Cours reseaux et telecoms

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    22-May-2015

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  • 1. Guy Pujolle Avec la contribution de Olivier Salvatori Cours rseauxet tlcoms Avec exercices corrigs 3e dition Groupe Eyrolles, 2000, 2004, 2008, ISBN : 978-2-212-12414-9

2. 13 C O U R S 259 Les rseaux IP Cest le rseau Internet qui a introduit le protocole IP. Ce protocole a t ensuite repris pour raliser des rseaux privs, tels les rseaux intranets et extranets ou les rseaux mis en place pour la domotique. Ces rseaux IP prsentent de nombreuses proprits com- munes. Ce cours examine ces proprits en dcrivant le fonctionnement des rseaux IP puis en dtaillant les principaux protocoles mettre en uvre pour obtenir un rseau performant. s Les environnements IP s Les protocoles ARP et RARP s DNS (Domain Name Service) s ICMP (Internet Control Message Protocol) s RSVP (Resource reSerVation Protocol) s RTP (Real-time Transport Protocol) s NAT (Network Address Translation) s IP Mobile s Fonctions supplmentaires 3. Cours 13 q Les rseaux IP260 s Les environnements IP DARPA (Defense Advanced Research Pro- jects Agency). Agence du ministre de la Dfense amricain charge des projets de recherche militaire. Arpanet. Premier rseau commutation de paquets dvelopp aux tats-Unis par la DARPA. Le principal intrt du protocole IP est son adoption quasi universelle. Cest au milieu des annes 70 que lagence amricaine DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dveloppe un concept de rseaux interconnects, Internet. Larchitecture et les protocoles de ce rseau acquirent leur forme actuelle vers 1977-1979. cette poque, la DARPA est connue comme le pre- mier centre de recherche sur les rseaux transfert de paquets, et cest elle qui cre le rseau Arpanet, la n des annes 60. Le rseau Internet dmarre vritablement en 1980, au moment o la DARPA commence convertir les protocoles du rseau de la recherche TCP/IP. La migration vers Internet est complte en 1983, quand le bureau du secrtariat de la Dfense amricain rend obligatoires ces protocoles pour tous les htes connects aux rseaux tendus. NSF (National Science Foundation). Fondation de ltat amricain qui subven- tionne les projets de recherche importants. En 1985, la NSF (National Science Foundation) commence dvelopper un programme destin mettre en place un rseau autour de ses six centres de supercalculateurs. En 1986, elle cre un rseau fdrateur, le NSFNET, pour relier tous ses centres de calcul et se connecter Arpanet. Cest lensemble de ces rseaux interconnects qui forme Internet, auquel viennent sajouter petit petit de nombreux rseaux nouveaux. Ladoption des protocoles slargit alors aux entreprises prives, qui, la n des annes 80, sont pour la plupart relies Internet. De plus, elles utilisent les protocoles TCP/IP pour leurs rseaux dentreprise, mme sils ne sont pas connects Internet. Ces rseaux privs sappellent des intranets. Le prolon- gement permettant aux utilisateurs externes de sinterconnecter sur un intra- net sappelle un extranet. Cest alors que se dveloppent des oprateurs offrant des accs au rseau Internet, les FAI (fournisseurs daccs Internet), encore appels ISP (Internet Service Provider). Aujourdhui, les ISP dveloppent leurs propres rseaux, ou intranets, qui ne sont autres que des rseaux Internet contrls par un seul oprateur. terme, on peut anticiper la disparition du rseau Internet dori- gine au prot dune dizaine de rseaux intranets mondiaux. Cette croissance rapide induit des problmes de dimensionnement et encou- rage les chercheurs proposer des solutions pour le nommage et ladressage de la nouvelle population. De nos jours, des centaines de socits importantes commercialisent des pro- duits TCP/IP. Ce sont elles qui dcident de la mise sur le march de nouvelles technologies, et non plus les chercheurs, comme lorigine. Pour prendre en compte cette nouvelle ralit politique et commerciale, lIAB (Internet Activi- ties Board) sest rorganis en 1989. Depuis, la structure de lIAB comprend 4. Les environnements IP 261 deux organismes : lIRTF (Internet Research Task Force) et lIETF (Internet Engineering Task Force). LIETF se concentre sur les problmes de dveloppement court et moyen terme. Cet organisme existait dj dans lancienne organisation. Son succs a t lun des motifs de sa restructuration. LIETF sest largi pour prendre en compte des centaines de membres actifs travaillant sur plusieurs sujets en mme temps. Il se runit au complet pour couter les rapports des groupes de travail et pour dbattre des modications et des ajouts portant sur TCP/IP. LIRTF coordonne les activits de recherche sur les protocoles TCP/IP et larchitecture Internet en gnral. Sa taille est moins importante que celle de lIETF. Les documents de travail sur Internet, les propositions pour lajout ou la modication de protocoles et les normes TCP/IP sont publis sous la forme dune srie de rapports techniques, appels RFC (Request For Comments). Les RFC sont disparates ; elles peuvent couvrir des sujets prcis ou vastes et faire gure de normes ou seulement de propositions. Rcemment, lIAB a commenc prendre une part active dans la dnition des normes. Tous les trois mois, il publie une RFC, appele IAB Ofcial Proto- col Standards, qui rend compte du processus de normalisation et des nouvel- les normes. LIAB attribue chaque protocole de TCP/IP un tat et un statut. Ltat du protocole spcie lavancement des travaux de normalisation de la faon suivante : Initial (initial) : le protocole est soumis pour tre examin. Norme propose (proposed standard) : le protocole est propos comme norme et subit la procdure initiale. Norme de travail (draft standard) : le protocole a pass lexamen initial et peut tre considr comme tant dans sa forme semi-nale. Au moins deux implmentations indpendantes sont produites, et le document les dcri- vant est tudi par le groupe de travail ad hoc. Des modications avant la norme nale sont souvent introduites aprs ces premires exprimentations. Norme (standard) : le protocole a t examin et est accept comme une norme complte. Il fait ofciellement partie de TCP/IP. Exprimental (experimental) : le protocole nest pas soumis normalisation mais reste utilis dans des exprimentations. Historique (historic) : le protocole est prim et nest plus utilis. Normalement, les protocoles soumis doivent tre passs en revue par le groupe de travail correspondant de lIETF. LIAB vote ensuite pour son avancement dans le processus de normalisation. 5. Cours 13 q Les rseaux IP262 Le statut du protocole indique sous quelles conditions il doit tre utilis. Ces diffrents statuts sont les suivants : Exig (required) : toutes les machines et passerelles doivent implmenter le protocole. Recommand (recommended) : toutes les machines et passerelles sont encourages implmenter le protocole. Facultatif (elective) : on peut choisir dimplmenter ou non le protocole. Utilisation limite (limited use) : le protocole nest pas spci pour une uti- lisation gnrale (par exemple, un protocole exprimental). Non recommand (non recommended) : lutilisation du protocole nest pas recommande (par exemple, un protocole prim). Comme expliqu prcdemment, larchitecture IP implique lutilisation du protocole IP, qui possde comme fonctions de base ladressage et le routage des paquets IP. Le niveau IP correspond au niveau paquet de larchitecture OSI, mais avec une forte diffrence entre IPv4 et IPv6. IPv4 correspond un protocole trs simple, qui ne rsout que les problmes dinterconnexion, tandis quIPv6 a pour vocation de reprsenter compltement le niveau paquet. Au-dessus dIP, deux protocoles ont t choisis : TCP et UDP, qui sont abords au cours 11, Les protocoles de niveau suprieur . Ces protocoles correspon- dent au niveau message (couche 4) de larchitecture OSI. Ils intgrent une ses- sion lmentaire, grce laquelle TCP et UDP prennent en charge les fonctionnalits des couches 4 et 5. La diffrence rside dans leur mode : avec connexion pour TCP et sans connexion pour UDP. Le protocole TCP est trs complet, ce qui garantit une bonne qualit de service, en particulier sur le taux derreur des paquets transports. tant un protocole en mode sans connexion, UDP supporte des applications moins contraignantes en qualit de service. Le niveau application, qui se trouve au-dessus de TCP-UDP dans le modle Internet, regroupe les fonctionnalits des couches 6 et 7 de lOSI. Le cours 12, Exemples dapplications , dtaille quelques applications des rseaux IP. Questions-rponses Question 1.Pourquoi les ISP prfrent-ils dvelopper leur propre rseau plutt quemployer le rseauInternet? Rponse. Le rseau Internet tant une interconnexion de rseaux, il ne permet pas doffrir une qualit de service. En dveloppant leur propre rseau intranet, les ISP contr- lent beaucoup mieux la qualit de service de leur rseau. Question 2.Quelsavantageslessocitspeuvent-ellestirerdelutilisationduprotocoleIP? Rponse. Le Web tant devenu un grand standard,les entreprises ont dvelopp des sys- tmes dinformation compatibles et se sont places dans lenvironnement IP. 6. Les protocoles ARP et RARP 263 s Les protocoles ARP et RARP Internet propose linterconnexion de rseaux physiques par des routeurs. Cest un exemple dinterconnexion de systmes ouverts. Pour obtenir linterfonctionne- ment des diffrents rseaux, la prsence du protocole IP est ncessaire dans les nuds qui effectuent le routage entre les rseaux. Globalement, Internet est un rseau transfert de paquets. Les paquets traversent plusieurs sous-rseaux pour atteindre leur destination, sauf bien sr si lmetteur se trouve dans le mme sous- rseau que le rcepteur. Les paquets sont routs dans les passerelles situes dans les nuds dinterconnexion. Ces passerelles sont des routeurs. De faon plus pr- cise, ces routeurs transfrent des paquets dune entre vers une sortie, en dtermi- nant pour chaque paquet la meilleure route suivre. Le rseau Internet a t dvelopp pour mettre en relation des machines du monde entier, auxquelles on a pris soin dattribuer des adresses IP. Ces adresses IP nont aucune relation directe avec les adresses des cartes coupleurs qui permettent aux PC de se connecter au rseau. Ces dernires sont des adresses physiques. Pour envoyer un datagramme sur Internet, le logiciel rseau convertit ladresse IP en une adresse physique, utilise pour transmettre la trame. La traduction de ladresse IP en une adresse physique est effectue par le rseau sans que lutilisateur sen aperoive. Le protocole ARP (Address Resolution Protocol) effectue cette traduction en sappuyant sur le rseau physique. ARP permet aux machines de rsoudre les adresses sans utiliser de table statique. Une machine utilise ARP pour dter- miner ladresse physique du destinataire. Elle diffuse pour cela sur le sous- rseau une requte ARP qui contient ladresse IP traduire. La machine pos- Question 3.Le rseau Internet propose un service de type best effort.Il est impossible dy garantir untempsderponseprcis,doladifcultdefairepasserdanscerseaudelaparoletlphonique, quidemandeuntempsmaximaldetraversede300ms.Danslecadredelapplicationdeparoletl- phonique,montrerquecetempsmaximaldetraversedurseaupeuttreremplacparuntempsde traversede300mspouraumoins95p.100despaquets. Rponse. Si sufsamment de paquets arrivent temps au rcepteur, la parole tlphoni- que peut encore se drouler. En effet, un paquet IP de tlphonie transporte entre 20 et 50 ms de parole. Aujourdhui, les rcepteurs savent prendre en compte ces trous de quel- ques dizaines de millisecondes, condition quil ny en ait pas trop. Une perte de 5 p.100 de paquets est en gnral acceptable (le pourcentage acceptable dpend du degr de compression). Question4.En supposant des dbits sufsamment importants des accs au rseau Internet (2Mbit/s,parexemple),peut-onralisersimplementdelatlvisiondiffuse? Rponse. Oui, car la tlvision diffuse accepte un retard important. Si le dbit du rseau est sufsant,il est possible de resynchroniser le canal de tlvision. rsolution dadresse.Dtermi- nation de ladresse dun quipement partir de ladresse de ce mme quipement un autre niveau pro- tocolaire.On rsout, par exemple,une adresse IP en une adresse physique ou en une adresse ATM. table statique. Table decorrespondancequi nest pas modie automatiquement par le rseau lorsque inter- viennent des change- ments dans la conguration. 7. Cours 13 q Les rseaux IP264 sdant ladresse IP concerne rpond en renvoyant son adresse physique. Pour rendre ARP plus performant, chaque machine tient jour, en mmoire, une table des adresses rsolues et rduit ainsi le nombre dmissions en mode dif- fusion. Ce processus est illustr la gure 13-1. Figure 13-1. Fonctionnement du protocole ARP. adresse logique. Adresse qui nest pas physique,cest--dire qui nest pas attache une connexion dtermine par son emplacement gogra- phique.Les adresses logiques Internet sont les adresses IP. De faon inverse, une station qui se connecte au rseau peut connatre sa propre adresse physique sans avoir dadresse IP. Au moment de son initialisation (bootstrap), cette machine doit contacter son serveur an de dterminer son adresse IP et ainsi de pouvoir utiliser les services TCP/IP. Dans ce cas, le proto- cole RARP (Reverse ARP) permet la machine dutiliser son adresse physique pour dterminer son adresse logique sur Internet. Par le biais du mcanisme RARP, une station peut se faire identier comme cible en diffusant sur le rseau une requte RARP. Les serveurs recevant le message examinent leur table et rpondent au client. Une fois ladresse IP obtenue, la machine la stocke en mmoire vive et nutilise plus RARP jusqu ce quelle soit rinitialise. Dans la version IPv6, les protocoles ARP et RARP ne sont plus utiliss et sont remplacs par un protocole de dcouverte des voisins, appel ND (Neighbor Discovery), qui est un sous-ensemble du protocole de contrle ICMP, que nous examinerons ultrieurement. 132.52.21.1 Adresses Ethernet Adresses IP 240458288710 032468124013 074750364213 132.52.21.2 132.52.21.3 1 2 3 1 2 3 en diffusion Message ARP Le PC1 recherche ladresse physique de la station qui possde ladresse IP 132. 52. 21.3 Rponse du PC3 pour donner son adresse physique PC 1 PC 2 PC 3 PC 1 PC 2 PC 3 8. DNS (Domain Name Service) 265 s DNS (Domain Name Service) Comme expliqu prcdemment, les structures dadresses sont complexes manipuler, dans la mesure o elles se prsentent sous forme de groupes de chiffres dcimaux spars par un point ou deux-points, de type abc:def:ghi:jkl, avec une valeur maximale de 255 pour chacun des quatre groupes. Les adresses IPv6 tiennent sur 8 groupes de 4 chiffres dcimaux. Du fait que la saisie de telles adresses dans le corps dun message deviendrait vite insupportable, ladressage utilise une structure hirarchique diffrente, beau- coup plus simple manipuler et mmoriser. Le DNS permet la mise en correspondance des adresses physiques et des adresses logiques. La structure logique prend une forme hirarchique et utilise au plus haut niveau des domaines caractrisant principalement les pays, qui sont indiqus par deux lettres, comme fr pour la France, et des domaines fonctionnels comme : com (organisations commerciales) ; ed...