GEL 1001 Design I (méthodologie)

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1 GEL 1001 Design I (méthodologie) Technique 3 Télécommunication et systèmes distribués Hiver 2012 Département de génie électrique et de génie informatique

2 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 2 Plan Systèmes de télécommunication Réseaux numériques / sans fil Internet et TCP/IP Chiffrement Systèmes distribués Appel de procédure à distance Technologies Web

3 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 3 Systèmes de télécommunication Rôle : Transmission à distance de signaux analogiques ou de données numériques par fil électrique, ondes radio ou optique. émetteur récepteur canal

4 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 4 Protocoles en couches Différents niveau d'abstraction Filage, dispositifs matériels Intégrité des messages Encodage des données Etc. Protocoles Orientés connexion (ex. téléphone) Sans connexion (ex. poste) Modifications ou changements possibles, selon les progrès technologiques, sans altérer le fonctionnement aux autres niveaux

5 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 5 Modèle OSI (Open System Interconnection)

6 Entêtes et messages Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 6

7 Bandes de fréquence Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 7

8 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 8 Bandes de fréquence VLF, 3-30 khz : navigation longue distance, sous-marins LF, khz : navigation longue distance, balises radio MF, 300 khz-3 MHz : radiolocalisation, radiodiffusion AM HF, 3-30 MHz : radio amateur, avions, navires VHF, MHz : télédiffusion (VHF), radio FM duplex UHF, 300 MHz-3 GHz : télédiffusion (UHF), radiolocalisation, GPS, téléphonie cellulaire SHF, 3-30 GHz : communications satellites, liaisons micro-ondes EHF, GHz : radars, systèmes satellites expérimentaux GHz : systèmes de communication optique ISM (Unlicensed dev.): Wi-Fi, Bluetooth, téléphone sans fil, four micro-onde, Source: Notes de cours GEL-3006 Systèmes de communications

9 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 9 Wi-Fi (Wireless Fidelity) Norme IEEE sur les réseaux locaux sans fil (WLAN) Couches : physique et liaison Débit : 11 Mbits/s (802.11b), 54 Mbits/s (802.11g) et 300 Mbits/s (802.11n) Portée : 30 à 50 m (jusqu à 10 fois plus à l extérieur) Sécurité : i (gestion des clés, chiffrement et authentification) Fréquences : 2.4 GHz et 5 GHz Réseaux : infrastructure (points d accès) et ad hoc Protocole : sans connexion

10 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 10 WiMAX Norme (IEEE ) de réseaux métropolitains sans fil Couches : physique et liaison Débit : 72 Mbits/s Portée : 50 km Mobilité : norme e Fréquences : 2.3 GHz 3.5 GHz (réglementées), 5.x GHz (non réglementées) Réseau : infrastructure et ad hoc Protocole : orienté connexion

11 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 11 Bluetooth Connexion radio courte distance entre ordinateurs et périphériques (réseaux personnels) Portée : 1, 10, 100 mètres (3 puissances) Débit : 1 Mbits/s (v1) à 3 Mbits/s (v2)

12 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 12 ZigBee Norme (IEEE ) de réseaux personnels Plus simples et moins coûteux que Bluetooth Portée : jusqu à 100 m Débit : 250 Kbits/s Fréquences : 915 MHz et 2.6 GHz Créneau : réseaux ad hoc, possiblement auto organisés, nécessitant de faibles débits et une faible consommation énergétique

13 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 13 Téléphonie cellulaire Analogique (1G) ou Numérique (2G+) Technologie GSM (TDMA) Technologie CDMA (CDMA-2000) Débit : jusqu à 2 Mbits/s (CDMA-2000) Connexion Internet : WAP, i-mode, etc. 3G : débit au moins 200 Kbits/s Couverture : dépend des fournisseurs

14 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 14 Communications satellites Réseaux coûteux à construire Moins nombreux que les réseaux terrestres (et moins compétitifs) Débit de données plus faible Très bonne couverture Iridium, Globalstar, Inmarsat

15 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 15 Fiabilité des transmissions Deux besoins principaux Transmettre les données régulièrement Éviter toute perte de données Donnée perdue Jamais reçue Mal reçue Mal envoyée (dédoublée, non-autorisée)

16 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 16 Transmettre régulièrement Contraintes temporelles spécifiques imposées pour les envois de chaque utilisateur (p. ex. communications à heure fixe, distribuées dans le temps) Réseau dimensionné en fonction de modèles et de prévisions du trafic Garantir une qualité de service (QoS)

17 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 17 Éviter les pertes Accusé de réception («acknowledge») pour chaque donnée reçue Vérifier les numéros d envoi des données Détecter si les données sont en erreur par une somme de contrôle («checksum») Détecter et corriger les données en erreur (code correcteur) Authentifier les données chiffrées

18 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 18 Internet source réseau local «router» f a b e d c destination

19 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 19 Transmission Control Protocol (TCP) Couche transport (orienté connexion) Session en trois phases Établissement d une connexion Envoi des données Fin de la connexion Protocole fiable

20 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 20 Transmission Control Protocol (TCP) Numéros de séquence : ordonner les segments TCP et détecter les données perdues Sommes de contrôle : détection d'erreurs Acquittements et temporisations : détection des segments perdus ou retardés

21 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 21 Internet Protocol (IP) Couche réseau (sans connexion) Routage de paquets (en-tête, message) Adresse IPv4 (32 bits) Adresse IPv6 (128 bits) 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

22 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 22 Chiffrement («encryption») Chiffrement symétrique Une même clé pour chiffrer et déchiffrer Chiffrement asymétrique Paire composée d'une clé publique et d'une clé privée Données chiffrées avec une clé doivent être déchiffrées avec l autre

23 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 23 Génération des clés Chiffrement asymétrique (RSA, DSA) RSA : basé sur la factorisation en nombres premiers 1024 bits ou plus car la clé doit respecter une structure particulière Chiffrement symétrique (p. ex. AES) 128 bits, donc façons de chiffrer

24 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 24 Chiffrement avec clé symétrique

25 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 25 Chiffrement à clés asymétriques

26 Cryptographie hybride (1/2) Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 26

27 Cryptographie hybride (2/2) Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 27

28 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 28 Systèmes distribués Système cohérent fonctionnant simultanément sur plusieurs ordinateurs distincts

29 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 29 Modèle client-serveur Serveur : processus implémentant un service spécifique Client : processus demandant un service en effectuant une requête au serveur pour ensuite attendre la réponse

30 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 30 Serveur comme un client Un serveur peut être le client d'un autre serveur

31 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 31 Appel de procédure à distance Simuler le paradigme de programmation procédurale dans un système distribué Appel de procédure à distance Le client appelle une procédure sur le serveur Le client est suspendu et la procédure est exécutée sur le serveur Lorsque la procédure est terminée sur le serveur, le résultat est retourné au client, qui continue son exécution En anglais : Remote Procedure Call (RPC)

32 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 32 Cheminement d un appel de procédure à distance

33 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 33 World Wide Web (WWW) Gigantesque système distribué pour accès à des documents hypertextes Projet de recherche (début 1990) au CERN de Genève Système client-serveur standard, avec millions de serveurs distribués partout dans le monde URL : adresse des documents HTTP : protocole de communication HTML : Format des documents hypertextes

34 Organisation du Web Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 34

35 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 35 Uniform Resource Locator (URL) (a) URL avec seulement le nom DNS; (b) URL avec le nom DNS et le port TCP; (c) URL avec adresse IP et port TCP.

36 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 36 HyperText Transfer Protocol (HTTP) a) Requête HTTP optionnel erreur 404 b) Réponse HTTP

37 HyperText Markup Language (HTML) Langage avec marqueurs pour structurer un document et mots clés donnant des indications de présentation <!DOCTYPE html> <html> <head> <title>hello HTML</title> </head> <body> <h1>the Title</h1> <p>hello, World!</p> </body> </html> Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 37

38 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 38 extensible Markup Language (XML) Nouvelle approche pour organiser les documents Données et structure, pas de formatage Formatage spécifique à la plateforme Navigateur Web sur PC (XHTML) Affichage sur cellulaire (WML, XHTML Mobile) Transformation entre formats XML avec XSLT XML comme format universel de données Spécification générale de format, non un format précis

39 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 39 Exemple d un document XML <?xml version="1.0"?> <customer_list> <customer number="050"> <name>stephen Harper</name> <customer_since year="2006"/> </customer> <customer number="041"> <name>george W. Bush</name> <customer_since year="2001"/> </customer> </customer_list> Fermeture de la balise racine En-tête standard Balise racine Balise avec élément texte Balise sans élément avec attribut

40 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 40 Services Web Concept : Utiliser les technologies du Web pour concevoir des systèmes distribués généraux Technologies clés (toutes basées sur le XML) SOAP : Formatage des messages WSDL : Description des interfaces UDDI : Registre des services disponibles

41 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 41 Simple Object Access Protocol (SOAP) SOAP = XML + RPC + HTTP Enveloppe : décrit le format du message et comment le traiter Entête : élément optionnel Corps : contenu du message Trois types : requête, réponse, faute

42 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 42 Exemple de requête SOAP <soap:envelope xmlns:soap= " <soap:body> <acm:getpatienthistory xmlns:acm=" soap:encodingstyle= " <acm:ssn> </acm:ssn> </acm:getpatienthistory> </soap:body> </soap:envelope>

43 Hiver 2012 GEL 1001 Design I (méthodologie) 43 Exemple de réponse SOAP <soap:envelope xmlns:soap= " <soap:body> <acm:getpatienthistoryresponse xmlns:acm=" soap:encodingstyle= " <acm:history>perfectly healthy</acm:history> </acm:getpatienthistoryresponse> </soap:body> </soap:envelope>