Introduction aux réseaux

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1 Introduction aux réseaux Laboratoire A2SI/ESIEE (bureau. 5206)

2 Plan Introduction, définitions Les 7 couches du modèle OSI La norme IEEE 802 Ethernet IP, UDP, TCP IPV6 2

3 Introduction A quoi servent les réseaux? partage de ressources, réduction des coûts programmes, équipements échange de données fiabilité (tolérance aux pannes) systèmes distribués 3

4 Introduction : quelques dates Début années 60 : syst. de réservation places pour avion, répartition des opérations bancaires 1969 : naissance réseau ARPA aux US qui connecte des centres de recherche-1ere archi. organisée en couche d abstraction 1974 : IBM invente SNA (System Network Archi.) pour la comm. entre un sys. central et des sys. distant 1975 : déf. de la norme Ethernet par Intel/Xerox 1980 : début d internet 1982 : IBM lance le Token ring 1985 : l IEEE publie normes de la famille : naissance du web 4

5 Introduction : bibliographie Quelques ouvrages généraux Andrew Tanenbaum - RESEAUX Architectures, protocoles, applications basé sur le modèle OSI Guy Pujolle - Les Réseaux s attaque aux technologies plus récentes, bonne bibliographie et..internet 5

6 Définitions (1) Nœud du réseau : équipement terminaux (station W., serveurs, imprimantes ) équipement intermédiares (ponts, routeurs, commutateurs ) Arcs = lignes de transmission : circuits ou canaux de transmission materielles (cable elect. ou optiqueà ou immaterielles (liaison hertzienne ) DAN : Departemental Area Network SAN : System Area Network LAN : Local Area Network MAN : Metropolitan Area Network WAN : Wide Area Network 6

7 Définitions (2) LAN : Local Area Network (10m à qq. km) : débits importants qq. Mbps à Gbps tps d émission des msg. très faible (latence) faible taux d erreurs (de 10-9 à ) couverture géographique limitée tps de propagation relativement faible Exemple : salle PC, le réseau de l école 7

8 Définitions (3) MAN : Metropolitan Area Network (10 à 100 km) débits de qq dizaines de Kbps à une centaine Mbps tps d émission des msg. faible taux d erreurs assez faibles couverture géographique ~ taille ville tps propagation msg. non négligeable composants materiels appartenant à plusieurs organisation (privé pour équipement terminaux, public/privé pour moyens de transmission - ex: tv cablées) 8

9 Définitions (4) WAN : Wide Area Network de 100 km à la terre entière débit relativement faible de point en point tps d emission peu important taux d erreurs non negligeables (de à 10-8 ) composants appartenant à plusieurs organisations : Équipements terminaux (End Systems - ES) : Data Terminal Equi. - DTE Équipements intermédiaire (IS): DES/PSE Data or Packet Switching Equ. ==> tout ES est connecté à un IS par Data circuit Equip. (DCE) 9

10 La topologie Architecture physique du réseau, 2 grandes familles : Canaux en mode point-à-point exemple : téléphone filaire Canaux de diffusion exemples : radio, télévision,... 10

11 Réseaux point-à-point Etoile (WAN) Maillage régulier Anneau (LAN : token ring) Arbre (WAN) 11

12 Réseaux à diffusion Bus (LAN) Satellite Anneau 12

13 Classification Réseaux LAN (multi-points) MAN WAN (pt-à-pt) En bus (ethernet) En anneau (token ring) étoile anneau maillage irregulier arbre poste à poste client/ serveur poste à poste client/ serveur commut. circuit (RTC) commut. packets (Internet..) comm. cellules (ATM) 13

14 Réseau RENATER 14

15 Connexion de Renater 15

16 Réseaux USA 16

17 Réseau mondial 17

18 Les débits Unités : le baud bit par seconde Kbit / s Mbit/s ou Mb/s Gb / s Tb/ s Attention!!! 1 octet = 8 bits 1 Ko = 1024 octets (2 10 octets) 1 Ko = 1024*8 = 8192 bits 8Kb 18

19 Les débits Connexion parallèle (ordinateur/imprimante) de l ordre de 115 Kb/s Connexion série sur un PC de 75 bit/s à 921 Kb/s Connexion Internet par modem de 14,4 à 56 Kb/s Réseau local : 10 Mb/s à 100 Mb/s Épines dorsales de réseaux (backbone) de 500 Mb/s à 1Gb/s Réseaux spécialisés et/ou expérimentaux jusqu à 800Mo/s 19

20 Pourquoi des protocoles et des architectures de réseaux? Machine A Machine B Envoi d'un fichier MAN ou WAN Réseau de communication Réception du fichier 20

21 Les différentes étapes Adressage : comment adresser la comm. pour le transport des données: num. téléphone, adresses ville, IP addresses Translation Name-to-address : annuaire téléphonique, carnet d adresses, DNS name resolution Routage : quels chemins prendre pour aller de A à B Transport : comment déplacer les données Camion, avion pour courrier, câble téléphonique, LAN Multiplexage de différents moyens de communication s 21

22 La normalisation Besoin de définir des protocoles normalisés ou standardisés afin que seule l implémentation des protocoles change Standards de fait ou définis par des organismes privés Organismes les plus connus : ISO : International Organisation for Standardisation ITU (ex CCITT) : International Telecommunication Union IEEE : Institute of Electrical and Electronic Engineers 22

23 Le modèle OSI 1977 : ISO démarre une réflexion sur une architecture de réseau en couches, 1983 : définition du modèle OSI Open : systèmes ouverts à la communication avec d autres systèmes Systems : ensemble des moyens informatiques (matériel et logiciel) contribuant au traitement et au transfert de l information Interconnection 23

24 Le modèle OSI modèle d architecture de réseau propose une norme pour le nombre, le nom et la fonction de chaque couche, garantit que 2 systèmes hétérogènes pourront communiquer si : même ensemble de fonctions de communication, fonctions organisées dans le même ensemble de couches, les couches paires partagent le même protocole. 24

25 Le modèle OSI Système A Système B Couche 7 Couche 6 Couche 5 Couche 4 Couche 3 Couche 2 Couche 1 Protocole de couche 7 Protocole de couche 6 Protocole de couche 5 Protocole de couche 4 Protocole de couche 3 Protocole de couche 2 Protocole de couche 1 Couche 7 Couche 6 Couche 5 Couche 4 Couche 3 Couche 2 Couche 1 Canal de transmission de données 25

26 Le modèle OSI à 7 couches Emetteur Récepteur Donnée Application AH Donnée Application Présentation PH Donnée Présentation Session SH Donnée Session Transport TH Donnée Transport Réseau NH Donnée Réseau Liaison DH Donnée DT Liaison Physique Bits Physique Canal de transmission de données 26

27 La couche physique (couche 1) Gère la transmission des bits de façon brute sur un lien physique Transmet un flot de bit sans en connaître la signification ou la structure Un bit envoyé à 1 par la source doit être reçu comme un bit à 1 par la destination Problèmes d ordre : mécanique, électrique, fonctionnel. 27

28 La couche liaison de données (couche 2) But : transformer un moyen brut de transmission en une liaison de données qui paraît exempte d erreur de transmission à la couche supérieure Achemine les données reçues de la couche supérieure en les organisant en blocs de transmission Fournit des moyens pour activer, maintenir et désactiver la liaison de données Gère les problèmes posés par les trames endommagées, perdues ou dupliquées (détection et contrôle d erreur) 2 systèmes non directement connectés par une liaison point-à-point sont considérés comme connectés par plusieurs liaisons indépendantes ( les couches supérieures doivent gérer les erreurs de bout en bout) 28

29 La couche réseau (couche 3) But : Acheminer les données du système source au système destination quelle que soit la topologie du réseau de communication entre les 2 systèmes terminaux, Plus basse couche concernée par la transmission de bout en bout, Réalise pour les couches supérieures le transfert de données quelque soit la topologie du réseau, Assure le routage (acheminement) des paquets via des routes, Gère les problèmes d adressage dans l interconnexion de réseaux hétérogènes, Complexité de la couche dépendante de la topologie du réseau. 29

30 La couche transport (couche 4) But : Offrir aux couches supérieures un canal de transport de données de bout en bout fiable et économique quelle que soit la nature du réseau sous-jacent canal fiable : détection et contrôle d erreur, messages délivrés dans l ordre d émission, contrôle de flux de bout en bout (ni perte, ni duplication) canal économique : débit rapide : une communication transport sur plusieurs connexions réseau, réseau coûteux : multiplexage de plusieurs connexions transport sur une seule connexion réseau, complexité fonction des services offerts par la couche 3. 30

31 La couche session (couche 5) But : Gérer le dialogue entre 2 applications distantes Fiabilité assurée par les couches inférieures, Gestion du dialogue : dialogue unidirectionnel ou bidirectionnel, gestion du tour de parole, synchronisation entre les 2 applications (section critique, rendez-vous), Mécanisme de points de reprise en cas d interruption dans le transfert d informations. 31

32 La couche présentation (couche 6) But : Affranchir les applications de la couche supérieure des contraintes syntaxiques Gère les problèmes de différences de représentation des données, Effectue la compression des données si elle est nécessaire pour le réseau, S occupe du chiffrement des données et de l authentification. 32

33 La couche application (couche 7) But : Fournir des applications réseaux normalisées. Fournir des protocoles normalisés d applications réseaux «communes» : terminal virtuel, transfert de fichiers, messagerie électronique, gestion et administration de réseaux, consultation de serveurs et de bases de données. 33

34 Les 7 couches OSI : résumé OSI Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Network Network Data Data Link Link Physical Physical File, print, message, database, and application services Data encryption, compression, and data translation services Dialog control End to end connection Routing Framing, CRC Physical topology 34

35 Normalisation IEEE 802 (1/2) 1979 : début de la normalisation par IEEE pour adapter les couches 1,2 aux réseaux locaux «groupe 802» 1981/2 : sous groupe interfaçage avec couches sup sous couche Logical Link Control CSMA/CD bus à jeton anneau à jeton ajout pour cas des MAN sécurité de transmission etc 35

36 Normalisation IEEE 802 (2/2) interfacage avec couches sup sous couche Logical Link Control CSMA/CD secure data network Token Ring MAN couche 2 (data link) couche 1 (physical) 36

37 Principe du CSMA/CD (802.3) Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Si rien à transmettre, alors station silencieuse BP totale si station seule à envoyer Si besoin d émettre écoute pendant 9,6 µs minimum (IFG) si quelqu un émet on recommence à écouter sinon envoie de la trame mais écoute pendant 51,2 µs (slot time) si trafic reçu pendant slot time alors collision!!! si collision alors émission d un jam (enforcement de collision) pour que tout le monde détecte la collision pendant au moins 32 bit times attente d un délai aléatoire (algorithme de backoff) avant réémission 37

38 1 : A commence à émettre, après detection de silence A B 2 : B commence à émettre, après détection de silence A 3 : B détecte collision (mais pas A) B A 4 : => systématiquement B brouille suffisamment longtemps pour prévenir A B A 5 : A, B vont ré-émettre après un temps aléatoire B 38

39 Paramètres du CSMA/CD (802.3) Tranche Canal (TC) : durée mini. pour être certain que msg. correctement recu TC 2*durée de propag. sur le médium sur ethernet : TC=512 temps bit (51µs à 10Mb/s) Durée émission tjs > à TC garantie meme etat pour tous apres transmiss. Taille maxi trame = 1518 octets Silence inter-frame (IFS) : évite echo (9,6µs) NB max tentatives : 16 Algo. BEB (Binary Exponential Backoff), mais après 10 tentatives la durée ne croit plus. 39

40 Critiques du Les + : 1er developpé, peu chère (puce vlsi), simple robuste sans partage d elements logiques (scalabilité) Les - : écroulement quand charge > 30% charge optimal load Charge soumise ==> pas de garantie sur les délais de transmission, pas de gestion de priorités (Cf. variante 802.3D) 40

41 Le standard Ethernet 1970 : version expérimentale Xerox à 3Mb/s sur câble coaxial de 75 Ω jusqu à 1 km, 1980 : Ethernet version 1.0 standard de Xerox, Intel et Digital Equipment (DIX) 1982 : Ethernet version 2.0 (DIX), câble coaxial de 50 Ω d impédance caractéristique et fibre optique en point-àpoint 1985 : standard IEEE (10BASE5 = câble coaxial) puis suppléments a, b, : norme ISO

42 Principes d Ethernet Support de transmission brin = segment = bus = câble coaxial pas de boucle pas de sens de circulation Chaque carte Ethernet possède une adresse unique au niveau mondial (adresse MAC) Pas de multiplexage en fréquence une seule trame à un instant donné Réception par tous les transceivers du réseau d une trame émise par une station 42

43 Format des trames Ethernet (1/3) Type de trame / Longueur des données préam- -bule adresse adresse destination source 6 octets 6 octets 2 o. Données Données utiles [+ bourrage] 46 octets taille 1500 octets FCS 4 octets Préambule de 56 bits pour la synchronisation des horloges + SFD Adresses sur 46+2 bits attribuées par l IEEE (notation hexadécimale) 08:00:20:xx:xx:xx pour Sun 00:00:0C:xx:xx:xx pour Cisco 00:A0:24:xx:xx:xx pour 3Com diffusion (broadcast) : FF:FF:FF:FF:FF:FF diffusion de groupe Internet (multicast) : 01:00:5E:xx:xx:xx 43

44 Format des trames Ethernet (2/3) Type de trame / Longueur des données adresse destination 6 octets adresse source 6 octets 2 o. Données Données utiles [+ bourrage] 46 octets taille 1500 octets FCS 4 octets Champ type identifie le protocole utilisé dans la trame administré globalement par Xerox (valeur supérieure à 1500) liste dans le fichier /usr/include/netinet/if_ether.h 0x0800 : IP 0x0806 : ARP Longueur des données si pas de type taille inutile car déduite de SFD à fin de porteuse taille fixe des champs autres que données 44

45 Format des trames Ethernet (3/3) Type de trame / Longueur des données adresse destination 6 octets adresse source 6 octets 2 o. Données Données utiles [+ bourrage] 46 octets taille 1500 octets FCS 4 octets Données utiles de 1 à 1500 octets MTU maximum de 1500 octets si moins de 46 octets alors bourrage (padding) pour faire au moins 46 octets FCS (Frame Control Sequence) Code détecteur d erreur CRC calculé sur la totalité de la trame 45

46 Format de l adresse Ethernet Data Link Layer Addresses : IEEE specifie ces adesses comme des adresses MAC (Media Access Control) MAC identifie l hôte sur son réseau local MAC fait 48 bits (6 octets) : cablée sur la carte Composition Multicast I/G -bit I/G -bit 22-bit unique organization ID 24-bit ID assigned by Org I/G=0 Individual address I/G=1 Group address U/L=o Locally assigned address U/L=0 Universally assigned address (TCP/IP Sams pub page 65) 46

47 Ethernet 10 Mbit 10BASE5 câble coaxial 10 comme 10 Mb/s BASE comme Baseband (bande de base) 5 comme 500 mètres Appellations : Thick Ethernet, Ethernet standard, câble jaune, gros câble,... Longueur maxi : 500 mètres Nombre maxi de stations : 100 Distance entre stations : multiple de 2,5 mètre (marques sur le câble) Topologie en bus avec transceiver vampire. 47

48 Ethernet 10 Mbit 10BASE2 câble coaxial fin 2 comme 200 mètres Appellations : Thin Ethernet, Ethernet fin, Thinnet, Cheapernet,... Longueur maxi : 185 mètres Nombre maxi de stations : 30 Distance entre stations : minimum 0,5 mètre Topologie en bus avec stations en série, Transceiver en T (possibilité de raccordement BNC). 48

49 Ethernet 10 Mbit 10BASET normalisé en 93/94 T comme Twisted Pair (paire torsadée) Médium : double paire torsadée non-blindée fils 1 et 2 pour l émission fils 3 et 6 pour la réception prise RJ45 en bout des fils Longueur maxi : 100 mètres Topologie en étoile liaisons point-à-point, une station en bout de branche, Nécessite une étoile : répéteur (hub) ou commutateur (switch) 49

50 Les câbles Le blindage : UTP : Unshielded Twisted Pair STP : Shielded Twisted Pair Les classes d application : classe A : applications basses fréquences (voix) jusqu à 100 khz classe B : applications moyen débit jusqu à 1 MHz classe C : haut débit (Ethernet, Token Ring) jusqu à 16 MHz classe D : très haut débit (FastEthernet, ATM,...) jusqu à 100 MHz Catégorie de câblage : catégorie 3 : 2 km (A), 500 m (B), 100 m (C), impossible en classe D catégorie 4 : 3 km (A), 600 m (B), 150 m (C), déconseillé (D) catégorie 5 : 3 km (A), 700 m (B), 160 m (C), 100 m (D) 50

51 Ethernet 10 Mbit 10BASEF F comme Fiber Optic (fibre optique) Fibre optique monomode ou multimode monomode : 1 seul signal lumineux, diodes laser, la plus rapide, très cher multimode : plusieurs signaux, led, moins rapide mais moins cher Fibre optique plutôt utilisée pour les backbones que pour les stations de travail, Coûteux et difficile à mettre en œuvre, Longueur maxi de 500 m à 2 km selon la fibre 51

52 Topologie Ethernet Répéteur ou Hub répète systématiquement les signaux électriques sur tous les ports peut détecter les collisions Pont ou Bridge permet d interconnecter 2 réseaux Ethernet pas ou peu d intelligence, transmet systématiquement les trames Commutateur ou Switch fait du routage au niveau de la couche 2, apprend les adresses MAC au fur et à mesure que les trames passent, envoi uniquement sur le bon port s il connaît l adresse sinon sur tous les ports, fonctionne comme un bridge multi-port, possibilité de mettre un réseau Ethernet sur chaque port. 52

53 Topologie Ethernet 10 Mbit Plusieurs segments reliés entre eux par des répéteurs 2 types de segments : Câble coaxial (câble jaune, gros Ethernet) Segment de liaison (liaison point-à-point) Stations seulement sur les segments coaxiaux Chemin le plus long possible entre 2 stations : 3 segments de coaxial 2 segments de liaison (IRL) 4 répéteurs maxi 2,5 km si tout en coaxial 53

54 Ethernet 100 Mbit 100BaseT4 : 4 paires torsadées non blindées (UTP) catégorie 3, 4, ou 5, 3 paires à 33 Mbps et 1 paire pour la détection d erreur, 100BaseTX : 2 paires torsadées blindées ou non (STP ou UTP) catégorie 5 uniquement, 1 paire émission et 1 paire réception/détection de collisions le plus utilisé mais limité à 100 mètres, le meilleur rapport qualité/prix du moment pour des LAN, 100BaseFX : 2 brins de fibre multimode 62,5/125 microns seule solution pour dépasser les 100 mètres, pas de normalisation en monomode. 54

55 Topologie Ethernet 100 Mbit 100m 100m Switch 100BaseT Maximum 1 hub de Classe I Fibre optique full-duplex 2000 m Switch 100BaseT 100m 100m ou 2 hubs de Classe II Switch 100BaseT Maxi 100 m sur cuivre Fibre optique 400 m 100m Maxi 2000 m sur fibre optique Switch 100BaseT Fibre optique 185 m 100m Hub Class I 100m 5m Hub Class II 100m 100m Hub Class II 100m Routeur ou s witch 55

56 Gigabit Ethernet Slot size étendue de 64 à 512 octets, Padding jusque 512 octets. 1000BaseX : fibre optique 1000BaseSX : 300 (62,5 microns) à 550 m (50 microns) sur fibre optique multimode (850 nm) 1000BaseLX : 3 km sur fibre optique monomode (9 microns, 1300 nm) 1000BaseCX : 25 mètres sur «twinax» (STP) 1000BaseT : 4 paires torsadées non blindées (UTP) catégorie 5 uniquement, limité à 100 mètres, taille du réseau limitée à 200 mètres de diamètre, produits encore rares et très chers. 56

57 Autres technologies FDDI (Fiber Distributed Data Interface) Anneau sur fibre optique à 100 Mbps. ATM (Asynchronous Transfer Mode) transfert de cellules de 53 octets (5 entête + 48 données), 25 Mbps, 155 Mbps, 622 Mbps, 1,2 Gbps, 2,4 Gbps et +, Myrinet réseau entièrement commuté utilisé dans les grappes de machines, débit supérieur de 1 à 2 Gb/s SCI (Scalable Coherent Interface) réseau à capacité d adressage utilisé dans les grappes, jusqu à 800 Mo/s (6,4 Gbps) 57

58 TCP/IP TCP/IP créé par le département of Défense (DoD) Initialement pour besoins militaires TCP/IP devenu un standard pour Internet mais aussi pour les LANs Basé sur 4 couches 58

59 DoD Reference Model OSI Application Application Presentati Presentation on Session Session DoD Process/Applications Process/Applications Telnet, FTP, LDP, SMNP, TFTP, SMTP, NFS, X Windows Transport Transport Host-to-Host Host-to-Host TCP, UDP Netw Network ork Internet Internet ICMP,BootP,ARP, RARP,IP Data Data Link Link Physical Physical Network Network Access Access Ethernet, Fast Ethernet, Token Ring, FDDI 59

60 OSI vs. TCP-UDP/IP Application Présentation Session Clients Serveurs Transport TCP UDP UDP TCP Réseau IP IP Liaison driver Ethernet driver Ethernet Physique Ethernet 60

61 AF_INET: Machine A Process1 OS et TCP /IP Connection par socket (connection virtuelle) Sockets Couches 2,3,4 OSI Cartes réseaux Machine B Process2 Réseau (connection physique) Protocole = TCP/UDP Ports normalisés: ftp :20; telnet : 23; http : 80; DNS

62 Services IP Services assurés par IP : Transport des datagrammes de bout en bout Mode sans connexion chaque datagramme traité indépendamment des autres Pas de garantie de remise des datagra. (non fiable) Assure le routage Peut fragmenter les messages Services non offert par IP : La vérification du séquencement La détection de pertes La retransmission en cas d erreur, Le contrôle de flux 62

63 Fragmentation Le + grand datagramme IP est de 65,535 bits Bcp de Data Link protocols supportent des trames de données plus petites Exemple : Ethernet 1,514 bits Solution : IP fait de la fragmentation et du ré-assemblage IP découpe les packets en morceaux à l émission et les ré-assemble à la reception les fragments peuvent prendre differente routes et atteindre la destination à differents instants dans le IP header : offset et comptage des fragments 63

64 Trame (packet) IP Version = version 4 Internet Header Length (Type de service : délai/débit/fiabilité.) Taille packet (header compris) Identifiant pour sécuriser réassembl. Drapeau : fragmentable + last fragm. Place du fragment Durée de vie : -- à chaque routeur Version protocole : ICMP/ TCP service de la couche sup. utilisé 64

65 0 ICMP ICMP: Internet Control Message Protocol Assure transport des control data, encapsulés dans des datagrammes IP Permet routage, error checking et recovery IP utilise ICMP pour transmettre des messages host unreachable, route redirect (PING) Jamais de réponse à un message ICMP pour ne pas engendrer d autres messages en cascade type code description 0 0 echo reply (ping) ICMP type ICMP code checksum ICMP Data (erreur..) 3 destination unreachable 0 Network unreachable 1 Host 3 Port etc. 65

66 ICMP Génération d un message ICMP dans les cas suivants : demande et réponse d écho, destination inaccessible, expiration de délai pour un datagramme (TTL = 0), limitation du débit de la source, redirection (changement de route), problème de paramètre avec un datagramme, demande et réponse de temps, demande et réponse de masque de sous-réseau. 66

67 ICMP La commande ping : envoie un message ICMP de demande d écho la destination renvoie un message ICMP de réponse d écho permet de savoir si une machine est en route et accessible mesure le temps moyen aller-retour à cette machine (RTT) La commande traceroute : envoie un message ICMP avec un TTL égal à 1 puis recommence en augmentant le TTL de 1 à chaque envoi à chaque fois que le TTL arrive à 0, le routeur renvoie un message ICMP d erreur permet de connaître la route exacte empruntée 67

68 Adresses IP (1/3) Chaque machine connectée est associée à au moins 1 adresse IP DHCP peut être utilisé pour donner IP Composition d IP : longueur d une adresse = 32 divisée en 4 sections de 1 octet(huit bits) séparés par un point a.b.c.d = notation décimale pointée (exemple : ) adresse réseau (pour routage) et adresse d un hôte sur ce réseau (Cf. numéro de telephone avec préfixe regional, internation.) 68

69 Adresses IP (2/3) 3 classes IP : Classe A, Classe B et Classe C et 2 classes réservées Les adresse IP sont données par un organisme InterNIC (Network Information Center) Classe A : 126 réseaux, 16,777,214 de à Mask= Classe B : 16,384 réseaux,65,534 IP de à Mask= Classe C : 2,097,157 réseaux, 254 IP de à Mask= Classe D : de à pour multicast Classe E : depuis réservé et pour broadcast A 0 locale C locale B 1 0 locale multicast D

70 Adresses IP Invalide (3/3) 0,255 et 127 ne peuvent pas être des valeurs pour le 1er octet de l adresse réseau car : 0: ce réseau 255: broadcast 127: loop back 0,255 sont des numéros de noeuds invalide 0: this network 255 broadcast 70

71 IP Host names C est un nom (chaine de caracteres) associé à une machine Une machine peut avoir plusieurs noms Le nombre de noeuds augmente très vite => impossible d avoir une gestion centralisée des associations noms Mise en place de DNS (Domain Name Servers) qui divisent l espace en sous-partitions : Domains Name management can be delegated to organizations on the internet The top level domains are: arpa, int, edu,gov, mil, net, org, com FQDN fully qualified domain names: ftp.apple.com 71

72 Address Resolution Protocol (ARP) MAC est nécessaire pour les transferts entre noeuds d un meme segment IP sont logiques assignées indépendament MAC => il faut reconstruire les couples = rôle de ARP A IP Ia, et Ethernet Ea veut envoyer un message à B IP Ib A diffuse un message ARP avec l adresse de diffusion matérielle Ethernet (FF:FF:FF:FF:FF:FF) Toutes les machines reçoivent la requête Seul B renvoie un message contenant son adresse physique Eb A met à jour sa table ARP en mémorisant Ib Eb B met à jour sa table ARP en mémorisant Ia Ea 72

73 ARP exemple 73

74 Les répéteurs Application Application Presentation Presentation Session Session Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Transport Transport Network Network Network Network Data Data Link Link Physical Physical Data Data Link Link Physical Physical Repeaters 74

75 Les ponts (Bridges) Application Application Presentation Presentation Session Session Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Transport Transport Network Network Data Data Link Link Physical Physical BaseT 10BaseT 10Base5 10Base5 Network Network Data Data Link Link Physical Physical 75

76 Les Routeurs Application Application Presentation Presentation Session Session Application Application Presentation Presentation Session Session Transport Transport Transport Transport Network Network 802.2/ / BaseT 10BaseT Network Network 802.2/ / BaseT 10BaseT 10Base5 10Base5 Network Network 802.2/ / Base5 10Base5 76

77 77 Gateways Application Application Presentation Presentation Session Session TCP/UDP TCP/UDP IP IP 802.2/ / BaseT 10BaseT Application Application Presentation Presentation Session Session IPX/SPX IPX/SPX IPX IPX 802.2/ / Baset5 10Baset5 Gateway Gateway Application Application Presentation Presentation Session Session TCP/UDP TCP/UDP IP IP 802.2/ / BaseT 10BaseT Application Application Presentation Presentation Session Session IPX/SPX IPX/SPX IPX IPX 802.2/ / Base5 10Base5 TCP/IP Netware

78 Le routage (1) Mécanisme permettant l acheminement d un datagramme à travers plusieurs réseaux 2 machines sur le même segment peuvent directement communiquer (Cf. ARP) Pour atteindre un autre réseau ou sous-réseau besoin d informations de routage : statiques dynamiques (RIP ) 78

79 Le routage (2) Fonction de routage : déterminer un chemin dans un réseau => algorithme optimal pour atteindre de machine destinataire => protocole de routage (RIP, OSPF ) Chaque équipement possède une table de routage qui contient : du réseau local, de chacun des réseaux distants autorisés, une entrée par défaut au cas ou aucune entrée ne convient. => les info. nécessaire pour atteindre le prochain noeud Pourquoi router : Problème de congestion, panne (DoD) Pas de connaissance de la topologie globale 79

80 Le routage : RIP Protocole distribué simple sous UDP (port 520) basé sur vecteur de distance : chaque routeur connaît sa distance (nbr. de pas ou «hop») à chaque machine init : recherche des interfaces dispo., + demande d info. (table) sur chaque [qd recoit une demande : envoie sa table (complete ou partielle)] chaque réponse permet d enrichir ou MAJ la table locale demande periodique (30s) à tous les voisins Stable pour de petits résaux (moins de 100 nœuds) La métrique (hop) permet de recherche le + court chemin (de 1 à 15, 16 = infini) 80

81 Le routage : RIP (2) Limites de RIP : pas connaissance des sous réseaux (v1) -> v2 période d instabilité très longue si panne possibilité de boucle avant stabilisation OSPF (Open Shortest Path First) + récent et puissant que RIP utilise directement IP (champs protocole du header IP) basé sur des cartes du réseau => MAJ rapide, distribution de trafic, la métrique est libre et permet de choisir la fonction de coût (débit, fiabilité etc) 81

82 Routage 82

83 83

84 Services UDP et TCP UDP : User Datagram Protocol Mode sans connexion Pas de contrôle d erreur (sans garantie) TCP : Transport Control Protocol Mode connecté : ouverture, fermeture, gestion de connexion Contrôle de flux, ordonné (préservation du séquencement) Sans erreur : contrôle et retransmission si nécessaire Sans perte : «numérotation» et retransmission Système d acquittement Contrôle de flux (fenêtre d émission) en full-duplex Identification du service par numéro de port 84

85 Services UDP et TCP UDP n offre pas de garanti sur la fiabilité C-à-d: de paquets peuvent être perdus ou livrés dans un mauvais ordre UDP n offre pas la notion de dialogue entre processus Ils échangent des messages, et non de paquets individuels Lorsqu A parle à B, souvent B lui répond!! Mais UDP n offre pas une notion de connexion B veut contrôler le nombre de paquets reçus pour ne pas déborder la mémoire de sa machine Le réseau veut contrôler le nombre de paquets échangés pour ne pas déborder les routeurs 85

86 86

87 TCP Les deux interlocuteurs établissent une connexion Dans cette phase, les interlocuteurs se mettent d accord sur les propriétés de la connexion p.ex.: le nombre de paquets qui peuvent être envoyés sans un message ACK p.ex.: la priorité de messages Les segments de messages envoyés possèdent de numéros de série TCP utilise les techniques de fiabilité C.f. Timeout et retransmission 87

88 TCP : l entête d un segment Destination Source Port Port Numéro de Séquence Numéro d ACK Le protocole est duplexe Flags E-Taille Taille de Fenêtre Checksum UrgentPtr Options Les données 88

89 TCP Le numéro de séquence et le numéro de ACK sont utilisés dans le protocole de fiabilité La taille de la fenêtre définit le nombre de paquets que le récepteur peut stocker dans sa mémoire Cette valeur est variable puisque la latence du réseau varie pendant la connexion Les flags contiennent les commands pour la connexion p.ex.: RESET, ACK, SYN, URG, FIN, PUSH 89

90 TCP : exemple (1) Étape 1: socket(_) Étape 2: bind(_) Ports Après socket(_) : Après bind(_) : Serveur Socket déclarée 6500 Serveur Application Port # FTP 21 Connecte le processus à un port spécifique Ports libres et réservés Telnet HTTP USER

91 TCP : exemple (2) Etape 3: listen(_) Après listen(_) : Buffer 6500 Serveur Crée un tampon de réception et attend des connexions 91

92 TCP : exemple (3) Étape 4-1: accept(_) Après accept(_) : 6500 Client Serveur La requête d un client atteint le port du serveur Acceptation d une connexion par le processus serveur 92

93 Etape 4-2: accept(_) TCP : exemple (4) accept(_) créer une nouvelle socket et l assigne à un autre port : socket de service Server Serveur fork() Client nouvelle connexion port automatiquement créé et assigné à la nouvelle socket 93

94 Étape 5: read(_) et write() TCP : exemple (5) Server 7100 Serveur fork() 6500 Client Dialogue par port/socket de service Client et serveur (éventuellement forké) dialogues par la socket créée 94

95 Etape 6: close (_) TCP : exemple (6) 6500 Server 7100 Client Serveur fork() Ferme la socket de service et laisse la socket d écoute pour un prochain client 95

96 Examples of TCP/IP applications FTP Allows file transffer Uses telnet to let client logon to server Telnet Terminal emulation allows clients to appear as virtual terminals to remote hosts SMNP Used to collect and manipulate information about devices on the network Also used to monitor networks SMNP clients send trap messages to management stations SMTP Used to queue and deliver mail messages NFS Allows two different file systems on the network to share files 96

97 Attention : et numéro de port Définitions: Host Byte-Ordering : byte ordering de l hôte Network Byte-Ordering: byte ordering réseaux : Toujours big-endian Avant transmission sur le réseaux Toutes données envoyées doivent être converties en Network Byte-Order (et reconverties ensuite dans le Host Byte-Order après réception) 97

98 Compléments : et port u_long htonl(u_long x); u_short htons(u_short x); u_long ntohl(u_long x); u_short ntohs(u_short x); Sur machine big-indian : ne font rien htonl htonl Machine Big-Endian Machine Little-Endian ntohl ntohl 98

99 IPv4 IP permet d envoyer de paquets entre n importe quelles machines de l Internet! mais cela n est pas suffisant! L Internet continue à croître Et cela complique l adressage, le routage,. Il faut que l Internet évolue! P.ex.: les sous-réseaux, IPv6 Beaucoup d applications nécessitent d importantes garanties comme la fiabilité, p.ex.: TCP Les applications ont besoin de protocole spécialisé entre les processus d application : p.ex.: RPC 99

100 L Internet: peut-il continuer à croître? Non! On ajoute de nouveaux machines et réseaux régulièrement Les adresses IP ne permet que 4 x 10 9 machines Pour les réseaux ajoutés, il faut que chaque routeur possède suffisamment d information pour retrouver chaque réseau Les informations dans les routeurs risquent de devenir trop lourdes Mais IP tourne sur tous les routeurs et toutes les machines On ne peut pas changer le logiciel sur tous ces dispositifs! 100

101 Le problème d adresse Combien de machines sont connectées à l Internet? 4 en x 10 8 (??) en 2001 Et si on connecte davantage de machines p.ex.: les dispositifs embarqués,. En réalité, on ne peut pas atteindre 4 x 10 9 machines p.ex.: Si on introduit un réseau Ethernet avec 2 machines, il faut allouer un adresse de réseau unique! Donc, si on utilise des adresses de classe C, on gaspille 254 adresses Si on utilise des adresses de classe B, alors on gaspille adresses! 101

102 Les sous-réseaux (subnets) Le problème d adresse est tout d abord un problème d adresses réseaux Il est néanmoins possible avec IPv4 que plusieurs réseaux de proximité partagent le même numéro de réseau P.ex.: tous les réseaux locaux de l UniGE de loin, on croit parler avec un réseau individuel Internet 102

103 R1 R2 Les sous-réseaux (subnets) Chaque sous-réseau possède un numéro (ou mask) Le numéro du sous réseau d une machine est donné par l Et-logique du mask avec l adresse IP IP = R Numéro de réseau = Mask = Mask = IP = Numéro =

104 Les sous-réseaux (subnets) Une entrée dans une table est désormais un numéro de sous-réseau et le mask Numéro de réseau Mask Prochain Routeur Coût Avant d envoyer un paquet, la machine fait un Et-logique de son mask avec l adresse de la destination Si c est le même sous-réseau, il lui envoie directement en utilisant l ARP; sinon il envoie le paquet au routeur P.ex.: pour R2 104

105 Les sous-réseaux (subnets) Les sous-réseaux, et alors? La technique la plus importante pour résoudre la pénurie d adresses dans IPv4 Toute grande entreprise et université utilise cette technique Encore une fois, on construit au-dessus de IPv4 On ne change pas le protocole de base Les adresses sont maintenant sous-divisées en adresses réseaux, sous-réseaux et machines La hiérarchie rend la localisation plus facile C.f.: la technique utilisée par le système téléphonique 105

106 Classless Inter-domain Routing (CIDR) Les tables de routage sont trop grandes Elles prennent donc trop de temps de parcourir ce qui ralentit le progrès de paquets sur le réseau Et consomment trop d espace mémoire Une entrée pour chaque sous réseau!!!!!! La technique de routage CIDR est conçue pour réduire le nombre d entrées nécessaires dans une table Elle a été reprise pour IPv6 Elle est exploitée par Border Gateway Protocol Un programme de routage beaucoup utilisé sur l Internet 106

107 IPv6 Les buts de l IPv6 Résoudre le problème de la pénurie d adresse Offrir le support pour des services temps-réels Offrir la sécurité L auto-configuration des adresses IPs Améliorer le routage (notamment pour les machines mobiles) Plusieurs services ont été entre-temps développés pour l IPv4 (p.ex.: Mobile IP, CIDR) l IETF travaille sur IPv6 depuis

108 IPv6 Les adresses IPv6 sont 128 bits (32 en IPv4) Donc machines peuvent être désignées En pratique cela permettrait même aux machines qui sont sur des réseaux fermés ou des réseaux non-ip de possèder des adresses IP uniques Ceci est essentiel pour permettre aux administrateurs de configurer (affecter des adresses IPs à) leurs machines Par convention on écrit les adresses IPs en hexadécimal avec tous les 16bits séparés par un :» p.ex.: 45CF:DE44:4589:07E3:34AA:8832:313E:1234 IPv6 dépend de CIDR pour faciliter le routage 108

109 De l IPv4 vers l IPv6 On ne peut pas simplement remplacer tous les programmes IPv4 qui tournent dans le monde!! Les versions doivent co-exister 1. Sur les anciens réseaux, on peut utiliser tunneling pour transmettre de paquets IPv6 dans les paquets IPv4 2. L entête d un paquet IP contient le numéro de la version du protocole qui l a envoyé Le routeur ou la machine tourne IPv6 et IPv4 indépendamment il transmet un paquet au programme qui lui correspond Linux et Windows 2000 possèdent IPv6 109

110 Références nes/ 110

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