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L’OSI de l’ISO - v1.0
Le mod`ele OSI de l’ISO Nicolas Delestre
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Plan. . .
3 1
Couche 1 Rappels Transmission Multiplexage Quelques supports
2
Couche 2 Trames Correction et d´etection d’erreurs
4 5 6 7
Couche 3 Adressage / nommage Routage Contrˆ ole de flux MTU Couche 4 Couche 5 Couche 6 Couche 7
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Couche 1 - Couche Physique. . .
D´efinition “La couche physique fournit les moyens m´ecaniques ´electriques, fonctionnels et proc´eduraux n´ecessaires `a l’activation, au maintien et `a la d´esactivation des connexions physiques destin´ees `a la transmission de bits entre deux entit´es de liaison de donn´ees.” [2]
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Rappels. . .
Codages binaires Information transform´ee en suite de 0 et de 1 (bit) Morse : 1 `a 8 bits ASCII : 7 bits ⇒ 128 caract`eres EBCDIC : 8 bits ⇒ 256 caract`eres
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M´ethode de transmission. . .
Transmission en s´erie les bits sont envoy´es les uns apr`es les autres sur le support Transmission en parall`ele on utilise un support par bit (n supports pour n bits) Vitesse de transmission Nombre de bits par seconde (bauds)
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Mode de transmission. . .
Transmission synchrone ´ Emetteur et r´ecepteur se mettent d’accord sur un intervalle de temps. Les bits sont envoy´es `a la suite, et c’est l’intervalle de temps qui d´etermine le d´ebut du caract`ere Transmission asynchrone Chaque caract`ere est encadr´e par un signal de d´ebut et un signal de fin
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Sens de transmission. . . Simplex
Émetteur
Récepteur
Half-duplex
Émetteur
Récepteur
Récepteur
Émetteur
Full-duplex
Émetteur Récepteur
Récepteur Émetteur
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Transmission en bande de base. . . Code du tout ou rien
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Code non retour `a z´ero
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Transmission en bande de base. . . Code bipolaire
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Code bipolaire haute densit´e
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Transmission modul´ee. . . Modulation en phase
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Modulation en amplitude
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Transmission modul´ee. . .
Modulation en fr´equence
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Multiplexage. . .
“Consiste `a faire transiter sur une mˆeme ligne de liaison (nomm´ee voie haute vitesse) des communications provenant de plusieurs lignes de liaison (nomm´ee voie basse vitesse)”
voies BV
voies BV
MUX
voie HV
DEMUX
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Multiplexage. . . Multiplexage fr´equentiel “Consiste `a affecter `a chaque voie BV une bande passante particuli`ere sur la voie HV” Multiplexage temporel “Partage dans le temps l’utilisation de la voie HV en attribuant successivement aux diff´erents voies BV, mˆeme si celles-ci n’ont rien `a ´emettre” Multiplexage statistique “Idem pr´ec´edent mais seulement pour les voies BV qui ont quelque chose `a ´emettre”
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Les supports de transmission. . . La paire torsad´ee Connecteur : Type RJ 45 Longueur : 100 m Vitesse : jusqu’`a 1Gbits/s
Le cable coaxial Connecteur : BNC Longueur : plusieurs centaines de m`etre (environnement perturb´e) Vitesse : 100 Mbits/s
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Les supports de transmission. . . La fibre optique Connecteur : LED et photodiode Longueur : plusieurs centaines de kilom`etres Vitesse : plusieurs Gbits/s Onde hertzienne Connecteur : Antenne Longueur : plusieurs m`etres (bluetooth) `a plusieurs milliers de kilom`etres (satellite) Vitesse : Varie suivant la technologie
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Couche 2 - Couche liaison. . . D´efinition “La couche liaison g`ere le transfert entre ordinateurs des s´equences de bits constituant les donn´ees, les trames. Ces unit´es de transmission sont constitu´ees `a partir du d´ecoupage fait sur les paquets de la couche sup´erieure. Cette couche 2 assure particuli`erement la d´etection (et si possible la correction) des erreurs de transmission et la r´e´emission en cas d’erreur. Elle ´etablie et ferme les connexions de liaison de donn´ees, ´emet les trames, contrˆole le flux, contrˆole les erreurs et r´e´emet en cas d’erreur, s´equence les trames, g`ere des param`etres de liaison.”[2]
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Notion de trame. . .
La couche physique peut faire apparaˆıtre des erreurs : Il faut donc pourvoir les d´etecter ou corriger Il faut donc regrouper des informations et ajouter de l’information sur ces informations D’o` u la notion de trame Probl`eme Comment d´elimiter les trames ?
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Comment d´elimiter les trames ?. . .
1
Notion de silence : s´eparer les trames par des silences d’une certaine dur´ee mais les r´eseaux garantissent rarement les d´elais
2 3
Compter le nombre de bit Utilisation de fanion de d´ebut et de fin de trame Par exemple : 01111110 lorsque la couche liaison d´etecte cinq 1 cons´ecutifs dans les donn´ees `a transmettre, elle ajoute `a leur suite un bit 0 avant d’envoyer
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D´etection et correction d’erreurs. . . Taux d’erreurs de transmission Ligne t´el´ephonique : 10−5 Cˆable coaxial : de 10−7 `a 10−8 Fibre optique : de 10−10 `a 10−12 Le but est donc de d´etecter les erreurs et si possible de les r´eparera Nous allons voir : 2 techniques pour d´etecter : Bit de parit´e et CRC 1 technique de r´eparation : Codage de Hamming a Voir aussi le cours Th´eorie de l’Information d’Alexandrina Rogozan http://asi.insa-rouen.fr/enseignement/siteUV/ti/
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Bit de parit´e. . .
Principe Consiste `a ajouter `a chaque bloc de i bits (i = 7 ou 8) ´emis un bit de parit´e de telle sorte que parmi les i + 1 bits ´emis le nombre de bits `a 1 soit toujours pair Cela permet de d´etecter 2n erreurs dans le mˆeme bloc de bits transmis Exemple Pour envoyer : 0110100 On envoie en fait : 01101001
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . . Principe Consiste `a ajouter un certain nombre de bits qui sont des combinaisons lin´eaires des bits de l’information `a transmettre Algorithme Soit u1 , u2 , . . . , uk les bits ` a transmettre On peut consid´erer cette suite comme un polynˆ ome M(x) = u1 x k−1 + u2 x k−2 + . . . + uk ` l’´emission, on choisit un polynˆ A ome G de degr´es r On calcule le quotient Q et le reste R de la division de x r M(x) par G On ´emet alors les bits correspondant au polynˆ ome x r M(x) + R(x) ` la r´eception on divise le polynˆ A ome M 0 re¸cu par G Si le reste est non nul, c’est qu’une erreur s’est produite Si le reste est nul, on est pratiquement sˆ ur que la transmission s’est faite as sans erreur
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . .
Exemple (Cf. [2]) On veut envoyer 1101011011 On peut repr´esenter cette suite de bits par M(x) = x 9 + x 8 + x 6 + x 4 + x 3 + x + 1 Soit G (x) = x 4 + x + 1 On a alors : x 4 M(x) = x 13 + x 12 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 = (x 9 + x 8 + x 3 + x)(x 4 + x + 1) + x 3 + x 2 + x On ´emet donc 1101011011 suivi de 1110
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . .
Exemple des polynˆomes Protection de l’entˆete des cellules ATM : x 8 + x 2 + x + 1 Avis CCITT N◦ 41 : x 16 + x 12 + x 5 + 1 permet de d´etecter toutes les s´equences d’erreurs de longueur ´egales ou inf´erieure `a 16 bits permet de d´etecter toutes les s´equences erron´ees comportant un nombre impair de bits permet de d´etecter 99,99% des erreurs de longueur sup´erieure `a 16 bits
Comit´e IEEE 802 : x 32 +x 26 +x 23 +x 22 +x 16 +x 12 +x 10 +x 8 +x 7 +x 5 +x 4 +x 2 +1
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Code de Hamming. . .
Code correcteur d’erreur bas´e sur la notion de distance de Hamming Principe Si une erreur se produit alors le “caract`ere” ´emis est transform´e en un autre “caract`ere”, il n’y a pas moyen de retrouver le caract`ere original Par contre, en ajoutant de l’information de telle sorte que les “caract`eres” soient tr`es diff´erents les uns des autres, cela devient possible de les distinguer
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Code de Hamming. . .
Par exemple pour des mots de 2 bits Caract`ere initial Caract`ere ´emis Caract`ere erron´e possible
00 00000 00001 00010 00100 01000 10000
01 01111 01110 01101 01011 00111 11111
10 10110 10111 10101 10010 11110 00110
11 11001 11000 11010 11101 10001 01001
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Code de Hamming. . . Un autre exemple sur 4 bits Lorsque l’on veut envoyer un caract`ere cod´e sur 4 bits ABCD, il faut ´emettre ABCP2 DP1 P0 tel que : P0 = A ⊕ C ⊕ D P1 = A ⊕ B ⊕ D P2 = A ⊕ B ⊕ C
A la r´eception on calcule P00 , P10 et P20 tel que : P00 = P0 ⊕ A ⊕ C ⊕ D P10 = P1 ⊕ A ⊕ B ⊕ D P20 = P2 ⊕ A ⊕ B ⊕ C
Si on obtient P00 = P10 = P20 = 0 alors tout est OK, sinon la valeur binaire P20 P10 P00 donne la place de l’erreur Par exemple : si on veut ´emettre 0010, on ´emet 0011001 si on re¸coit 0010001 on trouve P20 P10 P00 = 100 donc l’erreur est as en 4`eme position
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Couche 3 - Couche r´eseau. . .
D´efinition “La couche r´eseau est charg´ee de transporter les paquets tout au long du r´eseau d’une source vers un destinataire. Elle est charg´ee de l’adressage, du nommage, du routage et du contrˆole de flux.”[2]
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Adressage. . . Adressage plat ou global Chaque entit´e du r´eseau poss`ede une adresse unique sans aucune r`egle de structuration dans le r´eseau Adresse MAC normalis´e par IEEE I/G
U/L
48 bits Identification par l’IEEE du constructeur 22 bits
Num´ero s´equentiel attribu´e par le constructeur 24 bits
Par d´efaut le communication se fait en point `a point (unicast), mais de part la topologie physiquea du r´eseau on peut aussi faire de la communication `a un groupe de machines (multicast) ou `a toutes les machines (broadcast) a
Ce n’est plus tout ` a fait vrai avec les V-LAN
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Adressage. . .
Adressage hierarchique Pour les grands r´eseaux, l’adresse est compos´ee de plusieurs blocs correspondant `a des adresses de r´eseaux, de sous-r´eseaux et finalement de machines dans le r´eseau Technique adressage Absence du champ d’adresse Dans le cas d’une liaison point ` a point (par exemple liaison s´erie ou parall`ele) Adressage du destinataire ou de la source Dans le cas des liaisons maˆıtre/esclaves (par exemple mainframe dans r´eseau priv´ee) ou dans le cas de diffusion broadcast Adressage source et destinataire Cas le plus g´en´eral
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Nommage et annuaire. . .
Objectifs Simplifier la d´esignation des ´equipements Dissocier les ´equipements de leur position g´eographique Nommage plat ou horizontal Le nom correspond enti`erement `a une machine Nommage hi´erarchique ou arborescent Le nom est d´ecompos´e en plusieures parties (Id´eal pour des organisations importantes)
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Routage. . . Objectifs Acheminer les informations d’une machine source `a une machine destination `a travers le r´eseau. Chaque machine interm´ediaire (routeur) doit savoir quelle route doit prendre l’information : utilisation de table de routage (triplet :)) Diff´erents modes de routage 1
Routage statique
2
Routage par inondation
3
Routage par diffusion
4
Routage par le chemin le plus court ou moindre coˆ ut
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Routage statique (routage fixe). . .
Principe Chaque routeur contient une table fixe qui indique pour chaque destination l’adresse du noeud suivant. Difficile `a maintenir N’est raisonable que pour des “tr`es petits r´eseaux”
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Routage par diffusion (de 1 `a n). . .
Principe Le message est envoy´e (dupliqu´e) vers une ou plusieurs routes Les routes sont souvents associ´es `a des groupes de machines et rarement `a des machines pr´ecises
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Routage par inondation. . . Principe Chaque routeur envoie sur chaque sortie une copie du message Pour ´eviter les bouclages, chaque message poss`ede un compteur d´ecr´ement´e au niveau de chaque routeur et supprim´e si il est `a 0 On peut aussi num´eroter les messages, et si un routeur voit passer un message d´ej`a vu, il le d´etruit Avantages Simple `a mettre en oeuvre R´esiste aux pannes Inconv´enient Surcharge du r´eseau
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Routage par le chemin de court. . . Principe Chaque routeur contient pour chaque destinataire (ou groupe de destinataires) quel est le chemin le “plus court” pour atteindre la cible) Le plus court en : Nombre de sauts Distance g´eographique Temps (d´elai de transmission et latence dans les files d’attente) Fiablilit´e Diff´erents algortihmes peuvent ˆetre utilis´es pour calculer ces coˆ uts : Algorithme vecteur distance Algorithme `a ´etats des liens L’OSI de l’ISO - v1.0
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Algorithme vecteur distance. . . Principe Chaque routeur poss`ede une table de <destination,route,coˆ ut> R´eguli`erement les routeurs s’´echangent leur table, deux cas possibles : L’entr´ee ´etait d´ej`a pr´esente : comparaison du coˆ ut et mise `a jour si besoin L’entr´ee ´etait abscente : ajout Avantages Adaptabilit´e, performance Inconv´enient Mise `a jour qui peut ˆetre longue
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Algorithme `a ´etat des liens. . . Principe ` chaque changement d’´etat des liens avec les routeurs directs, le A routeur broadcast un triplet En appliquant l’algorithme de Dijkstra chaque routeur est alors capable de d´eterminer le plus court chemin pour une destination donn´ee Principe de l’algorithme de Dijkstra Si : Ca est le coˆ ut du plus court chemin pour aller de sommets si ` a sj Cb est le coˆ ut du plus court chemin pour aller du sommet sj ` a sk alors : si . . . sj . . . sk est le chemin le plus court pour aller de si ` a sk et son coˆ ut as est Ca + Cb
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Contrˆole de flux. . .
Trafic normal
Congestion légère
Trafic écoulé
Congestion sévère
Trafic soumis [4] Solutions : Contrˆ ole de flux limiter le d´ebit des sources aux capacit´es du r´eseau Contrˆ ole d’admission ne pas admettre plus de d´ebit que le r´eseau ne le permet Lissage de traffic diff´erer dans le temps l’´emission des messages L’OSI de l’ISO - v1.0
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Adaptation de la taille des donn´ees. . .
Lors du transfert, il faut que les routeurs stockent les unit´es de donn´ees en m´emoire (par ex pour le lissage de traffic) Pour chaque routeur il existe une taille maximale pour les unit´es de donn´ees (Maximum Transfer Unit) : Si taille trop grande ⇐ fragmentation en plusieurs blocs
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Couche 4 - Couche Transport. . .
D´efinition “La couche transport assure le transfert d’informations de la machine ´emettrice `a la machine r´eceptrice, de mani`ere fiable ´economique, ind´ependamment de la nature du ou des r´eseaux mis en place. Elle doit assurer en mode connect´e ou non connect´e, un transfert transparent de donn´ees (nomm´ees message) entre l’utilisateur de service r´eseau en leur rendant invisible la fa¸con dont les ressources de communication sont mises en oeuvre”[2]
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La qualit´e de service. . . “Une autre fa¸con de d´efinir la couche transport est de la consid´erer garante de la qualit´e de service rendue par la couche r´eseau”[2] Quelques services. . . temps d’´etablissement de la connexion transport dur´ee qui s’´ecoule entre l’´emission d’une demande et la confirmation probabilit´e d’´echec d’´etablissement mesure le risque qu’une connexion ne puisse s’´etablir dans un d´elai maximum d´efini d´ebit de la liaison nombre d’octets utiles qui peuvent transf´er´ees en une seconde temps de transit temps ´ecoul´e entre le moment o` u l’utilisateur du service de transport envoie un message et celui o` u l’entit´e de transport r´eceptrice le re¸coit effectivement
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La qualit´e de service. . .
Quelques services. . . taux erreurs signal´ees erreurs d´etect´ees par la couche r´eseau mais non corrig´ees par celle-ci taux erreurs r´esiduelles messages perdus ou mal transmis protection possibilit´e laiss´ee ` a l’utilisateur d’interdir ` a un terminal tiers l’intrusion ou l’interf´erence sur sa ligne pour lire ou modifier les donn´ees transmises priorit´e permet ` a l’utilisateur de privil´egier certaines connexions par rapport ` a d’autres, et en cas de surcharge, de s’assurer que les connexions de priorit´e haute sont servies avant les autres param`etre r´esiliation probabilit´e que la couche transport d´ecide d’elle-mˆeme de la d´econnexion suite ` a un engorgement ou ` a des probl`emes internes
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Classes de transport. . . Type de r´eseau Type r´eseau A B C
Taux erreurs r´esiduelles Acceptable Acceptable Inacceptable
Taux erreurs signal´ees Acceptable Inacceptable Inacceptable
QoS Bonne Moyenne Mauvaise
Classes des transports L’ISO d´efinit 5 classes de transport (d´ependant des services propos´es) r´eli´es aux types de r´eseaux compatibles Transport classe 0 Réseau type A
Transport classe 1
Réseau type B
Transport classe 2
Réseau type C
Transport classe 3 Transport classe 4
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Couche 5 - Couche session. . . D´efinition “La couche session fournit aux entit´es de la couche pr´esentation les moyens d’organiser et de synchroniser les dialogues et les ´echanges de donn´ees”[2]
Bien que tr`es similaire, la session et la connexion de transport ne sont pas identiques, trois cas de figure peuvent se pr´esenter : Il y a correspondance exacte entre une session et une connexion de transport (ex : http sans session) Plusieurs sessions successives sont ´etablies sur une seule et mˆeme connexion (ex : acc`es a une base de don´ees par J2EE) Plusieurs connexions de transport successives sont n´ecessaires pour une seule et mˆeme session (ex : http avec session)
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Couche 6 - Couche pr´esentation. . .
D´efinition “La couche pr´esentation s’occupe de la syntaxe et de la s´emantique des informations transport´ees en se chargeant notamment de la repr´esentation des donn´ees”[2] Exemples HTTP FTP ...
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S´erialisation. . . Un petit exemplea a
J-M Rifflet, La communication sous Unix, EdiScience
$cat expediteur . c #i n c l u d e main ( ) { f l o a t x =12.45; i n t n=−1234; w r i t e ( STDOUT FILENO,&n , s i z e o f ( i n t ) ) ; w r i t e ( STDOUT FILENO,& x , s i z e o f ( f l o a t ) ) ; } $cat recepteur . c #i n c l u d e main ( ) { float x ; int n; r e a d ( STDIN FILENO ,&n , s i z e o f ( i n t ) ) ; r e a d ( STDIN FILENO ,& x , s i z e o f ( f l o a t ) ) ; p r i n t f ( ” E n t i e r r e c u : %d , f l o t t a n t r e c u %f \n” , n , x ) ; } $ e x p e d i t e u r | remsh v a x r e c e p t e u r E n t i e r recu : 788267007 , f l o t t a n t recu : 0.000000
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S´erialisation. . . Probl`emes La s´erialisation binaire n’assure pas la communication de part la diversit´e : des microprocesseurs des syst`emes d’exploitation des langages
Elle pose aussi des probl`emes sur les structures de donn´ees r´ecursives et/ou avec circuit Solutions Utilisation de protocole de communication orient´e caract`ere interpr´etation ` a programmer (Cf. compilation)
Utilisation de procotole de communication orient´e octet ` a interpr´etation commune (par exemple le XDR) avec d´etection du protocole utilis´e et traduction si besoin est (par as exemple CDR)
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Couche 7 - Couche application. . .
“La couche application donne au processus d’application le moyen d’acc´eder `a l’environnement OSI et fournit tous les services directement utilisables par l’application, `a savoir : Le transfert d’information L’allocation des ressources L’int´egrit´e et la coh´erence des donn´ees acc´ed´ees La synchronisation des applications coh´erentes”[2]
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Conclusions. . .
Mod`ele du d´ebut des ann´ees 80 grands espoirs pour l’int´erop´erabilit´e lenteur des travaux de normalisation n’a jamais fait l’objet d’implantation compl`ete
Reste la r´ef´er´ence du point de vue : de la description des concepts de l’architecture p´edagogique
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R´ef´erences. . . [1] Le tour du net en questions. http://www-rst.int-evry.fr/~patrick/Internet/. [2] P. Nicolas. Cours de r´eseaux de la maˆıtrise de l’universit´e d’angers. http ://www.info.univ- angers.fr/pub/pn, 2004. [3] G. Pujolle. Les r´eseaux. Eyrolles, 2000. ISBN 2-212-09119-2. [4] C. Servin. R´eseaux et T´el´ecoms. Dunod, Sciences SUP, 2003. ISBN 2-10-007986-7.
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Le mod`ele OSI de l’ISO Nicolas Delestre
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Plan. . .
3 1
Couche 1 Rappels Transmission Multiplexage Quelques supports
2
Couche 2 Trames Correction et d´etection d’erreurs
4 5 6 7
Couche 3 Adressage / nommage Routage Contrˆ ole de flux MTU Couche 4 Couche 5 Couche 6 Couche 7
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Couche 1 - Couche Physique. . .
D´efinition “La couche physique fournit les moyens m´ecaniques ´electriques, fonctionnels et proc´eduraux n´ecessaires `a l’activation, au maintien et `a la d´esactivation des connexions physiques destin´ees `a la transmission de bits entre deux entit´es de liaison de donn´ees.” [2]
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Rappels. . .
Codages binaires Information transform´ee en suite de 0 et de 1 (bit) Morse : 1 `a 8 bits ASCII : 7 bits ⇒ 128 caract`eres EBCDIC : 8 bits ⇒ 256 caract`eres
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M´ethode de transmission. . .
Transmission en s´erie les bits sont envoy´es les uns apr`es les autres sur le support Transmission en parall`ele on utilise un support par bit (n supports pour n bits) Vitesse de transmission Nombre de bits par seconde (bauds)
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Mode de transmission. . .
Transmission synchrone ´ Emetteur et r´ecepteur se mettent d’accord sur un intervalle de temps. Les bits sont envoy´es `a la suite, et c’est l’intervalle de temps qui d´etermine le d´ebut du caract`ere Transmission asynchrone Chaque caract`ere est encadr´e par un signal de d´ebut et un signal de fin
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Sens de transmission. . . Simplex
Émetteur
Récepteur
Half-duplex
Émetteur
Récepteur
Récepteur
Émetteur
Full-duplex
Émetteur Récepteur
Récepteur Émetteur
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Transmission en bande de base. . . Code du tout ou rien
0
1
1
0
0
1
0
0
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0
Code non retour `a z´ero
0
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Transmission en bande de base. . . Code bipolaire
0
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0
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0
Code bipolaire haute densit´e
0 L’OSI de l’ISO - v1.0
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Transmission modul´ee. . . Modulation en phase
0
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0
0
1
0
1
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0
1
0
Modulation en amplitude
0 L’OSI de l’ISO - v1.0
1
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Transmission modul´ee. . .
Modulation en fr´equence
0
1
1
0
0
1
0
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Multiplexage. . .
“Consiste `a faire transiter sur une mˆeme ligne de liaison (nomm´ee voie haute vitesse) des communications provenant de plusieurs lignes de liaison (nomm´ee voie basse vitesse)”
voies BV
voies BV
MUX
voie HV
DEMUX
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Multiplexage. . . Multiplexage fr´equentiel “Consiste `a affecter `a chaque voie BV une bande passante particuli`ere sur la voie HV” Multiplexage temporel “Partage dans le temps l’utilisation de la voie HV en attribuant successivement aux diff´erents voies BV, mˆeme si celles-ci n’ont rien `a ´emettre” Multiplexage statistique “Idem pr´ec´edent mais seulement pour les voies BV qui ont quelque chose `a ´emettre”
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Les supports de transmission. . . La paire torsad´ee Connecteur : Type RJ 45 Longueur : 100 m Vitesse : jusqu’`a 1Gbits/s
Le cable coaxial Connecteur : BNC Longueur : plusieurs centaines de m`etre (environnement perturb´e) Vitesse : 100 Mbits/s
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Les supports de transmission. . . La fibre optique Connecteur : LED et photodiode Longueur : plusieurs centaines de kilom`etres Vitesse : plusieurs Gbits/s Onde hertzienne Connecteur : Antenne Longueur : plusieurs m`etres (bluetooth) `a plusieurs milliers de kilom`etres (satellite) Vitesse : Varie suivant la technologie
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Couche 2 - Couche liaison. . . D´efinition “La couche liaison g`ere le transfert entre ordinateurs des s´equences de bits constituant les donn´ees, les trames. Ces unit´es de transmission sont constitu´ees `a partir du d´ecoupage fait sur les paquets de la couche sup´erieure. Cette couche 2 assure particuli`erement la d´etection (et si possible la correction) des erreurs de transmission et la r´e´emission en cas d’erreur. Elle ´etablie et ferme les connexions de liaison de donn´ees, ´emet les trames, contrˆole le flux, contrˆole les erreurs et r´e´emet en cas d’erreur, s´equence les trames, g`ere des param`etres de liaison.”[2]
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Notion de trame. . .
La couche physique peut faire apparaˆıtre des erreurs : Il faut donc pourvoir les d´etecter ou corriger Il faut donc regrouper des informations et ajouter de l’information sur ces informations D’o` u la notion de trame Probl`eme Comment d´elimiter les trames ?
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Comment d´elimiter les trames ?. . .
1
Notion de silence : s´eparer les trames par des silences d’une certaine dur´ee mais les r´eseaux garantissent rarement les d´elais
2 3
Compter le nombre de bit Utilisation de fanion de d´ebut et de fin de trame Par exemple : 01111110 lorsque la couche liaison d´etecte cinq 1 cons´ecutifs dans les donn´ees `a transmettre, elle ajoute `a leur suite un bit 0 avant d’envoyer
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D´etection et correction d’erreurs. . . Taux d’erreurs de transmission Ligne t´el´ephonique : 10−5 Cˆable coaxial : de 10−7 `a 10−8 Fibre optique : de 10−10 `a 10−12 Le but est donc de d´etecter les erreurs et si possible de les r´eparera Nous allons voir : 2 techniques pour d´etecter : Bit de parit´e et CRC 1 technique de r´eparation : Codage de Hamming a Voir aussi le cours Th´eorie de l’Information d’Alexandrina Rogozan http://asi.insa-rouen.fr/enseignement/siteUV/ti/
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Bit de parit´e. . .
Principe Consiste `a ajouter `a chaque bloc de i bits (i = 7 ou 8) ´emis un bit de parit´e de telle sorte que parmi les i + 1 bits ´emis le nombre de bits `a 1 soit toujours pair Cela permet de d´etecter 2n erreurs dans le mˆeme bloc de bits transmis Exemple Pour envoyer : 0110100 On envoie en fait : 01101001
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . . Principe Consiste `a ajouter un certain nombre de bits qui sont des combinaisons lin´eaires des bits de l’information `a transmettre Algorithme Soit u1 , u2 , . . . , uk les bits ` a transmettre On peut consid´erer cette suite comme un polynˆ ome M(x) = u1 x k−1 + u2 x k−2 + . . . + uk ` l’´emission, on choisit un polynˆ A ome G de degr´es r On calcule le quotient Q et le reste R de la division de x r M(x) par G On ´emet alors les bits correspondant au polynˆ ome x r M(x) + R(x) ` la r´eception on divise le polynˆ A ome M 0 re¸cu par G Si le reste est non nul, c’est qu’une erreur s’est produite Si le reste est nul, on est pratiquement sˆ ur que la transmission s’est faite as sans erreur
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . .
Exemple (Cf. [2]) On veut envoyer 1101011011 On peut repr´esenter cette suite de bits par M(x) = x 9 + x 8 + x 6 + x 4 + x 3 + x + 1 Soit G (x) = x 4 + x + 1 On a alors : x 4 M(x) = x 13 + x 12 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 = (x 9 + x 8 + x 3 + x)(x 4 + x + 1) + x 3 + x 2 + x On ´emet donc 1101011011 suivi de 1110
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Codes `a Redondance Cyclique (CRC). . .
Exemple des polynˆomes Protection de l’entˆete des cellules ATM : x 8 + x 2 + x + 1 Avis CCITT N◦ 41 : x 16 + x 12 + x 5 + 1 permet de d´etecter toutes les s´equences d’erreurs de longueur ´egales ou inf´erieure `a 16 bits permet de d´etecter toutes les s´equences erron´ees comportant un nombre impair de bits permet de d´etecter 99,99% des erreurs de longueur sup´erieure `a 16 bits
Comit´e IEEE 802 : x 32 +x 26 +x 23 +x 22 +x 16 +x 12 +x 10 +x 8 +x 7 +x 5 +x 4 +x 2 +1
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Code de Hamming. . .
Code correcteur d’erreur bas´e sur la notion de distance de Hamming Principe Si une erreur se produit alors le “caract`ere” ´emis est transform´e en un autre “caract`ere”, il n’y a pas moyen de retrouver le caract`ere original Par contre, en ajoutant de l’information de telle sorte que les “caract`eres” soient tr`es diff´erents les uns des autres, cela devient possible de les distinguer
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Code de Hamming. . .
Par exemple pour des mots de 2 bits Caract`ere initial Caract`ere ´emis Caract`ere erron´e possible
00 00000 00001 00010 00100 01000 10000
01 01111 01110 01101 01011 00111 11111
10 10110 10111 10101 10010 11110 00110
11 11001 11000 11010 11101 10001 01001
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Code de Hamming. . . Un autre exemple sur 4 bits Lorsque l’on veut envoyer un caract`ere cod´e sur 4 bits ABCD, il faut ´emettre ABCP2 DP1 P0 tel que : P0 = A ⊕ C ⊕ D P1 = A ⊕ B ⊕ D P2 = A ⊕ B ⊕ C
A la r´eception on calcule P00 , P10 et P20 tel que : P00 = P0 ⊕ A ⊕ C ⊕ D P10 = P1 ⊕ A ⊕ B ⊕ D P20 = P2 ⊕ A ⊕ B ⊕ C
Si on obtient P00 = P10 = P20 = 0 alors tout est OK, sinon la valeur binaire P20 P10 P00 donne la place de l’erreur Par exemple : si on veut ´emettre 0010, on ´emet 0011001 si on re¸coit 0010001 on trouve P20 P10 P00 = 100 donc l’erreur est as en 4`eme position
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Couche 3 - Couche r´eseau. . .
D´efinition “La couche r´eseau est charg´ee de transporter les paquets tout au long du r´eseau d’une source vers un destinataire. Elle est charg´ee de l’adressage, du nommage, du routage et du contrˆole de flux.”[2]
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Adressage. . . Adressage plat ou global Chaque entit´e du r´eseau poss`ede une adresse unique sans aucune r`egle de structuration dans le r´eseau Adresse MAC normalis´e par IEEE I/G
U/L
48 bits Identification par l’IEEE du constructeur 22 bits
Num´ero s´equentiel attribu´e par le constructeur 24 bits
Par d´efaut le communication se fait en point `a point (unicast), mais de part la topologie physiquea du r´eseau on peut aussi faire de la communication `a un groupe de machines (multicast) ou `a toutes les machines (broadcast) a
Ce n’est plus tout ` a fait vrai avec les V-LAN
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Adressage. . .
Adressage hierarchique Pour les grands r´eseaux, l’adresse est compos´ee de plusieurs blocs correspondant `a des adresses de r´eseaux, de sous-r´eseaux et finalement de machines dans le r´eseau Technique adressage Absence du champ d’adresse Dans le cas d’une liaison point ` a point (par exemple liaison s´erie ou parall`ele) Adressage du destinataire ou de la source Dans le cas des liaisons maˆıtre/esclaves (par exemple mainframe dans r´eseau priv´ee) ou dans le cas de diffusion broadcast Adressage source et destinataire Cas le plus g´en´eral
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Nommage et annuaire. . .
Objectifs Simplifier la d´esignation des ´equipements Dissocier les ´equipements de leur position g´eographique Nommage plat ou horizontal Le nom correspond enti`erement `a une machine Nommage hi´erarchique ou arborescent Le nom est d´ecompos´e en plusieures parties (Id´eal pour des organisations importantes)
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Routage. . . Objectifs Acheminer les informations d’une machine source `a une machine destination `a travers le r´eseau. Chaque machine interm´ediaire (routeur) doit savoir quelle route doit prendre l’information : utilisation de table de routage (triplet :
Routage statique
2
Routage par inondation
3
Routage par diffusion
4
Routage par le chemin le plus court ou moindre coˆ ut
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Routage statique (routage fixe). . .
Principe Chaque routeur contient une table fixe qui indique pour chaque destination l’adresse du noeud suivant. Difficile `a maintenir N’est raisonable que pour des “tr`es petits r´eseaux”
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Routage par diffusion (de 1 `a n). . .
Principe Le message est envoy´e (dupliqu´e) vers une ou plusieurs routes Les routes sont souvents associ´es `a des groupes de machines et rarement `a des machines pr´ecises
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Routage par inondation. . . Principe Chaque routeur envoie sur chaque sortie une copie du message Pour ´eviter les bouclages, chaque message poss`ede un compteur d´ecr´ement´e au niveau de chaque routeur et supprim´e si il est `a 0 On peut aussi num´eroter les messages, et si un routeur voit passer un message d´ej`a vu, il le d´etruit Avantages Simple `a mettre en oeuvre R´esiste aux pannes Inconv´enient Surcharge du r´eseau
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Routage par le chemin de court. . . Principe Chaque routeur contient pour chaque destinataire (ou groupe de destinataires) quel est le chemin le “plus court” pour atteindre la cible) Le plus court en : Nombre de sauts Distance g´eographique Temps (d´elai de transmission et latence dans les files d’attente) Fiablilit´e Diff´erents algortihmes peuvent ˆetre utilis´es pour calculer ces coˆ uts : Algorithme vecteur distance Algorithme `a ´etats des liens L’OSI de l’ISO - v1.0
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Algorithme vecteur distance. . . Principe Chaque routeur poss`ede une table de <destination,route,coˆ ut> R´eguli`erement les routeurs s’´echangent leur table, deux cas possibles : L’entr´ee ´etait d´ej`a pr´esente : comparaison du coˆ ut et mise `a jour si besoin L’entr´ee ´etait abscente : ajout Avantages Adaptabilit´e, performance Inconv´enient Mise `a jour qui peut ˆetre longue
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Algorithme `a ´etat des liens. . . Principe ` chaque changement d’´etat des liens avec les routeurs directs, le A routeur broadcast un triplet
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Contrˆole de flux. . .
Trafic normal
Congestion légère
Trafic écoulé
Congestion sévère
Trafic soumis [4] Solutions : Contrˆ ole de flux limiter le d´ebit des sources aux capacit´es du r´eseau Contrˆ ole d’admission ne pas admettre plus de d´ebit que le r´eseau ne le permet Lissage de traffic diff´erer dans le temps l’´emission des messages L’OSI de l’ISO - v1.0
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Adaptation de la taille des donn´ees. . .
Lors du transfert, il faut que les routeurs stockent les unit´es de donn´ees en m´emoire (par ex pour le lissage de traffic) Pour chaque routeur il existe une taille maximale pour les unit´es de donn´ees (Maximum Transfer Unit) : Si taille trop grande ⇐ fragmentation en plusieurs blocs
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Couche 4 - Couche Transport. . .
D´efinition “La couche transport assure le transfert d’informations de la machine ´emettrice `a la machine r´eceptrice, de mani`ere fiable ´economique, ind´ependamment de la nature du ou des r´eseaux mis en place. Elle doit assurer en mode connect´e ou non connect´e, un transfert transparent de donn´ees (nomm´ees message) entre l’utilisateur de service r´eseau en leur rendant invisible la fa¸con dont les ressources de communication sont mises en oeuvre”[2]
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La qualit´e de service. . . “Une autre fa¸con de d´efinir la couche transport est de la consid´erer garante de la qualit´e de service rendue par la couche r´eseau”[2] Quelques services. . . temps d’´etablissement de la connexion transport dur´ee qui s’´ecoule entre l’´emission d’une demande et la confirmation probabilit´e d’´echec d’´etablissement mesure le risque qu’une connexion ne puisse s’´etablir dans un d´elai maximum d´efini d´ebit de la liaison nombre d’octets utiles qui peuvent transf´er´ees en une seconde temps de transit temps ´ecoul´e entre le moment o` u l’utilisateur du service de transport envoie un message et celui o` u l’entit´e de transport r´eceptrice le re¸coit effectivement
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La qualit´e de service. . .
Quelques services. . . taux erreurs signal´ees erreurs d´etect´ees par la couche r´eseau mais non corrig´ees par celle-ci taux erreurs r´esiduelles messages perdus ou mal transmis protection possibilit´e laiss´ee ` a l’utilisateur d’interdir ` a un terminal tiers l’intrusion ou l’interf´erence sur sa ligne pour lire ou modifier les donn´ees transmises priorit´e permet ` a l’utilisateur de privil´egier certaines connexions par rapport ` a d’autres, et en cas de surcharge, de s’assurer que les connexions de priorit´e haute sont servies avant les autres param`etre r´esiliation probabilit´e que la couche transport d´ecide d’elle-mˆeme de la d´econnexion suite ` a un engorgement ou ` a des probl`emes internes
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Classes de transport. . . Type de r´eseau Type r´eseau A B C
Taux erreurs r´esiduelles Acceptable Acceptable Inacceptable
Taux erreurs signal´ees Acceptable Inacceptable Inacceptable
QoS Bonne Moyenne Mauvaise
Classes des transports L’ISO d´efinit 5 classes de transport (d´ependant des services propos´es) r´eli´es aux types de r´eseaux compatibles Transport classe 0 Réseau type A
Transport classe 1
Réseau type B
Transport classe 2
Réseau type C
Transport classe 3 Transport classe 4
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Couche 5 - Couche session. . . D´efinition “La couche session fournit aux entit´es de la couche pr´esentation les moyens d’organiser et de synchroniser les dialogues et les ´echanges de donn´ees”[2]
Bien que tr`es similaire, la session et la connexion de transport ne sont pas identiques, trois cas de figure peuvent se pr´esenter : Il y a correspondance exacte entre une session et une connexion de transport (ex : http sans session) Plusieurs sessions successives sont ´etablies sur une seule et mˆeme connexion (ex : acc`es a une base de don´ees par J2EE) Plusieurs connexions de transport successives sont n´ecessaires pour une seule et mˆeme session (ex : http avec session)
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Couche 6 - Couche pr´esentation. . .
D´efinition “La couche pr´esentation s’occupe de la syntaxe et de la s´emantique des informations transport´ees en se chargeant notamment de la repr´esentation des donn´ees”[2] Exemples HTTP FTP ...
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S´erialisation. . . Un petit exemplea a
J-M Rifflet, La communication sous Unix, EdiScience
$cat expediteur . c #i n c l u d e main ( ) { f l o a t x =12.45; i n t n=−1234; w r i t e ( STDOUT FILENO,&n , s i z e o f ( i n t ) ) ; w r i t e ( STDOUT FILENO,& x , s i z e o f ( f l o a t ) ) ; } $cat recepteur . c #i n c l u d e main ( ) { float x ; int n; r e a d ( STDIN FILENO ,&n , s i z e o f ( i n t ) ) ; r e a d ( STDIN FILENO ,& x , s i z e o f ( f l o a t ) ) ; p r i n t f ( ” E n t i e r r e c u : %d , f l o t t a n t r e c u %f \n” , n , x ) ; } $ e x p e d i t e u r | remsh v a x r e c e p t e u r E n t i e r recu : 788267007 , f l o t t a n t recu : 0.000000
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S´erialisation. . . Probl`emes La s´erialisation binaire n’assure pas la communication de part la diversit´e : des microprocesseurs des syst`emes d’exploitation des langages
Elle pose aussi des probl`emes sur les structures de donn´ees r´ecursives et/ou avec circuit Solutions Utilisation de protocole de communication orient´e caract`ere interpr´etation ` a programmer (Cf. compilation)
Utilisation de procotole de communication orient´e octet ` a interpr´etation commune (par exemple le XDR) avec d´etection du protocole utilis´e et traduction si besoin est (par as exemple CDR)
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Couche 7 - Couche application. . .
“La couche application donne au processus d’application le moyen d’acc´eder `a l’environnement OSI et fournit tous les services directement utilisables par l’application, `a savoir : Le transfert d’information L’allocation des ressources L’int´egrit´e et la coh´erence des donn´ees acc´ed´ees La synchronisation des applications coh´erentes”[2]
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Conclusions. . .
Mod`ele du d´ebut des ann´ees 80 grands espoirs pour l’int´erop´erabilit´e lenteur des travaux de normalisation n’a jamais fait l’objet d’implantation compl`ete
Reste la r´ef´er´ence du point de vue : de la description des concepts de l’architecture p´edagogique
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R´ef´erences. . . [1] Le tour du net en questions. http://www-rst.int-evry.fr/~patrick/Internet/. [2] P. Nicolas. Cours de r´eseaux de la maˆıtrise de l’universit´e d’angers. http ://www.info.univ- angers.fr/pub/pn, 2004. [3] G. Pujolle. Les r´eseaux. Eyrolles, 2000. ISBN 2-212-09119-2. [4] C. Servin. R´eseaux et T´el´ecoms. Dunod, Sciences SUP, 2003. ISBN 2-10-007986-7.
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