EC réseaux - Laboratoire d`Informatique de Paris 6

Université Paris X Nanterre
Master Miage
Première année
EC réseaux
Emmanuel Hyon
*Les transparents de cette EC sont établis à partir de
http://occawlonline.pearsoned.com/bookbind/pubbooks/kurose-ross1/
E. HYON
2007-2008
Bibliographie
2
F. Kurose and K. W. Ross, Analyse Structurée des
réseaux Des applications de l’internet aux infrastructures
de communication (2e edition), Pearson Education, 2003
 L. L. Peterson and B. S. Davie, Réseaux d'ordinateurs,
une approche orientée système, Morgan Kaufmann
Publishers, traduit chez Vuibert (1998), 1996
 W. Stallings, Data and Computer Communications - 4th
Edition, MacMillan Publishing Company, 1994
 W. R. Stevens, TCP/IP Illustré, Les protocoles - Volume
1, Addison Welsey, 1994
 A. S. Tanenbaum, Réseaux, 4e Edition, Pearson, 2004
 J.
E. HYON
3
2007-2008
Plan du cours
Approche « Descendante »: Des applications réseau
au médium de transmission.





1
2
3
4
5
Introduction
Applications
Transport
Réseau (Routage et acheminement)
Relation avec le médium physique
Introduction aux
réseaux
E. HYON
2007-2008
Internet : vue « matérielle »
5
« approche concrète »

hosts, end-systems
(terminaux) : Millions de
périphériques connectés

PC, serveurs, PDA, téléphones,
…
routeur
serveur

ISP régional
Liens de communication

mobile
ISP (FAI) local
faisant tourner des
applications réseau

Station de travail
Fibre, cuivre, radio, satellite
Routeurs: acheminent les
données à travers le réseau
Réseau
d’entreprise
E. HYON
2007-2008
Internet : vue « services »
« approche fonctionnelle »
6
Quelles fonctionnalités fournit un réseau ?

Connexion à des terminaux pour accéder à des applications
réparties

Services de transmission des données

=> Besoins de nouveau services = Evolutions de Internet
E. HYON
2007-2008
Internet : une définition
Internet = un réseau de
réseaux
 Un réseau virtuel fondé sur
un ensemble de réseaux
physiques isolés reliés entre
eux par des routeurs
 Protocoles : contrôlent
l’émission et la réception de
messages



routeur
Réseau 1
Réseau 2
Ex: TCP, IP, HTTP, FTP, PPP
Standards Internet


7
RFC: Request for comments
IETF: Internet Engineering
Task Force
Réseau 3
E. HYON
8
2007-2008
Analyse de la structure du réseau
 Le
bord du réseau
(network edge)

 Le
Applications et hosts
cœur du réseau
(network core)


Routeurs
Réseau de réseaux
 Réseaux
d’accès,
supports physiques

Liens de communication
E. HYON
2007-2008

Le bord du réseau (Network Edge)
Les end systems (terminaux)




9
Font tourner les applications
Par ex : WWW, email
Au “bord du réseau”
applications organisées en

client/serveur
Le client émet des requêtes et
reçoit les services fournis par le
serveur
 Par ex : navigateur IE : client
permettant d’interroger un serveur


pair à pair
Flots de communication
unidirectionnels entre processus
voisins
 Par ex : Gnutella, FreeNet

E. HYON
10
2007-2008
Le cœur du réseau (Network Core)
 Ensemble
de routeurs
interconnectés (Routage)
 Comment
les données sontelles acheminées à travers
le réseau ?
 Tout
d’abord : Comment les
données sont-elles
acheminées sur un lien de
communication ?
Notions de transmission de données
E. HYON
2007-2008
Supports de transmission :
support guidé
Paires torsadées


Fils téléphoniques
Deux fils de cuivre isolés
entrelacés en torsade


Catégorie 3 tel 5 (1Gbps)
ethernet
Analogique ou numérique
Câble fibre optique



Câble coaxial
de cuivre central (âme,
porteur du signal) isolé, dans
un blindage métallique tressé
Analogique ou numérique
Usage courant dans Ethernet
10Mbs
Fil
Fibre (verre/plastique)
transport impulsions
lumineuses (numérique)
Haute vitesse


Ethernet 100Mbps
Transmission point-àpoint :10 Gbps (500m)
Faible taux d’erreur
11
E. HYON
12
2007-2008
Une taxonomie des réseaux
Réseaux de télécommunication
Réseaux à
commutation de
circuit
FDM
TDM
Réseaux à
commutation de
paquets
Réseaux
à CV
Réseaux à
datagramme
E. HYON
13
2007-2008
Commutation de circuit
Réservation de bout-enbout de ressources pour
une communication



Ressources réservées =>
ressources dédiées
Nécessité de réserver les
ressources avant
d’acheminer les info =>
Établissement d’appel
Performance garantie (délai)
Ex : Le téléphone
Comment partager ?
E. HYON
14
2007-2008
Commutation de paquets
10 Mbs
Ethernet
A
B
1,5 Mbs
File des paquets
en attente d’un
lien de sortie
D
Commutateur de
paquet (routeur)
(packet switch)
C
Multiplexage statistique
45 Mbs
E
Soit L la taille du paquet émis par A
Soit Q le nb de liens entre A et son destinataire
Soit R le débit de chaque lien
Hypo : tps d’attente et tps de propagation nuls
Quel est le temps total d’émission du paquet ?
E. HYON
2007-2008
15
Commutation de paquets
Chaque flux de données
entre deux hosts est
divisé en paquets
 Les paquets des appli.
A et B partagent les
ressources
 Chaque paquet occupe
toute la BP
 Les ressources sont
utilisées quand
nécessaire

Rester dans les capacités des
ressources :
 Les demandes cumulées
de ressources peuvent
excéder le montant dispo
 Congestion : file de paquets
en attente d’utilisation d’un
lien
 Store and forward : les
paquets font un saut (hope) à
la fois



Transmission sur le lien
Attend son tour sur le prochain
lien => stockage en tampon
(buffer)
E. HYON
2007-2008
Commutation de paquets vs
Commutation de circuit
16
Analogie avec le restaurant (sans/avec réservation)
Pour les données par rafales (bursty) La comm
utatio
p
a
q
n
u
 Partage de ressources
“meillets est-el de
le
eure”
  Pas d’établissement d’appel
?
Congestion excessive : retard et perte de paquets
 Nécessité d’avoir des protocoles pour fiabiliser le
 transfert de données et contrôler la congestion
Traitement des flux avec besoins de BP garantie ou
avec délais (Temps réel)
  Applications audio/vidéo
E. HYON
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2007-2008
Commutation de messages
 Message
: suite d'informations formant logiquement
un tout pour l'expéditeur et le destinataire

Exemple : un fichier, une commande Shell (ls, pwd, …)
 Envoi
indépendant des messages les uns des autres
 Store and forward


S’assurer de la bonne réception du message avant de le
propager à son tour => pas de propagation de messages
erronés
Chaque commutateur traversé
 Stocke
les messages reçus dans des files d'attente
 Commute les messages vers le port de sortie approprié pour
atteindre le destinataire final
E. HYON
2007-2008
Commutation de messages versus
Commutation de paquets
18
message
 Grande taille => difficulté de stockage
 Pas de parallélisme
 Reprise sur Erreur et plus de chances d’avoir une erreur
 Pas de découpage/réassemblage
paquet
 Découper à l’émission et réassembler à la réception
 Petite taille => plus facile à stocker
 Parallélisation
E. HYON
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2007-2008
Un exemple
Envoi d’un fichier de x bits
 Découpage du fichier en
P paquets de L bits



Ex : L=1500 bits
Store & Forward : Le switch
attend que le paquet soit
entièrement arrivé (stockage
complet) avant de le
réacheminer
Q: Qu’est-ce que cela
change par rapport à
envoyer un message sans
découpage ?
Hypothèses :
X = 7,5Mbits
L = 1500 bits => P = 5000
R = 1,5Mb/sec
tps d’émission d’un paquet = 1ms
E. HYON
20
2007-2008
Structure d’Internet : réseau de réseaux
Hiérarchique
 national/international
backbone providers (NBPs)




regional ISPs


Ex USA : BBN/GTE, Sprint,
AT&T, IBM, UUNet
Interconnexion directe privée
pair-à-pair , ou à un point
d’accès public (Network
Access Point - NAPs)
regional ISP
NBP B
NAP
NAP
NBP A
Connectés aux NBPs
local ISP, company

local
ISP
Connectés aux regional ISPs
regional ISP
local
ISP
E. HYON
2007-2008
Exemple de Renater
21
 Voir
http://www.renater.fr
 Questions :



Nom du NBP de Renater ?
Débit(s) du NBP ?
Comment un réseau régional est-il raccordé au NBP ?
 Quels
sont les noms des réseaux régionaux ? Celui de l’IdF ?
 Combien y a-t-il de points d’accès au NBP en IdF et où sont-ils ?

À quelle boucle Paris X est-elle raccordée ?
 Les

NAP en France
http://www.eurogix.org/fr/internet/listegix.php
E. HYON
2007-2008
22
E. HYON
23
2007-2008
Traceroute
 Connaître
la route empruntée par un paquet dans un
réseau à datagramme
 http://www.dnsstuff.com




ftp.lip6.fr
www.u-paris10.fr
loria.loria.fr
Eniac.seas.upenn.edu
 Sous
Windows XP -> Executer une commande
-> tracert nomserveur
 Sous Linux : traceroute nomserveur
E. HYON
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2007-2008
Réseaux d’accès
 Liens
physiques qui connectent un système terminal à
son routeur de bord (edge router), i.e., le 1er
routeur sur le chemin entre deux end systèmes
 Réseaux d’accès résidentiels

Relient un système terminal domestique à un réseau
 Exemple
 Réseaux

d’accès institutionnels
Relient un système terminal d’une organisation à un réseau
 Réseaux

: ordi-modem-réseau téléphonique-réseau ISP
d’accès mobiles
Relient un système terminal mobile à un réseau
E. HYON
2007-2008


56Kbits/sec : accès direct à
un routeur d’un ISP
Conversion numériqueanalogique côté abonné et
analogique-numérique côté ISP
Numéris (RNIS)



Accès résidentiel : point à point
Modem et ligne téléphonique


25
128Kbits/sec
Tout numérique
ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)



Jusqu’à 1Mb/sec abonné-ISP : f(distance, interférence électrique)
Jusqu’à 18Mb/sec ISP-abonné (ADSL2+)
FDM : 3 sous-bandes (1 pour le flux montant, 1 pour le
descendant, 1 pour le téléf’)
E. HYON
2007-2008

Accès institutionnel : LAN
26
Le réseau local (Local Area
Network - LAN) connecte
les sytèmes terminaux d’une
Entreprise, université à un
routeur de bord

Portée géographique limitée (un
site, un campus)
Plusieurs technologies de LAN
 Ethernet : la plus répandue actuellement




10mb/sec, 100Mb/sec, 1Gb/sec
Réseau de diffusion => débit partagé entre les machines connectées au
LAN
Migration de la techno « Ethernet à diffusion » vers celle de
«
commutation Ethernet »
 Accès
dédié (au sens : pas de partage de la BP)
E. HYON
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2007-2008
Réseaux d’accès sans fil
Un réseau d’accès sans fil
connecte un système
terminal à un routeur
 LANs sans fil (WLAN)



Ondes radio remplacent le
câble
IEEE 802.11 (WiFi)
 Ex



: Lucent Wavelan 11 Mbps
Routeur
Station de
base
Bluetooth
WIMAX
Accès sans fil large échelle


CDPD : Cellular Digital Packet
Data
Accès sans fil à un routeur
ISP via un réseau cellulaire
(GSM)
Portables
E. HYON
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2007-2008
Réseau domestique
Éléments d’un réseau domestique type
 Modem ADSL ou câble
 routeur/firewall
 Ethernet
 Borne WLAN
de/vers
l’extérieur
portables
modem
routeur/
firewall
Ethernet
(switched)
Borne WLAN
E. HYON
Qui fait quoi ?
2007-2008
29
 IETF (Internet Engineering Task Force) http://www.ietf.org/


Travaux d’ingénierie
Documents techniques (RFC) : approbation standards IESG
 IANA (Internet Assigned Numbers Authority) http://www.iana.org/

Assignation d’identifiants uniques (ressources réseau)
 adresses
IP, domaines de 1er niveau, objets SNMP
 numéros de protocoles, numéros de ports (entre 1 et 1023)
 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
http://www.icann.org/




Allocation de blocs de numéros IP
Exploitation des serveurs autorités de la racine du DNS
Délègue aux Regional Internet Registries l’assignation
d’adresses
Délègue aux Network Information Center(s) la gestion des
domaines de premier niveau («.com», «.org», «.net»)
E. HYON
30
2007-2008
Introduction à l’Architecture réseau
Les réseaux sont
complexes !
 Bcp d’éléments :
 Hosts
 Routeurs
 Liens de
transmission à
supports variés
 Applications
 Protocoles
 Matériels, logiciels
Question :
Y a-t-il moyen d’organiser la
structure d’un réseau ?
Ou au moins les discussions
sur les réseaux ?
E. HYON
31
2007-2008
Organisation d’un voyage aérien
billet (achat)
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
 Une
plan de route
série d’étapes
plan de route
E. HYON
2007-2008
32
Organisation d’un voyage aérien
Autre prise de vue
billet (achat)
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
plan de route
plan de route
Couche : chaque couche réalise un service
 via ses propres actions internes
 en s’appuyant sur les services fournis par la
couche inférieure
E. HYON
33
2007-2008
Les services du transport aérien
Acheminement de personnes + bagages comptoir à comptoir
Livraison de bagages de tapis à tapis
Transfert de personnes : de porte embarquement à débarquement
Acheminement d’avion de piste à piste
Routage d’avions de source à destination
Aéroport de départ
34
Implantation répartie de la
fonctionnalité d’une couche
billet (achat)
billet (réclamation)
bagage (vérification)
bagage (récupération)
porte (embarquement)
porte (débarquement)
décollage
atterrissage
plan de route
plan de route
sites intermédiaires de trafic aérien
plan de route
plan de route
plan de route
Aéroprot d’arrivé
E. HYON
2007-2008
E. HYON
35
2007-2008
Pourquoi les couches ?
Traitement de systèmes complexes
Structure explicite permettant l’identification, et le
mise en relation des éléments d’un système complexe
 Modèle de référence en couches pour la
discussion
 Modularité = facilité de maintenance, de MAJ du
système
 Changer l’implantation du service d’une couche :
transparent au reste du système

 Ex
: changer la procédure d’embarquement à une porte
n’affecte pas le reste du système (ex : livraison des
bagages)
=> architecture des protocoles réseau en couches
E. HYON
36
2007-2008
Le modèle OSI
 1978
: ISO (International Standardization
Organization) répond au problème d'interconnexion
des systèmes hétérogènes

Définition d'un langage commun au monde des
télécommunications et des réseaux
 1983



: Modèle de référence OSI
Open System Interconnection
Modèle abstrait : terminologie et fonctionnalités
Règles formelles pour les échanges entre systèmes
 Système

ouvert
Communication avec des équipements de type différents
mais conformes aux normes OSI
E. HYON
37
2007-2008
Modèle OSI
E. HYON
38
2007-2008
Protocole : une analogie et une définition
Analogie humaine
 Ensemble de règles établies
définissant le déroulement
d’un dialogue 

Définition du format et de
l’ordre des msg échangées
entre entités communicantes
et des actions effectuées
suite à l’émission (ou la
réception) d’un msg
E. HYON
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2007-2008
Protocole, service et couche
 Structuration
en couches des fonctionnalités réseau
réalisées par les équipements

Couches adjacentes - couches homologues
 Service
: relation entre couches adjacentes
 Protocole : relation entre couches homologues
Système A
couche (N)
couche (N­1)
Système B
entité
protocole (N)
Support de Communication
N
E. HYON
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2007-2008
Protocole
 Protocole
= relation entre couches homologues de
systèmes différents
 Implantation répartie dans les équipements réseau
(matériel)
 Un protocole appartient à une couche


PDU (Protocol Data Unit) : messages définis par un
protocole et échangés entre entités réseau
n-PDU : PDU d’ (un protocole appartenant à) une couche n
 Un
protocole de couche n définit le contenu, le format et la façon
d’échanger des n-PDU
 Plusieurs
protocoles coexistent dans un équipement :
pile de protocoles
E. HYON
41
2007-2008
Service : fournisseur, utilisateur
 Service
= relation entre couches adjacentes d'un
même système Système A
Système B
couche (N)
couche (N­1)



protocole (N)
entité
N
La couche (N-1) offre des services à la couche (N) :
fournisseur
La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) :
utilisateur
La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) pour
fournir les services (N) à la couche (N+1)
E. HYON
42
2007-2008
Primitives de service
Couche (N+1)
Protocole (N)
Couche (N)
Entité (N)
➊demande
Entité (N)
➌ réponse
➍ confirmation
➋indication
Couche (N-1)
➊ demande (request) : activation d'un service (N-1)
➋ indication : indication d'activation d'un service à
l'autre extrémité
➌ réponse à une indication
➍ confirmation d'exécution d'un service demandé
E. HYON
43
2007-2008
Un exemple
E. HYON
44
2007-2008
Un exemple
E. HYON
45
2007-2008
Pile de protocoles Internet (modèle DoD)

Application: support des applications
réseau


Transport: transfert de données de
bout en bout (host-host)


ip, protocoles de routage
Liaison: transfert de données entre
éléments voisins (1 seul lien)


tcp, udp
Réseau: routage de datagramme de
source à destination


ftp, smtp, http
ppp, ethernet
Physique: bits “sur le fil”
application
transport
network
link
physical
Message
Segment
Datagramme
Trame
bit
E. HYON
46
2007-2008
Modèle en couche : communication logique
Chaque couche
 Est répartie
 Contient des
“entités” qui
implémentent
les fonctions de la
couche dans
chaque nœud
 Les entités
exécutent les
actions,
échangent les
messages avec les
homologues
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
E. HYON
47
2007-2008
Modèle en couche : communication logique





Exemple : transport
Prend les données
de l’application
(APDU)
Ajoute son entête
pour former une
TDPU et
l’envoie à son
homologue (i.e., la
transmet avec l’@
du destinataire à
la couche réseau)
Attend un accusé de
réception de son
homologue
Analogie: la poste
data
application
transport
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
ack
data
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
transport
network
link
physical
E. HYON
48
2007-2008
Modèle en couche : communication physique
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
network
link
physical
data
application
transport
network
link
physical
application
transport
network
link
physical
E. HYON
49
2007-2008
Les couches et les PDU :
Encapsulation des PDU
À l’émission, chaque couche (N)
 Prend les PDU de la couche supérieure (N+1) :
(N+1)PDU
 Ajoute ses info (entête) pour créer une (N)PDU
 Passe sa (N)PDU à la couche inférieure (N-1)
À la réception, stricte réciproque
source
data
Ha M
Ht Ha
M
Hn Ht Ha
M
Hl Hn Ht Ha
M
application
transport
network
link
physical
destination
data
Ha
application
transport
Ht Ha
network
Hn Ht Ha
link
Hl Hn Ht Ha
physical
M
message
M
segment
M
M
datagramme
trame
E. HYON
50
2007-2008
Auto-évaluation : vrai ou faux ?
 Dans
un réseau à commutation de paquets par CV,
un routeur maintient des informations sur l’état de
chaque connexion qui passe par lui
 Avant d’envoyer un paquet dans un réseau à
datagramme, la source doit déterminer tous les liens
que le paquet empruntera entre source et
destinataire
 Les couches 4 et 5 de la pile Internet sont
implantées dans les systèmes terminaux (hosts) mais
pas dans les routeurs du cœur de réseau
 Internet fournit aux appli deux types de service :
FDM et TDM
E. HYON
2007-2008
51
Auto-évaluation : vrai ou faux ? (suite)
 La
bande passante ADSL est partagée
 Avec ADSL, chaque abonné dispose de plus de BP
pour ses flux descendants que pour ses montants
 Ethernet est une technologie d’accès résidentiel à
Internet très répandue
 Les paires torsadées constituent un support qui est
de moins en moins utilisé dans les réseaux
d’ordinateurs