Réseaux informatiques: Routage et TCP

Cours INF4032 Réseaux Informatiques

•  Le cours porte sur les réseaux informatiques, couvrant les notions de base et des concepts importants.
•  Le programme comprend des sujets tels que : l'introduction des réseaux, la couche transport TCP/UDP, NAT, la couche application HTTP, DNS, la programmation réseaux, le routage dynamique et IPv6.
•  Le cours abordera la structure de l'internet (milliards d'appareils connectés et les liens de communication comme la fibre optique, le cuivre, la radio et le satellite). Il abordera également l'importance des équipements intermédiaires comme les routeurs et les commutateurs.
•  Le nombre de connexions IoT augmentera jusqu'à 25 milliards d'ici 2025, incluant des appareils comme les montres, les bijoux, les balances, les automobiles, les réfrigérateurs, les ampoules, les compteurs, les thermostats, les valises et les poubelles. 
•  Internet fonctionnera comme un "réseau de réseaux" avec des ISP interconnectés.
•  Les normes Internet (RFC et IETF) définissent le format et l'ordre des messages.
•  Le cours comprend des informations sur les protocoles, modèles en couches et normalisation.
•  Le cours introduit les modèles de référence OSI et TCP/IP avec leurs couches respectives.
•  La pile des protocoles Internet est détaillée, incluant les couches application (FTP, SMTP, HTTP), transport (TCP, UDP), réseau (IP, protocoles de routage), liaison (Ethernet, 802.11, PPP), et physique.
•  Le modèle OSI de référence est également présenté et met en évidence l'absence de ces couches dans la pile Internet.
•  Une analogie est donnée pour illustrer le concept de couches en utilisant un processus d'envoi de message entre deux professeurs via translation de langue et les secrétaires.
•  Les modèles de référence OSI et TCP/IP sont expliqués avec une description de leurs couches respectives.
•  Il existe deux modèles de référence compétitifs, OSI et TCP/IP, pour l'organisation en couches des réseaux.
•  Le modèle TCP/IP est prédominant dans le fonctionnement d'internet.
•  L'encapsulation est le processus par lequel les couches supérieures ajoutent des informations aux données.
•  Différents modèles de référence en couches traitent les systèmes complexes.
•  L'approche en couches permet une gestion simple du système en dissociant les fonctions en plusieurs sous-problèmes.
•  L'illustration diagramme de l'encapsulation sur deux machines est fournie, avec les différents segments ou paquets et l'utilisation de différents types de liaison de données, ainsi que ceux utilisés par les machines.

Protocole "couches"

•  Les réseaux permettent aux machines interconnectées d'échanger des données.
•  Les réseaux sont composés de nombreux éléments, incluant les hôtes, les routeurs, les liens de divers types de médias et les protocoles utilisés.
•  Gérer la diversité des réseaux, les problèmes de transmission, de routage et de congestion de manière efficace est crucial pour l'exploitation des réseaux.

Pourquoi les Couches ?

•  Traiter des systèmes complexes explicitement à partir de leurs parties constituantes et de leurs interrelations.
•  Diviser les problèmes en sous-problèmes plus faciles à gérer.
•  Faciliter la maintenance et la mise à jour du système en modélisant une hiérarchie de couches.

Analogie

•  Le concept d'analogie illustre un processus d'échange de messages impliquant des professeurs et des secrétaires utilisant différentes langues.

Modèles de référence

•  Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) comprend 7 couches.
•  Le modèle TCP/IP comprend 5 couches.

Pile de protocoles Internet

•  La couche application gère les applications réseau (comme le protocole HTTP).
•  La couche transport gère le transfert des données entre processus (TCP et UDP).
•  La couche réseau gère le routage des datagrammes de la source à la destination (protocoles IP).
•  La couche liaison gère le transfert de données entre les éléments voisins du réseau.
•  La couche physique gère la transmission des données sous forme de bits.

Modèle de référence ISO/OSI

•  La couche de présentation permet aux applications d'interpréter la signification des données.
•  La couche de session gère la synchronisation et la récupération des échanges de données
•  Les services de la pile Internet peuvent manquer ces couches, nécessitant de les implémenter dans l'application elles-mêmes.

Encapsulation

•  L'encapsulation est un processus descendant où les couches ajoutent leurs informations aux données à chaque étape du processus.
• Il existe un format, un ordre des données qui doivent être respectés lors de l'envoi et de la réception de messages sur internet.
• Les différentes couches fournissent les informations nécessaires pour chaque couche.
•  L'analogy illustré est une façon simple de communiquer entre 2 professeurs différents, et leurs secrétaires, en transmettant un message a travers différents niveaux ou couches (anglais/allemand/Chinois).

Protocole TCP/IP

•  Une couche est conçue pour résoudre un sous problème distinct
• Chaque couche peut avoir plusieurs protocoles
• Les différents types de protocoles utilisent les données, segments, paquets ou flux de bits.
•  Les différents protocoles peuvent être regroupés par couches.

Suites de protocoles TCP/IP

•  TCP/IP est une suite de protocoles utilisés pour le fonctionnement d'internet
•  Différents noms de systèmes sont utilisés.
•  Les différents noms de systèmes sont détaillés dans les différentes couches

Encapsulation de données

•  L'encapsulation consiste en l'ajout d'informations par les protocoles aux données.
•  L'encapsulation ajoute des nouvelles fonctions.
•  Les différents protocoles permettent le fonctionnement.
• Les informations de chaque PDU diffèrent selon la couche dans laquelle elles se trouvent

Couche Physique

•  La couche physique est responsable de la transmission de bits individuels d'un nœud au suivant.

Couche Liaison de données

•  La couche liaison de données est responsable de la transmission des trames d'un nœud au suivant.

Couche Réseau

•  La couche réseau est responsable de la livraison des paquets de la source d'origine à la destination finale.

Couche Transport

•  La couche transport est responsable de la livraison des segments d'un processus source à un processus destination final.

Couche Application

•  La couche application est chargée de fournir des services à l'utilisateur.

Les couches du modèle TCP/IP

•  Une couche est un sous-problème.
•  Plusieurs façons de résoudre le même sous-problème peuvent exister pour une couche donnée.
•  Un protocole est un traitement.
•  Un protocole appartient à une couche s'il résout les sous-problèmes définis par cette couche.
• Plusieurs protocoles peuvent appartenir à la même couche s'ils résolvent le même sous-problème de manières différentes. (ex TCP et UDP).

Modèles de référence (OSI et TCP/IP)

• Le modèle OSI comprend 7 couches, le modèle TCP/IP comprend 5 couches.
• Les deux modèles de référence sont utilisés pour structurer et comprendre les réseaux informatiques.

Protocoles de routage statique et dynamique

•  Le routage statique implique de configurer manuellement les routes dans la table de routage, tandis que le routage dynamique utilise des protocoles pour mettre à jour automatiquement les tables de routage.
•  Le routage statique est pratique pour les petits réseaux et le routage dynamique pour de gros réseaux plus complexes

Protocoles de routage à vecteur de distance

•  Les protocoles de routage à vecteur de distance partagent des informations de distance par rapport à une destination.
•  Ils utilisent une métrique comme le nombre de sauts pour déterminer le meilleur chemin.
• Exemples des protocoles de routage à vecteur de distance : RIPv1, RIPv2,  et EIGRP

Protocoles de routage à état de lien

• Ces protocoles créent une carte topologique dans laquelle tous les routeurs partagent les états de liens du réseau.
•  Ils utilisent l'algorithme de Dijkstra pour trouver les chemins les plus courts vers une destination.
• Exemples des protocoles de routage à état de lien : OSPF et IS-IS

BGP (Border Gateway Protocol)

•  BGP est un protocole externe (EGP) utilisé pour le routage entre les réseaux autonomes.
•  Il gère les groupes de réseaux (systèmes autonomes), est moins sensible aux problèmes de voisinage, et prend des décisions sur le réseau.
•  Le protocole BGP utilise des messages “Update” pour échanger des informations entre les routeurs.
•  BGP utilise la notion d'AS-path.

Adressage IPv6

•  L'adressage IPv6 utilise 128 bits, ce qui offre un espace d'adressage considérable.
•  Les adresses IPv6 sont notées en hexadécimal et suivent une notation spécifique, utilisant des doubles points pour séparer les parties.
•  Plusieurs types d'adresses IPv6 existent (Global Unicast, Unique Local, Link-Local, Multicast et Anycast).
•  Les adresses IPv6 link-local sont utilisées pour la communication sur la même liaison.
•  Les adresses IPv6 global unicast sont routées sur Internet.
•  Les adresses IPv6 multicast sont utilisées pour envoyer des données à plusieurs destinations.
•  Les adresses IPv6 Anycast sont attribuées à plusieurs périphériques, et le paquet est acheminé vers le périphérique le plus proche.

Configuration statique IPv6

•  La configuration statique d'une adresse IPv6 est similaire à la configuration de l'IPv4.
•  Des commandes spécifiques à l'interface sont nécessaires pour configurer des adresses IPv6 global unicast (GUA) ou link-local (LLA).

Adressage dynamique IPv6

•  La configuration dynamique d'adresses IPv6 peut être effectuée grâce au protocole SLAAC.
•  Les périphériques peuvent obtenir les informations nécessaires pour configurer une GUA grâce aux messages RA (Router Advertisement) ICMPv6 du routeur local.

Méthodes d’adressage EUI-64 et aléatoire

•  La méthode EUI-64 utilise l'adresse MAC du périphérique pour créer un ID d'interface.
•  La méthode aléatoire génère un ID d'interface.

Comparaison IPv4 vs IPv6

•  Les en-têtes IPv4 et IPv6 diffèrent en termes de champs, de longueur, et de structure.
•  IPv6 supporte une extension de longueur d’ID
• Les deux modèles ont des fonctions similaires (localisation, routage …)

Outils de débogage

•  Les outils de débogage peuvent aider à diagnostiquer les problèmes de connexion et le transfert des paquets.
•  Le ping est un outil utilisé pour vérifier la disponibilité d’un hôte (ou d'un routeur), en envoyant des paquets de requête/réponse d’écho ICMP.
•  Traceroute (tracert) est un outil qui trace le chemin pris par un paquet à travers un réseau

Protocoles de communication

•  HTTP – Protocole de transfert hypertexte commun utilisé pour accéder au contenu web (et utiliser des méthodes comme GET ou POST).
•  FTP – Protocole de transfert de fichiers utilisé pour transférer des données entre des clients et des serveurs.
•  Telnet – Un protocole utilisé pour établir une connexion à distance (sans chiffrement) vers un terminal distant.
•  SMTP – Simple Mail Transfer Protocol : protocole utilisé pour l'acheminement des messages électroniques.
•  POP – Post Office Protocol : protocole de lecture des messages stockés sur un serveur de messagerie (en principe non persistant)
•  IMAP – Internet Message Access Protocol : protocole de lecture des messages électroniques, stockés sur un serveur.

Notion sur les sockets

•  Le Socket API est un ensemble de fonctions utilisées pour créer et gérer les connexions entre les processus sur un réseau.
•  Il existe des sockets TCP (pour connexions orientées) et UDP (pour connexions non orientées) avec leurs propres formats de données
• l'interaction client-serveur avec le TCP est différente de celle avec l'UDP

Contrôle de flux TCP

• Différents types de contrôle sont réalisés lors de la gestion des connexions (flux de données, congestion, etc)
• Le contrôle de congestion TCP utilise une méthode d'accroissement et de diminution multiplicative.
• La taille de la fenêtre TCP et l'ajustement en fonction des problèmes de congestion sont abordés.

Contrôle de congestion TCP

•  Le contrôle de congestion TCP vise à adapter le débit de transmission entre deux points.
•  Méthodes d’ajustement de la taille de la fenêtre pour adapter au débit de transmission, et éviter la congestion sont expliquées.
•  Différents scénarios de contrôle de congestion (réduit la capacité de transmission TCP dans le cas d’une congestion) sont montrés.

NAT (Network Address Translation)

•  NAT permet à plusieurs périphériques sur un réseau privé d'utiliser une seule adresse IP lorsqu'ils communiquent avec le réseau public.
• Les datagrammes sortants remplacent l'adresse IP avec l'adresse IP NAT et un numéro de port.
• Seules les adresses IPv4 publiques sont accessibles depuis internet.

IPv6

•  L'introduction de l'IPv6 s'explique par la limite en nombre d'adresses IP du modèle IPv4.
• Des formats d'adresse IPv6 sont introduits : global unicast, unique local, link-local, multicast et anycast.
•  Les protocoles pour l'IPv6 sont utilisés lors de la coexistence avec l'IPv4.