Cours 1 Intro.key

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Enseignement Réseaux Enseignement Réseaux • Pascal.Sicard@imag.fr Laboratoire LIG Bat D Ensimag Bureau 313• Bibliographie• 16 * 1h30 heures de cours + 12 * 3 h de TPs! * Analyse structurée des réseaux - J. Kurose et K. Ross ! - Connaissance de base sur les réseaux informatiquesPearsonEducation- 2ème édition! - Problématiques et architecture des réseaux : “ comment les ! * Réseaux locaux et Internet- Des protocoles à ordinateurs arrivent à communiquer ?” l’interconnexion- 2ème Edition - L. Toutain- HERMES! - Notions d’administration de réseaux! * Réseaux, 4ème Edition A. Tanenbaum. InterEditions!Enseignement délicat car les problématiques sont nombreuses et variées• Comptes rendus de TPs -> note de contrôle continu Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 1 2Contenus et objectifs du cours Bref historique• Notions générales sur les réseaux– Définitions, vocabulaire– Architecture • Naissance des réseaux informatiques 1970 • Notions d’administration d’un réseau • Exemple : 1980– Montage physique – Université de Grenoble : 1 seul ordinateur (Multics)– Configuration système/routeur – Grande pièce avec baie vitrée– Observations et analyse – Consoles – Premières notions de sécurité• Etudes des protocoles d’Internet sur lesquels toutes les • Intérêt: Partage du temps et des ressourcesapplications réparties/distribuées sont basées – Temps CPU limité /mois– Notions nécessaires pour programmer de telles ...

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Ajouté le 24 septembre 2011
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Langue Français
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Enseignement Réseaux Enseignement Réseaux
• Pascal.Sicard@imag.fr Laboratoire LIG Bat D Ensimag Bureau 313
• Bibliographie• 16 * 1h30 heures de cours + 12 * 3 h de TPs
! * Analyse structurée des réseaux - J. Kurose et K. Ross ! - Connaissance de base sur les réseaux informatiques
PearsonEducation- 2ème édition
! - Problématiques et architecture des réseaux : “ comment les
! * Réseaux locaux et Internet- Des protocoles à
ordinateurs arrivent à communiquer ?” l’interconnexion- 2ème Edition - L. Toutain- HERMES
! - Notions d’administration de réseaux
! * Réseaux, 4ème Edition A. Tanenbaum. InterEditions
!
Enseignement délicat car les problématiques sont nombreuses et variées
• Comptes rendus de TPs -> note de contrôle continu
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 1 2
Contenus et objectifs du cours Bref historique
• Notions générales sur les réseaux
– Définitions, vocabulaire
– Architecture • Naissance des réseaux informatiques 1970
• Notions d’administration d’un réseau • Exemple : 1980
– Montage physique – Université de Grenoble : 1 seul ordinateur (Multics)
– Configuration système/routeur – Grande pièce avec baie vitrée
– Observations et analyse – Consoles
– Premières notions de sécurité
• Etudes des protocoles d’Internet sur lesquels toutes les • Intérêt: Partage du temps et des ressources
applications réparties/distribuées sont basées – Temps CPU limité /mois
– Notions nécessaires pour programmer de telles applications
– Beaucoup de concepts, problématiques nombreuses • Inconvénient :
– Enseignement délicat par sa diversité: “Il est difficile de communiquer, même
– Distance limitéepour des machines”
– Pannes
• Vue d’ensemble permettant d’aborder un métier “réseaux” ou
“applications distribuées”
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 3 41970-1980 Premières applications
• Besoins de communiquer
» Banques, militaires, Compagnies multinationales
• FTP (File Transfert Protocol): transfert de fichiers
» Transferts de fichiers
• Telnet/rlogin: Utilisation de machine à distance » Naissance de l’idée de réseau
• Mail: Echange de messages personnels
• Premiers réseaux
• NFS (85) Network File System: Partage de fichiers à distance– pour transférer facilement de l'information (fichiers)
• DNS Domain Name System: – Exemple:
» Arpanet: 1970, Militaire USA, sur ligne téléphone, <100kBit/s – Annuaire Adresse Internet /nom
» Usenet : 1973, Système Unix – Réparti sur des serveurs DNS
» SNA: 1974, IBM, base de la standardisation OSI
• Protocoles d’Internet développés pour l’utilisation de ces
» Transpac: 1978, Réseau Public Français, 48 KiloBit/s
applications
» Premier groupe de normalisation comité IEEE 802 (Février 80) pour les
réseaux locaux – Pas d’erreur ou de perte de paquets
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 5 6
RéseauxOrdinateurs Débits en Mbits/s Applications
Arpanet1970 4 1990-2000
3 Ethernet(73) ftp
telnet
mail
• Explosion d’Internet grâce au progrès des télécommunications
1980 200 10 Internet• Débits du mégabit au gigabit DNS(83)
Téléphonie 2*64kbit/s• Naissance du Web, navigateurs, moteurs de recherche
numérique (RNIS)
NFS• Possibilité de transférer de grandes quantités d’information
1990– Applications multimédia: visiophonie, vidéoconférence, télé enseignement, télé 160 000 World Wide Web
médecine ... Renater (92)1 millions (92)
Moteur de recherche
– Nouvelles qualités de service nécessaire : temps réel 100 Fast Ethernet Télé conférence,
622 ATM Télé médecine• Développement des middlewares (intergiciels) pour faciliter la
Télé enseignement,
programmation des applications distribuées 2000 120 millions ADSL0,5 Commerce électronique
– Java, Corba, Java RMI ... 1000 Ethernet Giga
50 WIFI
1,1 milliard ADSL25
(2006)
2007
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 7 8Topologie physiqueDéfinition
• Liaison point à point
– Topologie maillée quelconque
• Réseau: Système (matériel + logiciel) qui permet à un ensemble
d'ordinateurs autonomes de communiquer
– Nombreux sens: réseau physique, protocole réseau, logiciel réseau ...
– En anneau– Les ordinateurs : ordinateur personnel, téléphone, assistant personnel
(Personnel Digital Assistant: PDA), capteurs divers ...
• Liaison à diffusion
• Classification suivant différents critères
– Topologie physique – Bus
– Etendue géographique (classification non stricte)
– Radio
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 9 10
Performances des communicationsClassification des réseaux
suivant leur étendue
• Débit:
– Quantité d’information émise par unité de temps
• Réseaux locaux (Local Area Network, LAN) – Kilo, Méga, Giga bits/s
– Distance < 1 km: 1 immeuble – Dépend de la bande passante du support (Hertz)
– Débit élevé, taux d’erreur faible
– Topologie diverses: Bus, anneau • Temps d’émission (ou de transmission)
– Exemple : Ethernet – Quantité d’information / débit
• Réseaux étendus (Wide Area Network, WAN) • Délai de propagation
– Distance importante: Pays, Planète
– Temps écoulé entre l’émission et la réception d’une information– Topologie maillée: interconnexion de réseau par des liaisons point à point
– Dépend de la vitesse de l’onde et de la longueur du support
• Réseaux métropolitains (Metropolitan Area Network, MAN)
• Temps d’attente
– Distance intermédiaire : quelques dizaine de km, ville – C’est le temps perdu par le système de communication
– Exemple stockage et réexpédition dans les noeuds d’un système maillé
• Internet : INTERconnection NETwork
• Latence : Temps d’émission + Temps d’attente + Délai de – Réseaux locaux interconnectés par des MAN ou WAN
propagation
Introduction 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 11 12Exemples de latencesTemps d’émission/ Temps de propagation
• Temps de transmission et temps de propagation sont
indépendants et ont un impact variable suivant les applications
Machine A Machine B Machine C
• Exemple 1:
– Echange de messages courts (1 kbit) à travers un réseau à temps de propagation Tps de propagation A-B
grand
8» Fibre optique. Distance 10 000 km. Vitesse de l’onde : 2. 10 m/s Tps d'émission AB
» Temps de propagation: 50 ms
Latence A à CTps d'attente dans B » Débit= 10Mbit/s : Temps d’émission: 0,1 ms
» Débits= 100 Mbit/s : Temps d’émission: 0,01 ms
Tps de prop B-C – Temps d’émission négligeableTps d'émission BC
• Exemple 2:
– Echange de messages volumineux (1 Gigabit)
» Débit= 10 Mbit/s : Temps d’émission: 100 s
» Débits= 100 Mbit/s : Temps d’émission: 10 s
– Temps de propagation négligeableLatence ou temps de transfert
Couche physique 01 Introduction 01© P. Sicard-Cours Réseaux © P. Sicard-Cours Réseaux 1 13 14
Structure physique d’InternetQualité de service
• Quality of Service (QoS): Indique les facteurs de qualité de • Des machines utilisateurs (hosts/hôtes)
communication nécessaires à une application • Des réseaux locaux reliant les hôtes
• Ces facteurs dépendent de la nature de l’application • Des machines spécialisées (gateway, routeurs) reliant des réseaux
locaux et des réseaux étendus• Exemples:
– Faible taux de perte (probabilité pour qu’un message soit perdu ou modifié): par
Machine Bexemple nul pour le transfert de fichier
Machine A
– Gigue faible (variation de la latence): nécessaire pour les applications temps réel
(télephonie, vidéo conférence..) Réseau local
– Latence maximale autorisé : téléphonie (inférieur à 0,25s) Réseaux longues distances
– Débit minimal nécessaire : téléphonie (64 kbit/s)
• Garantie des QoS par le réseau:
– Problème difficile
– Non prévu dans les protocoles initiaux d’Internet (Seulement taux erreur nul) Routeur
Introduction 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 15 16Fonctionnement du réseau Exemple d’utilisation
Analogie réseau routier
• Passagers: Information à échanger
• Application de transfert de fichier: ftp
• Voitures: ondes (électriques, optique, radio...) se propageant sur
• Utilisateur : ftp ufrima.imag.fr puis get fichierles supports
• Domiciles: machines utilisateurs • Désignation universelle des machines: adresse Internet
– IPV4 : 4 octets- Exemple: 192.0.0.1• Routes: Différents supports (câbles, fibre optique, ondes radio...)
– IPV6 : 16 octets
– Différents débits possibles (nombre de passagers à l’heure)
• Annuaire: nom / adresse Internet– Différentes vitesses possibles (vitesse des voitures)
– Où se trouve l’annuaire ?• Carrefours: routeurs:
– Annuaire réparti : Application DNS (Domain Name System)
– Mémorisation de l’information dans des files d’attente – Organisation hiérarchique : machine ufrima dans la zone imag qui elle même se
trouve dans la zone fr
– Fonctionnent comme un carrefour à feux ou stop : la voiture s’arrête avant de
repartir (avec une vitesse pouvant être différente)
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 17 18
Diviser pour régnerProblèmes à résoudre
• Avant d’envoyer le fichier : • Nombreux problèmes de diverses natures
– Vérifier que la machine distante est présente et accepte de recevoir/envoyer des • Les solutions dépendent de différents paramètres : réseau
données physique, qualité de service demandée ...
– On parle d’établissement de “connexion”
– On veut pouvoir fournir des solutions diverses et les combiner à volonté
• Trouver la route à suivre pour arriver à destination : routage
– Exemple:
• Remédier à la perte/détérioration des information lors du » un service sans connexion préalable avec un taux d’erreur quelconque
» un service avec connexion et un taux d’erreur nultransport : contrôle d’erreur
• En cas de saturation dans le réseau, limiter le débit d’émission
• Structuration hiérarchique des fonctionnalités nécessairespour désengorger l’embouteillage : contrôle de congestion
– Simplification du problème par division en sous-problèmes indépendants
• Si le récepteur ne suit pas la cadence, adapter le débit d’émission
à celui du récepteur: contrôle de flux • Différentes couches indépendantes s'occupant d'une partie
• Suivant les contraintes du réseau physique il faut découper les
spécifique des problèmes à résoudre
données en morceaux de taille convenable: segmentation/ré-
assemblage
• ...
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 19 20EXEMPLE D'ARCHITECTURE EN COUCHE Architecture en couches
• Le télégraphe:
• La couche i fourni des services à la couche i+1 en s’appuyant sur le
ProtocolesCouches
services de la couche i-1
• Deux couches de même niveau (sur deux entités) utilisent un ensemble de Français
Utilisateur1 Utilisateur2
Interface règles pour communiquer appelé protocole
Personne au guichet Personne au guichetVocabulaire des postiers
(Adresse, coût, ...)
interface i / i + 1
Morse
Personne qui tape en Morse Personne qui reçoit le Morse
protocole
C C couche i i ide niveau i
Ligne Physique
interface i - 1 / i
Onde Electrique
Machine1 Machine2
Entête Morse Mr Durand - Grenoble - urgent Il fait beau.
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 21 22
Architecture des réseaux : Définitions Architecture du réseau
• Service: Ensemble des fonctions offertes par une ressource
! » Exemple: couche personne au guichet: Envoi d’un télégramme • Norme OSI (Open System Interconnection) composée de 7 couches
pour que les protocoles soient universels! » Une couche i utilise les services de la couche i-1 afin de réaliser les services
! pour la couche i+1 • Gros travail qui n’est quasiment pas utilisé mais qui sert de
référence (nomenclature)
• Interface: Ensemble des règles et des moyens physiques nécessaires pour accéder
• D’autres protocoles développés en parallèle se sont imposés par
à un service
leur utilisation (protocoles actuels utilisés dans Internet)
! » Exemple: interface utilisateur/personne au guichet: guichet, papier portant
• Différentes solutions existent pour toutes les couches sauf celle où ! le texte écrit du télégramme, le nom et l’adresse du destinataire
est défini l’adressage universel! » Interface entre deux couches sur une même entité pour accéder à un service
• Grâce à l’indépendance des couches, on peut combiner ces
• Protocole: Ensemble de conventions réglant les échanges entre des entités qui différentes solutions à volonté
coopèrent pour rendre un service
• Des incohérences peuvent apparaître : par exemple la détection ! » Exemple: le morse pour la couche Morse. Dire au téléphone "allo", attendre
d’erreur peut être effectuée par plusieurs couches, ce qui est inutile! un "allo" puis parler est un protocole souvent utilisé
! » Protocole entre deux couches de même niveau sur des entités distinctes
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 23 24Le modèle OSI (Open System Interconnection): Les couches du modèle OSI
l'architecture en couches
• Application
– c'est le programme qui gère l'application proprement diteProtocole d’Application
Application Application A-PDU
– Ex: ftp : prendre le fichier sur le disque local et le passer au "réseau"...
Protocole de Présentation • PrésentationPrésentation Présentation P-PDU
– Mise en forme et représentation des informationsProtocole de Session
Session Session S-PDU – Ex: Cryptage, représentation des entiers ...
Protocole de Transport • SessionTransport Transport T-PDU
Frontière du sous-réseau – Gestion du dialogue
Réseau Réseau Réseau Réseau Paquet – Ex: synchronisation d'un dialogue (à qui est ce le tour de parler?)
• Elles sont réunies la plupart du temps en une seule couche: application
Liaison Liaison Liaison Liaison Trame
• Couches “Réseau” proprement dit (acheminement des informations):
Physique Physique Physique Physique Bit transport, réseau, liaison de donnée et physique
Machine utilisateurMachine utilisateur Routeurs
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 25 26
Les couches du modèle OSI Les couches du modèle OSI
• La couche liaison de données
• La couche transport * La mise en paquet de l’information
* La détection et la reprise des erreurs! – Etablissement et rupture des connexions multiples
* Le contrôle de flux visant à asservir la vitesse de l'émetteur à celle du récepteur! – Dialogue de bout en bout (on ne s’occupe pas des noeuds intermédiaires)
! – Découpage des trames : segmentation/réassemblage
! – Contrôle de flux • Sous couche liaison de donnée: le partage des voies physiques à
! – Contrôle de congestion
diffusion
* Partage des voies à diffusion (très utilisé dans les réseaux locaux).
• La couche réseau
! MAC : Medium Access Control
! – Routage des paquets à travers le réseau * Illustration détaillée: Le protocole Ethernet
! – Segmentation/réassemblage
! – Contrôle de congestion • La couche physique
! – Garantie de qualité de service: débit, taux d’erreur, temps de transport... * Principales caractéristiques des voies physiques
* Passage de l’information binaire aux ondes électriques, ondes lumineuses,
ondes radio...
* Traitement du signal
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 27 28Services : mise en oeuvrePrincipe de l’encapsulation
Paramètres de service du protocole i Niveau i + 1
Utilisateur
Données iEntête A. Données A.Application Message
Entête: Information de contrôle du protocole i
Entête T. Données TransportTransport Segment
Entête R. Données RéseauRéseau Paquet ou datagramme Niveau i
PDU
Unité de données du protocole iEntête L.Liaison Données Liaison Trame
Données i-1
Physique Ondes physique
Niveau i-1
• PDU: Protocol Data Unit• Indépendance des couches: on doit par exemple pouvoir changer la couche transport sans
modifier les couches inférieures • Principe de l’encapsulation: PDU de niveau i: PDU niveau i+1 + entête de niveau i
• Une couche i ne s’intéresse pas au contenu des données, elle doit n’utiliser que les informations • Principe inverse à la réception: chaque couche enlève son entête avant de passer les données à la
de son entête pour fournir son service couche supérieure
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 29 30
Les protocoles de l’Internet
Points d’accès et adresses
COUCHES OSI PROTOCOLES
HTTP FTP TELNET ...Application • Point d’accès au service ou I-SAP
• Les services fournis par le niveau i sont accessibles aux entités de
TCP UDPTransport niveau i+1 en des points appelés I-SAP (Service Access Points du
logiciels niveau i).
RéseauCouches IP } • Chaque SAP possède une adresse qui l’identifie de façon unique.
Réseaux
Liaison{ PPP • Exemple : Les prises de téléphones et numéro, les boîtes postales
Ethernet FDDI ... et les adresses PTT , les cartes et adresses Ethernet ...circuitsModemPhysique }
• Chaque niveau à son type d’adresse:
• TCP : Transmission Control Protocol – Application: adresse liée à une application. Exemple: adresse électronique pour le
mail• UDP : User DataGram Protocol
– Transport: numéro de port (2 octets)• IP : Internet Protocol
– Réseau: adresse Internet (4 octets, bientôt 16 octets IPv6)
• PPP : Point to Point Protocol
– Liaison de donnée: adresse “physique”. Exemple: adresse Ethernet (6 octets)
• FDDI: Fiber Distributed Data Interface
• Protocoles décrits dans les RFC(Request For Comments) disponible sur le web
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 31 32Adressage Types de services
TELNET SFTP HTTP
Application • Service orienté connexion
! • Trois phases de communication :
Ports 23 115 80
! 1- établissement ou ouverture de la connexion
Transport TCP ! ! - permet de savoir si l’entité distante est prête
! ! - échange des paramètres de connexion
! 2- la communication proprement dite (échange des données)
Adresses IP 193.8.8.8 55.0.0.2
! 3- la rupture ou fermeture de la connexion
IP ! • Facilite certains services comme le contrôle de fluxRéseau
! • Exemple : TCP
Adresses Ethernet 00:0a:95:a2:68:6c 00:0a:95:a2:79:77
ETHERNET ETHERNETLiaison de données • Service sans connexion
! • On envoie et on reçoit les données sans préalable
! • Exemple : UDP, IP
• Numéro de port particulier attribué aux applications “standards” (/etc/services)
• Adresse IP attribuée de façon unique à une “interface réseau” sur une machine
• Adresse physique attribuée de façon unique aux “cartes réseaux”
Architecture et principes 01 Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 © P. Sicard-Cours Réseaux 1 33 34
La normalisation dans Internet
• IETF: Internet Engeneering Task Force
– Groupe informel international ouvert à tout individu qui participe à l’élaboration
des Standards d’Internet
– Centaines de groupes de travail
• Elaboration des RFCs (Request For Comments)
– Proposition puis éventuellement Standards (norme)
– ~4000 RFCs aujourd’hui
• Exemple de RFCs devenu des standards
– UDP: RFC 768
– IP: RFC 791
– ARP : RFC 826
• Accessibles sur différents site :
– http://graphcomp.com/info/rfc/
– http://www.ietf.org/rfc.html
Architecture et principes 01© P. Sicard-Cours Réseaux 1 35