Introduction : les 7 couches

Rappel analogique / numérique Analogique : continu Numérique, digital : discret Exemples : Téléphone sur grande distance Analogique : le signal sonore est transformé en signal électrique transporté dans les câbles de cuivre Numérique : la voix est numérisée dans le central téléphonique avant d’être transportée. Support musicaux Analogique : Le son est gravé dans les sillons Numérique : des suites de bits sont gravés sur le CD L’autre concept important

Des exemples Pour comprendre l’étendue des connaissances à acquérir, quelques besoins simples avec un matériel courant Un ordinateur connecté à un réseau local edit F:\readme.txt Un ordinateur connecté à un modem ping asi.insa-rouen.fr

Ordinateur sur réseau local (BNC) 0010011100 Expliquer comment cela marche en respectant (sans la nommer) les 7 couches OSI : On pourrait se dire, c’est une opération simple. Eh bien non ! Vous allez voir les multiples transformation que va subir une même information dans les différentes couches du processus de communication. Une couche ne définit pas seulement une syntaxe mais aussi un protocole. Écran -> APPLICATION -> Suite de caractères ayant une sémantique (fichiers) APPLICATION : comment est interprétée l’information ? 1er point : les fichiers ne sont pas codés de la même manière sous Windows et UNIX : ainsi, dans un fichier ASCII, une fin de paragraphe est codée : MacIntosh : CR (ASCII 0D) UNIX : LF (ASCII 0A) MS-DOS, WINDOWS : LF/CR (LINEFEED,FORMFEED) (0D 0A) Le fichier est envoyé avec une conversion dans une syntaxe indépendante de la machine. Suite de caractères -> PRESENTATION -> Autre suite de caractères indépendante du source, destinataire PRESENTATION : comment est codée l’information ? <SAUT DE LIGNE> Suite de caractères -> SESSION -> Suite de caractères Conserve la session et veille à ce que l’activité se déroule correctement (ie tx de panne < 1h => un transfert de 2h sera interrompu => ne pas repartir a zéro, rétablir la connection. -> TRANSPORT -> Découpe (ou non) et ajoute les informations pour le transport (adresse destinataire, …) -> RESEAU -> Datagramme Datagramme -> LIAISON DE DONNEES ->trame Ajoute les informations pour que le déplacement dans le physique puisse avoir lieu (ie adresse MAC, …) Trame Digital -> PHYSIQUE -> signal Analogique windows LINUX edit F:\readme.txt

Ordinateur sur réseau local (RJ45) 0010011100 Une autre technique pour la couche physique windows LINUX edit F:\readme.txt

Ordinateur connecté à un modem Réseau téléphonique Point Of Presence de l’ISP DNS 0010011100 Internet Le modem adapte le signal à la ligne téléphonique en cuivre. De l’autre côté, un autre modem reçoit la communication et la transforme dans un protocole acceptable par le Web windows HTTP ping www.google.fr

Dévoilement rapide de Internet ISP régionaux ISP locaux Montrer qu’une information peut suivre plusieurs chemins. Une interconnection est réalisé par un routeur. router workstation Réseau d’entreprise server mobile

Qui transporte les messages sur Internet Organisation hiérarchique Au cœur : “tier-1” ISPs (e.g., UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), couverture national/international treat each other as equals NAP Tier-1 providers also interconnect at public network access points (NAPs) Tier 1 ISP Tier-1 providers interconnect (peer) Tier 1 ISP Tier 1 ISP

Tier-1 ISP: e.g., Sprint Sprint US backbone network

Internet : INTERconnexion of NETwork “Tier-2” ISPs: ISPs régionaux Connexion à 1 ou plus ISPs tier-1, Eventuellement interconnexion entre ISPs tier-2 (via des NAPs) Tier-2 ISPs also peer privately with each other, interconnect at NAP Tier-2 ISP Tier-2 ISP pays tier-1 ISP for connectivity to rest of Internet tier-2 ISP is customer of tier-1 provider Tier 1 ISP NAP Tier 1 ISP Tier 1 ISP

structure hiérachique d’Internet “Tier-3” ISPs and ISPs locaux Grand public et PME : last hop (“access”) network local ISP Tier 3 Local and tier- 3 ISPs are customers of higher tier ISPs connecting them to rest of Internet Tier-2 ISP Tier 1 ISP NAP Tier 1 ISP Tier 1 ISP

Internet structure: network of networks Un paquet traverse de nombreux réseau ! local ISP Tier 3 ISP local ISP local ISP local ISP Tier-2 ISP Tier 1 ISP NAP Nous allons voir dans cet UV tous les matériels et protocoles mis en jeu dans ce voyage! Tier 1 ISP Tier 1 ISP local ISP local ISP local ISP local ISP

Intro aux couches de Protocole Les réseaux sont complexes ! Beaucoup d’éléments différents: serveurs routeurs Liaison avec des media divers (Fibre Optique, câble Ethernet) applications protocoles matériel, logiciel Question: N’y-a-t-il aucune chance de structurer les réseaux ?

Complexité Pourquoi décrire/modéliser les réseaux informatiques ? Interconnection des équipements et inter-opérabilité des systèmes. Interchangeabilité Modularité Modèles proposés OSI (Open System Interconnect) DoD (Department of Defense) ou IP Comme toujours, les scientifiques proposent des modèles pour appréhender la complexité.

Les 7 couches en 2D Le réseau assure l’acheminement au travers d’un réseau Le transport assure l’acheminement de l’expéditeur au destinaire (représenter par les quai sur un nœud. Les stickman représente les applications

Exemple de fonctions Couche 1 Couche 2 Couche 3 Couche 4 Couche 5,6,7 le signal électrique est bien véhiculé dans le média Couche 2 Assurer que la trame arrive au nœud adjacent Couche 3 Assurer que le paquet arrive au nœud destinataire Couche 4 Assurer que la datagramme arrive à l’entité destinataire Couche 5,6,7 Assurer que le message arrive à l’application destinataire

PDU[N] = PCI[N] + SDU[N] basé sur 7 couches: la plus haute= programmes d’applications la plus basse= électronique de modulation chaque couche N : En réception, récupère un PDU[N] de la couche de niveau N-1, élimine le PCI[N] et envoie le SDU[N] (ou PDU[N+1]) au niveau N+1. En émission, récupère un PDU[N+1] de la couche de niveau N+1, ajoute le PCI[N] et envoie un PDU[N] à la couche inférieure. Quand on envoie une trame, la couche N reçoit une trame (qu’on appelle PDU[N+1]) et la transforme pour produire une autre trame, la PDU[N] qui contient un PCI[N] et un SDU[N] PDU [N+1] Couche N (ie Réseau) PCI [N] SDU [N]

Encapsulation des protocoles

Exemple d’en-tête (PCI) Exemple d’info ajoutées dans les en-têtes par différentes couches: Transport => port 80 Réseau => 192.168.0.1 Liaison => MAC : 00-90-31-81-08-A0 Physique => signal de brouillage Réseau : identifiant sur WAN Liaison : identifiant sur LAN PCI : Protocol Control Information MAC : Medium Access Control Quand un message est envoyé, la couche N récupère le message avec les info de la couche N Quand on récupère un message, chaque couche N élimine le PCI de la couche N-1 pour présenter le nouveau msg

Les couches et les matériels Un matériel de couche N est un nœud capable de d’interpréter des messages jusqu’à la couche N (il peut extraire le SDU[N]): PDU [N+1] Couche N PCI [N] SDU [N] . il peut extraire le SDU[N] PDU [2] Couche 1 PCI [N] SDU [1]

Exemple de matériel Pour transmettre les données Pour les traduire Répéteur (couche 1) sur une ligne Ethernet Routeur (couche 3) Pour les traduire Pont (couche 2) d’interconnexion d’un réseau Ethernet avec un réseau CPL Contre-exemple Adaptateur : USB -> Ethernet Joint Ethernet (~ matériel de couche 0) Donnée : terme générique pour trame, … Information : donnée travaillée (à la rigueur, la couche 8 délivre une information).

Couche 1 et nœud de niveau 0 Un matériel de niveau 1 décode le PDU[1] en PDU[2]. Il est donc équipé d’une électronique qui lui permet d’interpréter des bits. Un matériel de niveau 0 (ie une rallonge) lui n’interpréte pas le signal. Il peut exister des arcs complexes. La couche 1 va permettre à chaque nœud de recevoir l’information (grâce au fanion qui permet de délimiter la trame). Par contre, c’est la couche 2 qui va s’occuper de voir à quel nœud s’adresse le message (grâce par exemple à l’adresse MAC). Un nœud de niveau 0 transmet un signal électrique sur tous les arcs qui y sont connectés. Un nœud de niveau 1 transforme le signal électrique en « suite de 0 et de 1 » et va le répéter sur la (ou les) autre(s) bornes.

Exemple de fonction de couche 2 Adresse MAC Elle permet d’assurer l’acheminement du paquet d’un nœud émetteur vers un nœud destinataire adjacent. Même si chacun reçoit la trame de niveau, seul la couche 2 du nœud concerné transmettra à la couche 3 le PDU[3] contenu dans cette trame. 90-31-81-08-A0

Modèle OSI : Pile de protocoles couche n +1 couche n +1 Interface, services de la couche n services de la couche n protocole de couche n couche n couche n services de la couche n-1 services de la couche n-1 couche n-1 couche n-1

Formalisme : piles de protocoles 7 : passerelle applicative 6 : passerelle 5 : passerelle 4 : passerelle 3 : routeur 2 : pont 1 : répéteur 7 : application 6 : Présentation 5 : Session 4 : Transport 3 : Réseau 2 : Liaison 1 : Physique 7 7 6 6 B 5 5 4 4 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 Ethernet Token Ring Sur la pile de protocole ci-dessus, B est un commutateur Le répéteur base son choix sur l’adresse de couche 1, c’est à dire le fil. Le pont base son choix sur l’@ MAC (couche 2) Le routeur va baser son choix sur les @IP (couche 3) La couche 1 s’occupe que cela circule correctement dans l’arc (le câble) La couche 2 s’occupe que l’info soit reçue correctement de part et d’autre du câble soit dans les 2 nœuds adjacents. Je reprend les couleurs de l’arc-en-ciel : Les 7 couches sont dans le nœud. Je parle d’une couche 0 (à l’extérieur du nœud) qui serait dans l’arc pour exprimer le protocole de couche 0 (on parle plutôt de norme) avec la connectique. Supposons que les technos Physique et Liaison soit différente entre A & C, il faudra alors que B soit au minimum de niveau pour permettre une communication entre A et C. A B C N = 4 ; M 8 Réseau = N Nœud + M Arcs

Modèle du DoD Couches OSI correspondantes 7 6 5 Processus utilisateur ping Processus utilisateur FTP Processus utilisateur Processus utilisateur BOOTP Application 4 TCP UDP Transport 3 Réseau ICMP IP IGMP Application : telnet, SMTP Transport : TCP, UDP Routage : IP, ICMP Accès réseau : Ethernet, Token Ring 2 1 Lien ARP interface matérielle RARP Support Matériel

Qu’est-ce qu’un protocole? protocole humain: protocole réseau : Hi TCP connection req response <file> Hi Got the time? Get http://www.awl.com/kurose-ross 2:00 Question aux étudiants : donner des exemples d’autres protocoles humains time

Qu’est-ce qu’un protocole? protocoles humains: Obtenir heure “quelle heure est-il?” Poser une question dans la rue “bonjour” “je vous pris de m’excuser” “j’ai une question” … messages specifiques envoyés … actions spécifiques prises en réponses aux messages reçus ou évènements Protocoles réseau : Les machines parlent entre elles toute communication dans Internet est gouvernée par des protocoles Un protocole définit le format, et l’ordre des messages échangés entre les noeuds du réseau, ainsi que les actions à entreprendre sur transmission et/ou réception.

Les 7 couches Couche 7 : application (message) Couche 6 : présentation (message) Couche 5 : session (message) Couche 4 : transport (datagramme) Couche 3 : réseau (paquets) Couche 2 : liaison de données (trame) Couche 1 : physique (signal) En italique (signal), le seul « message » analogique. Tous les autres sont binaires. Entre parenthèse, ce qui est échangé (émis ou reçu) avec la couche inférieure (ie des trames sont transmises entre la couche 1 et la couche 2 ? La couche 1 n’échange pas de bit avec le niveau inférieur mais des signaux. Rappel : Couche 4 : Transport S’occupe d’acheminer un datagramme de bout en bout (point d’arrivée, point de départ) Couche 3 : Réseau S’occupe d’acheminer un paquet sur tout le parcours (gére le passage par tous les nœuds et liaisons) Couche 2 : Liaison S’occupe d’acheminer une trame entre 2 nœuds. Sous-couche LLC : résoud comment détecter le début et la fin d’une trame. Sous-couche MAC : résout qui prend la parole. Couche 1 ; Physique S’occupe d’acheminer le signal sur le lien.

Analogie Vous voulez souhaitez l’anniversaire de votre ami(e) dans un pays lointain: Soit en envoyant une rose virtuelle par Internet Soit en envoyant une rose réelle par courrier postal Analysons ces solutions sous l’angle des 7 couches

Le réseau Rose Réelle : départ Application : cueillir la rose Présentation : mettre la rose dans une boîte Session : se présenter au guichet, payer Transport : Inscrire l’adresse sur le paquet Réseau : Déposer sur palette départ Liaison : Transporter palette départ Physique : Conduire le fenwick

Le réseau Rose Réelle : réseau Application Présentation Session Transport : Réunir avec les autres paquets Réseau : Déposer sur quai camion Liaison : Transporter palette départ Physique : Conduire le fenwick On peut remonter jusqu’au niveau 3 ou 4 selon les techniques de (à réfléchir).

Le réseau Rose Réelle : arrivée Application : sentir la rose Présentation : sortir la rose de la boîte Session : appeler destinataire, se présenter au guichet, présenter papier identité Transport : Lire destinataire sur le paquet Réseau : Déposer dans l’épicerie Liaison : Déplacer sac colis Physique : Conduire à dos d’âne

Le réseau Rose Virtuelle : départ Application : attacher image à un courriel Présentation : coder image en MIME Session : établir comm. avec serveur SMTP, … Transport : découper fichier en paquet Réseau : assurer chemin au serveur SMTP Liaison : envoyer trame au nœud suivant Physique : produire signal sur câble

Synthèse

Wide Area Network communication au travers de longues distances (> 1 km) en général sur un médium de transmission appartenant à un opérateur télécom (France Telecom, BT, ...) pour des raisons: légales: monopole dans certains cas économiques: coût de la pose d’un câble

WAN: Un WAN est une inter-connexion de plusieurs LAN au travers de nœuds de connection (ou routeurs) LAN 1 WAN LAN 3 LAN 2

Importance de la standardisation peu de domaines ont autant besoin de standards la communication est un domaine complexe: besoin de spécifications précises communication entre diverses machines communication entre divers constructeurs informatiques plusieurs types de standards: standards propriétaires: parfois non public, réservé à un constructeur: SNA d’IBM, NetWare de Novell, DECnet de Digital, ... standards ouverts de jure: OSI de l’ISO, IEEE 802.*, X.25, ... standards ouverts de facto: TCP/IP, Ethernet, ... Montrer le poster

Organismes de standardisations International Standards Organisation American National Standardization Institute Institute of Electrical and Electronical Engineers Commité Consultatif International pour le Télégraphe et le Téléphone devenu International Telecommunication Union Internet Engineering Task Force ...