Réseaux et Protocoles L3 Informatique UdS
Transcription
Réseaux et Protocoles L3 Informatique UdS
Réseaux et Protocoles 20/09/11 L3 Réseaux et Protocoles Jean-Jacques PANSIOT Professeur, Département d’informatique UdS Pansiot at unistra.fr TD/TP : Damien Roth 2011 Réseaux et Protocoles 1 Objectifs du cours Mécanismes de base des réseaux § principes : § Notion de protocoles § architectures de réseaux § Principales fonctionnalités nécessaires § Mécanismes et protocoles pour les réaliser § travaux pratiques : § mécanisme des sockets : interfaçage des logiciels avec le réseau § Implémentation de mécanismes (codage) § Expérimentation avec les protocoles de routage § Mini projet : réalisation d’un protocole 2011 Réseaux et Protocoles 2 Bibliographie § Guy Pujolle, Les réseaux, Eyrolles, édition 2008 (~1000 pages) § Andrew Tanenbaum, Réseaux, Pearson, 4ème édition 2003. § James Kurose et Keith Ross, Analyse structurée des réseaux, Pearson 2003 § Plus anciens § S. Keshav, An Engineering Approach to Computer Networking, Addison Wesley, 1997 § C. Macchi et J-F Guilbert, Téléinformatique, Dunod, 1983 § Christian Huitema, Le routage dans Internet, Eyrolles, 1995. 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 3 1 Réseaux et Protocoles 20/09/11 Chapitre 1 Introduction § 1. Historique et évolution des réseaux informatiques § 2. Classification des réseaux § 3. Protocoles et Normalisation § 4. Modèle OSI de l’ISO § 5. Modèle TCP/IP et Internet 2011 Réseaux et Protocoles 4 Qu’est-ce qu’un réseau ? § Collection de § Câbles, connecteurs, …. Transmission d’un signal d’un point à un autre § Equipements électroniques § Modem, commutateur, routeur, carte réseau § Logiciels pour les équipements réseaux § Ex : routage des paquets § Equipements des utilisateurs § Ordinateur, carte réseau § Logiciels systèmes § Interface programme <> système/réseau § Utilisable par des Applications § Transfert de fichiers, mail, web , … 2011 Réseaux et Protocoles 5 1. Historique et évolution des réseaux informatiques § 1.1. Historique § années 60 -70 Peu d’ordinateurs, peu puissants, très coûteux Liaisons bas débit (quelques kb/s), très coûteuses Technologies des différents constructeurs incompatibles Partage de l’ordinateur via des terminaux distants § Système « temps partagé » § réseau de terminaux (peu intelligents) § en étoile autour de l’ordinateur § Peu de communication entre ordinateurs § § § § 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 6 2 Réseaux et Protocoles 20/09/11 Historique, évolution des réseaux informatiques (suite) § Années 80 § § § § Ordinateurs plus nombreux et moins coûteux (PC) Technologies de transmission haut débit (Mb/s) Normalisation Réseaux locaux (ethernet : 1984), Internet § Années 90 § § § § § § Ordinateurs très peu coûteux, très nombreux Apparition du web Réseaux à intégration de service (ATM) Convergence téléphone, données, vidéo Débits > 100 Mb/s réseaux cellulaires GSM 2011 Réseaux et Protocoles 7 Historique, évolution des réseaux informatiques (suite) § Fin années 90 => maintenant § très haut débit > Gb/s § Réseaux d’accès haut débit ADSL (et câble) § Réseaux sans fil (Wifi) § Tout sur IP (Triple Play) § Télévision, internet, téléphone § Tout connecté (mobiles, capteurs, …) 2011 Réseaux et Protocoles 8 2 Classification des réseaux § Objectifs des réseaux : § Transporter des informations § Deux axes d’évolution orthogonaux § Qualité des communications § § § § Fiabilité Débit Disponibilité Sécurité, … § Réduction des coûts § Partage des ressources entre utilisateurs § Partage des ressources entre types d’usages § Simplicité 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 9 3 Réseaux et Protocoles 20/09/11 2.1. Classification par étendue § réseaux locaux ou LAN (Local Area Network) § Poste de travail § Propriétaire unique § Techno peu coûteuses § réseaux métropolitains ou MAN (Metropolitan Area Network) § Interconnexion de LAN haut débit § réseaux longue distance ou WAN (Wide Area Network) § Infrastructure coûteuse partagée § et même PAN (Personal Area Network) § Convergence des débits disponibles 2011 Réseaux et Protocoles 10 2.2. Classification par Topologie étoile arbre bus 2011 anneau maillé Réseaux et Protocoles 11 2.3. Classification par Commutation § 2.3.1. Commutation de circuits § ouverture et fermeture de connexion § circuit réservé pendant la connexion § ex : Réseau Téléphonique Commuté § toutes les données suivent le même chemin § délai d’établissement du circuit § Faible temps de traversée des données § gaspillage des ressources si communications à débit variable 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 12 4 Réseaux et Protocoles 20/09/11 2.3. Commutation (suite) § 2.3.2. Commutation de messages § messages de taille quelconque § pas de connexion entre émetteur et récepteur § Pas besoin d’être connecté au réseau simultanément § le message (ex: fichier) progresse de proche en proche § ex : colis à la poste § stockage des messages dans les mémoires des commutateurs § délais § système inefficace pour des données de très grande taille § Quoique … § Utilisé par la messagerie, SMS, … 2011 Réseaux et Protocoles 13 2.3. Commutation (suite) § 2.3.3. Commutation de paquets § Données découpées en paquets de taille limitée § Pas de connexion entre émetteur et récepteur § ex : IP ou ethernet § Stockage temporaire des paquets en mémoire dans les commutateurs (délais) § Partage facile § Multiplexage de nombreuses communications § Système souple adapté au trafic à débit variable (interactif) 2011 Réseaux et Protocoles 14 2.3. Commutation (suite) § 2.3.4 Commutation de paquets, mode circuit virtuel § émulation de circuit : circuit virtuel (CV) § Commutation d’un paquet en fonction de : § son numéro de circuit virtuel § sa ligne d’entrée § phases d’ouverture et de fermeture de connexion § délais § tous les paquets d’un CV suivent le même chemin § séquencement des paquets : § possibilité de mise en œuvre de mécanismes de contrôle d’erreur ou de flux (ex X.25) § Possibilité de garanties de délai, débit 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 15 5 Réseaux et Protocoles 20/09/11 2.3. Commutation (suite) § 2.3.5 Commutation de paquets en mode datagramme § phase de transfert des données sans connexion § paquets acheminés indépendamment § pas de séquencement des paquets : § pas de garantie de remise fiable des données (« best effort ») § rapidité, simplicité § Ex : réseaux IP (Internet) réseaux locaux ethernet § 2.3.6 Convergence : § commutation de labels (MPLS) 2011 Réseaux et Protocoles 16 3. Protocoles et normalisation § 3.1. Protocoles § Problèmes posés dans la communication entre équipements distants : § moyens de transmission non fiables § pas de mémoire commune § événements inattendus (pannes, erreurs, …) § hétérogénéité des matériels, des logiciels, des données § Nécessité de partager des ressources 2011 Réseaux et Protocoles 17 3.1. Protocoles § Procédure de communication : § ensemble de règles d’émission et de réception des messages § structurer l’information : différencier les données utiles des données de contrôle (entête) § superviser la liaison : connexion/déconnexion, contrôle d’erreurs, etc. § Décrit par un « automate » § Protocole : § spécification d’un couple de procédures : § non nécessairement identiques § appelant/appelé § client/serveur § assurant un service entre deux ou plusieurs extrémités 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 18 6 Réseaux et Protocoles 20/09/11 3.2. Organismes de normalisation § Objectifs : § Spécifications des produits : qualité § Conformité à la norme § Interopérabilité entre fournisseurs § Pour communiquer il faut être au moins 2 § Organismes § Internationaux officiels (ISO, ITU) § Nationaux (ANSI, AFNOR) § Consortium/associations IEEE, W3C, … § IAB (Internet) 2011 Réseaux et Protocoles 19 4. Modèle OSI de l’ISO § 4.1 Objectif : § dégager les principales fonctions liées à la communication § les hiérarchiser en couches § principe d’abstraction § couche, service, protocole § Analogie avec : § « types abstraits » § concepts de la programmation par objets 2011 Réseaux et Protocoles 20 4.2 Exemple : achat à distance § Commande-paiement § => service expédition § emballage/étiquetage (« encapsulation ») § => entreprise de transport § étiquetage transporteur, groupage / routage § => véhicule de transport ( N fois) § transport au prochain entrepôt / manutention § => client : avis de livraison § facturation livraison § accusé de réception 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 21 7 Réseaux et Protocoles 20/09/11 fournisseur transport client service de bout en bout livraison transport manutention manutention manutention manutention physique physique physique physique extrémité 1 véhicule 1 entrepôt 1 véhicule 2 entrepôt 2 véhicule 3 extrémité 2 2011 Réseaux et Protocoles 22 Quelques analogies avec les réseaux § Indépendance : § Le vendeur peut changer de transporteur § Le transporteur peut transporter des produits différents § Adaptation : une commande peut être livrée en plusieurs colis § Adressage, niveaux d’adresses § Utilisateur final (adresse de livraison, de facturation) § Prochain entrepôt § Différence entre § Bout en bout § Proche en proche § Fiabilité § Accusé de réception, bons de livraison, … 2011 Réseaux et Protocoles 23 4.3. Modèle en couches OSI OSI : Open System Interconnection 7 couches définies par l’ISO : § couche physique : § transformation de bits en signaux (électriques, lumineux, radio) codage-modulation § couche liaison de données : § support physique vu comme une ligne logique « exempte d’erreurs » § délimitation des trames de données § mécanismes de contrôle d’erreur, de flux, § contrôle d’accès si support partagé (LAN) 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 24 8 Réseaux et Protocoles 20/09/11 Application Application présentation présentation session session transport transport réseau (A) réseau réseau réseau (B) liaison liaison liaison liaison physique physique physique physique extrémité 1 lien 1 routeur 1 2011 lien 2 routeur 2 lien 3 extrémité 2 Réseaux et Protocoles 25 4.3. Modèle OSI (suite) § couche réseau § adressage § routage des paquets sur le réseau entre les sites émetteur et récepteur § mise à jour des tables de routage § contrôle de congestion § couche transport § supervision de l’échange de données entre utilisateurs (de bout en bout) § réseau vu comme un canal point à point, « exempt d’erreurs » 2011 Réseaux et Protocoles 26 4.3. Modèle OSI (suite) § couche session § établissement d’une session et synchronisation du dialogue entre émetteur et récepteur § couche présentation § homogénéisation de la syntaxe de représentation des données (matériels et logiciels hétérogènes) § couche application § gestion des aspects des applications utilisatrices qui sont relatifs à la communication à distance § ex : transfert de fichiers, courrier, web, etc. 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 27 9 Réseaux et Protocoles 20/09/11 4.4. Concepts fondamentaux § modèle à trois niveaux § entité (N) : élément actif de la couche (N) § Triptyque de la couche (N) : § deux entités (N) paires fournissent un service (N) aux entités (N+1), par l’intermédiaire des adresses (N) § pour fournir le service (N), les entités (N) dialoguent en réalisant un protocole (N) § Échange de N-PDU (Protocol Data Unit) § pour réaliser le protocole (N), les entités (N) utilisent le service (N-1), § par l’intermédiaire des adresses (N-1) § Par des primitives de service N-SDU (Service Data Unit) 2011 Réseaux et Protocoles 28 4.4. Concepts fondamentaux § protocole (N) : § ensemble de règles d’échange entre deux entités (N) § échanges « horizontaux » de N-PDU § service (N) : § ensemble de primitives (requêtes, indications) véhiculées entre les couches § échanges « verticaux » de SDU § illustration des échanges et de l’encapsulation 2011 Réseaux et Protocoles 29 Protocoles et services Requête(a) Service N Service N N-SDU Envoi de n(a) Construction N-PDU n(a) Protocole N N-PDU Requête(n(a)) Service N-1 Envoi de m(n(a)) Construction N-1-PDU m(n(a)) 2011 L3 Informatique UdS Indication(a) Entité N Indication(n(a)) Service N-1 Protocole N-1 Réseaux et Protocoles 30 10 Réseaux et Protocoles 20/09/11 5. Modèle TCP/IP Internet § Principes § indépendance des réseaux sous-jacents § connectivité universelle, résistance aux pannes § protocoles d’application standard § Origine : ARPANET de DARPA (milieu 70) § Pile (= empilement de protocoles) TCP/IP : (début 80) § IP (Internet Protocol) : § niveau Réseau, mode datagramme § très efficace (simplicité) 2011 Réseaux et Protocoles 31 5.2. Historique et principes (suite) § TCP (Transmission Control Protocol) : § niveau Transport § mode connecté, fiable § UDP (User Datagram Protocol) : § niveau Transport § mode datagramme, plus rapide (non fiable) § UNIX BSD 4.2 (Berkeley) intégrait : § la pile des protocoles TCP/IP § interface sockets (paradigme client-serveur) § protocoles d’application standard (mail, ftp, rlogin...) § Repéré par port et protocole : § (ex : ftp 21/tcp, tftp 69/udp) 2011 Réseaux et Protocoles 32 5.2. Historique et principes (suite) § NSFNET (successeur d’ARPANET) : 1985 § France : § FNET (1983) : connexion vers Internet (CNAM) § CNAM, INRIA, IRCAM (1984): connexion aux USA via Amsterdam, par liaison téléphonique, puis X.25 § INRIA (1988) : 1er paquet IP arrive directement par liaison satellite entre Nice-Sophia et Princeton § Strasbourg : Osiris connecté en 1989 via INRIA § RENATER (1992) : créé par le CEA, CNES, CNRS, INRIA, EDF, Ministère éducation nationale § s’ouvre aux industriels en 1995 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 33 11 Réseaux et Protocoles 20/09/11 5.2. Historique et principes (suite) § en 1995 Internet comporte : § 50 000 réseaux, 4 millions d’ordinateurs, 100 pays § en 2011 Internet comporte : § +900 millions d’ordinateurs (?) § la croissance d’Internet pose des problèmes d’échelle : § manque d’adresses IPv4 § migration vers IPv6 : § Très grand espace d’adressage § Sécurité, mobilité, autoconfiguration 2011 Réseaux et Protocoles 34 Nombre de machines sur internet (source internet systems consortium www.isc.org) 2011 Réseaux et Protocoles 35 5.3. Normalisation d’Internet § IAB (Internet Architecture Board) créé en 1983 § IRTF et IETF (Internet Research/Engineering Task Force) en 1989 § Internet draft § RFC, { Proposed / Draft / Internet } Standard § http://www.ietf.org/ 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 36 12 Réseaux et Protocoles 20/09/11 6. Comparaison entre architectures OSI et TCP/IP § Nombre de couches (Osi : 7, IP : ?) § OSI : toutes les couches sont normalisées § IP : pas de normalisation (par l’Ietf) des § Couches inférieures à IP (IP sur tout) § Couches supérieures (modèle ALF) sauf cas particuliers § IP : nb de couches variable § IP dans IP … § IP : normes gratuitement disponibles http://www.ietf.org/ 2011 L3 Informatique UdS Réseaux et Protocoles 37 13