notion de base

1

Partie 2 : Notions de base

Olivier GLCK Universit LYON 1 / Dpartement Informatique

[email protected] http://www710.univ-lyon1.fr/~ogluck

Olivier Glck Licence Informatique UCBL - Module LIF8 : Rseaux 2

Copyright

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Remerciements

Certains transparents sont bass sur des supports de cours de : Danile DROMARD (PARIS 6) Andrzej DUDA (INP Grenoble/ENSIMAG) Shivkumar KALYANARAMAN (RPI/ECSE) Alain MILLE (LYON 1) CongDuc PHAM (LYON 1) Michel RIVEILL (Universit de Nice/ESSI) lInstitut National des Tlcommunications (INT)

Des figures sont issues des livres cits en bibliographie


Bibliographie

Rseaux , 4ime dition, Andrew Tanenbaum, Pearson Education, ISBN 2-7440-7001-7

Rseaux et Tlcoms , Claude Servin, Dunod, ISBN 2-10-007986-7

Analyse structure des rseaux , 2ime dition, J. Kurose et K. Ross, Pearson Education, ISBN 2-7440-7000-9

TCP/IP Illustrated Volume 1, The Protocols , W. R. Stevens, Addison Wesley, ISBN 0-201-63346-9

TCP/IP, Architecture, protocoles, applications , 4ime dition, D. Comer, Dunod, ISBN 2-10-008181-0

An Engineering Approach to Computer Networking , Addison-Wesley, ISBN 0-201-63442-6


Bibliographie

Internet http://www.guill.net/

http://www.courseforge.org/courses/

http://www.commentcamarche.net/ccmdoc/

http://www.protocols.com/

http://dir.yahoo.com/Computers_and_Internet/

http://www.rfc-editor.org/ (documents normatifs dans TCP/IP)


Plan de la partie 2

Quelques lments sur la transmission de linformation Linformation et sa reprsentation Les techniques de transmission Modlisation dun canal de transmission Les supports de transmission Les modes de transmission Les diffrentes topologies

Les architectures protocolaires Architecture en couches et encapsulation Le modle de rfrence (OSI) Le modle TCP/IP

2

Quelques lments sur la transmission de linformation

Linformation et sa reprsentation Les techniques de transmission Modlisation dun canal de transmission Les supports de transmission Les modes de transmission Les diffrentes topologies


Deux types dinformation

Donnes continues donnes continues rsultant de la variation continue

dun phnomne physique (voix, temprature, image, lumire, )

infinits de valeurs dans un intervalle born un capteur fournit une tension lectrique

proportionnelle lamplitude du phnomne

Donnes discrtes suite discontinue de valeurs dnombrables un texte est une association de mots eux-mmes

composs de lettres (symboles lmentaires)


Traitement informatique

Il faut associer une valeur binaire chaque lment dinformation numrisation de linformation pour

des donnes continues (chantillonnage)

codage de linformation pour des donnes discrtes (code Baudot, code ASCII, )

1000001AB

C 1000011

1000010

symboles coder

mots code

Codage


Du binaire la transmission (1)

Transmission en bande de base les bits sont directement reprsents par des valeurs

de tensions simplicit du codage mais distances limites

quelques kilomtres (bande passante, rapidit de modulation, rapport signal/bruit du canal)

occupe toute la bande passante (pas de multiplexage) code NRZ, code Manchester, code Miller,

Codeur Dcodeur

Signal lectrique codadapt au support

...001011... ...001011...

Signal numrique

Signal numrique


Du binaire la transmission (2)

Transmission large bande ou par modulation utilise les thories de Fourier sur la dcomposition dun signal

priodique adapte aux longues distances (transposition dans un domaine

de frquences adapt au support, protection du bruit) rsout le problme du multiplexage

Modem ModemSignal analogique

...001011... ...001011...

Signal numrique

Signal numrique


Modle gnral dun canal de transmission

ETTD - DTE (Data Terminal Equipement) Equipement Terminal de Traitement de Donnes contrle de la communication source/collecteur des donnes

ETTD ETCD ETTDETCD

Ligne de transmissionJonction

Circuit de donnes

Liaison de donnes

Modem ou codeur Modem ou codeur

3



ETCD - DCE (Data Communication Equipement) Equipement Terminal de Circuit de Donnes adaptation entre le terminal et le support fournit au support un signal adapt ses caractristiques modifie la nature du signal mais pas sa signification

ETTD ETCD ETTDETCD


Circuit de donnes

Liaison de donnes




Jonction ou interface : permet lETTD de piloter lETCD pour tablissement

et libration du circuit, change de donnes, utilise un signal numrique

ETTD ETCD ETTDETCD


Circuit de donnes

Liaison de donnes




Support ou ligne de transmission : caractristiques physiques (dbit, taux derreurs, ) transmission dune onde lumineuse, acoustique,

lectromagntique ou lectrique : supports optiques, ariens, filaires

ETTD ETCD ETTDETCD


Circuit de donnes

Liaison de donnes



Les supports de transmission (1)

paire torsade : tlphonie, LAN large infrastructure existante dbit limit (centaine de Mbits/s)

cble coaxial : TV, LAN, (MAN ?) plus coteux, meilleurs dbits (1 2 Gbits/s sur 1km)

meilleure protection contre les interfrences

fibre optique : LAN, MAN, WAN de moins en moins coteuse 30km sans rpteur, fiabilit trs haut-dbit (50000 Gbits/s en thorie)

4 paires de fils


Les supports de transmission (2)

faisceaux hertziens : MAN, LAN infrastructure peu coteuse erreurs frquentes et dpendantes des conditions climatiques

satellites : WAN rpteurs dans le ciel grande couverture gographique bande passante leve dlais levs (250 300 ms de latence) cot lev par quipement


Notion de qualit de service

3 paramtres dbit (volume) latence (temps de transfert et variation de celui-ci) fiabilit (taux derreurs)

Chaque flux de donnes a ses propres contraintes voix, vido : dbit constant transfert de fichiers : fiabilit et dbit levs

Le rseau de transport doit sadapter ! Choix du meilleur chemin Correction des erreurs,

4


ETTD ETCD ETTDETCD

Liaison simplex


ETTD ETCD ETTDETCD


ETTD ETCD ETTDETCD


Liaison half duplex ( l'alternat)

Liaison full duplex

ou

Les modes de transmission Lorganisation des changes


Les modes de transmission Le mode de liaison

liaison point point liaisons multi-points

le support est partag par plusieurs terminaux politiques daccs au support

le mode matre/esclave (polling/selecting) le mode dgal gal (rseaux locaux)

Transmission parallle/srie transfert simultan de tous les bits dun mot transfert successif de chacun des bits dun mot

Transmission synchrone/asynchrone les horloges sont synchronises les horloges drivent (bit de start/stop)


Les diffrentes topologies

Topologie horizontale (en bus)

Topologie en toile

Topologie en anneau

Topologie maille

Topologie hirarchique 2 niveaux


Topologie horizontale (Bus)

Tout le monde parle tout le monde


Topologie en toile

Nud central

Un nud central mule n liaisons point point


Topologie en anneau

Adapte aux longues distances Permet des dbits levs

5


Topologie maille

Exemple de 7 sites entirement maills 2 2.

Plusieurs chemins pour aller dun nud un autre


Topologie hirarchique (2 niveaux)

Mlange de la topologie maille (au cur) et de la topologie toile (aux extrmits) Rduction du nombre de liaisons Meilleure utilisation des ressources

Les architectures protocolaires

Architecture en couches et encapsulation Le modle de rfrence (OSI)

Le modle TCP/IP


Architecture protocolaire rseau

Architecture protocolaire rseau : un modle complet de communication

Historiquement, une architecture par constructeur SNA (System Network Architecture) dIBM DSA (Distributed System Architecture) de BULL

Besoin dun modle normalis complexit croissante des besoins utilisateur diversit des solutions adoptes incompatibilit des architectures constructeurs entre elles ncessit de transparence pour lutilisateur

-> modle de rfrence ou modle OSI (Open System Interconnection) dfinit par lISO (International Standardization Organization)


protocolaire

Lchange dinformation se fait selon un protocole : ensemble de rgles comprhensibles par les entits communicantes

Il y a des protocoles pour : les applications transporter/router linformation mettre de linformation sur un support physique

Ils doivent grer en particulier : les erreurs la fragmentation et lassemblage des donnes

Ils sont gnralement normaliss pour assurer linteroprabilit et la transparence


Protocole

Quest-ce quun protocole ? Une implmentation dun certain service Un accord entre les deux parties sur la manire de

communiquer Dfinition des rgles & des formats de donnes Rgles sans ambigut pour pouvoir tre traduites par

des logiciels ou des automates cbls

6


Besoin de transparence

diffrents niveaux : les services

applicatifs les protocoles

dchange la smantique de

linformation les techniques de

connexion

IBM

MACINTOSH

Xerox

Fax

IBM

MACINTOSH

Xerox

Fax

Requte

Rponse

Requte

Rponse

Requte

Rponse

Requte

Rponse

?

-> protocoles normaliss -> architecture en couches


Architecture en couches

une couche : un ensemble homogne destin accomplir une tche ou rendre un service

Le dcoupage en couches permet de dissocier des problmes de natures diffrentes

HTTP/TCP/IP peut utiliser DNS, ARP, DHCP, RIP, OSPF, BGP, PPP, ICMP

rendre volutive larchitecture : une nouvelle technologie ne remet en cause que la couche concerne

masquer les dtails dimplmentation : une couche fournie certains services

faire de la rutilisation de service sockets, DNS,


Exemple 1 : le courrier postal

Client 1 Client 2

Postier franais Postier italien

France Italie

Train, avion, voiture, ...

Rseau postal


Un modle simplifi 3 couches

Gestion del'application


Fonction detransport


Support physique de transmission

Rseau de transport

Protocole applicatif

Protocole de transport


Principe dune architecture en couches

H3

H2

H1

I2

I3 Donnes

Application cliente

Instructions Donnes

Couche 3

H3

H3

Couche 2

H2 H3 Donnes

H2

Couche 1

H2 H3 Donnes

H1

H1

H2H3Donnes H1

Donnes

Application serveur

Donnes

Couche 3 H3

Couche 2

H3Donnes

H2

Couche 1

H2H3Donnes

H1

Unit de donnesde niveau 3

- service attendu- acheminement

protocole de niveau 3


Encore un exemple

7


Protocole et service (1) 2 types de dialogue :

dialogue vertical laide de primitives de service request, send, sonnerie de tlphone, dcrocher, raccrocher,

poster une lettre

dialogue horizontal entre couches homologues laide du protocole de niveau N

Service : fonctionnalit offerte par le rseau communication fiable de bout en bout, cryptage des donnes,

envoi lettre recommande avec accus de rception

Protocole : implmentation dun service (format des paquets, changes des messages, )

dire ALLO et AU REVOIR , manire de dcrocher ou raccrocher, faire signer le destinataire avec pice didentit


Protocole et service (2)

La couche N+1 demande un service la couche N laide dune primitive de service de niveau N

Les donnes de la couche N+1 sont encapsules dans une unit de donnes de niveau N (en-tte couche N et donnes N+1) len-tte contient les infos ncessaires au traitement

distant sur la couche homologue (identifiant du service, adresse du destinataire, compteurs de contrle de lchange, )

La couche N rend le service de niveau N la couche N+1 laide du protocole de niveau N


Exemple de protocole

Echange dun fichier sur un rseau sans perte, FIFO, qui corrompt certains paquets

Le service : fournir un transfert fiable de fichier Un protocole simple :

envoyer le fichier en une succession de paquets envoyer un checksum pour chaque paquet contrler le checksum sur le rcepteur et renvoyer un message

OK ou Not-OK lmetteur lmetteur attend le OK ou Not-OK avant de demander le

transfert du paquet suivant lmetteur attend le dernier message OK avant de clore la

connexion si Not-OK pour un paquet, re-transfrer le paquet

Ce protocole a besoin dun protocole de transfert de paquets : comment transfrer un paquet ?

-> architecture en couches Olivier Glck Licence Informatique UCBL - Module LIF8 : Rseaux 40

Un protocole doit spcifier

La syntaxe de chaque message que contient-il ? format des paquets ?

La smantique de chaque message que signifie tel message ? un message Not-OK veut dire que le rcepteur a

un morceau du fichier qui est erron

Les actions entreprendre lors de la rception dun message retransmettre le bon paquet en cas de rception dun

message Not-OK


Protocole bout-en-bout/point--point





Voiture

Protocole de bout en bout

Protocole depoint point




Train Avion

Voiture

Rseau de transport

point point : transport de linformation contrle du lien, contrle/reprise sur erreur, adressage, acheminement

bout en bout : sexcute aux extrmits, vrifie intgrit et organise le dialogue applicatif


Le modle de rfrence - OSI (1)

Un standard permettant de connecter des systmes ouverts OSI : Open System Interconnection systme ouvert : qui implmente des protocoles

ouverts protocole ouvert : la description du protocole et ses

modifications sont publiques

Architecture protocolaire en couches couches hautes orientes application couches basses orientes transport

Dcrit formellement ce quest une couche, un service, un point daccs,

8



7-APPLICATIONProtocole de bout en bout

1-PHYSIQUE

2-LIAISON

3-RESEAU

4-TRANSPORT

5-SESSION

6-PRESENTATION

1-PHYSIQUE

2-LIAISON

3-RESEAU

7-APPLICATION

1-PHYSIQUE

2-LIAISON

3-RESEAU

4-TRANSPORT

5-SESSION

6-PRESENTATION

Support physique detransmission

Support physique detransmission

Systme relais


Le modle de rfrence - OSI (3) Physique : relier les systmes par un lien physique,

transmission en srie des bits de la trame Liaison : contrler quune liaison peut tre

correctement tablie sur ce lien, transmission des donnes sans erreur

Rseau : assurer lacheminement vers le bon destinataire (ventuellement via un ou plusieurs relais)

Transport : contrler que le transport sest ralis correctement de bout en bout

Session : organiser le dialogue entre toutes les applications en grant des sessions dchange

Prsentation : traduire les donnes selon une syntaxe de prsentation aux applications afin quelles soient comprhensibles par les deux entits

Application : masquer lapplication les contraintes de la transmission



La couche n ajoute len-tte Hn (encapsulation) La couche liaison ajoute un champ supplmentaire T2

pour le contrle de la transmission (FCS, Frame Check Sequence)

7-APPLICATION

1-PHYSIQUE

2-LIAISON

3-RESEAU

4-TRANSPORT

5-SESSION

6-PRESENTATION

Message

Trame

Paquet

DONNEESH7

H2

H3

H4

H5

H6 DONNEES

DONNEES

DONNEES

DONNEES

DONNEES

Train de bits mettre ou recevoir

DONNEES

T2



Mcanismes pouvant tre mis en uvre dans une couche Ladaptation de la taille des units de donnes Le multiplexage et lclatement des connexions Le contrle de flux Le maintien en squence Laccus de rception La rinitialisation Les donnes exprs La dtection, correction, notification derreur La qualit de service


Les primitives de service (1)

Mode connect : communication tlphonique phase dtablissement de connexion permet une ngociation du service prserve en gnral lordre des paquets et la fiabilit

Requte Confirmation Rponse Indication

Entit de protocole Entit de protocole

1 4 3 2


Mode connect exemple RTC

Interface utilisateur : combin tlphonique Un individu : un numro de tlphone Trois phases dans un appel :

Composition du numro de tlphone : dtermination et mmorisation dun circuit dans le rseau tlphonique pour cette conversation

Dialogue entre les deux utilisateurs Fermeture du circuit (libration des ressources prises

dans le rseau)

9


Les primitives de service (2)

Entit de protocole Entit de protocole

1 2

Requte Indication

Mode non connect : envoi dune lettre postale permet lenvoi de donnes sans ltablissement

dune connexion au pralable chaque paquet est indpendant des autres et peut

suivre plusieurs chemins diffrents on peut avoir un mode non-connect avec accus de

rception (ex : lettre recommande)


Mode non connect - service postal

Interface utilisateur : bote lettres Une lettre = un message + une enveloppe Contenu de la lettre (message) inconnu du service postal Dlai de remise (temps de transport de la lettre + temps

de traitement de la lettre par les facteurs) Transport (chemins et moyens) inconnu de lexpditeur

et du destinataire Proprit du service : Une lettre pour chaque information changer Quantit dinformation limite dans chaque lettre (poids) Ladresse est recopie sur chaque lettre Pas dhoraire de dpt Pas de prsence ou accord du destinataire


Mode non connect - service postal

Si plusieurs lettres sont mises de suite, elles sont traites indpendamment, il ny a aucune garantie quelles arrivent dans le mme ordre au destinataire

La poste traite chaque lettre individuellement et ne garde aucune trace de son passage

La poste ne dtecte pas la perte dune lettre Ce type de service est parfois appel

datagramme


La couche Physique (1)

Transfert de bits sur le canal physique synchrone/asynchrone

simplex/haf-duplex/full-duplex

sur une liaison point point ou multipoints

Dfinition des supports et des moyens daccs spcifications mcaniques (connecteur)

spcifications lectriques (niveau de tension)

spcifications fonctionnelles des lments de raccordement (tablissement, maintien, libration de la ligne) et des moyens dadaptation


La couche Physique (2)

Services fournis la couche liaison (niveau 2)

tablissement/libration de la connexion physique

transmission srie ou // de n bits

identification des extrmits de la connexion physique

identification dun circuit de donnes

horloge et rcupration dhorloge pour la synchro

notification de drangement


La couche Liaison de donnes

Service de transfert de trames entre 2 systmes adjacents

Services fournis aux entits de la couche Rseau tablissement, maintien, libration de la connexion dlimitation et transfert des trames

maintien de lordre squentiel dtection et correction de certaines erreurs notification derreurs non corriges contrle de flux reconnaissance dune squence binaire

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La couche Rseau

Assure lacheminement des paquets travers les diffrents nuds du rseau (systmes relais)

Ralise le routage, le contrle de congestion, ladaptation de la taille des blocs de donnes au capacit du sous rseau physique utilis

Segmentation et rassemblage des paquets

Correction/dtection derreurs, contrle de flux

Service de facturation de la prestation fournie par le sous-rseau de transport


La couche Transport (1)

Assure aux couches suprieures un transfert fiable quelle que soit la qualit du sous-rseau de transport utilis

Contrle du transfert de bout en bout des messages entre les 2 systmes dextrmits tablissement/libration des connexions de transport dtection et correction derreurs de bout en bout contrle de flux de bout en bout multiplexage de plusieurs applications sur une mme

connexion de niveau 3

Dernire couche oriente transport de contrle de linformation


La couche Transport (2)

Classification des rseaux selon le taux derreurs signales (dtectes par la couche

rseau mais non corriges) le taux derreurs rsiduelles (non signales) -> types A, B, C selon QoS

Le protocole de transport doit compenser la dficience de QoS du rseau sous-jacent -> 5 classes de protocoles de transport classe 0 : service minimum classe 1 : + reprise sur erreur signale, gel de rfrence


La couche Session (1)

Gre lchange des donnes entre les applications distantes (couche Prsentation transparente) synchronisation des changes dfinition de points de reprise (ou point de

synchronisation)

Notion dactivit un transfert autonome de donnes (transfert dun

fichier) une connexion de session = plusieurs activits une activit est dcoupe en units de dialogue,

spares par des points de synchronisation majeure (si donnes prcdentes transmises correctement)


La couche Session (2) Notion de jeton

disponible ou indisponible si indisponible, service associ inutilisable si full-duplex, usage du jeton non exclusif

4 jetons de donnes : contrle laccs au transfert de donnes

lors dun change lalternat de terminaison : autorise le dtenteur librer la

connexion de synchronisation mineure : pose de point de

synchronisation mineure de synchronisation majeure et dactivit : point de

synchronisation majeure ou dbut/fin dune activit


La couche Prsentation

Assure la mise en forme des donnes, les conversions de code ncessaires pour dlivrer la couche suprieure un message dans une syntaxe comprhensible

Peut raliser des transformations spciales comme la compression ou le cryptage des donnes

Interface entre les couches qui assurent lchange et celle qui lutilise (couche application)

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La couche Application

Fournit au programme utilisateur un ensemble

de fonctions permettant le bon droulement des

programmes communicants

transfert de fichiers

courrier lectronique

ouverture dun terminal distant


Quid du modle de rfrence (OSI) ?

Pas de vritables implmentations du modle lenteur des travaux de normalisation

complexit des solutions adoptes

non conformit aux exigences des nouvelles applications

OSI dcrit tous les concepts et mcanismes ncessaires au dveloppement dune architecture de communication reste la rfrence pour prsenter une architecture !


Une version simplifie du modle OSI

Les protocoles de lInternet

Application FTP, HTTP, telnet, SMTP,

Transport TCP, UDP (entre 2 processus)

Rseau IP (routage)

Transmission entre 2 sites : pas de protocole

spcifique

TCP Transport Control Protocol UDP User Datagram Protocol

IP Internet Protocol Olivier Glck Licence Informatique UCBL - Module LIF8 : Rseaux 64

Architecture TCP/IP

7-APPLICATION

1-PHYSIQUE

2-LIAISON

3-RESEAU

4-TRANSPORT

5-SESSION

6-PRESENTATION

Architecture OSI

Trames

Architecture TCP/IP

NFS

XDR

RPC

FTP, Telnet,SMTP, HTTP,

...

TCP ou UDP

IP

802.X, HDLC, PPP, SLIP, ...

PHYSIQUE

ICMP

ARP/RARP

Protocolesde routage Datagrammes

Segments TCP Datagrammes UDP

Messages


Interconnexion dans TCP/IP

Station 1

NFS

XDR

RPC


...

TCP ou UDP

IP


PHYSIQUE

ICMP

ARP/RARP

Protocolesde routage

Station 2

NFS

XDR

RPC


...

TCP ou UDP

IP


PHYSIQUE

ICMP

ARP/RARP

Protocolesde routageIP


PHYSIQUE

ICMP

ARP/RARP

Protocolesde routage

Routeur


Exemple dune requte HTTP

HTTP DNS

TCP

IP

Ethernet

PHYSIQUE

UDP

NetscapeApplication

Systmed'exploitation

CarteEthernet

! localisation de www.univ-lyon1.fr ?! DNS : 134.214.100.218! appel d'une procdure HTTP-GET! affiche le contenu de l'objet reu

Port 53Port 80

! ouverture d'une connexion TCP vers134.214.100.218 sur le port 80

! envoyer GET|www.univ-lyon1.fr|HTTP 1.0! rception de la rponse

! envoi d'une demande de connexion, reoit l'acceptation! envoi des donnes, reoit des acquittements! reoit les donnes, envoi des acquittements

! envoi de paquets destination de 134.214.100.218 versle premier routeur dans une trame Ethernet

! reoit des paquets

! encode une trame en bits puis en signaux et l'envoie surle cble

! reoit et dcode les trames en retour

http://www.univ-lyon1.fr

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Conclusion : modles OSI et TCP/IP

OSI gnrique mais trop complexe implanter

des inconsistances et des redondances

normalisation trs lente lie un type de rseau

TCP/IP protocoles existants mais ddis lInternet

Recherche de simplicit, interoprabilit, volutivit dans la conception initiale

notion de base

Documents