Réseaux Informatique
Chapitre II :
Le concept de réseau
ESEN
Université De La Manouba
Les techniques de
commutation
Commutation: Définition
• commutation nom commun - féminin
(commutations)
• 1. MATHÉMATIQUES changement par substitution
ou transfert (d'une chose à une autre)
Synonyme: permutation opérer une commutation
• 2. TÉLÉCOMMUNICATIONS opération qui permet de
connecter deux usagers sur le réseau téléphonique
au central de commutation électronique
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Nécessité de la commutation
• Le concept de réseau à commutation est né de
la nécessité de mettre en relation un utilisateur
avec n’importe quel autre utilisateur
– relation de 1 à 1 parmi n ou interconnexion totale
• Ainsi, pour réaliser l’interconnexion totale de 2
stations, il suffit d’une liaison, pour 3 stations 3
liens...
• D’une manière générale, dans un réseau de N
stations, pour relier la station N aux N – 1
stations déjà connectées il faut (N – 1) liens.
– Soit, pour les N stations, N(N−1) liens.
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Nécessité de de la commutation
• En comptant de cette manière, on
commet l’erreur de compter deux fois
chaque lien
– le lien de A vers B est le même que le lien de
B vers A
• Le nombre total de liens nécessaires
dans un système de N nœuds est donc
de :
Nombre de liens = N(N − 1)/ 2
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Nécessité de de la commutation
6
1
5
2
4
3
6
1
5
2
4
3
Nombre de liaison
N*(N-1)/2
Nombre de liaison
N
126543Nombre de liaisonN*(N-1)/2Nombre de liaisonN126543Techniques commutation
• Un réseau à commutation assure une
connectivité totale.
– Dans ses conditions, la topologie logique ou
interconnexion totale, vue du côté des
utilisateurs, est différente de la topologie
physique réelle
Techniques commutation
• Dans ce contexte où la ressource est rare vis-à-
vis de la demande potentielle (si simultanément
tous les abonnés du réseau désiraient joindre un
autre abonné...),
– il est indispensable de rechercher des techniques
particulières pour optimiser le partage des ressources,
– c’est l’objectif des techniques de commutation.
• Selon la technique employée pour « relier » deux
utilisateurs, on distingue
– la commutation de circuits,
– de messages
– ou de paquets.
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La commutation de circuit
• Dans la commutation de circuits, un lien physique
– est établi par juxtaposition de différents supports physiques
– afin de constituer une liaison de bout en bout entre une source et
une destination
• La mise en relation physique
– est réalisée par des autocommutateurs avant tout échange de
données
– et est maintenue tant que les entités communicantes ne la libèrent
pas expressément.
• Les autocommutateurs :
– sont les équipements capables de mettre bout à bout des segments
de circuits pour former un seul circuit de bout en bout
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La commutation de circuit
La commutation de messages
• En commutation de circuits, la régulation
de trafic est réalisée à la connexion,
– s’il n’y a plus de ressource disponible, de bout en
bout, la connexion est refusée.
• Pour éviter d’avoir à sur-dimensionner les
réseaux, la commutation de messages,
n’établit aucun lien physique entre les
deux systèmes d’extrémité.
– Le message est transféré de nœud en nœud et mis
en attente si le lien inter- nœud est occupé
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La commutation de messages
La commutation de messages
La commutation par paquets
• La commutation de paquets utilise une technique similaire à la
commutation de messages.
• Le message est découpé en fragments (paquets) de petite
taille. Chaque paquet est acheminé dans le réseau indépendamment
du précédent.
• Contrairement à la commutation de messages, il n’y a pas de
stockage d’information dans les nœuds intermédiaires. Chaque
nœud, recevant un paquet, le réémet immédiatement sur la voie
optimale.
• De ce fait, le séquencement des informations n’est plus
garanti.
– Pour reconstituer le message initial, le destinataire devra, éventuellement,
réordonnancer les différents paquets avant d’effectuer le réassemblage.
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Introduction aux Réseaux
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Rapidité de la commutation par paquets
Multiplexage temporel des paquets sur une même
liaison
Commutation de circuits ou de paquets ?
• En commutation de paquets, à chaque paquet, le
nœud recherche une route optimale.
• Dans ces conditions, le séquencement des
paquets n’est pas garanti.
• La reprise sur erreur et le contrôle de flux
nécessitant une stabilité de route ne sont, par
conséquent, pas réalisables.
– Le réseau est dit best effort (pour le mieux), l’unité de
données porte alors le nom de datagramme.
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Mode connecté vs. Mode non connecté
• mode connecté, ex: Téléphone
– on compose le numéro
– on établit une connexion
– on parle
– on raccroche
• mode non connecté, ex : Poste
– on met l'adresse sur l'enveloppe
– on expédie
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Le mode non connecté (CLNS)
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« Datagramme »
• En mode non connecté (CLNS, ConnectionLess Network
Service), les informations transitent dans le réseau
indépendamment les unes des autres.
• Le destinataire n’est pas nécessairement à l’écoute, les
informations sont, dans ce cas, perdues.
• Dans un tel mode de fonctionnement, les routes empruntées
par les différents blocs d’information peuvent être différentes
• Le séquencement des informations ne peut être garanti
• Les mécanismes réseaux sont allégés au détriment d’une
complexité dans les organes d’extrémités qui doivent être
capables de réordonnancer les différents blocs d’information.
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Le mode orienté connexion (CONS)
« Circuit Virtuel »
• En commutation de circuits une liaison physique est
préalablement établie avant tout échange de données.
• En mode orienté connexion (CONS, Connection Oriented Network
Service), une liaison virtuelle est construite par un mécanisme
particulier
• Lors de la phase d’établissement de la connexion, les différentes
ressources nécessaires au transfert (buffers, voies...) sont
réservée
• Ensuite, tous les messages empruntent la route préétablie, le
séquencement des informations est garanti (chemin identique).
• Lorsque l’échange est terminé, une phase de déconnexion libère
les ressources.
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Réseau en mode connecté ou en mode
datagramme ?
• Un service en mode connecté ou non
connecté ne dépend pas du service
support utilisé, mais des protocoles
mis en œuvre sur ce support.
• Définir, pour un réseau, le type de
protocole à utiliser résulte d’un choix
essentiellement fondé sur les
performances et la qualité de service
que l’on désire obtenir
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Circuit virtuel commuté ou permanent
?
• Un circuit virtuel commuté est une
liaison établie à la demande, il
autorise l’établissement d’une relation
avec n’importe quel autre abonné du
réseau, la connectivité est ouverte.
• Le circuit virtuel permanent est établi
(configuré) une fois pour toutes, la
connectivité est réduite.
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Réseau en mode connecté ou en
mode datagramme ?
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Les architectures
protocolaires
Contexte
• Le développement rapide des moyens de calcul et
l’importance croissante des systèmes d’information
ont engendré la multiplicité des techniques réseaux.
• La complexité croissante des besoins de
communication et la diversité des solutions adoptées
ont très vite fait apparaître la nécessité de définir un
modèle complet de communication ou architecture
protocolaire réseau.
• Historiquement, chaque grand constructeur avait
défini la sienne :
– SNA (System Network Architecture) d’IBM,
– DSA (Distributed System Architecture) de BULL...
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Contexte
• Les architectures propriétaires incompatibles
entre elles ne permettent pas l’interopérabilité
des systèmes.
– Aussi, convenait-il de définir des techniques de mises en
relation en spécifiant une architecture normalisée.
–
• C’est ce qu’entreprit l’ISO (International
Standardization Organization) en définissant
une architecture de communication normalisée,
couramment appelée modèle de référence ou
modèle OSI (Open System Interconnection)
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Contexte
• L’architecture réseau assure à l’utilisateur
l’accès aux ressources informatiques et lui
procure un service identique que les
ressources soient locales ou distantes,
pour cela elle doit être transparente à
l’utilisateur
Contexte
• Connecter en transparence divers équipements
provenant de constructeurs différents pour qu’ils
s’échangent des informations nécessite :
– que ceux-ci utilisent, non seulement, des
techniques de connexion compatibles
(raccordement, niveau électrique,…),
– mais aussi des protocoles d’échange identiques
et une sémantique de l’information
compréhensible par les partenaires de la
communication.
Objectif
• Réduire la complexité de conception des
réseaux informatiques
• Principes :
1. démarche analytique : recensement des
fonctions nécessaires
2. démarche synthétique : classement des fonctions
3. démarche simplificatrice et constructive :
1. regroupement en sous-ensembles pour simplifier la
compréhension des fonctions (frontières précises,
concises et utiles)
2. décomposition hiérarchique de l’ensemble des
mécanismes à mettre en œuvre en une série de couches
(ou niveaux).
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Pourquoi utiliser une architecture en
couches ?
● La structuration en couches considère un système
comme logiquement composé d’un ensemble de n
sous-systèmes ordonnés.
● Les sous-systèmes adjacents communiquent à
travers leur interface commune.
● Un sous-système de rang i peut être constitué
d’une ou plusieurs entités; il communique avec les
autres sous-systèmes de même rang : on parle
alors de la couche de rang i ou, plus simplement, de
la couche i.
Pourquoi utiliser une architecture en
couches ?
● Une architecture de communication se définit entièrement en
décrivant les services offerts par chaque couche, les interfaces
entre les couches adjacentes et la manière dont ces couches
coopèrent avec les entités du même niveau (les entités
homologues) dans les autres systèmes.
● On peut développer séparément et simultanément toutes les
couches d’une architecture de communication, une fois définies les
interfaces entre les différents sous-systèmes.
● Le nombre d’interfaces à définir est minimal : il suffit de décrire,
pour chaque niveau, les interfaces avec la couche supérieure (sauf
pour la couche la plus élevée de l’architecture) et avec la couche
inférieure (sauf pour la couche la plus basse). Les coopérations
entre entités homologues sont régies par un ou plusieurs
protocoles.
Principes de base de la décomposition en couches
• Une couche doit être créée lorsqu’un nouveau niveau
d’abstraction est nécessaire
• Chaque couche exerce une fonction bien définie
• Les fonctions de chaque couche doivent être choisies en
pensant à la définition des protocoles normalisés
internationaux
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• Les choix des frontières entre couches doit minimiser le flux
d’informations aux interfaces
• Le nombre de couches doit être
– suffisamment grand pour éviter la cohabitation dans une même couche de
fonctions très différentes, et
– suffisamment petit pour éviter que l’architecture ne deviennent difficile à
maîtriser
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Couche – Protocole - Service
• Une couche est spécialisée dans un ensemble de
fonctions particulières.
– Elle utilise les fonctionnalités de la couche inférieure et
propose ses fonctionnalités à la couche supérieure.
• La finalité de chaque couche est de fournir des
services à la couche située immédiatement au
dessus
• Les éléments actifs de chaque couche s’appellent des
entités
• Les entités de la même couche sur des machines
différentes sont des entités paires
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Couche – Protocole - Service
• Une couche est spécialisée dans un ensemble de
fonctions particulières.
– Elle utilise les fonctionnalités de la couche inférieure et
propose ses fonctionnalités à la couche supérieure.
• La finalité de chaque couche est de fournir des
services à la couche située immédiatement au
dessus
• Les éléments actifs de chaque couche s’appellent des
entités
• Les entités de la même couche sur des machines
différentes sont des entités paires
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Couche – Protocole - Service
• Le protocole d’une couche N définit
– l’ensemble des règles
– ainsi que les formats
– et la signification des objets échangés,
– qui régissent la communication entre les entités de la
couche N.
• Le service d’une couche N définit l’ensemble
des fonctionnalités possédées par la couche
N et fournies aux entités de la couche N+1
via l’interface N/N+1.
Couche – Protocole - Service
Interfaces
d’accès au
service
Couche N + 1
Couche N + 1
Protocole
de couche N
Couche N
Couche N
Couche N -1
Couche N -1
Couche NCouche N -1Couche N + 1Couche NCouche N -1Couche N + 1Couche – Protocole - Service
• Entre les couches, nous avons deux types de
dialogues:
– un dialogue vertical qui correspond au transfert
d’informations d’une couche à une autre (couches
adjacentes), ce dialogue est réalisé à l’aide de
primitives de service ;
– un dialogue horizontal qui par l’intermédiaire de
messages échangés (protocole) à travers le réseau
transfère, entre couches distantes de même niveau
(couches homologues), les données d’un système à
un autre. Ce dialogue constitue le protocole de niveau
N.
Couche – Protocole - Service
Principe de fonctionnement d’une
architecture en couches
• Pour communiquer
l’application cliente remet
à la couche supérieure (ici
la couche 3)
– des données à destination
de l’application serveur
– ainsi que les instructions
• décrivant le service
attendu
• et celles nécessaires à
l’acheminement des
données vers
l’application serveur.
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Principe de fonctionnement d’une architecture en
couches
• Puis, la couche 3 remet
cette unité de données
et des instructions (I3)
à la couche inférieure
qui procède de même...
• Enfin les données sont
émises vers le réseau.
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L’encapsulation de données
• La couche (N + 1) a requis les services de la couche N, à
l’aide d’une primitive de service de niveau N, pour que
celle-ci lui rende le service de niveau N.
• Peu importe à (N + 1) de savoir comment ces services
sont rendus.
• L’unité de données protocolaire de niveau (N + 1),
données et en-tête, est transportée dans une unité de
données de niveau N (protocole N).
• Les données de niveau (N + 1) sont dites encapsulées
dans le protocole N, on parle aussi de tunnel de niveau
N .
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L’encapsulation de données
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Point d’accès au service (SAP)
• Une couche (N) procure le service (N) au
moyen d’un protocole de niveau (N).
• Le service de la couche (N) est fourni par une
entité de niveau (N) qui est une occurrence
d’un élément actif de la couche (N).
• Les entités de la couche N implémentent un service
utilisé par la couche N+1
– La couche N est un fournisseur de service
– La couche N+1 est un utilisateur de service
– La couche N peut utiliser les services de la couche N-1 pour fournir
son service
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Point d’accès au service (SAP)
• Les services sont accessibles par des
points d’accès aux services SAP
(Service Access Point)
● Les SAP de la couche N sont les endroits où la
couche N+1 peut accéder aux services offerts
● Chaque SAP est identifié par une adresse
unique
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Le modèle OSI
• Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un modèle
de référence en ce qui concerne les réseaux
• Il est proposé par l'ISO (International Standards
Organisation),
• Il décrit les concepts et les démarches à suivre pour
interconnecter des systèmes
• Il est composé de 7 couches :
1.Physique
2.Liaison
3.Réseau
4.Transport
5.Session
6.Présentation
7.Application
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Architecture : Éléments Terminaux
Architecture : Éléments d’interconnexion
Le modèle OSI
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RÉSEAU
RÉSEAU
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RÉSEAU
LISAION
LISAION
LISAION
LISAION
LISAION
PHYSIQUE
PHYSIQUE
PHYSIQUE
PHYSIQUE
PHYSIQUE
Fonctionnalités
• C1: Couche physique
– Transmettre les informations brutes sur un média:
• impulsions électriques, fréquence radio, impulsion
lumineuse,….
– Décoder les informations brutes en bits
• C2: Couche liaison de données
– La transmission d’informations entre systèmes
immédiatement adjacents
– Gère les erreurs sur le support physique
• Détecte et corrige, les erreurs issues de la couche physique
– Les objets échangés sont souvent appelés trames
(“frames”).
Fonctionnalités
• C3: Couche réseau
– Achemine les informations à travers un réseau
pouvant être constitué de systèmes intermédiaires
(routeurs).
– Les objets échangés sont souvent appelés paquets
(“packets”).
– La seule couche à être directement concernée par la
topologie du réseau
– La dernière couche supportée par toutes les
machines du réseau pour le transport des données
utilisateur : les couches supérieures sont réalisées
uniquement dans les machines d'extrémité.
Fonctionnalités
• C4: Couche transport
– Assure une transmission de bout en bout des
données.
– Le contrôle de flux :un asservissement du débit
binaire de la source
– La qualité de service maintient une certaine
qualité de la transmission, notamment vis-à-vis
de la fiabilité et de l’optimisation de l’utilisation
des ressources.
– Les objets échangés sont appelés messages (de
même pour les couches supérieures).
Fonctionnalités
• C5: La couche Session
– L'établissement d'une connexion
– Le maintien de cette connexion
– La libération de celle-ci
• C6: La couche Présentation
– c'est en quelque sorte un traducteur
– établit une syntaxe pour la communication entre les applications
– permet une communication dans un langage commun entre différentes
applications
– par l'usage de données présentées de manière commune.
– Masque l’hétérogénéité de techniques de codage utilisées par les différents
systèmes
• C7: La couche Application
– fournit aux processus applicatifs le moyen d'accéder au réseau.
Modèle TCP
Applications:
Telnet FTP SMTP
Transport Layer
TCP – UDP
Routing Layer
IP
Layer 2
LLC: Logical Link Control
MAC: Medium Access Control
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Layer 2LLC: Logical Link ControlMAC: Medium Access Control Routing LayerIPTransport LayerTCP – UDP Applications:Telnet FTP SMTPCritique du modèle OSI
• Ce n'était pas le bon moment
– TCP/IP était déjà en phase d'investissement prononcé
– lorsque le modèle OSI est sorti, les universités
américaines utilisaient déjà largement TCP/IP avec un
certain succès
• Ce n'était pas la bonne technologie
– Le modèle OSI est peut-être trop complet et trop
complexe.
– les couches session et présentation sont fort peu utilisées
et à l'inverse les couches liaison de données et réseau
sont très souvent découpées en sous-couches tant elles
sont complexes.
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Critique du modèle OSI
• Ce n'était pas la bonne implémentatio
– Les premières implémentations furent relativement lourdes
et lentes.
– A l'inverse, la première implémentation de TCP/IP dans
l'Unix de l'université de Berkeley (BSD) était gratuite et
relativement efficace.
• Ce n'était pas la bonne politique
– souffert de sa trop forte normalisation.
– A l'inverse, TCP/IP est venu d'Unix et a été tout de suite
utilisé, qui plus est par des centres de recherches et les
universités, c'est-à-dire les premiers a avoir utilisé les
réseaux de manière poussée
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Quelques grandeurs
caractéristiques
Débit/Throughput
● Unité : bit/s
● Débit nominal : vitesse de transmission du
support (débit brut)
– exemple : ligne pour transmission asynchrone à 19,2 Kbit/s
● Débit utile : débit nominal moins le débit affecté
au contrôle de la liaison
● Evolution actuelle : Mbit/s => Gbit/s
Délai/Delay
● Unité : s
● Délai de propagation (Dp ): éloignement (L), délai dû aux
équipements intermédiaires (Di ), vitesse, de propagation (V)
Dp = L/V + ∑Di
● Durée de transmission (Dt ): quantité de données (Q), débit (D)
Dt = Q/D
● Temps d’aller-retour = (transmission + propagation +
traitements) *2, si les traitements et la liaison sont
symétriques !
Délai/Delay
User
Durée de
transmission
Temps d’aller
retour
Durée de
traitement
Requête
Réponse
Durée de
propagation
Durée de
traitement
The END