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Réseaux Rappels généraux sur la commutation et le transport

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1 Réseaux Rappels généraux sur la commutation et le transport
Adresse du Site User name : pierre.sweid Mot de passe : cnam04 Adresse (ADSL)

2 Agenda Introduction : Rappels Généraux sur la commutation et le transport Technologies des réseaux locaux ( RLE, 100 Mbps, Giga, ..etc.) Câblage Topologie des équipement d ’interconnexion et commutation Introduction : Evolution des technologies de transmission (SDH/SONT, ADSL, …etc.) Réseaux publics : Frame Relay Technologie des réseaux publices ATM Routage dans internet Techniques génériques de compression Compression multimédia et applications réseaux Routage et transport multimédia (RTP, RTCP, RSVP) MPLS et commutation IP Introduction à la qualité de service QoS Introduction à l ’administration des réseaux

3 Quelques références 1 - Réseaux : cours et exercices , troisième edition, A. Tanenbaum, Edition DUNOD 2 - Les Réseaux : Edition 2003, Guy Pujolle, Edition Eyrolles 3 - Architecture des réseaux haut débit, K-L Thai, V. Vèque, S. Znatt, Edition Hermes 4 - Pratique des réseaux d ’entreprise, J.L. Montagnier, Edition Eyrolles 5 - Télécoms 1 et 2: de la transimssion à l ’architecture des réseaux , C. Servin , Edition Dunod.

4 Qu’est ce qu’un réseau ? Un réseau est constitué d’ordinateurs reliés entre eux à l’aide des moyens de communications actuels.

5 Quelques Repères LAN WAN 2000 1970 1980 1990 LAN 1Giga Commutateur LAN
Fast LAN Fondements d ’Ethernet LAN Ethernet LAN Token Ring 2000 1970 1980 1990 ADSL Telex Autocom numérique Transpac Modems Numéris (ISDN - RNIS) ATM Mobiles GSM Internet WAN

6 Ce qui a évolué Montée en puissance de l ’informatisation
Tout est informatisé Majorité des applications est du type client/serveur Besoin local et distant  Evolution des technologies de télécom Câblage, FO, …etc. Traitement numérique du signal Nouveaux protocoles  Nouveaux besoins Internet Multimédia...

7 Les nouveaux besoins Intégration de Service Nouvelles Contraintes
Données + Voix + Vidéo Nouvelles Contraintes Différents Débits 64 kb/s RNIS-SE, 10 à 100 Mb/s pour les données 1,5 à 25 Mb/s pour l’image Qualité de Service (QoS) Sensibilité aux pertes, Sensibilité aux Délais Trafic Continu/Sporadique (Burst) Mode d’exploitation Point à point, Multipoint Nouvelles Interfaces Négocier la QoS avec le réseaux

8 Besoins en communication
Données Voix Vidéo Pointes de largeur de bande élevées Basses élevées Durée de connexions Courtes Moyennes élevées Régularité du trafic Sporadiques Continu Continue Contrôle d ’erreur Essentiel Fiable Sommaire Contraintes de synchronisation Faibles Importantes Importantes++

9 Catégorie des Réseaux Trois principales catégories des réseaux :
LAN (Local Area Network) : Intra-bâtiment MAN (Metropolitan Area Network) : Inter-Campus WAN ( Wide Area Network) : Pays

10 Catégorie des Réseaux : LAN (Local Area Network) RLE ( Réseaux Locaux d ’Entreprise)
Caractéristiques :  Objectif : Groupe de W / Site complet Transfert de données avant tout Accès aux ressources partagées Travail coopératif …  Méthode : Multi-point Besoin de mettre en place des méthodes d ’accès au support physique  Débit : 10 à 100 Mbits /s ( voir le giga bits/S)  Normes les plus fréquentes (topologies) :  Polling  Ethernet  Token Virtuel (bus) ou physique (anneau)

11 Catégorie des Réseaux : LAN - suite
Evolution:  Vers les hauts débits et / ou la Ethernet commuté 100 VG LAN FFDI...  Vers une plus grande liberté : Sans fils (WI-FI / )

12  un gros réseau LAN ( à l ’échelle d ’une ville)
Catégorie des Réseaux : réseaux Métropolitains : MAN Evolution:  un gros réseau LAN ( à l ’échelle d ’une ville)  Un MAN de type DQDB peut couvrir une surface de 150 km bien que la distance maximale ne soit pas précisée par la norme.  On peut transmettre des voix et (ou) des données  Deux normes ont été proposées à ce jour pour les réseaux métropolitains : FDDI (Fiber Distributed Data Interface) DQDB (Distributed Queue Dual Bus)

13 Catégorie des Réseaux : réseaux Métropolitains : MAN  Normalisation
DQDB : 802.6 FDDI : X3T9.5 Pour définir : MAC Medium Access Protocol PHY : Physical Protocol PMD : Physical Midium Dependant

14 Catégorie des Réseaux : réseaux Métropolitains : MAN
Evolution:  La topologie du réseau DQDB est constitué d'une paire de bus unidirectionnels et de sens inverse.  Pour pouvoir émettre et recevoir des données, chaque station est connectée en émission et réception sur chaque bus.

15 Catégorie des Réseaux : WAN ( Wide Area Network)
Premier : Téléphone Besoins  Communications distantes : > 50 km  Accès base de données / Transfert de fichiers  Travail coopératif ( Messagerie, …etc.)  Méthode : réseau commuté  Débit :  Utilisateur : Q q Mbits/s  Provider : Haut Débit (>Gbits/s)  Techno :  Téléphonie  RNIS, ADSL  SDH/SONET  MPLS  Frame Relay  Ligne Louée (LS)  Satellite...

16 Réseaux WAN : EXempl

17 Réseaux LAN/MAN/WAN : Tableau comparatif

18 Modèle de Référence OSI : Open Systems Interconnexion
Modèle fondé sur un principe énoncé par Jules César Diviser pour mieux régner Le principe de base est la description des réseaux sous forme d’un ensemble de couches superposées les unes aux autres L’étude de tout est réduit à celle des ses parties, l’ensemble devient plus facile à manipuler

19 Deux organismes de normalisation pour les réseaux informatiques :
L’ISO : Internatyional Standardization Organization UIT-T (Union International des Télécommunication) ex CCITT L’ISO est un organisme dépendant de l’ONU Les représentants nationaux sont des organismes nationaux de normalisation : ANSI pour les USA AFNOR pour la France DIN pour l’Allemagne BSI pour le Royaume Uni HSC pour le Japon UIT-T comprend des opérateurs et des industriels des télécommunications

20 Architecture des réseaux : Généralités
Le modèle de référence prend en compte le fait que la mise en relation entre deux entités peut être réalisé à travers un ou plusieurs systèmes relais Il organise deux modes de dialogues : - dialogue point à point entre les communicants et les relais - dialogue de bout en bout ( directement entre les partenaires de la communication) entre les deux systèmes Système relais Système d ’extrémité Dialogue bout en bout Dialogue de point à point Organes de dialogues

21 Architecture des réseaux : Généralités
Organisation en séries de couches ou niveaux Leur nombre, leur nom, leur fonction varie selon les réseaux L’objet de chaque couche est d’offrir certains services aux couches plus hautes Une couche supérieure ignore « en principe » la manière de mise en œuvre d ’un service pour les couches inférieurs Définition des opérations élémentaires et les services que la couche inférieurs offre à la couche supérieure

22 Architecture des réseaux : Généralités
Règles et convention utilisées pour la conversation ? Règles et convention utilisées pour la conversation

23 Architecture des réseaux : Généralités
Chemin Physique / Logique Règles et convention utilisées pour la conversation

24 Service, protocole et interface « structuration en couches »
Service: ensemble des primitives qu’une couche fournit Protocole: Règles et convention pour la communication entre les entités paires de la même couche (p. ex. format des paquets) afin de réaliser le service Interface: Spécifie comment accéder à un service (p. ex. paramètres à utiliser dans l’appel d’une primitive) Analogie: Structure de donnée en informatique – Service: Structure de donnée abstraite, avec les opérations et leur sémantique – Protocole: Implémentation du service, p. ex. format des données utilisées par la classe – Interface: interface publique de la classe Un service est défini par un ensemble de primitives (opération) qu’une entité (d’une couche supérieure ou inférieure) peut utiliser Classification Primitive Signification Request Une entité sollicite un service Indication Une entité est informée d'un événement Response Une entité répond à un événement Confirm Une entité réçoit la réponse à sa

25 Réduire la complexité des logiciels
Principes des couches Réduire la complexité des logiciels – La couche (N-1) offre ses services à la couche N – La couche supérieure (N) n’a pas besoin de savoir comment les services ` à la couche (N-1) sont implantés. Les entités paires (logiciels au même niveau) utilisent des protocoles pour communiquer. Les protocoles sont des règles d’échange de message et des conventions entre les entités paires. L’ensemble des couches et des protocoles est considéré comme architecture de réseau Définition : Une entité peut être une entité logicielle (comme un processus), ou une entité matérielle (comme une puce d'E/S intelligente). Les entités de la même couche sur des machines différentes sont appelées entités

26 Communication effective
« Techniques de mise en œuvre dans le modèle » Une couche est : – fournisseur de service pour une couche supérieure et – utilisateur de service d’une couche inférieure SAP ( Service access point): Endroit où une couche peut accéder aux services offerts IDU (Interface Data Unit): Est passée de la couche n+1 à la couche n aux SAP –ICI ( Interface control information): Information de gestion entre les couches (p. ex. longueur de l’IDU) –SDU ( Service data unit): Information à passer à l’entité paire PDU (Protocol data unit): Information échangée entre les entités paires = - N-SDU (plus) – En- tête: contient de l’information de gestion pour l’entité paire La finalité de chaque couche est de fournir des services à la couche située immédiatement au-dessus. Dans cette section, nous verrons plus en détail ce que signifie un service, mais tout d'abord donnons quelques éléments de terminologie. Les éléments actifs de chaque couche s'appellent des entités. Une entité peut être une entité logicielle (comme un processus), ou une entité matérielle (comme une puce d'E/S intelligente). Les entités de la même couche sur des machines différentes sont appelées entités paires. Les entités de la couche n implémentent un service utilisé par la couche n+ 1. La couche n est alors appelée fournisseur de service et la couche n+ 1 utilisateur de service. La couche n peut utiliser les services de la couche n-1 pour fournir son service. Elle peut offrir différentes catégories de service, par exemple des services de communication rapides et chers ou au contraire lents et bon marché.

27 Modélisation OSI en couches Interfaces et Services
Service (N) : Service rendu au niveau N+1 Protocole (N) : Règles nécessaires au service N N-Services access point : SAP / Frontière N /N+1 (paramètres, primitives, …etc.) ( Unité de données d ’interface entre couches) IDU ( Information de commande de l ’interface) Couche (N+1) ICI SDU ( Unité de données de services) SAP (Point d ’accès à un service) Interface N-SAP En-tête Les entités de couche N échangent des N-PDU par des protocoles de couche N ICI SDU SDU Couche (N) Les services sont accessibles par des points d'accès aux services, SAP (service access point). Les SAP de la couche n sont les endroits où la couche n+ 1 peut accéder aux services offerts. Chaque SAP est identifié par une adresse unique. Pour être clair, les SAP du système téléphonique sont les prises auxquelles peuvent être raccotdées les téléphones et les adresses SAP sont les numéros de téléphone de ces prises. Pour appeler quelqu'un, on doit connaître son adresse SAP. De même, pour la poste, les adresses SAP sont les adresses des rues ou les numéros de boîte postale. Pour envoyer une lettre, on doit connaître l'adresse SAP du destinataire. N-PDU IDU : Interface Data Unit ICI : Interface Control Information SDU : Service Data Unit SAP : Service Access Point N-PDU : N-Protocol Data Unit (Unité de données de protocole de couche N) Structuration d ’une couche

28  Modélisation OSI en couches de services (i)
Règle d ’architecture du modèle SDU : Service Data Unit SAP : Service Access Point N-PDU : N-Protocol Data Unit

29  Modélisation OSI en couches de services (i)
DEFINITIONS • SDU : Service Data Unit •• Informations échangées entre deux couches adjacentes. •• La couche inférieure ignore la "structure sémantique" du SDU •• Par exemple : pour le facteur, la lettre dans l’enveloppe est une SDU. • PDU : Protocole Data Unit •• Informations échangées entre deux systèmes distants •• Contient des informations protocolaires et peut être des données (SDU) • Entité protocolaire •• met en oeuvre le protocole •• composants électroniques, code dans le noyau, fonctions,... • SAP : Service Access Point •• méthodes pour communiquer d’une couche à une autre •• emplacement mémoire et interruptions, appels de fonctions •• permet de savoir où remonter une information (adresse, numéro de protocole,...)

30 Modélisation OSI en couches

31 Le modèle de référence OSI
Couches orientées application Les couches hautes qui sont chargées d ’assurer l ’inter fonctionnement des processus applicatifs distants Couches orientées transport fournissent aux couches hautes un service de transport de données fiable, déchargeant les couches hautes de toutes les fonctions de transfert d ’information à travers les systèmes relais Le modèle de référence comprend deux ensembles de couches

32 Architecture des réseaux : Echange des informations

33 Architecture des réseaux : Echange des informations
Médium Physique

34 Le modèle de référence OSI

35 Le modèle de référence OSI: la normalisation
PDU : Protocol Data Unit - ISO : Modèle de référence OSI de base - ISO : Architecture de sécurité - ISO : La dénomination et l ’adressage - ISO : Le cadre général pour la gestion OSI - 1/Ad : La transmission en mode sans connexion - 1/Ad : La transmission multi-points

36 Le modèle de référence OSI: la normalisation
ENCAPSULATION DES DONNEES

37 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application ISO 10022 La couche physique s'occupe de la transmission des bits de façon brute sur un canal de communication. Sa conception doit être telle que l'on soit sûr que, lorsqu'un côté envoie un bit à 1, on reçoit de l'autre côté un bit à 1, et non un bit à 0. Le genre de questions que l'on se pose porte sur le nombre de volts à atteindre pour représenter un bit à 1 et à 0, la durée de transmission d'un bit en microsecondes, la possibilité de transmission dans les deux directions simultanément, l'initialisation de la connexion et le relâchement quand les deux côtés ont fini, le nombre de broches que possède le connecteur de réseau et le rôle de chacune d'entre elles. Les problèmes de conception concernent les interfaces mécaniques, électriques et fonctionnelles ainsi que le support physique de transmission qui se trouve sous la couche physique

38 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application La tâche principale de la couche liaison de données est de prendre un moyen de transmission « brut» et de le transformer en une liaison qui paraît exempte d'erreurs de transmission à la couche réseau. Elle l'accomplit en fractionnant les données d'entrée de l'émetteur en trames de données (de quelques centaines ou de quelques milliers d'octets), en transmettant les trames en séquence et en gérant les trames d'acquittement renvoyées par le récepteur. Puisque la couche physique accepte et transmet simplement un flot de bits sans en connaître la signification ni la structure, c'est à la couche liaison de données de créer et de reconnaître les frontières des trames. Cela peut se réaliser en accolant au début et à la fin de la trame une configuration binaire spéciale. Si une telle configuration risque d'apparaître accidentellement dans les données, il convient de prendre des précautions spécifiques pour éviter toute confusion. Une perturbation sur la ligne peut détruire complètement une trame. Dans ce cas, le logiciel de la couche liaison de données de la machine source doit retransmettre la trame. Cependant, plusieurs transmissions d'une même trame peuvent en provoquer la duplication. Ce sera le cas si, par exemple, la trame d'acquittement est détruite. C'est le rôle de cette couche de résoudre les problèmes posés par les trames endomma, gées, perdues ou dupliquées. La couche liaison de données peut offrir différentes catégories de service à la couche réseau, avec des qualités de service et des coûts différents. Une autre fonction de cette couche (et aussi de la plupart des couches de plus haut niveau) est d'empêcher un émetteur rapide de saturer de données un récepteur lent. On doit donc utiliser un mécanisme de régulation de trafic pour que l'émetteur con' naisse à chaque instant la quantité de mémoire tampon disponible au niveau du récepteur. Par commodité, régulation de flux et gestion des erreurs sont souvent intégrées.

39 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
• Structurer le flot de bits de la couche 1 en trames ( frames ) – Ajout d’en- têtes et d’en- queues avec des séquences de bits spécifiques – Reconnaissances des frontières des trames • Transformation du moyen de transmission physique en une liaison exempte d’erreurs de transmission – Transmission de trames et d’acquittements entre deux noeuds adjacents – Contrôle d’erreur et retransmission – Élimination de trames dupliquées – Contrôle de la vitesse d’émission • Contrôle d’accès au médium physique • Réalisation de catégories de service avec des qualités de service différentes

40 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application La couche réseau doit permettre l ’interconnexion de réseaux hétérogènes La couche réseau permet de gérer le sous-réseau. La façon dont les paquets sont acheminés de la source au destinataire constitue un élément clé de sa conception. Les routes peuvent être fondées sur des tables statiques « câblées » dans le réseau et rarement changées. Elles peuvent également être déterminées au début de chaque conversation, par exemple lorsqu'on se connecte à un ordinateur depuis un terminal. Enfin, elles peuvent être très dynamiques, recalculées pour chaque paquet de manière à prendre en compte la charge instantanée du réseau utilisé. Si trop de paquets se trouvent simultanément dans le sous-réseau, il va se créer des engorgements. Le contrôle d'une telle congestion est aussi du domaine de la couche réseau. Puisque les opérateurs du sous-réseau attendent une rémunération de leurs efforts, la couche réseau renfermera souvent des fonctions de comptabilité. Le logiciel doit au minimum compter le nombre de paquets, de caractères ou de bits envoyés à chaque client pour que l'on ait les informations nécessaires à la facturation. Lorsque le paquet franchit une frontière et que les tarifs diffèrent de chaque côté, la comptabilité peut devenir compliquée. Quand un paquet doit transiter d'un réseau à un autre pour arriver à destination, beaucoup de problèmes surgissent. L'adressage dans le second réseau peut être très différent de celui du premier. Le second peut ne pas accepter du tout le paquet parce qu'il est trop volumineux. Les protocoles peuvent être incompatibles, et ainsi de suite. C'est à la couche réseau de résoudre tous ces problèmes pour permettre l'interconnexion de réseaux hétérogènes. Dans les réseaux à diffusion, le problème du routage est simple, si bien que la couche réseau est souvent mince, voire inexistante. Deux types de service sont offerts par la couche 3: Service en mode connexion (virtual circuit service) Service sans connexion (datagram service) Des protocoles connus sont: X25/3 (CCITT) Q.931 ou RNIS/ISDN (CCITT) IP (Internet Protocol)

41 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application Les découpe éventuellement S ’assure de leur ordonnancement Les fonctions de la couche transport visent à améliorer la qualité de service offert par les sous-réseaux jacents. Les protocoles de transport sont répartis en cinq classes : Classe 0 : TP0 : est la classe de base, elle offre un service minimum Classe 1 = classe 0 + reprise sur erreur signalée et Gel de référence Class 2 = classe 0 + Multiplexage + Reprise sur erreur signalée et Control de flux Classe 3 = classe 0 + class0 + classe 1 +multiplexage de connexion et Control de flux Classe 4 = classe 0 + classe 1 + classe 3 + Détection et Reprise sur erreur et Contrôle d’activité La fonction de base de la couche transport est d'accepter des données de la couche session, de les découper, le cas échéant, en plus petites unités, de les passer à la couche réseau et de s'assurer que tous les morceaux arrivent correctement de l'autre côté. De plus, tout cela doit être fait de façon efficace et en préservant les couches supérieures des inévitables évolutions technologiques du matériel. Normalement, la couche transport crée une connexion réseau par connexion de transport requise par la couche session. Cependant, si la connexion de transport requiert un débit rapide, la couche transport peut créer de multiples connexions réseau, sur lesquels elle répartit les données pour améliorer le débit. A l'inverse, dans le cas où la création et le maintien d'une connexion est coûteuse, la couche transport peut multiplexer plusieurs connexions transport sur la même connexion réseau pour réduire le coût. Dans tous les cas, la couche transport a pour tâche de rendre ce multiplexage transparent à la couche session. La couche transport détermine également le type de services à fournir à la couche session et, finalement, aux utilisateurs du réseau. La connexion de transport la plus courante consiste en un canal de point à point, exempt d'erreurs, délivrant les messages ou les octets dans l'ordre d'émission. Cependant, d'autres types de services possibles permettent le transport de messages isolés sans garantie d'ordre de délivrance et la diffusion de messages à plusieurs destinataires. Le type de service est déterminé à l'éta- blissement de la connexion. La couche transport est une authentique couche de bout en bout, de l'émetteur au destinataire. En d'autres termes, un programme de la machine source soutient une con- versation avec un programme similaire sur la machine destinataire en utilisant les mes- sages d'en-tête et de contrôle. Pour les couches plus basses, les protocoles agissent entre machines voisines et non entre les machines d'extrémité, source et destinataire, qui peuvent être séparées par un grand nombre de routeurs. La différence entre les couches 1 à 3, qui s'enchaînent toujours, et les couches 4 à 7, qui sont de bout en bout, est illustrée à la figure ci-dessus. En plus du multiplexage de plusieurs messages sur un canal, la couche transport doit gérer l'établissement et le relâchement des connexions sur le réseau. Cela nécessite un mécanisme d'adressage permettant au processus initiateur d'indiquer avec qui il veut converser. Il doit également exister un mécanisme de régulation de flux de telle sorte qu'une machine hôte rapide ne sature pas une machine plus lente. C'est ce mécanisme qu'on appelle le contrôle de flux et qui joue un rôle clé dans la couche transport (comme dans d'autres couches). Le contrôle de flux entre hôtes est différent de celui entre routeurs. Nous verrons cependant plus loin que certains principes s'appliquent aux deux.

42 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application Si une panne se produit en cours de transfert de fichiers, il suffit de retourner au dernier point de reprise au lieu de devoir repartir du début En pratique, peu d ’applications sont intéressées par la couche session et est rarement implémentée. Elle figure même pas dans la pile de protocoles du DoD La couche session permet à des utilisateurs travaillant sur différentes machines d'établir des sessions entre eux. Une session permet le transport des données, comme la couche transport, mais elle offre également des services évolués utiles à certaines applications. Une session peut permettre à un utilisateur d'accéder à un système à temps partagé distant ou de transférer un fichier entre deux machines. Un des services de la couche session concerne la gestion du dialogue. Les sessions peuvent autoriser le mode bi, ou unidirectionnel du trafic. Quand le trafic s'écoule d'un seul côté à la fois (comme sur une ligne de chemin de fer à voie unique), la couche session peut aider à savoir qui a la parole. Un tel service de session s'appelle la gestion du jeton. Dans certains protocoles, il est essentiel que les deux côtés ne lancent pas la même opération en même temps. Pour prendre en compte cette contrainte, la couche session fournit des jetons que les parties s'échangent. Seul le côté possédant le jeton peut effectuer l'opération critique. Un autre service de session est la synchronisation. Imaginons ce qui peut arriver lorsqu'on essaye d'effectuer un transfert de fichier d'une durée de deux heures entre deux machines alors que le temps moyen entre deux pannes est d'une heure. Après l'interruption d'un transfert, l'ensemble du transfert doit être repris et échouera probablement à la panne suivante du réseau. Pour résoudre ce problème, la couche session permet d'insérer des points de reprise dans le flot de données de façon à ne reprendre après une panne que le transfert des données suivant le dernier point de reprise.

43 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session présentation Application Représentation des données transférées entre entités d ’application Représentation de la structure de données et représentation de l ’ensemble des actions effectuées sur cette structure de données Encodage dans une norme agrée permettant à des équipements « ASCII » et « EBCIDIC » par exemple de communiquer Compression des données, chiffrement La couche présentation remplit des fonctions suffisamment courantes et génériques pour n'être pas laissées à la charge de chaque utilisateur. Plus précisément, à la différence des autres couches, qui sont concernées seulement par la transmission fiable des bits d'un point à un autre, la couche présentation s'intéresse à la syntaxe et à la sémantique de l'information transmise. Un exemple typique de service de présentation est l'encodage des données dans une norme reconnue. La plupart des programmes utilisateurs n'échangent pas des chaînes de bits aléatoires. Ils s'échangent des noms de personnes, des dates, des montants et des factures qui sont représentés sous forme de chaînes de caractères, d'entiers, de nombres en virgule flottante, et de structures de données composites. Or, les machinesreprésentent selon des codes différents les chaînes de caractères (ASCII et Unicode par exemple) tout comme les entiers (complément à un, à deux...). Afin de permettre à des ordinateurs ayant différentes présentations de communiquer, la structure des données à échanger peut être définie de façon abstraite, avec une norme d'encodage à utiliser « au fil de l'eau ». La gestion de ces structures abstraites de données, la conversion de représentation entre le standard interne et la norme du réseau sont effectuées par la couche présentation

44 Le modèle de référence OSI : Rôle des différentes couches
Liaison Physique Réseau Transport Session Représentation Application Elle offre aux processus de l ’application le moyen d ’accéder à l ’environnement OSI Les processus d ’application échangent leurs informations par l ’intermédiaire des entités d ’application (A-PDU) Exemples : Terminal de réseau virtuel, transfert de fichiers, courrier électronique, consultation des annuaires Fonction: Support a l’application des usagers: courrier électronique, WEB, transfert de fichiers, etc. Les systèmes d’exploitation distribués peuvent être considérés comme des exemples de cette couche. Des protocoles et systèmes connus sont: IS 8571 (FTAM: File Transfer Access and Management, ISO) X.400 (Message Handling System, CCITT) TP (Transaction Processing, ISO) HTTP (Hypertext Transfer Protocol) La couche application comporte de nombreux protocoles fréquemment utilisés. Par exemple, il y a de part le monde des centaines de terminaux incompatibles. Imaginez un éditeur de texte devant travailler en réseau avec de nombreux types de terminaux différents, chacun ayant son affichage propre, ses séquences d'échappement pour insérer et effacer du texte, déplacer le curseur, etc. On peut résoudre ce problème en définissant un terminal de réseau virtuel auquel les éditeurs et autres programmes peuvent être adaptés. Pour gérer chaque type de terminal, il suffit d'écrire un logiciel de correspondance entre les fonctions du terminal virtuel et le terminal réel. Par exemple, lorsque l'éditeur déplace le curseur du terminal virtuel vers l'angle supérieur gauche de l'écran, le logiciel doit exécuter la séquence de commandes appropriée pour le terminal réel afin de placer son curseur à cet endroit. Tout le logiciel du terminal virtuel se trouve dans la couche application. Une autre fonction propre à cette couche est le transfert de fichiers. Les différents systèmes de fichier ont leur propre convention de dénomination, différentes façons de représenter les lignes de texte, et ainsi de suite. Le transfert de fichiers entre différents systèmes requiert entre autres la gestion de ces incompatibilités. Ce travail revient à la couche application, de même que le courrier électronique, l'exécution de travaux à distance, la consultation des annuaires, etc.

45 Le modèle DoD : 4 niveaux

46 • Les objectifs de l’ARPANET était
Modèle TCP/ IP (1974) Développé dans le contexte d’ARPANET et financé par le Département de Défense américain • Les objectifs de l’ARPANET était –L’interconnexion des réseaux (incompatibles ! des universités et instituts de recherche) de manière transparente (internet) – Grande tolérance aux pannes – Architecture souple, appropriée pour des applications très différentes • L’architecture et les protocoles sont maintenant utilisés dans Internet Passons maintenant du modèle OSI au modèle de référence que l'on a utilisé tant pour l'ancêtre des réseaux d'ordinateurs, ARP ANET, que pour son descendant, le très célèbre Internet. Nous dirons plus loin quelques mots de l'histoire d' ARP ANET. Pour le moment, contentons nous d'en mentionner les principales caractéristiques. ARPANET était un réseau de recherche patronné par le ministère américain de la Défense (le DoD: Department of Defense). Il a relié jusqu'à plusieurs centaines d'universités et de sites administratifs en utilisant des liaisons louées téléphoniques. Avec l'apparition des réseaux radio et satellite, il a fallu mettre au point une nouvelle architecture de référence. Depuis le démarrage de ce réseau, on cherchait surtout à relier des réseaux très divers de la façon la plus transparente possible. Cette architecture finit par être connue sous l'appellation de Modèle de référence TCP/IP, du nom de ses deux prin- cipaux protocoles. Elle est définie dans ( Cerf et Kahn, 1974) tandis que (Leiner et al. , 1985) en donne une perspective plus récente. La philosophie qui sous-tend ce modèle est analysé dans (Clark, 1988).

47  Modélisation OSI / Modèle de référence Internet : comparaison
Modèle OSI Modèle TCP/IP Protocoles Réseau Etant donné la crainte du DoD que certains de ses précieux ordinateurs, routeurs ou passerelles puissent être mis hors d'usage en raison d'une panne du sous-réseau, on a porté la plus grande attention à la disponibilité du réseau. En d'autres termes, le DoD voulait que les connexions restent intactes du moment que l'ordinateur source et l'ordi- nateur destination fonctionnaient et ce, indépendamment de ce qui pouvait arriver à certains routeurs ou à certaines lignes de transmission. De plus, on avait besoin d'une architecture très souple puisqu'on voulait disposer d'applications aussi différentes que le transfert de fichiers et la transmission de la parole en temps réel

48 Un hôte peut supporter plusieurs protocoles de réseau.
Couche accès au réseau Cette couche est responsable de la transmission fiable des trames de données à travers les supports de communication physiques. Un hôte peut supporter plusieurs protocoles de réseau. La transformation des adresses IP en adresses physiques se fait à ce niveau. (couche Internet) Sous la couche internet, il y a un grand vide. Le modèle de référence TCP/IP ne dit pas grand,chose de ce qui se passe là, excepté pour noter que l'ordinateur hôte doit se connecter au réseau en utilisant un protocole qui lui permette d'envoyer des paquets IP. Ce protocole n'est pas explicitement défini et varie d'un ordinateur à l'autre et d'un réseau à l'autre.

49 Couche inter-réseau (Internet)
Le protocole IP (Internet Protocol) est basé sur un modèle de commutation de paquets. Il s’agit d’un protocole en mode sans connexion. Les fonctions de cette couche sont: Définition d’une méthode d’adressage pour le réseau entier Acheminement des données entre la couche transport et les couches réseaux Routage des datagrammes vers les destinataires Fragmentation et réassemblage des datagrammes Ces spécifications ont conduit à choisir un réseau à commutation par paquets fondé sur une couche d'interconnexion de réseaux sans connexion. Cette couche, qu'on appelle la couche internet, est la clé de voûte de toute l'architecture. Son rôle est de permettre l'injection de paquets dans n'importe quel réseau et l'acheminement de ces paquets indépendamment les uns des autres jusqu'à destination. Il est évidemment pos- sible que les paquets arrivent dans un ordre différent de l'ordre d'émission, auquel cas ce sera aux couches supérieures de les réordonner si cela est vraiment important. Notons que le terme « internet » est ici utilisé dans son sens générique, même si cette couche existe dans Internet. On peut comparer cette couche au courrier postal. Lorsqu'on confie à La Poste une série de lettres à destination de l'étranger, on a toutes les chances qu'elles arrivent à bon port. Elles traverseront probablement, durant leur acheminement, plusieurs passerelles de traitement du courrier international, mais cela est transparent pour les utilisateurs. Mieux encore, le fait que chaque pays (c'est-à-dire chaque réseau) ait ses propres timbres, ses propres formats d'enveloppes et ses propres règles de remise de message est caché à l'utilisateur. La couche internet définit un format officiel de paquet et un protocole qu'on appelle IP (Internet Protocol). Le rôle de la couche internet est de remettre les paquets IP à qui de droit. Le routage des paquets est donc un point crucial, tout comme l'est le fait d'éviter les congestions. C'est pourquoi on peut dire que la couche internet du modèle TCP/IP a des fonctionnalités semblables à celles de la couche réseau du modèle OSI. La figure précédente illustre cette correspondance.

50 Il existe deux protocoles principaux à ce niveau:
Couche transport Il existe deux protocoles principaux à ce niveau: TCP: Transmission Control Protocol: Ce protocole fournit une communication fiable en mode connexion (et duplex). UDP: User Datagram Protocol: Ce protocole fournit une communication non fiable en mode sans connexion. La couche immédiatement au-dessus de la couche internet dans le modèle TCP/IP est maintenant appelée couche transport. Son rôle, permettre à des entités paires sur des ordinateurs source et destination de soutenir une conversation, est le même que celui de la couche transport OSI. Deux protocoles de bout en bout ont été définis. Le premier, TCP (Transmission Control Protocol) est un protocole fiable orienté connexion qui permet la remise sans erreur à une machine appartenant à un internet d'un flux d'octets issus d'une autre machine de cet internet. Il fragmente le flux entrant en messages qu'il passe à la couche internet. Sur la machine destinataire, le processus TCP d'arrivée réassemble les messages reçus. TCP s'occupe également du contrôle de flux de telle sorte qu'un émetteur rapide ne submerge pas un récepteur plus lent de plus de données que celui,ci ne peut en traiter. Le second protocole de cette couche, UDP (User Datagram Protocol) est un proto, cole non fiable, sans connexion, destiné aux applications qui ne veulent pas du séquen, cernent et du contrôle de flux de TCP parce qu'elles souhaitent utiliser les leurs. Ce protocole est également très courant pour les applications du type client'serveur ou demande,réponse et celles dans lesquelles le plus important est d'avoir les données à temps comme la transmission du son ou de l'image. Les relations entre IP, TCP et UDP sont illustrées à la figure (Transparent page 110). Depuis que ce modèle a été imaginé, IF a été implémenté sur un très grand nombre de réseaux.

51 Cette couche inclut les programmes d’application, tels que:
Couche application Cette couche inclut les programmes d’application, tels que: FTP: file transfer protocol Telnet: émulation de terminal pour la connexion à un autre hôte SMTP: Simple Mail Transfer Protocol: messagerie électronique (POP3, IMAP, MIME) HTTP: Hyper Text Transfer Protocol; applications World Wide Web, Netscape, Explorer, etc.: NTTP: News; bulletins ´ electroniques IRC: Internet Relay Chat Protocol Le modèle TCP/IP n'a pas de couche session ou présentation. On n'en a pas ressenti le besoin, donc on n'en a pas créé. L'expérience que l'on a maintenant du modèle OSI. montre que cette vision des choses était juste: la plupart des applications n'utilisent pas ces couches. Au-dessus de la couche transport, on trouve donc directement la couche application qui contient tous les protocoles de haut niveau, les premiers à être développés ont été TELNET (protocole de terminal virtuel), FfP (protocole de transfert de fichier) et SMTP (courrier électronique). TELNET permet à un utilisateur de se connecter à distance sur une machine pour y travailler. FfP fournit un moyen efficace de passer des données d'une machine à une autre. Quant au courrier électronique, que l'on voyait au départ comme une forme particulière de transfert de fichier, on a très vite décidé de développer pour lui un prtocole particulier. Ces quelques protocoles initiaux ont été rejoints ensuite par beaucoup d'autres parmi lesquels DNS qui gère les noms de machine, NNTP qui traite les a icles des groupes de discussion (news) ou encore HTTP, le protocole qui sert à charger les pages de la Toile (World Wide Web).

52  Modélisation OSI / Modèle de référence Internet : exemple
Architecture d ’un système UNIX

53  Les couches IP

54  Encapsulation des Données

55 Introduction à la Commutation

56 Rappels sur la commutation
7-Couche Application 7-Couche Application 6-Couche Représentation 6-Couche Représentation 5-Couche Session 5-Couche Session 4-Couche Transport 4-Couche Transport 3-Couche Réseau 3-Couche Réseau 3 2- Couche Liaison 2- Couche Liaison 2 2 1 1 1- Couche Physique 1- Couche Physique

57     Rappels sur la commutation Généralités  Position du problème
 nécessité de mettre en relation un utilisateur avec n’importe quel autre utilisateur (interconnexion totale)  Position du problème  connexion entre deux abonnés : un lien  connexion entre trois abonnés : trois liens  connexion entre quatre abonnés : six liens  connexion entre N abonnés : N(N-1)/2 Conclusions  Si on applique cette relation à un réseau téléphonique avec abonnés dans le monde, il faudrait que le réseau compte lignes

58  Rappels sur la commutation
Solutions  nécessité trouver un système qui permet, à partir d ’une simple ligne de raccordement, d ’atteindre toute autre abonné du réseau par simple commutation  le réseau de commutation

59  Rappels sur la commutation
Les Techniques de transfert  Cinq grandes techniques de transfert : la commutation de circuits, le transfert de messages, le transfert de paquets, la commutation de trames la commutation de cellules.  Le transfert est compatible avec la commutation comme avec le routage tandis que la commutation ne fonctionne qu'en mode commuté.  N.B : Historiquement, les réseaux à commutation de circuits ont été les premiers à apparaître « le réseau téléphonique en est un exemple ».  Les commutations de messages et de paquets ont pris la succession pour optimiser l'utilisation des lignes de communication dans les environnements informatiques. la commutation de messages, la commutation de paquets,

60  Rappels sur la commutation
Les Techniques de transfert  Enfin, deux nouveaux types de commutation : la commutation de trames la commutation de cellules, qui s' apparentent à la commutation de paquets, ont été mis au point récemment : Pour augmenter les débits sur les lignes Et prendre en charge les applications multimédias.

61  Rappels sur la commutation
Commutation de circuits  Un circuit matérialisé est construit entre l'émetteur et le récepteur (E/R).  Ce circuit n'appartient qu'aux deux entités qui communiquent.  Le circuit doit d'abord être établi pour que des informations puissent transiter  Le circuit dure jusqu'au moment où l'un des deux abonnés interrompt la communication.  Si les deux correspondants n'ont plus de données à se transmettre pendant un certain temps, la liaison reste inutilisée. Connexion physique est établie dès que l ’appel a aboutit Commutateur ou centre de commutation

62  Rappels sur la commutation
Commutation de circuits  Allocation du lien pendant la durée du transfert similaire au réseau téléphonique une phase d’ouverture du circuit une phase de transfert une phase de fermeture  Acceptable pour un transfert de fichier (par exemple avec numéris)  Mauvaise utilisation des ressources pour un trafic transactionnel

63  Rappels sur la commutation
Commutation de circuits  D'où l'idée de concentrer sur une même liaison plusieurs communications de façon que le taux d'utilisation des liaisons augmente.  Si de nombreuses communications utilisent une même liaison, une file d'attente se forme, et il est nécessaire de prévoir des zones de mémoire pour retenir les messages en attendant que la liaison soit disponible.  Une autre possibilité consiste à faire transiter ces messages par des routes différentes de celles initialement prévues. « Le fait d'augmenter l'utilisation des lignes accroît la complexité du système de gestion, qui devient beaucoup plus lourd, même si le débit est meilleur »

64  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de messages  Un message est une suite d'informations formant logiquement un tout pour l'expéditeur et le destinataire, comme un fichier complet, une ligne tapée sur un terminal, un secteur de disque, etc.  Un réseau à transfert de messages se présente sous la forme illustrée à la figure suivante.  est une alternative à la Commutation de circuit pour l ’échange de données

65  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de messages  C' est un réseau maillé de noeuds. Le message est envoyé de noeud en noeud de transfert jusqu'au destinataire. Ce message ne peut pas être envoyé au noeud suivant tant qu'il n'est pas complètement et correctement reçu par le noeud précédent (commutation en mode différé : Store-and-forward - stocker, vérifier et faire suivre). Le temps de réponse, même dans le cas le plus favorable, est généralement très long puisque c'est la somme des temps de transmission à chaque noeud, comme illustré à la figure suivante. Message Arrivée du Message au nœud 2 Nœud 1 Envoi du Message vers le nœud 3 Nœud 2 Nœud 3 Temps Arrivée du Message au nœud 3 Arrivée du Message vers l ’utilisateur

66  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de messages  Exemple : Système télégraphique (premier système)  Il est nécessaire d'insérer des tampons aux noeuds intermédiaires pour mémoriser les messages tant que ceux-ci ne sont pas correctement stockés dans le noeud suivant. « Ceci est du au fait que la commutation de message n ’impose pas de taille fixe aux MSg » Remarque : L ’échange de messages volumineux entre deux commutateurs peut immobiliser la ligne pendant de longues minutes, rendant cette technique inefficace pour le transfert de trafic interactif  Il faut également un système de gestion des transmissions qui accuse réception des messages correctement reçus et demande la retransmission des messages erronés.

67  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de messages  De plus, comme la capacité des mémoires intermédiaires est limitée, il faut introduire un contrôle sur le flux des messages pour éviter tout débordement.  Des politiques de routage des messages peuvent être introduites pour aider et sécuriser les transmissions et faire en sorte que, si une liaison tombe en panne, un autre chemin puisse être trouvé.

68  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de messages par rapport à la commutation de circuit :  Une meilleur utilisation de la ligne  Un transfert même si le correspondant distant est occupé ou non connecté  La diffusion d ’un même message à plusieurs correspondants  Le changement de format de message.  L ’adaptation des débits et éventuellement des protocoles  Une certaine sécurisation des échanges

69  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets  Les messages des utilisateurs sont découpés en paquets, qui ont couramment une longueur maximale de l'ordre de ou octets.  Le diagramme suivant illustre le comportement dans le temps d'un réseau à transfert de paquets par rapport à un réseau à transfert de messages. « On voit que le temps de traversée du réseau, ou temps de transit dans le réseau, est beaucoup plus court dans le cas d'un réseau à transfert de paquets » Attention : la commutation par paquet impose une taille fixe à ne pas dépasser Nœud 1 Nœud 2 Nœud 3 Temps Message Commutation de Message Commutation du Paquets

70  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets  En effet, les paquets étant beaucoup plus petits que les messages, ils peuvent être retransmis vers le noeud suivant plus rapidement.  En outre, plus il y a de paquets obtenus à partir du découpage d'un message, plus le temps de transfert du message est long par rapport à son équivalent en paquets Message Nœud 1 Commutation de Message Nœud 2 Nœud 3 Temps Nœud 1 Commutation du Paquets Nœud 2 Nœud 3 Temps

71  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets  Les paquets en transit sont stockés en mémoire centrale dans les commutateurs plutôt que sur le disque « comme la commutation de message »  Une ligne de transit entre deux commutateurs ne sera pas monopolisée longues temps  la commutation de paquets est bien adaptée au transfert multimédia

72  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets  Les paquets sont envoyés indépendamment les uns des autres.  Les liaisons entre les noeuds les prennent en compte pour les émettre au fur et à mesure de leur arrivée dans le noeud.  Les paquets de plusieurs messages peuvent de la sorte être multiplexés temporellement sur une même liaison, comme illustré à la figure ci-dessous  Le rôle des noeuds est d'aiguiller les paquets vers la bonne porte de sortie, déterminée par une table de routage ou une table de commutation. Les liaisons entre noeuds ne sont pas affectées explicitement à une paire source-destination, comme dans la commutation de circuits.

73  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets Par rapport au transfert de messages : « la gestion de blocs d'informations de petite taille est plus simple, surtout au niveau des reprises sur erreur ».  En revanche, un problème surgit lorsqu'il s'agit de ré-assembler les paquets pour reformer le message original. « En particulier, si des paquets prennent des routes distinctes et que l'un d'eux se perde, il faut le plus souvent effectuer une reprise sur l'ensemble du message ».  En résumé, on gagne en temps de réponse et en performance, mais, parallèlement, « on complexifie l'architecture en ajoutant une couche de protocole supplémentaire. »

74  Rappels sur la commutation
Commutation « transfert » de paquets .  Internet est un exemple de réseau à transfert de paquets et plus précisément un réseau à routage de paquets. « Une fois dans le réseau, les paquets sont de taille variable. Ces paquets sont en outre indépendants les uns des autres. Ils peuvent ainsi suivre des routes distinctes et arriver dans le désordre ».  D'autres protocoles, comme ATM ou X.25, demandent aux paquets de toujours suivre une même route. « De ce fait, les paquets arrivent dans l'ordre, mais au prix d'une solution plus lourde ».

75 Comparaison de deux réseaux de commutation de circuit et par paquets
 Rappels sur la commutation Comparaison de deux réseaux de commutation de circuit et par paquets « en terme de services »

76  Rappels sur la commutation
Commutation de trames  Le transfert de trames est une extension du transfert de paquets.  Un paquet représente le bloc d'information du niveau 3, le niveau paquet, tandis que la trame représente le bloc d'information du niveau 2, le niveau trame.  Un paquet ne peut pas être transmis sur une ligne physique parce qu'il n'y a rien qui signale l'arrivée des premiers éléments binaires. «  La solution pour transporter un paquet d'un noeud vers un autre consiste à placer les éléments binaires dans une trame. Le début de la trame est reconnu grâce à une zone spécifique »  Un transfert de trames est donc similaire à un transfert de paquets,

77  Rappels sur la commutation
Commutation de trames  Les noeuds de transfert sont plus simples. En effet, dans un transfert de paquets: on encapsule le paquet dans une trame, puis on envoie la trame vers le noeud suivant. On reçoit ensuite la trame, puis on la décapsule pour récupérer le paquet, et l' on transfert le paquet, lequel est remis dans une trame, et ainsi de suite. Dans un transfert de trames, on a juste à envoyer la trame. Lorsque la trame arrive au noeud suivant, il suffit de la traiter pour l' envoyer vers un autre noeud.  Les commutateurs sont ainsi plus simples, donc plus performants et moins chers à l'achat.

78  Rappels sur la commutation
Commutation de trames  Plusieurs catégories de transfert de trames ont été développées en fonction du protocole de niveau trame choisi..  Les trois principaux transferts sont : l' ATM, le relais de trames la commutation Ethernet.  La commutation de trames ATM est si particulière qu'on lui a donné le nom de « commutation de cellules ».  Le relais de trames est sûrement la première commutation de trames qui ait été définie. « L'objectif du relais de trames était de simplifier au maximum la commutation de paquets du protocole X.25 définie à la fin des années 70 ». « La solution a consisté à placer la référence directement dans la trame ».

79  Rappels sur la commutation
Commutation de trames  Pour augmenter les performances de cette commutation : Les reprises sur erreur entre noeuds de commutation ont été enlevées. De plus, les procédures de contrôle de flux et le routage ont été simplifiés.  Dans les réseaux Ethernet commutés, on commute la trame Ethernet dans des commutateurs. Les techniques de commutation de trames sont en fait regroupées dans ce qu'on appelle le “ label-switching ”, c'est-à-dire la commutation de références. Ces techniques sont à la base du MPLS (MultiProtcol Label-Switching)

80  Rappels sur la commutation
Commutation de celules  La commutation de cellules est une commutation de trames particulière, dans laquelle toutes les trames ont une longueur fixe de 53 octets.  Quelle que soit la taille des données à transporter, la cellule occupe toujours 53 octets. Si les données forment un bloc de plus de 53 octets, un découpage est effectué, et la dernière cellule n'est pas complètement remplie.  La cellule ATM est illustrée à la figure suivante : 48 octets (données utiles) 5 Octets (en-tête)

81 FIN

82

83  Commutation /N° couche
Commutation de Circuit Commutation de Paquet

84  Commutation /N° couche
Commutation de Trame Relais de trames


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