La couche Réseau

1. La couche Réseau • Les fonctions de la couche Réseau: • Acheminement des paquets: • Correspondances entre les lignes d’entrées et les lignes de sortie dans chaque nœud traversé (Commutateur ou Routeur) • Routage: • Recherche d’un chemin optimal entre la source et la destination

2. Table de routage

3. Services du réseau • Quels services le réseau peut-il offrir ? • Livraison garantie des paquets • Livraison dans un délai acceptable • Variation bornée du délai • Livraison des paquets dans l'ordre de leur émission • Bande passante garantie • Réseaux et Qualité de services (QdS ou QoS) • Internet : Pas de garantie de services, à la base ! • Réseau téléphonique : Certains services garantis • Réseau orienté QoS : • Asynchronous Transmission Mode (ATM)

4. Le routage • Le routage consiste à trouver un chemin optimal à travers le réseau. • Les algorithmes de routage basent leurs décisions sur des critères de coût minimal: • capacité des liens • trafic sur les liens • longueur des liens • taille des files d'attente sur les nœuds • délai sur les nœuds • combinaison de plusieurs de ces critères

5. La commutation • Commutation de circuits: • utilisée en téléphonie • Commutation de paquets: • utilisée sur les réseaux de données • Après avoir trouvé un chemin: • Suite à une procédure d'établissement de la connexion. • Chaque paquet contient l'identifiant de son circuit (virtuel ou CV). • Acheminement des paquets selon l'identifiant de CV et le contenu des tables de commutation

6. Réseaux commutés • Les réseaux téléphoniques : • Les circuits sont physiques • Réseau X.25: • Les circuits sont virtuels • L'offre de service est fonction du type d'abonnement • Les réseaux ATM: • Orienté QoS • Commutation de petits paquets appelés Cellules (53 octets) • Commutation rapide

7. Réseau téléphonqiue commuté Commutateur • Organisé hiérarchiquement autour des commutateurs • Utilise la commutation de circuits • Les boucles locales sont (encore) analogiques Commutateur Commutateur

8. Commutation de circuits • Utilisée en téléphonie • Un chemin fixe établi au moment de l'appel. • Sélectionner un circuit qui durera toute la session • Qualité de services: • Pas de congestion, car il y a un utilisateur par circuit • Propagation de l'ordre de 6 msec/1000 Km

9. Commutation de messages • Lorsqu'un message est reçu à un nœud, il est stocké, vérifié pour les erreurs, puis retransmis, un nœud à la fois • Store-and-forward. • Inconvénients: • Les messages peuvent être très longs, il y aura nécessité de grand espace de stockage. • Un long message (ex. un long fichier) peut monopoliser les lignes lors de sa transmission. • Technique peu (ou plus) utilisée.

10. Commutation de paquets • Les messages sont découpés en paquets de petites tailles. • Les paquets sont mis dans des files d'attente de transmission dans les routeurs • Diminue le temps de transmission • Nécessite de gérer de la mémoire tampon pour stocker les paquets avant de les transmettre sur des lignes

11. Architecture de réseaux à commutation de paquets • Les paquets sont acheminés par des commutateurs ou routeurs • Une gestion adéquate des files d'attente dans ces nœuds peut influencer sur la qualité de services. Un nœud de commutation/routage Architecture à commutation de paquets

12. Performances des 3 techniques

13. Le réseaux X.25 • Premier réseau à commutation de paquets • Plusieurs sessions de transfert de données peuvent avoir lieu simultanément sur une même liaison physique. • Puisque les liens ne sont pas dédiés à une seule communication, les nœuds intermédiaires stockent les paquets. • Réseau à commutation de paquets offrant deux types de services: • Circuit virtuel • Datagramme • Exemples de réseaux X25: • Datapac (Canada) • Transpac (France)

14. Architectures et protocoles X.25 Interfaces usager-réseau: Protocoles aux interfaces:

15. Circuits virtuels • Établissement de circuit lors de la connexion • Requiert une étape de connexion • Préserve l'ordre d'émission des paquets • Les paquets contiennent un petit identifiant de circuit • Traitement des erreurs

16. Datagramme • Pas d'ouverture de connexion • Chaque paquet peut suivre un chemin différent • Les paquets peuvent arriver hors d'ordre • Les paquets doivent contenir les adresses source et destination

17. Acheminement des paquets • Le routage permet de trouver un chemin optimal. • Il faut acheminer les paquets le long de ce chemin • À chaque nœud on doit pouvoir prendre une décision quant à la direction vers laquelle le paquet doit être acheminé • Le routage intervient : • Dans le cas du mode circuit virtuel pour acheminer le paquet d'établissement de la connexion. • Dans le cas du mode datagramme pour acheminer chaque paquet individuellement.

18. Établissement de connexion • Dans les réseaux commutés: • Avant d’émettre des paquets, les deux stations (source et destination) et les commutateurs doivent établir une connexion virtuelle • Les paquets suivent cette connexion • Dans les réseaux en datagrammes: • Les paquets sont acheminés en fonction de leur adresse destination. • Les routeurs pourraient choisir un chemin différent pour chaque paquet individuel. • Plusieurs niveaux de connexion: • Réseau: entre deux ordinateurs • Transport: entre deux processus

19. Les circuits virtuels • Chaque nœud doit se rappeler: • Dans quelle direction envoyer un paquet et sur quel circuit virtuel • Sur une même ligne il peut y avoir plusieurs C.V. ouverts, chacun allant vers une destination différente (canal virtuel). • Chaque paquet doit porter un identifiant (numéro) de C.V. • Ce numéro de CV peut changer le long du parcours. La table de commutation fait le lien: • Entre une ligne en entrée et une ligne de sortie • Entre un identifiant d'entrée et un identifiant de sortie.

20. Établissement d'un circuit virtuelExemple On suppose que les routages et les CV se font comme suit: Source: A Source B: 0 - ABCD 0 - BCD 1- AEFD 1 - BAE 2 - ABFD 2 - BF 3 - AEC 4 - AECDFB Source: Tanenbaum

21. Architecture type d’Internet Routeur Pont/ Switch

22. Topologies de routage LAN L 12 16 1 2 8 10 9 5 21 7 11 L 1 2

23. Algorithmes de routage • Globale vs réparti • Global: • Tous les routeurs possèdent la topologie complète du réseau • Algorithme: Link State • Réparti: • Chaque routeur connait ses voisins et les coûts des liens vers eux. • Processus d'échange régulier d'informations sur les voisins • Algorithme : Distance vector • Statique vs dynamique • Statique: • Les routes changent peu fréquemment • Dynamique: • Les routeurs changent fréquemment • Mises à jour périodiques • Réponse aux changements des coûts des liens.

24. Routage statique • Chaque nœud possède une table statique. Chaque entrée correspond à une destination: • (Adresse Destination, Prochain nœud, Poids) • À chaque direction est associé un poids qui pourrait être utilisé pour répartir la charge de transmission de manière automatique`: • Par exemple en générant un nombre aléatoire et le comparant aux poids. • Algorithme non adaptatif au trafic réel sur le réseau. • Utilisé pour les petits réseaux et/ou qui ne changent pas fréquemment.

25. Routage statique E(0.3) Pour que D envoie à G, le premier choix est à travers le nœud C, ensuite A, ensuite E.

26. Recherche du plus court chemin • On utilise l’algorithme de Dijkstra pour le calcul du plus court chemin: On a une racine R et une destination D. On marque chaque nœud comme suit: Sa distance de la racine est infinie Le nœud précédent est inconnu Le nœud est non permanent Le nœud courant est R. Il est permanent. Tant qu’il reste des nœuds non permanents: Prendre un nœud N qui a la plus petite distance de la racine Rendre N permanent Pour chaque nœud M, voisin de N, mettre à jour sa distance comme suit: On ajoute à la distance de M à R la distance de M à N Si la nouvelle distance est plus petite que l’ancienne On remplace l’ancienne distance par la nouvelle On met N comme précédent de M La longueur du chemin est obtenue lorsque le seul nœud qui reste est D Le plus court chemin est obtenu en parcourant le chemin inverse à partir de D

27. Algorithme de Dijkstra (C,17) Plus courts chemins (Taille:16): F C D A ou F E B A

28. La couche Réseau d’Internet • La couche Réseau contient: • Les protocoles de routage • Un protocole de gestion des erreurs du réseau (ICMP: Internet Control Message Protocol). • Ces protocoles sont tous véhiculés par IP (Internet Protocol). • Le routage se fait entre un ordinateur et un réseau (et non un ordinateur)

29. La couche Réseau d’Internet • Le routage se fait entre un ordinateur et un réseau (et non un ordinateur) • Chaque réseau se charge de la livraison locale • On réduit ainsi la taille de la table de routage • On y met les adresses des réseaux de destination et non celles des stations

30. Adressage IP • Les adresses IP sont sur 32 bits. Elles servent à identifier: • Les réseaux • Les stations dans un réseau. • 192.1.1.3 = 11000000.00000001.00000001.00000011 • Allouées par Internet Corporation for Assigned Names and Numbers • Un routeur a au moins deux adresses car il interconnecte au moins deux réseaux.

31. Exemple d’affectation d’adresses 19.1.2.0 19.1.1.0 19.1.3.0

32. Classes d’adresses • Il y a 232 adresses IPv4 possibles. • Une adresse IP est hiérarchique: • (Numéro de réseau, Numéro de station dans ce réseau) ou (Net ID, Host ID) • Pour s’adapter aux tailles des réseaux, des classes ont été définies: Classe A, Classe B, Classe C et Classe D: • La classe A dédie un octet pour le Net ID • La classe B dédie 2 octets pour le Net ID • La classe C dédie 3 octets pour le Net ID

33. Structure d’adresse

34. Classes d’adresses • Classe A: • 28-2 réseaux. Jusqu'à 224-2 stations • Le premier octet compris entre 0 et 127 • Classe B: • 214 réseaux. Jusqu'à 216-2 stations • Le premier octet compris entre 128 et 191 • Classe C: • 221 réseaux. Jusqu'à 28-2 stations • Le premier octet 192 et 223 • Classe D: - 228-1 groupes. Le premier octet compris 224 et 23

35. Les sous-réseaux • L’ adresse IP est composée de deux parties • Adresse de sous réseau (qui peut être le réseau lui-même) • L’adresse de la station dans le sous-réseau • Un réseau peut-être composé de un ou plusieurs sous-réseaux. • Le nombre de sous réseaux qu’une organisation peut avoir dépend de ses besoins • Un sous-réseau est composé de stations ayant la même adresse de sous-réseau. • Une adresse de sous-réseau n’exige pas de s’adresser au ICANN

36. Sous-réseaux

37. Adresses de sous-réseaux

38. Allocation d’adresses • Statiquement par l’administrateur du système • Pour une station • Obtenue automatiquement grâce à un serveur DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). • Pour une organisation: • On obtient une portion de l’espace d’adresses alloué à son fournisseur d’accès Internet (FAI ou ISP : Internet Service Provider)

39. Adressage CIDR • Les adresses IP sont de plus en plus rares • CIDR (Classless Inter Domain Routing) a été introduit pour pallier au problème de pénurie d’adresses IP. • Il ne repose plus sur la notion de classe d’adresses: • La partie sous-réseau de l’adresse peut être d’une taille arbitraire. • Avantages: • Éviter le gaspillage d’adresses : • Une adresse de classe C pour 100 stations = 154 adresses non utilisées • Réduire les tables de routage

40. Notation CIDR • Préfixes de Net Id: • a.b.c.d/n ou n est le nombre de bits dans la partie sous-réseau de l’adresse. • Exemples: • 206.13.01.48/25 utilise 25 bits pour le Net Id. • /27 1/8e de la classe C (32 stations) • /26 1/4 de la classe C (64 stations) • /23 2 classes C (512 stations) • /16 256 Classes C (B) (65,536 stations) 192.15.9.3/23 11000000 00001111 00001001 00000011/23 259 Numéro de sous–réseau sur 23 bits

41. Allocations CIDR 10000000.00001000.01001010.00000001 Université du Québec/16 Université du Québec à Montréal/24 • Une compagnie XYZ a des adresses CIDR (ex. /16) qui peuvent à leurs tours être allouées en format CIDR à ses clients (ex. de /24 à /19). • Les tables de routage contiendront des entrées pour le groupe d’adresses de XYZ. • Routage hiérarchique • Tables de routage plus petites.

42. Allocation d’adresses de soous réseaux • ISP: • 132.208.16.0/20 • 10000100.11010000.00010000.00000000/20 • Une station: • 10000100.11010000.00010011.01000011/23 • 132.208.20.67/23 • Organisation 1: • 10000100.11010000.00010010.00000000/23 • 132.208.18.0/23 • Organisation 2: • 100000100.11010000.00010100.00000000/23 • 132.208.20.0/20 • Organisation 3: • 100000100.11010000.00010110.00000000/23 • 132.208.22.0/20

43. Masque de sous-réseaux • Au lieu d’utiliser la notation CIDR, on pourrait utilser des masques sur 32 bits. • Une position à 1 dans un masque indique le bit à retenir pour l’adresse du sous-réseau. Cette valeur sera utilisée par les routeurs avec une opération AND bit-à-bit avec l’adresse IP. • Exemple: • 132.208.20.67/23 est équivalent à • 132.208.20.67 AND 255.255.254.0 • En binaire: • 10000100.11010000.00010010.00000000/23 • 11111111.11111111.11111110.00000000

44. Réseaux privés IP • Réseaux utilisant les adresses privées dites non routables (RFC 1918): • 10.0.0.0–10.255.255.255 (Classe A) • 172.16.0.0–172.31.255.255 (Classe B) • 192.168.0.0–192.168.255.255 (Classe C) • Raisons: • On ne veut pas associer une adresse publique à tous les équipements de l’entreprise (imprimante, …) • Certaines adresse sont locales (ex. Adresse dans une résidence) • Pénurie d’adresses IP v4. • Sécurité

45. NAT • Network Address Translation: module permettant de traduire des adresses non routables en adresses publiques routables • Un ISP donne un bloc d’adresses publiques à une entreprise. Mais ces adresses pourraient ne pas être utilisées à l’intérieur de l’entreprise. • Avantages: • Des adresses privées non enregistrées (non fournies par l'ISP ) peuvent être utilisées à l’intérieur de l’entreprise. • On peut changer les adresses des postes internes sans notifier l'extérieur • L'adresse fournie par l'ISP peut changer sans changer les adresses internes

46. NAT - Exemple Traduction statique Traduction dynamique Traduite un à un. Un adresse privée est traduite en la première adresse publique disponible.

47. PAT: Port Address Translation • Une version plus élaborée de NAT • Paquets sortants • Remplacer • (Adresse Source, Port1) par (Adresse Source NAT, Port2) • Les stations distances répondront avec une adresse destination (Adresse NAT, Port2). • Dans la table NAT on doit stocker les paires de correspondance • (Adresse Source, Port1) - (Adresse Source NAT, Port2) • Paquets entrants • Remplacer • (Adresse Destination NAT, Port2) par (Adresse Source, Port2) • La stocker dans la table NAT • Problème: • Intervient au niveau de la couche Transport pour le numéro de port !!

48. PAT - Exemple

49. DHCP • Dynamic Host Configuration Protocol • Assigne des adresses IP et d’autres informations (masque, Serveur DNS,..) aux postes. • Le serveur DHCP définit un ensemble d’adresses qui peuvent être allouées aux stations. • Une station envoie une requête au serveur DHCP. Celui-ci envoie un Ack. • Un serveur DHCP peut louer des adresses IP pour une période de bail.

50. DHCP