reseau et protocol

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  • 1. RSEAUX& TLCOMS
  • 2. RSEAUX & TLCOMSCours avec 129 exercices corrigs Claude Servin Charg de cours au CNAM de Paris Ancien responsable rseaux et tlcoms au sein du ministre de la Dfense Prface de Jean-Pierre Arnaud Professeur au CNAM 2e dition
  • 3. Illustration de couverture : Contexture, PhotoDisc by Getty Images Ce pictogramme mrite une explication. tablissements denseignement suprieur, Son objet est dalerter le lecteur sur provoquant une baisse brutale des achats la menace que reprsente pour lavenir de livres et de revues, au point que la de lcrit, particulirement dans possibilit mme pour les auteurs le domaine de ldition tech- de crer des uvres nouvelles et nique et universitaire, le dvelop- de les faire diter correctement pement massif du photo- est aujourdhui menace. copillage. Nous rappelons donc que Le Code de la proprit toute reproduction, partielle ou intellectuelle du 1er juillet 1992 totale, de la prsente publication interdit en effet expressment la est interdite sans autorisation du photocopie usage collectif Centre franais dexploitation du sans autorisation des ayants droit. Or, droit de copie (CFC, 20 rue des Grands- cette pratique sest gnralise dans les Augustins, 75006 Paris). Dunod, Paris, 2003, 2006 ISBN 2 10 049148 2Toute reprsentation ou reproduction intgrale ou partielle faite sans leconsentement de lauteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illiciteselon le Code de la proprit intellectuelle (Art L 122-4) et constitue unecontrefaon rprime par le Code pnal. Seules sont autorises (Art L 122-5)les copies ou reproductions strictement rserves lusage priv du copiste etnon destines une utilisation collective, ainsi que les analyses et courtescitations justifies par le caractre critique, pdagogique ou dinformation deluvre laquelle elles sont incorpores, sous rserve, toutefois, du respect desdispositions des articles L 122-10 L 122-12 du mme Code, relatives la reproduction par reprographie.
  • 4. PrfaceLe domaine des Tlcommunications et des Rseaux est en pleine effervescence, chaque semainequi scoule apporte sa moisson de nouvelles offres, dannonces et de propositions de norme.Confront ce ux incessant de nouveauts, le praticien doit faire des choix qui savreront strat-giques pour lentreprise et structurants pour lavenir de son systme dinformation. Cest dire lim-portance de disposer de bases solides, seules aptes valuer sainement la pertinence des solutionsproposes par les constructeurs de matriels et les diteurs de logiciels. Encore faut-il sentendresur la constitution de cette base : il ne sagit pas damasser des connaissances plus ou moins vaguesou plus ou moins utiles, mais de construire un socle sur lequel pourra sappuyer une rexionpersonnelle. Dans la conjoncture actuelle, il nest gure de tche plus utile que de transmettre ces connais-sances et denseigner les mthodes qui permettent den tirer prot. Lvolution technologique impo-sait une nouvelle dition des ouvrages de Claude Servin. Pour distinguer ce qui, dans cette mul-titude dvolutions, est sufsamment assur pour mriter dtre enseign, il fallait la pratique duterrain dun homme de rseaux. Il fallait aussi allier cette exprience de lingnieur qui cre desprojets celle de lenseignant qui transmet les savoirs ncessaires cette cration. Claude Servin possde assurment lune et lautre et cest ce qui donne son ouvrage un intrttout particulier. Ses lecteurs apprcieront une prsentation simple des concepts les plus fondamen-taux, dbarrasss de tout hermtisme et orients vers laction et lingnierie, sans cder aux modespassagres ou aux complexits inutiles qui encombrent bien des manuels. Ce sont ces qualits qui lui ont permis de sinscrire avec russite dans les enseignements dis-penss au Conservatoire national des Arts et Mtiers (CNAM) et de jouer le rle de pivot vers desenseignements plus spcialiss. Dj insr dans le monde du travail, le public du CNAM est exigeant, il vient y chercher unemise en perspective et une rigueur sans faille. Il ne saurait se satisfaire de lautorit dun ensei-gnant qui ne pourrait faire preuve de sa capacit matriser les enjeux technologiques actuels.Claude Servin a su les convaincre et, comme les auditeurs qui se pressent nombreux ses cours et
  • 5. VI Rseaux et tlcomsy trouvent limpulsion pour un approfondissement ultrieur, je suis certain que le lecteur trouvera la lecture de cet ouvrage un intrt soutenu et quil sera son compagnon pendant encore de longuesannes. Les manuels denseignement auxquels on continue de se rfrer une fois entr dans la vieactive ne sont pas si nombreux : ayant personnellement lexprience de la direction de socits dansle domaine des rseaux, je ne saurais faire cet ouvrage un meilleur compliment que de dire quilfait partie de ceux-l. Jean-Pierre A RNAUD Professeur au Conservatoire national des Arts et Mtiers Titulaire de la chaire de Rseaux
  • 6. Table des matiresPRFACE VAVANT-PROPOS XXIPARTIE I CONCEPTS FONDAMENTAUX 1CHAPITRE 1 LINFORMATION ET SA REPRSENTATION DANS LES SYSTMES DE TRANSMISSION 31.1 Gnralits 3 1.1.1 Les ux dinformation 3 1.1.2 Les caractristiques des rseaux de transmission 41.2 La reprsentation de linformation 6 1.2.1 Les diffrents types dinformation 6 1.2.2 Le codage des informations 6 1.2.3 La numrisation des informations 121.3 La compression de donnes 21 1.3.1 Gnralits 21 1.3.2 La quantication de la compression 21 1.3.3 La compression sans perte 22 1.3.4 Les codages rduction de bande 221.4 La notion de qualit de service 33 1.4.1 Les donnes et les contraintes de transmission 33 1.4.2 Les classes de service 34 1.4.3 Conclusion 36EXERCICES 37CHAPITRE 2 LES SUPPORTS DE TRANSMISSION 392.1 Gnralits 39
  • 7. VIII Rseaux et tlcoms2.2 Les caractristiques des supports de transmission 40 2.2.1 La bande passante et le systme de transmission 40 2.2.2 Limpdance caractristique 43 2.2.3 Le coefcient de vlocit 452.3 Les supports guids 46 2.3.1 La paire torsade 46 2.3.2 Le cble coaxial 48 2.3.3 La bre optique 49 2.3.4 Les liaisons hertziennes 532.4 Conclusion 60EXERCICES 61CHAPITRE 3 LMENTS DE BASE DE LA TRANSMISSION DE DONNES 633.1 Introduction 633.2 Lorganisation fonctionnelle et physique des changes 64 3.2.1 Lorganisation des changes 64 3.2.2 Lorganisation physique 653.3 Le mode dadaptation au support 73 3.3.1 Gnralits 73 3.3.2 La transmission en bande de base 74 3.3.3 La transmission en large bande 84 3.3.4 Les liaisons full duplex 88 3.3.5 Les dispositifs complmentaires 89 3.3.6 Exemples de modem 92 3.3.7 Principaux avis du CCITT 94 3.3.8 Comparaison transmission bande de base et large bande 943.4 La jonction DTE/DCE ou interface 96 3.4.1 Ncessit de dnir une interface standard 96 3.4.2 Les principales interfaces 973.5 Conclusion 105EXERCICES 105CHAPITRE 4 NOTIONS DE PROTOCOLES 1094.1 Gnralits 1094.2 Les type de liaisons et leur contrle 110 4.2.1 La liaison point point 110 4.2.2 Les liaisons multipoints 1104.3 Les fonctions lmentaires 111 4.3.1 La dlimitation des donnes 111 4.3.2 Le contrle dintgrit 113 4.3.3 Le contrle de lchange 121 4.3.4 Le contrle de ux 131
  • 8. Table des matires IX 4.4 La signalisation 134 4.4.1 Dnition 134 4.4.2 La signalisation dans la bande 134 4.4.3 La signalisation hors bande 135 4.5 Ltude succincte dun protocole de transmission (HDLC) 136 4.5.1 Gnralits 136 4.5.2 La structure de la trame HDLC 137 4.5.3 Les diffrentes fonctions de la trame HDLC 137 4.5.4 Le fonctionnement dHDLC 139 4.5.5 Les diffrentes versions du protocole HDLC 143 4.5.6 HDLC et les environnements multiprotocoles 144 4.6 Conclusion 144 EXERCICES 145 CHAPITRE 5 MUTUALISATION DES RESSOURCES 147 5.1 Introduction 147 5.2 La quantication de trac 147 5.2.1 Gnralits 147 5.2.2 Lintensit de trac et le taux dactivit 148 5.3 Les concentrateurs 151 5.3.1 Principe 151 5.3.2 Les fonctionnalits complmentaires, exemple dapplication 152 5.4 Les multiplexeurs 153 5.4.1 Principe 153 5.4.2 Le multiplexage spatial 154 5.4.3 Le multiplexage temporel 156 5.4.4 Comparaison multiplexeur/concentrateur 160 5.5 Le multiplexage et laccs linterface radio 161 5.5.1 Principe 161 5.5.2 Les techniques daccs multiple 161 165 Dunod La photocopie non autorise est un dlit 5.6 Le concept de rseau commutation 5.6.1 Dnitions 165 5.6.2 La classication des rseaux 166 5.6.3 La topologie physique des rseaux 168 5.6.4 Les rseaux commutation 170 5.7 Conclusion 174 EXERCICES 175 CHAPITRE 6 LES RSEAUX COMMUTATION DE PAQUETS 177 6.1 Gnralits 177 6.2 Les performances de la commutation de paquets 178
  • 9. X Rseaux et tlcoms6.3 Du mode datagramme au mode connect 179 6.3.1 Principe 179 6.3.2 Les modes de mise en relation 1816.4 La notion dadressage 183 6.4.1 Dnition 183 6.4.2 Ladressage physique 1846.5 La notion de nommage 188 6.5.1 Le nommage 188 6.5.2 La notion dannuaire 1886.6 Lacheminement dans le rseau 189 6.6.1 Dnitions 189 6.6.2 Les protocoles de routage 1906.7 Ladaptation de la taille des units de donnes 201 6.7.1 La notion de MTU 201 6.7.2 La segmentation et le rassemblage 2026.8 La congestion dans les rseaux 203 6.8.1 Dnition 203 6.8.2 Les mcanismes de prvention de la congestion 204 6.8.3 La rsolution ou la gurison de la congestion 2066.9 La voix dans les rseaux en mode paquet 207 6.9.1 Intrt et contraintes 207 6.9.2 Le principe de la paqutisation de la voix 2076.10 Conclusion 208EXERCICES 209PARTIE II LARCHITECTURE PROTOCOLAIRE 211CHAPITRE 7 LES ARCHITECTURES PROTOCOLAIRES 2137.1 Introduction 2137.2 Les concepts de base 214 7.2.1 Principe de fonctionnement dune architecture en couches 214 7.2.2 La terminologie 2157.3 Lorganisation du modle de rfrence 219 7.3.1 Les concepts ayant conduit la modlisation 219 7.3.2 La description du modle de rfrence 2207.4 Ltude succincte des couches 225 7.4.1 La couche physique 225 7.4.2 La couche liaison de donnes 226 7.4.3 La couche rseau 227 7.4.4 La couche transport 231 7.4.5 La couche session 235 7.4.6 La couche prsentation 236
  • 10. Table des matires XI 7.4.7 La couche application 238 7.4.8 Devenir du modle OSI 241 7.5 Les architectures constructeurs 243 7.5.1 Larchitecture physique dun systme de tlinformatique 243 7.5.2 Lorigine des architectures constructeurs 243 7.6 Conclusion 244 EXERCICES 245 CHAPITRE 8 INTRODUCTION TCP/IP 247 8.1 Gnralits 247 8.1.1 Origine 247 8.1.2 Principe architectural 247 8.1.3 La description gnrale de la pile et les applications TCP/IP 249 8.1.4 Les mcanismes de base de TCP/IP 250 8.1.5 Les instances de normalisation 253 8.2 Ladressage dans le rseau logique 253 8.2.1 Principe de ladressage IP 253 8.2.2 Les techniques dadressage dans un rseau IP 255 8.3 Le routage dans le rseau IP 264 8.3.1 Ladressage dinterface 264 8.3.2 Le concept dinterface non numrote 265 8.4 Ladressage dans IPv6 266 8.4.1 Gnralits 266 8.4.2 La notation et le type dadresse 267 8.4.3 Le plan dadressage 268 8.4.4 Ladressage de transition dIPv4 vers IPv6 270 8.5 Conclusion 270 EXERCICES 271 CHAPITRE 9 LARCHITECTURE TCP/IP ET LE NIVEAU LIAISON 273 9.1 Gnralits 273 Dunod La photocopie non autorise est un dlit 9.2 Les protocoles de liaison (point point) 274 9.2.1 Gnralits 274 9.2.2 SLIP, Serial Line Internet Protocol (RFC 1055) 274 9.2.3 PPP, Point to Point Protocol (RFC 1548 et 1661, 1662) 275 EXERCICE 286 CHAPITRE 10 LE PROTOCOLE IP ET LES UTILITAIRES RSEAUX 289 10.1 Gnralits 289 10.2 La structure du datagramme IP 289 10.3 Le contrle de la fragmentation sous IP 294
  • 11. XII Rseaux et tlcoms10.4 Les utilitaires de la couche rseau 295 10.4.1 Le protocole ICMP 295 10.4.2 La rsolution dadresses 298 10.4.3 Les utilitaires de conguration 301 10.4.4 Conclusion 30410.5 DIPv4 IPv6 305 10.5.1 Les lacunes dIPv4 305 10.5.2 Le datagramme IPv6 30510.6 IP et la mobilit 309 10.6.1 Gnralits 309 10.6.2 Le principe de la mobilit sous IPv4 309 10.6.3 La mobilit dans IPv6 314 10.6.4 Conclusion 31510.7 Lencapsulation GRE 31510.8 Conclusion 316EXERCICE 317CHAPITRE 11 LES PROTOCOLES DE TRANSPORT : TCP ET UDP 31911.1 Gnralits 31911.2 Les mcanismes de base de TCP 320 11.2.1 La notion de connexion de transport 320 11.2.2 Notion de multiplexage de connexion de transport 320 11.2.3 Ltablissement de la connexion de transport 322 11.2.4 Le mcanisme contrle de lchange 323 11.2.5 Le contrle de ux et de congestion 32611.3 Le message TCP et les mcanismes associs 330 11.3.1 La structure du segment TCP 330 11.3.2 Le contrle derreur 331 11.3.3 La bufferisation des donnes 33211.4 Les options de TCP 332 11.4.1 La taille des segments 333 11.4.2 Loption destampille horaire 333 11.4.3 Le TCP et les rseaux haut dbit 33411.5 Le mode datagramme (UDP) 33511.6 Conclusion 335EXERCICES 337CHAPITRE 12 TCP/IP ET LES APPLICATIONS 33912.1 Introduction 33912.2 Les notions dannuaire 339 12.2.1 Gnralits 339
  • 12. Table des matires XIII 12.2.2 Le service de noms (DNS) 340 12.2.3 La gnralisation de la notion dannuaire 346 12.3 Le transfert de chiers 348 12.3.1 TFTP (Trivial File Transfert Protocol) 348 12.3.2 FTP (File Transfert Protocol) 350 12.4 Lmulation de terminal (Telnet) 351 12.4.1 Principe de Telnet 351 12.4.2 Les commandes et les modes de fonctionnement 352 12.5 Les notions de Middleware 353 12.5.1 Dnitions 353 12.5.2 Les exemples doutils milddleware dans TCP/IP 354 12.5.3 Internet et le middleware 357 12.6 Conclusion 358 EXERCICES 360 PARTIE III MISE EN UVRE 361 CHAPITRE 13 INTRODUCTION AUX RSEAUX DE TRANSPORT 363 13.1 Gnralits 363 13.2 Le plan de transmission 364 13.2.1 Gnralits 364 13.2.2 La synchronisation des rseaux 364 13.2.3 La hirarchie plsiochrone (PDH) 368 13.2.4 La hirarchie synchrone (SDH) 370 13.2.5 La transmission optique 373 13.3 Le plan de service 374 13.3.1 Gnralits 374 13.3.2 Introduction aux protocoles rseaux 375 13.3.3 Les rseaux doprateurs 381 13.4 Laccs aux rseaux, la boucle locale 383 13.4.1 Dnition 383 Dunod La photocopie non autorise est un dlit 13.4.2 Organisation de la distribution des accs 383 13.4.3 Laccs aux rseaux par liaison ddie (ligne spcialise) 384 13.4.4 La Boucle locale radio (BLR) 387 13.4.5 Les accs hauts dbits 388 13.4.6 Les courants porteurs 393 13.5 Conclusion 394 EXERCICES 395 CHAPITRE 14 LES PROTOCOLES DE CUR DE RSEAU 397 14.1 Le protocole X.25 397 14.1.1 Gnralits 397
  • 13. XIV Rseaux et tlcoms 14.1.2 Le niveau X.25-1 397 14.1.3 Le niveau X.25-2 39814.2 Le relais de trame ou Frame relay 411 14.2.1 Gnralits 411 14.2.2 Le format de lunit de donnes 412 14.2.3 Les mcanismes lmentaires 41214.3 LATM (Asynchronous Transfer Mode) 421 14.3.1 Gnralits 421 14.3.2 La taille des units de donnes ou cellules 422 14.3.3 Les mcanismes de base et le format de la cellule ATM 424 14.3.4 Les diffrentes couches du modle 427 14.3.5 La qualit de service dans lATM 431 14.3.6 Le contrle de ux et de congestion 433 14.3.7 La signalisation et le routage 434 14.3.8 Ladministration des rseaux ATM 43714.4 Conclusion 438EXERCICES 439CHAPITRE 15 MPLS, MULTIPROTOCOL LABEL SWITCHING 44315.1 Gnralits 44315.2 Principe 44315.3 Le rseau MPLS 444 15.3.1 Le commutateur MPLS 444 15.3.2 Le principe de base dun rseau MPLS 445 15.3.3 Les mcanismes particuliers 44615.4 MPLS et les infrastructures existantes 448 15.4.1 Gnralits 448 15.4.2 La gestion du TTL 449 15.4.3 MPLS et ATM 44915.5 La construction des routes dans un rseau MPLS 451 15.5.1 Gnralits 451 15.5.2 Le protocole LDP (RFC 3036) 45215.6 MPLS et lingnierie de trac 45415.7 Les VPN MPLS 454 15.7.1 Notions de base sur les VPN 454 15.7.2 Principe gnral des VPN MPLS 45715.8 Conclusion 459EXERCICE 460
  • 14. Table des matires XV CHAPITRE 16 LES RSEAUX LOCAUX ET MTROPOLITAINS 461 16.1 Introduction 461 16.1.1 Dnition 461 16.1.2 Distinction entre rseau local et informatique traditionnelle 462 16.1.3 Les rseaux locaux et laccs aux systmes traditionnels 462 16.1.4 Les constituants dun rseau local 463 16.1.5 Les rseaux locaux et la normalisation 465 16.2 tude succincte des diffrentes couches 466 16.2.1 La couche physique 466 16.2.2 La sous-couche MAC 469 16.2.3 La couche liaison (LLC) 473 16.3 tude succincte des principales implmentations 477 16.3.1 Lanneau jeton, IEEE 802.5 477 16.3.2 Le jeton adress ou Token Bus, IEEE 802.4 480 16.3.3 Le rseau 100 VG AnyLAN, 802.12 482 16.4 Les rseaux locaux ATM 484 16.4.1 Gnralits 484 16.4.2 Classical IP ou IP over ATM 485 16.4.3 LAN Emulation 487 16.5 Les rseaux mtropolitains 492 16.5.1 Gnralits 492 16.5.2 FDDI (Fiber Distributed Data Interface) 492 16.5.3 DQDB (Distributed Queue Dual Bus) 494 16.6 Les canaux hauts dbits 496 16.6.1 HiPPI 497 16.6.2 Fibre Channel Standard 497 16.7 Conclusion 498 EXERCICES 499 CHAPITRE 17 ETHERNET ET SES VOLUTIONS SANS FIL 501 17.1 Introduction 501 Dunod La photocopie non autorise est un dlit 17.2 Les caractristiques gnrales des rseaux Ethernet/802.3 501 17.2.1 Le principe du CSMA/CD 501 17.2.2 La fentre de collision 503 17.2.3 Lalgorithme du BEB 504 17.2.4 Le silence inter-message (IFG, InterFrame Gap) 505 17.2.5 Le format des trames Ethernet/IEEE 802.3 505 17.2.6 Les erreurs 506 17.3 Les diffrentes versions dEthernet 506 17.3.1 Prsentation 506 17.3.2 LEthernet pais, IEEE 802.3 10Base5 507 17.3.3 LEthernet n, IEEE 802.3 10Base2 508
  • 15. XVI Rseaux et tlcoms 17.3.4 LEthernet sur paires torsades, IEEE 802.3 10BaseT 509 17.3.5 LEthernet 100 Mbit/s 511 17.3.6 Le Gigabit Ethernet 513 17.3.7 Le 10 Gigabit Ethernet 517 17.3.8 Le devenir dEthernet 51817.4 LEthernet sans l 518 17.4.1 Gnralits 518 17.4.2 La problmatique de laccs aux rseaux sans l 519 17.4.3 Larchitecture gnrale des rseaux sans l 520 17.4.4 Les rseaux 802.11 522 17.4.5 Les rseaux IEEE 802.15-1 (Bluetooth) 53617.5 Conclusion 541EXERCICES 542CHAPITRE 18 PONTAGE, COMMUTATION ET VLAN 54518.1 Pont ou commutateur ? 54518.2 Les ponts 546 18.2.1 Gnralits 546 18.2.2 Les diffrents types de ponts 547 18.2.3 Les ponts transparents 547 18.2.4 Le Spanning Tree Protocol (STP) ou arbre recouvrant 549 18.2.5 Les ponts routage par la source 553 18.2.6 Le pontage par translation 55518.3 La commutation dans les LAN 556 18.3.1 Principe de base 556 18.3.2 Notion darchitecture des commutateurs 557 18.3.3 Les diffrentes techniques de commutation 559 18.3.4 Les diffrents modes de commutation 559 18.3.5 Ethernet full duplex 560 18.3.6 Pontage, commutation et trac multicast 56018.4 Les rseaux virtuels ou VLAN (Virtual Local Area Network) 562 18.4.1 Principes gnraux des VLAN 562 18.4.2 Les diffrents niveaux de VLAN 563 18.4.3 Lidentication des VLAN (802.1Q) 56418.5 Conclusion 567EXERCICES 568CHAPITRE 19 INTERCONNEXION DES RSEAUX ET QUALIT DE SERVICE 57119.1 Linterconnexion des rseaux, gnralits 571 19.1.1 Dnition 571 19.1.2 Les problmes lis linterconnexion 571 19.1.3 Les notions de conversion de service et de protocole 572 19.1.4 Lencapsulation ou tunneling 572
  • 16. Table des matires XVII 19.2 Les lments dinterconnexion (relais) 576 19.2.1 Dnitions 576 19.2.2 Les rpteurs 577 19.2.3 Les ponts 578 19.2.4 Les routeurs 579 19.3 Les techniques de routage 582 19.3.1 Gnralits 582 19.3.2 Le routage vecteur-distance, RIP 583 19.3.3 Le routage tat des liens (OSPF) 586 19.3.4 Le routage inter-domaine 595 19.4 Notions de qualit de service 597 19.4.1 Gnralits 597 19.4.2 Integrated Services 597 19.4.3 Differentiated Services 598 19.4.4 Mise en uvre dans les rseaux doprateur 602 19.5 Le multicast et le routage multicast 603 19.5.1 Introduction au multicast 603 19.5.2 Rappel sur ladressage multicast 604 19.5.3 Le protocole local IGMP (RFC 2236) 605 19.5.4 Les protocoles de routage multicast 605 19.6 Les fonctions annexes des routeurs 607 19.6.1 Les routeurs multiprotocoles 607 19.6.2 La compression de donnes 608 19.6.3 Le routage la demande (Dial on Demand) 609 19.6.4 La bande passante la demande (Bandwith on Demand) 609 19.7 Les passerelles applicatives 610 EXERCICES 611 PARTIE IV LA VOIX DANS LES RSEAUX 615 Dunod La photocopie non autorise est un dlit CHAPITRE 20 INTRODUCTION LA TLPHONIE 617 20.1 Principes gnraux de la tlphonie 617 20.2 Lorganisation du rseau tlphonique 618 20.2.1 Larchitecture traditionnelle 618 20.2.2 La gestion du rseau 619 20.3 Ltablissement dune communication tlphonique 620 20.3.1 Principe dun poste tlphonique 620 20.3.2 Principe du raccordement dusager 620 20.3.3 La mise en relation Usager/Usager 621 20.3.4 La numrotation 623 20.3.5 Les modes de signalisation 624
  • 17. XVIII Rseaux et tlcoms20.4 Lvolution de la tlphonie, le RNIS 625 20.4.1 De laccs analogique laccs numrique 625 20.4.2 Le concept dintgration de services 626 20.4.3 La structure du rseau 627 20.4.4 Le raccordement dusager 628 20.4.5 Les services du RNIS 630 20.4.6 La signalisation et le rseau RNIS 63220.5 La tlphonie et la mobilit 643 20.5.1 Principes gnraux 643 20.5.2 La gestion de labonn et du terminal 645 20.5.3 Linterface radio 646 20.5.4 Description succincte des diffrents systmes en service 649 20.5.5 Le service transport de donnes sur la tlphonie mobile 649 20.5.6 La mobilit et laccs Internet 650 20.5.7 Lvolution des systmes de tlphonie mobile, lUMTS 651 20.5.8 La tlphonie satellitaire 65220.6 Conclusion 653EXERCICES 654CHAPITRE 21 INSTALLATION DABONN ET RSEAU PRIV DE TLPHONIE 65521.1 Les autocommutateurs privs 655 21.1.1 Gnralits 655 21.1.2 Architecture dun PABX 656 21.1.3 Les tlservices et applications vocales offerts par les PABX 656 21.1.4 PABX et transmission de donnes 66121.2 Linstallation dabonn 662 21.2.1 Gnralits 662 21.2.2 Le dimensionnement du raccordement au rseau de loprateur 66321.3 Les rseaux privs de PABX 665 21.3.1 Principes gnraux 665 21.3.2 La signalisation et type de liens 66721.4 Principes des rseaux voix/donnes 675 21.4.1 Gnralits 675 21.4.2 Les rseaux de multiplexeurs 675 21.4.3 La voix paqutise 67621.5 La voix sur ATM 68321.6 La voix sur le Frame Relay 68521.7 La voix et tlphonie sur IP 687 21.7.1 Gnralits 687 21.7.2 TCP/IP et le transport de la voix 688 21.7.3 Les terminaux 691 21.7.4 Les architectures et protocoles de signalisation 693
  • 18. Table des matires XIX 21.8 Conclusion 703 EXERCICES 704 PARTIE V ADMINISTRATION ET INGNIERIE 707 CHAPITRE 22 ADMINISTRATION DES RSEAUX PRINCIPES GNRAUX 709 22.1 Gnralits 709 22.1.1 Dnition 709 22.1.2 Principe gnral 709 22.1.3 Structure dun systme dadministration 710 22.2 Ladministration vue par lISO 710 22.2.1 Gnralits 710 22.2.2 Les diffrents modles 711 22.3 Ladministration dans lenvironnement TCP/IP 714 22.3.1 Principes gnraux 714 22.3.2 Les MIB 715 22.3.3 Le protocole SNMP 717 22.4 SNMP et ISO 719 22.5 Les plates-formes dadministration 719 22.5.1 Les outils dadministration des couches basses 719 22.5.2 Les hyperviseurs 719 22.5.3 Les systmes intgrs au systme dexploitation 720 22.6 Conclusion 720 EXERCICES 721 CHAPITRE 23 LA SCURIT DES SYSTMES DINFORMATION 723 23.1 Gnralits 723 23.2 La sret de fonctionnement 723 23.2.1 Principes gnraux de la sret 723 23.2.2 Les systmes tolrance de panne 723 Dunod La photocopie non autorise est un dlit 23.2.3 La sret environnementale 726 23.2.4 Quantication 728 23.3 La scurit 730 23.3.1 Gnralits 730 23.3.2 La protection des donnes 730 23.3.3 La protection du rseau 741 23.4 Le commerce lectronique 749 23.4.1 Le paiement off-line (e-cash) 749 23.4.2 Le paiement on-line 749 23.5 Conclusion 750 EXERCICES 751
  • 19. XX Rseaux et tlcomsCHAPITRE 24 NOTIONS DINGNIERIE DES RSEAUX 75524.1 Gnralits 75524.2 Les services et la tarication 75624.3 Les lments darchitecture rseaux 756 24.3.1 La structure de base des rseaux 756 24.3.2 La conception du rseau de desserte 757 24.3.3 La conception du rseau dorsal 75924.4 Le dimensionnement et lvaluation des performances 760 24.4.1 Gnralits 760 24.4.2 Les rseaux en mode circuit 760 24.4.3 Les rseaux en mode paquet 76324.5 Conclusion 768EXERCICES 769SOLUTIONS DES EXERCICES 773SYNTHSE DES FONDAMENTAUX 879GLOSSAIRE 885ANNEXES 919A. Normalisation 919B. Quelques dnitions 921C. Abaques dErlang 922D. Liste des abrviations et sigles utiliss 924BIBLIOGRAPHIE 931INDEX 933
  • 20. Avant-proposLes tlcommunications recouvrent toutes les techniques (laires, radio, optiques...) de transfertdinformation quelle quen soit la nature (symboles, crits, images xes ou animes, son, ou autres).Ce mot, introduit en 1904 par douard Estauni (polytechnicien, ingnieur gnral des tlgraphes,1862-1942), fut consacr en 1932 la confrence de Madrid qui dcida de rebaptiser lUniontlgraphique internationale en Union internationale des tlcommunications (UIT). Aujourdhui, avec la dferlante Internet, les tlcommunications ont dbord les domaines de latlgraphie et de la tlphonie. Une re nouvelle est ne, celle de la communication. Cette rvolu-tion na t rendue possible que par une formidable volution des technologies. Les progrs ralissdans le traitement du signal ont permis la banalisation des ux de donnes et la convergence destechniques. Cette convergence implique de la part des professionnels une adaptation permanente. Cette dernire ne sera possible que si lingnieur ou le technicien possde une base de connais-sances sufsamment vaste ; cest lobjectif de cet ouvrage. partir de linformation et de sa repr-sentation en machine, Rseaux et Tlcoms conduit le lecteur des techniques de base des tlcom-munications lingnierie des rseaux. Cette nouvelle dition a intgr les nouvelles technologies qui mergentes hier sont une ralitaujourdhui. Abondamment illustr et avec plus de 130 exercices ou problmes rseau, cet ouvrageconstitue une base de savoir indispensable aux techniciens rseau et aux tudiants. La premire partie est consacre ltude des concepts fondamentaux : la reprsentation desdonnes, les techniques de base de la transmission de donnes et la mutualisation des ressourcesqui trouve sa concrtisation dans le concept de rseau, sont tudies en dtail. La seconde partie formalise ces concepts en dcrivant le principe des architectures protocolairesde rseaux. Ltude de TCP/IP, de son volution et dIPv6 y tiennent une place importante. La troisime partie est consacre la mise en uvre des techniques tudies prcdemment dansla ralisation de rseaux de transport dinformation (rseaux longue distance) et de la diffusion decelle-ci (rseaux locaux). Ltude du protocole X.25 a t maintenue, mais une large place a toctroye MPLS et au concept de VPN. Les rseaux locaux, notamment dans la version Ethernet,y sont largement dtaills ainsi que la mise en uvre des rseaux virtuels (VLAN). Enn, lesnotions dinterconnexion et de qualit de service concluent cette partie.
  • 21. XXII Rseaux et tlcoms La quatrime partie est ddie ltude des rseaux voix et celle de la convergence de la voix,de la donne et des images. Aprs ltude des solutions de tlphonie traditionnelle, les rseauxvoix/donnes et en particulier ltude de la voix sur IP font lobjet dun long dveloppement. Enn, la cinquime partie conclut cet ouvrage par ltude de ladministration des rseaux, de lascurit et de lingnierie des rseaux. Ltude thorique de chaque chapitre est illustre ou complte par de nombreux exercices, pro-blmes ou tudes de cas qui pour lessentiel sont extraits des sujets dexamen de mes enseignementsau Conservatoire national des Arts et Mtiers de Paris.
  • 22. Partie I Concepts fondamentaux1 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de transmission . . . . . . . . . . . . . 3 1.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 La reprsentation de linformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 La compression de donnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.4 La notion de qualit de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 Les supports de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.2 Les caractristiques des supports de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2.3 Les supports guids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613 lments de base de la transmission de donnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.2 Lorganisation fonctionnelle et physique des changes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.3 Le mode dadaptation au support . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.4 La jonction DTE/DCE ou interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105
  • 23. 2 Rseaux et tlcoms4 Notions de protocoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 4.2 Les type de liaisons et leur contrle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 4.3 Les fonctions lmentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 4.4 La signalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 4.5 Ltude succincte dun protocole de transmission (HDLC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1455 Mutualisation des ressources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.2 La quantication de trac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 5.3 Les concentrateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.4 Les multiplexeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 5.5 Le multiplexage et laccs linterface radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.6 Le concept de rseau commutation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .165 5.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1756 Les rseaux commutation de paquets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.1 Gnralits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 6.2 Les performances de la commutation de paquets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 6.3 Du mode datagramme au mode connect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 6.4 La notion dadressage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.5 La notion de nommage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 6.6 Lacheminement dans le rseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 6.7 Ladaptation de la taille des units de donnes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 6.8 La congestion dans les rseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 6.9 La voix dans les rseaux en mode paquet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 6.10 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 EXERCICES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .209
  • 24. Chapitre 1 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de transmission1.1 GNRALITS1.1.1 Les ux dinformationLvolution des besoins et des applications informatiques conduit lacheminement, dans un mmerseau de donnes informatiques traditionnelles (texte), de la voix et de la vido. Transporter surun mme systme physique des ux dinformation de natures diffrentes ncessite que chacundeux ait une reprsentation physique identique et que le systme de transmission ait la capacit deprendre en compte les contraintes spciques chaque type de ux (gure 1.1). Vido Donnes multimdia Voix interactive Sons Rseau de transport Donnes Poste de travail multimdia Figure 1.1 Le rseau et les diffrents ux dinformation. An de qualier ces diffrents ux vis--vis du systme de transmission, nous dnirons suc-cinctement les caractristiques essentielles dun rseau de transmission1 . Ensuite, nous examine-rons le mode de reprsentation de ces informations. Enn, nous appliquerons les rsultats auxdonnes, la voix et limage pour en dduire les contraintes de transfert spciques chaquetype de ux.1. Ces diffrentes notions seront revues et approfondies dans la suite de cet ouvrage.
  • 25. 4 1 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de transmission1.1.2 Les caractristiques des rseaux de transmissionNotion de dbit binaireLes systmes de traitement de linformation emploient une logique deux tats dite binaire .Pour y tre traite, linformation doit tre traduite en symboles comprhensibles et manipulablespar ces systmes. Selon le type dinformation transformer, lopration qui consiste transformerles donnes en lments binaires sappelle le codage ou numrisation. On appelle dbit binaire (D) le nombre dlments binaires, ou nombre de bits, mis sur lesupport de transmission pendant une unit de temps. Le dbit binaire est gnralement la grandeurutilise en premier pour qualier un systme de transmission ; il sexprime par la relation : V D= t avec D (dbit) en bits2 par seconde (bit/s), V volume transmettre exprim en bits, t dure de la transmission en seconde. Le dbit binaire mesure le nombre dlments binaires transitant sur le canal de transmissionpendant lunit de temps (gure 1.2). Canal de transmission Destination Source (Puits) Figure 1.2 La schmatisation dun systme de transmission.Notion de rapport signal sur bruitDurant la transmission, les signaux lectriques peuvent tre perturbs par des phnomnes lec-triques ou lectromagntiques dorigine externe dsigns sous le terme gnrique de bruit. Lebruit est un phnomne qui dnature le signal et qui est susceptible dintroduire des erreurs dinter-prtation du signal reu (gure 1.3). +V S N t t Signal sans bruit Signal avec bruit Figure 1.3 Le signal pollu par le bruit.2. Lunit ofcielle de dbit est le bit/s (invariable). Labrviation bps pouvant tre confondue avec byte par seconde nesera pas utilise dans cet ouvrage. Rappelons que le terme bit provient de la contraction des termes binary digit .
  • 26. 1.1 Gnralits 5 Les capacits de transport dinformation (dbit) sont directement lies au rapport entre la puis- sance du signal utile et celle du signal de bruit. Ce rapport, appel rapport signal sur bruit (SNR, Signal Noise Ratio que nous noterons S/N), sexprime en dB (dcibel3 ), formule dans laquelle S reprsente la puissance lectrique du signal transmis et N la puissance du signal parasite ou bruit affectant le canal de transmission : S/N dB = 10 log10 (S/N)(en puissance) Notion derreur et de taux derreur Les phnomnes parasites (bruit) perturbent le canal de transmission et peuvent affecter les infor- mations en modiant un ou plusieurs bits du message transmis, introduisant ainsi des erreurs dans le message (gure 1.4). "1" "1" "1" "1" "1" +V +V Parasite (Bruit impulsif) "0" "0" "0" "0" Train de bits mis Train de bits reus Figure 1.4 Leffet dune erreur sur le train binaire. On appelle taux derreur binaire (Te ou BER, Bit Error Rate) le rapport du nombre de bits reus en erreur au nombre de bits total transmis. Nombre de bits en erreur Te = Nombre de bits transmis Notion de temps de transfert Le temps de transfert, appel aussi temps de transit ou temps de latence, mesure le temps entre lmission dun bit, lentre du rseau et sa rception en sortie de ce dernier. Ce temps prend en compte le temps de propagation sur le ou les supports et le temps de traitement par les lments actifs du rseau (nuds). Dunod La photocopie non autorise est un dlit Dans un rseau, le temps de transfert nest pas une constante, il varie en fonction de la charge du rseau. Cette variation est appele gigue ou jitter. Le temps de transfert conditionne le bon fonctionnement des applications interactives, sa variation le transfert correct dinformation comme la voix ou la vido. Notion de spectre du signal Le mathmaticien franais Joseph Fourier (1768-1830) a montr que tout signal priodique de forme quelconque pouvait tre dcompos en une somme de signaux lmentaires sinusodaux 3. Le dcibel ou dB (10e du Bel) est une unit logarithmique sans dimension. Elle exprime le rapport entre deux gran- deurs de mme nature. Le rapport signal/bruit peut aussi sexprimer par le rapport des tensions, la valeur est alors S/N dB = 20 log10 (S/N)(en tension)
  • 27. 6 1 Linformation et sa reprsentation dans les systmes de transmission(fondamental et harmoniques) superpose une valeur moyenne (composante continue) qui pou-vait tre nulle. Lensemble de ces composantes forme le spectre du signal ou bande de frquenceoccupe par le signal (largeur de bande).1.2 LA REPRSENTATION DE LINFORMATION1.2.1 Les diffrents types dinformationLes informations peuvent tre rparties en deux grandes catgories selon ce quelles reprsententet les transformations quelles subissent pour tre traites dans les systmes informatiques. Ondistingue : Les donnes discrtes, linformation correspond lassemblage dune suite dlments ind- pendants les uns des autres (suite discontinue de valeurs) et dnombrables (ensemble ni). Par exemple, un texte est une association de mots eux-mmes composs de lettres (symboles lmentaires). Les donnes continues ou analogiques (gure 1.5) rsultent de la variation continue dun phnomne physique : temprature, voix, image... Un capteur fournit une tension lectrique qui varie de manire analogue lamplitude du phnomne physique analyser : signal ana- logique. Dans un intervalle dtermin (bornes) aussi petit que possible, un signal analogique peut toujours prendre une innit de valeurs. Par exemple pour passer 10 C 11 C, la tem- prature prend, entre ces deux valeurs, une innit de valeurs sans aucune discontinuit entre elles (fonction continue). Capteur Transducteur (micro) Ligne analogique (haut parleur) Figure 1.5 Le signal analogique. Pour tre traites par des quipements informatiques, les informations doivent tre reprsentespar une valeur binaire (codage la source). Le codage la source est plus spciquement appelcodage de linformation pour les informations discrtes et numrisation de linformation pour lesinformations analogiques.1.2.2 Le codage des informationsDnitionCoder linformation consiste faire correspondre (bijection) chaque symbole dun alphabet (l-ment coder) une reprsentation binaire (mot code). Lensemble des mots codes constitue le code(gure 1.6). Ces informations peuvent aussi bien tre un ensemble de commandes dune machineoutil, des caractres alphanumriques... Seuls seront traits ici les codages alphanumriques utilissdans les systmes de traitement de donnes. Ces codes peuvent contenir : Des chiffres de la numrotation usuelle [0..9] ; Des lettres de lalphabet [a..z, A..Z] ;
  • 28. 1.2 La reprsentation de linformation 7 Des symboles nationaux [, ,...] ; Des symboles de ponctuation [, ; : . ? ! ...] ; Des symboles semi graphiques [ ]; Des commandes ncessaires au systme [saut de ligne, saut de page, etc.] Codage B A Symbole coder mot code 1000001 1000010 1000011 C Alphabet Code Figure 1.6 Le principe du codage des donnes. Les diffrents types de code Le codage des diffrents tats dun systme peut senvisager selon deux approches. La premire, la plus simple, considre que chacun des tats du systme est quiprobable. La seconde prend en compte la frquence dapparition dun tat. Ceci nous conduit dnir deux types de code : les codes de longueur xe et ceux de longueur variable. Les codes de longueur xe Notion de quantit dinformation