reseaux informatique introduction

8/18/2019 Reseaux informatique introduction

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Les Réseaux

• Les Réseaux (édition 2003 ou format poche 2002)

Guy Pujolle - Eyrolles

• Réseaux (4° édition)Andrew Tanenbaum - Pearson Education - 2003

• Transmissions et réseaux (2° édition)S. Lohier & D. Présent - Dunod - 1999

Bibliographie:


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Principes des réseaux numériques

• Classifications des différents réseaux

• Modèle OSI • Qu’est-ce qu’un réseau?

Ensemble de ressources permettant l’ é change de donn é es entre syst è mes é loign é s


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MANRéseaux

métropolitains

Classification des réseaux informatiques

selon leur taille

StructureD’interconne

xion

LANRéseaux locauxBus

WANRéseaux

étendus

1m 10m 10km 100km100m 1km


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Réseaux en mode diffusionLe support de transmission est partagé:

● le message envoyé par un équipement est reçu par tous leséquipements, c'est l'adresse contenue dans le message quipermet à chacun de savoir si le message lui est adressé

● A tout moment, un seul équipement a le droit d 'envoyer unmessage sur le support => écoute et protocole spécifique

Réseaux locaux, sattélitaires et radio utilisent le plus souvent ce

mode


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Topologies en mode diffusion

BusAnneau


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Réseaux en mode point-à-point

Routeur oucommutateur

Le support physique relie une paire d’équipements => il fautpasser par des éléments intermédiaires


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Topologie des réseaux

point-à-point

Arbre

Anneau Maillageirrégulier


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Mode de fonctionnement

• Avec connexion

Un canal est créé entre les deux éléments

1. demande d' établissement de la connexion par l' émetteur par envoid' un bloc de données spécial

2. si le récepteur refuse, la communication n' apas lieu

3. la connexion est établie par mise en place d' un circuit virtuel

4. transfert des données

5. libération du circuit

Ex: le téléphone


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Mode de fonctionnement

• Sans connexion

Les blocs (appelés datagrammes) sont envoyés sans savoir

si le destinataire et les noeuds intermédiaires sont actifs

Ex: le courrier postal


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Mode de transfert

• Commutation de circuit

• Commutation de messages

• Commutation de paquets

• Commutation de cellules


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ABCD

A

BCD

Commutation demessages

Commutation de

paquets

temps

11

1 32

3232

Comparaison commutation de messages/paquets

A B

C

D


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Architecture OSI

• Différents types de réseaux et médias utilisés =>

nécessité d’utiliser des langages communs

• Protocole = ensemble de règles nécessaires à laréalisation d’un service

• Transfert de données => architecture matérielle et

logicielle


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Modèle OSI

• Début des années 70

• Open System Interconnection normalisé par l’ISO(International Standard Organisation)

• Système ouvert=ordinateur, terminal, réseau, autreéquipement respectant cette norme

• Découpe l’architecture en 7 couches de protocoles

• Une couche de niveau N utilise un service de la coucheinférieure pour fournir un service à la couche supérieure


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Modèle OSI

7 Application

6 Présentation

5 Session

4 Transport

3 Réseau

2 Liaison

1 Physique


15/84

application

physique

présentation

session

transport

réseau

liaison

Support physique

physique

réseau

liaison

application

physique

présentation

session

transport

réseau

liaison

Support physique

physique

réseau

liaison

émetteur A récepteur B

Communication entre couches


16/84

Couche physique• Transmission de bits en fonction du support physique

• Maintien et désactivation des connections physiques

Couche Liaison• Illusion d’une ligne parfaite entre deux machines:

– Découpage en trames,

– Détection/Correction d’erreurs,

– Reémission si nécessaire


17/84

Couche réseau

• Relai et amélioration des services entre entités de

réseau:

– Adressage, routage,– Contrôle de flux,

– Détection/Correction d’erreurs non réglées par la couche 2


18/84

Couche transport

• Découpage des données de la couche session

• Assurance que tous les paquets arrivent

correctement

• multiplexage


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Couche session

• Offrir une session de communication à l’utilisateur

• Gérer le droit à la parole

• Synchroniser

• Compresser, chiffrer les données


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Couche présentation• S’occupe de la syntaxe et de la sémantique de l’info

=> codage, décodage

Couche application

• Définit un terminal de réseau virtuel• Transfert de fichiers, courrier électronique


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Couche Physique

Objectif: Transport d’un flot de bits d’une machine à une autre =>

• Conna î tre le support

• Définir la méthode utilisée pour la transmission

Transmission basée sur la propagation d’une onde

• électrique (cables, fils)• radio (faisceau hertzien, satellite)

• lumineux (fibre optique, infrarouge)


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Extrait de « Transmissions et réseaux », p. 95

Caractéristiques des supports


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Information transmise en modifiant dans le temps les ondes émises:

• directement

• par modulation

=> Opération réalisée par un ETCD (adaptateur de ligne)

ETTD ETCD ETTDETCD

ligneinterface

ETTD= Equipement Terminal de Traitement de donnéesEx: ordinateur, imprimante, …

ETCD= Equipement de Terminaison de Circuit de données

EX: modem, multiplexeur, adaptateur


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Transmission du signal numérique

Num é rique = discontinu (discret), 2 valeurs

Analogique = continu

1. En bande de base (sans transfo. en analogique)

•Distance petite ( Réseaux locaux

ETTD

ETCD

ETTD

ETCD

ETTD

ETCD

répéteur

Codeur en

Bande de base


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Codages en bande de base

• NRZ (No Return to Zero):0 -> -5V

1 -> +5V

• Biphase ou Manchester:

1 -> passage de + à -

0 -> passage de – à +

• Différentiel:

Changement si 0, pas de transition sinon

• Miller:

Transition en milieu de bit si 1,pas de transition sinon

Transition en fin de bit si 0 suivi de 0

C d l i


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Codages classiques


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2. Transmission par modulation

Conversion numérique -> analogique

Utile si grande distance, bruit, …

ETCD = modem (modulateur/démodulateur)

Modulation par

• amplitude

• saut de fréquence

FSK (Frequency Shifting Key)

• saut de phase

PSK (Phase Shift Keying)


28/84

Modulation d’amplitude


29/84

Modulation de fréquence


30/84

Modulation de phase

C bi i


31/84

Combinaison

Amplitude/Fréquence/Phase

Si on peut émettre et détecter plus de deux états (d’amplitude, de

fréquence ou de phase), alors chaque état peut coder plus d’un bit.

Ex: 4 phases combinées à 2 amplitudes =8 (23) états différents => 3 bits/ état

Modems: 2 normes

• QAM (Quadrature Amplitude Modulation) code 4 bits par état dans laversion de base

• TCM (Treillis Coded Modulation) code 5 bits par état dans la version

de base


32/84

Diagramme spatial

Combinaison phase+amplitude peut être représentée par undiagramme dans le plan:

Ici, il y a 2 amplitudes et 8 phases mais seulement 8 points sur le

diagramme => chaque état code 3 bits

100

010

001111

000011

110 101


33/84

Vitesse de transmission

Vitesse de transmission ou d é bit binaire =nombre de bits transmis enune seconde (b/s)

Vitesse (ou rapidité) de modulation =nombre d’états de modulation

par seconde (bauds)

Si un bit est codé par un état de modulation, les deux unités sont

équivalentes

Si plusieurs bits codés par un état, alors débit binaire multiple de la

vitesse de modulation

Ex: modem V34, TCM 9 bits, 3200 bauds

=> ? b/s


34/84

Caractéristique d’une voie

Loi de Shanon:

Capacité C = Wlog2(1+S/B)

C: débit binaire maximum (bits/s)S/B: rapport Signal/Bruit

W: largeur de bande de la voie (Hz)

Ex: réseau téléphoniqueW=3100Hz

S/B=1000 (30dB)

C=31000 b/s


35/84

Mode de synchronisation

Pour transmettre une information sur une ligne,

On a besoin de déterminer le moment de changement d’état du

signal: c’est la synchronisation

Rem: + le message est long, + la vitesse de modulation est élevée, +

c’est difficile

=> l’ETCD entretien une horloge

Deux modes possibles:

Le mode synchrone et le mode asynchrone


36/84

Mode synchrone

• synchronisation établie au départ,

recalée en permanence

• les caractères se suivent les uns les autres (éventuellement

séparés par un multiple entier du cycle d’horloge)

H

Synchro 1er caractère 2ème caract.


37/84

Mode asynchrone

• synchronisation établie à chaque caractère envoyé

• les caractères sont émis à des intervalles quelconques

• caractère délimité par 1 « bit » START et 1 ou plusieurs « bits »

STOP

H

bit startbits de données

caract. n bit stop

repos


38/84

Mode de transmission

• unidirectionnel (simplex)

• bidirectionnel à l’alternat (half-duplex)

• bidirectionnel (full-duplex)

E R

E R

ER

E/R R/E


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Multiplexage

Une liaison unique entre deux sites peut être partagée par

plusieurs équipements

Multiplexeur Multiplexeur

Canaux (Voies basses

vitesses)

Ligne de transmission

Canaux

3 types de multiplexage: fréquenciel, temporel, statistique


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Couche Liaison

Objectif: assurer une communication fiable et efficace entre deux

équipements adjacents,

i-e. les données fournies à la couche réseau doivent être

● dans l’ordre,

● sans erreurs, sans pertes, sans duplications


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Services

Hypothèses sur le canal: les bits sont délivrés dans l’ordre, mais

certains peuvent changer de valeur, appara î tre ou dispara î tre

=> Découpage des messages en trames de bits et● contrôle des erreurs à l’intérieur des trames: codes

correcteur/détecteur● contrôle des erreurs sur les trames: acquittements, temporisateurs,

numérotation des trames● contrôle de flux


42/84

Utilité de la couche liaison

Un message provenant des couches hautes est découpé en 10 trames,

chacune ayant 80% de chance d’arriver intacte. Si la couche liaison

n’effectue aucun contrôle, combien de fois faudra t’il réémettre le

message pour qu’il arrive entier en bon état?

Chances que m soit correct: (80/100)10 ~ 1/10

=> En moyenne, il faudra envoyer 10 fois le message


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Détection/correction d’erreurs

Taux d’erreur de différents supports:● Ligne téléphonique: 10-5

● Câble coaxial: 10-7-10 -8

● Fibre optique: 10-10-10 -12

Codes correcteurs ou codes détecteurs d’erreurs: transformation de

la suite de bits à envoyer par ajout d’info à base de bits de

redondance ou bits de contr ô le.Le récepteur utilise cette info ajoutée pour déterminer si une erreur

s’est produite et pour la corriger si la technique le permet.


44/84

Les codes

● Code de longueur N: ensemble de séquences de N bits● Distance de Hamming entre deux séquences u et v: Dh(u,v)= nombre

de positions binaires des séquences u et v qui correspondent à des

valeurs différentes● Distance de Hamming du code: Dh(C)=minimum des distances entre

deux séquences quelconques du code C

Ex: C={0011,0101,1001,0110,1010,1100}

Dh(0011,0101)=2

Dh (C)=2


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Pouvoir Détecteur/Correcteur

Pouvoir détecteur du code C: nombre maximum de bits erronés qui

peuvent être détectés = Dh(C)-1

Pouvoir correcteur: nombre maximum de bits erronés avec possibilité de

reconstruire le message initial = (Dh(C)-1)/2


46/84

Les protocoles ARQ

ARQ (Automatic Repeat Request): l’émetteur attend les

acquittements positifs ou négatifs; le récepteur détecte les erreurs

et selon le cas, ignore la trame ou demande sa retransmission

Deux types de protocoles ARQ:

• protocoles « envoyer et attendre » (send and wait)

• protocoles « continus » (continuous ou pipelined ARQ) ou« à fenêtre d’anticipation »


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Protocoles « envoyer et attendre »

But: empêcher l’émetteur d’envoyer des données plus rapidement que

le récepteur ne peut les traiter

Solution de ralentir le débit d’émission des trames non satisfaisant: quelchoix de temporisation?

Méthode:

• obliger le récepteur à informer l’émetteur de son état -> acquittements• coté émetteur: envoyer et attendre

ARQ é


48/84

ARQ: trame erronée

t r a m e 1

A C K

E R

t r a m e 2

N A C K

t r a m e 2

A C K

ACK=Acquittement positif

NACK=Acquittement négatif

T em

p s

ARQ t d


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ARQ: trame perdue

t r a m e 1

A C K

E R

t r a m e 2

t r a m e 2

A C K

Tempor isa teur

T 0

T 0

T 0

é t ti d t


50/84

numérotation des trames

T r a m e 1

A C K

E R

T e mp o

T 0

T 0

T r a m e 1

A C K

T r a m e ( 1 )

A C K

E R

T e mp o

T 0

T 0

T r a m e ( 1 )

A C K

T r a m e ( 2 )

A C K

é t ti d itt t


51/84

numérotation des acquittements

T r a m e ( 1 )

A C K

E R

T r a m e ( 2 )

T e mp o

T 0

T 0

T r a m e ( 1 )

A C KT 0

T r a m e ( 1 )

A C K (

1 )

E R

T r a m e ( 2 )

T e mp o

T 0

T 0

T r a m e ( 1 )

A C K ( 1 )

T 0


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Protocoles « à fenêtre d’anticipation »

● Données et acquittements dans les deux sens (mode

bidirectionnel)

●

Envoi d’un certain nombre de trames sans attendred’acquittement (pipelining)

● Acquittements ajoutés à des trames de données envoyées dans

l’autre sens (piggypacking)

=> Besoin de tampons pour trames non encore acquitées


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Fenêtre d’anticipation

Trames ont un numéro de séquence codé sur n bits

Rem: si n=1 => « envoyer et attendre robuste »

Fenêtre d’émission (coté émetteur):

Liste des numéros de séquence des trames autorisées à être é mises

Fenêtre de réception (coté récepteur):

Liste des numéros de séquence des trames autorisées à être re ç ues


54/84

Deux familles de protocoles

● Protocoles basés sur le caractère

Trame = suite de caractères

Ex: BSC (Binary Synchronous Communications) d’IBM

● Protocoles basés sur l’élément binaire:

Trame = suite de bits

Ex: SDLC(Synchronous Data Link Control) d’IBM

HDLC (High Level Data Link Control) de l’ISO

PPP (Point-to-Point Protocol)


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Le protocole HDLC

● Exploitation full-duplex de la liaison

● Basé sur l’élément binaire:-> pas d’interprétation du contenu

-> transparence / aux codes éventuellement utilisés

● Protocole synchrone

● fenêtre d’anticipation de taille 8 (sur 3 bits)

● Protocoles dérivés: LAP (Link Access Protocol) A, B, D


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HDLC: Format des trames

Fanion CommandeAdresse Données Contrôle Fanion

8 8 8 16 8≥ 0Bits

Fanion: 01111110

=>Ajout d’un 0 après cinq 1 consécutifs dans les données

Adresse: identifie un terminal particulier sur une liaison multipoint

Commande: numéro de séquence, acquittement

Données: n’importe quelle info (longueur arbitraire)

Contrôle: code CRC modifié pour fanion


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Sortes de trames

3 sortes identifiées par le champ de commande:

1 2 3 4 5 6 7 8

0 Sequence SuivantP/F

01 Type SuivantP/F

11 Type ModifP/F

Format I

Format S

Format U


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Trame Information

1 2 3 4 5 6 7 8

0 N(S) N(R)P

Sert à l’envoi des données provenant de la couche supérieure.

Format du champ Commande:

N(S) = numéro de séquence en émission

P = invitation ou non à émettre (1=oui)

N(R) = numéro de séquence en réception


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Trame Supervision

1 2 3 4 5 6 7 8

Permet le transport des commandes

Type =0: RR

1: Rej

2: RNR

3: SrejP/F = invitation à émettre s’il provient d’une commande, fin lorsqu’il

provient d’une réponse

N(R) = numéro de séquence en réception

01 Type N(R)P/F

Ch


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Champ « type »

• RR (Receive Ready): utilisé pour● indiquer que le récepteur est prêt à recevoir● Accuser réception des trames reçues de numéro de

séquence N(R)-1

• RNR (Receive Not Ready): indiquer un état d’occupation durécepteur + ack trames N(R)-1

• Rej (Reject): demande de retransmission des trames à partir de

N(R)

• Srej (Selective Reject): Idem Rej mais uniquement pour trame n° N(R)

T U b d


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Trame Unnumbered

Trame non-numérotée, ou de gestion

SABM (mise en mode asynchrone équilibré)

DISC (déconnexion)

UA (Accusé de réception non numéroté)

DM (mode déconnecté)

FRMR (rejet de trame)

1111P100

1100P010

1100P110

1111F000

1110F001

Exemple d’échange HDLC


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A B

SABMUA

I,N(S)=0

I,N(S)=1

I,N(S)=2 RR,N(R)=2I,N(S)=3

I,N(S)=4

RNR,N(R)=5

RR,N(R)=0,P=1RR,N(R)=0,P=1

RR,N(R)=5,F=1

I,N(S)=5

PPP


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PPP

Liaison d’accès au réseau Internet ou liaison entre deux routeurs

HDLC+ champ pour spécifier le protocole de niveau supérieur (IPv4,

IPv6, IPX, …)

Fanion CmdAdr Données Ctrl Fanion

1 1 1 2 ou 4 10OctetsProto

1 ou 2

T Eth t


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Trame Ethernet

Préambule @DSTSFD Type Données +bourrage CRC

7 1 6 64->1500 42Octets@SRC

6Octets

Préambule=7x10101010

SFD=fanion de début=10101011

@DST, @SRC= adresses sources et destination physiques (adr MAC)

Type=protocole transporté (800H=IP, 806H=ARP, 835H=RARP,...)

CRC=code détecteur d' erreur sur 32 bits


65/84

Type de service


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Type de service

• Connecté

• Non connecté

Fourni par une couche

supérieure

Fourni par la couche réseauContrôle de flux

Fait par une couche

supérieure

Fait par la couche réseauContrôle d’erreur

Non garantiGarantiOrdre des paquets

Nécessaire pour chaque

paquet

Nécessaire à l’init°Adr destination

ImpossibleObligatoireConnexion initiale

Non connectéConnectéService

Type de réseau


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Type de réseau

• Réseau à commutation de circuits : un chemin physique appelé

circuit virtuel est établi entre 2 correspondants en début de

communication et libéré en fin de communication.

• Réseau à commutation de paquets : le message à transmettre est

découpé en paquets appelés datagrammes qui sont acheminés

indépendamment les uns des autres.

Type de réseau


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Type de réseau

Connecté et non connecté

Difficile

Possibilité de perte de paquets

Pour chaque paquet

Adresse complète

Impossible

Datagramme

Connecté

(Assez) Facile

Possibilité de perte de circuit

A l'initialisation

Numéro du circuit

Obligatoire

Circuit virtuel

Type de service

Contrôle de congestion

Panne du réseau

Routage

Adressage

Initialisation du circuit

Action

Routage


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Routage

Fonction: Déterminer par quel lien de sortie chaque noeud réexpédie lepaquet entrant, en fonction de la destination du paquet.

Dans la plupart des cas, chaque routeur dispose d'une table de routage

indiquant pour chaque destination, le(s) lien(s) à emprunter.

A

E

D

CB

FC EF

C EE

C DD

C BB

C BA

LienDest°

Table de routage de C

Algorithmes de routage


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Algorithmes de routage

Principe:

• attribution de coûts (variables ou fixés) aux liens du réseau

• calcul des chemins minimisants les coûts (plus court chemins)

Les coûts peuvent représenter divers mesures, par ex:

• estimation du temps d' acheminement de l' information sur le lien

• le temps d' attente dans la file associée au lien

• la longueur du lien• la probabilité de panne du lien

• une fonction pondérée des paramètres ci-dessus

Méthodes de routage


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Méthodes de routage

Statique: Pas de mises à jour des tables de routage. Elles sont fixées

une fois pour toute en fonction de la topologie du réseau.

Dynamique: Les tables sont recalculées soit périodiquement, soitlorsque des évènements surviennent (panne d'un lien, charge

importante, ...).

Centralisé: Un noeud particulier du réseau gère le routage : il reçla;oit

des informations de chaque noeud et leur envoie leur table de routage.

Distribué: Pas de centre de contrôle.

Routage à vecteur de distance


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Routage à vecteur de distance

Technique fondée sur l'algorithme de Bellman-Ford, fonctionnant ainsi :

• chaque routeur conna î t le temps d'acheminement avec ses voisins

• périodiquement, chaque routeur transmet la liste des temps estimés vers

chaque destination et reçoit de ses voisins leur propre liste

• en fonction de ces informations, modifier les tables de routage.

Technique utilis é e à l'origine dans le r é seau ARPANET et par le protocole

RIP (Routing Information Protocol) du r é seau Internet.

Routage par information d'état des liens


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Routage par information d état des liens

Sur chaque routeur, faire :

2. découvrir ses voisins et apprendre leurs adresses

3. mesurer les coûts

4. envoyer ces informations à tous les routeurs5. calculer les plus courts chemins par l'algorithme de Dijkstra

Technique tr è s utilis é e, notamment par le protocole OSPF utilis é dans le

r é seau Internet et par le protocole IS-IS pour le r é seau DECnet .

Autres algorithmes


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Autres algorithmes

Routage « Hot-potatoe » : on réexpédie le paquet par le premier lien

sortant libre.

Routage par inondation: Le paquet est renvoyé sur toutes les lignessortantes.

Routage multidestinataire: on veut transmettre un message a un groupe

de destinataires. Plusieurs façons de faire :• Par l' algorithme d' inondation

• en utilisant un arbre recouvrant

Routage hiérarchique


75/84

Routage hiérarchique

1C4

1C5

1C3

1B2

1C1C

1B1B

LienDest°

Table hiérarchique de A

6 entrées dans la table au lieu de 17

Files d’attente


76/84

Files d attente

Routeur

Nœud de commutation

Files d’attente en

entrée

File d’attente en

sortie

Congestion


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Congestion

La congestion survient quand les routeurs saturent leur file d’attente

et donc perdent des paquets

Nb Paquets transmis

Trafic congestionné

Trafic idéal

N b

P a q u e t s r e m i s

a

u d e s t i n a t a i r e s

Contrôle de la congestion


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Contrôle de la congestion

Différent moyens peuvent être mis en oeuvre pour contrôler la charge

dans le réseau :

• autoriser la destruction de paquets en cas d'engorgement

• limiter le nombre de paquets en transit dans le réseau

• utiliser le contrôle de flux

• régler les accès lorsque le réseau est surchargé.

La norme X25 niveau réseau (X25.3)


79/84

La norme X25 niveau réseau (X25.3)

Norme établie en 1976 par le CCITT pour les réseaux à commutation de paquets sur

proposition de 4 pays qui l'utilisent pour leurs réseaux publics de communication, dont

Transpac pour la France.

Fonctionne en mode connecté, par établissement d'un circuit virtuel (CV). Ces

circuits sont de deux types :

• circuits virtuel commutés (CVC) établis et libérés à chaque connexion

• circuits virtuel permanents (CVP) établis en permanence.

Une liaison X25 comporte plusieurs voies logiques avec un maximum de 4096 voiesdivisées en 16 groupes de 256 voies.

Circuit virtuel et voie logique


80/84

g q

Format des paquets


81/84

p q

Paquet d'appel: Envoyé pour établir un CV, ce paquet contient un numéro de voie

logique disponible chez l'émetteur et l'adresse du destinataire.

Paquet de données: Ne contient plus que le numéro de voie logique correspondant

au CV et les données à transmettre, + diverses options.

Paquet de libération: Contient le numéro de voie logique à libérer et la cause de

fermeture.

Il existe d'autres types de paquets : interruption et confirmation d'interruption,réinitialisation, reprise,...

Etablissement d'un circuit virtuel


82/84

Libération d'un circuit virtuel


83/84

Relais


84/84

7 Application

6 Présentation

5 Session

4 Transport

3 Réseau

2 Liaison

1 Physique

7 Application

6 Présentation

5 Session

4 Transport

3 Réseau

2 Liaison

1 PhysiqueRépéteur

Pont/commutateur

Routeur

Relais de transport

Passerelle d'application

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