EC réseaux. Université Paris X Nanterre Master Miage Première année. Emmanuel Hyon

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1 Université Paris X Nanterre Master Miage Première année EC réseaux Emmanuel Hyon *Les transparents de cette EC sont établis à partir de

2 Bibliographie 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 L. L. Peterson and B. S. Davie, Réseaux d'ordinateurs, une approche orientée système, Morgan Kaufmann Publishers, traduit chez Vuibert (1998), 1996 W. Stallings, Data and Computer Communications - 4th Edition, MacMillan Publishing Company, 1994 W. R. Stevens, TCP/IP Illustré, Les protocoles - Volume 1, Addison Welsey, 1994 A. S. Tanenbaum, Réseaux, 4e Edition, Pearson,

3 3 Plan du cours Approche «Descendante»: Des applications réseau au médium de transmission. 1 Introduction 2 Applications 3 Transport 4 Réseau (Routage et acheminement) 5 Relation avec le médium physique

4 Introduction aux réseaux

5 Internet : vue «matérielle» «approche concrète» 5 hosts, end-systems (terminaux) : Millions de périphériques connectés PC, serveurs, PDA, téléphones, faisant tourner des applications réseau Liens de communication Fibre, cuivre, radio, satellite Routeurs: acheminent les données à travers le réseau routeur Station de travail serveur mobile ISP (FAI) local ISP régional Réseau d entreprise

6 Internet : vue «services» «approche fonctionnelle» Quelles fonctionnalités fournit un réseau? 6 Connexion à des terminaux pour accéder à des applications réparties Services de transmission des données => Besoins de nouveau services = Evolutions de Internet

7 Internet : une définition 7 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 Internet RFC: Request for comments IETF: Internet Engineering Task Force Réseau 1 Réseau 3 Réseau 2 routeur

8 8 Analyse de la structure du réseau Le bord du réseau (network edge) Applications et hosts Le cœur du réseau (network core) Routeurs Réseau de réseaux Réseaux d accès, supports physiques Liens de communication

9 Le bord du réseau (Network Edge) 9 Les end systems (terminaux) Font tourner les applications Par ex : WWW, Au bord du réseau applications organisées en client/serveur 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

10 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

11 Supports de transmission : support guidé 11 Paires torsadées Fils téléphoniques Deux fils de cuivre isolés entrelacés en torsade Catégorie 3 tel 5 (1Gbps) ethernet Analogique ou numérique Câble coaxial Fil de cuivre central (âme, porteur du signal) isolé, dans un blindage métallique tressé Analogique ou numérique Usage courant dans Ethernet 10Mbs Câble fibre optique Fibre (verre/plastique) transport impulsions lumineuses (numérique) Haute vitesse Ethernet 100Mbps Transmission point-àpoint :10 Gbps (500m) Faible taux d erreur

12 12 Une taxonomie des réseaux Réseaux de télécommunication Réseaux à commutation de circuit Réseaux à commutation de paquets FDM TDM Réseaux à CV Réseaux à datagramme

13 13 Commutation de circuit Réservation de bout-enbout de ressources pour une communication Comment partager? Ressources réservées => ressources dédiées Nécessité de réserver les ressources avant d acheminer les info => Établissement d appel Performance garantie (délai) Ex : Le téléphone

14 14 A Commutation de paquets 10 Mbs Ethernet Multiplexage statistique C B File des paquets en attente d un lien de sortie 1,5 Mbs 45 Mbs D E Commutateur de paquet (routeur) (packet switch) 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?

15 Commutation de paquets 15 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)

16 Commutation de paquets vs Commutation de circuit 16 Analogie avec le restaurant (sans/avec réservation) Pour les données par rafales (bursty) Partage de ressources Pas d établissement d appel La commutation de paquets est-elle meilleure? 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

17 17 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

18 message Commutation de messages versus Commutation de paquets 18 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

19 19 Hypothèses : X = 7,5Mbits L = 1500 bits R = 1,5Mb/sec => P = 5000 Un exemple tps d émission d un paquet = 1ms 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?

20 20 Structure d Internet : 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 ISPs Connectés aux NBPs local ISP, company Connectés aux regional ISPs NAP regional ISP local ISP NBP B NBP A local ISP regional ISP NAP

21 Exemple de Renater 21 Voir 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? Les NAP en France

22 22

23 23 Traceroute Connaître la route empruntée par un paquet dans un réseau à datagramme ftp.lip6.fr loria.loria.fr Eniac.seas.upenn.edu Sous Windows XP -> Executer une commande -> tracert nomserveur Sous Linux : traceroute nomserveur

24 24 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 : ordi-modem-réseau téléphonique-réseau ISP Réseaux d accès institutionnels Relient un système terminal d une organisation à un réseau Réseaux d accès mobiles Relient un système terminal mobile à un réseau

25 Accès résidentiel : point à point 25 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 )

26 Accès institutionnel : LAN 26 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)

27 27 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 (WiFi) Ex : Lucent Wavelan 11 Mbps Bluetooth WIMAX Accès sans fil large échelle CDPD : Cellular Digital Packet Data Accès sans fil à un routeur ISP via un réseau cellulaire (GSM) Routeur Station de base Portables

28 28 Réseau domestique Éléments d un réseau domestique type Modem ADSL ou câble routeur/firewall Ethernet Borne WLAN de/vers l extérieur modem routeur/ firewall Borne WLAN portables Ethernet (switched)

29 Qui fait quoi? 29 IETF (Internet Engineering Task Force) Travaux d ingénierie Documents techniques (RFC) : approbation standards IESG IANA (Internet Assigned Numbers Authority) Assignation d identifiants uniques (ressources réseau) adresses IP, domaines de 1er niveau, objets SNMP numéros de protocoles, numéros de ports (entre 1 et 1023) ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) Allocation de blocs de numéros IP Exploitation des serveurs autorités de la racine du DNS 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»)

30 30 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?

31 31 Organisation d un voyage aérien billet (achat) billet (réclamation) bagage (vérification) bagage (récupération) porte (embarquement) porte (débarquement) décollage atterrissage plan de route plan de route plan de route Une série d étapes

32 Organisation d un voyage aérien Autre prise de vue 32 billet (achat) bagage (vérification) porte (embarquement) décollage billet (réclamation) bagage (récupération) porte (débarquement) 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

33 33 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

34 Implantation répartie de la fonctionnalité d une couche 34 Aéroport de départ billet (achat) billet (réclamation) bagage (vérification) bagage (récupération) porte (embarquement) porte (débarquement) décollage atterrissage plan de route plan de route sites intermédiaires de trafic aérien Aéroprot d arrivé plan de route plan de route plan de route

35 35 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

36 36 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

37 Modèle OSI 37

38 38 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

39 39 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 Système B couche (N) couche (N 1) protocole (N) entité N Support de Communication

40 40 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

41 41 Service : fournisseur, utilisateur Service = relation entre couches adjacentes d'un même système Système A Système B couche (N) couche (N 1) 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)

42 42 Primitives de service Couche (N+1) Couche (N) ➊demande Entité (N) Couche (N-1) Protocole (N) ➌ réponse ➍ confirmation Entité (N) ➋indication ➊ demande (request) : activation d'un service (N-1) ➋ indication : indication d'activation d'un service à l'autre extrémité ➌ réponse à une indication ➍ confirmation d'exécution d'un service demandé

43 43 Un exemple

44 44 Un exemple

45 45 Pile de protocoles Internet (modèle DoD) Application: support des applications réseau 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 transport network link physical Message Segment Datagramme Trame bit

46 46 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 application transport network link physical network link physical application transport network link physical

47 47 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 du destinataire à la couche réseau) Attend un accusé de réception de son homologue Analogie: la poste data application transport network link physical application transport network link physical data ack application transport network link physical network link physical data application transport network link physical

48 48 Modèle en couche : communication physique data application transport network link physical application transport network link physical application transport network link physical network link physical data application transport network link physical

49 Les couches et les PDU : Encapsulation des PDU 49 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 Hl data Ha Ht Ha Hn Ht Ha Hn Ht Ha M M M M source application transport network link physical destination application transport network link physical data Ha Ht Ha Hn Ht Ha Hl Hn Ht Ha M M M M message segment datagramme trame

50 50 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

51 51 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