L architecture des réseaux

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1 L architecture des réseaux les principes le modèle OSI l'architecture TCP/IP

2 Architecture de réseaux : problèmes Comment concevoir un système complexe comme les réseaux? Établissement/Fermeture des connexions Adressage Spécification des paramètres de connexion Règles de transferts de données (duplex...) Multiplexage/ Démultiplexage Groupage/Dégroupage assembler des messages courts Contrôle de séquencement Contrôle d erreur Contrôle de flux hétérogénéité des capacités de traitement asservissement Contrôle de congestion saturation dans une région du réseau mécanismes pour prévenir/remédier Routage acheminement d un point à un autre d un message dans le sous-réseau de communication

3 Exemple : transfert de fichier

4 Solution : décomposer les réseaux en couche

5 Pourquoi une architecture en couches (FTP File Transfer Protocol, NFS Network File Transfer, HTTP World Wide Web protocol) Application Telnet FTP NFS HTTP Transmission Media Coaxial cable Fiber optic Packet radio Sans l architecture en couches : une nouvelle application doit être implémentée pour chaque technologie de transmission

6 Pourquoi une architecture en couches Application Telnet FTP NFS HTTP Intermediate layer Transmission Media Coaxial cable Fiber optic Packet radio Solution : introduire une couche intermédiaire pour fournir une abstraction unique pour toutes applications/technologies de transmission

7 Objectifs de l architecture en couches Diminuer la complexité de conception Faciliter la compréhension globale Simplifier la mise en œuvre la modification d'une couche reste transparente au reste du système Éviter les interactions non désirées L'empilement des couches peut diminuer la performance du système 2 aspects : vertical et horizontal

8 Exemple d architecture

9 Architecture en couches : principes La couche N d une machine dialogue avec la couche N d une autre via un protocole Aspect horizontal Chaque couche offre un service à la couche supérieure Aspect vertical

10 Aspect vertical couche (N+1) la couche (N+1) voit la couche (N) uniquement par le service offert couche (N) la couche (N+1) n a aucune vue sur la couche (N-1) couche (N-1)

11 Aspect horizontal hôte A hôte B couches supérieures couche (N) entité (N) protocole (N) entité (N) couches inférieures le protocole (N) définit les règles de communication à l intérieur de la couche (N) les entités (N) représentent les éléments actifs de la couche (N)

12 Une couche une interface de service un protocole de communication couche (N) Fonctionnalité d une couche N gère la conversation avec la couche N d une autre machine Règles et conventions utilisées = PROTOCOLE de niveau N Propose des services à la couche (N+1) par l intermédiaire d une interface de service

13 Protocoles Règles pour gérer la conversion entre 2 entités paires format des messages algorithmes de réaction à des événements Unité de protocole = Message circulant entre entités de même niveau

14 Protocoles Hello Hello Got the time? 2:00 time TCP connection req. TCP connection reply. Get <file> Human protocol vs Computer network protocol:

15 Services Ensemble des fonctions offertes par une couche N à la couche N+1 Accessible a la couche N + 1 par un point d'accès au service (Service Access Point) en utilisant des primitives de services

16 Primitives de services Paramètres de primitives Source, destination, message Primitives Request Indication Response Confirm Signification Une entité sollicite un service pour faire une activité Une entité est informée d'un événement Une entité répond à un événement Une entité est informée de sa demande de service Requête Confirmation Indication Réponse Entité Entité protocole services sous-jacents

17 Services : mode connexion principe similaire au service téléphonique se déroule en 3 phases : établissement de la connexion échange de données libération de la connexion

18 Service : mode connexion établissement de la connexion : Source Network provider Destination CONNECT.request CONNECT.indication CONNECT.confirm CNP3/ Source considers connection open CONNECT.response Destination considers connection open O. Bonaventure 2008

19 Service : mode connexion échange de données : Source Provider Destination CONNECT.request CONNECT.indication CONNECT.response CONNECT.confirm DATA.request("A") DATA.request("BCD") DATA.request("EF") DATA.ind("A") DATA.ind("BCD") DATA.ind("EF") CNP3/ O. Bonaventure 2008

20 Service : mode connexion libération de la connexion : Source Network provider Destination DISCONNECT.request DISCONNECT.indication CNP3/ O. Bonaventure 2008

21 Services : mode sans connexion principe similaire au courrier postal chaque paquet contient l'adresse du destinataire service offert par Ethernet, les réseaux IP

22 Service : mode sans connexion Source Provider Destination DATA.request(S,D,"M") DATA.indication(S,D,"M") CNP3/ Time O. Bonaventure 2008

23 Relation Service/Protocole Service = {primitives qu une couche fournit} Ne dit rien sur la façon avec laquelle ces opérations sont réalisées Protocole = {règles de communication} Protocoles et Services découplés On peut changer de protocole sans changer la visibilité du service par les utilisateurs E.g., protocoles de routage

24 Protocoles, couches et interfaces hôte A hôte B couche 5 protocole 5 couche 5 interface 4/5 couche 4 protocole 4 couche 4 interface 3/4 couche 3 protocole 3 couche 3 communication virtuelle aucune donnée n est passée directement de la couche (N) de A à la couche (N) de B couche 2 protocole 2 interface 2/3 couche 2 communication réelle couche 1 protocole 1 interface 1/2 couche 1 la couche (N) passe les données à la couche (N-1) support de transmission

25 Passage des pkts à travers les couches Encapsulation/décapsulation

26 Segmentation/Réassemblage M M1 M2 sert à adapter les paquets aux capacités de transmission exemple : découpage d'un long message (10 Ko) pour s'adapter aux capacités du réseau (1500 octets) réassemblage : l'opération inverse

27 Groupage/Dégroupage M1 M2 M sert à exploiter au mieux les capacités de transmission exemple : 5 messages de 300 octets envoyés avec un seul paquet de 1500 octets dégroupage : l'opération inverse

28 Concaténation/Séparation M1 M2 M sert à exploiter au mieux le service de la couche N-1 exemple : envoi de messages de contrôle et de messages de données en une demande de service Séparation : l'opération inverse

29 Exemple d architecture

30 Modèle OSI

31 Le modèle de référence OSI Open Systems Interconnection travaux entrepris à l ISO en 1978 norme parue en 1980 : IS 7498 pourquoi faire? régler les problèmes de l interconnexion de systèmes hétérogènes (logiciel et matériel) modèle abstrait peu implémenté en pratique mais est le modèle de référence modèle indépendant des logiciels et technologies

32 Modèle OSI Séparation des fonctions de base en groupes homogènes Minimisation des échanges entre couches Nombre de couches suffisamment : grand : pour éviter que des fonctions très différentes soient dans une même couche petit : pour que le système reste gérable Modèle en 7 couches

33 Les 7 couches OSI application présentation session transport réseau liaison de données physique couches orientées application rendent un service d'accès comportent les fonctions de traitement sur les données transportées couches orientées réseaux rendent un service de transport comportent les fonctions de transmission de données

34 Les 7 couches OSI système d extrémité système d extrémité 7 application application 6 présentation présentation couches hautes 5 session session 4 transport système relais système relais transport 3 2 réseau liaison de données réseau liaison de données réseau liaison de données réseau liaison de données couches basses 1 physique physique physique physique support

35 La couche Physique rôle : transmission de bits sur un canal concernée par : représentation de bit a 1 ou 0 (voltage,...) durée de transmission d'un bit débit sens de transmission type de support (câbles, ondes,...) nécessite des compétences en électronique, en physique, en codage et en traitement du signal

36 La couche Liaison de Données rôle : transmission des données (trames) sur une liaison physique trame : un ensemble de bits regroupes pour être transportes concernée par : la création de frontières de trames le découpage de octets de bits en trames la gestion des accès au canal de communication l'adressage des interfaces de la liaison (adresses MAC) la correction ou la détection d'erreur l'envoi en séquence et la gestion d'acquittements la régulation de flux

37 La couche Réseau rôle : responsable du transfert de données à travers le réseau concernée par : l'acheminement de paquets dans le sous-réseau (choix d'une "route") la traduction des paquets selon les réseaux traversés adressage uniforme comptabilisation pour facturation Exemples X.25 IP

38 La couche Transport rôle : responsable du transfert de bout-enbout, avec fiabilité et efficacité concernée par : la fourniture d'une qualité de service de transmission d'informations adéquate la gestion de connexions contrôle de flux entre source et destination contrôle de congestion premier couche de bout en bout du modèle

39 La couche Session rôle : responsable des mécanismes nécessaires à la gestion d une session concernée par : Organisation du dialogue Synchronisation du dialogue Établissement et libération d une session absente dans certains réseaux sessions gérées par les applications

40 La couche Présentation rôle : faciliter l échange de données entre utilisateurs concernée par : Traduction des données Compression Cryptage absente dans certains réseaux

41 La couche Application rôle : donner aux processus d'application les moyens d'accéder à l'environnement de communication de l'osi concernée par : terminal virtuel courrier électronique WWW (base de données repartie, commerce électronique,...) groupes de discussion exécution de travaux a distance transfert de fichiers

42 L'architecture TCP/IP

43 L'architecture TCP/IP application FTP HTTP DNS DHCP transport (host-to-host) TCP UDP réseau (internet) accès au réseau host-to-network IP Net 1 Net 2 Net n architecture à 4 niveaux graphe (simplifié) des protocoles TCP/IP

44 L'architecture TCP/IP : Les 4 couches la couche application : responsable des applications service à l'utilisateur final la couche transport offre un service de transport de messages entre les extrémités (client/serveur) la couche réseau permet l'échange de données entre deux machines raccordées à des réseaux différents responsable du routage la couche accès au réseau se charge de la transmission entre deux noeuds attachés au même lien

45 The TCP/IP and the OSI reference model: comparison

46 TCP/IP vs. OSI 4 couches vs. 7 couches pas de session, ni de présentation pas de couche physique couche réseau uniquement en mode non connecté couche accès au réseau pas une couche au sens strict une interface entre les couches réseau et liaison (OSI) moins de formalisme dans la définition des couches Pas de notions d'interfaces, de services moins bonne isolation des protocoles pas de distinction claire services/interfaces/protocoles pas de différence spécification/implémentation pas général et très peu approprié pour décrire toute autre pile de protocoles

47 Résumé L architecture en couches définit une organisation hiérarchique des fonctions les relations entre les éléments du systèmes Aspect vertical : service Aspect horizontal : protocole Modèle OSI : 7 couches TCP/IP : 4 couches

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