Module 3102: R´ eseaux d’op´ erateurs
2015-2016
Plan
1 Vue d’ensemble
R´eseau t´el´ephonique commut´e (RTC) Internet
2 Transport des donn´ees sur la couche physique
3 Protocole ATM
4 Vue g´en´erale des WAN
5 Protocoles PPP et HDLC
6 Frame Relay
Historique
Avant 1970: La liaison entre deux abonn´es ´etaient effectu´ees
m´ecaniquement (au tout d´ebut: par des ˆetres humains, puis plus tard:
par des commutateurs m´ecaniques).
1970: Apparition des commutateurs num´eriques.
D´ebut des ann´ees 80: Num´erisation du signal entre centraux t´el´ephoniques et multiplexage temporel.
1987: D´ebut du RNIS.
1995: Le r´eseau t´el´ephonique est enti`erement num´eris´e entre les centraux t´el´ephoniques.
2012: Fin du protocole x25 permettant l’utilisation de Minitel en natif (cad. non IP).
Historique (suite)
Evolution technologique du RTC:
T´el´ephone `a cadran vs t´el´ephone `a touche: Pour appeler, le t´el´ephone `a cadran envoie des impulsions. Le central reconnaissait le chiffre entr´e au nombre d’impulsions. Le t´el´ephone `a touche ´emet deux fr´equences superpos´ees pour faire reconnaˆıtre le nombre tap´e.
Aujourd’hui: Seul le dernier protocole est utilis´e, plus de possibilit´e d’utiliser des t´el´ephones `a cadran.
Protocole x25: L’ancˆetre rat´e de la commutation par paquets:
utilise la commutation par circuits du RTC pour ´emuler la commutation par paquets. Les routeurs sont ni plus ni moins des combin´es t´el´ephoniques, d’o`u la lenteur de la commutation.
Minitel: L’ancˆetre rat´e d’internet. Utilise le protocole x25.
Fonctionnement
Couche physique:
Equipement: Les abonn´es appartenant `a une mˆeme zone locale (mˆeme boucle locale, g´en´eralement limit´ee `a quelques habitations) sont reli´es au mˆeme sous-r´epartiteur.
Les sous-r´epartiteurs d’une mˆeme zone g´eographique locale sont reli´es
`
a un mˆeme r´epartiteur.
Les r´epartiteurs se trouvent dans les centraux t´el´ephoniques qui sont reli´es entre eux par deux r´eseaux: ler´eseau s´emaphoreet le r´eseau voix.
R´eseau s´emaphore: En g´en´eral, en fibre optique. Permet la
communication d’information de service entre centraux t´el´ephoniques.
Par exemple: lorsque qu’un abonn´eA souhaite appeler un autre abonn´e B, le central deA envoie la demande d’appel au central deB via le r´eseau s´emaphore.
R´eseau voix: Un seul cˆable entre deux centraux t´el´ephoniques peut transporter plusieurs conversations.
Fonctionnement (suite)
Etablissement d’une connexion:
T´el´ephone raccroch´e: Une tension continue de 48 volts aux bornes du t´el´ephone.
Abonn´e A d´ecroche afin de passer un appel: Le court-circuit provoqu´e par le d´ecrochage indique au central sa volont´e de passer un appel. La tension est alors de 12 volts alternatif aux bornes du t´el´ephone (d’o`u sonorit´e).
Abonn´e A tape le num´ero de B:A chaque appui sur une touche, deux fr´equences sont ´emises afin d’indiquer au central le num´ero. En fonction du num´ero, le central va entrer en communication avec le central du destinataire via le r´eseau s´emaphore pour signaler la demande de A.
Fonctionnement
Etablissement connexion (suite)
Si B est occup´e: Le central deB va envoyer au central deA le message d’occupation via le r´eseau s´emaphore.
Si B est libre: Une tension de 48 volts alternatif va s’ajouter `a la tension continue de 48 volts du t´el´ephone de B. Cela va faire sonner le t´el´ephone.
B d´ecroche: La communication entreA etB est alors ´etablie.
Fonctionnement
Num´erisation d’une conversation
Th´eor`eme de Shannon-Nyquist: Si un signal occupe une bande de fr´equence ´egale `a ∆B, on doit l’´echantillonner (cad. le d´ecouper en
“pixels”) `a la fr´equence de 2∆B pour retrouver l’int´egralit´e du signal.
Bande de fr´equence utile et ´echantillonnage: On consid`ere que la voix humaine a une bande de fr´equence de 4000 Hz. La fr´equence d’´echantillonnage est donc de 8000 Hz.
Num´erisation: Chaque ´echantillon est cod´e sur 1 octet = 8 bits. Le d´ebit binaireest donc de 64 kBits/sec.
Fonctionnement
Multiplexage temporel TDM
Multiplexage temporel: Analogue au r´eseau routier: un
automobiliste allant de Marseille au Havre empruntera `a un moment donn´e la mˆeme route qu’un autre automobiliste allant de Grenoble `a Paris et la mˆeme route qu’un autre automobilitiste allant de Lyon `a Auxerre.
Dans le cas du RTC: Une communication entre deux abonn´es r´esidant respectivement `a Marseille et au Havre utilisera le mˆeme canal
physique qu’une communication entre deux abonn´es r´esidant respectivent `a Grenoble et `a Paris.
Multiplexage temporel: Les communications dans un mˆeme canal physique sont altern´ees dans le temps.
Fonctionnement
Multiplexage temporel TDM (suite)
Premier ´etage de multiplexage: Multiplexage de 30 conversations (route communale). Les conversations vont ˆetre m´elang´ees dans une trame de 32 octets. 8000 trames par seconde, soit un d´ebit binaire de 8000×8×32 = 2048 kBits/sec:
O0 O1 O2 . . . O16 O17 O18 . . . O31 O0 : octet de synchronisation (indique le d´ebut d’une trame).
O1 : octet de la conversation 1.
O2 : octet de la conversation 2.
O16 : octet de routage (indique la sortie `a prendre pour les 30 conversations)+ code correcteur d’erreur.
O17 : octet de la conversation 16.
O31 : octet de la conversation 30.
Fonctionnement
Multiplexage temporel TDM (suite) Hi´erarchie PDH:
Niveau E1: Celui obtenu par multiplexage des 30 canaux.
Niveau E2 `a E4: Le canalEn+ 1 est obtenu par multiplexage de 4 canauxEnpar TDM. Les centraux t´el´ephoniques n’ayant pas la mˆeme horloge, des informations de synchronisation sont ajout´ees: sur-d´ebit.
Hi´erarchie PDH - d´ebits:
E1: 2048 kBits/sec.
E2: 8448 kBits/sec.
E3: 34368 kBits/sec.
E4: 139264 kBits/sec.
Fonctionnement
Multiplexage temporel TDM - hi´erarchie SDH
Hi´erarchie SDH: Permet de multiplexer encore plus de voix et permet l’intercompatibilit´e entre les hi´erarchies PDH des continents europ´eens et am´ericains.
Plus fort d´ebit: Le transport de l’information sera effectu´e sur fibres optiques.
Technique d’encapsulation: Les donn´ees transport´ees sont encapsul´ees et on les r´ecup`ere `a l’aide d’un pointeur. Cela ´evite les probl`emes dus `a la non synchronisation des centraux. On d´etaillera son fonctionnement bien compliqu´e plus tard.
Protocole x25 - commutation par circuit - commutation par paquets
Commutation par circuit: Chaque communication point par point se voit attribuer un canal physique pour toute la conversation.
Plusieurs conversations peuvent se partager le mˆeme canal physique.
Commutation par paquets: Une communication est d´ecoup´ee en paquet qui peuvent suivre des routes diff´erentes. Une ´etiquette sur chaque paquet permet la bonne restitution des paquets.
Protocole x25: Emule la commutation par paquets `a l’aide de la commutation par circuit.
Chaque noeud du r´eseau se comporte comme un t´el´ephone. A chaque commutation de paquet d’un noeudA vers un noeudB un appel de A versB est effectu´e.
Diff´ erentes couches du mod` ele OSI
Protocole: Langage de communication entre ´el´ements mat´eriels de la mˆeme couche.
Couche 1: Couche physique comprend lesupport: (cuivre, fibre optique, hertzien, etc...) mais ´egalement lecodage: (modulation num´erique, PDH, SDH, multiplexage, etc...).
Couche 2: Couche liaison: communication entre machines d’un mˆeme r´eseau local. Protocoles: Token-ring, USB, CAN, Ethernet, ARP, PPP, HDLC, MIDI, ATM, MPLS, SPI, I2C et plein d’autres.
Couche 3: Couche r´eseau: communication entre r´eseaux locaux.
Protocoles: IP (versions 4 et 6), OSPF, ICMP, IGMP.
Couche 4: Couche transport: synchronisation entre application serveur et clientes. Protocoles: TCP et UDP.
Couches 5 et 6: Couches session et pr´esentation: pas utilis´ees en technologie internet.
Couche 7: Couche application. Protocoles: http, ssl, https, ftp,
Principe d’internet
Internet: Connexions entre r´eseaux locaux. Vraie commutation de paquets.
Protocoles r´eseaux locaux:
Point to Multipoint: Un seul serveur sur lequel sont connect´ees plusieurs machines clientes. Topologie en ´etoile.
Token-ring: Topologie en anneau. Un jeton passe d’une machine `a une autre. Seul la machine poss´edant le jeton peut communiquer (envoyer ou recevoir) des informations dans le r´eseau.
Ethernet commut´e: Chaque machine poss`ede une adresse dite
“adresse MAC”. Les communications entre machines s’effectuent via un “switch” ou commutateur charg´e d’amener les trames `a la machine poss´edant l’adresse destinataire.
Protocole choisi: Le protocole Ethernet (commut´e) fut celui impos´e lors du d´eveloppement d’internet.
Protocoles de couche 2 non internet: l’USB
Communication entre 1 maˆıtre et plusieurs esclaves: Un maˆıtre (cˆot´e A), g´en´eralement un ordinateur communique avec plusieurs esclaves (cˆot´e B). Utilisation de plusieurs ports USB ou d’un switch USB.
Adressage USB:Chaque p´eriph´erique esclave se voit attribuer une adresse par le maˆıtre. L’adresse vaut 0 lorsque le p´eriph´erique vient juste d’ˆetre connect´e.
Principe de Token-Ring: Un jeton est pass´e tour `a tour `a chacun des esclaves. Seul l’esclave ayant le jeton peut ´echanger des donn´ees avec le maˆıtre. Le maˆıtre parcourt sa table d’adresse pour passer le jeton.
Plug and Play: Pour l’adresse 0, le maˆıtre interroge l’esclave sur ses caract´eristiques. Installe ensuite le driver ou le t´el´echarge s’il n’est pas pr´esent. Ensuite, une adresse non nulle est attribu´ee `a l’esclave.
Protocoles de couche 2 non internet: le MIDI
Communication entre plusieurs maˆıtres et plusieurs esclaves: Un appareil peut ˆetre `a la fois esclave ou maˆıtre. Les paquets MIDI vont du maˆıtre vers l’esclave (sortie OUT, entr´ee IN). On peut associer des canaux diff´erents pour chaque maˆıtre (16 canaux de 0 `a 15).
Format d’un paquet MIDI: Octet de commande suivi par des octets de donn´ees. Chaque octet s´epar´e par un bit de fin et de d´ebut.
Exemples d’octet de commande:“Note on”: indique que l’on joue une note. 1001nnnn, o`u nnnn bits pour le canal envoyant le message.
“Control change”: indique que l’on change la valeur d’un contrˆoleur (127 contrˆoleurs). 1011nnnn.
Exemples d’octets de donn´ees: Pour un “Note on”, le premier octet est le num´ero de la note (127 notes) et le deuxi`eme sa v´elocit´e.
Encapsulation USB:Un maˆıtre MIDI peut ˆetre vu comme esclave pour le protocole USB. Ex: clavier maˆıtre branch´e sur ordinateur.
Protocoles de couche 2 non internet: le SPI
Serial Peripheral Interface: Communication full-duplex entre circuits int´egr´es. Un seul maˆıtre, plusieurs esclaves. Protocole propri´etaire Motorola. Impl´ementation logicielle dans les micro-contrˆoleurs (Raspberry, Arduino).
Connectique: En plus des broches sp´ecifiques au composant, on a les broches: SCL (horloge de synchronisation), MISO (Master
In-Slave Out): lorsque le maˆıtre re¸coit les donn´ees des esclaves, MOSI (Master Out-Slave In): envoie des donn´ees aux esclaves,SS: indique que le composant est s´electionn´e comme ´etant esclave, SS1, SS2, SS3, etc...: permet au maˆıtre de s´electionner les esclaves avec lesquels il souhaite communiquer.
Protocoles de couche 2 non internet: le SPI (suite)
Etablissement d’une communication: Le maˆıtre envoie une tension positive (par rapport au GND commun) sur les broches SS1, SS2, SS3, etc... correspondant aux esclaves s´electionn´es. Les esclaves s´electionn´es re¸coivent cette tension positive sur leur brocheSS.
Transfert des donn´ees: Le maˆıtre impose l’horloge (toutes les broches SCK des composants doivent ˆetre au mˆeme r´ef´erentiel). A chaque coup d’horloge, un bit est ´echang´e sur les broches MISO et MOSI.
Avantage: Full-Duplex.
Inconv´enient: Autant de broches SS1, SS2, SS3, etc... qu’il y a d’esclaves.
Protocoles de couche 2 non internet: le I2C
Inter-Integrated Circuit: Permet la communication entre circuits int´egr´es en “half-duplex” mais plus r´epandu et plus souple que le SPI.
Plusieurs maˆıtres et plusieurs esclaves mais un seul maˆıtre peut communiquer aux esclaves `a un instant donn´e.
Connectique: En plus des broches sp´ecifiques au composant, on a:
les broches A0, A1, ..., A6 pour l’adressage des esclaves sur 7 bits (chaque tension positive donne un bit 1 pour l’adresse). SCL: horloge de synchronisation et SDA: pour les donn´ees.
Adressage: Certains constructeurs peuvent imposer des bits `a l’adresse (moins de broches A). Il existe aussi une version 10 bits.
Adresses r´eserv´ees: 0000000 (broadcast), 0000001 (compatibilit´e CBUS), 0000010 (autres syst`emes de bus), etc...
Drain ouvert: Les broches SCL et SDA n’envoient pas de tension mais laissent ou ne laissent pas passer le courant.
Protocoles de couche 2 non internet: le I2C (suite: drain ouvert).
Aucun composant ne laisse passer le courant: L’intensit´e traversant la r´esistance est nulle. La ligne est au potentiel d’alimentation (bit 1).
Au moins un composant laisse passer le courant: La tension sur la ligne se retrouve abaiss´ee (bit 0). Le bit 0 est dominant.
Protocoles de couche 2 non internet: le I2C (suite).
Etablissement communication: Lorsque les deux lignes sont au niveau 1, le champ est libre. Le maˆıtre abaisse la ligne SDA au niveau 0 tout en maintenant la ligne SCL au niveau 1 pour annoncer qu’il veut s’exprimer.
Envoie des donn´ees par un composant: Lors de l’envoie d’un bit, le niveau de la ligne SDA doit ˆetre constant pendant que le niveau de SCL est 1. A chaque coup d’horloge, envoie d’un bit.
S´election de l’esclave par le maˆıtre (si le maˆıtre d´esire envoyer des donn´ees): Envoie sur la ligne SDA l’adresse de l’esclave suivi d’un bit 0. Il envoie ensuite un bit 1 sur SDA et simultan´ement l’esclave envoie un bit 0 sur SDA, ce qui ´ecrase le bit 1 (Accus´e de r´eception).
Envoie des donn´ees du maˆıtre vers l’esclave: Chaque octet de donn´ee est s´epar´e par un ACK provenant de l’esclave.
Fin de la communication: Le maˆıtre fait passer SDA de 0 `a 1 tout
Protocoles de couche 2 non internet: le I2C (suite).
S´election de l’esclave par le maˆıtre (si le maˆıtre d´esire recevoir des donn´ees): Envoie sur la ligne SDA l’adresse de l’esclave suivi d’un bit 1. Il re¸coit ensuite l’ACK de l’esclave.
Envoie des donn´ees de l’esclave vers le maˆıtre: Chaque octet de donn´ee est s´epar´e par un ACK provenant de du maˆıtre (l’esclave envoie un bit 1 sur SDA et simultan´ement le maˆıtre doit envoy´e un bit 0 pour ´ecraser le bit 1).
Fin de la communication: Le maˆıtre fait passer SDA de 0 `a 1 tout en maintenant SCL `a 1.
I2C: lecture-´ ecriture dans une m´ emoire FLASH
M´emoire FLASH n’impl´ementant pas l’I2C:1 broche d’horloge, 2 broches d’alimentation (GND et VIN), 1 broche de s´election de mode (0V: lecture, 5V: ´ecriture), 1 `a plusieurs broches pour les donn´ees, plusieurs broches d’adresse m´emoire (4 broches: 16 adresses).
Inconv´enient: Limit´e par le nombre de broches d’adresse m´emoire.
M´emoire FLASH impl´ementant l’I2C: 2 broches d’alimentation (GND et VIN), 1 broche SCL, 1 broche SDA, 0 `a 6 broches d’adresse composant.
Ecriture des donn´ees dans la m´emoire flash: Le maˆıtre envoie l’adresse composant (7 bits) suivie d’un bit 0, puis le maˆıtre envoie l’octet correspondant `a la commande “WRITE”, les octets
correspondant `a l’adresse puis les octets correspondant aux donn´ees.
Chaque octet doit ˆetre s´epar´e d’un ACK provenant de la m´emoire flash.
I2C: lecture-´ ecriture dans une m´ emoire FLASH (Suite)
Lecture des donn´ees dans la m´emoire flash:
Envoie par le maˆıtre de l’adresse composant de la m´emoire (7 bits) suivie du bit 0.
Envoie par le maˆıtre de l’octet de commande “READ”.
Envoie par le maˆıtre des octets correspondants `a l’adresse m´emoire.
Reprise de la conversation: le maˆıtre fait passer SDA de 0 `a 1 puis de 1 `a 0 tout en maintenant SCL `a 1.
Envoie par le maˆıtre de l’adresse composant de la m´emoire (7 bits) suivie du bit 1.
Envoie par l’esclave des octets de donn´ees contenus dans l’adresse m´emoire.
Le maˆıtre met fin `a la conversation: passage de SDA de 0 `a 1 tout en maintenant SCL `a 1.
Protocole Ethernet
Utilisation: Communication entre machines du mˆeme r´eseau local.
Adresse MACAdresse de 6 octets ´ecrite en hexag´esimal sous la formexx :xx :xx :xx :xx :xx. Une interface r´eseau d’une machine poss`ede une unique adresse MAC fixe. Les adresses suivantes sont r´eserv´ees:
ff :ff :ff :ff :ff :ff: adresse broadcast.
01 : 00 : 0c:cc :cc :cc: adresse multicast du “Cisco Discovery Protocol”.
01 : 80 :c2 : 00 : 00 : 00: adresse multicast di “Spanning Tree Protocol”.
33 : 33 :xx:xx:xx:xx: adresse multicast IPv6.
01 : 00 : 5e:xx:xx:xx: adresse multicast IPv4.
00 : 00 : 0c: 07 :ac:xx: adresse routeur actif pour le protocole “Hot Standby Router Protocol”.
00 : 00 : 5e: 00 : 01 :xx: adresse virtuelle pour le protocole “Virtual Router Redundancy Protocol”.
Communication entre machines d’un mˆ eme r´ eseau local
Commutateur ou “switch”: Les machines d’un r´eseau local sont branch´ees sur un switch. Le switch garde en m´emoire la liste des adresses MAC des machines branch´ees sur chacun de ses ports (physiques).
Communication unicast: Machine A envoie des donn´ees vers machine B: La machine Aenvoie les donn´ees en utilisant l’adresse de destination de la machineB. Le switch enverra la trame par le port sur lequel est branch´ee la machineB.
Communication broadcast: Une machineAenvoie les donn´ees sur le r´eseau local en utilisant l’adresse MAC de broadcast
ff :ff :ff :ff :ff :ff. Le switch enverra la trame sur tous ses ports.
Aenvoie les donn´ees `a tout le monde.
Communication multicast: Une machineAenvoie les donn´ees en utilisant une des adresses multicast. Le switch se comportera comme en broadcast, mais seul les machines appartenant au groupe de diffusion accuseront r´eception de la trame.
P´ enurie des adresses MAC
P´enurie des adresses MAC:Plusieurs machines dans le monde peuvent avoir la mˆeme adresse MAC.
Probl`eme: Que se passe-t-il si deux machines du mˆeme r´eseau local ont la mˆeme adresse MAC?
Solution: En fait, la probabilit´e que deux machines du mˆeme r´eseau local aient la mˆeme adresse MAC est extr´emement faible, on la consid`ere comme nulle.
Structure trame Ethernet
6 octets 6 octets 2 octets 4 octets
MAC dest. MAC source Type protocole Donn´ees FCS
Type de protocole:
0x0800: IPv4.
0x86dd: IPv6.
0x0806: ARP.
0x8035: RARP.
0x8100: VLAN.
Couche r´ eseau: communications entre r´ eseaux locaux
Adressage: Toute machine du r´eseau internet se voit attribuer une adresse IP (d´epend du r´eseau et non de la machine). Deux versions:
IPv4 et IPv6. Une adresse peut ˆetre statique ou dynamique (protocole DHCP).
Masque de sous-r´eseau: On attribue `a chaque machine un masque de sous-r´eseau qui permet de savoir si une machine appartient au r´eseau local ou non.
Routage: Lorsqu’une machineAenvoie des donn´ees `a une machine B appartenant `a un r´eseau local diff´erent, les routeurspermettent le transfert d’information de AversB de proche en proche. Un r´eseau local poss`ede plusieursrouteurset unrouteur interconnecte plusieurs r´eseaux locaux. Les paquets de couche r´eseau sont encapsul´esdans une trame Ethernet.
Protocoles ARP et NDP: Lorsqu’une machineAdoit envoyer des donn´ees vers une machineB du mˆeme r´eseau local, elle a besoin de
Protocole IPv4
Adresse: 4 nombres d´ecimaux de 0 `a 255 de la forme 10.0.88.158.
Masque de sous-r´eseau: 4 nombres d´ecimaux. Un des nombres d´ecimaux vaut 255, 254, 252, 248, 240, 224, 192 ou 128 suivi de 0 et pr´ec´ed´e par des 255. Exemple: 255.255.192.0.
Obtention de la plage d’adresses: Le masque est traduit en binaire. Par exemple: 255.255.192.0 se traduit par
11111111.11111111.11000000.00000000. On peut le noter /18 (nombre de 1). Un masque en binaire est toujours succession d’une suite de 1 suivie d’une suite de 0. Les 1 indiquent les chiffres communs `a toutes les adresses.
Pour l’adresse, on ´ecrit en binaire le nombre pour lequel un des nombres du masque poss`ede `a la fois des 1 et des 0. Pour 10.0.88.158, il s’agit de 88 qui s’´ecrit 01011000. Seul les deux premiers chiffres sont communs `a toutes les adresses du sous-r´eseau.
Protocole IPv4 (suite)
Obtention de la plage d’adresses: Le masque est traduit en binaire. Par exemple: 255.255.192.0 se traduit par
11111111.11111111.11000000.00000000. On peut le noter /18 (nombre de 1). Un masque en binaire est toujours succession d’une suite de 1 suivie d’une suite de 0. Les 1 indiquent les chiffres communs `a toutes les adresses.
Pour l’adresse, on ´ecrit en binaire le nombre pour lequel un des nombres du masque poss`ede `a la fois des 1 et des 0. Pour 10.0.88.158, il s’agit de 88 qui s’´ecrit 01011000. Seul les deux premiers chiffres sont communs `a toutes les adresses du sous-r´eseau.
Apr`es traduction en base 10: Le sous-r´eseau commence `a l’adresse 10.0.64.0 (adresse r´eseau) et se termine `a 10.0.127.255 (adresse broadcast).
Attribution des adresses IPv4: protocole DHCP
1 Un ordinateur Ad´epourvu d’adresse IP (et de masque) envoie en broadcast Ethernet une requ`ete DHCP DISCOVER encapsul´ee dans un segment TCP avec pour port de destination 67.
2 Tout serveur DHCP envoie `aA une proposition sur le port logiciel 68.
3 Le client retient la premi`ere offre et diffuse en broadcast une requ`ete DHCP REQUEST informant les autres serveurs DHCP de sa r´eponse.
4 Le serveur DHCP pour lequel l’offre a ´et´e retenue envoie un accus´e de r´eception avec l’adresse de la passerelle, les adresses des serveurs DNS, etc...
P´ enurie des adresses IPv4: premi` ere solution
Protocole DHCP: Les adresses attribu´ees par le DHCP aux machines d’un mˆeme r´eseau local ne sont pas uniques au monde (d’autres machines d’un autre sous-r´eseau) peuvent avoir les mˆemes.
Elles sont non tra¸cables. Ce sont des adresses priv´ees.
Passerelle: L’adresse de la passerelle du r´eseau local est unique et tra¸cable. Ce sont des adresses publiques. La passerelle peut
´
egalement poss´eder une adresse priv´ee visible uniquement du r´eseau local et les machines du r´eseau local ne voient pas l’adresse publique.
Encapsulation par tunnel: Le paquet IPv4 dans lequel figurent les adresses priv´ees est encapsul´e dans un paquet IPv4 dans lequel figurent les adresses publiques pour son transport dans le Backbone Internet.
Protocole ARP
Localisation du destinataire: Si une machineA veut envoyer des donn´ees `a une machineB dont il connaˆıt uniquement l’adresse IP, elle consulte le masque pour savoir si B est dans le mˆeme sous-r´eseau que A.
Obtention de l’adresse MAC de B:Si la machine B est bien dans le mˆeme sous-r´eseau queAmais Ane connaˆıt pas son adresse MAC.
Aenvoie en broadcast Ethernet une requ`ete “who has IP adress”. La machine B alors concern´ee r´epond `aApar “IP adress is at MAC adress”.
Envoie des donn´ees: A encapsule alors le paquet IP contenant les donn´ees dans la trame Ethernet contenant l’adresse deB.
Structure paquet IPv4
4 bits 4 bits 8 bits 3 bits 13 bits
Version Long. header Type service Long. totale
Identification Indicateur Fragment d’offset
TTL Protocole Somme de contrˆole
Adresse source Adresse destination
Donn´ees
Protocole IPv6
Autre solution pour la p´enurie des adresses IPv4: Adresses de taille plus grande.
Adresse IPv6: Cod´ee sur 16 octets. Ecriture en 8 nombres hexad´ecimaux du type
fe80 : 0000 : 0000 : 0000 : 21e7 : 48e3 : 98ff : 1e4e, que l’on peut
´
egalement ´ecrirefe80 :: 21e7 : 48e3 : 98ff : 1e4e.
Masque: Fonctionne de mani`ere similaire qu’en IPv4.
Broadcast: Pas d’adresse de broadcast en IPv6. On utilisera l’adresse de multicast.
Protocole DHCPv6: Similaire au protocole DHCP.
Adresses IPv6
2000 ::/3: Adresses unicast routables sur internet.
fc00 ::/7: Adresses locales uniques.
fe80 ::/10: Adresses locales liens.
ff00 ::/8: Adresses multicast.
Protocole NDP
NDP: Neighbor Discovery Protocol. Equivalent de ARP pour l’IPv6 mais
´
egalement fournit ´equivalent du protocole ICMP (utilis´e par ping). Cinq types de paquets ICMP (v6):
Router solicitation: Permet de demander `a tous les routeurs pr´esents d’envoyer un message “Router Advertisement”.
Router advertisement: Permet `a un routeur d’informer tous ses voisins de sa pr´esence.
Neighbor solicitation: Equivalent `a l’ARP en IPv6 mais permet en plus de connaˆıtre l’accessibilit´e de l’´equipement.
Neighbor advertisement: Accus´e de r´eception pour un message
“Neighbor solicitation”.
Redirect: Permet aux routeurs de signaler aux hˆotes qu’un meilleur chemin existe.
Multicast en IPv6
Broadcast: Pas de broadcast en IPv6.
Multicast: Permet d’envoyer un paquet vers plusieurs destinataires appartenant au mˆeme groupe.
Adresse IPv6 multicast: Du typeff00 ::/8, soit 8 bits communs `a toutes les adresses IPv6 multicast. Ces bits en communs d´esignent l’adresse IP du groupe.
Adresse MAC multicast: Toute carte r´eseau poss`ede une adresse MAC IPv6 multicast. En IPv6, cette adresse commence par 33 : 33 et se termine par les 32 derniers bits de l’adresse IPv6 multicast. Permet ainsi un filtrage au niveau de la carte r´eseau.
En IPv4: Le multicast IPv4 existe ´egalement et utilise une adresse MAC commen¸cant par 01 : 00 : 5e.
Structure des paquets IPv6
4 bits 8 bits 4 bits 8 bits 8 bits
Version Traffic class Flow Label
Payload Length Next Header Hop Limit Source address (128 bits)
Destination address (128 bits)
Couche transport: protocoles TCP et UDP
Couche transport: Permet la communication entre applications.
Permet la restitution des donn´ees `a la bonne application logicielle. Se charge ´eventuellement du r´eordonnancement des paquets. Les
datagrammes sont encapsul´esdans un paquet de couche r´eseau.
Protocole UDP: Le plus rapide, adapt´e au temps r´eel, peu fiable:
pas de r´eordonnancement des paquets.
Protocole TCP: Non adapt´e au temps r´eel mais adapt´e aux t´el´echargements, ex´ecutions sur serveur distants, fiable:
r´eordonnancement des paquets.
Format d’une trame UDP:
Port Source (16 bits) Port Destination (16 bits) Longueur (16 bits) Somme de contrˆole (16 bits)
Donn´ees (variable)
Remarque: Les ports (logiciels) Source et Destination permettent la restitution des donn´ees aux applications. Ils permettent ´egalement de distinguer le serveur du client.
Format d’un datagramme TCP
Port Source (16 bits) Port Destination (16 bits) Num´ero de s´equence (32 bits)
Num´ero d’acquittement (32 bits)
Taille en-tˆete+drapeaux (16 bits) Taille Fenˆetre (16 bits) Somme de contrˆole (16 bits) Pointeur donn´ees urgentes (16 bits)
Options (32 bits) Donn´ees (32 bits)
D´ etails du datagramme TCP
Num´ero de s´equence+num´ero d’acquittement: Permet la synchronisation implicite et le r´eordonnancement des paquets. Le num´ero d’acquittement est le num´ero de s´equence du prochain paquet (lorsqu’on r´eordonne).
Taille Fenˆetre: Nombre d’octets que le r´ecepteur souhaite recevoir sans accus´e de r´eception.
Taille en-tˆete+drapeaux: Champs suivants dans l’ordre suivant:
Taille en-tˆete (4 bits), Res. (3 bits), ECN (1 bit), CWR (1 bit), ECE (1 bit), URG (1 bit), ACK (1 bit), PSH (1 bit), RST (1 bit), SYN (1 bit), FIN (1 bit).
Protocole TCP: d´ etail des drapeaux
Res.: R´eserv´e pour un usage futur.
ECN et CWR: Indiquent respectivement la pr´esence de congestion et que la congestion a ´et´e trait´ee.
URG:Indique la pr´esence de donn´ees urgentes.
ACK: Indique qu’il s’agit d’un accus´e de r´eception. (Apr`es
´
etablissement de connexion, pour indiquer que la connexion a ´et´e correctement ´etablie).
PSH: Indique que les donn´ees doivent ˆetre envoy´ees tout de suite (pas d’attente d’accus´e de r´eception).
RST: Indique une rupture anormale de la connexion.
SYN: Demande d’´etablissement de connexion.
FIN: Demande de fin de connexion.
Protocoles TCP et UDP: exemples de ports logiciels
Protocole Serveur Client
HTTP 80 80
FTP 20 21 (commandes)/20 (donn´ees)
DHCP 67 68
SMTP 25 ou 587 25 ou 587
IMAP 143 143
POP 110 110
Retour ` a la couche physique: connexion d’un client ` a internet
Plusieurs technologies:
R´eseau t´el´ephonique commut´e: Obsol`ete. Permettait un d´ebit de 64kBits/sec. Encore utilis´e dans les zones non ´equip´ees d’ADSL.
RNIS:En voie d’obsol´etude depuis l’apparition de l’ADSL.
ADSL: Encore utilis´e. La connexion est permanente. D´ebit de 1024 kBits/sec pour le sens montant.
Fibre optique: En cours de g´en´eralisation.
R´eseau cellulaire: 3G, 4G, etc...
Metropolitan Area Network: Utilis´e par les grandes m´etropoles, par les universit´es et grandes entreprises.
Cˆable coaxial: Utilisation du cˆable de TNT.
Connexion internet par RTC
Cˆot´e client: Le modem RTC se comporte comme un t´el´ephone RTC.
Lors de l’´etablissement physique de la connexion, celui-ci va appeler le num´ero de t´el´ephone du modem RTC du FAI (Fournisseur d’Acc`es `a Internet).
Cˆot´e FAI: Pour chaque client du FAI correspond un modem dans les locaux du FAI (´evite les probl`emes de t´el´ephone occup´e). Chaque modem cˆot´e du FAI est connect´e au RTC et `a un switch sur lequel est connect´e les autres modems RTC des clients, le DSLAM, diff´erents serveurs: DNS, DHCP, serveur mail ainsi que les routeurs.
Le modem cˆot´e FAI se comporte ´egalement comme un t´el´ephone (t´el´ephone de l’appel´e).
Metropolitan Area Network (MAN)
Support physique: Du RJ45 entre les clients et les switchs.
Connexion permanente: Pas de passage par le RTC. Le client est directement connect´e au Backbone apr`es branchement du cˆable RJ45.
D´ebit: Am´elioration du d´ebit grˆace `a la technologie FastEthernet.
Technologies xDSL
Support physique: Utilise ´egalement le RTC. Mais, le signal internet est multiplex´e au signal t´el´ephonique. Pas de connexion physique par le modem (box).
DSLAM: Dans le central t´el´ephonique, le DSLAM permet de s´eparer le signal t´el´ephonique du signal internet. Il est connect´e au routeur BRAS du FAI par une liaison Ethernet ou ATM.
Protocole PPP:Protocole de couche liaison permettant d’´etablir la connexion (de couche liaison et non physique) entre le client et le FAI.
Codage NRZ
Principe: Le bit 0 est cod´e par un ´etat LOW et le bit 1 par un ´etat HIGH.
Etats LOW et HIGH:
Electrique: Deux tensions diff´erentes selon l’´etat.
Optique: Deux couleurs diff´erentes.
Onde EM:Deux polarit´es diff´erentes ou deux fr´equences diff´erentes ou intensit´es diff´erentes.
Avantage: Simple `a mettre en oeuvre.
Inconv´enient: N´ecessit´e d’avoir une ligne d’horloge pour la synchronisation sauf si les horloges des appareils sont suppos´ees synchrones.
Utilisation: Ancienne liaison s´erie entre ordinateur et p´eriph´eriques.
Port MIDI. I2C. (les horloges sont suppos´ees synchrones).
Codage RZ
Principe: Le bit 0 est cod´e par un niveau LOW (ex: tension -5volts), le bit 1 cod´e par un niveau HIGH (ex: tension +5volts). Entre chaque bit ´emis, niveau NULL (ex: tension 0 volts).
Avantage: Simple `a mettre en oeuvre et synchronisation sans horloge.
Inconv´enient: Multiplication du d´ebit par 2.
Utilisation: T´el´ecommande infrarouge. Cl´e d’ouverture centralis´ee des portes de voiture, etc...
Codage NRZI
Principe: Chaque bit 1 provoque une transition du niveau LOW vers HIGH et vis-versa. Chaque bit 0 ne provoque aucune transition. (cela peut ˆetre le contraire). Un bit 1 est ajout´e apr`es 6 zeros cons´ecutifs.
Avantage: Simple `a mettre en oeuvre, bonne utilisation de la bande passante.
Inconv´enient: Synchronisation difficile. Peut se faire grˆace `a un algorithme d’apprentissage bas´ee sur les longues s´equences de bits 0.
Utilisation: USB. (l’horloge des dispositifs USB est suppos´ee suffisamment fiable).
Codage AMI
Principe: 3 ´etats: le bit 0 correspond `a l’´etat NULL (0V), le bit 1 correspond successivement aux ´etats HIGH (5V) et LOW (-5V).
Par exemple: 0001110101 donne (0,0,0,5,−5,5,0,−5,0,5).
Avantage: Pas de tension continue en moyenne.
Inconv´enient: Synchronisation difficile pour les s´eries de bits 0 cons´ecutifs.
Utilisation: Dans le r´eseau RTC. (Un octet de synchronisation est ajout´e).
Codage Manchester
Principe: Un bit 0 provoque une transition du niveau LOW vers HIGH et un bit 1 provoque une transition de LOW vers HIGH (cela peut ˆetre le contraire).
Avantage: Int`egre la synchronisation sans avoir besoin d’horloge.
Inconv´enient: Consommation ´electrique.
Utilisation: Ethernet, WIFI, ATM, MPLS et toute application ayant un risque de perte de synchronisation due `a la distance ou au multi-trajet.
G´ en´ eralit´ es sur ATM
Motivation: RNIS: v´ehiculer voix et donn´ees avec un d´ebit raisonnable (tr`es haut d´ebit).
Couche physique utilis´ee: G´en´eralement technologie SDH.
Protocole de niveau 2: ATM est un protocole de niveau 2. L’organe permettant la commutation est un “switch ATM”.
ATM et xDSL: Le protocole ATM permet le multiplexage des donn´ees xDSL entre le DSLAM et le BRAS.
Obsolescence d’ATM: Concurrenc´e par Fast Ethernet. Le mat´eriel physique ATM (switch) coˆute cher.
ATM et la commutation de cellules
Commutation de cellules: Une alternative au multiplexage temporel du RTC. Chaque cellule poss`ede un indicateur pour le routage.
Cellules de taille fixe: Les cellules ont une taille fixe de 53 octets.
Transport d’information: Les cellules peuvent aussi bien encapsuler de l’IP ou transporter des conversations t´el´ephoniques num´eris´ees.
ATM et la commutation de cellules (suite)
ATM comme protocole de couche 2/3
Couche 2: La trame ATM `a proprement parl´e. La couche ATM se charge de la commutation des cellules.
Deux types de trames ATM:
UNI (User-Network Interface): entre l’usager et le r´eseau ATM.
NNI (Network-Network Interface): entre deux “switch” ATM.
Couche 3: La trame AAL encapsul´ee dans la trame ATM. Permet l’encapsulation des paquets des couches sup´erieures ou ´egales `a 3.
Structure des trames ATM
Structure des trames ATM (suite)
GFC:“Generic Flow Control”: ne sert `a rien.
VPI-VCI:“Virtual Path Identifier” et “Virtual Channel Identifier”:
pour le routage au sein du switch ATM.
PT:“Payload Type” permet de d´efinir 8 types de cellules selon la nature des donn´ees `a transporter.
CLP:“Cell Loss Priority” niveau de priorit´e de cellules `a d´etruire en cas de congestion.
HEC:“Header Error Control”.
Etablissement d’une connexion sur un r´ eseau ATM
D´ econnexion sur un r´ eseau ATM
Sp´ ecificit´ es de la couche ATM
Mode connect´e: Pr´eservation de l’ordre des cellules sur un chemin virtuel.
Asynchronisme: Fonctionne ind´ependamment de l’horloge de la source du trafic. Par contre, d´elai variable.
Contrˆole de flux: Il n’y en a pas. Laiss´e aux couches sup´erieures.
Sp´ ecificit´ es de la couche AAL
Trames AAL: 4 types de trames AAL:
AAL 1: Emulation du multiplexage temporel sur un r´eseau ATM.
Orient´e connexion`ad´ebit constant. Pour la voix et vid´eo.
AAL 2: Orient´e connexion`a d´ebit variable. Pour les applications en temps r´eel.
AAL 3/4: Transport des donn´ees sans contrainte temporelle.
(TCP/IP).
AAL 5: Simplification de la couche AAL 3/4.
Structure trame AAL 1
Structure trame AAL 1 (suite)
SN: Num´ero du paquet dans la trame d’origine (par exemple lors du d´ecoupage d’une trame Ethernet).
SNP: Pour d´etecter erreur de transmission du SN.
CSI:“Convergence Sublayer Indicator” Permet la synchronisation.
SC: Num´erotation du paquet dans la trame d’origine.
CRC: R´esum´e des informations du SN.
P: Bit de parit´e pour la validation du CRC.
Structure trame AAL 2
IT:“Information Type”, informe du d´ebut, de la continuation ou de la fin du message.
LI:Indique le nombre d’octets utiles dans la zone de donn´ees.
Structure trame AAL 3-4
Structure trame AAL 3-4 (suite)
CPI: Indication pour interpr´eter les autres champs.
Btag et Etag: Indique les cellules appartenant `a la mˆeme unit´e de donn´ees (synchronisation).
BaSize: Taille des tampons.
AL: Bourrage.
LEN: Taille des donn´ees utiles.
ST: Informe sur les segments de d´ebut et de fin.
MID: Identifie les cellules d’origine diff´erente sur une mˆeme connexion multiplex´ee.
LID:Nombre d’octets utiles dans la SDU.
Structure trame AAL 5
Champ UU:Indique le d´ebut, la suite et la fin du bloc de donn´ees.
Commutation dans un switch ATM
VCI-VPI: Chaque cellule se voit attribuer un VPI et VCI pour la commutation.
Table de VCI/VPI:Le switch ATM entretient pour chacun de ses ports physiques une liste de VCI et VPI.
Filtrage des cellules dans le port physique: Seul les cellules ayant le VCI/VPI correspondant ont le droit d’entrer dans le port physique.
Commutation: A chaque couple VPI/VCI correspond un port de sortie (port de destination) et un nouveau label VPI/VCI est affect´e `a la cellule apr`es sa sortie.
Illustration routage
Etablissement du chemin virtuel ATM
Mode connexion: Avant toute ´emission de cellules, le chemin virtuel est mis en place.
Une association entre les r´ef´erences d’entr´ee et de sortie du r´eseau doit ˆetre d´efinie.
Cellule de supervision: D´etermine pour chaque noeud du r´eseau les tables de routage (association entre port d’entr´ee et de sortie).
ATM et IP: Les routeurs poss`ede deux interfaces ATM et IP.
Routeur d’entr´ee: D´etermine la correspondance entre adresse IP du routeur de sortie et son adresse ATM.
R´eseau ATM:D´etermine la liste des VPI/VCI qui m`ene `a l’adresse ATM de destination.
Emulation LAN par ATM
1 Lan Emulation Client (LEC):Switch FE 1000 o`u sont connect´es les ordinateurs d’un r´eseau local.
2 Lan Emulation Server (LES):Switch FE autour d’un switch ATM.
Permettent la connection entre plusieurs vrais LAN.
3 BUS: C’est `a lui que sont confi´ees les trames de broadcast.
4 Lan Emulation Configuration Server LECS: Donne au LEC l’adresse ATM du LES correspondant.
Emulation LAN par ATM (suite)
1 Protocole ILMI: Les LEC se signalent au commutateur ATM en utilisant le VPI/VCI r´eserv´e 0/16. Ce protocole fait la conversion entre adresse MAC et ATM.
2 Adresse ATM: 20 octets dont les 6 derniers sont l’adresse MAC. Le switch ATM connait l’adresse du r´eseau ATM et le LEC connait sa propre adresse MAC.
Emulation LAN par ATM (suite)
Communication entre deux PC connect´es au mˆeme ELAN:
1 Deux LAN connect´es au mˆeme ELAN:Un switch d’adresse MAC A et un autre switch d’adresse MAC B. Les deux switch sont
connect´es au r´eseau ATM d’adresse ATM X. Les adresses ATM des deux switch sont XA et XB.
2 Deux PC:Un PC d’adresse MAC P connect´e au switch d’adresse MAC A et un PC d’adresse MAC Q connect´e au switch d’adresse MAC B.
3 Communication entre les deux PC:Le PC d’adresse MAC P envoie des trames Ethernet avec pour destination l’adresse MAC Q. Le switch A demande au LES l’adresse ATM du switch o`u est branch´e Q, c’est `a dire XB. A envoie les cellules ATM vers XB. Le switch B les reconvertit en trame Ethernet.
D´ eroulement d’une connexion ATM
1 Phase de configuration: Le LEC contract le LECS qui poss`ede une adresse ATM standard connue de tous les LEC pour connaitre l’adresse ATM du LES. L’administrateur r´eseau a entr´e au moins un nom d’ELAN et l’adresse ATM du LES associ´e.
2 Phase d’arriv´ee: Le LEC ´etablit une connexion bi-directionnelle avec le LES et lui envoie un JOIN REQUEST. Le LES r´epond par un JOIN RESPONSE et lui assigne un identifiant unique. Le LEC donne son adresse MAC ainsi que les adresses MAC des PC branch´es derri`ere lui.
3 Phase d’enregistrement: Le LES v´erifie l’unicit´e des adresses MAC.
Le LEC demande l’adresse ATM du BUS et ´etablit une connexion avec ce dernier. Les connexions de chaque LEC avec le LES et le BUS sont permanentes.
D´ eroulement d’une connexion ATM (suite)
Transfert de donn´ees:
1 Broadcast ou multicast: Si le LEC re¸coit un broadcast ou un multicast Ethernet, il l’envoie au BUS qui envoie `a son tour les trames `a tous les switchs grˆace `a la connexion Point `a Multipoint.
2 Unicast, adresse ATM de destination connue: Si le LEC a d´ej`a
´
etablit une connexion ATM avec ce switch, il l’utilise.
Sinon, il demande l’ouverture d’une nouvelle connexion ATM sur le canal r´eserv´e 0/5.
3 Unicast, adresse ATM de destination inconnue: Le LEC utilise le protocole LE-ARP (LAN Emulation Adresse Resolution Protocol).
Quelques rappels
1 Personal Area Network: Quelques m`etres, pour ´equipements personnels.
2 LAN: R´eseaux intra-entreprises, jusqu’`a plusieurs Mbps.
3 MAN: Interconnexion des entreprises sur un r´eseau sp´ecialis´e haut-d´ebit.
4 WAN: Pays ou plusieurs continents.
Principales caract´ eristiques des WAN
1 Zone g´eographique: Plus ´etendue qu’un LAN.
2 Support physique: Utilisent les services op´erateurs, compagnies de t´el´ephone ou de cˆable, syst`emes satellite et fournisseurs de r´eseau.
3 Connexions s´eries: Divers types de connexion s´erie pour permettre l’acc`es `a la bande passante sur de vastes zones g´eographiques.
Trois aspects des WAN
1 Raccorder des utilisateurs distants: RTC, RNIS, cˆable, ADSL, ...
2 Raccorder des LAN d’une entreprise sous le contrˆole de l’entreprise: liaisons lou´ees, ethernet, RNIS, IP-VPN, MPLS, ...
3 R´eseaux WAN des fournisseurs internet interconnect´es entre eux: services internet sur r´eseau IP pur, services VPN sur r´eseaux MPLS.
Concepts de la couche physique des WAN:
Customer Premises Equipment (CPE): p´eriph´eriques et cˆablage interne situ´es chez l’abonn´e et connect´es via le canal de
t´el´ecommunication d’un op´erateur.
Data Circuit-terminating Equipment (DCE): p´eriph´eriques qui placent des donn´ees sur la boucle locale (Box).
Data Terminal Equipment (DTE):p´eriph´eriques de client qui transmettent des donn´ees depuis le r´eseau d’un client ou l’ordinateur hˆote pour une transmission sur le WAN (carte r´eseau, switch ou interface routeur).
Point de d´emarcation: Pour s´eparer l’´equipement du client de celui du fournisseur de service.
Concepts de la couche physique des WAN (suite):
Boucle locale: cˆable t´el´ephonique de cuivre ou fibre optique qui connecte l’´equipement de l’abonn´e au central t´el´ephonique.
Central t´el´ephonique
Channel Service Unit (CSU):Garantit l’int´egrit´e de la connexion grˆace `a la correction d’erreur et la surveillance de ligne.
Data Service Unit (DSU):convertit les trames de ligne de syst`eme multiplex T en trames pouvant ˆetre interpr´et´ees par le r´eseau local et r´eciproquement (dans la Box ou Modem).
Concepts de la couche physique des WAN (suite):
Serveur d’acc`es: concentre les communications utilisateur entrantes et sortantes. Peuvent comporter un m´elange d’interfaces analogiques et num´eriques et g´erer plusieurs centaines d’utilisateurs.
Commutateur de r´eseau ´etendu: p´eriph´erique d’interconnexion multiport utilis´e dans les r´eseaux d’op´erateur: Frame Relay, ATM, MPLS, commutateurs RTPC pour commutation de circuits.
Routeur de coeur de r´eseau: pour protocole IP.
Concepts de la couche liaison des WAN:
Frame Relay.
ATM.
x25.
MPLS.
Evolution de la commutation: commutation de circuit
Avantages:
Simple: Pas de congestion et priorit´es `a g´erer.
Offre le meilleur niveau possible de QoS:r´eservation statique de bande passante, temps de travers´ee du r´eseau tr`es court et presque fixe. Adapt´e aux trafics isochrones (t´el´ephonie, vid´eo).
Inconv´enients:
Mal adapt´e aux trafics `a d´ebit variable.
Probl`eme d’´evolutivit´e.
Evolution de la commutation: commutation de paquets
Sans connexion: l’en-tˆete du paquet contient l’adresse pour livraison autonome (IP).
Avec connexion: Route pr´ed´etermin´ee. Identificateur sur le paquet pour d´eterminer le prochain saut (commutation de cellules). ATM, MPLS.
Evolution de la commutation: commutation de paquets (suite)
Avantages:
Lignes partag´ees entre les diff´erentes communications.
Plus adapt´e aux trafics `a d´ebit variable.
Inconv´enients:
Bande passante non garantie.
D´elais non garantis, plus longs et variables.
Services WAN de niveau 1: commutation de circuits
L’op´erateur fournit un circuit physique entre 2 routeurs.
Les commutateurs de circuit sont transparents pour le protocole de niveau 2.
Le protocole de niveau 2 entre les routeurs n’est pas impos´e: le plus souvent PPP.
Facturation selon la distance et le d´ebit.
Solution ch`ere, r´eserv´ee aux tr`es grosses entreprises.
Services WAN de niveau 1: protocole PPP
Au niveau 2: les routeurs CPE se voient directement entre eux.
Au niveau 3: les routeurs CPE se voient directement entre eux: une liaison lou´ee est vue comme un sous-r´eseau IP avec deux adresses IP priv´ees. Les routeurs choisissent la route en fonction de leur table de routage.
Protocoles de couche 2 et 3: Les ´equipements du r´eseau ne sont pas concern´es.
Services WAN de niveau 1: RNIS
Transport de signaux num´eriques, connexions commut´ees de plus haute capacit´e.
Canaux B `a 64kBits/s: voix ou donn´ees.
Canal de signalisation: configuration.
2 types d’interface RNIS:BRI (Basic Rate Interface): 2 canaux B `a 64kBits/sec et un canal D `a 16kBits/s. Le canal D peut ˆetre utilis´e pour transporter des donn´ees `a bas d´ebit.
PRI (Primary Rate Interface): 30 canaux B `a 64kBits/s et 1 canal D
`
a 16kBits/s. Pour des installations de grande taille.
Service WAN de niveau 2 avec VC
Le r´eseau WAN est bas´e sur la commutation de paquets:
Un circuit virtuel entre 2 routeurs CPE est ´etabli.
Le routeur utilise le protocole d’interface avec le point de pr´esence pour cr´eer et exploiter un circuit virtuel le reliant au routeur distant.
Protocole le plus courant: Ethernet.
Service WAN de niveau 2 avec VC (suite)
Au niveau 2: Les routeurs CPE se voient indirectement entre eux.
Au niveau 3: Les routeurs CPE se voient directement entre eux.
Un circuit virtuel est vu comme un sous-r´eseau IP avec 2 adresses IP priv´ees.
Les ´equipements de l’op´erateur sont concern´es par le protocole de couche 2 mais pas de couche 3.
Service WAN de niveau 2: Frame Relay
Les VC sont identifi´es de mani`ere unique (DLCI).
La plupart des connexions FR sont des PVC.
D´ebit partag´e pouvant transporter du trafic vocal et des donn´ees.
Id´eal pour connecter les r´eseaux locaux d’entreprise.
Le routeur du r´eseau local ne n´ecessite qu’une seule interface mˆeme en pr´esence de plusieurs circuits virtuels.
Service WAN de niveau 2: ATM
Architecture `a cellules de taille fixe (53 octets).
QoS et performance.
PVC plus courants avec les r´eseaux ´etendus.
ATM accepte plusieurs VC sur une seule connexion par ligne lou´ee.
Services WAN de niveau 3
Premier service de niveau 3: IP pur.
Services VPN:L’op´erateur se charge de relier en IP les routeurs CE de l’entreprise.
L’op´erateur se charge de l’´etanch´eit´e des trafics entre les clients:
MPLS.
Au niveau 2: Les routeurs CE ne se voient pas directement. Le routeur CE voit directement le routeur MPLS.
Au niveau 3: Les routeurs CE ne se voient pas directement: le routeur CE envoit tout le trafic externe vers le routeur MPLS.
Les ´equipements de l’op´erateur sont uniquement concern´es par le protocole de niveau 3.
Services WAN de niveau 3: IP-VPN
VPN bas´es r´eseau: Utilise MPLS.
VPN bas´es client: tunnels VPN depuis les locaux du client. SSL (Secure Sockets Layer).
Avantages du VPN
Economique: Utilisation du r´eseau internet global pour connecter des machines distantes.
S´ecurit´e: protocoles de chiffrement SSL.
Extensibilit´e: tr`es facile d’ajouter de nouveaux utilisateurs.
Compatibilit´e avec la technologie large-bande.
Options de connexion haut d´ ebit: DSL
DSL: Technologie de connexion permanente utilisant lignes t´el´ephoniques pour transporter des donn´ees `a haut d´ebit et fournir services IP.
Modem DSL:Transforme signal Ethernet en signal DSL et vis-versa.
Modem DSLAM:Multiplexe plusieurs ligne DSL par TDM (Time Division Multiplexing), envoie vers fibre optique.
Options de connexion haut d´ ebit: cˆ able coaxial
Cˆable coaxial: r´epandu dans les zones urbaines pour distribuer des signaux de t´el´evisions.
Connexion permanente et facile `a installer.
Modem cˆable: Traduit les signaux num´eriques en fr´equence large-bande de la TNT.
Tˆete de r´eseau cˆabl´e: connexion entre internet et le cˆable.
Options de connexion haut d´ ebit: Metro Ethernet
Metro Ethernet: Etend Ethernet aux r´eseaux publics g´er´es par des soci´et´es de t´el´ecommunications.
Avantages: R´eduction des d´epenses d’administration.
Elimination des conversions coˆuteuses vers ATM.
Int´egration simplifi´ee avec les LAN existants.
Pour le client: pas de location de mat´eriel de type Box.
Options de connexion haut d´ ebit: Boucle locale fibre optique
Technologies: FTTC, FTTB, FTTH.
En France, FTTB est surtout d´eploy´e.
Architecture point `a point: Ethernet actif: chaque client est reli´e `a l’´equipement actif par une fibre qui lui est d´edi´ee.
Plus adapt´e aux infrastructures nouvellement cr´ees et aux services aux entreprises.
Architecture point `a multipoint: Le signal optique est divis´e en plusieurs branches (jusqu’`a 64) dans un splitter.
La bande passante est partag´ee.
Options de connexion haut d´ ebit: sans-fil
Utilisation du spectre des radiofr´equences pour envoyer et recevoir des donn´ees.
WIFI municipal: r´eseaux sans fil au niveau des municipalit´es. Acc`es internet `a haut d´ebit, gratuit ou moins cher qu’autres services `a large bande.
WiMAX: Tours WiMAX similaires aux tours d’antenne relais. Pour acc´eder, s’abonner aupr`es d’un FAI via une tour WiMAX situ´ee dans un rayon de 15km+ordinateur compatible WiMAX+code de
chiffrement sp´ecifique.
Internet par satellites: pour zones rurales o`u les connexions cˆabl´ees ou DSL ne sont pas disponibles.
Options de connexion haut d´ ebit: autres boucles locales
T´el´ephonie cellulaire: 3G, 4G.
Hotspots WIFI: Dans les gares, a´eroports, hotels, etc...
Boucle locale radio: acc`es sans fil point `a multipoint en milieu urbain.
Courants porteurs en ligne: Utilisation du r´eseau ´electrique.
Interfaces de la couche physique: multiplexage
Time Division Multiplexing (TDM):Les utilisateurs utilisent le mˆeme canal physique `a tour de rˆole.
Frequency Division Multiplexing (FDM): Spectre de fr´equence partag´e en diff´erentes bandes de fr´equence. Chaque utilisateur utilise une bande.
Wavelength Division Multiplexing (WDM): Variante de FDM pour fibre optique. Un certain nombre de fibres monomodales de longueur d’onde diff´erente sont combin´ees dans une seule fibre multimodale pour transmission. A la r´eception, les diff´erents signaux sont s´epar´es avec des filtres optiques (splitter).
Time Division Multiplexing (TDM)
Inconv´enient de FDM: n´ecessite circuit analogique aux transmissions num´eriques.
TDM: Enti`erement g´er´e par de l’´electronique num´erique.
Num´erisation signal t´el´ephonique analogique:
Le signal est ´echantillonn´e `a la fr´equence de 8000Hz.
Chaque ´echantillon est converti en un octet. Soit 8000 octets par seconde, 64kBits/sec pour une seule voie t´el´ephonique.
Time Division Multiplexing (TDM) (suite)
Niveau E1 de la hi´erarchie PDH:
30 voies multiplex´ees par TDM.
1 trame E1 est compos´ee de 32 octets.
8000 trames par seconde. D´ebit binaire de 2048kBits/sec.
Hi´erarchie PDH:Trames de niveau n sont multiplex´ees 4 par 4 pour former trame de niveau n+1. Ajout de sur-d´ebit de synchronisation.
Hi´erarchie SDH (sur fibre optique):
Niveau MTS-1: 9 rang´ees de 270 octets.
8000 trames par seconde. D´ebit binaire de 155.5MBits/sec.
La trame MTS-1 permet le transport de trames PDH de n’importe quel niveau par encapsulation dans un conteneur.
Protocole High-level Data Link Control (HDLC)
Objectif: Faire communiquer un terminal avec une machine distante en ´evitant un trop grand nombre d’erreurs.
Equivalent d’Ethernet pour les WAN.
Mod`ele OSI:Protocole de niveau 2.
Principe: D´efinir un m´ecanisme pour d´elimiter les trames de diff´erents types+ajout contrˆole d’erreur.
Avant HDLC:protocole beaucoup plus simples avec attente de ACK avant ´emission de la trame suivante.
Avec HDLC: l’attente de ACK n’empˆeche pas la transmission des trames suivantes.
Structure trame HDLC
Indicateur (1 octet): 01111110 pour d´emarrer et terminer la trame.
Adresse (2 octets): adresse HDLC de la station secondaire.
Contrˆole (1 ou 2 octets): d´etaill´e plus tard.
Donn´ees (variable).
FCS (2 octets): code correcteur d’erreur.
Indicateur (1 octet): 01111110 pour d´emarrer et terminer la trame.
Champ de contrˆ ole
Trame d’information (I): infos de couches sup´erieures et de contrˆole:
Num´ero N(S) de la trame+num´ero N(R) de la prochaine trame.
El´ement binaire de commande (interrogation): Poll pour obtenir r´eponse du r´ecepteur, Final pour indiquer r´eponse ou fin de transmission.
La valeur N(R) joue le rˆole de ACK positif en indiquant que toutes les trames ayant un num´ero<N(R) ont bien ´et´e re¸cues.
Champ de contrˆ ole (suite)
Trame de supervision (S):
Num´ero N(S) de la trame+num´ero N(R) de la prochaine trame.
El´ement binaire de commande (interrogation).
Code de fonction: remplacer les trames I quand pas de donn´ees `a transmettre et que le r´ecepteur veut envoyer un ACK positif ou bien r´ealiser les fonctions de commande de supervision de la liaison.
3 types de trames S pour le transport des commandes.
Champ de contrˆ ole (suite): les trois types de trames S
La trame RR (Receive Ready) porte les ACK qui ne sont pas ´emis dans une trame I.
La trame RNR (Receive Not Ready) donne un contrˆole de flux de niveau trame, en demandant `a l’´emetteur de stopper les envois jusqu’`a la r´eception d’une nouvelle trame RR sp´ecifiant le N(R).
La trame REJ (Reject) correspond `a la reprise sur erreur en cas de d´etection d’anomalies.
Etablissement d’une connexion
Emission du trame U SABM ou SABME par le routeur client (DCE).
L’appel´e l’acquitte avec la trame U UA.
Sans r´eponse de l’appel´e, l’appelant renouvelle sa demande.
Il abandonne la demande d’´etablissement apr`es N2 tentatives infructueuses (N2 initialis´e `a 10 et d´ecr´ement´e `a chaque tentative).
Transfert de donn´ ees
Lorsque la connexion est accept´ee, ´echange d’information entre l’appelant et l’appel´e: contrˆole par des trames de supervision.
Les trames I sont num´erot´ees modulo 8 ou 128.
ACK peut ˆetre explicite, r´ealis´e par une trame RR ou implicite.
Reprise sur erreurs et contrˆ ole de flux
Les trames RR, REJ et RNR supervisent l’´echange.
La trame RR sert `a l’acquittement.
La trame REJ indique la trame rejet´ee (trame erron´ee ou num´ero de s´equence invalide) et demande la reprise de la transmission.
La trame SREJ (rejet s´electif) ne demande la retransmission uniquement de la trame rejet´ee.
La trame RNR acquitte la trame pr´ec´edente et demande `a l’´emetteur d’arrˆeter provisoirement son ´emission (contrˆole de flux). Les ´emissions reprennent `a la r´eception d’une trame RR ou REJ.
Rupture de liaison
La d´econnexion est demand´ee par le DCE en ´emettant une trame DISC.
A la r´eception d’une trame DISC, acquittement par le destinataire et d´econnexion.
Cˆot´e client, la d´econnexion est effective apr`es avoir re¸cu le ACK.
Le r´eseau client peut signaler un incident de ligne par trames DM.
Apr`es N2 retransmissions, d´econnexion.
Point to Point Protocol
Etablit connexion directe par cˆables s´erie: utilis´e dans les acc`es DSL avec collecte IP (non-d´egroup´e).
Nombreuses fonctionnalit´es absentes dans HDLC:
Gestion de qualit´e de liaison: liaison d´esactiv´ee si trop d’erreurs.
Authentification PAP et CHAP.
PPP a 3 composants principaux.
Point to Point Protocol (suite)
PPP a 3 composants principaux:
Le protocole HDLC pour l’encapsulation de datagrammes sur des liaisons point `a point.
Contrˆole de liaison extensible (LCP, Link Control Protocol): ´etablit, configure et teste la connexion des liaisons de donn´ees.
Network Control Protocol (NCP): ´etablit et configure les diff´erents protocoles de couche r´eseau.
Architecture en couche PPP: couche physique
PPP versus OSI: mˆeme couche physique mais couches liaison et r´eseau diff´erentes.
Couche physique: configuration pour diverses interfaces: synchrone, asynchrone, HSSI, RNIS.
PPP impose: circuit bidirectionnel transparent pour les trames de la couche PPP.
Niveaux 2 et 3: LCP configure la connexion PPP, NCP g`ere les configs de couches plus ´elev´ees, LCP met fin `a la connexion.
Structure trame PPP
1 octet: identificateur de d´ebut de trame (valeur: 0x7E).
1 octet: adresse de broadcast 0xFF. Pas d’adresse individuelle en PPP car accord entre les 2 hˆotes lors de la n´egociation LCP.
1 octet: Contrˆole (mˆeme signification que pour HDLC).
2octets: Protocole.
Donn´ees: taille max en hexa: 1500B. Trame LCP encapsul´ee.
2 ou 4 octets: code correcteur d’erreur.
Structure trame LCP
Protocole LCP identifi´e par OxC021.
Code (voir plus loin).
Identification: associe requˆete `a une r´eponse.
Longueur: distingue les donn´ees utiles du bourrage.
Donn´ees: succession de champs: code d’option (1 octet), longueur (1 octet), valeur.
