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Master 1 SIGLIS

Master 1 SIGLIS . Ingénierie des réseaux Stéphane Tallard Chapitre 1 - Généralités. C’est quoi Internet ? . Des millions de périphériques connectés : hôtes (système finaux) Des applications réseau Des liens de communication: fibre optique, fils de cuivre, radio, satellite

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  1. Master 1 SIGLIS Ingénierie des réseaux Stéphane Tallard Chapitre 1 - Généralités

  2. C’est quoi Internet ? • Des millions de périphériques connectés : hôtes (système finaux) • Des applications réseau • Des liens de communication: • fibre optique, fils de cuivre, radio, satellite • débit de transmission = bande passante • Des routeurs: reçoivent et envoient des paquets de données ISP = Internet Service Provider Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  3. C’est quoi Internet ? ISP = Internet Service Provider • Des protocoles qui contrôlent l’envoi et la réception des messages • ex : TCP, IP, HTTP, PPP • Un réseau de réseaux • Organisés hiérarchiquement (en gros) • Des standards Internet • RFC: Request for Comments • IETF: Internet Engineering Task Force Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  4. C’est quoi Internet ? Ce sont aussi des services • Des infrastructures de communication qui supportent des applications distribuées: • Web, VoIp, email, jeux, e-commerce, partage de fichiers • Des services de communication fournis aux applications qui prennent en charge le transport de données de la source à la destination: • garanti (fiable) ou • au meilleur effort (non garanti). Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  5. Qu’est ce qu’un protocole ? • Des messages envoyés • Des actions effectuées quand certains messages sont reçus ou quand d’autres évènements surviennent Toute l’activité de communication sur Internet est gouvernée par des protocoles Les protocoles définissent le format, l’ordre des messages envoyés et reçus entre les entités du réseau ainsi que les action prises sur la transmission et la réception des messages. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  6. Qu’est ce qu’un protocole ? • Un protocole entre les humains ou entre les ordinateur d’un réseau Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  7. Un vue plus détaillée de la structure d’un réseau • A la périphérie du réseau : des application et des hôtes • Des réseaux d’accès et des media physiques: • liens de communication câblés ou sans fils • Le cœur du réseau: • Des routeurs interconnectés • Des réseaux de réseaux Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  8. La périphérie du réseau • Les systèmes finaux (hôtes) à la périphérie du réseau : • exécutent des applications : Web, , eMail … Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  9. La périphérie du réseau • Les systèmes finaux (hôtes) à la périphérie du réseau : • exécutent des applications : Web, , eMail … • Le modèle client-serveur • Les clients envoient des requêtes et reçoivent des réponses d’un serveur. • ex : Navigateur Web/Serveur , eMail Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  10. La périphérie du réseau • Les systèmes finaux (hôtes) à la périphérie du réseau : • exécutent des applications : Web, , eMail … • Le modèle client-serveur • Les clients envoient des requêtes et reçoivent des réponses d’un serveur. • ex : Navigateur Web/Serveur , eMail • Le modèle point-à-point (peer to peer) • utilisation minimale de serveurs (ou pas de serveur du tout) • Ex : Skype, BitTorrent Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  11. Classification des réseaux Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  12. Réseaux locaux - Local area Networks (LAN) • Les LAN sont restreints en taille : le temps de transmission dans le cas le plus défavorable est limité et connu à l’avance. Ceci permet d’utiliser des formes de conception particulières. • Deux types principaux de topologie • topologie en bus (a) • topologie en anneau (b) Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  13. Local area Networks (LAN) – Topologie en bus • Dans le cas de la topologie en bus, à un instant t, une seule machine est autorisée à transmettre. • Un mécanisme d’arbitrage centralisé ou distribué résout les conflits en émission. • La Norme IEEE 802.3, « Ethernet »: • réseau basée sur la topologie en bus avec un algorithme de contrôle décentralisé. • Les ordinateurs connectés peuvent émettre quand ils le veulent. • Si deux paquets sont émis en même temps, chaque ordinateur attend un temps choisi au hasard avant de réémettre. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  14. Metropolitan Area Network (MAN) • Exemple : Réseaux de télévision câblés • Les signaux de télévision et Internet sont groupés dans un dispositif centralisé et distribués dans les foyers Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  15. Wide Area Network (WAN) • Des réseaux locaux (LAN) relient des postes clients (ou hôtes) • Les réseaux locaux sont reliés à des sous-réseaux (subnet) gérés par des opérateurs (fournisseur internet, … ). • Le routeur connecte le réseau local au sous-réseau. • Le routeur est un ordinateur qui choisit pour chaque paquet entrant une ligne sortante. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  16. Wide Area Network (WAN) • Un message doit être envoyé d’un hôte émetteur vers un hôte récepteur: • Il est scindé en paquets portant chacun leur numéro d’ordre • Les paquets sont injectés dans le réseau • Les paquets sont transportés par le réseau jusqu’à l’hôte récepteur. • Chaque routeur choisit la route que va prendre le paquet entrant : il est possible que deux paquets du même message suivent une route différente. • L’hôte récepteur utilise le numéro d’ordre porté par les paquets pour réassembler le message initial Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  17. Technologies de transmission • Diffusion: • Le message est transmis à tous les ordinateurs du réseau. • Le message contient l’identification du destinataire ou d’un groupe de destinataires. • Chaque ordinateur examine le destinataire du message et ne le traite que si le message le concerne. • Point à point: • Le réseau est constitué de connections entre ordinateurs relié deux à deux. • Pour parvenir à destination, un message passe par une ou plus machines intermédiaires. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  18. Réseaux sans fil • Connexion inter-système: relie des composants électroniques en utilisant des ondes radio courte portée. • exemple : les réseaux Bluetooth • Les réseaux locaux sans fil basés sur la norme IEEE 802.11 • Réseaux étendus sans fil (Wireless WAN) • Exemple : Réseaux Radio pour la téléphonie mobile Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  19. Le service de transfert de données fiable d’internet • Objectif: Transfert de données entre les hôtes • Handshaking : préparer le transfert de données à l’avance (connection) • TCP : Transmission Control Protocol • Le service de transfert de données fiable d’Internet. • Service TCP [RFC 793] • Transfert de données fiable « dans l’ordre »: • Pour gérer la perte: acquittements et ré-émissions • Contrôle de flux: l’émetteur ne va pas submerger le receveur • Contrôle de la congestion: l’émetteur ralentit l’emission quand le réseau est lent Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  20. Le service de données peu fiable d’Internet • Objectif: le transfert de données entres les hôtes (toujours !) • UDP : User Datagram Protocol [RFC 768] • Sans connection • peu fiable • Pas de contrôle de flux • Pas de contrôle de congestion • Les applications utilisant TCP: • HTTP (Web), FTP (transfert de fichiers), Telnet (login distant), SMTP (eMail) • Les applications utilisant UDP: • streaming, téléconférence, DNS, téléphonie internet Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  21. Le cœur du réseau • Le cœur du réseau est constitué par un maillage de routeurs interconnectés • Comment les données sont elles transférées à travers le réseau ? • Réseau téléphonique: avant de mettre les deux parties en communication, on réserve des ressources qui vont stocker l’état de la connexion entre les parties. • (commutation de circuit) • Internet: l’émetteur injecte des paquets dans le réseau sans qu’il y ait eu au préalable d’allocation d’un circuit. • (packet-switching) Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  22. Commutation de circuits • Des ressources sont réservées pour l’appel • les ressources allouées sont dédiées: il n’y a pas de partage • la performance est constante tout au long de l’appel et elle est garantie • une préparation avant l’appel est nécessaire • Si une ressource allouée n’est pas utilisée par l’appel prioritaire, elle est « idle » • Pour optimiser l’utilisation des liens physiques on utilise la Frequency Division Multiplexing (FDM) et la Time Division Multiplexing (TDM). Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  23. Commutation de circuit : FDM et TDM Frequency Division Multiplexing (FDM) Le spectre de fréquence admissible par le lien est partagé entre les connexions Time Division multiplexing (TDM) On définit des intervalles de temps que l’on associe à des connexions: Intervalle 4k : user 1 Intervalle 4(k+1): user 2 Intervalle 4(k+2): user 3 Intervalle 4(K+3): user 4 Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  24. Commutation de paquets • Utilisation des ressources • La demande de ressource globale peut excéder le volume total de ressource disponible • Congestion: les paquets sont mis en queue en attendant que les liens soient disponibles • « Store-and-forward »: • Si le lien en sortie est occupé le paquet est stocké dans un buffer de sortie • Si le buffer de sortie est plein, il y a perte du paquet. • Le flux de données est divisé en paquets • Les paquets envoyés par A et par B partagent les mêmes ressources réseau • Chaque paquet utilise à plein la bande passante • Les ressources sont utilisées au fil des l’eau selon les besoins Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  25. Commutation de paquets : multiplexage statistique R2 R1 • A et B envoient des paquets • En sortie du routeur, les paquets de A et de B sont entrelacés : la bande passante du lien physique entre les routeurs R1 et R2 est partagé entre A et B proportionnellement à leur débit d’envoi. • On parle de multiplexage statistique Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  26. Commutation de paquets: store-and-forward • Il faut L/R secondes pour transmettre un paquet de L bits sur un lien de R bps. • Store-and-forward : Le paquet complet doit arriver au routeur avant d’être transmis sur le lien suivant. • Pour la configuration en exemple, le temps d’attente total est de 3L/R (en supposant que le temps de stockage dans les buffers de sortie est toujours nul). • Exemple: • L = 7.5 Mbits • R = 1,5 Mbps • délai de transmission = (3 * 7,5) / 1,5 = 15 s Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  27. Commutation de paquets / commutation de circuits • En effet, les utilisateurs ne gênèrent pas des données constamment • Si on suppose qu’un utilisateur est actif 10% du temps • Avec la commutation par circuit, 100 Kbps doivent être réservés pour chaque utilisateur constamment • Un lien de 1Mbps ne peut supporter que 10 utilisateurs • Avec la commutation par paquet, si on a plus de 10 utilisateurs générant des données en même temps, les buffers de sortie vont commencer à se remplir jusqu’à ce qu’on ait moins de 10 utilisateurs actifs • si on a 35 utilisateurs, la probabilité pour que dix utilisateurs soient actifs à un moment donné est de 0,004 • Comme cette probabilité est très faible, la commutation par paquet permet à davantage d’utilisateurs d’utiliser le réseau. . Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  28. Comparaison commutation par paquet / commutation par circuit • La commutation par paquet est bien adaptée aux données générées en rafales • on partage les ressources • plus simple à mettre en œuvre : pas de préparation avant l’appel • La communication par paquet souffre de problèmes de congestion: temps d’attente et perte • On a besoin de protocoles pour obtenir des transferts de données fiables et pour gérer le contrôle de la congestion. • Comment fournir un comportement proche de celui de la commutation par circuit ? • on en a besoin pour les applications audio/vidéo • Cela reste un problème ouvert. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  29. Perte et délai Lorsque le débit d’arrivée est supérieur au débit de sortie, le routeur met les paquets sont mis dans une file d’attente en attendant d’être émis. Routeurs Paquets en cours de transmission. Paquets en attente Buffer disponible: les paquets entrants sont jetés si il n’y a pas de buffer disponible Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  30. Quatre sources de délai (1/2) • Les traitements au niveau de nœud • Vérification des erreurs de transmission des bits • Détermination du support de sortie • Dans la file d’attente • Attendre la transmission sur le support de sortie • Ce retard est fonction de la charge du routeur (qui est elle-même dépendante du trafic réseau). transmission propagation Traitement du nœud File d’attente Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  31. Quatre sources de retard (1/2) • 3. Délai de transmission: • R = bande passante du lien en bps • L = taille du paquet (bits) • Temps d’envoi du paquet sur le lien : L/R • 4. Délai de propagation • d = longueur du lien physique • s = vitesse de propagation sur le media (~ 2x108 m/sec) • Délai de propagation = d/s Le temps qu’il faut au routeur pour mettre le paquet sur le fil Le temps qu’il faut au support physique pour faire parvenir le paquet à sa destination transmission propagation Traitement du noeud File d’attente Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  32. Analogie avec un convoi de voitures 100 km Convoi de 10 voitures Péage Péage • Les voitures se déplacent à 100km/h : propagation • Le péage prend 12 secondes pour traiter une voiture : temps de transmission • une voiture : un bit – le convoi : le paquet • Question: Combien de temps avant que le convoi soit arrivé au second péage ? • Temps pour que le convoi ait passé le péage : 12 * 10 = 120 s = 2 mn • Temps pour que la dernière voiture se déplace du premier péage au second : 1heure • Réponse: 62 minutes. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  33. Analogie avec un convoi de voitures (2) 100 km Convoi de 10 voitures Péage Péage • Les voitures se déplacent maintenant à 1000km/h • Le péage met maintenant 1mn pour traiter une voiture • Question: Est-ce des voitures passeront le second péage avant que toutes les voitures aient passées le premier péage ? Réponse: Oui. Après 7 mn, la première voiture passe le second péage  Le premier bit d’un paquet peut arriver au second routeur avant que le paquet ait été complètement transmis Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  34. Délai d’un nœud • D nœud = d traitement + d queue + d Transmission + d Propagation • d traitement = temps de traitement • Quelques microsecondes ou moins • d queue = délai de mise en attente • dépend du trafic • d Transmission = délai de transmission • L/R, significatif pour des liaisons lentes • d Propagation = délai de propagation • Quelques microsecondes à quelques centaines de millisecondes. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  35. Délai de mise en attente Délai de mise en attente moyen • R = bande passante de la liaison (bps) • L = longueur du paquet (bits) • a = débit d’arrivée moyen • Intensité du trafic = La/R • Si La/R ~0 le délai de mise en attente est faible • Si La/R ~1 : le temps d’attente devient important • Si La/R > 1 : on ne peut pas traiter les paquets entrants, le délai moyen devient théoriquement infini (si on suppose que les buffers sont de taille infinie) Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  36. Les délai et les routes d’Internet • Traceroute permet de calculer la route de localhost vers une cible et d’afficher les temps de transmissions entre chaque routeur. Numéro d’ordre Trois temps de transmission sont mesurés. Liste des routeurs rencontrés Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  37. Traceroute : comment ça marche ? • traceroute s’appuie sur le champ TTL (Time to Live) des paquets IP. • Quand un routeur reçoit un paquet avec un champ TTL à 0, il considère que le paquet tourne en boucle et renvoie un message d’erreur au destinataire contenant son adresse et les temps de propagation. • Quand un routeur envoie un paquet IP à un autre routeur il décrémente le champ TTL. • traceroute envoie à la cible des paquets IP sonde avec des TTL débutant à 0 et de plus en plus en grands. • traceroute va recevoir des paquets IP d’erreur avec l’adresse de tous les routeurs rencontrés. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  38. Perte de paquet • Un buffer de sortie a une capacité finie • Quand le buffer de sortie est plein, le paquet est jeté (et donc perdu). • Les paquets perdus peuvent être retransmis par le nœud précédent, par la source ou pas du tout. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  39. Structuration des applications réseau • Un réseau c’est complexe : • des ordinateurs hôtes, des routeurs, des liaisons physiques variées, des applications, des protocoles, du hardware, du logiciel. • Questions : • Est il possible d’organiser la structure d’un réseau ? • Est il possible au moins d’organiser ce cours ? Nb: Être complexe c’est être composé Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  40. Le modèle OSI de L’ISO • OSI : Open System Interconnection • ISO : International Standards Organization • Le modèle OSI est organisé en couches : • A chaque couche on associe des responsabilités bien définies • On décrit comment chaque couche coopère avec les couches de niveaux supérieur et inférieur. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  41. Le modèle OSI de l’ISO • Pourquoi une architecture en couche ? • Pour appréhender plus facilement un système complexe: • Une structure explicite permet l’identification des parties du système • Une structure explicite permet de définir les relations entre les parties du système • La modularisation facilite la maintenance et l’évolutivité du système: • Changer l’implémentation d’un sous-ensemble du système n’impacte pas le reste du système. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  42. Couche application Elle offre un certains nombre de protocoles qui peuvent être utilisés par les applications réseau : FTP , SMTP , HTTP Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  43. Couche transport LA couche transport prend en charge le transport des messages de la couche application entre le client et le serveur. Elle s’assure notamment que les paquet arrivent dans le bon ordre. Internet offre deux protocoles de transport : TCP et UDP. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  44. Couche réseau • La couche réseau assure : • le routage d’une hôte à l’autre. • La gestion des problèmes de congestion • La couche réseau d’Internet est basée sur le protocole IP. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  45. Couche Liaison • La couche liaison de fournit les services de transport des paquets d’un hôte à l’autre. • Gestion des erreurs : détection, correction, signalisation • Supervision de la transmission: structure des messages, suivi du protocole d’échange. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  46. Couche Physique La couche physique fournit les moyens mécaniques, électriques, fonctionnels et procéduraux nécessaires à l'activation, au maintien et à la désactivation des connexions physiques destinées à la transmission de bits entre deux entités de liaison de données. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  47. Le modèle OSI de L’ISO • OSI : Open System Interconnection • ISO : International Standards Organization • Le modèle OSI de l’ISO a été proposé en 1983 et révisé en 1995. • Il traite de la communication entre système ouverts. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  48. Le modèle OSI de L’ISO • La couche présentation permet aux applications d’interpréter la signification des données: encryptage, compression, conventions spécifiques. • Le couche session prend en charge la synchronisation, • La pile Internet ne contient pas ces couches: ces services si ils sont nécessaires doivent être implémentées par les applications. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  49. Le flux d’information  Un message M part du niveau 5 Le message initial est extrait et est prêt à être traité.   Le niveau 4 rajoute une entête Les paquets sont réassemblés pour former le message initial  M est trop long: le message est coupé en paquets plus petits. Le niveau 3 rajoute à chaque paquet une entête : un numéro d’ordre).  Les paquets envoyés par le niveau 3 sont extraits.  Le niveau 2 rajoute une entête aux paquets ainsi que des informations additionnelles Les paquets arrivent côté récepteur.   Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

  50. Le flux d’information pour Internet Message Segment Datagramme Frame Les niveaux réseau, transport et application ne sont pas implémentées sur les équipements réseau. Ingénierie des réseaux - Chapitre 1 Généralités

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