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Introduction - Architecture1 Introduction aux Réseaux Architecture des Réseaux A. Quidelleur SRC1 Meaux 2007-2008 M22.1 - Réseaux et Services sur Réseaux.

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1 Introduction - Architecture1 Introduction aux Réseaux Architecture des Réseaux A. Quidelleur SRC1 Meaux M Réseaux et Services sur Réseaux Matière – Infrastructure des Réseaux Présentation des services - infrastructure des réseaux

2 Introduction - Architecture2 Plan Introduction aux Réseaux Quelques définitions Réseaux dentreprise / réseaux dopérateurs Quelques concepts réseaux Architecture logicielle des réseaux Le modèle OSI Le modèle TCP/IP

3 Introduction - Architecture3 Introduction Définition dun réseau Définition dune donnée Les supports de transmission Classification des réseaux Quelques concepts réseaux

4 Introduction - Architecture4 Définition dun réseau On appelle réseau le résultat de linterconnexion de plusieurs machines entre elles. Les utilisateurs de ces machines, ou les applications (les « programmes ») qui sy exécutent, échangent par lintermédiaire du réseau des informations ou « données ».

5 Introduction - Architecture5 Données analogiques vs données numériques Les données analogiques = signaux de type continu. Variations de grandeurs physiques pouvant prendre nimporte quelle valeur de façon continue entre deux intervalles de temps. Typiquement, la voix et le son. Propriétés : fréquence (nombre doscillations par seconde, exprimé en hertz) et amplitude (taille des oscillations) Ex. : pour un abonnement « de base », les données sortant du téléphone vers le réseau de France Telecom. Réseau France Telecom t s(t) Le signal issu du téléphone est continu = analogique

6 Introduction - Architecture6 Données analogiques vs données numériques Les données numériques = signaux discrets, i.e. ne pouvant prendre quun nombre fini de valeurs. Par exemple, les données manipulées par un ordinateur = informations codées par des « 0 » et des « 1 » (bits). Les 0 et 1 sont codés en un signal physique (par exemple 0 par une tension positive +V et 1 par une tension négative –V) modem Vers le réseau téléphonique t s(t) +V 0 -V unité dinformation binaire = 1 bit

7 Introduction - Architecture7 Données analogiques vs données numériques Les données numériques sont définies par un codage. Pour les caractères alpha- numériques, le plus utilisé est le code ASCII. Dautres codes « propriétaires » existent, comme EBCDIC dIBM. Extrait de la table du code ASCII

8 Introduction - Architecture8 Données analogiques vs données numériques Exemple : le codage ASCII du mot « hello » : Association (1 caractère 8 bits) H E L L O

9 Introduction - Architecture9 Données analogiques vs données numériques Pour traiter des données de nature analogique par un ordinateur, il faut les numériser. Ex: CD audio = le son est « enregistré » sous forme de données numériques, remises sous forme analogique avant le haut-parleur. Principe de la numérisation de la voix

10 Introduction - Architecture10 Données analogiques vs données numériques Le numérique roi : pourquoi ? Plus simple de transporter une représentation binaire dun signal (2 niveaux : 0 ou 1) que les variations de ce signal possibilité dutiliser des lignes de transmission de moins bonne qualité Un même réseau quel que soit le type de signal transmis : voix, images, données Possibilité dutiliser les outils de contrôle derreurs, compression, cryptage (cf. cours Culture Scientifique et Traitement de lInformation)

11 Introduction - Architecture11 Les supports de transmission Les signaux sont convertis en signaux électriques, en lumière, en ondes électromagnétiques, etc. … pour passer sur le support de transmission : un câble de cuivre, une fibre optique, l« air »… caractérisée par 2 paramètres. Bande Passante W (Hz) Caractérise tout support de transmission, cest la bande de fréquence dans laquelle les signaux sont correctement reçus BP = [Fmin ; Fmax] Ex. : Le réseau téléphonique commuté : [300 ; 3400] Hz ; loreille humaine est sensible dans la bande [20 ; 20000] Hz Débit Binaire (Bit/s) Cest la quantité maximale dinformation transmissible sur une voie Ex. : Db = 56 kbit/s avec un modem V90

12 Introduction - Architecture12 Les supports de transmission Supports à propagation guidée Supports à propagation libre : Liaisons radios, satellites…. Paires torsadées : brins de cuivre torsadés pour se protéger des perturbations extérieures Câble téléphonique blindage isolant gaine cœur Câble coaxial Câble antenne Signaux électriques Fibre optique Guide donde en verre de très haute performance (très haut débit, longue distance) Signaux optiques

13 Introduction - Architecture13 Classification des réseaux Plusieurs manières de classer les réseaux Suivant lenvironnement Bureautique ou Industriel Selon la couverture géographique Suivant la technique de transmission

14 Introduction - Architecture14 Classification des réseaux selon la couverture géographique LAN (Local Area Network) Réseau local Généralement privé Taille : qq km MAN (Metropolitan Area Network) Réseau métropolitain Relie des LAN Privé ou public Taille dune ville, dun campus WAN (Wide Area Network) Réseau étendu (= longue distance) Taille dun pays, dun continent Réseaux dentreprise Réseaux dopérateur

15 Introduction - Architecture15 Classification des réseaux selon la couverture géographique MAN Réseaux métropolitains Structure dinterconnexion Bus LAN Réseaux locaux WAN Réseaux étendus 1 m10 m100 m1 km10 km100 km

16 Introduction - Architecture16 Classification des réseaux selon la couverture géographique Réseau dentreprise interconnecte les équipements dun site permet léchange dinformations entre les applications Réseau dopérateur interconnecte des équipements privés sur des sites éloignés transporte les informations dun point du réseau à un autre Réseau dentreprise Réseau dopérateur

17 Introduction - Architecture17 Quelques exemples de réseaux dentreprise et de réseaux dopérateurs Réseaux dentreprises et réseaux dopérateurs font lobjet dun chapitre de cours spécifique chacun. Réseaux locaux filaires et sans fil (S1) Réseaux haut débit et longue distance (S2) Exemple de normes pour les réseaux dentreprise : Token Ring (obsolète), Ethernet, WiFi Exemple de réseaux dopérateurs Le réseau téléphonique commuté (RTC) Le RNIS : transport de la voix et des données informatiques « en tout numérique » Transpac : Transport des données informatiques uniquement Remarque : Internet est une collection de réseaux dopérateurs…

18 Introduction - Architecture18 Un exemple de réseau dopérateur : Le réseau téléphonique commuté (RTC) boucle locale boucle locale boucle locale Commutateur de rattachement Données analogiques France Télécom Cégétel opérateur de transport Commutateur dinterconnexion Données numériques Lopérateur de transport se charge de lacheminement des données vers le destinataire et réalise la facturation.

19 Introduction - Architecture19 Un exemple de réseau dopérateur : Transpac 1er réseau tout numérique (années 70). Destiné au transport des données informatiques au niveau national (groupe France Telecom). Applications : Transmission des données entre les agences bancaires et le centre informatique ; Serveurs télématiques reliés aux terminaux Minitel (depuis 1983). Point dAccès VIdéotex Le réseau de transport des données du Minitel

20 Introduction - Architecture20 Un exemple de réseau dopérateur : Le RNIS Réseau Numérique à Intégration de Services Correspond à loffre Numéris de France Telecom. Le RNIS assure le transport sur un même support physique des informations relatives à la voix, au texte, aux données informatiques et à limage. Les signaux transmis sont numérisés jusquà labonné. Il propose des services supplémentaires comme le double appel, la visioconférence, etc. … Débits multiples de 64kbit/s, jusquà Mbit/s.

21 Introduction - Architecture21 Internet Origines : Années 1960, guerre froide. Conception dARPANET par le DARPA. Architecture dans laquelle la rupture dun lien ne coupe pas brutalement les échanges Découpe des données en paquets suivant des chemins différents, construits suivant la disponibilité des liens. Extension Années 1970 : Connexion des centres du DoD à lARPANET, puis des centres de recherche et des universités. Fin des années 1980 : connexion des entreprises privées naissance de lInternet. Point commun : Tous ces réseaux fonctionnent selon le modèle TCP/IP. Internet nest pas à proprement parler UN réseau, mais une interconnexion de réseaux dopérateurs, darchitecture TCP/IP.

22 Introduction - Architecture22 Remarque : LADSL (Asymmetric Digital Suscriber Line) Ce nest pas « un réseau » mais une méthode daccès à Internet ! La voix et les données informatiques haut débit sont transmises simultanément en conservant le support physique du RTC. La technologie ADSL est basée sur lutilisation de modulations évoluées (cf. cours Culture Scientifique et Traitement de lInformation). La technologie ADSL concerne uniquement la liaison entre labonné et lopérateur Internet Opérateur

23 Introduction - Architecture23 Classification selon la technique de transmission Mode diffusion : tous les équipements reçoivent les données, et seul le destinataire les utilise Ex. : Ethernet, WiFi Mode point à point : les données transitent dun équipement à son successeur sur le chemin vers la destination Ex. : réseau téléphonique

24 Introduction - Architecture24 Classification des réseaux selon les modes de transmission Liaison unilatérale ou simplex Liaison à lalternat ou half duplex Liaison bidirectionnelle intégrale ou full duplex liaison simplex liaison half-duplexliaison full-duplex

25 Introduction - Architecture25 Classification des réseaux selon la topologie Concentrateur Terminal Réseau hiérarchique ou arborescent Contrôleur central Topologie en étoile L étoile Le bus Bouchon terminaison de bus répéteur Bus bidirectionnel Bus avec répéteur

26 Introduction - Architecture26 Classification des réseaux selon la topologie Réseau maillé L anneau Nœud Réseau Terminal Topologie en anneau Anneau secondaire Anneau primaire Anneau doublé

27 Introduction - Architecture27 Concepts réseaux Sur un réseau, les données sont découpées et regroupées en unités appelées trames, paquets ou segments Ex. : lorsquon envoie un mail, il est découpé en plusieurs paquets pour être acheminés sur Internet Ex. : au cœur du réseau de France Telecom, la voix numérisée est découpée en échantillons

28 Introduction - Architecture28 Concept de commutation et routage Sur un réseau commuté Les données dune même communication suivent toutes le même chemin à travers le réseau. Ce chemin est actif pendant toute la durée de la communication ; lorsque la communication est terminée, le chemin est libéré. Les équipements qui relaient les données sont des commutateurs. Ils associent une communication à une de leur sortie, statiquement, dans une table de commutation. Ex. : RTC, RNIS, Transpac Table de commutation du commutateur C1 C1 C2 C3 C CommunicationSortie B A1 B D4 C D4 A B5 4 5

29 Introduction - Architecture29 Concept de commutation et routage Physiquement, un réseau routé se présente comme un réseau commuté. Mais Les commutateurs établissent un chemin pour la durée dun échange Les routeurs calculent ponctuellement et pour chaque paquet la route à suivre en fonction dune adresse de destination. Les routeurs peuvent être utilisés pour interconnecter des réseaux commutés (réseau Internet) Exemple : B transmet deux paquets vers A, qui ne suivent pas le même chemin.

30 Introduction - Architecture30 Concept de connexion Dans le mode connecté, ou orienté connexion La source contacte le destinataire avant démettre. Si le destinataire laccepte, une « connexion est ouverte ». La source émet les données. Une fois la transmission terminée, émetteur et destinataire « ferment la connexion ».

31 Introduction - Architecture31 Concept de connexion Dans le mode non connecté ou mode datagramme La source émet les données sans aucune entente préalable avec le destinataire. Cest le principe du courrier en envoi simple : Le client poste une lettre dans une boîte aux lettres. Chaque lettre porte le nom et ladresse du destinataire. Le réseau (la poste) achemine la lettre et la dépose dans la boîte du récepteur. Le destinataire ignore quil doit recevoir des données avant leur réception. Avant démettre, la source na aucune garantie sur laptitude du récepteur à recevoir correctement ses données.

32 Introduction - Architecture32 Concept de fiabilité Dans le mode fiable, le récepteur envoie des acquittements à lémetteur pour linformer de la bonne réception des données ou non. En cas de mauvaise réception, le destinataire demande une retransmission EmetteurRécepteur Données Acquittement : « OK » Données Acquittement négatif : retransmission demandée

33 Introduction - Architecture33 Architecture logicielle des réseaux La normalisation La structuration en couches Le modèle OSI Le modèle TCP/IP

34 Introduction - Architecture34 La normalisation Pourquoi normaliser ? Faciliter linterconnexion et la communication entre différents utilisateurs Assurer linteropérabilité des différents équipements Deux organismes de normalisation pour les réseaux informatiques essentiellement lISO (International Standardization Organisation) lUIT-T (Union Internationale des Télécommunications) Pour lInternet, lIETF (Internet Engineering Task Force) propose des RFC (Request For Comment).

35 Introduction - Architecture35 Que doit-on normaliser ??? Les caractéristiques des réseaux touchent des domaines très divers, de la représentation physique des signaux aux protocoles de communication entre les machines. Ex. : Le type de support de transmission : paire torsadée ? Fibre optique ? Liaison satellite ? La représentation physique des signaux (niveaux de tension, modulation, débit…) ? Mode connecté ou datagramme ? Routage ou commutation ? Mode fiable ou non ? Codage des bits ? Etc. … Pour structurer la normalisation, on a défini un modèle en couches.

36 Introduction - Architecture36 Architecture logicielle des réseaux La normalisation La structuration en couches Le modèle OSI Le modèle TCP/IP

37 Introduction - Architecture37 La structuration en couches Idée : regrouper dans une même « couche » (layer) toutes les fonctions touchant à un même domaine. Par exemple Une couche définira les aspects physiques du signal : nature du signal (électrique, lumière) ; niveaux de tension utilisés ou puissance démission ; support de transmission choisi (câble coaxial, paire torsadée, fibre optique, propagation libre) ; débit binaire ; codage des informations ; gamme de fréquence ; etc. … Dautres couches traiteront la recherche du chemin pour les paquets, la détection des erreurs, la gestion de la connexion et de la fiabilité, etc. … Une couche définit donc des caractéristiques matérielles ou logicielles.

38 Introduction - Architecture38 La structuration en couches Pour faciliter la maintenance, les couches sont construites de manière à ce quun changement dans une couche naffecte pas le fonctionnement des autres couches. Ex. : si lon change notre réseau filaire en sans fil, on naura pas à modifier les programmes traitant de la fiabilité, des connexions, du routage, etc. … Exemple simplifié, purement théorique Hôte A Application Communication Physique Application : transfert de fichier, mail, MSN, etc. … Communication : ouverture/fermeture de connexion ? mode fiable ? Physique : support utilisé, niveaux de tension, débit

39 Introduction - Architecture39 La structuration en couches Les couches communiquent entre elles par des primitives. La couche n échange des informations avec les couches n- 1 et n+1 uniquement. Exemple Hôte A Application Communication Physique Communication inter- couches via les primitives : Les échanges ne sont possibles quentre couches adjacentes !!!

40 Introduction - Architecture40 Exemple (suite) Pour pouvoir communiquer, deux machines doivent avoir la même architecture en couches. Les couches de même niveau de chaque machine correspondent entre elles suivant un protocole. Ex. : Physique : câble coaxial, niveaux 0/5V, 10Mbit/s Communication : protocole spécifiant le mode connecté et fiable Application : protocole de transfert de fichier FTP Hôte A Application Communication Physique Hôte B Application Communication Physique support protocole

41 Introduction - Architecture41 Données utiles Exemple (suite) Application Communication Physique Application Communication Physique Hôte B Support physique A CC A Données utiles Hôte A A lémission, encapsulation : chaque couche rajoute aux données de la couche supérieure des bits de contrôle dans un entête ou un suffixe. Ils sont utilisés par la couche distante de même niveau pour le traitement du paquet suivant le protocole. Les couches inférieures ignorent le contenu de lentête. A la réception, décapsulation : les entêtes sont enlevés progressivement par chaque couche. Ex. dentête : adresse, bits de détection derreur, n° de paquet, etc. …

42 Introduction - Architecture42 Synthèse Les réseaux sont organisés en couches pour réduire la complexité de larchitecture. La machine source et la machine destinataire doivent impérativement implémenter les mêmes couches pour communiquer. Les couches de même niveau des deux machines communiquent suivant un protocole qui définit toutes les règles de communication. Avantage : Si lon veut modifier le contenu dune couche, aucune répercussion sur les autres couches.

43 Introduction - Architecture43 Comment construire le modèle en couches ? Chaque couche assure un ensemble de fonctions spécifiques. Chaque couche est constituée déléments matériels et logiciels. Le choix des frontières entre chaque couche (=linterface) doit limiter la quantité de données échangées pour ne pas ralentir le système. Le nombre de couches doit être suffisant pour éviter de faire cohabiter dans une même couche des fonctions trop différentes. On doit pouvoir modifier une couche sans avoir à modifier les couches adjacentes (transparence).

44 Introduction - Architecture44 Les unités de données : PDU, DSU, PCI Couche N+1 Couche N Data (N) PCI Interface (N) SDU (N) PDU Couche N-1 (N-1) SDU (N-1) SDU = Data de niveau N-1 (N-1) PCI (N-1) PDU (N) SDU : Unité de données de service de niveau N (Service Data Unit) PCI : Information de contrôle protocole (Protocol Control Information) (N) PDU : Unité de données de protocole de niveau N (Packet Data Unit)

45 Introduction - Architecture45 Architecture logicielle des réseaux La normalisation La structuration en couches Le modèle OSI Le modèle TCP/IP

46 Introduction - Architecture46 Le modèle OSI Le modèle de référence OSI (Open Systems Interconnection) a été proposé par lISO dans les années 1980 dans le but de tendre vers une normalisation des différents protocoles de communication. Modèle en 7 couches : Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Couches basses Couches moyennes Couches hautes

47 Introduction - Architecture47 Le modèle OSI Application : interface application de lutilisateur/réseau Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Présentation : compatibilité entre les systèmes hétérogènes représentation intermédiaire universelle Session : synchronisation du dialogue Transport : acheminement et contrôle de la qualité de la transmission de bout en bout Découpage des données Contrôle de flux Ré-ordonnancement Réseau : recherche dun chemin de la source vers la destination Contrôle de congestion Gestion de linterconnexion des réseaux hétérogènes Liaison : acheminement sans erreur de blocs dinformation sur la liaison physique Fractionnement en trames Acquittement / Séquencement Gestion des trames endommagées, perdues, dupliquées – Retransmission Régulation de flux Physique : transmission brute des bits Caractéristiques du support Caractéristiques des signaux propagés

48 Introduction - Architecture48 Le modèle OSI Les équipements intermédiaires, comme les commutateurs, ne contiennent en général que les couches nécessaires à lacheminement des informations (couches 1, 2 et 3). R1 R3 R5 R4 R2 Hôte A Hôte B Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Réseau Liaison Physique Réseau Liaison Physique Hôte A Hôte B Routeur 1Routeur 2 Couches basses Couches moyennes Couches hautes Protocole Les couches moyennes et hautes assurent le dialogue entre les équipements terminaux, indépendamment du réseau utilisé : ce sont des couches de bout en bout.

49 Introduction - Architecture49 Données utiles Transmission des données Hôte A Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Hôte B Support physique A P S T R LL R T S P A

50 Introduction - Architecture50 Critique du modèle OSI Le modèle OSI ne sest jamais réellement imposé car à lépoque de son élaboration, le modèle TCP/IP était déjà implanté. Parmi les 7 couches proposées, plusieurs ne sont pas vraiment utiles ni utilisées. Exemples : Les couches session et présentation sont presque vides. Il existe une certaine redondance entre les couches. Exemple : Le contrôle de flux et le contrôle derreur sont réalisés dans les couches 2 et 4. Il reste néanmoins le modèle de référence. Les autres modèles lui ont juste apporté des modifications. Ex : Modèle IEEE : Découpage de la couche liaison en 2 sous-couches Modèle TCP/IP : Suppression des couche Session et Présentation ; Fusion des couches Physique et Liaison

51 Introduction - Architecture51 Architecture logicielle des réseaux La normalisation La structuration en couches Le modèle OSI Le modèle TCP/IP

52 Introduction - Architecture52 Le modèle TCP/IP Il sagit du modèle de référence du réseau ARPANET et de son successeur Internet. Il est ainsi nommé en raison de ses deux principaux protocoles : TCP (Transmission Control Protocol) et IP (Internet Protocol). Le modèle TCP/IP propose une architecture en 4 couches. Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Couches basses Couches moyennes Couches hautes Application (Process) Transport (Host to host) Internet Hôte/réseau (Network access) Modèle OSIModèle TCP/IP

53 Introduction - Architecture53 Le modèle TCP/IP Caractéristiques : Aucun protocole explicitement défini pour la couche hôte/réseau. Couche Internet en mode sans connexion. Définit le format des paquets et plusieurs protocoles de routage, dont IP. La couche transport spécifie deux protocoles. Le protocole TCP est un protocole de transmission en mode connecté, fiable (acquittements), qui réalise la fragmentation des paquets et assure un contrôle de flux et de séquencement. Le protocole UDP, par contre, est un protocole de transport non fiable en mode datagramme ; il ne réalise aucun contrôle de flux ni de séquencement. Contrôle de flux : contrôle de la vitesse démission Contrôle de séquencement : contrôle de lordre des paquets

54 Introduction - Architecture54 Le modèle TCP/IP Critiques : Absence de délimitation couche physique/couche liaison, alors quil sagit de couches particulièrement chargées. Certains protocoles proposés dans le modèle sont plutôt bricolés quélaborés. Ce modèle a été décrit après la mise au point des protocoles quil propose.

55 Introduction - Architecture55 Les principaux protocoles du modèle TCP/IP Process Application Telnet FTP SMTP POP3 IMAP HTTP DNS SNMP TFTP NFS Host to Host Transport TCPUDP Internet Réseau IP ICMP RIP OSPF ARP RARP Network Access Hôte Réseaux Ethernet FDDI ARPANET PPP ATM

56 Introduction - Architecture56 Les principaux protocoles du modèle TCP/IP Telnet : Emulation dune connexion de terminal à un hôte distant FTP et TFTP : Transfert de fichier SMTP : Envoi de courrier POP3 et IMAP : Réception de courrier HTTP : Consultation de page web DNS : Résolution du nom de domaine SNMP : Gestion du réseau NFS : Export de systèmes de fichiers IP : Routage des paquets ICMP : Messages dalerte et de diagnostic RIP / OSPF : Construction des tables de routage ARP : Résolution RARP : Résolution Etude de la plupart de ces protocoles en cours dannée…

57 Introduction - Architecture57 Principes du protocoles IP Il appartient à la couche réseau. Il définit un adressage des machines. Ex. : est dun serveur yahoo.fr Il assure le routage des paquets. Le routeur examine IP de destination Il consulte sa table de routage qui contient les routes possibles Il envoie le paquet au prochain routeur sur la route Il travaille en mode sans connexion et non fiable.

58 Introduction - Architecture58 Principes du protocole UDP Il appartient à la couche transport. Il assure le transport des paquets En mode datagramme En mode non fiable Sans contrôle de flux ni de séquencement Il est notamment utilisé pour les applications temps réel.

59 Introduction - Architecture59 Principes du protocole TCP Il appartient à la couche transport. Il assure le transport des paquets en mode fiable et orienté connexion avec contrôle de flux et de séquencement Ouverture de connexion par segments SYN et ACK SYN SYN ACK ACK Machine AMachine B

60 Introduction - Architecture60 Principes du protocole TCP Fermeture de connexion par segments FIN et ACK FIN ACK ACK Machine AMachine B FIN

61 Introduction - Architecture61 Bibliographie Les Réseaux, A. Tanenbaum Transmissions et Réseaux, D. Présent et S. Lohier Présentation powerpoint « Présentation des Réseaux » , D. Présent, SRC Champs Présentation powerpoint « Présentation des Réseaux » , C. Bernard, SRC Avon


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