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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

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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