Formation réseau en IUP2

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1 Formation réseau en IUP2 Premier semestre : les réseaux locaux ½ Cours : 22 h avec A. Giacometti ½ TD : 4 x 2 h avec A. Giacometti ½ TP : 4 x 2 h avec A. Lefevre Installation et administration NT et Linux Deuxième semestre : les protocoles TCP/IP ½ Cours et TD : 26 h avec G. Constantinescu ½ TP : 4 x 2 h avec A. Giacometti Routage et commutation Cisco 1 Plan : les réseaux locaux Introduction aux réseaux locaux Systèmes de câblage et transmission Différents types de réseaux locaux ½ Les réseaux à jeton (Token-ring et FDDI) ½ Les réseaux Ethernet ½ Les réseaux sans-fils Services liaisons offerts (sous-couche LLC) 2

2 Plan : les réseaux locaux Réseaux locaux commutés ½ Les ponts de base ½ Les commutateurs ½ Les réseaux locaux virtuels Routage et réseaux locaux ½ Les différents types de routeurs ½ Le routage dynamique ½ Le routage de proximité Bilan : conception de réseaux locaux 3 Les réseaux locaux LAN : Local Area Network ½ Couvrent une région géographique limitée ½ Relient physiquement et directement des unités adjacentes ½ Permettent à de nombreux utilisateurs d'accéder simultanément à des médias à haut débit ½ Assurent une connectivité continue aux services locaux ½ Permettent un contrôle privé du réseau sous administration locale Principales technologies ½ Ethernet, Token-ring, FDDI, etc. 4

3 Les réseaux locaux Equipements de base ½ Les concentrateurs (hub) ½ Les ponts et commutateurs (switch) Usages principaux ½ Le transfert et le partage de fichiers Mise en place de serveurs de fichiers ½ Le partage d applications Mise en place de serveurs d applications ½ Le partage de ressources Imprimantes, lecteurs de bandes, modems, etc. 5 Les réseaux étendus WAN : Wide Area Network ½ Couvrent une vaste région géographique ½ Relient des unités dispersées à une échelle planétaire ½ Offrent des accès séries à faible ou haut débit ½ Assurent une connectivité intermittente ou continue aux services distants ½ Ne permettent pas une administration locale ½ Nécessitent les services d entreprises extérieures Principales technologies ½ xdsl, RNIS, Frame Relay, ATM, Internet, etc. 6

4 Les réseaux étendus Equipements de base ½ Les modems (analogiques ou numériques) ½ Les commutateurs WAN (Frame Relay ou ATM) ½ Les routeurs (Internet) Usages principaux ½ La messagerie électronique ½ La veilles technologique et la veille concurrentielle Usage de bases de données distantes via le Web ½ Le commerce électronique BtoB (Buisness to Buisness)ou BtoC (Buisness to Consumer) 7 Composants d un LAN Equipements terminaux ½ End Sysem (ES), Hôte (Host) ½ Exemple : PC, MAC, serveurs, imprimantes, etc. Cartes ou adaptateurs réseaux ½ Network Interface Card (NIC) Plaquette de circuits imprimés logée dans l'emplacement d'extension d'un bus, sur la carte-mère d'un ordinateur ½ Au moins une carte par hôte connecté Contrôle l'accès de l'hôte au média Possède un identifiant unique appelé adresse MAC (Media Access Control) : FE:ED:F9:44:45:AF 8

5 Composants d un LAN Media ou support de transmission ½ Immatériel : réseaux sans-fils ½ Matériel : paire torsadée, câble coaxial ou fibre optique Normes américaines : EIA/TIA xxx (Electronic Industries Association / Telephony Industries Association) ou Européennes : EN xxxx (Comité Européen de Normalisation) Choix du ou des supports ½ Performance en terme de débit, d affaiblissement linéïque et de résistance au bruit ½ Facilité d installation et coût financier Les plus utilisés en Europe : la paire torsadée blindée catégorie 5 (non blindée aux Etats-Unis) et la fibre optique 9 Un réseau simple Deux nœuds ½ Deux équipements terminaux ou PC Equipés chacun d une carte réseaux ½ Un support de transmission Câble croisé en paires torsadées (croisé en général) Avec deux connecteurs (RJ-45) aux extrémités PC1 PC2 Câble croisé en paires torsadées 10

6 Un réseau simple Deux nœuds ½ Pourquoi un câble croisé en paires torsadées? Sur une carte réseau, émission et réception des signaux se font en général sur des broches et paires de fils différentes Un câble en paires torsadées comporte huit fils (quatre fois deux paires) dont quatre pour l émission et la réception Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Répéteur Régénère et resynchronise les signaux reçus Pour leur permettre de voyager sur de plus longues distances dans le média Répéteur 12

7 Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Concentrateur ou hub = Répéteur multi-port Constitue un point de connexion central» Tout signal reçu sur un port est répété sur tous les autres ports Permet d avoir une seule carte réseau par PC B C A D Hub Un message émis par A est reçu par tous les autres ES (B, C et D) 13 Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Pont ou Bridge Filtre le trafic pour conserver le trafic local au niveau local Examine les adresses destination des messages émis B1 C1 A2 A1 B2 Pont STOP Un message émis par A1 à destination de B1 est filtré par le pont 14

8 Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Pont ou Bridge Filtre le trafic pour conserver le trafic local au niveau local Examine les adresses destination des messages émis B1 C1 A2 A1 B2 Pont Un message émis par A1 à destination de B2 n est pas filtré par le pont 15 Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Commutateur ou Switch = Pont multi-ports Comme un hub, constitue un point de connexion central Comme un pont, filtre le trafic pour l acheminer uniquement vers son destinataire B C A D Switch Un message émis par A à destination de B est seulement transmis à B En même temps, C peut transmettre un message à D 16

9 Composants d un LAN Equipements d interconnexion ½ Routeurs Permet au sein d un LAN de mieux contrôler les flux d information (notamment les trames de «broadcast») Permet de connecter entre eux des LAN distants ou un LAN à Internet B C A Switch Routeur Internet 17 Topologies physiques d un LAN Architecture en étoile ½ Le centre est généralement un hub ou switch ½ Autour du centre, sont disposés des équipements terminaux PC Hub 18

10 Topologies physiques d un LAN Architecture en étoile étendue ½ Le centre principal est souvent un switch ½ Les centres secondaires sont des hubs ou switchs PC Hub Switch 19 Topologies physiques d un LAN Architecture en arbre d étoiles Switch principal Switch secondaires PC Switch Hub 20

11 Architecture type d un LAN Bâtiment A Bâtiment B Etage 3 Etage 2 Etage 2 Etage 1 Etage 1 21 Mode de communication Première génération de LAN ½ Transmission par diffusion (broadcast en anglais) Un message transmis par un équipement est reçu par tous les autres équipements du même segment Les trames reçues par B et C sont filtrées au niveau de leur carte réseau Message M à transmettre à D B C Message M remis à son destinataire D A STOP B D STOP C D D OK D=D Trame émise M A D Concentrateur 22

12 Transmission par diffusion Avantages ½ Simplicité du protocole de communication ½ Matériel d interconnexion (hub) peu complexe ½ Faibles coûts de fabrication Inconvénients ½ Peu performant en terme d utilisation des supports de transmission Pendant que A transmet un message à D, B ne peut transmettre de message à C sans provoquer de collisions ½ Un seul domaine de collision Deux messages transmis simultanément rentreront nécessairement en collision 23 Mode de communication Nouvelle génération de LAN ½ Transmission par commutation (switching) Toute trame est acheminée vers son seul destinataire Message M à transmettre à D B C Message M remis à son destinataire D A D Commutateur Commutateur M A D Les commutateurs acheminent la trame émise vers son seul destinataire E 24

13 Transmission par commutation Avantages ½ Plus performant en terme d utilisation des supports de transmission Pendant que A transmet un message à D, B peut en même temps transmettre un message à C sans provoquer de collisions ½ Réduit le nombre de collisions possibles Collisions encore possibles si A et le commutateur qui y est relié se transmettent simultanément de l information Inconvénients ½ Matériel d interconnexion (switch) plus complexe ½ Coûts de fabrication plus élevés (dans un premier temps) 25 Mode de communication Situation classique ½ Cohabitation des modes par diffusion et commutation Message M à transmettre à D B C Message M remis à son destinataire D A D Commutateur Concentrateur M A D La trame est seulement acheminée par diffusion vers D et E STOP E D E 26

14 Normalisation des LAN Finalité : permettre l interconnexion de systèmes de constructeur différents ½ Principaux organismes ISO : International Stadardization Organisation» Regroupe les organismes nationaux de normalisation» Origine du modèle de référence OSI (Open System Interconnection) en sept couches qui sert de base à toute description d entité réseau IEEE : Institute for Electrical and Electronics Engineers» Regroupe des constructeurs et universitaires» Origine des principales normes spécifiques aux LAN EIA/TIA : Electronic / Telephony Industries Association» Associations de constructeurs (influence américaine forte)» Origine des normes du domaine de la connectique et du câblage 27 Idée de base Modèle de référence OSI ½ Décomposer les fonctions réseaux à réaliser par un système en modules appelés couches (layers) Exemple : des fonctions de cryptage et de détection d erreurs de transmission seront placées dans deux couches différentes Pour Simplifier la description d une couche prise individuellement ½ Définir des interfaces standards entre les couches définies Plusieurs constructeurs peuvent ainsi proposer des solutions différentes au même problème Permet l inter-opérabilité entre systèmes de constructeurs différents Permet de modifier une couche sans toucher aux autres, donc de rendre plus facile l évolution de l ensemble 28

15 Couches du modèle OSI Nom de la couche Fonctionnalités principales Exemple de normes ou protocoles Application (couche 7) Présentation (couche 6) Session (couche 5) Définition de services communs à de nombreuses applications Définition de formats de données et systèmes de cryptage Gestion des communications entre applications (à l alternat ou non), Appel de procédures à distance Telnet, FTP (File Transfer Protocol), NFS (Network File System), etc. ASCII, JPEG, MPEG, DES (Data Encryption Standard), etc. RPC (Remote Procedure Control) Transport (couche 4) Gestion des erreurs de transmission, Contrôle du flux de données, Multiplexage et concaténation TCP (Transport Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), SPX (Sequence Packet Exchange) 29 Couches du modèle OSI Nom de la couche Fonctionnalités principales Exemple de normes ou protocoles Réseau (couche 3) Liaison (couche 2) Physique (couche 1) Adressage logique des unités réseaux, Choix des chemins à suivre pour acheminer les paquets de données Adressage MAC des NIC, Gestion de l accès au canal pour éviter les collisions, Gestion des erreurs de transmission Transmission des bits de données, Définition des supports de transmission et connecteurs IP (Intenet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange) (Ethernet), HDLC (High Data Link Control) EIA/TIA-568 (qualité des câbles et connecteurs), V.35 (interface série) En général, les couches 1 et 2 sont hardware (fonctionnalités implantées dans les cartes réseaux), alors que les couches supérieures sont logiciels (fonctionnalités implantées dans les systèmes d exploitation) 30

16 Couches du modèle OSI Equipements terminaux (PC) ATTENTION : seules les trois premières couches peuvent être implantées dans les équipements d interconnexion Application Présentation Session Répéteurs et Concentrateurs Ponts et Commutateurs Liaison Routeurs Réseau Liaison Transport Réseau Liaison Physique Physique Physique Physique 31 Couche transport Différentes classes de protocoles ½ En fonction du type de service offert Orienté connexion» Nécessite l établissement d une connexion (par échange de messages spécifiques) avant toute transmission de données Datagramme ou non-connecté» Permet la transmission directe de données sans établissement préalable de connexion ½ En fonction de la qualité de service offerte Fiable ou non fiable en fonction de la gestion ou non des erreurs de transmission pouvant être provoquées par» Le bruit sur les lignes de transmission» La perte de données au niveau de systèmes intermédiaires congestionnés 32

17 Classes de protocoles Type de service Gestion des erreurs de transmission Exemple de protocoles Orienté connexion Présente TCP de niveau Transport X.25 de niveau Réseau LLC2 de niveau Liaison Orienté connexion Absente Frame Relay de niveau Liaison PPP de niveau Liaison Datagramme Présente TFTP de niveau Transport PPP de niveau Liaison Datagramme Absente UDP de niveau Transport IP de niveau Réseau IP = Internet Protocol PPP = Point to Point Protocol TCP = Transport Control Protocol ICMP = Internet Control Message Protocol UDP = User Datagram Protocol TFTP = Trivial File Transfer Protocol LLC = Logical Link Control 33 Gestion des erreurs de transmission Principes communs ½ Détection des erreurs de transmission A l aide de champs de contrôle ajoutés aux données ½ Numérotation des paquets de données transmis ½ Acquittement (positif ou négatif) des paquets reçus octets à transmettre en plusieurs paquets Réseau S=1 S=2 1 et 2 bien reçus, tu peux émettre 3 RR=3 Acquittement positif (Receive Ready) 34

18 Gestion des erreurs de transmission Rejet sélectif ½ Seuls les paquets erronés sont retransmis Exemple : TCP de niveau transport (Transport Control Protocol) octets à transmettre en plusieurs paquets Réseau S=1 S=2 2 mal reçu, me retransmettre 2 S=3 SREJ=2 S=2 Acquittement négatif (Selective Reject) 35 Gestion des erreurs de transmission Rejet non sélectif ½ Tous les paquets sont retransmis à partir du premier erroné Exemple : LLC2 de niveau liaison (Logical Link Control type 2) octets à transmettre en plusieurs paquets Réseau S=1 S=2 1 mal reçu, tout retransmettre à partir de 1 REJ=1 S=1 Acquittement négatif S=2 36

19 Contrôle de flux Objectif défini ½ Contrôler la vitesse de transmission d un ES Pour éviter de saturer des équipements (leurs files d attente) Pour limiter en conséquence les pertes de données inutiles Solutions proposées ½ Par réservation de ressources Pour être capable de traiter toutes les données reçues ½ Par notification ascendante de congestion Vers la source de données ½ Par la technique de la fenêtre glissante Définie au niveau de la source de données 37 Contrôle de flux Par notification ascendante ½ Exemple : LLC2 de niveau liaison Source Destination Réseau S=1 S=2 STOP à 3, je suis saturé RNR=3 RR=3 S=3 Reprendre à 3 38

20 Contrôle de flux Par fenêtre glissante ½ Exemple : TCP de niveau transport Avec une fenêtre de taille K=3 Source Réseau Destination S=1 S=2 Prêt à recevoir 2 Blocage S=3 RR=2 Déblocage Blocage S=4 39 Couche Réseau Fonctionnalité d adressage ½ Système d adressage hiérarchique Toute adresse d ES comporte au moins deux parties» Un identifiant de groupe (ou sous-réseau) auquel l ES appartient» Un identifiant local de l ES dans le groupe (ou sous-réseau) ½ Exemples Adressage IP (Internet Protocol) : » Sous-réseau » Hôte : 45 Adressage IPX (Protocole NetWare) : 4a1d c56.de33» Sous-réseau : 4a1d» Hôte : c56.de33 On parle de système d adressage logique (adresse administrable) par oposition à physique (adresse en dure non modifiable) 40

21 Couche Réseau Fonctionnalité de routage ½ Fonctionnalité de base des routeurs De 1.A vers 2.B Quel chemin suivre pour atteindre tel destinataire? Group-1.Local-A E0 E1 R2 R3 Group-2.Local-A R1 Group-1.Local-B S0 WAN R4 Group-2.Local-B Table de routage de R1 Groupe destination Interface de sortie Routeur suivant Group-3.Local-A Group-2 E1 R2 Group-3 S0 R4 41 Couche Liaison Fonctionnalité d adressage ½ Système d adressage MAC (Medium Access Control) Toute carte réseau possède une adresse MAC unique / universelle fixée par son constructeur (en ROM) Peut toutefois être modifiée localement (mais non conseillé) ½ Différents types d adresses MAC Unicast : désigne un équipement / une interface particulière Broadcast : désigne tous les équipements / interfaces dans un LAN donné (FF:FF:FF:FF:FF:FF = 48 bits à 1) Multicast : désigne un ensemble particulier d équipements (ex : tous les commutateurs Ethernet d un LAN) 42

22 Couche Liaison Contrôle d accès au canal ½ Pour éviter que tout le monde parle en même temps et que personne ne s entende Ethernet 1. Un signal circule-t-il sur le canal? 2. Si non, transmettre une trame 3. Si oui, attendre et écouter de nouveau le canal 4. Pendant toute transmission, écouter si collision 5. Si collision, attendre, puis retransmettre de nouveau la trame (si canal libre) Token-ring 1. Un jeton circule-t-il sur le canal? 2. Si le jeton n est pas disponible, attendre 3. Si le jeton est disponible, le prendre et le garder pendant la transmission de la trames 4. Ne garder le jeton que pendant un délai maximal (pour ne pas monopoliser la parole) 5. Le délai écoulé, remettre le jeton en circulation 43 Couche Liaison Gestion des erreurs de transmission ½ Selon les mêmes principes qu au niveau Transport Identification des données encapsulées ½ Pour aiguiller les trames reçues vers la bonne couche Réseau ½ Plusieurs piles de protocoles peuvent exister au dessus d une même couche Liaison Client PC Serveur FTP Serveur Novel Réseau IP IPX Liaison LT Données IP LH LH IPX Données LT 44

23 Interactions entre couches Deux types d interaction ½ Entre couches adjacentes d un même système Une couche (N) d un système offre des services à la couche (N+1) du même système» La couche Physique offre des services à la couche liaison : comment transmettre des bits de données sur un support de transmission?» La couche Liaison offre des services à la couche réseau : comment transmettre un message à un tiers sans générer de collisions? ½ Entre deux couches de même niveau de systèmes distants Une couche (N) d un système A peut communiquer avec la couche (N) d un autre système B» Deux couches réseaux peuvent communiquer entre elles à distance» Une couche réseau ne communique jamais à distance avec une couche physique, liaison ou transport d un autre système Une communication entre deux couches de même niveau n est jamais directe, mais virtuelle» Exceptée pour deux couches Physique 45 Processus d encapsulation Système A Système B Couches Application Message : m Message : m Message : M Couches Présentation Message : M Processus d encapsulation Message : M Couches Session Message : M Processus de désencapsulation H4 M Couches Transport H4 M H3 H4 M Couches Réseau H3 H4 M H2 H3 H4 M T2 Couches Liaison H2 H3 H4 M T2 Couches Physique Support physique de communication 46

24 Entre couches adjacentes Pour utiliser un service ½ Une couche (N+1) doit connaître l interface standard offert par la couche (N) sous-jacente Une interface d un service (N) est définie par ½ L ensemble des primitives (ou fonctions) que la couche (N+1) peut appeler pour mettre en œuvre les services de la couche (N) ½ Les paramètres que doit fournir la couche (N+1) à une fonction pour utiliser les services de la couche (N) (ex : l adresse du destinataire) ½ Les valeurs fournies en retour à la couche (N+1) après sa demande de service (ex : si le destinataire a pu être joint) 47 Entre couches distantes Pour pouvoir communiquer ½ Des couches (N) de systèmes distants doivent déjà se mettre d accord sur le format des données échangées Un protocole de niveau (N) spécifie ½ Le format des unités de données échangées Notion de (N)-PDU (Protocol Data Unit)» Deux couches liaisons s échangent des trames ou (2)-PDU» Deux couches réseaux s échangent des paquets ou (3)-PDU ½ L ordre dans lequel les (N)-PDU doivent être échangées Par exemple, dans le cas d un service orienté connexion» Une unité de demande d établissement de connexion doit obligatoirement être transmise avant toute unité de transmission de données 48

25 Modèle OSI versus TCP/IP Modèle OSI Application Modèle Internet Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique TCP / UDP IP / ARP / ICMP Liaison Physique TCP = Transport Control Protocol UDP = User Datagram Protocol IP = Internet Protocol ARP = Adress Resolution Protocol ICMP = Internet Control Message Protocol 49 Trames, paquets et segments Schéma type d encapsulation Application Données Message Transport TCP Données Segment TCP (L4 PDU ou TPDU) Réseau IP TCP Données Paquet IP (L3 PDU ou NPDU) Liaison LH IP TCP Données LT Trame Ethernet (L2 PDU ou LPDU) LH = Link Header LT = Link Trailer Train de bits 50