Séminaire Nouvelles Technologies Informatiques : Synthèse Animé par: Serge Fdida & Jean-François Galano
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Présentation de l’ intervenant
Serge FDIDA Laboratoire LIP6-CNRS Université P. et M. Curie
[email protected] http://www.lip6.fr/rp/~sf
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Plan
• • • • • • •
Introduction Les réseaux d’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Les réseaux sans-fils et la mobilité Conclusion Bibliographie
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Communication et Telecom • Formes – Production, distribution, consommation – Orale, Ecrite, Image – Numérique
• Portée – espace – temps – population
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Le Circuit « Telecom »
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Le Paquet « Informatique »
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Les Environnements INFORMATIQUE
TELECOM
RESEAUX LOCAUX
PABX
Ethernet(s) Token-Ring FDDI LOCAL
Commutation de paquets
ATM?
Commutation de circuits
IP/xxx - MPLS? "PUBLIC"
IP?
RESEAUX GRANDE DISTANCE Transpac Frame Relay Internet
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RESEAU TELEPHONIQUE RNIS
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Domination IP (stations)
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1993
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1995
1997
1999
2001
2003
2005
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Domination Ethernet 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1991 ©2007 - Serge Fdida
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Qualité de Service dans l’entreprise
QoS
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10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Téléphonie Vidéo App. Groupware Mail Commerciales
Web
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Diversité du trafic Internet (1) • Caractéristiques générales du trafic IP – 2 grandes classes de trafic : streaming (audio/vidéo) et élastique (données) – 3 entités principales de trafic : paquets, flots, sessions
TCP
UDP
Autres
% paquets
85 - 90
10 - 15
négligeable
% octets
94 - 98
2-6
négligeable
• Répartition par protocole – Prédominance de TCP (> 95% des octets transférés) ©2007 - Serge Fdida
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Diversité du trafic Internet (2) SMTP
POP3
FTP
NNTP
Autres
% paquets
75
6
-
3
<1
15
Lien Domestique
% octets
80
5
-
5
2
8
POP 1 FT 2000
% paquets
65
2
3
5
2
23
Sens montant
% octets
33
8
1
9
<1
48
POP 1 FT 2000
% paquets
65
2
3
6
2
22
Sens descendant
% octets
64
0
2
9
3
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– Emergence récente du trafic Peer to Peer ©2007 - Serge Fdida
M ain TCP applications throughputs 40000 T h ro u g h p u t (kb its/s)
– Prédominance “classique” de HTTP
Other
35000
Telnet
30000
RealAudio
25000
MediaPlayer
20000
Quake
15000
Napster
10000
NNTP
5000
SMTP FTP
0
HTTPS
10 1 1 : 00 1 2 : 00 1 3 : 00 1 4 : 00 1 5 : 00 1 6 : 00 1 7 : 00 1 8 : 00 1 9 : 00 2 0 : 00 2 1 : 00 2 2 : 00 2 3 : 00 0 0 : 00 0 1 : 00 0 2 : 00 0 3 : 00 0 4 : 00 0 5 : 00 0 6 : 00 0 7 : 00 0 8 : 00 0 9 : 00 :0 0
Répartition par application
HTTP MCI 1997
HTTP
Time
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La voix sur IP • Transmission d’une information isochrone • • • •
Intégration voix-données au niveau applicatif Multiplexage voix-données sur le réseau Problème de maîtrise des délais et de la gigue Produits opérationnels
• Architecture normalisée H323 – le standard • Utilisation de RTP/RTCP pour le contrôle de la qualité de service • MGCP (Media Gateway Control Protocol) pour la localisation des outils de conversion • Développement de SIP (session initiation protocol) à l’IETF – Développement dynamique de services • Les acteurs: l’informatique; les télécommunications; les opérateurs ©2007 - Serge Fdida
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Les réseaux multimédias
Données R
Ring g in
Utilisateur
Voix ©2007 - Serge Fdida
Vidéo 14
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Petite Histoire Résumée des Réseaux
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Les facteurs de développement • Besoin du grand public puis de l ’industrie – Demande sociale de communication – Demande économique d ’accès en ligne
• Développements technologiques – PCs, réseaux performants, organisation nouvelle de déploiement
• Dimension économique – Réduction des coûts de distribution/production – Marché de masse, mondial
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L ’Internet au futur? • Motivations – économiques, commerciales – compétition industrielle – conditions sociales du citoyen
• Moteurs – – – – ©2007 - Serge Fdida
Innovation technologique Nouveaux usages Transformations économiques Réglementation 17
17 ©2007 - Serge Fdida
L ’Internet au futur : Autonomic • Ubiquité – L ’internet partout (PC, TV, Téléphone, jeux, automobile, espace, maison, ……)
• Mobile – Nomadicité, agents logiciels
• Hypermedia – texte, image et sons – Haut Débit (Triple Play) – Connaissance (Google)
• Tensions concernant son évolution ©2007 - Serge Fdida
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Transformation industrielle • «Destruction Créatrice»: mutation industrielle. • Industries « historiques ». – Télécommunications, Informatique, Audiovisuel, Contenus, ….
• Nouveaux acteurs de l ’Internet. – Télécom (opérateurs, ISP, équipementiers, …). – Services (AOL, Amazon, eBay, etc….). – Intermédiaires - Médiation: portails, bourse, jeux, enchères, commerce, etc…..
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Réseaux et économie • Réseau – marché captif – fidélisation, coût de sortie
• Dimension Internet – accumulation accélérée du capital – capital = population d ’utilisateurs – compétition nouvelle des réseaux historiques (disques, livres, commerce, etc…..) – nouveaux « business models »
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Importance des contenus • Nouvelle lecture multimédia – – – –
hypermedia images animées manipulation, index, tables, etc…. Navigation, consultation, accès, distribution
• + milliards de documents, +6% croissance /an – outils de navigation, recherche
• portails (rôle majeur: économie, politique, ) – référencement, aggregation, médiation, identification ©2007 - Serge Fdida
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Nouveaux besoins? Quelles solutions? • Augmenter le débit – où et comment? – Avec quelle(s) technologie(s)
• Apporter des Garanties (QoS) – quand? Comment? – Téléphonie, Image
• Traiter la mobilité – Quels besoins? ©2007 - Serge Fdida
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Organisation des réseaux
Distant ("Opérateur")
Local (Entreprise/ Home)
PC
Satellite PC
Réseau de transport Concentration Distribution
Frontière (Accès Réseau)
PC Routeur Radio tower
PC
Serveur
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Typologie des réseaux ACCES Irrigation
FRONTIERE Flexibilité
COEUR Rapidité
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24 ©2007 - Serge Fdida
Les solutions • Telecom – Mode connecté – Garantie de QoS • Réservation
– Approche ATM
• Informatique – Mode non connecté – Garantie de QoS? • Surdimensionnement • Réservation, priorités
– Approche Ethernet – Approche Internet
• Solution Informatique Intermédiaire MPLS ©2007 - Serge Fdida
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Plan
• • • • • • •
Introduction Les réseaux d’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Les réseaux sans-fils et la mobilité Conclusion Bibliographie
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Les réseaux d’accès • Grand public & Professionel – ADSL – Fibre FTTx – Câble – GSM GPRS UMTS – Radio : WIFI, WIMAX, Bluetooth, ZigBee, UWB, – Ethernet dans le réseau d’entreprise ©2007 - Serge Fdida
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27 ©2007 - Serge Fdida
Les technologies d ’accès
Accès résidentiels
Techniques de codage & Modulation
Possibilités de câblage
FTTH HDSL
ADSL/VDSL
CAP
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FTTC
QAM
DMT
HFCoax
Switched Digital Video
HFCop
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Les technologies d ’accès
Vocabulaire • • • • • • • • • • •
ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line CAP: Carrierless Amplitude Modulation DMT: Discrete Multi-tone Modulation FTTC: Fiber to the Curb FTTH: Fiber to the Home HDSL: High-bit rate DSL HFCoax: Hybrid Fiber Coax HFCop: Hybrid Fiber Cop QAM: Quadrature Amplitude Modulation VDSL: Very-high bit ADSL SDV : Switched Digital Video
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xDSL : x Digital Subscriber Line • Haut débit sur paires téléphoniques en cuivre • Modem xDSL • Nombreuses technologies DSL – ADSL, SDSL, HDSL, VDSL, RADSL
• • • •
Accès simultané voix/données/image Liaison permanente Distances jusqu ’à 5,6km (ADSL), fct du débit Débit <8Mbps ADSL, <10 (ADSL2), <25 (ADSL2+) sur 2.5km • Faible coût ©2007 - Serge Fdida
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ADSL
Ethernet Modem ADSL
PC
Ligne téléphonique Filtre
Téléphone
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La boucle locale ADSL STB
ADSL F
DSLAM F
modem 1 STB
ADSL
F
Serveur
F
Réseau large bande
STB
ADSL F
DSLAM
Acquisition vidéo
Modem 34
ATM ou IP
F
modem 1 STB
ADSL
F
F
Modem 34
STB
DSLAM F
ADSL F
modem 1 STB
F
ADSL F
Modem 34
STB
DSLAM
PCS Contrôle ©2007 - Serge Fdida
F
ADSL F
modem 1 STB
F
ADSL F
Modem 34
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Accès Fibre dans la boucle (FITL)
SDV : Utilisation de commutateur Technologie ATM
Fibre Local Central
FTTC SDV Coax Maisons/Bureaux
Giga Ethernet (EFM)
Local Central
HFC Fibre
Coax
Maisons/Bureaux
Local Central
HFC : Protocole 802.14 Coax partagé en Freq. Div. Mux
FTTH
Maisons/Bureaux
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Fréquences Radio (RF) • Les ondes hertziennes terrestre • Fixes à Fréquence Radio • Mobiles – GSM/GPRS • Débits 9600bps à 40kbps
– UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) • début commerciaux en Europe en 2004!
• Les réseaux radio locaux – Wavelan 802.11, WIMAX 802.16 – Bluetooth 802.15 – UWB, ZigBee 802.15 ©2007 - Serge Fdida
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Bluetooth • PAN: personal area networking • 2.4 Ghz • Industrial support: Bluetooth sig – Ericsson, Nokia, IBM, Intel, etc.
• Caractéristiques : – – – – – ©2007 - Serge Fdida
Distances: 10m – 100m Bluetooth v1 Moins de 1 Mbit/s Bluetooth v2 3 Mbit/s Bluetooth v3 480 Mbit/s avec UWB Piconet (1 maître, 7 esclaves) 35
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Zigbee • ZigBee Alliance – Honeywell, Motorola, Mitsubishi, Philips, …
• Equipements légers, faible consommation d’énergie, faible quantité d’informations à émettre (exemple, capteurs) • Bande fréquence ISM (900Mhz, 2.4Ghz) • Distances < 20m mais extension « Mesh » (multi-saut). • Marché des capteurs, production, domotique ©2007 - Serge Fdida
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IEEE 802.11
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Réseaux Ethernet mobile •
IEEE 802.11b – 2 400 et 2 483,5 Mhz – 11 Mbit/s
•
IEEE 802.11a – HiperLAN 2 (MAC + ATM) from ETSI – 802.11a opère sur la bande des 5 Ghz – 802.11a propose 8 vitesses de 6 à 54 Mbit/s
• • • • • • • •
IEEE 802.11g, compatible avec b, 54Mbps IEEE 802.11e, QoS IEEE 802.11i, sécurité IEEE 802.11k, Radio Resource Measurement Enhancements IEEE 802.11r, fast roaming IEEE 802.11s, Wireless Mesh IEEE 802.11h, dynamic frequency selection IEEE 802.11n (100Mbps, en cours)
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38 ©2007 - Serge Fdida
Sécurité dans Wi-Fi • Accès au réseau – Service Set ID (SSID) : équivalent au nom de réseau – Access Control List (ACL) : basé sur les adresses MAC
• Wired Encryption Privacy (WEP) : Mécanisme de chiffrement basé sur le RC4 • Nouvelle sécurité: TKIP (Temporal Key Integrity Protocol (formerly WEP2) ), 802.1x et carte à puce • 802.11i, normalisé en juin 2004 – AES (Advanced Encryption Standard Protection)
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WIMAX IEEE 802.16 • Extension radio WAN • Worldwide interoperability for Microwave Access
• 4 normes 802.16 – – – –
802.16, 802.16a, 802.16-2004 (802.16), 802.16e. 50Mbps +10kms Essentiellement 2-11 Ghz
• Des solutions propriétaires : WiBro (Corée)
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802.16: WiMaX • base station (BS) – Connecté au réseau filaire – couverture: 50 km
• subscriber stations (SS) servie par une BS • 802.16d: SS fixe – Normalisé en 2004
SS SS
SS
BS
• 802.16e: SS mobile – Norme en cours
(ressemble à 802.11!)
• Intel: 802.16 est “the most important thing since the Internet itself" !!! ©2007 - Serge Fdida
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Satellites • • • • •
Infrastructure Nombreux projets Premières offres commerciales Trop et trop cher? Partenariats – satellites, télécom, électronique, services…
• Plusieurs orbites en fonction des objectifs – GEO (Géostationnaire, 36000km) – MEO (Orbite moyenne, 5000-12000km) – LEO (Orbite basse, 500-1500km) ©2007 - Serge Fdida
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42 ©2007 - Serge Fdida
Téléphonie Mobile • Génération 1
Millions abonnés
1400
– Radiocom 2000
1200
• Génération 2
1000
– GSM (1992) – GSM + WAP (2000) – GPRS + WAP (2002)
800 600 400
• Génération 3
200
– UMTS (2004)
0
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02
01
20
00
20
99
20
98
19
97
19
19
19
96
• Génération 4 – HSDPA (2007) 43
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GSM : Système de communication radio mobile • Groupe Special Mobile : 1982 • Global System for Mobile Communications : 1992 • 900Mhz, 1800Mhz, 1900Mhz • Services de seconde génération – – – – – ©2007 - Serge Fdida
Voix (circuit) Data (basse vitesse < 9.6kbps, circuit) Facsimile SMS (Short Message Service, paquet) Roaming International 44
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Evolutions • GPRS – Passe de circuit GSM à paquet+circuit – Multi-slots : 8 slots – Dessert moins d’utilisateurs – Paquet, accès IP – Débit théorique 170kbps – Débit effectif de 20 à 40 kbps – Contraintes sur les terminaux ©2007 - Serge Fdida
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45 ©2007 - Serge Fdida
3ème génération • UMTS – Universal Mobile Telecommunication System – Intégration fixe-mobile
• Haut débit – Exterieur rural: 144kbps, 500km/h – Exterieur sub-urbain : 384kbps, 120km/h – Exterieur faible, intérieur : 2Mbps, 10km/h
• QoS • Terminaux variés • EGDE (Enhanced Data Rate for GSM), solution intermédiaire – jusqu’à 384kbps, peu de modifications vs GPRS • HSDPA ©2007 - Serge Fdida
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46 ©2007 - Serge Fdida
Accès dans les réseaux locaux : le câblage • Le réseau départemental et l'irrigation capillaire ROCADE
Equipement réseau
Cordon de brassage
<90m <100m
Prise RJ/45 Câble de distribution Station
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47 ©2007 - Serge Fdida
Architecture
Relai
RLC
RLC
Relai
RLC
RLC
Relai
RLE
• Distribuée / Effondrée
RLC
RLC
Routeur/Commutateur
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RLC: Réseau Local Capillaire RLE : Réseau Local d’Entreprise
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48 ©2007 - Serge Fdida
Plan
• • • • • •
Problématique Les réseaux d ’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Conclusion Bibliographie & Glossaire
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49 ©2007 - Serge Fdida
Architecture en couches
Chaque couche - définit un service - Implémente un ou plusieurs protocoles - communication homologue
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application transport réseau link physical application transport réseau link physical
réseau link physical
application transport réseau link physical
application transport réseau link physical 50
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Le cœur du réseau
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51 ©2007 - Serge Fdida
Le Table-Look-up
Y
X
Paquet/Trame A
Commutateur/Routeur
B
en-tête
AX
BY IP : X=Y ATM, X25 : X≠Y
Table ©2007 - Serge Fdida
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Adresses MAC et IP
Adresse Datagramme Source, Destination
Adresse Trame Source, Destination
Adresse MAC R
Adresse MAC E
Adresse IP E
Adresse IP R
IP payload
datagramme Trame
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53 ©2007 - Serge Fdida
Commutation de Trames
Ethernet Frame Relay Niveau 2
@ MAC/DLCI
Niveau 1
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54 ©2007 - Serge Fdida
Routage pur
Niveau 3
@IP
Niveau 2
Niveau 1
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55 ©2007 - Serge Fdida
Taille de la table de routage
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Source: http://www.telstra.net/ops
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56 ©2007 - Serge Fdida
Commutateur/Routeur de Label (LSR)
@IP
Niveau 3
Niveau 2 Shim label
@MAC @ ATM, etc. Label Swapping
Niveau 1
+Label Distribution ©2007 - Serge Fdida
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57 ©2007 - Serge Fdida
Exemple Label Switching
L2/B A/L1/X
Router
Site B Site A Router
X
L1/L2/Y Y Router
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58 ©2007 - Serge Fdida
Commutation et routage Switching & Routing
Layer 2 Switching
Layer 3 Switching
Layer 3 to Layer 2 mapping
IP switching
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Tag Switching
Label switching
Route Server
MPOA NHRP
Layer 3 Routing
Layer 4 Switching
MPLS
Content Switching Content Routing 59
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Content Routing • Modèle de type « publish-subscribe » • Routage et adressage dépendent du contenu • Service Oriented Architecture – SOA • Services Web XML • Exemple : XML routing network – http://www.sarvega.com/
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60 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux “Overlays” • Ne pas intervenir dans le coeur de réseau • Introduire des services en superposant une infrastructure “managée” – Qualité de service – Multicast – Applications
• Exemple CDN : Content Distribution Networks – Akamai
• Problèmes de “peering” – Interconnexion de ces réseaux
• Analogie avec les applications P2P – Structuré (CDN) vs non-structuré (P2P)
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61 ©2007 - Serge Fdida
Overlays Overlay
Réseau(x) d’infrastructure(x) ©2007 - Serge Fdida
Steve McCanne
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62 ©2007 - Serge Fdida
Technologies de transmission • • • • • •
Sonet/SDH WDM Réseaux locaux Frame Relay ATM MPLS
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63 ©2007 - Serge Fdida
WDM - Wavelenght Division Multiplexing • Multiplexage en longueur d’ondes • Transmission optique haute vitesse (+Thz) • Plusieurs paquets en parallèle sur différentes longueurs d’onde, sur la même fibre • Réseaux à diffusion et sélection – diffusion d’un signal émis vers toutes les stations
• Réseaux à routage ou commutation en longueur d’onde – ré-utilisation des longueurs d ’onde dans le réseau ©2007 - Serge Fdida
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64 ©2007 - Serge Fdida
Niveau Physique PDH et SDH • Hiérarchie PDH • Plesiochronous Digital Hierarchy • Europe – E1=2Mbps, E2=8 Mbps, E3=34Mbps, E4=140Mbps, E5=565Mbps
• Hierarchie Sonet et SDH • • • • • • • ©2007 - Serge Fdida
SONET Synchonous Optical Network Compromis UIT entre USA/EU/Japon Niveau de base STS-1 = 51.84Mbps STS-N = N * STS-1 SDH Synchonous Digital Hierarchy UIT G707, G708, G709 155.622Mbps et 2488 Mbps de Sonet 65
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SONET 90 octets
octet octet octet
87 octets
9 rangées
STS-1 octets de contrôle
N x 90 octets
octet octet octet
87 octets
9 rangées
3 octets octets de contrôle
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STS-N 66
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SONET
• • • • • • • •
OC-1 OC-3 OC-9 OC-12 OC-18 OC-24 OC-36 OC-48
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51,84 Mbit/s 155,52 Mbit/s 466,56 Mbit/s 622,08 Mbit/s 933,12 Mbit/s 1 244,16 Mbit/s 1 866,24 Mbit/s 2 488,32 Mbit/s 67
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Solutions Ethernet • • • • • • • •
Ethernet 10 Base 5, 10 Base 2, ... Ethernet 10 Base T (la paire torsadée) Ethernet 100Mb/s: Ethernet commuté (un mode performant) Ethernet Gigabit (haut-débit et QoS) Ethernet 10xGBE (Ethernet 10 Gbps, LAN/MAN) Ethernet Radio 802.11b évolutions a/g/e … Ethernet First Mile (802.3ah)
• Quels usages? – Accès (10-100) – Fédérateur (100-1000) – MAN (10.000+) ©2007 - Serge Fdida
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68 ©2007 - Serge Fdida
Gigabit Ethernet • Construire sur Ethernet... – GEA: Gigabit Eternet Alliance (+100 membres)
• Et ... – – – – – – ©2007 - Serge Fdida
MAC modifié en mode Partagé Fibre optique (MM=550m, SM=3km) Coaxial=25m UTP5: 100m normalisé été 99 Qualité de service Contrôle de congestion 69
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Les Interfaces Physiques de base
1000BaseT codage/décodage
Codage 8B/10B
1000BaseCX STP
Shielded Copper 25m
1000BaseLX 1300nm Optique
SMF 3km
100BaseSX 850nm Optique
MMF 50µm 550m
MMF 50µm 550m
MMF 62.5µm 220/275m
1000BaseT 4 paires UTP
Cat5 UTP 100m
D’autres interfaces sont maintenant disponibles ©2007 - Serge Fdida
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70 ©2007 - Serge Fdida
Migration Gigabit Ethernet 1 Gbps
Gigabit Switch
Gigabit Switch 100/1000Mbps 1 Gbps
10Mbps Switch
100Mbps Switch
Serveurs
Serveurs
10Mbps
Station Réseau Ethernet Départemental Station
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Ethernet Gigabit Framing • • • •
Support de trame Ethernet sur de longues distances Spécification IEEE 10xGbE 802.3ae Coarse WDM LAN PHY (10GBase-) and WAN PHY (Sonet OC192, 10GBase-W) • distance inter-répéteurs 10/40km – Coût par port de l’ordre de 39k$ alors qu’il est de 1k$ pour le GigaEthernet – Comparaison vs Aggregation de 8 Ethernet Gigabit avec le protocole 802.3ad – Coûts plus faibles qu’avec SDH/Sonet – un réseau OC48 SDH/Sonet coûte 4/5000$ par km/an – un réseau “Optical Internet” coûte 500-750$ par km et par an ©2007 - Serge Fdida
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72 ©2007 - Serge Fdida
Resilient Packet Ring 802.17 • Applications – ISP Intra-POP LANs – Inter-POP MANs et WANs – MANs
• • • • • • •
Haut débit, Anneau Transport de trames 802.3 Protection & restauration rapide Exploitation des anneaux optiques Anneau optique résilient optimisé pour le trafic IP Possibilité de restauration au niveau 3 « Compétition » avec SONET
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73 ©2007 - Serge Fdida
Ethernet First Mile 802.3ah • Ethernet pour la boucle locale • Trois topologies & niveaux physiques – Point-à-point, PT, 10Mb/s, 750m – Point-à-point, FO, 1Gb/s, 10km – Point-à-multipoint, FO, 1Gb/s, 10km
• Procédures d’administration et de maintenance – Indication de panne – Monitoring
• Application – Boucle locale – Câblage bâtiment ©2007 - Serge Fdida
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74 ©2007 - Serge Fdida
QoS Réseaux locaux • 802.1p/Q: Virtual Bridged Lan – Tagging des trames – Expedited Traffic Capability (8 classes) – Une correspondance est réalisée pour associer la priorité de l’utilisateur et la classe de trafic – QoS pour trafic prioritaire ou multimédia – Association possible à RSVP • 802.3x: Full-Duplex/Flow control – Mécanismes de seuils et Xon/Xoff ©2007 - Serge Fdida
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Electricité sur Ethernet : 802.3 af
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QoS Réseaux locaux • 802.1p/Q: Virtual Bridged Lan – Tagging des trames – Expedited Traffic Capability (8 classes) – Une correspondance est réalisée pour associer la priorité de l’utilisateur et la classe de trafic – QoS pour trafic prioritaire ou multimédia – Association possible à RSVP • 802.3x: Full-Duplex/Flow control – Mécanismes de seuils et Xon/Xoff ©2007 - Serge Fdida
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77 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux Virtuels • Séparation des réseaux physiques et logiques • Utiliser à la place des routeurs effondrés de backbone • Nouveaux chiffres: – rapport 80/20 entre local/distant du trafic – e-mail, groupware, intra/internet
• Quels critères – – – –
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port adresse MAC adresse IP autres protocoles IP, IPX, Netbios, ...
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78 ©2007 - Serge Fdida
Les réseaux virtuels
RLE
Relai
Relai
RLC
RLC
RLC
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Relai
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79 ©2007 - Serge Fdida
Les réseaux virtuels • Définition – domaine de diffusion limité – toute station du réseau peut appartenir à un VLAN quelque soit sa localisation physique – un VLAN représente des « mécanismes » qui assurent la diffusion sélective des informations
• Solution pour – contenir le trafic de diffusion pour réduire la dépendance aux routeurs (« broadcast storms ») – réduction dans les coûts d ’évolution du réseau ©2007 - Serge Fdida
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80 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux Virtuels (ports physiques)
VLAN 1: #1,3 STATION A
VLAN 2: # 2,4,5
STATION D
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STATION B
1 5
STATION C
2
3
4
Switch A
STATION F
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81 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux Virtuels (adresses MAC)
STATION A
STATION B
STATION C
VLAN 1 Switch A
STATION D
VLAN 2 STATION F3
Switch B
STATION F1 STATION F2
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82 ©2007 - Serge Fdida
Trame Ethernet Octets
6
6
DA
24
SA L/ T
46-1500
DATA
4
FCS
24
OUI Device Id
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2
OUI: Organization Unique Id
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Ethernet Trame VLAN Octets
6
DA
Nouveau Champs
6
2
46-1500
SA L/ T
2
DATA
4
FCS
2
New Priority E/T VLAN
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84 ©2007 - Serge Fdida
Comparaison des solutions
Solutions Débit UTP5 UTP3 Data MM Ct/10BT Norme 10BaseT 10Mb/s Token-Ring 4-16 HSTR 100 FDDI 100 TPDDI 100 100BaseT 100 Switch Eth. 10/100 Switch Eth. 1000 ATM 155 Wavelan 11Mbps
100m 40-100 100 Non 100m 100 100 Non 100 -
100m 40 Non Non Non 100 100 Non Non -
Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui Oui
Non Limité Non Sync. Sync. Non Non Non Oui Non
MM= "Multimédia", i.e. certaines propriétés temporelles
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1 2 4 10 7 1. + 1.5/3 10 15 4+
802.3 802.5 802.5 ISO 9314 ANSI 802.3 802.3z IUT, ATMF IEEE 85
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L ’ATM • • • • • •
Technologie Télécom Mode connecté Commutation de cellules Etiquettes de flots VPI/VCI Hard State Signalisation de la QoS à l’établissemement du circuit • Routage PNNI • QoS signalée par VC ©2007 - Serge Fdida
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86 ©2007 - Serge Fdida
ATM • Objectifs – Technique de transfert unique – Simplicité du circuit • paquet de longueur fixe • pas de contrôle de flux, ni d'erreur • délais bornés
– Souplesse du paquet • allocation dynamique à la demande • débits variables ©2007 - Serge Fdida
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87 ©2007 - Serge Fdida
Cellule ATM • Transport des cellules • traitement de l'En-tête • translation VPI/VCI • Multiplexage / démultiplexage
• Cellule à l'interface UNI (usager)
VPI Virtual Path Identifier 8bits VCI Virtual Channel Identifier
VPI 4bits VCI
VCI 4bits
Payload Type 3bits
CLP 1bit
HEC (Header Error Check
Cell Payload (Information) 48octets
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88 ©2007 - Serge Fdida
Canaux et Chemins Virtuels • VPI et VCI Acheminement par voie logique Etiquette propre à un multiplex Itinéraire marqué dans les nœuds de commutation Les valeurs du couple (VP;VC) peuvent changer pendant la traversée du réseau
• VP (Virtual Path) Identifie un ensemble de VC qui peuvent être "commutés" globalement: VPI=2E16 VCI
• VC (Virtual Connection) Identifie un canal spécifique dans un VP ©2007 - Serge Fdida
VC VP Couche Physique
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89 ©2007 - Serge Fdida
Acheminement 9I
T
9 5F
8/T
I
9/D
8A
D
5/X
A 8
F 5
•Mode connecté •Conservation de l'ordre •Simplification de la gestion du trafic •Rapide (Table-Lookup) •Insertion des cellules dans le multiplex •Adaptation de débit par utilisation de cellules vide ©2007 - Serge Fdida
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90 ©2007 - Serge Fdida
Catégories de Service
• CBR: Constant Bit Rate • PCR, CTD, CDV, CLR
• VBR: Variable Bit Rate • RT-VBR: PCR, CTD, CDV, CLR, SCR • NRT-VBR: PCR, CLR, SCR
• ABR: Available Bit Rate
PCR: Peak Cell Rate MCR: Min Cell Rate SCR: Sustainable Cell Rate CDV: Cell Delay Variation CTD: Cell Transfer Delay CLR: Cell Loss Ratio
• PCR, MCR
• UBR: Unspecified Bit Rate Ces garanties ne sont valides que si le trafic est déclaré conforme ©2007 - Serge Fdida
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91 ©2007 - Serge Fdida
La solution MPLS • • • • • • • • •
Développée à l ’IETF Principe de commutation IP Utilisation de Labels Classes d équivalences de trafic (FEC) Protocole LDP (Label Distribution Protocol) Label Swapping Principe des routes explicites RSVP, CRP, BGP, … Une solution pour la maîtrise du trafic
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92 ©2007 - Serge Fdida
MPLS • Multi Protocol Label Switching • Réduire la complexité du réseau • LER: Label Edge Routeur – Classification des paquets entrants – Applique le label de sortie approprié et forward
• LSR: Label Switch Router – Table look-up (label) – Label swapping – Forward le paquet
• LER: Routeur de sortie du domaine MPLS – Pop du label – Forward comme un paquet normal ©2007 - Serge Fdida
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93 ©2007 - Serge Fdida
Label Switching Example (Cont.)
Local Remote Address Label Label Prefix Interface
x
3
128.89.10
1
x
4
171.69
1
Local Remote Address Label Label Prefix Interface
3
5
128.89.10
0
4
7
171.69
1
...
...
128.89.10 0
1 171.69.12.1 data
1
4
7
171.69.12.1 data
171.69.12.1 data
171.69 ‘Edge’ Label Router réalise Longest Match, Ajouter Label
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Label Routers suivant Achemine uniquement sur le Label
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94 ©2007 - Serge Fdida
Exemple de routage IP : “The Fish” R8 R3 R4 R2
R5
R1 R6
R7
IP utilise princip. princip. un routage basé basé sur l’adresse du destinataire Les flots de R8 et R1 se mélangent en R2 et sont Indistinguables Depuis R2, le traffic vers R3, R4, R5 utilise la route Nord Le chemin Sud est soussous-utilisé utilisé ©2007 - Serge Fdida 6
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95 ©2007 - Serge Fdida
Le tunnel MPLS R8 R3 R4 R2
R5
R1 R6
R7
Les Labels, peuvent être utilisés pour établir des CV basés sur des propriétés de QoS (comme pour ATM) Route normale: R1->R2->R3->R4->R5 Tunnel MPLS: R1->R2->R6->R7->R4 ©2007 - Serge Fdida 6
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96 ©2007 - Serge Fdida
Equipements de commutation de label Label Switching Routers (LSRs) (ATM Switch or Router)
Label Edge Routers
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97 ©2007 - Serge Fdida
Exemple de commutation de label Destination-Based Routing Module Address Prefix Interface
Address Prefix Interface
128.89.10
1
128.89.10
0
171.69
1
171.69
1
...
IGP
128.89.10
...
i/f 0 i/f 1 i/f 1
Informer l’accessibilité de 128.89.10 et 171.69
Informer l’accessibilité de 128.89.10
171.69
Informer l’accessibilité de 171.69 ©2007 - Serge Fdida 10
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98 ©2007 - Serge Fdida
Routeurs Giga & Terabits • Accélérer les routeurs • Opérations principales – Packet Look-up – Classification • Où envoi t on un paquet ensuite?
• Architectures des commutateurs • Performances requises – OC192 (10gig), Pkt size = 40B, 31.25 Mpps ©2007 - Serge Fdida
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99 ©2007 - Serge Fdida
Plan
• • • • • • •
Introduction Les réseaux d’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Les réseaux sans-fils et la mobilité Conclusion Bibliographie
©2007 - Serge Fdida
100
100 ©2007 - Serge Fdida
Bilan « Internet » • Réel succès • Principes fondateurs ont résisté à: – L’émergence de nouvelles technologies – Une évolution certaine de la demande – L’usage généralisé de l’Internet
• « Population » du réseau dans plusieurs dimensions … ©2007 - Serge Fdida
101
101 ©2007 - Serge Fdida
« Population » du réseau • Incroyable expansion en taille: – de 4 à – plusieurs millions de noeuds
©2007 - Serge Fdida
102
102 ©2007 - Serge Fdida
« Population » variée de protocoles
• Pour tout faire! FTP ARP
BGP
IPv6
IP OSPF SDP
FTP RIP
CIDR
RSVP ©2007 - Serge Fdida
DNS UDP
TCP
PIM
SSL X509
MPLS HTTP
ICMP
XML
L2TP MIME
S-HTTP
SIP
BOOTP NAT MLD
IPSec
IPMulticast
LDAP
NTP RTSP
DHCP HTTP
UUCP
SNTP RTP
TLS
IGMP 103
103 ©2007 - Serge Fdida
Les technologies
• Apparition de nouvelles technologies – LANs, ISDN, FR, ATM, CDN, Overlays, Wireless, VoIP, MPLS, WIFI, Bluetooth, …
©2007 - Serge Fdida
104
104 ©2007 - Serge Fdida
Mais … quelques difficultés • … QoS, Multicast, Réseaux actifs, Constellations … • Attention : – Succès industriel ≠ Impact scientifique
• Contraintes fortes de diffusion : – Administration – Economie – Continuité ©2007 - Serge Fdida
105
105 ©2007 - Serge Fdida
Une vue de l’Internet • Organisation distribuée (réseau des réseaux) • Protocoles – TCP, FTP, HTTP, SMTP, etc…
routeur serveur
station mobile
ISP local
• Services – Messagerie, Web, transfert de fichiers, etc…
ISP régional
• Normes – IETF – RFC: Request for Comments ©2007 - Serge Fdida
Réseau d’entreprise 106
106 ©2007 - Serge Fdida
Le niveau transport • TCP – Fiabilité – Contrôles d'erreur, de flux, d'ordre
• UDP – Vérification des erreurs
• Autres protocoles – Applications spécifiques (haut débit)
©2007 - Serge Fdida
107
107 ©2007 - Serge Fdida
Une application : Le Web • Mode client-serveur • Accès à des pages d’informations identifiées par des URL • Protocole HTTP • Langage HTML
©2007 - Serge Fdida
1
2
1- requête 2- page
108
108 ©2007 - Serge Fdida
L'architecture « complète » FTP, SMTP, Telnet, DNS, HTTP, etc.
Applications coopératives (multicast, multimedia, etc.)
TCP
Applications de gestion (routage)
Client Serveur (NFS)
Applications dérivées de l’ISO (SNMP, LDAP)
ISO
Représentation des données
RTP/RTCP UDP
RSVP
ICMP/IGMP
DHCP
Protocole IP Ethernet
Token Ring
PPP, SLIP ©2007 - Serge Fdida
Sécurité ... Mobilité
Autres Réseaux m
FR, ATM
X25
FDDI 109
109 ©2007 - Serge Fdida
DiffServ Working Group • Objectif: – Définition du comportement du routeur ("Per Hop Behavior") selon le motif du "DS Byte" • Afin qu' un réseau soit capable de délivrer, à la demande, une QOS pour un flux marqué par le "DS Byte"
• Caractéristiques: – – – –
Pas de signalisation échangée Pas de réservation Pas de contrôle de congestion concerté Services simples à comprendre (marketing) et à mettre en œuvre (déploiement) – Codage sur 8 bits
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110
110 ©2007 - Serge Fdida
Modèle DiffServ • Contrat de service avec un « Bandwidth Manager » (ou un administrateur) • Profil de trafic contrôlé à l’accès – Classification – Conditionnement
• Décisions de « forwarding » prises sur les bits DiffServ • Agrégation des flots dans le core • Différentiation suivant le principe du « PerHop-Bahavior » ©2007 - Serge Fdida
111
111 ©2007 - Serge Fdida
IP et QoS: approche applicative • Hypothèse – Les applications vivent avec un réseau sur lequel aucune modification n’est possible
• Adaptation – Modification du comportement des applications en fonction du comportement du réseau (exemple, modification des codages) – L’application est en prise la plus directe possible avec le réseau: RTP – Besoin d’un mécanisme d’observation: RTCP ©2007 - Serge Fdida
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112 ©2007 - Serge Fdida
Histoire d'IPv6 • 1992: début des travaux a l’IETF – évolution du protocole?
• • • • • •
1994: décision IPv6 1995: premières piles IPv6 1996: création du 6-bone 1997: premiers produits industriels 1998: déploiements expérimentaux 2001: déploiements commerciaux ?
Pointeurs IPv6: www.infres.enst.fr/~dax/guides/ipv6
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113 ©2007 - Serge Fdida
Caractéristiques d'IPv6 – Adresses Passage de 32 à 128 bits Unicast, multicast, Anycast
– Nouveau format de datagramme – Allocation de ressources Flow spec + RSVP?
– Support du multicast – Support de la mobilité – Support de la sécurité IPSEC – Support de l ’autoconfiguration
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114 ©2007 - Serge Fdida
Synthèse LAN ACCES FRONTIERE
IP/Ethernet Sans fils, WiFi UTP, Fibre optique Routeurs, LSR
COEUR ATM, Giga Ethernet Commutation IP
©2007 - Serge Fdida
115
115 ©2007 - Serge Fdida
Synthèse WAN ACCES FRONTIERE
IP/Ethernet xDSL, Radio WiMax Câble, satellites Giga Routeurs, LSR
COEUR Frame Relay ATM, Giga Ethernet SDH WDM
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116 ©2007 - Serge Fdida
Plan
• • • • • • •
Introduction Les réseaux d’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Les réseaux sans-fils et la mobilité Conclusion Bibliographie
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117 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux sans fils, mobilité et nomadisme
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118 ©2007 - Serge Fdida
La tendance est au sans-fil Mobile PC Units (M)
60
Croissance annuelle moyenne = 15%
90%
50 40
60% 30 20
PC mobiles équipé quipés en “sans fil” fil”
30%
10
0% 0
2002
2001 2002 2003 2004 2005 2006 Source: Gartner 6/02
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2003
2004 Source: IDC 8/02
Source: IDC 6/02
119
119 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux sans fil
WRAN IEEE 802.22 IEEE 802.16
WMAN
IEEE 802.11
WLAN
IEEE 802.15
WPAN
HiperRAN HiperMAN GSM GPRS HiperLAN Edge HiperPAN UMTS
IEEE 802.21 ©2007 - Serge Fdida
120
120 ©2007 - Serge Fdida
Les catégories de réseaux
LAN WLAN
PAN WPAN
1m
• • • • ©2007 - Serge Fdida
10 m
WPAN Network WLAN WMAN Network WRAN Network
100 m
MAN WMAN
1 km
10 km
RAN WRAN
100 km
Wireless Personal Area Wireless Local Area Network Wireless Metropolitan Area Wireless Regional Area 121
121 ©2007 - Serge Fdida
Mobilité et débit Mobilité Satellite
RAN
IEEE 802.22 IEEE 802.16
MAN IEEE 802.16e LAN
PAN
UMTS
GSM
ZigBee 10kbit/s
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IEEE 802.11
DECT
Bluetooth
IEEE 802.15
500kbit/s 2Mbit/s 10Mbit/s
UWB 150Mbit/s
Débit
122
122 ©2007 - Serge Fdida
5
Débit Débit par utilisateur 1 Gbit/s
100 Mbit/s
2008 10 Mbit/s
1 Mbit/s
2004 2000
WPAN
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WLAN
WMAN
WRAN
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123 ©2007 - Serge Fdida
Mobilité/nomadisme
Cellule Cellule
Cellule Changement intercellulaire Handover-handoff
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124 ©2007 - Serge Fdida
Composants d’une architecture cellulaire MSC cellule couvre une région géographique base station (BS) analogue à 802.11 AP
connecte la cellule au réseau gère les appels gère la mobilité
mobile users
Mobile Switching Center
raccorder au réseau par la BS
air-interface:
protocoles de niveau physique et liaison entre mobile et BS
Réseau Téléphonique Et Internet
Mobile Switching Center
Réseau filaire ©2007 - Serge Fdida
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125 ©2007 - Serge Fdida
Architecture cellulaire
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126
126 ©2007 - Serge Fdida
Localisation
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127 ©2007 - Serge Fdida
Méthode d’accès code code
temps
fréquence
temps
code fréquence
FDMA
TDMA
temps fréquence
CDMA ©2007 - Serge Fdida
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128 ©2007 - Serge Fdida
IEEE 802.11 • Couche Physique – – – –
802.11b (1999) - Vitesse jusqu’à 11 Mbit/s (bande ISM) 802.11a (2001) - Vitesse jusqu’à 54 Mbit/s (bande UNII) 802.11g (2003) - Vitesse jusqu’à 54 Mbit/s (bande ISM) 802.11n (2005/2006) - Vitesse jusqu’à 320 Mbit/s
• Couche Liaison de données – 802.11e (2004) - Qualité de service – 802.11i (2004) - Amélioration de la sécurité – 802.11f (2004) – Gestion des handovers
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802.16: WiMaX • base station (BS) – Connectée au réseau filaire – Couverture: 50 km
• subscriber stations (SS) service par la BS • 802.16d: SS fixe – Normalisation 2004
SS SS
SS
BS
• 802.16e: SS mobile – draft standard
(ressemble à 802.11!)
• Intel: 802.16 : “the most important thing since the Internet itself" ©2007 - Serge Fdida
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Réseaux ad hoc
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Capteurs
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132 ©2007 - Serge Fdida
Plan
• • • • • • •
Introduction Les réseaux d’accès Les technologies pour le cœur du réseau Internet et ses évolutions Les réseaux sans-fils et la mobilité Conclusion Bibliographie
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133 ©2007 - Serge Fdida
Conclusion • Evolution permanente des applications – Impact sur les réseaux – Besoin d’une approche « fonctionnelle » s’appuyant sur la technologie
• Technologies réseau – – – –
Boucle locale Architectures telecom Ethernet et IP Haut Débit, QoS, Mobilité
• Convergence fixe, mobile – Autonomic Communications – Multimédia ©2007 - Serge Fdida
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134 ©2007 - Serge Fdida
Monitoring
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135 ©2007 - Serge Fdida
Monitoring : Exemples
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136 ©2007 - Serge Fdida
Traffic Shaping • Accès WAN à 2Mbits • 2 flux important identifiés : – FTP : Téléchargement hautement prioritaire – SMB: Système de fichier distribué – important mais moins prioritaire
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Anarchie = aucune maîtrise des flux
Réservation de BW : •¼ pour le SMB •¾ pour le FTP
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137 ©2007 - Serge Fdida
Evolution Data
IP
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Voix Data
ATM
Data
FR
Voix
Circuit
SDH
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138 ©2007 - Serge Fdida
Evolution
Data
IP WDM
Voix Data (FR, ATM, …)
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ATM/SDH
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139 ©2007 - Serge Fdida
Evolution
Voix
LSR (IP)
WDM
Data (FR, ATM, …)
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140 ©2007 - Serge Fdida
Réseaux « Ambiants »
Pas de point de contrôle central Mobilité Equipement = routeur Pas
Pico-cellule
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141 ©2007 - Serge Fdida
Confiance & Sécurité • • • •
« Cybertrust » « Critical Infrastructure » Sécurité des systèmes d’informations Sécurité des technologies
• Régulation de l’Internet
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142 ©2007 - Serge Fdida
Bibliographie
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Bibliographie •Ouvrages généraux Analyse structurée des réseaux James Kurose, Keith Ross Pearson Education, 2005 Réseaux Andrew Tanenbaum Pearson Education, 2003 Les Réseaux Guy Pujolle Eyrolles, 2005 Des Autoroutes de l’Information au Cyberespace Serge Fdida Collection Dominos, Flammarion, 1997 ©2007 - Serge Fdida
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144 ©2007 - Serge Fdida
Bibliographie Boucles d’accès haut débit M. Gagnaire, Dunod Informatique 2001 Asynchronous Transfert Mode Martin de Prycker Ellis Horwood, 1996 TCP/IP and Linux Protocol Implementation Jon Crowcroft, Iain Phillips Wiley 2001
TCP/IP Illustré Richard Stevens Vuibert, 1994 (nouvelle édition 2005) Routage dans l’Internet Christian Huitema Eyrolles, 2005 Virtual LANs Marina Smith Mc Graw Hill, 1997
Pratique des Réseaux d’Entreprise Jean-Luc Montagnier Eyrolles, 1998
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Bibliographie • • • • • • • • • •
Internetworking With TCP/IP Volume 1: Principles Protocols, and Architecture, 4th edition, 2000, Douglas Comer, Prentice Hall Http://www.ietf.org Http://www.3gpp.org http://www.ietf.org Les réseaux de mobiles et les réseaux sans fil, K. Al Agha, G. Pujolle, G. Vivier, Eyrolles The GSM System for Mobile Communications, M. Mouly, M.B. Pautet, Cell & sys Wireless Personal Communications Systems, D. J. Goodman, AddisonWesley Mobile Cellular Telecommunications, W. C. Y. Lee, McGraw-Hill Mobile IP, C. Perkins, Addison-Wesley WCDMA for UMTS: Radio Access for Third Generation Mobile Communication, Harri Holma, Antti Toskala, WILEY
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Bibliographie Normes The IEEE's Landmark Standards on Local Area Networks 802.2/3/4/5, etc. Publié par IEEE, distribué par J. Wiley Normes IEEE http://www.ieee.org/ Normes OSI http://www.iso.ch/iso/en/ISOOnline.openerpage Normes ITU http://www.itu.int/home/index.html Normes ATM Forum http://www.atmforum.com/ ©2007 - Serge Fdida
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Bibliographie
–Revues IEEE Communication Magazine (mensuel) IEEE Network (mensuel) IEEE Wireless (mensuel) Web:
IEEE: http://www.ieee.org/ ACM: http://www.acm.org/ ©2007 - Serge Fdida
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Bibliographie • Quelques pages web – ATM forum: http://www.atmforum.com – IETF : http://www.ietf.org – Internet Society : http://info.isoc.org – RFC Internet:http://ds.internic.net/ds/dspg1intdoc.html
– ITU: http://www.itu.ch – Ethernet: http://wwwhost.ots.utexas.edu/ethernet/ – Frame Relay Forum: http://www.frforum.com ©2007 - Serge Fdida
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Glossaire • Nombreux glossaires dans les livres ou sur le Net: • http://www.learnthenet.com/french/gloss ary/glossary.htm • http://www.autoroute.gouv.qc.ca/loi_en_ ligne/glossaire/index.html#I
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Glossaire • Nombreux glossaires dans les livres ou sur le Net: • http://www.learnthenet.com/french/gloss ary/glossary.htm • http://www.autoroute.gouv.qc.ca/loi_en_ ligne/glossaire/index.html#I
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