Principes et architecture des réseaux PDF

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Can two different IoT architects use the same reference architecture?

In this context, two different architects focusing on two specific IoT applications would use and share the same Reference Architecture as a tool, but would eventually come up with different architectures at the end of their architecting process, but not “any architecture” as we explain in the following.

What is IoT domain model?

One of the most important models is IoT Domain Model . It defines taxonomy of IoT concepts (e.g. Physical, Virtual and Augmented Entities, Devices, Resources and Services) and a set of relationships between those concepts. It defines the IoT domain in general, a customization of this generic model w.r.t.

How does heterogeneity affect IoT architecture design?

Due to the heterogeneity of the domains, the requirements varied significantly, and demanding more or less complex systems with varied performance expectations. This situation affected the architecture design and resulted in a range of IoT architectures with not only varied set of components and functionalities, but also varied terminologies used.

Principes et architecture des réseaux

IUT de Villetaneuse - R&T 1

reannée

Responsable du cours : LaurePetrucci

Polycopié rédigé par : ÉtienneAndré, GiulioManzonettoet LaurePetrucci.

30 novembre 2017

Table des matières

1 Concepts de base 3

1.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Représentation de l"information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.1 Quelle information représenter? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2 Représentation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.3 Unités utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Mesures de performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.1 Débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.2 Temps d"acheminement des messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4 Classification des réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5 Topologies de réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.1 Composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.2 Connexions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.3 Architectures des réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.4 Le bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.5 L"étoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.6 L"anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.7 L"arbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.8 Le graphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.9 La topologie complète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Modèle de référence OSI 9

2.1 Normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1 Qu"est-ce et pourquoi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Organismes de normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Modèle de référence OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Principes de la structuration en couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Couches du modèle OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Interactions entre couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Protocoles et services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Encapsulation, PDU et SDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3 Primitives de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Modèle TCP/IP 15

3.1 Couche Hôte-réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.1 Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.2 Token Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Couche Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Internet Protocol (IP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Address Resolution Protocol (ARP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Internet Control Message Protocol (ICMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Couche Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21
1

3.3.1 Transmission Control Protocol (TCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

3.3.2 User Datagram Protocol (UDP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Couche Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Détection et Correction d"erreurs 24

4.1 La couche liaison de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Généralités sur les codes détecteurs/correcteurs d"erreurs . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 Un code simple : la répétition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2 Inconvénients et problèmes rencontrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Codes à contrôle de parité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.1 VRC (Vertical Redundancy Check) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

4.3.2 LRC (Longitudinal Redundancy Check) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

4.3.3 LRC et VRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Codes en blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.1 Le code de Hamming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.2 Codes polynomiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5 Choix d"un code et d"une stratégie de correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 Principes et architecture des réseaux 2 IUT R&T Villetaneuse

Chapitre 1

Concepts de base

1.1 Généralités

Le termeinformatiqueprovient d"informationet d"automatique, l"informatique étant letraite- ment automatique de l"information. Unréseauest une organisation de voies de communication entre différentes entités. Cette

définition est générale et peut s"appliquer par exemple aux réseaux routiers, ferroviaires, de télé-

communications, etc. Définition 1 (Réseau d"ordinateurs)Unréseau d"ordinateursest un ensemble d"ordinateurs autonomes interconnectés au moyen d"une seule technologie. Deux ordinateurs sont ditsintercon- nectéss"ils peuvent échanger des informations. Remarque 1Ni l"Internet, ni le World Wide Web (www) ne sont des réseaux d"ordinateurs.

L"Internet est plutôt un réseau de réseaux, alors que le World Wide Web est un système distribué

qui opère au dessus de l"Internet.

De manière plus générale, les entités qui communiquent au sein d"unréseau informatiquesont

des ressources informatiques dont on distingue deux types : les ressources matérielles: -composants de traitement :ordinateurs, tablettes tactiles, imprimantes, scanners, ... -composants de transmission :modems, cartes réseaux, commutateurs, routeurs, câbles, les ressources logicielles: applications informatiques, jeux, bases de données, ...

Un réseau informatique est constitué des moyens à la fois matériels et logiciels mis en oeuvre

pour assurer les communications entre des ressources informatiques.

Un réseau informatique permet aux entités reliées de partager des informations, les résultats

de traitements, les ressources, par exemple pour que plusieurs utilisateurs travaillant sur des or- dinateurs différents puissent utiliser la même imprimante.

1.2 Représentation de l"information

1.2.1 Quelle information représenter?

Supposons qu"une machine doive envoyer l"image de la figure 1.1 à une autre, après avoir

convenu de la taille de cette image et de l"ordre d"envoi des éléments la constituant. La description

se fera, par exemple, carré par carré, ligne par ligne, en commençant en haut à gauche, pour finir

en bas à droite. Il est en effet impossible d"envoyer l"image telle quelle sans la coder. La séquence

de couleurs à envoyer est donc (en notant blanc B et noir N) :

NNNNN NBBBN NBNBN NBBBN NNNNN

Figure1.1 - Une image à transmettre

Une manière de coder la couleur de chaque carré consiste à associer une valeur à chaque couleur

possible, par exemple1à B (le pixel sur l"écran est allumé) et0à N (le pixel est éteint). La suite

de chiffres codant l"image est alors :

00000 01110 01010 01110 00000

1.2.2 Représentation des données

Lesdonnées informatiquessont représentées par dessuites de nombres. Ces nombres sont écrits

enbinaire(c"est-à-dire en base2). Enbase2, on n"utilise que les chiffres0et1.

L"utilisation de la base2garantit de pouvoir représenter un état stable d"un système physique,

par exemple : circuit électrique ouv ert/fermé carte p erforéea vecun trou/sans trou

Par conséquent, sur un système informatique, les données sont représentées par une suite de

chiffres0et1correspondant à des états différents sur le support physique. Ces états peuvent être

des tensions différentes.

1.2.3 Unités utilisées

Définition 2 (bit)Unsymbole binaire(donc en base2) est appelé unbit(binary digit).

1bitpermet de coder2états :0et1;

2bitspermettent de coder4états :00,01,10et11;

3bitspermettent de coder8états :000,001,010,011,100,101,110et111;

nbitspermettent de coder2nétats. Définition 3 (octet)Unesuite de8bitsest appelée unoctet. Attention, en anglais le bit est appelébit, alors que l"octet est appelébyte!

Les unités multiples des bits et des octets sont décrites dans les tableaux 1.1 et 1.2 :UnitéSymboleValeur (bits)

kilo-bitKb10

3= 1000méga-bitMb10

6= 1000000giga-bitGb10

9= 1000000000téra-bitTb10

12= 1000000000000Table1.1 - Unités multiples des bitsPrincipes et architecture des réseaux 4 IUT R&T Villetaneuse

UnitéSymboleValeur (octets)

kibi-octetKio2

10= 1024mébi-octetMio2

20gibi-octetGio2

30tébi-octetTio2

40Table1.2 - Unités multiples des octets

Traditionnellement, lorsque les préfixes " kilo », " méga », " giga » et " téra » sont appliqués

aux octets, ils ne représentent pas une puissance de 10, mais une puissance de2. Cet usage reste largement en vigueur chez les professionnels comme le grand public. Cependant cette tradition

viole les normes en vigueur qui imposent d"utiliser les préfixes " kibi », " mébi », " gibi », " tébi »

pour les puissances de2.

1.3 Mesures de performance

1.3.1 Débit

Définition 4 (débit)Ledébitd"un réseau mesure laquantité d"informationque le réseau peut

transmettrepar unité de temps: débit=quantité d"informationtemps

L"unité est par conséquent lebit par seconde, notéb=soub:s1. Les réseaux actuels ayant un

débit assez élevé, on utilise plus souvent des méga-bits par secondes, notésMb=souMb:s1.

Définition 5 (débits nominal et utile)

L edébit nominald"un réseau est la quantité théorique maximale d"information pouvant être

transmise par unité de temps. L edébit utileest la quantité d"information effectivement transmise par unité de temps. Définition 6 (taux d"utilisation)Letaux d"utilisationdu réseau est donc le rapport du débit utile au débit nominal : taux d"utilisation=débit utiledébit nominal

Le taux d"utilisation est inférieur à100%. Ceci est dû entre autres aux pertes sur la voie de

communication et à l"intervalle de temps laissé entre l"envoi de deux messages.

1.3.2 Temps d"acheminement des messages

Définition 7Letemps totald"acheminement d"un message se compose de deux parties : le temps de transmissionest le temps mis pour transmettre la quantité d"information du message, c"est-à-dire : temps transmission=quantité d"informationdébit le temps de propagationest le temps mis pour que le signal se propage sur le matériel. Les équipements traversés peuvent introduire desretards. temps propagation=distance parcouruevitesse +retards

On a donc :

temps

total=tempstransmission+tempspropagationPrincipes et architecture des réseaux 5 IUT R&T Villetaneuse

1.4 Classification des réseaux

Les réseaux sont caractérisés non seulement par leur débit, mais également par lerayon de cou-

verture géographiquequ"ils permettent d"atteindre. Les différentes caractéristiques sont présentées

dans le tableau 1.3.SigleNomDistanceDébit

PANPersonal Area Networkquelques mètres1Mb=sLANLocal Area Networkjusqu"à2kmde10Mb=sà1Gb=sMANMetropolitan Area Networkjusqu"à100kmenviron100Mb=sWANWide Area Networkmilliers dekmquelquesMb=sTable1.3 - Caractérisation des réseaux

Le PAN est utilisé chez un particulier, le LAN dans un bâtiment (ou plusieurs bâtiments

proches) d"une entreprise, le MAN interconnecte différents sites à l"échelle d"une agglomération,

et le WAN s"étend sur un pays.

1.5 Topologies de réseaux

1.5.1 Composants

Les composants des réseaux se répartissent selon deux types : les composants de traitementsont les entités produisant et/ou consommant les informations qui circulent sur le réseau (par exemple les ordinateurs); les composants de routageassurent la transition et la circulation des informations échangées entre les composants de traitement (par exemple, les câbles, commutateurs).

1.5.2 Connexions

La connexion entre entités peut êtrepoint-à-point, c"est-à-dire qu"elle peut associer exacte-

ment deux entités, ou peut être uneconnexion multipointsqui en associe plus. Lesmodes de communicationsontsimplex, c"est-à-dire dans un seul sens, ouduplex, dans les deux sens.

1.5.3 Architectures des réseaux

L"architecture d"un réseaucomprend3parties :

L"architecture physiquedéfinit la topologie physique d"interconnexiondes composants du réseau. L"architecture logiquedéfinit la topologie decirculation de l"information. Elle peut être différente de l"architecture physique. L"architecture logicielledéfinit leslogiciels assurant l"acheminementdes données.

Les architectures physiques et logiques les plus classiques sont le bus, l"étoile, l"anneau, l"arbre,

le graphe et la topologie complète.

1.5.4 Le bus

La topologie en bus consiste en un câblage unique auquel les différents noeuds sont connectés.ABCD

Principes et architecture des réseaux 6 IUT R&T Villetaneuse

Le câble est l"unique élément matériel constituant le réseau et seuls les noeuds génèrent des signaux.

Lorsqu"une station est en panne et ne transmet plus sur le réseau, elle ne perturbe pas le réseau.

Par contre une seule coupure du câble empêche toute station d"échanger des messages sur le réseau.

1.5.5 L"étoile

Dans la topologie en étoile tout noeud est connecté à un point central. Le point central doit

être un matériel actif, comme un concentrateur ou un commutateur, c"est-à-dire un matériel qui

remet en forme les signaux et les régénère avant de les retransmettre.AB CD La panne d"un noeud ne perturbe pas le fonctionnement global du réseau. En revanche, une

panne de l"équipement central qui relie toutes les stations rend le réseau totalement inutilisable.

1.5.6 L"anneau

La topologie en anneau repose sur une boucle fermée, en anneau, où toutes les stations sont connectées en chaîne les unes aux autres par une liaison point-à-point.AB CD

Chaque station joue le rôle de noeud intermédiaire. Les informations transitent par chaque noeud,

qui se comporte comme un répéteur et retransmet les informations au noeud suivant. La défaillance

d"une station rend le réseau inutilisable.

1.5.7 L"arbre

Dans l"architecture en arbre, les noeuds sont reliés entre eux de manière hiérarchique, donc par

niveaux. Le sommet de haut niveau est appeléracine. Chaque noeud peut être connecté à plusieurs

noeuds de niveau inférieur : dans ce cas on appelle ce noeudparentet les noeuds de niveau inférieur

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What is the approach to iot6 architecture design?

Can two different IoT architects use the same reference architecture?

What is IoT domain model?

How does heterogeneity affect IoT architecture design?

Principes et architecture des réseaux

IUT de Villetaneuse - R&T 1

Responsable du cours : LaurePetrucci

30 novembre 2017

Table des matières

1 Concepts de base 3

1.1 Généralités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2 Représentation de l"information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.1 Quelle information représenter? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.2 Représentation des données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.2.3 Unités utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3 Mesures de performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.1 Débit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.3.2 Temps d"acheminement des messages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.4 Classification des réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5 Topologies de réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.1 Composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.2 Connexions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.3 Architectures des réseaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.4 Le bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.5 L"étoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.6 L"anneau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.7 L"arbre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.8 Le graphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.5.9 La topologie complète . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Modèle de référence OSI 9

2.1 Normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.1 Qu"est-ce et pourquoi? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.1.2 Organismes de normalisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2 Modèle de référence OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.1 Principes de la structuration en couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.2 Couches du modèle OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3 Interactions entre couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.1 Protocoles et services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.2 Encapsulation, PDU et SDU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3.3 Primitives de service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 Modèle TCP/IP 15

3.1 Couche Hôte-réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.1 Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.1.2 Token Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2 Couche Internet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.1 Internet Protocol (IP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.2 Address Resolution Protocol (ARP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.2.3 Internet Control Message Protocol (ICMP) . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3 Couche Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.3.1 Transmission Control Protocol (TCP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

3.3.2 User Datagram Protocol (UDP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.4 Couche Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 Détection et Correction d"erreurs 24

4.1 La couche liaison de données . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2 Généralités sur les codes détecteurs/correcteurs d"erreurs . . . . . . . . . . . . . .

4.2.1 Un code simple : la répétition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.2.2 Inconvénients et problèmes rencontrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3 Codes à contrôle de parité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3.1 VRC (Vertical Redundancy Check) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25

4.3.2 LRC (Longitudinal Redundancy Check) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26

4.3.3 LRC et VRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4 Codes en blocs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.1 Le code de Hamming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.4.2 Codes polynomiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.5 Choix d"un code et d"une stratégie de correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30 Principes et architecture des réseaux 2 IUT R&T Villetaneuse

Chapitre 1

Concepts de base

1.1 Généralités

1.2 Représentation de l"information

1.2.1 Quelle information représenter?

NNNNN NBBBN NBNBN NBBBN NNNNN

Figure1.1 - Une image à transmettre

00000 01110 01010 01110 00000

1.2.2 Représentation des données

1.2.3 Unités utilisées

1bitpermet de coder2états :0et1;

2bitspermettent de coder4états :00,01,10et11;

3bitspermettent de coder8états :000,001,010,011,100,101,110et111;