20/09/11. Réseaux et Protocoles. L3 Informatique UdS. L3 Réseaux et Protocoles. Objectifs du cours. Bibliographie

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1 L3 Réseaux et Protocoles Jean-Jacques PANSIOT Professeur, Département d informatique UdS Pansiot at unistra.fr TD/TP : Damien Roth 2011 Réseaux et Protocoles 1 Objectifs du cours Mécanismes de base des réseaux principes : Notion de protocoles architectures de réseaux Principales fonctionnalités nécessaires Mécanismes et protocoles pour les réaliser travaux pratiques : mécanisme des sockets : interfaçage des logiciels avec le réseau Implémentation de mécanismes (codage) Expérimentation avec les protocoles de routage Mini projet : réalisation d un protocole 2011 Réseaux et Protocoles 2 Bibliographie Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, édition 2008 (~1000 pages) Andrew Tanenbaum, Réseaux, Pearson, 4ème édition James Kurose et Keith Ross, Analyse structurée des réseaux, Pearson 2003 Plus anciens S. Keshav, An Engineering Approach to Computer Networking, Addison Wesley, 1997 C. Macchi et J-F Guilbert, Téléinformatique, Dunod, 1983 Christian Huitema, Le routage dans Internet, Eyrolles, Réseaux et Protocoles 3 1

2 Chapitre 1 Introduction 1. Historique et évolution des réseaux informatiques 2. Classification des réseaux 3. Protocoles et Normalisation 4. Modèle OSI de l ISO 5. Modèle TCP/IP et Internet 2011 Réseaux et Protocoles 4 Qu est-ce qu un réseau? Collection de Câbles, connecteurs,. Transmission d un signal d un point à un autre Equipements électroniques Modem, commutateur, routeur, carte réseau Logiciels pour les équipements réseaux Ex : routage des paquets Equipements des utilisateurs Ordinateur, carte réseau Logiciels systèmes Interface programme <> système/réseau Utilisable par des Applications Transfert de fichiers, mail, web, 2011 Réseaux et Protocoles 5 1. Historique et évolution des réseaux informatiques 1.1. Historique années Peu d ordinateurs, peu puissants, très coûteux Liaisons bas débit (quelques kb/s), très coûteuses Technologies des différents constructeurs incompatibles Partage de l ordinateur via des terminaux distants Système «temps partagé» réseau de terminaux (peu intelligents) en étoile autour de l ordinateur Peu de communication entre ordinateurs 2011 Réseaux et Protocoles 6 2

3 Historique, évolution des réseaux informatiques (suite) Années 80 Ordinateurs plus nombreux et moins coûteux (PC) Technologies de transmission haut débit (Mb/s) Normalisation Réseaux locaux (ethernet : 1984), Internet Années 90 Ordinateurs très peu coûteux, très nombreux Apparition du web Réseaux à intégration de service (ATM) Convergence téléphone, données, vidéo Débits > 100 Mb/s réseaux cellulaires GSM 2011 Réseaux et Protocoles 7 Historique, évolution des réseaux informatiques (suite) Fin années 90 => maintenant très haut débit > Gb/s Réseaux d accès haut débit ADSL (et câble) Réseaux sans fil (Wifi) Tout sur IP (Triple Play) Télévision, internet, téléphone Tout connecté (mobiles, capteurs, ) 2011 Réseaux et Protocoles 8 2 Classification des réseaux Objectifs des réseaux : Transporter des informations Deux axes d évolution orthogonaux Qualité des communications Fiabilité Débit Disponibilité Sécurité, Réduction des coûts Partage des ressources entre utilisateurs Partage des ressources entre types d usages Simplicité 2011 Réseaux et Protocoles 9 3

4 2.1. Classification par étendue réseaux locaux ou LAN (Local Area Network) Poste de travail Propriétaire unique Techno peu coûteuses réseaux métropolitains ou MAN (Metropolitan Area Network) Interconnexion de LAN haut débit réseaux longue distance ou WAN (Wide Area Network) Infrastructure coûteuse partagée et même PAN (Personal Area Network) Convergence des débits disponibles 2011 Réseaux et Protocoles Classification par Topologie étoile arbre anneau bus maillé 2011 Réseaux et Protocoles Classification par Commutation Commutation de circuits ouverture et fermeture de connexion circuit réservé pendant la connexion ex : Réseau Téléphonique Commuté toutes les données suivent le même chemin délai d établissement du circuit Faible temps de traversée des données gaspillage des ressources si communications à débit variable 2011 Réseaux et Protocoles 12 4

5 2.3. Commutation (suite) Commutation de messages messages de taille quelconque pas de connexion entre émetteur et récepteur Pas besoin d être connecté au réseau simultanément le message (ex: fichier) progresse de proche en proche ex : colis à la poste stockage des messages dans les mémoires des commutateurs délais système inefficace pour des données de très grande taille Quoique Utilisé par la messagerie, SMS, 2011 Réseaux et Protocoles Commutation (suite) Commutation de paquets Données découpées en paquets de taille limitée Pas de connexion entre émetteur et récepteur ex : IP ou ethernet Stockage temporaire des paquets en mémoire dans les commutateurs (délais) Partage facile Multiplexage de nombreuses communications Système souple adapté au trafic à débit variable (interactif) 2011 Réseaux et Protocoles Commutation (suite) Commutation de paquets, mode circuit virtuel émulation de circuit : circuit virtuel (CV) Commutation d un paquet en fonction de : son numéro de circuit virtuel sa ligne d entrée phases d ouverture et de fermeture de connexion délais tous les paquets d un CV suivent le même chemin séquencement des paquets : possibilité de mise en œuvre de mécanismes de contrôle d erreur ou de flux (ex X.25) Possibilité de garanties de délai, débit 2011 Réseaux et Protocoles 15 5

6 2.3. Commutation (suite) Commutation de paquets en mode datagramme phase de transfert des données sans connexion paquets acheminés indépendamment pas de séquencement des paquets : pas de garantie de remise fiable des données («best effort») rapidité, simplicité Ex : réseaux IP (Internet) réseaux locaux ethernet Convergence : commutation de labels (MPLS) 2011 Réseaux et Protocoles Protocoles et normalisation 3.1. Protocoles Problèmes posés dans la communication entre équipements distants : moyens de transmission non fiables pas de mémoire commune événements inattendus (pannes, erreurs, ) hétérogénéité des matériels, des logiciels, des données Nécessité de partager des ressources 2011 Réseaux et Protocoles Protocoles Procédure de communication : ensemble de règles d émission et de réception des messages structurer l information : différencier les données utiles des données de contrôle (entête) superviser la liaison : connexion/déconnexion, contrôle d erreurs, etc. Décrit par un «automate» Protocole : spécification d un couple de procédures : non nécessairement identiques appelant/appelé client/serveur assurant un service entre deux ou plusieurs extrémités 2011 Réseaux et Protocoles 18 6

7 3.2. Organismes de normalisation Objectifs : Spécifications des produits : qualité Conformité à la norme Interopérabilité entre fournisseurs Pour communiquer il faut être au moins 2 Organismes Internationaux officiels (ISO, ITU) Nationaux (ANSI, AFNOR) Consortium/associations IEEE, W3C, IAB (Internet) 2011 Réseaux et Protocoles Modèle OSI de l ISO 4.1 Objectif : dégager les principales fonctions liées à la communication les hiérarchiser en couches principe d abstraction couche, service, protocole Analogie avec : «types abstraits» concepts de la programmation par objets 2011 Réseaux et Protocoles Exemple : achat à distance Commande-paiement => service expédition emballage/étiquetage («encapsulation») => entreprise de transport étiquetage transporteur, groupage / routage => véhicule de transport ( N fois) transport au prochain entrepôt / manutention => client : avis de livraison facturation livraison accusé de réception 2011 Réseaux et Protocoles 21 7

8 fournisseur transport service de bout en bout livraison client transport manutention manutention manutention manutention physique physique physique physique extrémité 1 véhicule 1 entrepôt 1 véhicule 2 entrepôt 2 véhicule 3 extrémité Réseaux et Protocoles 22 Quelques analogies avec les réseaux Indépendance : Le vendeur peut changer de transporteur Le transporteur peut transporter des produits différents Adaptation : une commande peut être livrée en plusieurs colis Adressage, niveaux d adresses Utilisateur final (adresse de livraison, de facturation) Prochain entrepôt Différence entre Bout en bout Proche en proche Fiabilité Accusé de réception, bons de livraison, 2011 Réseaux et Protocoles Modèle en couches OSI OSI : Open System Interconnection 7 couches définies par l ISO : couche physique : transformation de bits en signaux (électriques, lumineux, radio) codage-modulation couche liaison de données : support physique vu comme une ligne logique «exempte d erreurs» délimitation des trames de données mécanismes de contrôle d erreur, de flux, contrôle d accès si support partagé (LAN) 2011 Réseaux et Protocoles 24 8

9 Application Application présentation présentation session session transport transport réseau (A) réseau réseau réseau (B) liaison liaison liaison liaison physique physique physique physique extrémité 1 lien 1 routeur 1 lien 2 routeur 2 lien 3 extrémité Réseaux et Protocoles Modèle OSI (suite) couche réseau adressage routage des paquets sur le réseau entre les sites émetteur et récepteur mise à jour des tables de routage contrôle de congestion couche transport supervision de l échange de données entre utilisateurs (de bout en bout) réseau vu comme un canal point à point, «exempt d erreurs» 2011 Réseaux et Protocoles Modèle OSI (suite) couche session établissement d une session et synchronisation du dialogue entre émetteur et récepteur couche présentation homogénéisation de la syntaxe de représentation des données (matériels et logiciels hétérogènes) couche application gestion des aspects des applications utilisatrices qui sont relatifs à la communication à distance ex : transfert de fichiers, courrier, web, etc Réseaux et Protocoles 27 9

10 4.4. Concepts fondamentaux modèle à trois niveaux entité (N) : élément actif de la couche (N) Triptyque de la couche (N) : deux entités (N) paires fournissent un service (N) aux entités (N+1), par l intermédiaire des adresses (N) pour fournir le service (N), les entités (N) dialoguent en réalisant un protocole (N) Échange de N-PDU (Protocol Data Unit) pour réaliser le protocole (N), les entités (N) utilisent le service (N-1), par l intermédiaire des adresses (N-1) Par des primitives de service N-SDU (Service Data Unit) 2011 Réseaux et Protocoles Concepts fondamentaux protocole (N) : ensemble de règles d échange entre deux entités (N) échanges «horizontaux» de N-PDU service (N) : ensemble de primitives (requêtes, indications) véhiculées entre les couches échanges «verticaux» de SDU illustration des échanges et de l encapsulation 2011 Réseaux et Protocoles 29 Protocoles et services Service N Requête(a) N-SDU Service N Indication(a) Construction N-PDU n(a) Requête(n(a)) Construction N-1-PDU m(n(a)) Envoi de n(a) Protocole N N-PDU Envoi de m(n(a)) Service N-1 Service N-1 Protocole N-1 Entité N Indication(n(a)) 2011 Réseaux et Protocoles 30 10

11 5. Modèle TCP/IP Internet Principes indépendance des réseaux sous-jacents connectivité universelle, résistance aux pannes protocoles d application standard Origine : ARPANET de DARPA (milieu 70) Pile (= empilement de protocoles) TCP/IP : (début 80) IP (Internet Protocol) : niveau Réseau, mode datagramme très efficace (simplicité) 2011 Réseaux et Protocoles Historique et principes (suite) TCP (Transmission Control Protocol) : niveau Transport mode connecté, fiable UDP (User Datagram Protocol) : niveau Transport mode datagramme, plus rapide (non fiable) UNIX BSD 4.2 (Berkeley) intégrait : la pile des protocoles TCP/IP interface sockets (paradigme client-serveur) protocoles d application standard (mail, ftp, rlogin...) Repéré par port et protocole : (ex : ftp 21/tcp, tftp 69/udp) 2011 Réseaux et Protocoles Historique et principes (suite) NSFNET (successeur d ARPANET) : 1985 France : FNET (1983) : connexion vers Internet (CNAM) CNAM, INRIA, IRCAM (1984): connexion aux USA via Amsterdam, par liaison téléphonique, puis X.25 INRIA (1988) : 1er paquet IP arrive directement par liaison satellite entre Nice-Sophia et Princeton Strasbourg : Osiris connecté en 1989 via INRIA RENATER (1992) : créé par le CEA, CNES, CNRS, INRIA, EDF, Ministère éducation nationale s ouvre aux industriels en Réseaux et Protocoles 33 11

12 5.2. Historique et principes (suite) en 1995 Internet comporte : réseaux, 4 millions d ordinateurs, 100 pays en 2011 Internet comporte : +900 millions d ordinateurs (?) la croissance d Internet pose des problèmes d échelle : manque d adresses IPv4 migration vers IPv6 : Très grand espace d adressage Sécurité, mobilité, autoconfiguration 2011 Réseaux et Protocoles 34 Nombre de machines sur internet (source internet systems consortium Réseaux et Protocoles Normalisation d Internet IAB (Internet Architecture Board) créé en 1983 IRTF et IETF (Internet Research/Engineering Task Force) en 1989 Internet draft RFC, { Proposed / Draft / Internet } Standard Réseaux et Protocoles 36 12

13 6. Comparaison entre architectures OSI et TCP/IP Nombre de couches (Osi : 7, IP :?) OSI : toutes les couches sont normalisées IP : pas de normalisation (par l Ietf) des Couches inférieures à IP (IP sur tout) Couches supérieures (modèle ALF) sauf cas particuliers IP : nb de couches variable IP dans IP IP : normes gratuitement disponibles Réseaux et Protocoles 37 13

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