Fiche de Réseau de données

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1 Fiche de Réseau de données V.R May 25, 2015 Contents I Le modèle OSI 2 1 Concepts de base 2 2 Modèle OSI 4 II Réseau de données 5 1 Erreurs et correction d erreurs 5 2 Contrôle de flux 6 3 Contrôle de pertes 6 III LAN et Internet 6 1 L adressage 7 2 Sous couche MAC 7 3 Interconnexion en LAN 8 IV Modèle TCP/IP 10 1 Protocoles 10 2 Adressage IP 11 1

2 Les réseaux de données s intéressent au transport des données c-a-d au transport d informations numériques (des bits). Part I Le modèle OSI 1 Concepts de base Un PDU Le Protocol Data Unit ou Unité de données de protocole (PDU) est l unité de mesure1 des informations échangées dans un réseau informatique. Appliqué au système de couches du modèle OSI, le PDU de : 1. La couche physique est le bit. 2. La couche liaison est la trame. 3. La couche réseau est le paquet. 4. La couche transport est le segment pour TCP, et le datagramme pour UDP. Les topologies On peut rencontrer différentes topologies de reseaux. Niveaux de communications Point to point : deux équipements reliés par le même support physique. page 2

3 point to multipoint : Plusieurs équipements reliés au même support. unicast : communication se déroulant entre deux équipements. Analogie avec une communication téléphonique. multicast : communication se déroulant entre un équipement et un groupe d équipements. Analogie avec les listes de diffusion. broadcast : communication se déroulant entre un équipement et l ensemble des équipements appartenant au réseau. Analogie avec les réseaux anycast : communication se déroulant entre un équipement et un équipement fournissant un service particulier. Analogie avec une personne cherchant de l aide (Ex : télévision analogique terrestres). modes de connexion 2 modes principaux, ici le mode orienté connexion 3 phases : établissement, transfert et libération. Et le mode sans connexion (datagramme) avec seulement une phase de transfert. Modes de commutation Les deux modes de connexion peuvent se décliner en plusieurs modes de commutation (comment l acheminement des informations va être géré à l intérieur des équipements intermédiaires). commutation de circuit (connexion) Circuit réservé pour une communication seulement. Avantages: Pas de retard dans les équipements intermédiaires. Inconvénients: Circuits non partageables. Une seule communication. commutation de message (sans connexion) Info organisé en messages qui sont acheminés de proche en proche. Avantages: Possibilité de partage des liens connectant les équipements intermédiaires. Le message fait sens à lui même. Inconvénients: Temps d attente introduit par les équipements intermédiaires. Pas de réservation de ressources: possibilité de saturation d un équipement intermédiaire. commutation de Datagramme (sans connexion)l information est organisée en blocs de taille limitée qui n ont pas de sens à eux-mêmes. Reconstruction des blocs pour récuperer l information finale. Avantages: Temps d attente et besoin en ressources réduits dans les équipements intermédiaires. Retransmission d une seule partie du message en cas d erreur/perte. Inconvénients: Retransmission de datagrammes de bout en bout en cas d erreur/perte. Datagrammes pouvant suivre des chemins différents et arriver dans le désordre. Pas de réservation de ressources. commutation de circuit virtuel (connexion)caractéristiques du mode de commutation : une phase de réservation/libération; et du mode de commutation de datagramme en reprenant le découpage de l information en blocs. Avantages: Possibilité de partage des liens connectant les équipements intermédiaires. Moindre probabilité de saturation des équipements intermédiaires, tous les datagrammes suivent le même chemin. Temps d attente et besoins en ressources réduits dans les équipements intermédiaires, retransmission d une partie du message en cas d erreur. Inconvénients: Surcoût lié aux phases d établissement et de fermeture de connexion. Complexité des équipements intermédiaires. page 3

4 Mode d exploitation Un autre moyen de classer les réseaux est d utiliser le mode d exploitation, c est-à-dire la façon dont l information va pouvoir circuler dans le réseau au cours d une communication. half duplex (ou duplex à l alternat) : L information ne peut circuler que dans un sens depuis un équipement émetteur vers un récepteur pendant une période donnée. Analogie Talkie-walkie. full duplex : L information peut circuler dans les deux sens à n importe quel moment. 2 Modèle OSI C est un modèle en couches Les couches : 1. La couche 1 ou couche physique : Rôle : offrir un support de transmission pour la communication. Rôle secondaire : RAS. Matériel associé : le hub, concentrateur, ou répéteur. 2. La couche 2 ou couche liaison : Rôle : connecter les machines entre elles sur un réseau local. Rôle secondaire : détecter les erreurs de transmission. Matériel associé : le switch, ou commutateur. 3. La couche 3 ou couche réseau : Rôle : interconnecter les réseaux entre eux. Rôle secondaire : fragmenter les paquets. Matériel associé : le routeur. 4. La couche 4 ou couche transport : Rôle : gérer les connexions applicatives. Rôle secondaire : garantir la connexion. Matériel associé : RAS. 5. La couche 5 ou couche session : on s en fiche! Encapsulation : est un procédé consistant à utiliser un autre protocole souvent situé sur la même couche du modèle OSI page 4

5 Ce qu il faut retenir Le modèle OSI est une norme précisant comment les machines doivent communiquer entre elles. C est un modèle théorique, le modèle réellement utilisé étant le modèle TCP/IP. Le modèle OSI possède 7 couches, chacune dédiée à un rôle particulier. Chaque couche a un rôle particulier à accomplir. Les couches 1 à 4 sont les couches réseau. Les couches réseau offrent le service de communication à la couche applicative. Chaque couche est indépendante des autres. Chaque couche ne peut communiquer qu avec une couche adjacente. Lors de l envoi de données, on parcourt le modèle OSI de haut en bas, en traversant toutes les couches. Part II Réseau de données 1 Erreurs et correction d erreurs Erreurs Si on prend comme analogie, une conversation humaine, la transmission d informations d une personne à une autre peut être altérée par différents facteurs (bruit environnant, prononciation du locuteur,...). Le principe général de la détection et de la correction d erreur est d ajouter une information de contrôle complémentaire et redondante aux données utiles que l émetteur désire envoyer. Distance de Hamming : Il est nécessaire de définir dans quelle mesure l information reçue est similaire à une information que l on s attend à recevoir pour pouvoir détecter ou corriger une erreur. La distance de Hamming correspond au nombre d erreurs qu il faudrait générer pour passer d une valeur de mot de code à l autre. Détection Les techniques de détection d erreurs : Les bits de parité : ont été très utilisés dans le passé en particulier pour la détection d erreur sur les envois de caractères Les CRCs : Un CRCs de taille r a les propriétés suivantes: La capacité de détecter toute erreur sur un bit dès le moment ou G(x) comprend plus de deux termes. La capacité de détecter tout couple d erreurs sur des bit séparés par moins de 2 r -1 bits. La capacité de détecter tout nombre impair d erreurs à condition que G(x) soit un multiple de 1+x. La capacité de détecter toute rafale d erreurs de taille inférieure à r à condition que 1 soit un terme de G(x). page 5

6 Correction Les techniques de correction d erreurs : code par répétition : Ce code est calculé en répétant deux fois les données à protéger. Ainsi pour une valeur de données «00», le code sera «0000» et le mot de code à transmettre sera «000000». 2 Contrôle de flux Le contrôle de flux est un service qui s intéresse à éviter la saturation d un récepteur par un émetteur trop rapide. Fenêtre C est le nombre de PDUs qui peuvent être émises sans avoir reçu d invitation à émettre. Pour fonctionner l émetteur maintient un compteur qui prend la valeur de la fenêtre indiquée par le partenaire lorsqu un acquittement est reçu et décrémenté lorsqu une PDU de donnée est envoyée. Le compteur peut être décrémenté jusqu à 0 après quoi l émetteur est bloqué. 3 Contrôle de pertes Si on considère deux entités de niveau x communiquant l une avec l autre, une PDU peut ne pas arriver à sa destination pour plusieurs raisons. Une copie de chaque PDU de donnée émise doit être conservée au cas ou une perte se produirait et une retransmission devrait être réalisée. Lorsqu une PDU de donnée est acquittée, l espace mémoire où elle était stockée peut être libéré. Stop and wait : Un message de contrôle est renvoyé après chaque réception d une PDU. Correction stop and wait : On numérote les PDUs. Si le recepteur voir qu un numéro manque il demande à ce qu on lui renvoie. Correcting stop and wait : Le compteur se réinitialise mais il faut confirmé la reception de tous les PDU de la premiere rotation. Working stop and wait : On autorise ici l émetteur à envoyer de nouvelles PDUs seulement après avoir reçu l acquittement de la méthode précédente. On reçoit tous les PDUs et on regarde les manquants afin de les redemander. Protocole HDLC (High-Level Data Link Control) est un protocole de niveau 2 (couche de liaison) du Modèle OSI, dérivé de SDLC (Synchronous Data Link Control). Son but est de définir un mécanisme pour délimiter des trames de différents types, en ajoutant un contrôle d erreur. Les règles : -R0 counter -R1 Sending Information frames -R2 Buffer overflow -R3 Transmission error -R4 Sequence number error -R5 Acknowledgement -R6 Time-out -R7 P/F bit page 6

7 Part III LAN et Internet Différentes tailles de réseau 1 L adressage Dès le moment ou un réseau est composé de plus de deux entités il est indispensable de définir l identité de chacune d entre elles. On utilise des ID qui nous donnent, et les partitionnant, des infos générales sur le lieu (Network) et plus précisent sur la machine. 2 Sous couche MAC MAC constitue la partie inférieure de la couche de liaison (couche 2 du modèle OSI). Elle insère et traite ces adresses au sein des trames transmises. Les couches MAC spécifiées par l IEEE supportent plusieurs degrés de communication: Les communications de type unicast sont réalisées au moyen d adresses unicast que l on distingue des autres adresses par un 8 ème bit à zero dans le champ OUI. Les communications de type multicast sont possibles en utilisant des adresses multicast. L émetteur utilise alors comme adresse destination l adresse du groupe d entités devant recevoir la trame. Les communication de type broadcast sont possibles en utilisant l adresse de broadcast (0xFF-FF-FF-FF- FF-FF). page 7

8 Protocole CSMA/CD Permet de contrôler et éviter les collisions sur le réseau. Lorsque des données lui sont transmises elle écoute le support physique pour savoir si une autre entité est en train d émettre. Si c est le cas, l entité attend que le support physique devienne libre. Puis l entité envoie les données à transmettre et écoute en parallèle. Si à ce moment elle entend autre chose que son signal, il y a collision. Elle s arrête et attend pour re-émettre. Full Duplex Dans l architecture full duplex, on sépare physiquement les signaux émis et les signaux reçus au travers de supports physiques indépendants. Il ne peut alors plus se produire de collisions. Cette architecture suppose un réseau point à point. CSMA/CD vs Full Duplex 3 Interconnexion en LAN Les différentes couches Le répéteur est l équipement le plus simple, il reçoit un signal en entrée, le ré-amplifie et le renvoie sur tous les ports sauf celui d entrée. Les commutateurs réalisent l interconnexion au niveau 2 et ont la compréhension du format des trames. Lorsqu un signal est reçu sur un port il est transformé sous forme numérique et mémorisé (full duplex et pas de collisions). Certains commutateurs ont également la capacité de réaliser le lien entre adresses MAC et port d interconnexion. Cette information permet par la suite de n envoyer une trame que vers sa destination, sinon elle est envoyée en page 8

9 broadcast. Les routeurs réalisent l interconnexion au niveau 3 et ont la compréhension du format des trames et des paquets. Lorsqu un signal est reçu sur un port il est transformé sous forme numérique et passé à la couche 2, celle-ci rempli sa fonction et passe la SDU contenue dans la trame à la couche 3. En fonction des informations contenues dans le paquet les opérations de routage peuvent acheminer le paquet vers sa destination en fonction du contenu d une table préalablement remplie appelée table de routage. Il interconnecte les Network. Spanning tree Il permet de déterminer le chemin que la trame va emprunter pour aller de A à B, grâce à un systeme de priorités, si plusieurs chemins sont possibles. La fonction favorise le vecteur avec la priorité la plus faible, celle-ci est choisie par l administrateur qui peut ainsi favoriser le choix de tel ou tel équipement. Si cette priorité n est pas définie la fonction favorise le vecteur avec la plus faible adresse MAC. Par construction, celle-ci est garantie unique. Si les deux premières valeurs sont égales, la fonction favorise le vecteur avec le coût le plus faible. Si les deux premières valeurs sont égales, la fonction favorise le vecteur envoyé par l équipement ayant l adresse MAC la plus faible. page 9

10 Part IV Modèle TCP/IP Par rapport au modèle OSI, l architecture TCP/IP s intéresse à la spécification des fonctions associées aux couches 3, 4 et 7. Les fonctions rendues par les couches réseau et transport sont assez similaires à celles rendues par les couches 3 et 4 du modèle OSI: - Couche réseau: Adressage des systèmes/routage. - Couche Transport: Communication de bout en bout, Détection d erreur, Contrôle de flux, Détection et Reprise sur perte, Contrôle de congestion. Le modele TCP/IP va surtout avoir un effet sur les couches applicatives. 1 Protocoles Quelques protocoles On voit ici quelques exemples de protocoles de niveau réseau et de niveau transport. Et quelques exemples pour le niveau applicatif. Protocole IP (couche réseau) Le protocole IP est orienté datagramme. Il ne fournit quasiment aucun service en dehors de ceux mentionnés précédemment. Le seul service de fiabilisation de la communication est un champ de détection d erreur portant sur les champs de contrôle du paquet. Ce contrôle permet d éviter d acheminer un paquet vers une destination erronée sans raison. TCP, UDP (couche transport) Les protocoles de niveau transport ont pour vocation d adapter les besoins des applications au fonctionnement non fiable du protocole IP. TCP : fournis un service orienté connexion qui garantit la fiabilité de la communication au travers de services de détection d erreur, de détection de perte, de reprise sur perte, de ré ordonnancement, de contrôle de flux et de contrôle de congestion. Il est utilisé par les applications privilégiant la fiabilité. UDP : Le protocole UDP fournit un service orienté sans connexion qui n offre pas de service complémentaire à ceux fournis par le protocole IP. Il est utilisé par les applications privilégiant la simplicité et le délai de transit au détriment de la fiabilité. page 10

11 2 Adressage IP Généralités La façon dont les adresses IP ont été construites a évolué au cours du temps. Cependant un point constant est le fait que ces adresses sont organisées en deux parties : -Une partie servant à identifier le réseau. -Une partie servant à identifier un équipement dans un réseau donné. Exemples : IPv4 : adresse->0x9d9f6436 représentation-> IPv6 : adresse->0xfe b3ffab representation->fe80:0000:b3ff:ab35:1583 Routage Direct : Il se produit lorsque deux équipements se situent dans le même réseau (i.e. partagent le même identifiant réseau). Indirect : Il se fait lorsque les deux entités ne sont pas dans le même réseau. Dans ce cas on utilise une entité IP intermédiaire située dans le même réseau qui va acheminer le paquet IP vers sa destination. Découpage IPv4 Comme on peut le voir en lisant les premiers bits d une adresse IP, il est possible de savoir à quelle classe, l adresse appartient. Par exemple dans l adresse le premier octet à pour valeur binaire , il s agit donc d une adresse appartenant à un réseau de classe B. La valeur de son identifiant réseau est donc codée sur 2 octets. Cet identifiant est donc Mais cet adressage a certains problèmes on n utilise donc plus ce systeme de classes. Maintenant on utilise un page 11

12 systeme sans classes. Le mask permet de définir le nombre de bits qui servent à la partie identifiant réseau. Réseau privé Les adresses privées de réseaux ont été définies afin de permettre à des équipements appartenant à un réseau de pouvoir être identifiés sans que l administrateur du réseau n ai besoin d obtenir une adresse de réseau. Il est possible que plusieurs équipements se voient attribué la même adresse IP. il est donc impossible pour des équipements de communiquer directement. Afin de communiquer il est nécessaire d utiliser un traducteur d adresse. Ceux-ci sont appelés NA (Network Address Translator) en IPv4 et NPT (Network Prefix Translator) en IPv6. Adresses spécifiques Broadcast : L adresse de broadcast ( ou ff02::1) qui permet l envoi d un paquet à toutes les entités appartenant au même réseau que l entité émettrice. L adresse de broadcast limitée à un réseau qui permet l envoi d un paquet à toutes les entités appartenant au réseau identifié ( /16). Multicast : Permet l envoi d un paquet à tous les membres d un groupe. Ces adresses sont prises dans les sous réseaux ( /4 pour IPv4 et ff00::/8 pour IPv6). Les adresses de broadcast en IPv6 sont des cas particuliers d adresses de multicast. Loopback : L adresse de loopback ( ou ::1) a pour but de pouvoir utiliser les applications utilisant l architecture TCP/IP en l absence d interface réelle. Unicast : Sont celles qui sont utilisées le plus couramment. En IPv4 elles sont formées de tout ce qui n est pas une adresses réservée. En IPv6 la taille des adresses a permis de se limiter au préfixe 2000::/3 sans créer pour le moment de pénurie. page 12

13 Format des paquets En IPv4. En IPv6. page 13