Une histoire de couches

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1 Une histoire de couches Niveaux d échange Exemple requête web: applicatif: clic lien, réponse page web message: envoi URI, réponse fichier html paquets: message coupé en paquets, routés vers le serveur (et retour) physique: chaque bit est codé en signal chaque couche utilise les fonctions de la couche inférieure 3 Requête web Structure de couche internet= interconnexion réseaux reliés par routeurs chaque paquet contient refs adr. dest, adr. source quand le paquet n est pas destiné au réseau, il est transmis à un routeur le routeur a les informations pour acheminer le paquet 7 fichier html Stratégie matériel et logiciel considérés de la même façon forte structuration des logiciels réseau couches, niveaux, strates... gage de modularité facilite la maintenance Mécanisme virtuel où chaque couche fournit un service à la couche immédiatement supérieure dissimule les détails d implémentation Protocole et interface implémentent ce fonctionnement en couche; le service offert correspond à la sémantique de la couche 4

2 couche i Relation communication: entre couches de même niveau interface: ensemble des fonctions (logicielles et matérielles) et des règles d accès au service. protocole: ensemble des conventions nécessaires pour faire coopérer des entités distantes, en particulier pour établir et entretenir des échanges d'informations entre ces entités. conception protocole utilise souvent le protocole de niveau inférieur (+ élémentaire), au moyen de son interface entité coopérante protocole niveau i 5 entité coopérante interface i interface i- Protocoles Spécification format et ordonnancement messages échangés entre 2 entités de comm. actions à réaliser lors de l émission/réception msg Ensemble de règles de comm. (langue commune) de bon fonctionnement (partage ressource) pour utiliser le support physique transporter/utiliser l info 7 interface interface interface hôte couche 5 couche 4 couche 3 protocole hôte 2 couche 5 couche 4 couche 3 interface couche 2 couche couche 2 couche support physique 6 8

3 Communications virtuelle vs physique aucune donnée transmise d une couche i à une autre couche i comm. entre couches même niveau est virtuelle application présentation session transport proto applications proto présentation proto session proto transport proto sous-rx application présentation session transport APDU PPDU SPDU TPDU 3 réseau réseau réseau réseau paquet 2 lien liaison liaison lien trame 9 physique physique routeur physique routeur physique bit unités échangée Open Systems Interconnection 7 application 6 présentation proposition architecture réseaux des constructeurs interconnexion difficile due au caractère propriétaire intervention ISO (but: normalisation protocoles) Principes: une couche par niveau d abstraction fonctions bien définies par couche nombre couches raisonnable session transport réseau lien physique protocole de couche: réseau liaison données physique hôte-routeur 2 frontière sous-rx communication proto sous-rx réseau réseau liaison liaison physique physique routeur routeur

4 Couches basses Physique (): définit les moyens de transmettre des bits gère l interface entre supports et équipements réseau définit caractéristiques optiques, électriques ou mécaniques Liaison de données ou de lien (2): définit procédures exploitation du lien de communication permet l envoi de trames en séquence détecte et corrige les erreurs du support physique contrôle l accès au canal partagé (sous-couche MAC) Réseau (3): détermine comment les données traversent le sous-réseau route les paquets en fonction d adresses réseau uniques gère les passages entre différents réseaux permet un contrôle de congestion 3 En résumé modèle tout à fait valable, reconnu et étudié incapable de s imposer: mauvaise chronologie/ technologie/implémentation reste une référence, pas une technologie. d où TCP/IP 5 Couche hautes OSI TCP/IP Transport (4): assure un acheminement fiable et en séquence des messages permet le découpage/ ré-assemblage des données cherche à optimiser les ressources réseau Session (5): assure la gestion du dialogue et du jeton gère la synchronisation Présentation (6): définit la syntaxe et la sémantique des données gère conversion, reformate, comprime, chiffre Applications (7): point de contact entre utilisateur et réseau assure services de base: (telnet,http,smtp,...) application présentation session transport réseau lien physique application transport internet hôteréseau offre les fonctions et services des couches supérieures fournit transmission fiable avec connexion TCP fournit transmission fiable sans connexion UDP assure contrôle de flux interconnecte rx distants sans connexion route paquets IP sur tout le rx cherche à éviter congestions pas vraiment spécifiée assure envoi paquets IP implémentation liée techno du LAN 4 6

5 Trames DIX DEC Intel Xerox Ethernet préambule 7 octets = 56 bits+8 = start of frame delimiter adresses destination, adresse source sur 2x6 octets type paquet: 0x0800 IPv4 0x86DD ipv6 0x0806 arp 0x8035 rarp remplissage PAD : trame 64 octets min (hors préambule) CRC32 de polynôme générateur : X 32 + X 26 + X 23 + X 22 + X 6 + X 2 + X + X 0 + X 8 + X 7 + X 5 + X 4 + X 2 + X + On calcule le reste de la division Euclidienne entre les données et le CRC32. 9 nom 0B5 Type de câble type coax épais long. max segment nb nœuds/ segment rem. 500m 00 l original 0B2 coax. fin 85m 30 0BT paire torsadée pas besoin hub 00m 024 le - cher 0BF fibre 2km 024 le + pour relier immeubles octet->hexadécimal: (0x5E = 00 0) adresse sur 6 octets en hex. : 2 48 adresses possibles dest. débute par dest. avec tous bits à ether 00:22:4:36:00:4 Adresses MAC constructeur contrainte: 2,5km de câble au max et 4 répéteurs max 8 Apple 20

6 Routage: 2 types Fonctionnement hub réseau concentré/ponté avec hub/bridge ne préserve pas BP préserve la bande passante avec un bridge réseau commuté avec switch préserve la bande passante bridge.htm Quand un paquet est reçu, il est propagé sur toutes les interfaces sauf celle de l'émetteur. Hub ne délimite ni les domaines de collision ni les domaines de broadcast (aire logique du réseau où tout ordinateur connecté peut directement transmettre à tous les autres ordinateurs du même réseau, sans devoir passer par un routeur). Permet à la carte réseau d'un hôte d'accepter tous les paquets qu'elle reçoit, même s'ils ne lui sont pas destinés (mode de promiscuité). Détection du mode de promiscuité: augmentation charge de l'hôte qui traite tous les paquets et augmente la latence du réseau détection par detectpromisc Routage des trames Du hub au switch Réseau avec beaucoup d'hôtes, problèmes de performance avec hubs: S appuie sur la notion de compétition pour l'accès au media. Chaque hôte est à l'écoute et doit attendre un «silence media» avant de pouvoir émettre. Si un signal est en transit sur le media, Les émetteurs doivent attendre que le media soit libre. Quand le canal est libre, un hôte peut émettre. Quand 2 hôtes tentent d'émettre simultanément, une collision se produit. Dans cette situation, les 2 hôtes perçoivent la collision et envoient un signal de collision qui empêche l'émission pendant une durée aléatoire. Un domaine de collision est une région du réseau au sein de laquelle les hôtes partagent l'accès au media. disponibilité: partage de la bande passante; un hôte peut monopoliser tout le trafic (gros transfert) latence: (temps nécessaire à un paquet pour atteindre sa destination). Avec des hubs on attend une opportunité de transmission pour ne pas causer de collision. La latence croît en fonction du nombre d'hôtes du réseau. défaillance: hub plus sensible aux pannes ou aux mauvaises configuration de la vitesse de transmission Un switch (commutateur) résout ces problèmes en délimitant les domaines de collision Chaque hôte connecté dispose de toute la bande passante. Un paquet qui arrive sur un port du switch n'est retransmis que sur le port auquel le destinataire est connecté Signaux de collision non retransmis par les switches

7 Fonctionnement switch Un paquet qui arrive dans le switch est mis dans un buffer. L'adresse MAC de destination du paquet est lue et comparée à la liste des MAC connues rangées dans la table de lookup. 3 modes d'acheminement: cut through: lecture des 6 octets MAC dest. et routage direct sans traitement vers le port (interface) du destinataire store and forward: mise en mémoire et traitement du paquet avant son acheminement (rejeter les paquets mal formés, gérer les messages de collision) fragment free: analogue au cut through mais lit les 64 premiers octets (longueur min de la trame) avant le routage. (cela limite les erreurs de collision qui arrivent souvent sur les 64 premiers octets) Le mode le plus utilisé est le store and forward. C est l encapsulation (illustration par la poste) RFC894 précise l encapsulation IP dans eth. adresses sont MAC@ protocoles (r)arp pour correspondance MAC-IP Principe 27 Protocole arp protocole qui permet d'assurer la correspondance entre adresse IP (logique) et adresse physique (MAC) assure traduction adresses de niveau 3 (IP) en adresses de niveau 2 (MAC) (n OSI) (r)arp RFC 826 Ethertype 0x

8 arp IP ? 74:29:9c:e8:ff:55 0c:8:8:e9::55 74:a7:82:e9:8:3 0b:a8:87:f9:22:43 ethernet 74:a7:82:e9:8: Principe général chaque paquet IP est encapsulé dans une trame ethernet (ou fragmenté au besoin) la trame contient les adresses MAC source et destination arp sert à trouver l'adresse matérielle correspondant à l'ip de destination unicast Trame Bcast mac src arp IP eth ipv4 question Réponse ip dest request ip src 86:3b:85:fe=

9 rarp (T X) ? 74:29:9c:e8:ff:55 0c:8:8:e9::55 74:a7:82:e9:8:3 0b:a8:87:f9:22: :a7:82:e9:8:3 IP ethernet 34 Toutes les données TCP/ UDP/ICMP/IGMP dans un datagramme IP IP fournit un service non fiable (qd pb IP rejette data et émet ICMP à la source) fiabilité assurée par couches au dessus sans connexion: datagrammes gérés indépendamment; peuvent suivre routes IP 37 En-tête IP IP assure service sans connexion ICMP envoi de messages entre couches IP de nœuds IGMP gestion appartenance à un groupe Xcast TCP assure service fiable avec connexion FTP transfert fichiers SMTP messagerie électronique TELNET présentation d écran Version: n version protocole (4=000 ou 6=00) LET: long. en-tête: # mots de 32 bits de l en-tête (pas d options=5 et 5 au max) 38

10 En-tête IP ToS: 3 bits ignorés, 4 bits TOS un bit 0 délai min; débit max; fiabilité max; coût min. seul bit à. Tous à 0= service normal TELNET: délai min= car dialogue avec humain FTP: débit max= Long. totale= taille en octets du datagramme (y compris en-tête) 20 taille Informations liées à la fragmentation identifiant de datagramme drapeaux d'état de fragmentation: b inutilisé b 2 DF b 3 more frag. position du fragment: tous les fragments ( 892) d'un datagramme (sauf le dernier) ont une long. multiple de 8 octets 39 Maximum Transferable Unit fixe la taille max du datagramme IP transportable en une fois. qd un routeur transfère un datagramme d'un lien vers un autre lien de + faible MTU, le datagramme est fragmenté chaque fragment est un nouveau datagramme IP encapsulé dans une unité de protocole de niveau liaison 4 MTU (octets) IPv4 >68 IPv6 >280 ethernet >500 FDDI >4470 Fragmentation En-tête IP transparente: datagrammes fragmentés ré-assemblés par routeurs avant retransmission (en fragments ou non) datagrammes ne peuvent pas prendre des chemins routeurs subissent une charge supplémentaire non transparente: routeurs ne ré-assemblent pas: le dest. oui élimine les inconvénients précédents trafic non optimal (ajout en-tête à tt frag.) destinataire doit être capable de ré-assembler dans IP généralement non transparente 40 Informations liées au routage adresses IP source et destination TOS: critère de qualité de service TTL: durée de vie du datagramme dans le réseau 42

11 TTL Adressage IP sur paquet IP: indique le nombre de routeurs traversés l application au dessus IP fixe une valeur décrémentée au passage de chaque routeur quand TTL=0 paquet détruit et routeur renvoie ICMP type = (time exceeded) unique adresse par iface, attribuée par Internet Corp for Assigned names and numbers écriture décimale pointée 32bits dans unix, généralement TTL=64 linux: /proc/sys/net/ipv4/ip_default_ttl BSD: sysctl -w net.inet.ip.ttl=00 (-n affiche) Adressage IP extraction datagramme IP de la trame analyse en-tête IP décision interface sortie selon table routage ré-encapsulation datagramme dans trame 44 Classless InterDomain Routing machine identifiée par IP(Rx hôte) et masque bloc 2 n IP avec masque /m où m=32-n pour représente les m bits les plus à gauche suivis de 32-m bits à 0 exemple /5 (donc 2 7 IP) masque masque CIDR en décimal pointé /5 est l'adresse réseau l'adresse machine 46

12 Adresses particulières Classes IPv4 Identificateur universel sur 32 bits (identifie un accès à un réseau) Paire: ID réseau, ID machine 4 classes principales Classe A 0 ID réseau ID machine Classe B 0 ID réseau ID machine Classe C 0 ID réseau ID machine Classe D 0 Adresse de diffusion de groupe 47 L ID réseau est utilisé par les routeurs Notation décimale pointée: Classes d'adresses Exemples de SR /8 /6 /24 Adresse classe B pour l ensemble et partition en SR Adresse classe C pour chaque SR 48 50

13 id réseau id réseau Vues de l'extérieur id SR de l'intérieur id hôte id hôte et le masque 5 IP dest. reçue: / correspondant au réseau C Exemple A= B= C= A /2 eth B /22 eth2 C /22 eth3 CIDR une seule table de routage (IP, masque, iface sortie) algo: paquet reçu: IP dest. récupérée convert. bin. parcourir les entrées avec masque jusqu'à correspondance si plusieurs candidats, prendre celui avec masque le plus long (p.e. entre /20 et /24) 52 Adresses IPv4 spéciales (RFC 98) 27.x.x.x Loopback (qui représente la machine locale) Non routables: (classe A) (classe B) (classe C) (adresses de multicast, classe D) - Déploiement réseau TCP/IP privé sans risque de conflit d adresses avec le reste du monde - Protection des attaques de l Internet - Contrôle de l accès vers l Internet : les machines avec adresses privées ne peuvent communiquer directement avec le monde extérieur: nécessité d une passerelle (routeur). - Contrôle de son propre plan d adressage sans dépendance extérieure.

14 NAT une IP par organisation une seule IP par station dans l'organisation/ LAN privées (non routables) classe A: /8 classe B: /6 classe C: /24 55 IPv6 pour adresser + de machines suite croissance machines et applications (adresses sur 28 bits) BUTS: adressage multiple ifaces réduction tables routage protocole simplifié meilleure QoS sécurité accrue intégration multicast mobilité facilité évolution et cohabitation avec IPv4 56