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1A. Giacometti - IUP GEII de Blois

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


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)


Plan : les réseaux locaux

• Réseaux locaux commutés½ Les ponts de base

½ Les commutateurs

½ Les réseaux locaux virtuels

• Routage et réseaux locaux½ Les différents types de routeurs

½ Le routage dynamique

½ Le routage de proximité

• Bilan : conception de réseaux locaux


Les réseaux locaux

• LAN : Local Area Network½ 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 technologies½ Ethernet, Token-ring, FDDI, etc.


Les réseaux locaux

• Equipements de base½ Les concentrateurs (hub)

½ Les ponts et commutateurs (switch)

• Usages principaux½ 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.


Les réseaux étendus

• WAN : Wide Area Network½ 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 technologies½ xDSL, RNIS, Frame Relay, ATM, Internet, etc.


Les réseaux étendus

• Equipements de base½ Les modems (analogiques ou numériques)

½ Les commutateurs WAN (Frame Relay ou ATM)

½ Les routeurs (Internet)

• Usages principaux½ 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)


Composants d’un LAN

• Equipements terminaux½ End Sysem (ES), Hôte (Host)½ Exemple : PC, MAC, serveurs, imprimantes, etc.

• Cartes ou adaptateurs réseaux½ Network Interface Card (NIC)

– Plaquette de circuits imprimés logée dans l'emplacementd'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



• Media ou support de transmission½ 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 supports½ 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


Un réseau simple

• Deux nœuds½ 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

Câble croisé en paires torsadées

PC1 PC2


Un réseau simple

• Deux nœuds½ Pourquoi un câble croisé en paires torsadées ?

– Sur une carte réseau, émission et réception des signaux sefont en général sur des broches et paires de fils différentes

– Un câble en paires torsadées comporte huit fils (quatre foisdeux paires) dont quatre pour l’émission et la réception

87654321 87654321



• Equipements d’interconnexion½ Répéteur

– Régénère et resynchronise les signaux reçus

– Pour leur permettre de voyager sur de plus longuesdistances dans le média

Répéteur



• Equipements d’interconnexion½ 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

A

B C

D

Un message émis par A est reçu par tous les autres ES (B, C et D)

Hub



• Equipements d’interconnexion½ Pont ou Bridge

– Filtre le trafic pour conserver le trafic local au niveau local

– Examine les adresses destination des messages émis

A1

B1

Pont

A2

B2

C1

Un message émis par A1 à destination de B1 est filtré par le pont

STOP



• Equipements d’interconnexion½ Pont ou Bridge

– Filtre le trafic pour conserver le trafic local au niveau local

– Examine les adresses destination des messages émis

A1

B1

Pont

A2

B2

C1

Un message émis par A1 à destination de B2 n’est pas filtré par le pont



• Equipements d’interconnexion½ Commutateur ou Switch = Pont multi-ports

– Comme un hub, constitue un point de connexion central

– Comme un pont, filtre le trafic pour l’acheminer uniquementvers son destinataire

Switch

Un message émis par A à destination de B est seulement transmis à BEn même temps, C peut transmettre un message à D

A

B C

D



• Equipements d’interconnexion½ Routeurs

– Permet au sein d’un LAN de mieux contrôler les fluxd’information (notamment les trames de « broadcast »)

– Permet de connecter entre eux des LAN distants ouun LAN à Internet

Switch

A

B C

RouteurInternet


Topologies physiques d’un LAN

• Architecture en étoile½ Le centre est généralement un hub ou switch

½ Autour du centre, sont disposés des équipementsterminaux

PC

Hub



• Architecture en étoile étendue½ Le centre principal est souvent un switch

½ Les centres secondaires sont des hubs ou switchs

PC

Hub

Switch



• Architecture en arbre d’étoiles

Switch principal

Switch secondaires

PC

Hub

Switch


Architecture type d’un LAN

Bâtiment A Bâtiment B

Etage 2

Etage 3

Etage 1

Etage 2

Etage 1


Mode de communication

• Première génération de LAN½ Transmission par diffusion (broadcast en anglais)

– Un message transmis par un équipement est reçu par tous les autreséquipements du même segment

Message Mà transmettre à D

Message M remis àson destinataire D

B≠D C≠D

M A D

A

B C

D

Concentrateur

Les trames reçues par B et C sontfiltrées au niveau de leur carte réseau

STOP STOP

D=DOK

Trameémise


Transmission par diffusion

• Avantages½ Simplicité du protocole de communication

½ Matériel d’ interconnexion (hub) peu complexe

½ Faibles coûts de fabrication

• Inconvénients½ 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



• Nouvelle génération de LAN½ Transmission par commutation (switching)

– Toute trame est acheminée vers son seul destinataire



M A D

A

B C

D

Commutateur

Les commutateurs acheminent la trameémise vers son seul destinataire

E

Commutateur


Transmission par commutation

• Avantages½ 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

• Inconvénients½ Matériel d’ interconnexion (switch) plus complexe

½ Coûts de fabrication plus élevés (dans un premier temps)



• Situation classique½ Cohabitation des modes par diffusion et commutation



M A D

A

B C

D

Commutateur

La trame est seulement acheminée pardiffusion vers D et E

E

Concentrateur

E≠D

STOP


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 connectiqueet du câblage


Modèle de référence OSI• Idée de base

½ Décomposer les fonctions réseaux à réaliser par un systèmeen modules appelés couches (layers)

– Exemple : des fonctions de cryptage et de détection d’ erreursde 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 solutionsdifférentes 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


Couches du modèle OSI

Nom de la couche Fonctionnalités principales Exemple de normesou protocoles

Application(couche 7)

Définition de services communs à denombreuses applications

Telnet, FTP (File TransferProtocol), NFS (NetworkFile System), etc.

Présentation(couche 6)

Définition de formats de données etsystèmes de cryptage

ASCII, JPEG, MPEG,DES (Data EncryptionStandard), etc.

Session(couche 5)

Gestion des communications entreapplications (à l’ alternat ou non),Appel de procédures à distance

RPC (Remote ProcedureControl)

Transport(couche 4)

Gestion des erreurs de transmission,Contrôle du flux de données,Multiplexage et concaténation

TCP (Transport ControlProtocol), UDP (UserDatagram Protocol), SPX(Sequence Packet Exchange)



Nom de la couche Fonctionnalités principales Exemple de normesou protocoles

Réseau(couche 3)

Adressage logique des unités réseaux,Choix des chemins à suivre pouracheminer les paquets de données

IP (Intenet Protocol),IPX (InternetworkPacket Exchange)

Liaison(couche 2)

Adressage MAC des NIC,Gestion de l’ accès au canal pour éviterles collisions, Gestion des erreursde transmission

802.3 (Ethernet), HDLC(High Data Link Control)

Physique(couche 1)

Transmission des bits de données,Définition des supports de transmissionet connecteurs

EIA/TIA-568 (qualitédes 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)



Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

Equipementsterminaux (PC)

Liaison

Physique

Ponts etCommutateurs

ATTENTION : seules les trois premières couchespeuvent être implantées dans les équipements d’interconnexion

Physique

Répéteurs etConcentrateurs

Réseau

Liaison

Physique

Routeurs


Couche transport

• Différentes classes de protocoles½ 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 intermédiairescongestionnés


Classes de protocoles

Type de service Gestion des erreurs de transmission Exemple de protocoles

Orienté connexion Présente TCP de niveau TransportX.25 de niveau RéseauLLC2 de niveau Liaison

Orienté connexion Absente Frame Relay de niveau LiaisonPPP de niveau Liaison

Datagramme Présente TFTP de niveau TransportPPP de niveau Liaison

Datagramme Absente UDP de niveau TransportIP de niveau Réseau

IP = Internet Protocol PPP = Point to Point ProtocolTCP = Transport Control Protocol ICMP = Internet Control Message ProtocolUDP = User Datagram Protocol TFTP = Trivial File Transfer ProtocolLLC = Logical Link Control


Gestion des erreurs de transmission

• Principes communs½ 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

Réseau10.000 octets à transmettreen plusieurs paquets

S=1

S=2

RR=3

1 et 2 bien reçus,tu peux émettre 3

Acquittement positif(Receive Ready)



• Rejet sélectif½ Seuls les paquets erronés sont retransmis

– Exemple : TCP de niveau transport (Transport Control Protocol)


S=1

S=2

SREJ=2

2 mal reçu, meretransmettre 2

S=3

S=2Acquittement négatif

(Selective Reject)



• Rejet non sélectif½ Tous les paquets sont retransmis à partir du premier erroné

– Exemple : LLC2 de niveau liaison (Logical Link Control type 2)


S=1

S=2

REJ=1

1 mal reçu,tout retransmettre

à partir de 1

S=1

S=2

Acquittementnégatif


Contrôle de flux

• Objectif défini½ 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 proposées½ 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


Contrôle de flux

• Par notification ascendante½ Exemple : LLC2 de niveau liaison

Réseau

S=1

S=2

RNR=3

STOP à 3,je suis saturé

S=3

Source Destination

RR=3

Reprendre à 3


Contrôle de flux

• Par fenêtre glissante½ Exemple : TCP de niveau transport

Réseau

S=1

S=2

Prêt àrecevoir 2

S=3

Source Destination

Avec une fenêtrede taille K=3

Blocage RR=2

Déblocage

S=4Blocage


Couche Réseau

• Fonctionnalité d’adressage½ 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) : 192.168.22.45

» Sous-réseau 192.168.22.0

» Hôte : 45

– Adressage IPX (Protocole NetWare) : 4a1d.0000.0c56.de33» Sous-réseau : 4a1d

» Hôte : 0000.0c56.de33

On parle de système d’adressage logique (adresse administrable)par oposition à physique (adresse en dure non modifiable)


Couche Réseau

• Fonctionnalité de routage½ Fonctionnalité de base des routeurs

– Quel chemin suivre pour atteindre tel destinataire ?

Groupe destination Interface de sortie Routeur suivant

Group-2 E1 R2

Group-3 S0 R4

Table de routage de R1

Group-1.Local-A

Group-2.Local-A

Group-3.Local-A

Group-2.Local-B

Group-1.Local-B

E0E1

S0

De 1.A vers 2.B

R1

R2 R3

R4WAN


Couche Liaison

• Fonctionnalité d’adressage½ 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 dansun 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)


Couche Liaison

• Contrôle d’accès au canal½ Pour éviter que tout le monde parle en même temps et

que personne ne s’ entende

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)

Ethernet

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

Token-ring


Couche Liaison• Gestion des erreurs de transmission

½ Selon les mêmes principes qu’ au niveau Transport

• Identification des données encapsulées½ Pour aiguiller les trames reçues vers la bonne couche Réseau

½ Plusieurs piles de protocoles peuvent exister au dessus d’ unemême couche Liaison

ServeurFTP

ServeurNovel

Liaison

Réseau IP IPX

Client PC

DonnéesLT IP LH Données LTIPXLH


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 : commenttransmettre 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 niveaun’est jamais directe, mais virtuelle

» Exceptée pour deux couches Physique


Processus d’encapsulation

Message : m

Message : M

Message : M

MH4

MH4H3

MH4H3H2 T2

MH4

MH4H3

MH4H3H2 T2

Message : m

Message : M

Message : M

Système A Système B

Support physique de communication

Couches Physique

Processusd’encapsulation

Processus dedésencapsulation

Couches Liaison

Couches Réseau

Couches Transport

Couches Session

Couches Présentation

Couches Application


Entre couches adjacentes• Pour utiliser un service

½ Une couche (N+1) doit connaître l’ interface standard offertpar la couche (N) sous-jacente

• Une interface d’un service (N) est définie par½ L’ensemble des primitives (ou fonctions)

– que la couche (N+1) peut appeler pour mettre en œuvre lesservices 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)


Entre couches distantes• Pour pouvoir communiquer

½ Des couches (N) de systèmes distants doivent déjà se mettred’ accord sur le format des données échangées

• Un protocole de niveau (N) spécifie½ 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


Modèle OSI versus TCP/IP

Application

Présentation

Session

Transport

Réseau

Liaison

Physique

ModèleOSI

IP / ARP / ICMP

Liaison

Physique

TCP / UDP

ModèleInternet

Application

TCP = Transport Control Protocol UDP = User Datagram ProtocolIP = Internet Protocol ARP = Adress Resolution ProtocolICMP = Internet Control Message Protocol


Trames, paquets et segments

• Schéma type d’encapsulation

Données Message

Données Segment TCP(L4 PDU ou TPDU)

TCP

Application

Transport

Données Paquet IP(L3 PDU ou NPDU)

TCPRéseau IP

Données Trame Ethernet(L2 PDU ou LPDU)

TCPLiaison IPLH LT

LH = Link HeaderLT = Link Trailer

Train de bits

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