1 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Support n°2 Protocoles et modèle OSI Insaf Tnazefti Kerkeni IUT Calais Département Informatique Réseaux

2 Insaf Tnazefti Kerkeni Structure du cours 1.Introduction 2.Architecture en couche 3.Définition des Concepts 4.Mécanisme Généraux 5.Conclusion

3 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Avant Propos Pays A (système A) Pays B (système B) Président J. Président X. Traducteur Je suis d’accord avec vous Secrétaire L : E I agree with you fax n°... fax fax n°... L : E I agree with you fax Secrétaire L : E I agree with you  

4 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Introduction Pour assurer la communication entre deux ou plusieurs entités Adresser le message au destinataire et lui indiquer l’identité de l’émetteur. Adopter une stratégie commune pour la représentation des données pour tous les systèmes hétérogènes susceptible de communiquer Détecter les erreurs (éventuelles) qui peuvent survenir dans la transmission Décomposition d’un message très grand en morceaux avant sa transmission et son ré-assemblage à la réception Détecter la perte de morceaux qui empêche le ré-assemblage Codage adéquat de l’information à transmettre pour l’adapter au support de transmission (câble, fibre optique, air libre, …)

5 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Un peu d’Histoire Un protocole est une description formelle de règles et des conventions à suivre dans un échange d’informations Pour acheminer les données jusqu’au destinataire Pour que le destinataire comprenne comment il doit utiliser les données qu’il a reçues Au début des années 70, chaque constructeur a développé sa propre solution autour d’architecture et de protocoles privés  il n’existe pas de protocole universel  impossibilité d’interconnecter ces différents réseaux

6 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Un peu d’Histoire En 1984, l’International Standard Organisation (ISO) a publié la norme Open System Interconnection (OSI) Sert de schéma directeur auquel les constructeurs se réfèrent lors du développement de l’implémentation de protocoles Le principe de base est la description des réseaux sous forme d’un ensemble de 7 couches superposées les unes aux autres

7 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Notion d’architecture de réseaux Organisation en séries de couches ou niveaux Les couches d ’une architecture doivent être des entités indépendantes et à part entière. Cependant, une couche toute seule ne peut pas exécuter une tâche complète sans interagir avec les autres couches, mais d’un point de vue programmation elles sont des entités autonomes Leur nombre, leur nom, leur fonction varient selon les réseaux L’objet de chaque couche est d’offrir certains services aux couches plus hautes La mise en œuvre de ces services est transparente aux couches supérieures

8 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Notion d’architecture de réseaux Un réseau = matériel + logiciel Structuration du logiciel en niveaux = couches Interface : définition des opérations élémentaires et des services que la couche inférieure offre à la couche supérieure couche 3 couche 2 couche 1 couche 2 ordinateur A (système A) ordinateur B (système B) interface Médium physique

9 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Notion d’architecture de réseaux Un réseau = matériel + logiciel Structuration du logiciel en niveaux = couches Protocole: Règles et conventions utilisées pour la conversation couche 3 couche 2 couche 1 couche 2 ordinateur A (système A) ordinateur B (système B) interface protocole de couche 3 protocole de couche 2 protocole de couche 1 Médium physique

10 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Définition des Concepts Notion de service service = relation entre couches adjacentes d'un même système La couche (N-1) offre des services à la couche (N) : fournisseur La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) : utilisateur La couche (N) utilise les services de la couche (N-1) pour fournir les services (N) à la couche (n+1) Support de Communication Système ASystème B couche (N-1) entité N protocole (N) couche (N)

11 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Définition des Concepts Notion de service Service (N) : ( En Anglais N-Service ) C’est une fonction offerte de la couche N à la couche N+1 accessible par une (ou des) primitive(s) de service. On définit quatre primitives de service Requête : c’est une demande de service issue de la couche N+1 à la couche basse adjacente N. Indication : c’est une signalisation issue de la couche N vers la couche immédiatement supérieur N+1 Réponse : toute réaction d’une couche N+1 à une indication de la couche N Confirmation : toute signalisation d’une couche N vers une couche N+1 suite à une requête. La communication peut alors commencer.

12 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Définition des Concepts Les Protocoles relation entre entités homologues de deux systèmes distincts ensemble de règles qui régissent le dialogue entre 2 ou n entités (ordinateurs ou équipements réseau) implanté sous forme matérielle ou logicielle exemples de fonctions d’un protocole structuration des données sous forme d’unités de données de protocole (PDU : Protocol Data Unit)  ex : un fichier à transférer de 10 Koctets est découpé en 10 messages (PDU) de 1 Koctets  pourquoi ? protection contre les erreurs, stockage, partage du support entre plusieurs communications synchronisation de l’échange par des PDU de contrôle  ex : début de l’échange, transfert de données, fin de l’échange amélioration du service de transmission physique  reprise des erreurs, routage

13 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Communication entre couche Chaque couche est constituée d'éléments matériels et logiciels offre un service à la couche située immédiatement au-dessus d'elle en lui épargnant les détails d'implémentation nécessaires. n d'une machine gère la communication avec la couche n d'une autre machine en suivant un protocole de niveau n un protocole est un ensemble de règles de communication pour le service de niveau n

14 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Règles de communication - Les entités d'une même couche appartenant à des systèmes distants sont des entités homologues - Chaque couche (N) (sauf celle de plus haut niveau) fournit des services (N) aux entités (N+1) de la couche (N+1). - Pour coopérer entre elles, les entités (N) d'une couche (N) utilisent un ou plusieurs protocoles (N). - Les entités de la couche de plus bas niveau communiquent directement via le support physique qui assure leur interconnexion. syst. A syst. B syst. C couche (N+1) couche (N) couche (N-1) support physique d'interconnexion

15 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Chaque couche correspond à une fonctionnalité particulière d’un réseau Les couches 1, 2, 3 et 4 sont dites basses gèrent les fonctions de transport les couches 5, 6 et 7 sont dites hautes Gèrent l’application Application Présentation Session Physique Liaison de données Réseau Transport Média de réseau Modèle de référence OSI

16 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Physique Adapter les signaux numériques au support de transmission ( codage NRZ, Manchester, BHDn, …) Assurer la transmission des bits sur les supports de transmission Interface entre le support physique et l’équipement ( traduit le message en un signal électrique qui pourra être transmis sur le support de transmission ) Offre les moyens d’établir une connexion physique entre deux équipements Eléments de la couche physique:  Support physique  Codeurs, modulateurs  Multiplexeurs, concentrateurs Normes utilisées : RS232, RS449, RS485, X21,… Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

17 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Liaison de données Établir les connexions logiques entre les entités communicantes Gestion de la liaison de données:  Données de l’émetteur en trames de données  Transmission des trames en séquence  Gestion des trames d’acquittement  Reconnaissance des frontières des trames envoyées par la couche physique Adressage local Mécanisme de contrôle d’erreur (due à l’imperfection du support de transmission)  Régulation du trafic  Gestion des erreurs Composé de deux sous couches  Medium Access Control (MAC) permet l’accès au médium de transmission (par exemple CSMA/CD)  Logical Link Control (LLC) permet de contrôler la liaison logique Normes connues : HDLC (modèle OSI) et Ethernet (Modèle TCP/IP) Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

18 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Réseau Fournit les moyens d’établir, de maintenir et de libérer des connexions de réseau entre des systèmes ouverts  Gestion du sous-réseau  Acheminement des paquets de la source vers la destination Fonctionnalités  Adressage  Routage  Contrôle de flux Mode connecté/ non connecté Normes : IP pour Internet, X25 Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

19 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Transport Couche intermédiaire entre les couches orientées traitement (couches hautes) et couche orientées communication (couches basses) Assurer la fiabilité de la communication par des mécanismes de contrôle  Ordonner les séquences des messages suivant un ordre bien déterminé et sans duplication  Contrôler les éventuels erreurs de communication (un message bien envoyé est acquitté) Fragmentation des messages trop longs pour les adapter au réseau utilisé avant émission Assemblage des fragments de paquets lors de la réception pour reconstituer l’information requise Norme :  TCP (Transport Control Protocol)  UDP (User Datagram Protocole) utilisés dans l’Internet Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

20 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Session Offre les moyens d’organiser et de synchroniser l’échange de données entre les entités communicantes Assurer la délimitation (début et fin de session), le regroupement et la synchronisation des données Coordination de la communication entre différentes applications telle que chacune peut connaître l’état de l’autre application via le service offert par la couche session  Quand une erreur survient à une application (local à la machine ou sur le réseau) ceci est géré par la couche session et permet d’informer l’application réceptrice de l’erreur (une application qui plante, …) Permet de suspendre ou reprendre l’échange à partir des points de reprise préalablement fixés Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

21 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Présentation Représentation des données à transmettre dans un format uniforme et standard et qui est indépendant des codes utilisés par les applications, ainsi que des machines  Systèmes ouverts d’application  Une Station UNIX peut alors communiquer avec un Macintosh ou une machine Windows  Un programme écrit en JAVA peut communiquer avec un autre écrit en C Conversion des formats de fichiers et de caractères (ASCII, EBCDIC) a travers un langage de programmation commun pour les réseaux ( Common Network Programming Language) Cette couche fait la conversion inverse pour le flux de données reçu en direction vers l’application Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

22 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Couche Application Offre à l’utilisateur les moyens pour accéder à l’environnement réseau C’est l’interface de l’utilisateur final avec le modèle en couche Les processus d’application échangent leurs informations par l’intermédiaire des entités d’application  Exemples : Mail, Telnet, FTP, Modèle d’Application dans les systèmes distribués : Client/Server Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique

23 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Résumé la couche Application, gère le transfert des informations entre programmes. la couche Présentation, s'occupe de la mise en forme des données, éventuellement de l'en cryptage et de la compression des données, par exemple mise en forme des textes, images et vidéo. la couche Session, s'occupe de l'établissement, de la gestion et coordination des communications. la couche Transport, gère la remise correcte des informations (gestion des erreurs), utilise notamment l'UDP et le TCP/IP. la couche Réseau, qui détermine les routes de transport et qui s'occupe du traitement et du transfert de messages : gère IP et ICMP. la couche Liaison de données, s'occupe du codage, de l'adressage, et de la transmission des informations. Elle définit l'interface avec la carte réseau: hubs, switch, … la couche physique, gère les connections matérielles, définit la façon dont les données sont converties en signaux numériques.

24 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique Protocole Application Protocole Liaison Protocole Session Protocole Transport Protocole Réseau Protocole Présentation Protocole Physique Média de réseau

25 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Modèle de référence OSI Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique APDU Trame SPDU TPDU Paquet PPDU Bit Média de réseau PDU : Protocol Data Unit

26 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Communiquer ! Mais comment ? aucune donnée n'est transférée directement d'une couche n vers une autre couche n, mais elle l'est par étapes successives. Supposons un message à transmettre de l'émetteur A vers le récepteur B. Ce message, généré par une application de la machine A va franchir les couches successives de A via les interfaces qui existent entre chaque couche pour finalement atteindre le support physique. là, il va transiter via différents nœuds du réseau, chacun de ces nœuds traitant le message via ses couches basses. quand il arrive à destination, le message remonte les couches du récepteur B via les différentes interfaces et atteint l'application chargée de traiter le message reçu

27 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Encapsulation dans le modèle OSI Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique Données Émetteur Application Présentation Session Transport Réseau Liaison de Données Physique Données Récepteur DDonnéesNTSPD PTS NTSP P SP

28 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Système A Système B Inter AInter B Systèmes relais, sous-réseaux application physique présentation session transport réseau liaison de données application physique présentation session transport réseau liaison de données physique réseau liaison de données physique réseau liaison de données

29 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Communication entre couches Pour dialoguer avec une couche homologue d’un autre ordinateur, une couche de protocole ajout au message qui va être envoyé, des renseignements qui lui sont propres. Ces informations prennent la forme d’un en-tête placé en début de message Les en-têtes sont ajoutés lors de la préparation du message pour la transmission, et sont ensuite supprimés (dépouillés) par l ’ordinateur récepteur après utilisation des informations de l’en-tête. La couche physique n’ajoute pas d ’en-tête au message, sa tâche consistant à envoyer et recevoir les informations au niveau bit individuel. Ces bits sont ensuite assemblés en unités de messages plus longues dans la couche Liaison de données.

30 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Encapsulation dans le modèle OSI Données utilisateur 7 Application 6 Présentation 5 Session 4 Transport 3 Réseau 2 Liaison 1 Physique Fragment Paquet Trame Bit

31 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Nous distinguons quatre mécanismes Mécanisme de Transmission : point-à-point, multi-point, et diffusion Mécanisme de Communication : avec ou sans connexion Mécanisme de protocoles : avec ou sans acquittement Mécanisme de Contrôle de flux

32 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Point-à-Point, Multi-Point, Diffusion Transmission point à point S’effectue entre deux entités uniquement : un émetteur et un récepteur Exemple : Client/Serveur, Source/Puit, Producteur/Consommateur Transmission multi-points Plus que deux entités communicantes sont concernés par la communication Un émetteur/K récépteurs Exemple : Transmission d’une vidéo-conférence sur Internet, Transmission d’une séquence Vidéo à plusieurs utilisateurs Diffusion (Broadcast) Toutes les entités connectées au réseau sont concernées par l’information Un émetteur/ Tous les autres récepteurs La communication multi-point est parfois appelée Diffusion Restreinte

33 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Communication avec ou sans Connexion Définition d’une connexion de niveau N L’établissement d’une connexion de niveau N est demandé par la couche supérieur N+1, négocié entre deux entités de niveau N en passant par la couche (N-1) La notion de connexion de niveau N est indépendante de la nature des niveaux (N+1) et (N-1) A quoi sert une connexion? Permettre à deux entités communicantes de savoir qu’elles sont présentes et en relation avant d’échanger des données. Négocier certains paramètres de la connexion  Réservation de ressources système Assurer un Contrôle de flux en fonction des ressources allouées Garantir la bonne livraison des données

34 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Communication avec ou sans Connexion Communication avec Connexion Ouverture de la connexion, c’est à dire créer un canal dédié à cette connexion Un premier échange consiste à envoyé une PDU d’ouverture et attendre une réponse de l’entité à la quelle on a demandé la connexion Négociation des paramètres de gestion de connexion durant la phase d’établissement  Si l’une des entités ne peut pas communiquer (hors service, …) la demande de connexion échoue et la communication est impossible Une fois la connexion est établie, la communication peut commencer jusqu’à une demande d’arrêt est signalée (Fermeture de la connexion) Exemple : TCP est protocole orienté connexion A Retenir : Trois phases dans le cycle de vie d’une connexion logique Établissement de la connexion Transfert de données Déconnexion (Fermeture de connexion)

35 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Communication avec ou sans Connexion Communication Sans Connexion Transfert de données sans connexion Pas de contrôle de flux Pas de garanti sur la bonne livraison des données Exemple : UDP est un protocole non connecté Conclusion Choisir un modèle connecté ou non dépend du besoin de l’utilisateur Dans une couche donnée, on peut combiner les deux mécanismes offrant ainsi à la couche supérieure les deux types de services selon les besoins Le modèle sans connexion est plus simple et plus facile à mettre en oeuvre.

36 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Contrôle d’erreurs et acquittements Problème Réel : les supports de transmission ne sont pas parfaits. Ils peuvent donc introduire de erreurs au cours du transfert Il faut, donc : Détecter les erreurs si elle existe Correction de l’erreur si ceci est possible Informer ou non l’émetteur selon que le protocole choisi utilise ou non des acquittements Acquittement : information de contrôle du protocole émise par un récepteur qui indique à l’émetteur la bonne réception ou non de l’information Positif : le message est bien reçu Négatif : le message reçu est erroné (demande de retransmission)

37 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Contrôle d’erreurs et acquittements Types de communications Protocole avec acquittement positif  les messages erronés ne sont pas acquitter  L’absence d’un acquittement dans un délai donné est interprété comme par l’émetteur comme un acquittement négatif  Exemple : le protocole TCP Protocole sans acquittement  La bonne réception ou La perte d’un message n’est pas acquitter  Exemple: Le protocole UDP Conclusion On peut faire un acquittement pour chaque PDU, ou pour une séquence de PDUs La technique d’acquittement est indépendante du niveau considéré. On peut définir des protocoles avec ou sans acquittement à chaque niveau Les protocoles du niveaux Liaison et Transport qui possèdent ces possibilités

38 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Contrôle de Flux Définition Le contrôle de flux est une fonction, indépendante aussi de la couche considérée, qui permet au récepteur l’asservir (contrôler) la vitesse ou le débit de l’entité émettrice correspondante  Si la vitesse des données envoyés par l’émetteur surcharge le récepteur, ce dernier demande de ralentir la vitesse d’envoi (le débit) Ce mécanisme permet d’informer l’émetteur sur la quantité d’information que le récepteur l’autorise à émettre. Que peut-il se passer si on n’a pas de mécanisme de contrôle de flux ??? Si les données arrivent plus rapidement que la capacité de traitement du récepteur  Les tampons de récepteur seront remplis  Rejet des données qui viennent en surcharge : perte des données Pour éviter que la source émet des données qui seront rejetées par le récepteur à cause de surcharge, un mécanisme de contrôle de flux doit être mis en place.

39 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Mécanismes Généraux Contrôle de Flux A Retenir : le contrôle de flux revient à Limiter la quantité d’information émise vers le système de communication Organiser et sélectionner les chemins quand cela est possible pour ne pas le saturer Prévoir assez de ressources chez les destinataires

40 Réseaux Insaf Tnazefti Kerkeni Conclusion Le Modèle à sept couche OSI est un modèle abstrait qui sert comme référence pour étudier et comparer différents réseaux Il ne spécifie pas les services relatives à une couche, ni les protocoles Les choix des services et des protocoles dans une couche sont multiples Ce modèle est très important pour comprendre le fonctionnement des réseaux