Les Réseaux

1. Les Réseaux 2008

2. I - Introduction

3. Les éléments fondateurs • Support physique • Codage de l ’information • Protocole de communication Ce sont les éléments de la communication moderne

4. Téléphonie Partage de périphériques Transfert de fichiers (ftp) Exécution de commandes à distance (telnet) Client/serveur Courrier électronique (smtp) Internet (http) Vidéo et Audio à la demande (streaming) Visioconférence Accès aux Données Traitements répartis Services

5. Réseaux Locaux-LAN Réseaux de « campus  » Réseaux de grande amplitude: (MAN et WAN) Réseaux fédérateurs: « Le Backbone » Internet Renater R3T2 Classification

6. Les liaisons • Directe Correspond aux premiers besoins: • Connection Imprimantes • Terminaux déportés • Transferts de fichier / Sauvegardes • Distante Utilisation des réseaux standards: • réseau téléphonique + modem • Ondes hertziennes

7. Le cuivre (coaxial ou paire torsadée) Boucle locale LAN La fibre optique Infrastructure des opérateurs Câbles océaniques Liens « haut-débit » Télévisions Situations particulières Les ondes hertziennes Le « sans fils » Longues distances: téléphonie Courtes distances (Wi-fi) Satellites Le support des liaisons« Média »

11. Topologies • Bus : réservé aux LAN • Etoile : LAN et MAN • Anneau : token ring dans les LAN • Arbre : • Maillé : pour les réseaux qui n’ont pas d’architecture propre comme INTERNET • Topologies logiques : liées aux protocoles

12. II - Un modèle commun Sur un réseau, pour que 2 ordinateurs communiquent, il faut au moins qu’ils aient un langage commun La norme OSI (Open System Interconnexion) de l ’ISO (International Standardisation Organisation)

13. Pourquoi ? • Répondre aux problèmes posés par l’évolution des systèmes d’information vers toujours plus hétérogénéité • Besoin d ’abstraction (pour les utilisateurs) Solution • Formalisme complet • Définir une gamme de services permettant de travailler en coopération La solution est une structure de couches empilées

14. Structure en couches indépendantes

15. Structure en couches indépendantes

16. Structure en couches indépendantesPrincipe • Pour la source: Accès au modèle par la partie supérieure et descente à travers les couches jusqu’au « média » • Pour le destinataire: remonter de l’information du « média » vers les couches hautes • La communication réelle entre ces 2 couches de niveaux différents n-1 vers n se fait par offre de service local au terminal • La communication entre 2 couches de même niveau n de terminaux différents respecte des protocoles qui définissent la norme OSI.

17. ProtocoleC’est un ensemble de règles qui définissent les communications

18. Structure en couches indépendantesIntérêts • Simplification = regroupement de fonctions homogènes • Indépendance des couches -> Evolution • Protocole par couche qui permet une communication directe de la couche n de la source A vers la couche n du destinataire B, sans se préoccuper du trajet réel de l’information.

19. Les 7 couches du modèle OSI • Couche Application • Couche Présentation • Couche Session • Couche Transport • Couche Réseau • Couche Liaison • Couche Physique

20. Le modèle OSI

21. Le modèle OSI Les couches basses • Hétérogénéité du média : • Câble, ondes, … • techniques d’accès au média diverses • routage... • Services essentiels : • Accéder au média • gérer la connexion, • transférer de l’information de A vers B par routage dans le réseau.

22. Le modèle OSILa couche physique • Les données sont sous forme trains de bits • La transmission à distance nécessite de moduler un signal analogique:- électrique, - optique- hertzien • A la réception le signal doit être transcrit en train de bits (démodulation) • Il y a plusieurs types de transmissions…

23. Le modèle OSILa couche Liaison • Elle découpe en « trames » le train de bits (données) de la couche physique • Elle ajoute à chaque trame une détection d’erreurs • Parités, Codes détecteurs d’erreurs, Codes correcteurs • Et souvent un numéro de séquence • Cette couche se scinde en 2 parties: MAC: contrôle de l’accès au média, LLC: contrôle du lien : • Etablissement de la connexion • Transfert de données avec ou sans accusé de réception • Libération de la connexion

24. Le modèle OSI La couche réseau • Définition : • Constitution de sous réseaux • Interconnexion de ces sous-réseaux • Fonctionnalités : • Adressage logique • Routage à travers le réseau

25. Le modèle OSILes couches hautes • Fournir des services à l ’utilisateur • Rendre l’utilisateur indépendant des échanges et des contrôles • Masquer l’hétérogénéité : par exemple transférer un fichier quels que soient les machines et les réseaux

26. Le modèle OSILa couche Transport • Transfert fiable de l’information • Communications de bout en bout • Fiabilité • Multiplexage • Qualité de Service (QoS) • Contrôle des flux • Gestion de la Bande passante

28. Le modèle OSILa couche Session • La synchronisation • Etablissement de la communication • Gestion du dialogue • Reprise après interruption d’un transfert …

29. La couche session

30. Le modèle OSILa couche Présentation • représentation et compréhension des données. • Qu’est ce qu’un entier, une chaîne de caractère accentuée ou une structure complexe? • Conversion d’alphabet • Cryptage, compression, authentification

32. Le modèle OSILa couche Application • Seule en contact avec « l ’utilisateur » • Composée de “ briques applicatives ” • 1 Brique réunit un ensemble indissociable de fonctionnalités: terminal virtuel, messagerie électronique, processus de communication, … • Contient toute la richesse applicative du modèle

33. Résumé des couches OSI

34. III - L’information et son codage La couche physique

35. La couche physique • Le rôle de la couche physique est d’associer les bits {0,1}du train de données à transmettre à des valeurs d’un signal analogique et réciproquement • Le nombre de bits que l’on pourra transmettre en même temps dépendra: - des valeurs possibles du signal - de la qualité du canal de transmission (média) - du bruit Cette couche associe : information numérique (le bit) et signal

36. Information numérique et Signal 2 niveaux de quantifications (valeurs) Tension 5 V 0 V Temps Intervalle significatif 2 niveaux 0 ou 5V de quantification du signal

37. Information numérique et Signal4 niveaux de quantifications (valeurs) Tension 12 V 5 V Temps - 5 V - 12 V

38. Définitions • Intervalle significatif C’est unintervalle où le signal est constant • Rapidité de modulation • Nombre d ’intervalles significatifs par seconde C’est un échantillonnage du signal, exprimé en bauds NB: Une fréquence est un nombre de période par seconde exprimée en Hertz • Valence d’un signal • Nombre de niveaux de quantification (de valeurs) transportés dans un intervalle significatif que l’on doit transformer en nombre d’informations binaires transportées dans ce même intervalle significatif • Débit (binaire) • Quantité d ’informations binaires par seconde _ s’exprime en bits/s

39. Relations entre D,V,R • Relation entre niveaux de quantification et quantité d ’informations binaires transportées par intervalle significatif • V = Valence d ’un signal = nombre de niveaux de quantifications. • n = nombre de bits dans un intervalle significatif • n=log2(V) -> V = 2n • Relation entre D, R et V • D = R * n ou D = R * log2(V) exprimé en bits/s

40. Le transport de l’information numérique • Le Débit dépend de : • la rapidité de modulation (nombre d ’intervalles de quantification par unité de temps) • la valence (nombre de niveaux caractéristiques identifiables sur le signal) • La Rapidité de Modulation dépend de : • l ’étendue de la bande de fréquence exploitable • La Valence dépend de : • la « qualité » de la liaison (rapport Signal/Bruit)

41. Fréquence d’échantillonnage d’un signal • Le signal analogique est porteur de l’information numérique. Il doit être discrétisé. • Plus un signal a des variations rapide, plus on doit échantillonner finement pour ne pas perdre d’information. • La fréquence d’échantillonnage Fe doit-être supérieure au double de la fréquence maximale du signal Fmax. Fe > 2 Fmax • Dit autrement : si on échantillonne un signal selon une période Te <1/2Fmax, toutes les variations sont prises en compte dans le signal discret obtenu. • Par exemple pour un signal vocal où les fréquences sont < 4000 hz, il faut échantillonner le signal toutes les 125 ms.

42. Définitions en théorie du signal • La bande passante (BP) est la différence entre la plus haute et la plus basse fréquence du signal. Elle se mesure en hertz • On appelle bruit B la différence entre la valeur initiale S0 d’un signal à l’émission et sa valeur de réception S. B = S – S0 • La qualité de réception d’un signal S par rapport au bruit B se calcule ainsi: 10 log10(S/B) - appelé rapport signal/bruit noté r[S/N] - exprimé en décibel(dB) Par exemple si la part du bruit dans le signal S est de 1/100, S/B = 100, cela correspond une qualité de réception de 20 dB.

43. Limite du débit binaire sur un canal de transmission, sans bruit Théorème de Nyquist (1924) • Avec une bande passante W, on reconstitue le signal jusqu’à une fréquence d’échantillonnage de 2W. • Soit une rapidité R=2W bauds. • Soit D = 2W log2V bits/s • D appelé « capacité du canal » , souvent confondu avec la bande passante. • Ainsi en informatique la bande passante est plutôt un débit binaire

44. Limite du débit binaire sur un canal de transmission, avec du bruit • Dans la transmission de données numériques à codage binaire,l’intensité du signal reçu S doit être au moins le double de celle du bruit B. Si ce rapport ne peut être maintenu, on utilise un système de détection d’erreurs. • La capacité maximale d’un canal est de : C= W log2 (1+S/B) bits/s (Théorème de Shannon – 1948) S est la valeur du signal, B celle du bruit et W la bande passante

45. Le codage de l’information numérique Bande de base ou Modulation ? • Codage par modulation • Modulation d’une onde de référence, la porteuse • Un état = une modification de cette porteuse • Codage par bande de base • Le signal binaire est transmis par un potentiel et son opposé

46. Codage par Bande de Base • C’est la transmission d’un potentiel et de son opposé • De cette manière le spectre du signal se trouve centré autour de la fréquence nulle • Les bits sont codés par les transitions et non pas par niveaupour éviter les déperditions dues à la baisse du potentiel • Transmission sur de courtes distances:quelques centaines de mètres à quelques kilomètres • Les signaux ne peuvent être superposés:il y a un signal à la fois sur le média. Pas de multiplexage

47. Toujours une transition par état Le sens de la transition donne la valeur de l ’état Sécurité, mais le débit est la moitié de la rapidité de modulation Transition vers le haut s=1 Transition vers le bas: s=0 Codage Manchester 0 1 1 0 0 1

48. Toujours une transition par état 0 : changement en début d ’intervalle 1 : pas de changement de polarité Codage Manchester Différentiel 0 1 1 0 0 1 • Sécurité, mais le débit est la moitié de la rapidité de modulation

49. nB/mB :Un mot de n bits est codé par un block de m bits 1B/2B Le « 1 » est représenté alternativement par 2 intervalles s=0 ou s=1 Le « 0 » est figé (en gras) Codage nB/mB (ex. 1B/2B) 1 0 0 1

50. Codage par Modulation • La modulation est le processus par lequel le signal est transformé en une forme adaptée au canal de transmission, en faisant varier les paramètres d'amplitude et d'argument (phase/fréquence) d'une onde sinusoïdale appelé porteuse. • Information = modification d ’une porteuse • C’est la transmission des longues distances • Autorise le multiplexage avec des spectres de fréquences différents