Réseaux Informatique. Chapitre II : Le concept de réseau. ESEN Université De La Manouba

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1 Réseaux Informatique Chapitre II : Le concept de réseau ESEN Université De La Manouba

2 Les techniques de commutation

3 Commutation: Définition commutation nom commun - féminin (commutations) 1. MATHÉMATIQUES changement par substitution ou transfert (d'une chose à une autre) Synonyme: permutation opérer une commutation 2. TÉLÉCOMMUNICATIONS opération qui permet de connecter deux usagers sur le réseau téléphonique au central de commutation électronique 14/01/2015 3

4 Nécessité de la commutation Le concept de réseau à commutation est né de la nécessité de mettre en relation un utilisateur avec n importe quel autre utilisateur relation de 1 à 1 parmi n ou interconnexion totale Ainsi, pour réaliser l interconnexion totale de 2 stations, il suffit d une liaison, pour 3 stations 3 liens... D une manière générale, dans un réseau de N stations, pour relier la station N aux N 1 stations déjà connectées il faut (N 1) liens. Soit, pour les N stations, N(N 1) liens. 14/01/2015 4

5 Nécessité de de la commutation En comptant de cette manière, on commet l erreur de compter deux fois chaque lien le lien de A vers B est le même que le lien de B vers A Le nombre total de liens nécessaires dans un système de N nœuds est donc de : Nombre de liens = N(N 1)/ 2 14/01/2015 5

6 Nécessité de de la commutation Nombre de liaison N*(N-1)/ Nombre de liaison N

7 Techniques commutation Un réseau à commutation assure une connectivité totale. Dans ses conditions, la topologie logique ou interconnexion totale, vue du côté des utilisateurs, est différente de la topologie physique réelle

8 Techniques commutation Dans ce contexte où la ressource est rare vis-àvis de la demande potentielle (si simultanément tous les abonnés du réseau désiraient joindre un autre abonné...), il est indispensable de rechercher des techniques particulières pour optimiser le partage des ressources, c est l objectif des techniques de commutation. Selon la technique employée pour «relier» deux utilisateurs, on distingue la commutation de circuits, de messages ou de paquets. 14/01/2015 8

9 La commutation de circuit Dans la commutation de circuits, un lien physique est établi par juxtaposition de différents supports physiques afin de constituer une liaison de bout en bout entre une source et une destination La mise en relation physique est réalisée par des autocommutateurs avant tout échange de données et est maintenue tant que les entités communicantes ne la libèrent pas expressément. Les autocommutateurs : sont les équipements capables de mettre bout à bout des segments de circuits pour former un seul circuit de bout en bout 14/01/2015 9

10 La commutation de circuit

11 La commutation de messages En commutation de circuits, la régulation de trafic est réalisée à la connexion, s il n y a plus de ressource disponible, de bout en bout, la connexion est refusée. Pour éviter d avoir à sur-dimensionner les réseaux, la commutation de messages, n établit aucun lien physique entre les deux systèmes d extrémité. Le message est transféré de nœud en nœud et mis en attente si le lien inter- nœud est occupé 14/01/

12 La commutation de messages

13 La commutation de messages

14 La commutation par paquets La commutation de paquets utilise une technique similaire à la commutation de messages. Le message est découpé en fragments (paquets) de petite taille. Chaque paquet est acheminé dans le réseau indépendamment du précédent. Contrairement à la commutation de messages, il n y a pas de stockage d information dans les nœuds intermédiaires. Chaque nœud, recevant un paquet, le réémet immédiatement sur la voie optimale. De ce fait, le séquencement des informations n est plus garanti. Pour reconstituer le message initial, le destinataire devra, éventuellement, réordonnancer les différents paquets avant d effectuer le réassemblage. 14/01/2015 Introduction aux Réseaux 14

15 Rapidité de la commutation par paquets

16 Multiplexage temporel des paquets sur une même liaison

17 Commutation de circuits ou de paquets? En commutation de paquets, à chaque paquet, le nœud recherche une route optimale. Dans ces conditions, le séquencement des paquets n est pas garanti. La reprise sur erreur et le contrôle de flux nécessitant une stabilité de route ne sont, par conséquent, pas réalisables. Le réseau est dit best effort (pour le mieux), l unité de données porte alors le nom de datagramme. 14/01/

18 Mode connecté vs. Mode non connecté mode connecté, ex: Téléphone on compose le numéro on établit une connexion on parle on raccroche mode non connecté, ex : Poste on met l'adresse sur l'enveloppe on expédie 14/01/

19 Le mode non connecté (CLNS) «Datagramme» En mode non connecté (CLNS, ConnectionLess Network Service), les informations transitent dans le réseau indépendamment les unes des autres. Le destinataire n est pas nécessairement à l écoute, les informations sont, dans ce cas, perdues. Dans un tel mode de fonctionnement, les routes empruntées par les différents blocs d information peuvent être différentes Le séquencement des informations ne peut être garanti Les mécanismes réseaux sont allégés au détriment d une complexité dans les organes d extrémités qui doivent être capables de réordonnancer les différents blocs d information. 14/01/

20 Le mode orienté connexion (CONS) «Circuit Virtuel» En commutation de circuits une liaison physique est préalablement établie avant tout échange de données. En mode orienté connexion (CONS, Connection Oriented Network Service), une liaison virtuelle est construite par un mécanisme particulier Lors de la phase d établissement de la connexion, les différentes ressources nécessaires au transfert (buffers, voies...) sont réservée Ensuite, tous les messages empruntent la route préétablie, le séquencement des informations est garanti (chemin identique). Lorsque l échange est terminé, une phase de déconnexion libère les ressources. 14/01/

21 Réseau en mode connecté ou en mode datagramme? Un service en mode connecté ou non connecté ne dépend pas du service support utilisé, mais des protocoles mis en œuvre sur ce support. Définir, pour un réseau, le type de protocole à utiliser résulte d un choix essentiellement fondé sur les performances et la qualité de service que l on désire obtenir 14/01/

22 Circuit virtuel commuté ou permanent? Un circuit virtuel commuté est une liaison établie à la demande, il autorise l établissement d une relation avec n importe quel autre abonné du réseau, la connectivité est ouverte. Le circuit virtuel permanent est établi (configuré) une fois pour toutes, la connectivité est réduite. 14/01/

23 Réseau en mode connecté ou en mode datagramme? 05/01/

24 Les architectures protocolaires

25 Contexte Le développement rapide des moyens de calcul et l importance croissante des systèmes d information ont engendré la multiplicité des techniques réseaux. La complexité croissante des besoins de communication et la diversité des solutions adoptées ont très vite fait apparaître la nécessité de définir un modèle complet de communication ou architecture protocolaire réseau. Historiquement, chaque grand constructeur avait défini la sienne : SNA (System Network Architecture) d IBM, DSA (Distributed System Architecture) de BULL... 14/01/

26 Contexte Les architectures propriétaires incompatibles entre elles ne permettent pas l interopérabilité des systèmes. Aussi, convenait-il de définir des techniques de mises en relation en spécifiant une architecture normalisée. C est ce qu entreprit l ISO (International Standardization Organization) en définissant une architecture de communication normalisée, couramment appelée modèle de référence ou modèle OSI (Open System Interconnection) 26

27 Contexte L architecture réseau assure à l utilisateur l accès aux ressources informatiques et lui procure un service identique que les ressources soient locales ou distantes, pour cela elle doit être transparente à l utilisateur

28 Contexte Connecter en transparence divers équipements provenant de constructeurs différents pour qu ils s échangent des informations nécessite : que ceux-ci utilisent, non seulement, des techniques de connexion compatibles (raccordement, niveau électrique, ), mais aussi des protocoles d échange identiques et une sémantique de l information compréhensible par les partenaires de la communication.

29 Objectif Réduire la complexité de conception des réseaux informatiques Principes : 1. démarche analytique : recensement des fonctions nécessaires 2. démarche synthétique : classement des fonctions 3. démarche simplificatrice et constructive : 1. regroupement en sous-ensembles pour simplifier la compréhension des fonctions (frontières précises, concises et utiles) 2. décomposition hiérarchique de l ensemble des mécanismes à mettre en œuvre en une série de couches (ou niveaux). 14/01/

30 Pourquoi utiliser une architecture en couches? La structuration en couches considère un système comme logiquement composé d un ensemble de n sous-systèmes ordonnés. Les sous-systèmes adjacents communiquent à travers leur interface commune. Un sous-système de rang i peut être constitué d une ou plusieurs entités; il communique avec les autres sous-systèmes de même rang : on parle alors de la couche de rang i ou, plus simplement, de la couche i.

31 Pourquoi utiliser une architecture en couches? Une architecture de communication se définit entièrement en décrivant les services offerts par chaque couche, les interfaces entre les couches adjacentes et la manière dont ces couches coopèrent avec les entités du même niveau (les entités homologues) dans les autres systèmes. On peut développer séparément et simultanément toutes les couches d une architecture de communication, une fois définies les interfaces entre les différents sous-systèmes. Le nombre d interfaces à définir est minimal : il suffit de décrire, pour chaque niveau, les interfaces avec la couche supérieure (sauf pour la couche la plus élevée de l architecture) et avec la couche inférieure (sauf pour la couche la plus basse). Les coopérations entre entités homologues sont régies par un ou plusieurs protocoles.

32 Principes de base de la décomposition en couches Une couche doit être créée lorsqu un nouveau niveau d abstraction est nécessaire Chaque couche exerce une fonction bien définie Les fonctions de chaque couche doivent être choisies en pensant à la définition des protocoles normalisés internationaux Les choix des frontières entre couches doit minimiser le flux d informations aux interfaces Le nombre de couches doit être suffisamment grand pour éviter la cohabitation dans une même couche de fonctions très différentes, et suffisamment petit pour éviter que l architecture ne deviennent difficile à maîtriser 14/01/

33 Couche Protocole - Service Une couche est spécialisée dans un ensemble de fonctions particulières. Elle utilise les fonctionnalités de la couche inférieure et propose ses fonctionnalités à la couche supérieure. La finalité de chaque couche est de fournir des services à la couche située immédiatement au dessus Les éléments actifs de chaque couche s appellent des entités Les entités de la même couche sur des machines différentes sont des entités paires 14/01/

34 Couche Protocole - Service Une couche est spécialisée dans un ensemble de fonctions particulières. Elle utilise les fonctionnalités de la couche inférieure et propose ses fonctionnalités à la couche supérieure. La finalité de chaque couche est de fournir des services à la couche située immédiatement au dessus Les éléments actifs de chaque couche s appellent des entités Les entités de la même couche sur des machines différentes sont des entités paires 14/01/

35 Couche Protocole - Service Le protocole d une couche N définit l ensemble des règles ainsi que les formats et la signification des objets échangés, qui régissent la communication entre les entités de la couche N. Le service d une couche N définit l ensemble des fonctionnalités possédées par la couche N et fournies aux entités de la couche N+1 via l interface N/N+1.

36 Couche Protocole - Service Couche N + 1 Couche N + 1 Couche N Couche N Interfaces d accès au service Protocole de couche N Couche N + 1 Couche N + 1 Couche N Couche N Couche N -1 Couche N -1 Couche N -1 Couche N -1

37 Couche Protocole - Service Entre les couches, nous avons deux types de dialogues: un dialogue vertical qui correspond au transfert d informations d une couche à une autre (couches adjacentes), ce dialogue est réalisé à l aide de primitives de service ; un dialogue horizontal qui par l intermédiaire de messages échangés (protocole) à travers le réseau transfère, entre couches distantes de même niveau (couches homologues), les données d un système à un autre. Ce dialogue constitue le protocole de niveau N.

38 Couche Protocole - Service

39 Principe de fonctionnement d une architecture en couches Pour communiquer l application cliente remet à la couche supérieure (ici la couche 3) des données à destination de l application serveur ainsi que les instructions décrivant le service attendu et celles nécessaires à l acheminement des données vers l application serveur. 14/01/

40 Principe de fonctionnement d une architecture en couches Puis, la couche 3 remet cette unité de données et des instructions (I3) à la couche inférieure qui procède de même... Enfin les données sont émises vers le réseau. 14/01/

41 L encapsulation de données La couche (N + 1) a requis les services de la couche N, à l aide d une primitive de service de niveau N, pour que celle-ci lui rende le service de niveau N. Peu importe à (N + 1) de savoir comment ces services sont rendus. L unité de données protocolaire de niveau (N + 1), données et en-tête, est transportée dans une unité de données de niveau N (protocole N). Les données de niveau (N + 1) sont dites encapsulées dans le protocole N, on parle aussi de tunnel de niveau N. 14/01/

42 L encapsulation de données 14/01/

43 Point d accès au service (SAP) Une couche (N) procure le service (N) au moyen d un protocole de niveau (N). Le service de la couche (N) est fourni par une entité de niveau (N) qui est une occurrence d un élément actif de la couche (N). Les entités de la couche N implémentent un service utilisé par la couche N+1 La couche N est un fournisseur de service La couche N+1 est un utilisateur de service La couche N peut utiliser les services de la couche N-1 pour fournir son service 14/01/

44 Point d accès au service (SAP) Les services sont accessibles par des points d accès aux services SAP (Service Access Point) Les SAP de la couche N sont les endroits où la couche N+1 peut accéder aux services offerts Chaque SAP est identifié par une adresse unique 14/01/

45 Le modèle OSI Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un modèle de référence en ce qui concerne les réseaux Il est proposé par l'iso (International Standards Organisation), Il décrit les concepts et les démarches à suivre pour interconnecter des systèmes Il est composé de 7 couches : 1.Physique 2.Liaison 3.Réseau 4.Transport 5.Session 6.Présentation 7.Application 14/01/

46 Architecture : Éléments Terminaux

47 Architecture : Éléments d interconnexion

48 Le modèle OSI APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RÉSEAU RÉSEAU RÉSEAU LISAION LISAION LISAION LISAION LISAION PHYSIQUE PHYSIQUE PHYSIQUE PHYSIQUE PHYSIQUE

49 Fonctionnalités C1: Couche physique Transmettre les informations brutes sur un média: impulsions électriques, fréquence radio, impulsion lumineuse,. Décoder les informations brutes en bits C2: Couche liaison de données La transmission d informations entre systèmes immédiatement adjacents Gère les erreurs sur le support physique Détecte et corrige, les erreurs issues de la couche physique Les objets échangés sont souvent appelés trames ( frames ).

50 Fonctionnalités C3: Couche réseau Achemine les informations à travers un réseau pouvant être constitué de systèmes intermédiaires (routeurs). Les objets échangés sont souvent appelés paquets ( packets ). La seule couche à être directement concernée par la topologie du réseau La dernière couche supportée par toutes les machines du réseau pour le transport des données utilisateur : les couches supérieures sont réalisées uniquement dans les machines d'extrémité.

51 Fonctionnalités C4: Couche transport Assure une transmission de bout en bout des données. Le contrôle de flux :un asservissement du débit binaire de la source La qualité de service maintient une certaine qualité de la transmission, notamment vis-à-vis de la fiabilité et de l optimisation de l utilisation des ressources. Les objets échangés sont appelés messages (de même pour les couches supérieures).

52 C5: La couche Session L'établissement d'une connexion Le maintien de cette connexion La libération de celle-ci Fonctionnalités C6: La couche Présentation c'est en quelque sorte un traducteur établit une syntaxe pour la communication entre les applications permet une communication dans un langage commun entre différentes applications par l'usage de données présentées de manière commune. Masque l hétérogénéité de techniques de codage utilisées par les différents systèmes C7: La couche Application fournit aux processus applicatifs le moyen d'accéder au réseau.

53 Modèle TCP Applications: Telnet FTP SMTP Transport Layer TCP UDP Routing Layer IP Layer 2 LLC: Logical Link Control MAC: Medium Access Control 14/01/

54 Critique du modèle OSI Ce n'était pas le bon moment TCP/IP était déjà en phase d'investissement prononcé lorsque le modèle OSI est sorti, les universités américaines utilisaient déjà largement TCP/IP avec un certain succès Ce n'était pas la bonne technologie Le modèle OSI est peut-être trop complet et trop complexe. les couches session et présentation sont fort peu utilisées et à l'inverse les couches liaison de données et réseau sont très souvent découpées en sous-couches tant elles sont complexes. 14/01/

55 Critique du modèle OSI Ce n'était pas la bonne implémentatio Les premières implémentations furent relativement lourdes et lentes. A l'inverse, la première implémentation de TCP/IP dans l'unix de l'université de Berkeley (BSD) était gratuite et relativement efficace. Ce n'était pas la bonne politique souffert de sa trop forte normalisation. A l'inverse, TCP/IP est venu d'unix et a été tout de suite utilisé, qui plus est par des centres de recherches et les universités, c'est-à-dire les premiers a avoir utilisé les réseaux de manière poussée 14/01/

56 Quelques grandeurs caractéristiques

57 Débit/Throughput Unité : bit/s Débit nominal : vitesse de transmission du support (débit brut) exemple : ligne pour transmission asynchrone à 19,2 Kbit/s Débit utile : débit nominal moins le débit affecté au contrôle de la liaison Evolution actuelle : Mbit/s => Gbit/s

58 Délai/Delay Unité : s Délai de propagation (Dp ): éloignement (L), délai dû aux équipements intermédiaires (D i ), vitesse, de propagation (V) D p = L/V + D i Durée de transmission (Dt ): quantité de données (Q), débit (D) D t = Q/D Temps d aller-retour = (transmission + propagation + traitements) *2, si les traitements et la liaison sont symétriques!

59 Délai/Delay User Durée de transmission Requête Durée de propagation Temps d aller retour Durée de traitement Réponse Durée de traitement

60 The END