Master 2 informatique 2008 – 2009 P.-A. Bisgambiglia Technologies Internet et intranet Modélisation et Simulation de réseaux Master 2 informatique 2008 – 2009 P.-A. Bisgambiglia bisgambiglia@univ-corse.fr S4M2 Réseaux

Objectifs Découvrir les technologies liées aux réseaux Sans fil Simulation Découvrir et utiliser et outils de modélisation et de simulation Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Organisation Technologies sans fil Jean-Sébastien Gualtieri Modélisation et Simulation de réseaux ? Modélisation ? Simulation ? Réseaux ? Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Planning 7 * 1h30 de cours 5 * 1h30 de TD 4 * 1h30 TP Définitions (Modélisation, Simulation, Réseaux) Application 5 * 1h30 de TD Projet 4 * 1h30 TP Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Sommaire Introduction Réseaux Modélisation Simulation Outils de modélisation et simulation Applications Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Introduction Historique Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. fr.wikipedia.org/wiki/Réseau_(informatique) Un réseau de télécommunication est un réseau d'arcs (liaisons de télécommunication) et de nœuds (commutateur, routeur, ...), mis en place de façon à ce que des messages puissent être transmis d'un bout à l'autre du réseau au travers de multiples liaisons. fr.wikipedia.org/wiki/Réseau_(télécommunications) Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Introduction Historique 1967 : Arpanet : réseau militaire américain robuste aux pannes 1973 : Apparition du TCP/IP 1983 : Internet : Interconnexion d’Arpanet et d’autres réseaux Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Introduction Statistiques – Monde Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

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Introduction Statistiques - France D’après l’étude de l’ARCEP : http://www.arcep.fr/index.php?id=9152 (3ème trimestre 2006) Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Introduction Statistiques - France Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

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Réseaux Historique Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. fr.wikipedia.org/wiki/Réseau_(informatique) Un réseau de télécommunication est un réseau d'arcs (liaisons de télécommunication) et de nœuds (commutateur, routeur, ...), mis en place de façon à ce que des messages puissent être transmis d'un bout à l'autre du réseau au travers de multiples liaisons. fr.wikipedia.org/wiki/Réseau_(télécommunications) Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Indépendamment de la technologie sous-jacente, on porte généralement une vue matricielle sur ce qu'est un réseau. De façon horizontale, un réseau est une strate de trois couches : les infrastructures, les fonctions de contrôle et de commande, les services rendus à l'utilisateur. De façon verticale, on utilise souvent un découpage géographique : réseau local, réseau d'accès et réseau d'interconnexion. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Infrastructure Les infrastructures peuvent être des câbles (circulation des signaux électriques), des fibres optiques (propagation d’ondes lumineuses), etc. Elles permettent de relier « physiquement » des équipements connectés suivant une organisation pré définie : topologie de réseau. Les principaux types de réseaux filaires utilisent les protocoles qui proviennent du standard Ethernet : 10BASE5 : câble coaxial épais bande de base (obsolète) ; 10BASE2 : câble coaxial fin bande de base (obsolète) ; 10BASE-T : paires torsadées ; 100BASE-T : paires torsadées (100 Mb/s) les plus généralisées aujourd'hui en réseau local (LAN) ; 1000BASE-T : paires torsadées (1 Gb/s), présent dans les nouveaux ordinateurs ; 10GBASE-T : paires torsadées (10 Gb/s). Plusieurs normes définissent les modalités de fonctionnement des réseaux hertziens, comme par exemple la norme Wi-Fi (IEEE 802.11). Les courants porteurs en ligne (CPL) permettent quant à eux de transporter des flux d'information sur un réseau électrique local. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Le réseau Internet met en contact les utilisateurs par le biais de leur matériel informatique respectif. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Protocoles et services Les protocoles de communication permettent de définir de façon standardisée la manière dont les informations sont échangées entre les équipements du réseau : il s'agit de procédures qui contrôlent le flux d'information entre deux équipements. Des logiciels spécifiques qui gèrent ces protocoles sont installés sur les équipements d'interconnexion comme les commutateurs réseau, les routeurs, les commutateurs téléphoniques, les antennes GSM, etc. Les services se basent sur les protocoles pour fournir, par exemple des transferts de textes (SMS...) ou de données (Internet...), des communications vocales (téléphone...), ou des diffusions d'images (télé...). Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Hôte-réseau : liaison physique et de données. Modèle TCP-IP Hôte-réseau : liaison physique et de données. Internet : interconnexion des réseaux / routage. Transport : conversation. Application : Telnet, TFTP, SMTP, HTTP. Hôte-réseau : liaison physique et de données entre machines (Ethernet) Internet : interconnexion des réseaux (hétérogènes) distants sans connexion. Le point critique de cette couche est le routage. (IP) Transport : permettre à des entités paires de soutenir une conversation. (TCP ou UDP) Application : Telnet, TFTP (trivial File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol). http://www.frameip.com/tcpip/ Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux HTTP : web NNTP : newsgroup POP / SMTP : mail Les couches applicatives HTTP : web NNTP : newsgroup POP / SMTP : mail FTP : transfert de fichiers DNS : correspondance entre noms et adresses IP SSH : connexion à distance sécurisée Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Les réseaux informatiques sont classés suivant leur portée : Découpage géographique Les réseaux informatiques sont classés suivant leur portée : le réseau personnel (PAN) relie des appareils électroniques personnels ; le réseau local (LAN) relie les ordinateurs ou postes téléphoniques situés dans la même pièce ou dans le même bâtiment ; le réseau métropolitain (MAN) est un réseau à l'échelle d'une ville ; le réseau étendu (WAN) est un réseau à grande échelle qui relie plusieurs sites ou des ordinateurs du monde entier Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Réseaux Découpage fonctionnel Un réseau peut être classé en fonction de son utilisation et des services qu'il offre. Ce découpage recoupe également la notion d'échelle. Ainsi, pour les réseaux utilisant les technologies Internet (famille des protocoles TCP/IP), la nomenclature est la suivante : Intranet : le réseau interne d'une entité organisationnelle Extranet : le réseau externe d'une entité organisationnelle Internet : le réseau des réseaux interconnectés à l'échelle de la planète Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Sommaire Introduction Réseaux Modélisation Simulation Outils de modélisation et simulation Applications Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Modélisation Qu’est ce que la modélisation ? Pourquoi modéliser ? Modélisation de réseaux Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Modélisation La modélisation est la conception d'un modèle. Qu’est ce que la modélisation ? La modélisation est la conception d'un modèle. Un modèle est une représentation de la réalité C’est une représentation abstraite d’un système complexe C’est une vue qui tient compte des spécifications et/ou des objectifs que l’utilisateur s’est fixé Qu’est ce qu’un modèle ? Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Modélisation Pour faire évoluer un système existant Pourquoi modéliser ? Pour faire évoluer un système existant Pour tester un système existant Vérifier qu’il fonctionne correctement Vérifier qu’il correspond aux spécifications Pour aider à la conception d’un système Gain de temps Coût réduit Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Modélisation Pour Superviser Analyser Faire évoluer Déployer … Modélisation de réseaux Pour Superviser Analyser Faire évoluer Déployer … Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Sommaire Introduction Réseaux Modélisation Simulation Outils de modélisation et simulation Applications Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation La modélisation est la conception d'un modèle. Un modèle est une représentation de la réalité La simulation numérique est l'un des outils permettant de simuler des phénomènes réels. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Interconnection de modèles Simulation Processus de M&S Système Modélisation Validation Modèle Simulateur Simulation Equations Résultats Interconnection de modèles Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Pourquoi simuler votre environnement réseau ? Le système d’information d’aujourd’hui est en évolution permanente : Toujours plus d’applications dans des délais toujours plus court, déploiement de la voix sur IP, création de DataCenter. Ces nombreuses évolutions modifient le volume de données sur le système d’information et peuvent provoquer des problèmes de performances. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Pourquoi simuler votre environnement réseau ? Les applications déployées, critiques pour le fonctionnement de l’entreprise, sont passées dans des processus complets permettant de valider leurs bons fonctionnements et un niveau de performances satisfaisant. Cette démarche coûteuse à tous les points de vue ne permet pourtant pas de s’affranchir de tous les risques. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Pourquoi simuler votre environnement réseau ? La composante réseau peut avoir un impact fort sur les performances des applications déployées. Les entreprises sont conscientes des coûts énormes que peut provoquer une application qui présente des problèmes de performances après le déploiement ; c’est d’ailleurs pour cette raison qu’elles dépensent beaucoup de temps, d’énergie et d’argent pour valider leurs applications. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Pourquoi simuler votre environnement réseau ? Mettre en œuvre une solution de simulation n’est pas une option. Aujourd’hui de nombreuses entreprises possèdent ce type de solution et il est hors de question qu’une application ou un composant réseau ne soit installé sans passer par l’environnement d’entreprise virtuel : Applications, téléphone IP, boîtier d’optimisation réseau, etc. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Une simulation conforme à la réalité difficulté connaître les caractéristiques du réseau Simuler le réseau et simuler l’activité réseau  le simulateur à pour objectif de recréer de façon conforme à la réalité les perturbations de l’environnement il est possible de reproduire également le pourcentage d’utilisation de la bande passante il est intéressant de reproduire également la charge générée par l’application concernée. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Simulation Analyser les temps de réponse des applications il est possible d’avoir une vision très complète sur les performances de l’application en fonction du nombre d’utilisateurs simultanés qui l’utilisent et en fonction des différentes caractéristiques réseau il est possible d’analyser l’évolution des temps de réponse d’une application Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

M&S de réseaux Pour Superviser Analyser Faire évoluer Déployer … bisgambiglia@univ-corse.fr

Sommaire Introduction Réseaux Modélisation Simulation Outils de modélisation et simulation Applications Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

OUTILS Nombreux MAP Modeling and Analyse Package CUPID Fournit automatiquement les paramètres d’un réseau de files d’attente à partir des spécifications du système CUPID obtenir les performances de protocoles de communication à partir de spécifications de type algébrique QNAP Queueing Network Analysis Package langage de description et d' analyse de files d' attente BEST HELP NS-2 Network Simulator OPNET … 3. Outils de simulation et de modélisation Application aux réseaux de communication. L' utilisation de la simulation. Les outils logiciels pour l' évaluation de performances. Les problèmes posés par le développement des réseaux et protocoles de communication sont complexes. Il existe déjà des langages de spécification de protocoles : FAPL (utilisé par IBM pour SNA), LOTOS ou ESTELLE. Plusieurs travaux ont déjà été menés dans cette optique: - Rudin a décrit sous la forme d' un simulateur écrit en FAPL, l' implémentation d' un protocole de type Rejet Sélectif. - Sevcik et Lazowska ont développé un outil basé sur MAP( Modelling and Analysis Package) qui fournit automatiquement les paramètres d' un réseau de files d' attente à partir des spécifications du système. - Le projet CUPID de l' université de Columbia cherche à obtenir les performances de protocoles de communication à partir de spécifications de type algébrique. Néanmoins, il apparaît que la simulation procure une méthode de résolution qui reste superficielle. Pourtant par un choix de données et de distributions appropriées on peut déceler des erreurs. La modélisation a été largement utilisée pour évaluer les performances des réseaux/protocoles de communication. Les méthodes analytiques ont permis d' appréhender le comportement des protocoles des couches basses sous des hypothèses simplificatrices permettant de traduire ces comportements sous la forme d' équations mathématiques que l' on sait résoudre. La simulation représente un ensemble de techniques permettant d' approcher le comportement d' un système quelconque. C' est une méthode stochastique dans la mesure ou un simulateur est basé sur l' utilisation de variables aléatoires. L' état S du système est représenté par un vecteur de variables aléatoires. Les différents simulateurs peuvent être partitionnés en trois approches principales : 1) La simulation en temps continu: Un système est continu si son vecteur d' état change en permanence avec le temps. 2) La simulation en discret: Un modèle à temps discret définit l' état du système à des instants dénombrables. 3) La simulation en temps continu et événement discret: Dans ce càs, la suite des instants d' observation est définie par les instants d' occurence d' événements. Pour "démocratiser " l' évaluation des performances et la rendre accessible à des non-spécialistes, on a vu apparaître depuis 1980 des "package" (QNAP2 , BEST/1, HELP...) Ces logiciels possèdent des modules de résolution: méthodes analytiques exactes et approximatives ainsi que des modules de simulation. Un langage de description de modèle offre une interface homme-machine agréable. Dans l' étape de dimensionnement il incombe à l' utilisateur d' interpréter comme un grand les résultats obtenus. QNAP2 QNAP (Queueing Network Analysis Package) est un langage de description et d' analyse de files d' attente. Pour plus de détails cliquer ici. Il ne s' agit pas d' un logiciel complet de modélisation dans la mesure où la démarche de création du modèle doit être faite par l' utilisateur. QNAP est le résultat du travail d' équipes de chercheurs de l' INRIA (Institut National de Recherche en Informatique et Automatique) et de BULL. Ce programme est écrit en FORTRAN77. QNAP traite des objets simples comme des nombres réels ou entiers, des caractères, mais aussi, des files d' attente. A l' aide de ces objets l' utilisateur va définir une structure de réseau de files d' attente en décrivant un ensemble de stations. Une station se compose des éléments essentiels suivants: -Une file d' attente, -Un ou plusieurs serveurs attachés à cette file, -La description algorithmique du service fourni, -Un algorithme de routage qui permet de définir la circulation des clients dans le réseau. Les clients du réseau circulent entre les stations où ils reçoivent un service. Il est possible de caractériser des clients en leur attribuant des classes distinctes. Lorsque la description du réseau est terminée, il est possible de passer à la deuxième phase de l' utilisation de QNAP: la résolution. Les méthodes de résolution disponibles sont: -Un simulateur à événements discrets, -des méthodes analytiques exactes, -des algorithmes de convolution-théorème BCMP, -une résolution Markovienne, -des méthodes analytiques approchées dont MVA(Mean Value Analysis), -des méthodes itératives, -une approximation par diffusion, -des approches heuristiques. Les résultats numériques, sont des données standard du type temps de réponse, taux d' occupation, longueur de files. Ces quantités sont calculées par leur valeur moyenne lorsqu' un état d' équilibre existe, pour les méthodes analytiques et par leur valeur moyenne et un intervalle de confiance pour les méthodes de simulation. BEST/1 Un ensemble de produits de gestion de capacité et des performances de systèmes informatiques IBM a été développé par la société BGS (USA) qui a introduit son premier produit Best/1 sur le marché en 1975. Les systèmes étudiés sont ceux du constructeur IBM pour les sites centraux sous environnement MVS ou VM ainsi que les différentes composantes du réseau SNA. Le fonctionnement du progiciel est décomposé en trois phases prinicipales, utilisant trois composantes: - La collecte des données et la caractérisation de la charge, - La projection de la charge, - L' évaluation de performance. Collecte des données et caractérisation de la charge. Procure une image de l' utilisation des ressources du système et de ses performances. Elle contient trois élément d' analyse : Catpure/MVS, Capture/VM et Capture/SNA. Capture/MVS: L' utilisation classique de Capture/MVS consiste à selectionner un intervalle de temps (ou un groupe d' intervalles) spécifique pendant lequel les grandeurs caractéristiques du système ont été mesurées. L' approche suivie par capture/MVS vise à reproduire celle de l' environnement MVS en divisant la charge totale en un ensemble de groupe distincts classifiés en fonction de l' activité des périphériques, de l' activité de pagination, de l' avtivité de swapping, et de l' activité de l' unité centrale. Différents rapports d' exécution donnant des informations sur le comportement du système, sont proposés par Capture/MVS afin de montrer comment chaque composante a utilisé le CPU, la mémoire ou les équipements d' entrées/sortie. Capture/VM: De manière analogue, Capture/VM est un outil d' analyse de la charge et de collecte des données. Il est construit pour un environnement d' exploitation VM et est capable de traiter les informations caractéristiques fournies par cet environnement. Il permet de déterminer le niveau de charge et la consommation des différentes ressources. Capture/VM procure la possibilité de définir une ou plusieurs composantes de charge VM en s' appuyant sur les Userids VM disponibles sur le site. Les rapports fournis par Capture/VM permettent d' appréhender les changements de configuration, les options de tuning, les demandes utilisateurs et les caractéristiques des travaux exécutés sur la charge globale du système et les niveaux de service. Projection de la configuration. Cette composante permet l' étude de l' impact de nouveaux besoins sur le comportement de système. La projection de la configuration s' effectue généralement soit sur un accroissement de la charge, basé sur des considérations historiques, soit sur une charge nouvelle issue de besoins en création. BGS propose deux composantes INFO/BASE et CRYSTAL qui adressent plus particulièrement le second point. CRYSTAL peut être utilisé pour déterminer l' impact de ces nouveaux besoins sur le comportement du système avant de les implémenter. INFO/BASE permet d' archiver les informations fournies par Capture afin de faciliter la préparation de rapports et d' études de càs. Evaluation des performances La firme BGS propose trois composants pour l' évaluation de performances appelés BEST1/MVS BEST1/VM et BEST1/SNA. Ils sont utilisés afin d' étudier l' influence sur les performances : -d' un accroissement de la charge, -d' une modification de la configuration, -d' un changement dans les paramètre du système. Les résultats produits sont principalement: -Les temps de réponse des différentes applications, -L' identification des ressources susceptibles de conduire à des goulets d' étranglement, -la décision d' apporter des modifications appropriées à la configuration matérielle.... HELP Face à la complexité croissante des systèmes informatiques, il faut pouvoir étudier des sous-systèmes de façon indépendante et les rassembler ensuite dans un modèle global de fonctionnement. Il faut également, pou la puissance de l' outil, que les modules de résolution soient de plus en plus nombreux et faciles d' emploi. Il faut enfin, pouvoir automatiser le processus de compréhension des résultats pour qu' une optimisation cohérente puisse avoir lieu. Le laboratoire MASI de Paris VI développe, un système expert responsable de la génération des processus de modélisation, d' évaluation et de dimensionnement. Une interface avec l' utilisateur guide ce dernier dans le choix du modèle qui lui permettra de dimensionner son système. Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr 39

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Application Choix d’un logiciel Installation Présentation du logiciel Utilisation Modéliser un des réseaux suivant : Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Application Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Application Switch Cisco 3550 Salle I.23 100Mb Fibre Optique 1Gb Catalyste Cisco 6550 (QoS) 1Gb Internet Serveurs Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Application Ajouter une bande passante fixe pour la vois sous IP Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Sommaire Introduction Réseaux Modélisation Simulation Outils de modélisation et simulation Applications Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr

Conclusion http://www.grappa.univ-lille3.fr/polys/systreseaux/ch01s02.html Réseaux bisgambiglia@univ-corse.fr