche n
 Un
protocole de couche n définit le contenu, le format et la façon
d’échanger des n-PDU
 Plusieurs
protocoles coexistent dans un équipement :
pile de protocoles
E. HYON
43
2012-2013
Service : fournisseur, utilisateur
 Service
= relation entre couches adjacentes d'un
même système Système A
Système B
couche (N)
couche (N­1)



protocole (N)
entité
N
La couche (N-1) offre des services à la couche (N) :
fournisseur
La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) :
utilisateur
La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) pour
fournir les services (N) à la couche (N+1)
E. HYON
44
2012-2013
Un exemple
E. HYON
2012-2013
45
Un exemple
E. HYON
46
2012-2013
Pile de protocoles Internet (modèle DoD)
 Application:
réseau

support des applications
ftp, smtp, http
 Transport:
transfert de données de
bout en bout (host-host)

tcp, udp
 Réseau:
routage de datagramme de
source à destination

ip, protocoles de routage
 Liaison:
transfert de données entre
éléments voisins (1 seul lien)

ppp, ethernet
 Physique:
bits “sur le fil”
application
Message
transport
Segment
network
link
physical
Datagramme
Trame
bit
E. HYON
47
2012-2013
Modèle en couche : communication logique
Chaque couche
 Est répartie
 Contient des
“entités” qui
implémentent
les fonctions de la
couche dans
chaque nœud
 Les entités
exécutent les
actions,
échangent les
messages avec les
homologues
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
E. HYON
48
2012-2013
Modèle en couche : communication logique





Exemple : transport
Prend les données
de l’application
(APDU)
Ajoute son entête
pour former une
TDPU et
l’envoie à son
homologue (i.e., la
transmet avec l’@
du destinataire à
la couche réseau)
Attend un accusé de
réception de son
homologue
Analogie: la poste
data
application
transport
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
ack
data
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
transport
network
link
physical
E. HYON
49
2012-2013
Modèle en couche : communication physique
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
E. HYON
50
2012-2013
Les couches et les PDU :
Encapsulation des PDU
À l’émission, chaque couche (N)
 Prend les PDU de la couche supérieure (N+1) : (N+1)
PDU
 Ajoute ses info (entête) pour créer une (N)PDU
 Passe sa (N)PDU à la couche inférieure (N-1)
À la réception, stricte réciproque
source
data
Ha M
Ht Ha
M
Hn Ht Ha
M
Hl Hn Ht Ha M
application
transport
network
link
physical
destination
data
Ha
application
transport
Ht Ha
network
Hn Ht Ha
link
Hl Hn Ht Ha
physical
M
message
M
segment
M
M
datagramme
trame
E. HYON
51
2012-2013
Auto-évaluation : vrai ou faux ?
 Dans
un réseau à commutation de paquets par CV,
un routeur maintient des informations sur l’état de
chaque connexion qui passe par lui
 Avant d’envoyer un paquet dans un réseau à
datagramme, la source doit déterminer tous les liens
que le paquet empruntera entre source et
destinataire
 Les couches 4 et 5 de la pile Internet sont
implantées dans les systèmes terminaux (hosts) mais
pas dans les routeurs du cœur de réseau
 Internet fournit aux appli deux types de service :
FDM et TDM
E. HYON
2012-2013
52
Auto-évaluation : vrai ou faux ? (suite)
 La
bande passante ADSL est partagée
 Avec ADSL, chaque abonné dispose de plus de BP
pour ses flux descendants que pour ses montants
 Ethernet est une technologie d’accès résidentiel à
Internet très répandue.
 Les paires torsadées constituent un support qui est
de moins en moins utilisé dans les réseaux
d’ordinateurs.