Master 1 Informatique. Emmanuel Godard. 29 septembre 2008

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1 Réseaux Master 1 Informatique Emmanuel Godard Université de Provence 29 septembre 2008 Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

2 Organisation du Module Introduction aux Réseaux Couche Physique Couche Liaison Réseau IP Transport Routage ATM Application Protocoles Cryptographiques Sécurité des Réseaux Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

3 Module Réseaux Organisation du Module 10 sessions de cours/td/tp = 20h cours 20h TD 20h TP (dont Projet) (salle 111) début : 15 oct Références : Sources : A. Tanenbaum Réseaux Cours de M. Riveill Cours 2003 de N. Ollinger Hyperbibliographie de A. Tanenbaum (>400 liens) coverpagewebresources.html Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

4 Evaluation Organisation du Module Note finale : partiel (mi-novembre) examen (janvier) TP (rendu de TP et projet) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

5 Introduction aux Réseaux Pourquoi Utiliser des Réseaux? Insérer ici votre activité favorite Scientifique Technologique Société Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

6 Catégorie de Réseaux I Introduction aux Réseaux De nombreux critères de classification Distance Topologie réseau local (LAN) Ex : atelier info réseau de communauté urbaine (MAN) Ex : phocean réseau global (WAN) Ex : RENATER Bus Ex : Ethernet Anneau Ex : Token Ring Etoile Ex : Ethernet commuté Arbre Ex : Ethernet 10baseT Maillé Ex : internet-ip,... Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

7 Catégorie de Réseaux Introduction aux Réseaux Débit LAN : traditionnel : Ethernet 10, 100, 1000 Mbits/s haut débit : ATM 155 ou 622 Mbits/s WAN : câble sous-marin Europe/Amérique : 32Gbits/s liaison louée : 155 Mbits/s particulier : faible débit (ex WWW) particulier : Modem RTC : 56 kbits/s ADSL : 2 à 20 Mbits/s (asymétrique) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

8 Introduction aux Réseaux Catégorie de Réseaux Mode de Transmissions filaire : Ethernet sans-fil : GSM, WiFi, Bluetooth fibre optique : FDDI, AIM,... Type de Connexion sans connexion : datagramme (UDP/IP) connecté : (TCP/IP) commuté : circuit virtuel permanent (téléphone, ATM) avec diffusion : multipoint ou point à point. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

9 Introduction aux Réseaux Catégorie de Réseaux Qualité de Service au mieux : IP spécifiée et spécifique : AAL 5, AAL3/4 sur ATM Nature dédié : téléphone (filaire ou non) banalisé : voix, données, vidéo = convergence Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

10 Introduction aux Réseaux Performances Débit quantité d information par unité de temps bits/s : nombre de bits par seconde baud : nombre d information élémentaire par seconde un baud peut correspondre à plusieurs bits/s. Latence temps entre l émission et la réception d un bit latence = transmission + propagation + attente transmission = taille/debit propagation = distance/(k c), 2 3 k 1 Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

11 Introduction aux Réseaux Evolution des Réseaux Augmentation du volume : données conversations Augmentation du nombre de sites Haut débit pour (presque) tous Données multimédia Accès mobile Accès continu à l information = Informatique Ubiquitaire Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

12 Introduction aux Réseaux Internet internet signifie interconnexion de réseaux L Internet est... le regroupement d un ensemble de réseaux très différents : = protocole commun : IP, IPv6 géré de manière décentralisée (et pragmatique) né en 1983 (protocole TCP/IP) parvenu au grand public à partir de 1993 : la toile (HTML) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

13 Introduction aux Réseaux Nécessité de Protocoles Un protocole c est respecter un ensemble de règles de communications : langue commune de bon fonctionnement : partage de ressources On utilise des protocoles pour : utiliser un support physique transporter l information utiliser l information : applications Les protocoles doivent être normalisés mais l ensemble doit pouvoir être utilisé de la manière la plus décentralisée possible. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

14 Protocoles en Couches Introduction aux Réseaux Location A Location B 3 I like rabbits Message Philosopher J'aime bien les lapins 3 2 L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote translator Translator L: Dutch Ik vind konijnen leuk 2 1 Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote secretary Secretary Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk 1 Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

15 Introduction aux Réseaux Encapsulation des Données Layer 5 M Layer 5 protocol M Layer 4 protocol H 4 M H 4 M Layer 3 protocol H 3 H 4 M 1 H 3 M 2 H 3 H 4 M 1 H 3 M 2 Layer 2 protocol H 2 H 3 H 4 M 1 T 2 H 2 H 3 M 2 T 2 H 2 H 3 H 4 M 1 T 2 H 2 H 3 M 2 T 2 1 Source machine Destination machine Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

16 Introduction aux Réseaux Le Modèle OSI : le Standard Layer Application protocol 7 Application Application Name of unit exchanged APDU Interface 6 Presentation Presentation protocol Presentation PPDU 5 Session Session protocol Session SPDU 4 Transport Transport protocol Communication subnet boundary Transport TPDU Internal subnet protocol 3 Network Network Network Network Packet 2 Data link Data link Data link Data link Frame 1 Physical Physical Physical Physical Bit Host A Router Router Host B Network layer host-router protocol Data link layer host-router protocol Emmanuel Godard (Université de Provence) Physical layer host-router protocol Réseaux 29 septembre / 38

17 La Réalité Introduction aux Réseaux TCP/IP, ATM,... ne respectent pas le modèle OSI mais ont été adoptés pragmatiquement. 7 OSI Application TCP/IP Application 6 5 Presentation Session Not present in the model Transport Network Data link Physical Transport Internet Host-to-network Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

18 Introduction aux Réseaux Analyse du Trafic Réseau Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

19 Introduction aux Réseaux Vers les Systèmes Distribués Client/Serveur Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

20 Introduction aux Réseaux Vers les Systèmes Distribués Client/Serveur Système 3-tiers Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

21 Introduction aux Réseaux Vers les Systèmes Distribués Client/Serveur Système 3-tiers Systèmes n-tiers Pair-à-pair Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

22 Introduction aux Réseaux Vers les Systèmes Distribués Client/Serveur Système 3-tiers Systèmes n-tiers Pair-à-pair Grille de lecture : Processus Communication Nommage Synchronisation Cache et Réplication Tolérance aux Défaillances Sécurité Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

23 Couche Physique Organisation du Module Introduction aux Réseaux Couche Physique Couche Liaison Réseau IP Transport Routage ATM Application Protocoles Cryptographiques Sécurité des Réseaux Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

24 Couche Physique Fonctions de la Couche Physique Transmission physique : support électrique, électromagnétique,... Tranformation d une suite de bits en signaux et inversement Faire abstraction du support physique : adaptation au support, Partage du support, De la communication point à point au routage. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

25 Transmission Couche Physique Information : état logique (suite de 0 et 1) état du support (signal) Signal : états physiques possibles : amplitude, fréquence, phase un symbole correspond à un état physique du système valence V : nombre de symboles physiques utilisés Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

26 (a) Signal binaire (b) modulation d amplitude (c) modulation de fréquence (d) modulation de phase Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38 Signaux Couche Physique (a) (b) (c) (d) Phase changes

27 Débits Couche Physique Rapidité de modulation nombre de symboles physiques par unité de temps, k est le nombre de tels états physiques codants émis pendant T secondes. R m = k/t (en bauds) Débit binaire : nombre de bits transmis par unité de temps, un signal de valence V transmet donc log 2 V bits par symbole, D = Rm log 2 V Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

28 Couche Physique Exemple : Modem La modulation consiste à tranformer une suite binaire en signal physique en faisant varier une de ces caractéristiques physiques : amplitude, phase, fréquence. La démodulation est l opération inverse. Modem : Modulateur / Demodulateur Modulation combinée : variation sur plusieurs caractéristiques (en général phase et amplitude). Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

29 Diagramme spatial Couche Physique Représentation de l onde ( amplitude + phase ) dans le plan complexe : z(t) = Ae iωt+ϕ = Ae iϕ e iωt = z 0 e iωt (a) 270 (b) 270 (c) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

30 Couche Physique Multiplexage But : utiliser le même support physique pour transmettre simultanément plusieurs signaux physiques, = plusieurs suites binaires : même type de codage fréquence de base différente Traitement du signal via la numérisation Exemple : ADSL kHz Channels Power khz Voice Upstream Downstream Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

31 ADSL Couche Physique Assymetric Digital Suscriber Line : Voice switch Telephone Codec Splitter Telephone line NID Splitter Computer DSLAM To ISP Telephone company end office ADSL modem Ethernet Customer premises Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

32 Traitement du Signal Couche Physique La numérisation est la transformation d un signal physique en suite binaire. L échantillonnage est une des étapes de la numérisation, elle consiste à mesurer la valeur du signal à (petits) intervalles réguliers. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

33 Couche Physique Analyse Harmonique ( Coef. de Fourier ) Fonction f : R R, 2π périodique On a Time T (a) rms amplitude Harmonic number f (t) = c + a n sin(nt) 0 + b n cos(nt) (b) 1 1 harmonic 2 harmonics Avec 0 (c) 1 2 c = 1 2π a n = 1 π b n = 1 π 2π 0 2π 0 2π f (t)dt f (t) sin(nt)dt f (t) cos(nt)dt 1 0 (d) 1 0 Time 4 harmonics harmonics Harmonic number 0 (e) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

34 Couche Physique Débits Maximaux Théoriques Théorème de Nyquist : pour un canal parfait (= sans bruit) debit binaire maximal = 2F log 2 V bit/s Preuve : Un signal émis en dessous d une bande passante F peut être reconstitué avec un échantillonnage équivalent à 2F par seconde. Ex : canal 3000Hz avec signal binaire (= deux niveaux) = débit ne peut pas dépasser 6000 bits/s Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

35 Théorie de l Information Couche Physique Rapport Signal/Bruit : ce rapport est exprimé en Décibels (db) (S/B)db = 10 log 10 (S/B)bits/s Théorème de Shannon : Débit binaire maximal (théorique) dans un canal bruité de bande passante F et de rapport signal-bruit S/B : debit = F Hz log 2 (1 + S/B) Exemple Ligne téléphonique classique, bande passante de 3000 Hz, rapport signal bruit de 30 db. Celle-ci ne pourra jamais transmettre à un débit supérieur à bit/s, quels que soient le nombre de niveaux utilisés ou la fréquence d échantillonnage. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

36 Couche Physique Pour Résumer : Paire Torsadée Câble électrique torsadé en cuivre Ex : Ethernet RJ45, réseau téléphonique (boucle locale) Propagation en 5, 3 µs/km, Débit jusqu a 100 Mbit/s, Jusqu à 1 km sans répéteur (selon catégorie), Coût faible = très répandu. Exemple Ethernet 100BaseTX à 100Mbits/s, 2 paires torsadées, catégorie 5, transmission en bande de base, codage Manchester, topologie bus avec hub, segment de 100m maximum. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

37 Couche Physique Pour Résumer : Câble coaxial Meilleur blindage que la paire torsadée. Propagation en 4,1 µs/km, haut débit : jusqu à plusieurs GHz. Propagation sur plusieurs kilomètres. Peu sensible au bruit. Coût plus élevé que la paire torsadée. Exemple Ethernet 10Base5 à 10Mbits/s, coaxial 50, transmission en bande de base, codage Manchester, topologie en bus, segment de 500m maximum Télévision câblée, signal modulé, distances jusque 100km, multiplexage multicanaux. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

38 Couche Physique Pour Résumer : Fibre optique Très peu sensible au bruit = abolit limite Nyquist / Shannon Très haut débit théorique (> 50Tbits/s) Propagation en 5 µs/km, débit courant de 1GHz. Propagation sur de très longues distances. Exemple Ethernet 1000BaseSX à 1Gbits/s, fibre monomode, transmission en bande de base, codage manchester, topologie en bus, segment de 5km maximum Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

39 Couche Physique Pour Résumer : Courant Porteur en Ligne Utilisation du réseau électrique domestique (220V, 50Hz) Gros problème de bruits, atténuations, échos... Bas débit : modulation de fréquence, 20kbits/s Haut débit : multiplexage OFDM, de 14Mbits/s à 100Mbits/s Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

40 Couche Physique Pour Résumer : Transmission sans fil Wifi, Bluetooth,... Plus de câbles, Itinérance des systèmes, Réseau à diffusion : sécurité par cryptage, Système/système ou système/station, Problème de l allocation du spectre électromagnétique. Exemple WiFi à 54 Mbits/s, modulation de phase, bande ISM des 2,4GHz, jusqu à 400m sans obstacles, 100m avec obstacles. Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

41 Couche Physique Pour Résumer : USB sans fil Norme en cours développement pour étendre et remplacer l USB (filaire) fréquence 3,1 à 10,6 GHz portée 10m débit de 110 à 480 Mbits/s chiffré (authentification manuelle) Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38

42 Sécurité des Réseaux Emmanuel Godard (Université de Provence) Réseaux 29 septembre / 38