cours : réseaux & télécoms -...
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Cours : Réseaux & Télécoms
Equipe pédagogique :Ahmed MEHAOUA , Professeur, responsableDominique SERET , ProfesseurNeilze DORTA , Maître de ConférencesOsman SALEM , Maître de ConférencesUniversité Paris Descartes, UFR de Mathématiques e t InformatiqueAhmed.mehaoua@math-info.univ-paris5.frwww.math-info.univ-paris5.fr/~mea
Bibliographie :• Architectures des réseaux, Dromard et Seret, Pearson Edition• transparents du cours et énoncés de TD/TP disponibl es sur PLENADIS
Evaluation :• une note d’examen de CC écrit sur table (sans docum ents)• une note de TP relevé et corrigé • une noté d’assiduité et de participation
• un examen final écrit sur table (sans documents) • note UE = max (EF, (EF+CC)/2) avec CC = 1/2EC + 1/4TP + 1/4AP
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Cours : Réseaux & Télécoms
Objectifs de ce cours :• Etudier et comprendre le fonctionnement des réseaux téléinformatiques • Etudier le fonctionnement et la configuration d’un réseau local Ethernet • Etudier le fonctionnement d’Internet (adressage, ro utage, interconnexion)• Utiliser des logiciels de diagnostiques et d’analy ses de réseaux
Bonnes pratiques de ce cours :• récupérer le support du cours sur PLENADIS et le li re avant la séance • Consulter le chapitre du livre de référence avant l a séance• participer activement aux séances de TD
Planning du cours :
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Réseaux InformatiquesGénéralités
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Plan� HISTOIRE DE LA COMMUNICATION� EVOLUTION DES RESEAUX� DEFINITIONS ET PRINCIPES DE BASE� CLASSIFICATION DES RESEAUX� NORMES ET STANDARDS� HIERARCHIE DES PROTOCOLES� PRINCIPES DE LA COUCHE PHYSIQUE� TYPES D'INFOS ET CODAGE SOURCE� TECHNIQUES DE TRANSMISSION
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Histoire de la communication
� 1667: Téléphone à ficelle
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Télégraphe Morse
� Premières expériences en 1844
� Système électromécanique� Transmission par impulsions
� Impression sur ruban papier
� Codage "Morse"� Par lettre
� Ti --
� Ta ------
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Le téléphone
� Brevet Graham Bell 1876
� Premiers déploiements 1880 en France
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� Transmission sans fil par ondes hertziennes
� Inventeurs� Branly
� Ducretet
� Marconi
� Émission Morse en 1898
� Premières émissions diffusées en 1906
� Premières expériences dans les années 30
� Premiers programmes diffusés fin des années 40
La télévision
La radio
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Historique technologique
� Apparition du transistor dans les années 50
� Numérisation des communications téléphoniques 1970
� Convergence voix-données 1980� Suite à la numérisation du téléphone
� Numérisation de la télévision� 1994 MPEG Motion Picture Expert Group
� 1995 DVB-S Digital Video Broadcasting
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Historique de l'intégrationVoix, données et images
... jusqu'aux années 80: réseaux séparés
Réseau téléphonique
AnalogiquePoint à point
Réseau de données
NumériqueBasse vitesse
Réseau vidéo
AnalogiquePAL/Secam/NTSC
Diffusion
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Vidéo
PAL/Secam/NTSCAnalogique
Téléphone et données (RNIS)
Numérique144 Kb/s et 2 Mb/s
Première phase d'intégration
� Fin 80� Numérisation de la téléphonie
� Voix et données utilisent les mêmes circuits
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Un seul réseau large bandeRNIS Large Bande
Deuxième phase d'intégration
� Fin des années 90� Besoin de communications de données à haut débit
� La vidéo devient numérique et à haute définition (MPEG2, MPEG4)
Définition :Définition :
Un Un ensembleensemble desdes ressources matériels (modem, ressources matériels (modem,
routeur, commutateur, …) et logicielsrouteur, commutateur, …) et logiciels (fonctions, (fonctions,
procédures, protocoles) liées à la transmission et procédures, protocoles) liées à la transmission et
l’échange d’informationl’échange d’information entre différentes entre différentes entitésentités. .
Suivant leur organisation, ou architecture, les distances, Suivant leur organisation, ou architecture, les distances,
les vitesses de transmission et la nature des informations les vitesses de transmission et la nature des informations
transmises, les réseaux font l’objet d’un certain nombre de transmises, les réseaux font l’objet d’un certain nombre de
spécificationsspécifications et de et de normesnormes..
Qu’est ce qu’un réseau de Qu’est ce qu’un réseau de communication ?communication ?
�� Les Les réseaux de communicationsréseaux de communications peuvent donc être peuvent donc être classésclassés en en
fonction du fonction du type d’informationstype d’informations transportées et de la transportées et de la nature nature
des entitésdes entités impliquées. On distingue ainsi trois principales impliquées. On distingue ainsi trois principales
catégoriescatégories de réseaux :de réseaux :
•• LesLes réseauxréseaux dede télécommunicationstélécommunications
•• LesLes réseauxréseaux dede télédiffusiontélédiffusion
•• LesLes réseauxréseaux TéléinformatiquesTéléinformatiques
Classification des RéseauxClassification des Réseauxde Communicationde Communication
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Architecture d'un réseau d'opérateur� POP
� Points de(Of) Présence (équipements commutateur, routeur, multiplexeur)
� Raccordement des utilisateurs sur les POP� Via la boucle locale (cuivre)
� Interconnexion des POP� Réseau maillé
� Fibres optiques
�� Bus des ordinateursBus des ordinateurs ISA, MCA, PCIISA, MCA, PCI
�� Réseaux personnels (PAN)Réseaux personnels (PAN) BluetoothBluetooth
�� Réseaux locaux (LAN)Réseaux locaux (LAN) Ethernet, Ethernet, WiFiWiFi
�� Réseaux métropolitains (MAN)Réseaux métropolitains (MAN) Gigabit Ethernet, Gigabit Ethernet, WimaxWimax
�� Réseaux étendus (WAN)Réseaux étendus (WAN) Numéris, Internet, GSM, SatellitesNuméris, Internet, GSM, Satellites
Classification Des RéseauxClassification Des Réseaux-- Taille Taille --
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La problématique des réseaux
� Comment faire communiquer les ordinateurs/individus sur une seule ligne ?
� La solution� Coder les données et les informations de contrôle (logique à deux états)
� Les transmettre sur la même ligne
� Les protocoles� Règles de codage des informations
� Règles de dialogue entre ordinateurs
� Gérés par les logiciels et matériels de communication
� Les architectures� Cadres d'environnement et de définition des protocoles
� Ensemble de protocoles, procédures et équipements de communications
� Permettre l’interconnexion des réseaux hétérogènes aux moyens de dispositifs de conversion
�� LesLes OrganismesOrganismes InternationauxInternationaux ::
LesLes organismesorganismes dede normalisationnormalisation internationauxinternationaux citéscités cici--dessousdessous sontsont soussous l’égidel’égide dedel’ONUl’ONU etet sontsont lesles plusplus actifsactifs dansdans lele domainedomaine desdes réseauxréseaux etet desdes télécommunicationstélécommunications ..
�� OSIOSI (Organisation(Organisation InternationaleInternationale dede Standardisation)Standardisation) ouou ISOISO (International(InternationalOrganisationOrganisation forfor Standardisation)Standardisation)
�� UITUIT (Union(Union InternationaleInternationale desdes Télécommunications)Télécommunications) anciennementanciennement CCITTCCITT (Comité(ComitéConsultatifConsultatif InternationalInternational TélégraphiqueTélégraphique etet Téléphonique)Téléphonique)
�� Les Organismes MultinationauxLes Organismes Multinationaux ::
A ces organismes internationaux, sA ces organismes internationaux, s ’ajoutent encore des organismes de différents ’ajoutent encore des organismes de différents continents comme lcontinents comme l ’Europe et les Etats’Europe et les Etats--Unis :Unis :
�� IETF IETF (Internet Engineering Task Force) (Internet Engineering Task Force)
�� IEEE IEEE (Institute of Engineers in Electronic & Electrotechnic)(Institute of Engineers in Electronic & Electrotechnic)
�� ETSIETSI European Telecommunication Standardization Institute)European Telecommunication Standardization Institute)
�� EBUEBU (European Broadcasting Union)(European Broadcasting Union)
(Comité(Comité ConsultatifConsultatif InternationalInternational TélégraphiqueTélégraphique etet Téléphonique)Téléphonique)
Organismes de NormalisationOrganismes de Normalisation
LeLe ModèleModèle dede référenceréférence ISOISO pourpour IInterconnexionnterconnexion desdes SSystèmesystèmesOOuvertsuverts aa étéété proposéproposé enen 19841984 parpar l’OSIl’OSI (Organisation(Organisation dedestandardisationstandardisation Internationale)Internationale) ::
�� Modèle fondé sur un principe énoncé par Jules César : Modèle fondé sur un principe énoncé par Jules César :
�� «« Diviser pour RégnerDiviser pour Régner »»
�� LeLe principeprincipe dede basebase estest lala représentationreprésentation desdes réseauxréseaux soussous lalaformeforme dede couchecouche dede fonctionsfonctions superposéessuperposées lesles unesunes auxaux autresautres..
�� LeurLeur nombre,nombre, leurleur nomnom etet leurleur fonctionfonction varientvarient selonselon lesles réseauxréseaux
�� L’étudeL’étude dudu systèmesystème dede communicationcommunication revientrevient alorsalors àà l’étudel’étude dedesesses élémentséléments élémentairesélémentaires etet offreoffre uneune plusplus grandegrande ::
�� FacilitéFacilité d’étuded’étude
�� IndépendanceIndépendance desdes couchescouches
�� SouplesseSouplesse d’évolutiond’évolution
LE MODELE DE REFERENCE LE MODELE DE REFERENCE ISO de L’OSIISO de L’OSI
page 20
Exemples d’architectures : modèles ISO vs Internet
Physique Cuivre, Fibre Optique, Ondes Radio, ...
InternetISO
LE MODELE LE MODELE ISOISOFONCTIONNALITES FONCTIONNALITES DES COUCHESDES COUCHES
APPLICATION Queles sont les données à envoyer ?
PRESENTATION Sous quelle forme ?
SESSION Qui est le destinataire ?
TRANSPORT Où est le destinataire ?
RESEAU Quel route faut–il prendre ?
LIAISON Quelles sont les caractéristiques du réseau ?
PHYSIQUE Quel est le support physique ?
page 22
Architecture d’un terminal Internet
Systèmed’exploitation
page 23© Ahmed Mehaoua 1999 - page 23
Communication Internet : le modèle client/serveur
DNS
ARP
www.yahoo.fr
128.45.3.234
C3:6D:43:80:FE:21
FragmentationContrôle d'erreursContrôle de fluxSéquencementMultiplexage
AdressageRoutage
Contrôle d'accèsDélimitation trames
ProcessusApplication
Ports
Adresse IP
AdresseEthernet
UDP TCP
TCPTCP : Transmission Control Protocol: Transmission Control ProtocolUDP UDP : User Datagram Protocol: User Datagram ProtocolIP IP : Internetworking Protocol: Internetworking Protocol
es
s
LE MODELE ISOLE MODELE ISOPrincipe de L’encapsulationPrincipe de L’encapsulation
© Ahmed Mehaoua 1999 - page 24
© Ahmed Mehaoua 1999 - page 25
LE MODELE ISOLE MODELE ISOPrincipe du RelaisPrincipe du Relais
Réseaux InformatiquesCouche Physique
Information• Les informations à échanger sont de nature multiple:
– Données informatiques– Parole– Musique– Image fixe– Séquence vidéo– Combinaison de ces différents médias (multimédia)
• Ces informations subissent, tout au long du processus de communication, un certain nombre de manipulations et detransformations avant d’être délivrées à leur destinataire. Ce sont les phases suivantes:– Codage source– Stockage et traitement– Transmission sur le support physique (codage canal)
Information (suite)• Information analogique: Par nature, certaines informations
sont analogiques, c’est à dire qu’elles peuvent prendre uneinfinité de valeurs continues. – Exemple: La parole, la musique, les images fixes ou animées de la télévision sont des informations de nature analogique
• Information numérique: d’autres informations sont par nature numériques et ne peuvent prendre qu’un petit nombre de valeurs discontinues (on dit aussi discrètes) dans unensemble fini. – Exemple: un texte est une suite de caractères appartenant à un alphabet
d’un nombre fini de symboles.– Remarque: si l’information est représentée en utilisant deux états, alors
on parle d’information binaire (bit).
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Codage et NormesInformations sous forme binaire 0 et 1 :
Nombres ���� Représentation sous forme binaire
Texte ���� Code ASCII
UNICODE
Code Vidéotex
…
Image ���� Noire et blanc (1 bit : 0 noir et 1 blanc)
Nuances de gris (8 bits par point)
Couleur (RVB, 8 bits par couleur ���� 24 bits par point)
Compression JPEG
…
Son et Vidéo ���� PCM (Pulse Modulation Code) pour un signal analogique
Compression DPCM (Son)
Compression MPEG (Vidéo)
…
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Code ASCII
Code ASCII 7 bits
Bit de parité: est un bit supplémentaire qu’on ajoute pour faire 8 bits, de telle façon que la somme des éléments binaires modulo 2 soit égale à 0.
Exemples de code ASCII:
Caractère 0 ���� code ASCII: 30H
Caractère A ���� code ASCII: 41H
Caractère SP���� code ASCII: 20H
SP: Espace
A: 0 100 0001 � Somme des bits (mod 2)=0
Exemples: B: 0 100 0010 � Somme des bits (mod 2)=0
C: 1 100 0011 � Somme des bits (mod 2)=0
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Codage PCM ou MIC
temps
amplitude
Pas d’échantillonnage
Echantillonnage
temps
amplitude
Quantification
Pas de quantification
11
10
01
00
temps
01 11 00 11 10Codage
Transmission binaire
MIC: Modulation par Impulsion et Codage
Page 32
Rappels: Numération et conversion
Définitions:
• 1 bit : binary digit = 0 ou 1
• Groupes usuels:
8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, …
• Octet: groupe de 8 bits
• Mot: groupe de 16 bits
• Kilo-Octet: 1024 Octets
(usuellement 1000 Octets)
• Méga-Octet: 1024 Kilo-Octets
(usuellement 1000 KOctets)
• Giga-Octet: 1024 Méga-Octet
(usuellement 1000 MOctets)
Groupe de 1 bit Groupe de 2 bits Groupe de 3 bits
0 00 000
1 01 001
21=2 10 010
11 011
22=4 100
101
110
111
23=8
Les bases les plus utilisées:
• Décimale: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
• Binaire: 0, 1
• Hexadécimale: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F
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Rappels: Numération et conversion (suite)
Conversions:Binaire (Base 2) ���� Base 10
A= 01110011
A=0*27+1*26+1*25+1*24+0*23+0*22+1*21+1*20
A=11510
Base 10 ���� Binaire
A=11510 ���� A=1110011=01110011 (8 bits)
Base Binaire ���� Hexadécimale
A= 0111 0011 = 716316=7316
Base Hexadécimale ���� Binaire
02DC16 ���� 0010 1101 1100
101/2
113/2
137/2
0714/2
01428/2
12857/2
157115/2
Reste
Transmission• L’information (analogique ou numérique) est véhiculée grâce à un
signal physique. Ce signal peut être de nature analogique soit de nature digital (numérique).
• Transmission analogique: Un signal analogique est un signal continuqui peut prendre une infinité de valeurs.
• Transmission numérique: un signal numérique varie à des instants déterminés (discontinue) dans le temps et ne peut prendre que des valeurs distinctes dans un ensemble fini.
• Remarque: 4 combinaisons possibles entre les différents types d’information et les modes de transmission.
Exemples de codage canal
• Codage NRZ (No Return to Zero)
– Codage à deux niveaux : 0 � -a et 1 � +a
– La suite 01011000 est représentée par :
On montre que le spectre de puissance du signal NRZ est concentré au voisinage des basses fréquences ���� mauvaise transmission par le support
CODAGENRZ(Non Retour à Zéro)
+a0
-aτ τ τ τ τ τ τ τ
0 1 0 1 1 0 0 0
Transmission (suite)
• 4 combinaisons possibles entre les différents types d’information et les modes de transmission:
• Information Analogique – Transmission Analogique (voix sur RTCP)• Information Analogique – Transmission Numérique (voix sur GSM)• Information Numérique – Transmission Analogique (PC via RTC avec modem)• Information Numérique – Transmission Numérique (Ordinateur sur LAN)
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Transmission de données (suite)
Modes d’échange
• Unidirectionnel (simplex)
• Bidirectionnel à l'alternat (half-duplex)
• Bi-directionnel (full-duplex)
Simplex Half-duplex Full-duplex
Multiplexage• Objectif :
– Optimiser l’usage des canaux de transmission
� transit simultané d’un maximum d’informations
• Principe :– Traiter le signal pour concentrer des flux d’origines diverses sous forme d’un signal composite unique
� signal multiplex
• 3 techniques coexistent :– Multiplexage fréquentiel
– Multiplexage temporel
– Multiplexage temporel statistique
• Equipement
M MMultiplexeur /Démultiplexeur
Multiplexeur /Démultiplexeur
Canal de transmission
ETCD
Voie
s o
u p
ort
es
Multiplexage:fréquentiel, temporel
• Multiplexage fréquentiel– Découper la bande passante d’un canal en plusieurs sous-bandes, chaque sous-bande est affectée à une voie de transmission
• Multiplexage temporel– Appelé aussi TDM (Time Division Multiplexing)
– Prélèvement successif de bits ou (d’octets) sur les différentes voies reliées au multiplexeur pour construire un train de bits (ou d’octets) qui constituera le signal composite
AAAAAABBBBBBBCCCCC
BBBBBBBAAAAAACCCCC
Trame 1
Voie 1: AAAAAAVoie 2: BBBBBBBVoie 3: CCCCC
CC BB AA CC BB AA CC ...
IT
T…
Trame 2
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