Cours réseau

Réseaux et Applications réparties


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Réseaux et Applications

Petit historique

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Cours 1 : Introduction générale

Objectifs du Cours 1 :

  • Terminologie.
  • Vision générale, en utilisant Internet comme exemple.
  • Plus de détails dans les cours suivants.

Qu’est-ce qu’Internet

Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Qu’est-ce qu’Internet

Les éléments du réseau

Fonctionnement du réseau

Délais et pertes

Protocoles et organisation

Sécurité

Petit historique

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Intermède orthographique

  • Qu’utiliser parmi internet, Internet, l’internet, les internets ?
  • A toutes les sauces dans la presse.
  • Pour l’Office québécois de la langue française, la majuscule souligne le caractère unique d’Internet.
  • Pour le sociologue Ph. Breton, la majuscule rend sacré ce qui est un outil. (”On ne met pas de majuscule à une bêche”).
  • Au journal officiel (1999), pas de majuscule (mais aussi smiley = frimousse, hacker = fouineur, chat = causette...). Appliqué aux sites de l’Etat.
  • L’internet : l’unique réseau d’interconnexion des réseaux internet. Académie française.
  • Pluriel souligne un réseau à multiples facettes (de débit, de liberté...)

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Intermède orthographique

  • Qu’utiliser parmi internet, Internet, l’internet, les internets ?
  • A toutes les sauces dans la presse.
  • Pour l’Office québécois de la langue française, la majuscule souligne le caractère unique d’Internet.
  • Pour le sociologue Ph. Breton, la majuscule rend sacré ce qui est un outil. (”On ne met pas de majuscule à une bêche”).
  • Au journal officiel (1999), pas de majuscule (mais aussi smiley = frimousse, hacker = fouineur, chat = causette...). Appliqué aux sites de l’Etat.
  • L’internet : l’unique réseau d’interconnexion des réseaux internet. Académie française.
  • Pluriel souligne un réseau à multiples facettes (de débit, de liberté...)

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Intermède orthographique Owni.

Internet / Web

  • Q : Différence entre Internet et Web ?
  • Web fonctionne sur Internet, permet de consulter des pages avec un navigateur. Une des applications d’Internet. Inventé après Internet.
  • Q : Autres applications d’Internet ?
  • Courrier électronique, messagerie instantanée, Usenet...
  • IP Picture Frame, téléphones Internet, toaster météo,

Internet : b.a.-ba

  • Des millions d’appareils connectés ( ) :
  • Hôtes, systèmes terminaux.
  • Font tourner des applications réseaux
  • Liens (sans ou avec fils) :
  • Fibre, cuivre, radio, satellite...
  • Taux de transmission : bande passante
  • Aiguilleur de paquets (routeurs ).
  • Internet : “réseau de réseaux”
  • Interconnexions de FAIs
  • Des protocoles contrôlent l’envoi et la réception de messages
  • Par ex. : TCP, IP, HTTP, Skype, 802.11...
  • Des standards d’Internet
  • RFC : Request for comments, pouvant être rédigés par l’IETF : Internet

Engineering Task Force (ietf.org).

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Internet : vue services

  • Une infrastructure qui octroi des services à des applications.
  • Permet la communication d’hôtes distants utilisant une même application.

Réseaux

  • Q : D’autres réseaux ?
  • Réseau téléphonique, réseau GSM.
  • Télex.
  • Antares (réseau numérique des services publics pour la sécurité civile, type pompiers, sécurité civile...)
  • Qaul.net
  • Réseau de communication indépendant d’Internet et des FAI.

Chaque machine est un routeur, de proche en proche, via le wifi.

- ...

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Protocoles

Protocoles “humains” :

  • “Quelle heure est-il ?”
  • “J’ai une question”
  • Présentations...
  • Des messages spécifiques envoyés, selon des formats définis.
  • Des actions spécifiques effectuées lors de la réception de messages (erreur, OK, précisions...).
  • Un protocole définit un format, l’ordre de messages envoyés et reçus entre des entités, et les actions prises à la réception ou la transmission de messages.

Protocoles réseaux :



  • Entre machines plutôt qu’entre humains.
  • Toute communication sur internet est faite selon des protocoles
  • Un protocole définit un format, l’ordre de messages envoyés et reçus entre des entités, et les actions prises à la réception ou la transmission de messages.

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Protocoles

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Accès à Internet : DSL

  • DSL (ou xDSL) : Digital Subscriber Line (Ligne Numérique d’Abonné ?)
  • ADSL (Asymmetric), SDSL (Symmetric), VDSL...
  • Utilisation d’une même ligne de cuivre (existante) pour la voix et les données, à différentes fréquences.
  • La voix va sur le réseau téléphone.
  • Les données sur Internet.</li>

Accès à Internet : réseau cablé

  • Frequency Division Multiplexing (FDM) : Multiplexage Fréquenciel, ou Multiplexage par répartition de fréquences.
  • Différents canaux transmis à différentes bandes de fréquences (sans interruptions).

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Accès à Internet : réseau cablé

  • HFC (Hybrid Fiber Coaxial Cable)
  • Fibre jusqu’à la tête de réseau, puis cable coaxial (réutilisation du réseau cable ancien (TV/tel)).
  • Le réseau est partagé jusqu’à la station de tête.
  • Différent du DSL qui à un accès dédié.
  • SFR/Numéricable en france.

Accès à Internet : FTTH (Fiber To The Home)

  • Permet débit plus rapide.
  • Différentes architectures :
  • Point à Point : Chaque abonné est relié directement (pas de partage). (Free)
  • Point-Multipoint : Fibre partagée entre un coupleur et le NRO (moins cher, moins de fibres à poser mais partage). (Orange, Bouygues)

Accès à Internet : particuliers

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Accès à Internet : entreprises

  • Entreprises, universités...
  • Taux de transmission en Gbps.

Accès à Internet : sans fil

  • Accès sans fil partagé à Internet via un point d’accès
  • LAN sans fil
  • Quelques dizaines de mètres
  • 802.11b/g (WiFi) : 11 – 54 Mbps
  • Accès large proposé par des opérateurs tél.
  • Quelques kilomètres
  • 3G, 4G : 1-10Mbps

Envoyer des paquets (de données)

  • Q : Une application doit envoyer des données sur le réseau.

Envoi en une fois ou découpage ?

  • Découpe le message en parts plus petites, les paquets, de taille L bits.
  • Paquets transmis sur la liaison à un taux de transmission T (bits/s) (Ethernet 100Mbps, T = 100.10 6).
  • Temps de transmission = Temps nécessaire pour transmettre un paquet de L bits sur la liaison = L T.

Supports physiques

  • Lien physique : entre le receveur et l’émetteur.
  • Supports guidés :
  • Le signal se propage sur un support solide : fibre, fils de cuivre torsadé, câble coaxial...
  • Supports non guidés :
  • Le signal se propage librement : radio...

Qu’est-ce qu’Internet Les éléments du réseau Fonctionnement Délais Protocoles Sécurité Historique

Supports physiques : supports guidés

  • Câble coaxial :
  • Deux conducteurs en cuivre à structure concentrique.
  • Bidirectionnel
  • Fibre optique
  • Conducteur de lumière, propagation sous forme d’impulsions lumineuses représentant un bit.
  • Très haute vitesse.
  • Peu d’erreurs (nécessité de répéteurs, pas d’interférences électromagnétique (6= cuivre))

Supports physiques : supports radios

  • Signal dans le spectre électromagnétique.
  • Propagation selon les effets de l’environnement (réflexion, obstruction par objets, interférences...)
  • Ondes terrestres
  • LAN (par ex. WiFi. 11-54Mbps
  • Large zones (par ex. cellulaire). 3G, quelques Mbps.
  • Satellite. Jusqu’à quelque dizaines de Mbps. 270msec de délai (satellite à 36 000 kms de la terre).

Cœur du réseau Internet

  • Un réseau de routeurs interconnectés
  • “Switching” (commutation) des paquets : les hôtes coupent les messages des applications en paquets : Commutation par paquets.
  • Les paquets sont transférés d’un routeur à un autre, à la capacité max. de la ligne.
  • “Store and forward” : tout le paquet doit arriver à un routeur avant qu’il puisse commencer à être retransmis au suivant.

Store and forward



  • Le paquet doit être entièrement arrivé au routeur avant d’être transmit au routeur suivant.
  • Ne peut pas commencer à transférer directement les bits reçus, doit les stocker.
  • Commencer à “forward” quand il a reçu tout le paquet.li>
  • Temps pour un paquet de L bits d’être transféré de A vers B en passant par un routeur avec une liaison R : 2L/R.

Applet

Deux fonctions clefs

  • Routage :
  • Déterminer la route prise par le paquet.
  • Forwarding :
  • Déplacer le paquet de l’entrée du routeur à la sortie appropriée.

Alternative : la commutation par circuit

  • Toutes les ressources sont réservées de bout en bout pour la communication entre source et destination.
  • Plusieurs “circuits” sur chaque lien, ressource non partagée.
  • Cas du réseau téléphonique (mais la 4G utilise la commutation par paquets !).

Alternative : la commutation par circuit

  • Exemples : Réseau téléphone en FDM, GSM en TDM.
  • Toute la bande passante à un instant vs une partie tout le temps.

Commutation circuits vs paquets

  • Problème paquets : mal adapté aux besoins de service temps réel (tel et visioconf).
  • Avantage paquets : meilleure partage de la BP, plus simple et moins cher à mettre en place.

Commutation circuits vs paquets

  • Par paquets plus efficace.>
  • Exemple :
  • n utilisateurs partageant une liaison 1 Mbps.
  • Utilisateur actif 10% du temps à taux constant de 100 kbps (0 le reste).
  • Par paquets plus efficace.
  • Exemple :
  • n utilisateurs partageant une liaison 1 Mbps.
  • Utilisateur actif 10% du temps à taux constant de 100 kbps (0 le reste).
  • Q : Combien d’utilisateurs max. en même temps en commutation par circuits ?
  • 10 (100 kbps réservés en permanance pour chaque utilisateur).
  • Probabilité que > 10 utilisateurs sur 35 soient actifs en même temps : 0.0004 (calcul du probabilité avec binomiale...)
  • Avec probabilité 0.9996, les paquets sont envoyés sans delai, comme en commu. par circuits (inférieur à la capacité de la liaison). Au delà, attente.

Internet : un réseau de réseaux

  • Terminaux reliés à Internet via des FA- (ISP).
  • Les FA- doivent être reliés entre eux pour que deux hôtes puissent s’envoyer des paquets.
  • Le réseau de réseaux en résultant est complexe (raisons économiques, politiques...)

Internet : un réseau de réseaux

  • Q : Etant donnés des millions de FA- (je peux être FAI...), ´ comment les connecter entre eux ?
  • O(n2) liaisons : impossible en pratique.
  • Possibilité : connecter les FA- à un “FA- global”.
  • Concurrence possible...
  • Concurrence possible... devant être inter-connectée (Peering). (Neutralité du Net, free/google...)
  • Q : Etant donnés des millions de FA- (je peux être FAI...), ´ comment les connecter entre eux ?
  • Des FA- régionaux peuvent exister...
  • Des “content provider networks” (Google, Microsoft...) peuvent proposer leur propre réseau pour proposer leur services au plus proche des utilisateurs (rare en France, FA- veulent garder le contrôle).
  • Réseau complexe.
  • Un petit nombre de gros FA- très connectés (large débit).
  • Des FA- “Tier 1” commerciaux (AT&T, Sprint, NTT, Deutsche Telekom AG...)
  • Des “Content Provider Networks”, offrant un réseau privé connectant leur data center à Internet, souvent en s’affranchissant des FA- Tier 1...

Neutralité du net

  • Neutralité du net : transporter (dans les “tuyaux”) tous les paquets peu importe le contenu.
  • Analogie :
  • Posséder une route / choisir les voitures qui l’empruntent.
  • La poste envoie le courrier sans regarder le contenu.
  • Certaines applications sont gourmandes (Netflix, BitTorrent), les FA- sont tenté de faire payer” pour un accès rapide.

Réseau sous-marin

  • En 2013, environ 99% du trafic intercontinental, données et téléphone, sont transmis sous les océans.
  • En 2012, un million de kilomètres de câbles à fibre optique sont au fond de la mer.

… … …

IP router node (Layer 3 services)

Advanced Layer 2 Service (Layer 2 services)

Optical add/drop facility (Layer 1 services)

Internet2 Network by the numbers

17 Juniper MX960 routers in support of Advanced Layer 3 IP and Peering Network

21 Brocade and Juniper switches in support of Advanced Layer 2 Service Network

49 custom colocation facilities

250+ ampli‑cation racks



15,717 miles of newly acquired dark ‑ber

8.8 Tbps of optical capacity

100 Gbps of hybrid Layer 2 and Layer 3 capacity

300+ Ciena ActiveFlex 6500 network elements

2,400 miles partnered capacity with Zayo Communications  in support of the Northern Tier region

Internet2 Network Infrastructure Topology

Un réseau européen pour la recherche

Délais et pertes

  • Q : Comment peuvent survenir délais et pertes ?

4 sources de délais dtotal = dtrait + dattente + dtrans + dpropa

  • dtrait : temps de traitement.
  • Vérifications d’erreurs (bits).
  • Déterminer la liaison de sortie.
  • Typiquement, moins d’une ms.
  • Temps à attendre que les paquets précédents soient traités (i.e. envoyés sur leur liaison).
  • Entre µs et plusieurs ms, selon le niveau de congestion du routeur.

4 sources de délais dtotal = dtrait + dattente + dtrans + dpropa

  • dtrans : temps de transmission.
  • Placer tous les bits sur la liaison.
  • L : taille du paquet (bits).
  • R : bande passante de la liaison (bps).
  • dtrans = L/R.
  • dprop : temps de propagation.
  • Temps du bit pour parcourir la liaison jusqu’au prochain routeur.
  • d : longueur de la liaison physique (m).
  • s : vitesse de propagation sur le support (m/s).
  • dprop = d/s.
  • dtrans et dprop peuvent être très différents. 56/106

Transmission et propagation

  • Transmission : temps nécessaire au routeur pour se défaire du paquet pris en charge.
  • Dépend de la longueur du paquet et du débit de la liaison (Ethernet 10, Ethernet 100...), indépendamment de la distance au prochain routeur.
  • Propagation : liée à la distance entre les 2 routeurs et la vitesse du support (fibre, cuivre, satellite...). Non affecté par la taille du paquet.

Applet

Transmission et propagation - Exemple

  • Autoroute, péages distants de 100 kms. Tronçon ∼ liaison, péage ∼ routeur.
  • Une file indienne de 10 voitures. 1 voiture ∼ bit, file ∼ paquet.
  • Vitesse des voitures : 100 km/h.
  • Un péage traite une voiture en 12 secondes.
  • La voiture de tête doit attendre les 9 autres lorsqu’il arrive à un péage.
  • Q : En combien de temps la file est reformée au second péage ?
  • Temps pour le premier péage de traiter la file : 12 · 10 = 120s.
  • Temps pour la dernière voiture de se propager d’un péage à l’autre : 100km/100kmh = 1h.
  • 62 minutes.

Transmission et propagation - Exemple (Suite)

  • Autoroute, péages distants de 100 kms. Tronçon ∼ liaison, péage ∼ routeur.
  • Une file indienne de 10 voitures. 1 voiture ∼ bit, file ∼ paquet.
  • Vitesse des voitures : 1000 km/h.
  • Un péage traite une voiture en 1 min.
  • La voiture de tête doit attendre les 9 autres lorsqu’il arrive à un péage.
  • Q : Des voitures en attente au second péage avant que toutes les voitures soient passées au premier ?
  • Oui. 6 minutes de propagation. Après 7 minutes, la première voiture arrive au second péage alors que 3 voitures restent au premier.
  • Arrive sur Internet.

Temps d’attente

  • R : bande passante (bps).
  • L : taille du paquet (bits).
  • a : taux moyen d’arrivée de paquets.
  • La/R ∼ 0 : temps d’attente moyen faible.
  • La/R → 1 : temps d’attente moyen élevé.
  • La/R > 1 : perte de paquets (peut être retransmis par routeur précédent, le système, ou personne...).

Link

Perte de paquet

  • Les buffers ont une capacité finie.
  • Les paquets qui arrivent sur un buffer plein sont supprimés, perdus.
  • Retransmission par le routeur précédent, la source, ou personne.

Délais et routes sur Internet

  • traceroute (tracert sous windows, ou traceroute /) programme donnant le chemin (en terme de routeurs) entre une source et une destination sur Internet, avec mesure de délai (RFC 1393). Voir aussi visualroute.
  • Tant que la destination n’est pas atteinte :
  • La source envoit un paquet (UDP par défaut) vers la destination avec un Time To Live (TTL) de plus en plus grand (commence à 1).
  • Chaque routeur sur le chemin décrémente le TTL et transmet.
  • Si TTL = 0, renvoie un paquet vers la source.
  • L’envoyeur mesure le temps entre la transmission et la réponse.


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