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Cours réseaux informatiques
Dr. Ouni sofiane
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Chapitre 1 Rappel des
Concepts des réseaux
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1. Définition des réseaux informatiques
• Un réseau informatique (computer network) est un système de communication (ensemble matériel + logiciel) qui permet à un ensemble d’ordinateurs (au sens large) d’échanger de l’information
• L’échange d’information n’est pas une finalité en soi. Les réseaux servent avant tout à réaliser des services
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2. Caractéristiques des réseaux• Zone de couverture géographique (des communications):
– LAN (Local Area Network) : Réseaux Locaux, ≈≤ 1Km, comme Ethernet, WiFi
• LAN filaire• WLAN (Wireless LAN) : réseaux locaux sans fil WIFI , Quelques centaines
de mètres• PAN (Personal Area Network) : interconnexion d’équipements , bluetooth,
quelques mètres
– WAN (Wide Area Network) : Réseaux à grande distance, > 1Km, un pays, toute la planète, comme Internet (réseau des réseaux). Les WAN assure la connexion des réseaux LAN.
– MAN (Metropolitan Area Networks): Réseaux métropolitains, Intermédiaires entre LAN et WAN - qq dizaines de km, ville ou région, comme WIMAX (60Km)
• Débit (nombre de bits transmis par seconde)– LAN : 100Mbits/s, 1Gbits/s, 10Gbits/s– WAN : 54Kbits/s, 128Kbits/s, 256Kbits/s,512kbits/s, 1Mbits/s …
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Caractéristiques des réseaux
• Support de transmission des données– LAN : paires torsadés(RJ45), fibre optique, onde radio ,…– WAN : ligne téléphonique, satellite, câble, Ligne spécialisée,…
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Caractéristiques des réseaux
• Équipements d’interconnexion :– LAN : Hub (concentrateur), switcher
(commutateur) ,…– WAN : Routeur, Modem,…
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Caractéristiques des réseaux• une hiérarchie Modem puis routeur, puis des
switchers, puis des Hubs, puis des ordinateurs
Réseaux Locaux : LAN
Réseaux distants : WAN
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Type de liaisons entre Équipements réseaux• Liaison directe : sans commutation
– point à point : entre deux équipements (ordinateurs)
– accès multiple : Plusieurs ordinateurs utilisant un même support de transmission
• Liaison commutée : utilisation des équipements de commutation
Caractéristiques des réseaux
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Caractéristiques des réseaux• Liaison directe : Point à Point
– point à point : modem, USB, port série, câble croisé réseau (RJ45),…
USB
USB - port série
USB to RS232 (9-pin) Cable
Câble réseau : RJ45
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Caractéristiques des réseaux• Liaison directe : accès multiple
Connecteur en T et jonction coaxiale
• Réseau en Bus utilisant le câble coaxiale
• Réseau avec des HUB (concentrateurs): connecteur multipoints
Hub réseau RJ45 et USB Hub réseau RJ45 et BNC
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Caractéristiques des réseaux• Liaison commutée
– Le commutateur assure l’ouverture de lien avec d’autre commutateur afin d’assurer l’acheminement des communications
A
B
C
D
Commutateur (switcher)
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– le courrier électronique (mail)
– le transfert de fichiers (ftp)
– l’accès à distance (telnet)
– l’accès au World Wide Web
– les services utilisant le Web : documentation, commerce électronique, …
3. Les services Internet
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le courrier électronique (email)
• L'e-mail permet non seulement d'envoyer des textes, mais toutes sortes de fichiers (programmes, images, vidéos, sons), sous la forme de pièces jointes (attachements).
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le courrier électronique (email) : architecture
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le courrier électronique (email) : paramétrage
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le courrier électronique (email) : paramétrage
Informations sur l'utilisateur:Votre nom: votre nom complet.Adresse de messagerie: votre adresse e-mailInformations sur le serveur:Serveur de courrier entrant (POP3):Serveur de courrier sortant (SMTP):Informations de connexion:Nom d'utilisateur: votre nom d'utilisateurMot de passe: votre mot de passe pour l'émail
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FTP (File Transfer Protocol) : Transfert de
fichiers
FTP (File Transfer Protocol) est le premier outil qui a été mis à la disposition des utilisateurs pour échanger des fichiers sur Internet.
En utilisant FTP, vous serez clients d'un modèle client/serveur et vous vous adresserez à un serveur. En effet, en quelques clics, vous pourrez télécharger la dernière version d'un logiciel ou inversement, vous pouvez mettre à la disposition des utilisateurs des fichiers ou des logiciels que vous avez créés.
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FTP : interface navigateur
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Telnet
• Telnet (TErminal NETwork ou TELecommunication NETwork, ou encore TELetype NETwork) : Désigne un protocole et une application qui permet de travailler sur un ordinateur à distance.
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Telnet : connexionpouvoir connecter au serveur TELNET il faut :
• Lancer la commande TELNET à partir d'un client TELNET • Donner le nom ou l'adresse IP de la machine serveur TELNET, le
nom de compte d'utilisateur et le mot de passe • Le serveur va faire la vérification de ces informations • Les droits d'exécuter des commandes dépendent des droits de
compte d'utilisateur • La connexion est faite, si l'authentification de client est bien réussite,
le client peut maintenant saisir une ligne de commande • Le serveur reçoit cette ligne de commande et l'exécute. Le résultat
de l'exécution sera ensuite affiché à l'écran de la machine Client. • EXIT est la commande pour quitter le client TELNET.
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Telnet : utilisation
• Accès à une machine distante pour lire et écrire des fichier à distance
• Accès à un serveur distante pour exécuter des applications : simulateur de phénomènes physiques …
• Accès distant à un serveur email• Accès distant pour configurer un
équipement réseaux : routeur, …
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Telnet : utilisation pour configuration routeur ADSL
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Telnet : utilisation pour configuration routeur ADSL
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Telnet : utilisation pour configuration routeur ADSL
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World Wide Web• Le World Wide Web, littéralement la « toile (d'araignée) mondiale »,
communément appelé le Web, parfois la Toile ou le WWW, est un système hypertexte public fonctionnant sur Internet et qui permet de consulter, avec un navigateur, des pages mises en ligne dans des sites.
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World Wide Web
Page web : est un document pouvant contenir du texte, des images, du son, ... et des liens vers d'autres documents.
Exemple : http://crb.ulco.free.fr/c2i/siteSite web :est un ensemble de pages web reliées
entre elles par des liens hypertextes.Serveur web : est un ordinateur hôte qui contient
des pages web et les met à la disposition du net.
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La barre d'adresse :• C'est dans cette zone que vous taperez l'adresse
URL (Uniform Resource Locator) du site à afficher. • Le préfixe http:// se rajoute automatiquement. Il
désigne la nature du protocole de communication entre le serveur web et le navigateur : Hyper Text Transfert Protocol.
• Si l'échange de données est crypté, on utilisera le protocole http sécurisé https:// (site sécurisé).
World Wide Web : navigateur
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World Wide Web : architecture
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4. Évolution d’Internet
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Évolution d’Internet
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• Vidéo surveillance
• Visualisation de place
principale dans les villes
• Communication audio visuel
Augustine au sud de l’Alaska en Eruption : WebCam du Volcan
Applications Multimédia sur Internet : Vidéo avec WebCAM
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Applications Multimédia sur Internet : Vidéo avec WebCAM
• Communication avec voix et vidéo entre deux utilisant :– WebCam– Une connexion Internet– Logiciel de visualisation temps réel : skype,…
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Applications Multimédia sur Internet : Vidéo conférence
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Téléphonie sur Internet
• Voix sur IP (aussi connu sous le nom de VoIP, Téléphonie sur IP, téléphonie Internet) fait référence à la technologie qui permet de router les conversations vocales sur Internet ou un réseau informatique
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Téléphonie sur Internet
• Il y a deux types de téléphones :– Téléphone IP, fonctionne sur le réseaux informatique– Téléphone classique se connectant au réseau téléphonique
• On peut passer du réseaux Internet au réseau téléphonique et vise versa
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5. Évolution d’Internet: réseaux mobiles
• Réseaux mobiles : réseaux sans fil, réseaux GSM,GPRS, UMTS…
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Réseaux sans fil : WiFi
• Connexion à Internet via un routeur ADSL sans fil • Impression sans fil sans câble imprimante• Utilisation des ressources (partage de fichier,
disque, lecteur CD…) d’une machine distante sans câble.
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GSM, GPRS : BTS
BTS
• La «Base Transceiver Station » (BTS) est l’équipement terminal du réseau vers les téléphones portables
• Une BTS est un groupement d’émetteurs et de récepteurs fixes.
• Elle échange des messages avec les stations mobiles présentes dans la cellule qu’elle contrôle.
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GSM, GPRS :architecture
• BSC « Base Station Controller » contrôleur des BTS• BSC assure l’acheminement des communications
d’autres zones• MSC « Mobile Switching Centre » assure l’interconnexion
vers le réseaux téléphonique (fixe).
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Web sur mobile : WAP
Exemple www.awt.be en Windows mobile
• WAP : Wireless Application Protocol. Protocole normalisé permettant l'accès à l'Internet à partir d'un téléphone portable.
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Évolution des réseaux mobiles
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4.5. Convergence des réseaux
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Évolution des réseaux : débit et technologie
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6. Concepts de base des réseaux
à partir d’exemple de Requête
WEB
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Comment fonctionne un réseau ?
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Comment fonctionne un réseau ?
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Comment fonctionne un réseau ?
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Comment fonctionne un réseau ?
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6. Notions de protocole
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Notions de protocole
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Les protocoles de l’Internet
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Les protocoles normalisés de l’ISO (International Standards Organisation)Open Systems Interconnection (OSI)
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OSI Reference Model (Condensed Information)
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Internet Protocols
PPP HDLC SLIP LAPB
Public telephone networkLAN
X.25
Ethernet/IEEE 802.3
ARP RFC 826
IP RFC 791
TelnetRFC 854
FTP RFC 959
SMTPRFC 821
SNMP
TCP RFC 793 UDP RFC 768
DNSRFC 1035
NFS RPC
RIPRFC 1058
ICMPRFC 792
Routing protocols BGP OSPF IGRP EIGRP
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Internet
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NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The OSI Reference Model
75
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The Physical Layer Connection
Specifies Specifies electrical electrical
connectionconnection
76
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The Physical Layer Connection
Hub
AmplificationAmplificationRegenerationRegeneration
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NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The Data Link Connection
DelineationDelineationofof
DataData
ErrorErrorDetectionDetectionAddressAddress
FormattingFormatting
78
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
Bridge& Switch
The Data Link Connection
79
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The Network Layer Connection
End to end End to end routingrouting
80
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
NetworkLayer
Data LinkLayer
PhysicalLayer
ApplicationLayer
PresentationLayer
SessionLayer
TransportLayer
The Network Layer Connection
Router
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messagesegment
Datagram (packet)Frame (trame)
sourceapplicatio
ntransportnetwork
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
destination
application
transportnetwork
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
networklink
physical
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M HtHnHl M
router
switch
Encapsulation
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Chapitre 2: Architecture physique des réseaux
et transmission
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(DCE)
(DTE)
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Ethernet Encoding
Manchester Encoding
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Media de transmission• Spécifications des câbles : il est important de tenir
compte des considérations suivantes liées aux performances:– À quelles vitesses la transmission de données. Le type de
conduit utilisé influence la vitesse de transmission.
– Les transmissions doivent-elles être numériques ou analogiques ? La transmission numérique ou à bande de base nécessite des types de câble différents de ceux utilisés pour la transmission analogique ou à large bande.
– Quelle distance un signal peut-il parcourir avant que l'atténuation n'affecte la transmission ? Si le signal est dégradé, les équipements réseau ne peuvent ni le recevoir ni l'interpréter. La dégradation est directement liée à la distance parcourue par le signal et au type de câble utilisé
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spécifications pour Ethernet : IEEE, ITU, EIA
Les spécifications Ethernet suivantes se rapportent au type de câble: 10BaseT , 10Base5 , 10Base2
10BaseT indique une vitesse de transmission de 10 Mbits/s. La transmission est du type à bande de base ou interprétée numériquement. La lettre T indique une paire torsadée.
100
Câble Coaxiale
Un câble coaxial présente plusieurs avantages pour les réseaux locaux. Il peut couvrir des distances plus longues que les câbles à paires torsadées blindées (STP), à paires torsadées non blindées (UTP) ou ScTP (screened twisted pair).
La taille du câble est un paramètre important. L'installation d'un câble coaxial est plus onéreuse que celle d'un câble à paires torsadées. Les câbles Ethernet épais ne sont presque plus utilisés ; ils sont désormais réservés à des installations spécifiques.
101
Le câble à paires torsadées blindées allie les techniques de blindage, d'annulation et de torsion des fils. Chaque paire de fils est enveloppée dans une feuille métallique et les deux paires sont enveloppées ensemble dans un revêtement tressé ou un film métallique. L'isolation et le blindage augmentent considérablement la taille, le poids et le coût du câble
Câble à paires torsadées blindées (STP)
102
Câble à paires torsadées non blindées (UTP)
Le câble à paires torsadées non blindées (UTP) est un média constitué de quatre paires de fils. Chacun des huit fils de cuivre du câble est protégé par un matériau isolant. De plus, les paires de fils sont tressées entre elles. Ce type de câble repose uniquement sur l'effet d'annulation produit par les paires torsadées pour limiter la dégradation du signal due aux interférences électromagnétiques et radio. La norme TIA/EIA-568-B.2 comprend des spécifications liées aux performances des câbles .
103
Médias optiques
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• Les connecteurs les plus fréquemment utilisés sont les connecteurs SC (Subscriber Connector) pour la fibre multimode, et les connecteurs ST (Straight Tip) pour la fibre monomode
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Médias sans fil
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Connexion d’un ordinateur au sans fils
111
• Pour résoudre le problème d'incompatibilité, un point d'accès est généralement installé pour servir de concentrateur central dans le mode infrastructure des LAN sans fil. Le point d'accès est relié par câble au réseau local câblé pour fournir un accès Internet et la connectivité au réseau câblé. Les points d'accès sont équipés d'antennes et fournissent la connectivité sans fil sur une zone donnée appelée cellule. La dimension d'une cellule dépend de la structure de l'emplacement dans lequel le point d'accès est installé, outre la taille et la puissance des antennes. Elle est généralement comprise entre 91,44 et 152,4 mètres
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Infrastructure sans fils à plusieurs points d’accès
• Pour desservir des zones plus vastes, il est possible d'installer plusieurs points d'accès avec un degré de chevauchement permettant le «roaming» entre les cellules. Dans de nombreux réseaux de points d'accès, le chevauchement est important pour permettre le déplacement des équipements au sein du LAN sans fil. Un chevauchement de 20 à 30 % est souhaitable. Comme ce pourcentage favorise le «roaming» entre les cellules, l'activité de déconnexion et de reconnexion peut se produire en toute transparence sans interruption de service.
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Le câble reliant le port du commutateur au port de la carte réseau de l'ordinateur est un câble droit.
115
Le câble reliant un port de commutateur à l'autre est un câble croisé.
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certification TIA/EIA-568-B
• Le bruit est toute énergie électrique dans un câble de transmission qui rend difficile, pour le récepteur, l’interprétation des données venant de l’émetteur. La certification TIA/EIA-568-B exige désormais que les câbles soient testés pour différents types de bruits.
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Normes IEEE sur les caractéristiques de câblage
121
Connecteur BNC
122
RJ45
Fibre optique
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Valise de raccordement à froid pour connecteur ST ou SC Outillage
Pince à dénuder 3 diamètres, 250, 900µm et 3mmPince à kevlarPince a sertirColle Ensemble de tubes de colle EpoxyOpticure Anaerobic Adhesiveaccessoire de mélange pour Epoxy Seringue et aiguillePolissage plaque de travail en verreplateau de caoutchoucDisques de polissage : SC/FC & STbr> Silicon Carbide St
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Normes IEEE sur les caractéristiques de câblage
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Conception LAN
127
Conception LAN
MDF : ((Main distribution facility) le répartiteur principal IDF: (Intermediate distribution facility) Les locaux techniques secondaires (appelés des répartiteurs intermédiaires)HCC : horizontal cross-connectVCC : interconnexion verticale (vertical cross-connect) permet d'interconnecter les divers répartiteurs intermédiaires IDF au répartiteur principal MDF
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Conception LAN
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Conception LAN
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Conception LAN
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Conception LAN
Table de brassage
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Conception LAN
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HCC & VCC : Câblage horizontale et verticale
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HCC
Dans une topologie en étoile simple comportant un seul local technique, le répartiteur principal MDF comprend un ou plusieurs tableaux d’interconnexions horizontales (horizontal cross-connect ou HCC).
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VCC
Une interconnexion verticale (vertical cross-connect ou VCC) permet d'interconnecter les divers répartiteurs intermédiaires IDF au répartiteur principal MDF. Un câblage en fibre optique est généralement utilisé car les câbles verticaux dépassent souvent la limite des 100 mètres
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138
Chapitre 3 : Réseaux Locaux
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Chapitre 3 :
Local Area Networks
(LANs)
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Key Features of a LAN
• High throughput (débit élevé)
• Relatively low cost
• Limited to short distance
• Often rely on shared media (méduim partagé)
• (fiabilité)
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Star Topology
• Central component of network known as hub
• Each computer has separate connection to hub
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Ring Topology
• No central facility
• Connections go directly from one computer to another
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Bus Topology
• Shared medium forms main interconnect• Each computer has a connection to the
medium
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Example LAN : Ethernet
• Most popular LAN
• Widely used
• IEEE standard 802.3
• Several generations– Same frame format– Different data rates– Different wiring schemes
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IEEE 802.2 LAN/MAN Standards
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IEEE 802 Protocol Layers
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LAN Protocol Data Units
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Medium Access Control - Where
• Centralized
• Decentralized
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Medium Access Control - How• How
• Round Robin– each station in turn is given opportunity to transmit
• Reservation– time slots reserved for stream traffic
• Contention– all stations compete for time as required - no control
151
MAC
152
Ethernet
153
802.3 Ethernet and Fast Ethernet
• CSMA/CD– If medium idle, transmit– Else, wait until idle, then transmit– If collision, transmit jamming signal– Wait random time, transmit
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MAC Rules and Collision Detection/Backoff
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CSMA/CD Operation
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Types of Collisions
157
CSMA/CD - Protocol
1. If the medium is idle, transmit; otherwise go to step 2
2. If the medium is busy, wait until it is free and transmit immediately
3. If a collision is detected, transmit a jamming signal and stop
4. Wait a random length of time and try again
158
MAC Frame
64 <= length <= 1500 octets
159
Ethernet Frame Structure
Data: Sending adapter encapsulates network packet
(≤1500B)
• Preamble: • 7 bytes with pattern 10101010 followed by
one byte with pattern 10101011• used to synchronize receiver, sender clock
rates
160
Ethernet Frame Structure (more)
• Addresses: 6 bytes MAC– if adapter receives frame with matching destination
address, or with broadcast address then pass to network-layer
– otherwise, discard frame
• CRC: if CRC check fails then frame is dropped
161
Ethernet (Mac) Addressing
The MAC address consists of 12 hex digits (48 bits)
The first six digits (assigned by the IEEE) represent the Organizational Unique Identifier (OUI) which identifies the manufacturer
The last six are assigned by the manufacturer and represent a unique hardware ID number for the NIC
162
Ethernet Technologies 10BaseT and
100BaseT
• 10/100 Mbps rate; latter called “fast ethernet”• T stands for Twisted Pair• Nodes connect to a hub: “star topology”; 100
m max distance between nodes and hub
twisted pair
hub
163
802.3 10 Mbps Physical Layer
164
802.3 100BASE-T Physical Layer Medium Alternatives
165
Interconnecting with hubs• Multi-tier topology extends max distance between nodes• But individual segment collision domains become one large
collision domain (causes transmission rate reduction)
• Can’t interconnect 10BaseT & 100BaseT
hub
hubhub
Backbone hub
≤100m≤100m ≤100m
≤100m≤100m
≤100m
166
Switch• Link layer device
– Operate on Ethernet frames rather than bits– examines frame header and selectively
forwards frame based on MAC dest address– when frame is to be forwarded on segment,
uses CSMA/CD to access segment• transparent
– hosts are unaware of presence of switches• plug-and-play, self-learning
– switches do not need to be configured
167
Forwarding
• How do determine onto which LAN segment to forward frame?• Looks like a routing problem...
hub
hubhub
switch1
2 3
168
Switch: traffic isolation• switch installation breaks subnet into LAN segments
• switch filters packets: – same-LAN-segment frames not usually
forwarded onto other LAN segments– segments become separate collision domains
hub hub hub
switch
collision domain collision domain
collision domain
169
Institutional network
hub
hubhub
switch
to externalnetwork
router
IP subnet
mail server
web server1Gbps1Gbps
100Mbps 100Mbps100Mbps
100Mbps100Mbps100Mbps
170
Token Ring
171
Frame Transmission on a Ring
172
Token Ring FundamentalsIEEE 802.5
• Stations take turns sending data:– May transmit only during its turn and only one
frame during each turn
• Access method: “token-passing”– A token is a placeholder frame
• Small “token” packet circulates on ring
• As token passes, transmitting station changes token from “free” to “busy” and follows token with data to be transmitted
173
Token Ring Operation
174
IEEE Standard 802.5• • A standard for Token Ring
• • Ring consists of point-to-point links
• • Can be connected by twisted pair, coax, and fibre optics
• • Typical data rate: 4 Mbps à 16Mbp
175
Token Ring LAN Implementation
176
MAU MAU
MAUMAU
IBM Compatible
IBM Compatible
IBM AS/400
177
IEEE 802.4 Token Bus
• Same technique as Token Ring but implement in bus topology
• Because of complexity of implementation, token bus is not a popular.
178
FDDI
• Fiber Distributed Data Interface• 100 Mbps• LAN and MAN application• Use Token Ring technique• Dual rings• Mainly used for large span distance up to 200
km or for very high data rates• Can connect up to 1000 stations• 1 error in 2.5 x 1010 bits
179
FDDI Characteristics
Dual-attachedConcentrator
Dual-attachedConcentrator
Single-attachedConcentrator
Single-attachedStations
• Max Size - 100 Km• Max Nbr Stations - 500
Dual Counter-rotating Rings
180
Counter-rotating Ring (Self-healing)
181
Wireless networks (Réseaux sans Fils)
182
183
184
185
186
Les Réseaux WAN
187
Chap 5 : WAN
188
Internetworking devices
Descending in increasing power and complexity
• Hubs
• Bridges
• Switches
• Routers
189
Hubs
As seen earlier, a hub interconnects two or more workstations into a local area network. A simple interconnecting device that requires no overhead to operate.
When a workstation transmits to a hub, the hub immediately resends the data frame out all connecting links.
A hub can be managed or unmanaged. A managed hub possesses enough processing power that it can be managed from a remote location.
Hubs continue to become smarter.
Some call any interconnection device in a LAN a hub!
190
Hubs connecting segments
191
Bridges
A bridge can be used to connect two similar LANs, such as two CSMA/CD LANs.
A bridge can also be used to connect two closely similar LANs, such as a CSMA/CD LAN and a token ring LAN.
The bridge examines the destination address in a frame and either forwards this frame onto the next LAN or does not.
The bridge examines the source address in a frame and places this address in a routing table, to be used for future routing decisions.
192
Bridge interconnecting two identical LANs
193
A bridge interconnecting two CSMA/CD networks hastwo internal port tables
194
SwitchesA switch is a combination of a hub and a bridge.
It can interconnect two or more workstations, but like a bridge, it observes traffic flow and learns.
When a frame arrives at a switch, the switch examines the destination address and forwards the frame out the one necessary connection.
•Workstations that connect to a hub are on a shared segment.•Workstations that connect to a switch are on a switched segment.
195
Workstations connected to a shared segment of a LAN
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Workstations connected to a dedicated segment of a LAN
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A Switch with Two Servers Allowing Simultaneous Access to Each Server
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A server with two NICs and two connections to a switch
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Switch providing multiple access to an e-mail server
200
Routers (really specialized computers)
The device that connects a LAN to a WAN or a WAN to a WAN (the INTERNET! – uses IP addresses).
A router accepts an outgoing packet, removes any LAN headers (MAC addr) and trailers, and encapsulates the necessary WAN headers (IP addr) and trailers.
Because a router has to make wide area network routing decisions, the router has to dig down into the network layer of the packet to retrieve the network destination address.
201
Routers
Thus, routers are often called “layer 3 devices”. They operate at the third layer (IP), or OSI network layer, of the packet.
Routers often incorporate firewall functions.
202
Connections (in general)
Bridges for LANs and hubs.
Switches for LANs and workstations.
Routers for LANs and WANs (the Internet).
203
Linksys Router for Home Network
204
messagesegment
datagram
frame
sourceapplicatio
ntransportnetwork
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
destination
application
transportnetwork
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
Ht M
M
networklink
physical
linkphysical
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M
HtHn M
HtHnHl M HtHnHl M
router
switch
Encapsulation
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Internet
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An Internet According to TCP/IP
207
208
IP Packet Format
209
• Version—Indicates the version of IP currently used. • IP Header Length (IHL)—Indicates the datagram header length in 32-bit words. • Type-of-Service—Specifies how an upper-layer protocol would like a current datagram to be handled, and assigns datagrams various levels of importance. • Total Length—Specifies the length, in bytes, of the entire IP packet, including the data and header. • Identification—Contains an integer that identifies the current datagram. This field is used to help piece together datagram fragments. • Flags—Consists of a 3-bit field of which the two low-order (least-significant) bits control fragmentation. The low-order bit specifies whether the packet can be fragmented. The middle bit specifies whether the packet is the last fragment in a series of fragmented packets. The third or high-order bit is not used. • Fragment Offset—Indicates the position of the fragment's data relative to the beginning of the data in the original datagram, which allows the destination IP process to properly reconstruct the original datagram. • Time-to-Live—Maintains a counter that gradually decrements down to zero, at which point the datagram is discarded. This keeps packets from looping endlessly. • Protocol—Indicates which upper-layer protocol receives incoming packets after IP processing is complete. • Header Checksum—Helps ensure IP header integrity
210
• Source Address—Specifies the sending node. • Destination Address—Specifies the receiving node. • Options—Allows IP to support various options, such as security. • Data—Contains upper-layer information.
211
IP Addressing
212
Global Addressing Scheme• Specified by Internet Protocol• In addition to physical address (contained in NIC),
each host is assigned a 32-bit IP address.
213
Internet Addresses• Each interface on the internet must have a
unique Internet Address, or IP address.• An IP address is a 32 bit number.• Usually written using Dotted Decimal Notation• Example:
– 1000 1100 1111 1100 0000 1101 0010 0001 in binary
– 8C FC 0D 21 in hex– 140.252.13.33 in dotted decimal
214
Dotted Decimal Notation
• Syntactic form used by IP software to make the 32-bit form shorter and easier to read– Written in decimal form with decimal points
separating the bytes
215
Details of IP Addresses• Assigned per interface, not per host, hence...
– Routers always have multiple IP addresses.• Three kinds of IP Addresses
– unicast: destined for a single host– broadcast: destined for all hosts on a local net
(not all hosts on the “internet”)– multicast:
destined for all hosts in a specific multicast group.• (We will concentrate for now on unicast addresses)
216
IP Address Hierarchy• 2-part IP address
– Prefix: identifies the physical network to which the computer is attached – Network number or id
– Suffix: identifies an individual computer on a given physical network – Host id
• Unique address– Netid assigned globally – Internet Assigned
Number Authority, IANA– Hostid assigned locally
• How many bits for Netid and for Hostid?
217
Classful IP addressing
• 5 different classes to cover the needs of different types of organizations– 3 primary classes: A, B, C
• Class type is determined by the first four bits– Netid and hostid have varying lengths, depending
on the class type and use byte boundaries
• Classful IP addresses are self-identifying• Maximum number of networks and maximum
number of hosts for each class?
218
0
Classes of IP AddressesClass
A
E 1 1 1 1 0
D 1 1 1 0
B 1 0
01C 1
netid hostid7 bits 24 bits
14 bits 16 bits
21 bits 8 bits
28 bits
27 bits
netid hostid
netid hostid
multicast group id
(reserved for future use)
A: 0.0.0.0 to 127.255.255.255B: 128.0.0.0 to 191.255.255.255C: 192.0.0.0 to 239.255.255.255
D: 224.0.0.0 to 239.255.255.255E: 224.0.0.0 to 247.255.255.255
219
Decimal representation and class ranges of Internet addresses
220
Details of IP Addresses (continued)• Assigned by a central authority
– the Network Information Center, or InterNIC (rs.internic.net) assigns network id’s for the entire internet.
– Local system administrator gets a network id from the InterNIC, then assigned Id’s to individual interfaces on each host.
• The hostid portion may be broken down by a local system administrator into “subnet” and “host”.
• Special case addresses:
221
222
223
224
Network and Host Addresses
225
Summary of special IP addressesPrefix Suffix Type of Address Purpose______
All 0s All 0s This computer Used during bootstrap
Network All 0s Network Identifies a network
Network All 1s Directed broadcast broadcast on specified net
All 1s All 1s limited broadcast broadcast on local net
127 Any loopback testing
226
Routers and IP addresses
• An internet is composed of arbitrarily many physical networks interconnected by routers – Each IP address specifies only one physical
network. What is the router’s address?– Routers can have more than two interfaces,
therefore must be assigned one IP address for each connection.
• An IP address identifies a connection between a computer and a network, not a specific computer.
227
routers
228
Subnetting• IP addressing has only two levels of hierarchy• Subnetting - Add another level to address/routing
hierarchy: subnetworks
229
Subnetting• 3 levels of hierarchy: Netid, subnetid, hostid• Subnets are visible only within the local site• Masking: process that extracts address of physical
network from an IP address.• Subnet masks define variable partition of host part of
Class A and B addresses
Network Number SubnetID HostID
Subnetted Address
Class B Address
Subnet Mask (255.255.255.0)00000000111111111111111111111111
230
Masking
To find network or subnetwork address, apply (perform AND) the mask to the IP address
231
L'adresse 193.112.2.166 avec le masque 255.255.255.128 désigne la machine numéro 38 du réseau 193.112.2.128 qui s'étend de 193.112.2.129 à
193.112.2.254 (plage de 126 adresses). Les adresses ont été converties en base 2 :
232
233
CIDR notation• CIDR: Classless Inter-Domain Routing
• CIDR notation uses slash notation followed by the size of the mask in decimal
example: 128.10.0.0/16
• CIDR maskThe mask tells you which bits count– Suppose 10.10.9.3 wants to send to 10.10.10.9
• Are we on the same network?• That depends on the mask
– If we are 10.10.10.10/24, then no– If we are 10.10.10.10/22, then yes
234
Subnet Mask Conversions
/1 128.0.0.0/2 192.0.0.0/3 224.0.0.0/4 240.0.0.0/5 248.0.0.0/6 252.0.0.0/7 254.0.0.0/8 255.0.0.0/9 255.128.0.0/10 255.192.0.0/11 255.224.0.0/12 255.240.0.0/13 255.248.0.0/14 255.252.0.0/15 255.254.0.0/16 255.255.0.0
/17 255.255.128.0/18 255.255.192.0/19 255.255.224.0/20 255.255.240.0 /21 255.255.248.0/22 255.255.252.0/23 255.255.254.0/24 255.255.255.0/25 255.255.255.128/26 255.255.255.192/27 255.255.255.224/28 255.255.255.240/29 255.255.255.248/30 255.255.255.252/31 255.255.255.254/32 255.255.255.255
PrefixLength
Subnet Mask PrefixLength
Subnet Mask
128 1000 0000 192 1100 0000 224 1110 0000 240 1111 0000 248 1111 1000 252 1111 1100 254 1111 1110 255 1111 1111
Decimal Octet Binary Number
235
Summary on IP addressing
• Virtual network needs uniform addressing scheme, independent of hardware
• IP address:– 32-bit number– 5 classes: A, B, C, D, E– specifies a connection between a computer
and a network– Dotted decimal notation and CIDR notation– Some special IP addresses
236
Network Layer
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Network Layer
• Handles the movement of packet around the network
• Routing of packets
• Internet Protocol
238
ARP
• Address resolution protocol
• Convert IP address to MAC address.
• Before sending IP datagram, host boardcast ARP request into network
• Other host that receive ARP request will check whether its address.
• If yes, sending ARP reply
239
ICMP
• Internet Control Message Protocol
• Communicate error message and other conditions
• Packed in IP frame, sent as general IP frame
• If ICMP packet errors, host must not generate other ICMP packet
240
Ping Program
• Packet InterNet Groper
• Test whether another host is reachable
• Use ICMP
• Implemented by raw socket
241
IP Routing
• IP routing protocols are dynamic. Dynamic routing calls for routes to be calculated automatically at regular intervals by software in routing devices. This contrasts with static routing, where routers are established by the network administrator and do not change until the network administrator changes them.
• An IP routing table, which consists of destination address/next hop pairs, is used to enable dynamic routing. An entry in this table, for example, would be interpreted as follows: to get to network 172.31.0.0, send the packet out Ethernet interface 0 (E0).
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Transport layer
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Transport layer
• Provides a flow of data between two hosts.
• Two vastly different transport protocol– UDP– TCP
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UDP
• User Datagram Protocol
• Simple, datagram-oriented, transport layer protocol.
• No reliability
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UDP
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TCP
• Transmission Control Protocol
• Use same network layer as UDP
• Connection-oriented, reliable, byte stream service– Sliding Window
266
TCP : Transmission Control Protocol
• Connection based communication
• Uses the IP layer service
• Provides reliable service
• Enables distinguishing among multiple destinations within a host computer
267
TCP - Transmission Control Protocol• TCP is the protocol layer responsible for making sure that the commands and messages are
transmitted reliably from one application program running on a machine to another one on the other machine
• A message is transmitted and then a positive acknowledgement is being waited for If the positive acknowledgement does not arrive in a certain period of time, the message is retransmitted
• Messages are numbered in sequence so that no one is being lost or duplicated;
Messages are delivered at the destination in the same order they were sent by the source• If the text of a mail is too large, the TCP protocol will split it into several fragments called
“datagrams” and it makes sure that all the datagrams arrive correctly at the other end where they are reassembled into the original message
• TCP can be viewed as forming a library of routines that many applications can use when they need reliable network communication with an application on another computer
• TCP provides also flow control and congestion control
268
TCP Protocol Format
269
TCP
270
TCP Protocol Format
Source Port Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment Number
Checksum (16) Urgent Pointer
Options(If any) Padding
Data (variable length) 0 4 10 16 24 31
Offset Reserv Flags(6) Window (16 bits)
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• Source/Dest port: TCP port numbers to ID applications at both ends of connection
• Sequence number: ID position in sender’s byte stream
• Acknowledgement: identifies the number of the byte the sender of this segment expects to receive next
• Hlen: specifies the length of the segment header in 32 bit multiples. If there are no options, the Hlen = 5 (20 bytes)
• Reserved for future use, set to 0
• Code: used to determine segment purpose, e.g. SYN, ACK, FIN, URG
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• Window: Advertises how much data this station is willing to accept. Can depend on buffer space remaining.
• Checksum: Verifies the integrity of the TCP header and data. It is mandatory.
• Urgent pointer: used with the URG flag to indicate where the urgent data starts in the data stream. Typically used with a file transfer abort during FTP or when pressing an interrupt key in telnet.
• Options: used for window scaling, SACK, timestamps, maximum segment size etc.
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Establishing and closing TCP Connections
Close
timeSYN
ACK
SYN+ACK
Open
FIN
ACK
ACK
FIN
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Send pkt 1Start timer
ACK normallyarrives
Rcv ACK 1
Network messages
Pkt should arrive
Rcv pkt 1Send ACK 1
ACK should be sent
Sender site Receiver siteLoss
Timer expiresRetransmit pkt 1 start timer
TCP – simple lost packet recovery
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Sliding Windows
Positiveacknowledgmentwith retransmission
Sliding windowtransmission
time
segment 1
segment 2ack1
ack2
segments
acks 1 2 3 4
1 2 3 4
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TCP flow control• Windows vary over time
– Receiver advertises (in ACKs) how many it can receive
• Based on buffers etc. available
– Sender adjusts its window to match advertisement– If receiver buffers fill, it sends smaller adverts
• Used to match buffer requirements of receiver
• Also used to address congestion control (e.g. in intermediate routers)
283
Well-known TCP ports
21 - FTP server
23 - telnet server
25 - SMTP mail server
53 - domain nameserver
109 - POP2 server
110 - POP3 server
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Flow using Streams (TCP)
Server
socket()
bind()
listen()
accept()
send()/recv()
closesocket()
Client
connect()
send()/recv()
closesocket()
socket()
286
287
Internet application Layer
288
DNS
• Domain Name System
• Distributed database
• Map between hostnames and IP addresses
• Electronic mail routing information
289
Others Protocol
• TFTP
• Telnet
• FTP
• SMTP
• SNMP
• HTTP
SSHDHCPPOPNFSNIS
290
Something required to connect
• IP address• Netmask• Network ID• Boardcast• Default gateway• DNS• DHCP• WINS
291
www.storrconsulting.com
Network - Intranet / Internet
LAN Server
Internet
Web Server
Software:- Proxy Server- Cache Server- Gateway Server- Firewall Server- Router- Switch
