IRESI INTRODUCTIONAUX RÉSEAUX … chercheurs... · Le modèle OSI 8. OSI : 1 - Physique 9 ... En résumé • Les systèmes ... Modèle de communication

IRESI

INTRODUCTION AUX RÉSEAUX

INFORMATIQUES

YannBusnelResponsableduDépartement informatique

Crest(Ensai)/Inria Rennes

Qu’estcequ’unréseau

informatique?

Réseaux(Wikipedia 2015)

Unensembleinterconnecté

faitdecomposants etdeleursinter-relations

autorisantlacirculationenmodecontinuoudiscontinu

deflux(eau,air,huile...)oud'élémentsfinis

(marchandises,informations,personnes...).

Exemplesderéseaux4

Réseauxinformatiques

(Wikipedia 2015)

Unréseauinformatiqueestunensembled'appareils

électroniques(ordinateurs,...),géographiquement

éloignés lesunsdesautres,interconnectés pardes

télécommunications,généralementpermanentes,qui

permettentd'échangerdesinformationsentreeux.

Cequel’onimagine

6

Cequec’estvraiment

7

Décompositionformelle:

LemodèleOSI

8

OSI:1- Physique

9

OSI:2–

Liaisondesdonnées

10

Ethernet

Adresses MAC : b8:8d:ef:12:66:1a

OSI:3– Réseau

11

Protocole IP

Adresse IP : 192.168.0.42

OSI:3– Réseau

12

Différents protocoles IP, ARP, ICMP, RARP, IGMP, ...

Adresse IP : 192.168.0.42

OSI:4– Transport

13

Protocoles TCP ou UDP

OSI:Couches

dehaut-niveau

• Couche5:Session

§ Établissement,gestionetcoordinationdescommunications

• Couche6:présentation

§ Miseenformedesdonnéesenforme

§ Encryptageetcompressionéventuelles

• Couche7:

§ Gestionduformatdesdonnéesentrelogiciels.

14

Algorithmique

distribuée

Kesako ?

• Algorithmique?

§ OK…Onmaitrise…

• Distribuée?

§ « Répartiruneouplusieurschoses »(CNRTL09)

§ Algorithmiquerépartie

16

Kesako ?

17

Plan

1. Petitehistoiredel’informatique

2. Définitions

3. Distribution:rêveouréalité?

4. Modélisation/Représentation

5. Problèmes

18

Petitehistoiredel’informatique

19

La Pascaline - 1642

Petitehistoiredel’informatique

20

L’Arithnometre – 1820La premier calculateur produit en masse

Petitehistoiredel’informatique

21

La machine analytique – 1830Première machine à calculer : 50 000 exemplaires

Petitehistoiredel’informatique

22

Télégraphe sans fil – 1896Communication sans fil !!!

Téléphone – 1867Graham Bell parlant dans le tout premier téléphone

Petitehistoiredel’informatique

23

Le premier transistor – 1947 :

Transistor – 1926Premier brevet déposé

Petitehistoirede

l’informatique

24

ENIAC – 1946Le premier ordinateur !

Petitehistoirede

l’informatique

25

ENIAC – 1946Le premier ordinateur !

Petitehistoirede

l’informatique

26

IBM 650 – 1953 Le premier ordinateur de grande série : 1 500 exemplaires

Petitehistoirede

l’informatique

27

Bull Gamma 60 – 1957 Le premier ordinateur multitâche

Petitehistoirede

l’informatique

28

DEC PDP-1 – 1961 Le premier « mini »-ordinateur…

Petitehistoirede

l’informatique

29

Micral N – 1972 Premiers ordinateur vendu « tout monté »

Petitehistoirede

l’informatique

30

Scelbi – 1973Premier micro-ordinateur

Petitehistoirede

l’informatique

31

IBM 5100 – 1975 Le premier ordinateur « portable » : 25 kg !

Petitehistoirede

l’informatique

32

Apple I – 1976

Petitehistoirede

l’informatique

33

Apparition du PC – Années 1980

Petitehistoirede

l’informatique

34

Amélioration des performance et miniaturisation – Années 1990

Jargondesinformaticiens

• OnmesurelapuissancedesordinateursenFLOPS

§ Float Operation PerSecond

§ Nombred’opérationsarithmétiquesurdesnombresàvirgule

flottanteparseconde

• Echelle

§ mégaFLOPS =106 (unmillion)d’opérations

§ gigaFLOPS =109 (unmilliard)flops

§ téraFLOPS =1012 (unbillion)flops

§ pétaFLOPS =1015 (unbilliard)flops

§ exaFLOPS =1018 flops

35

Petitehistoirede

l’informatique

36

Pendant ce temps, chez les superordinateurs…

RoadRunner, 20081er à dépasser le pétaFLOPS

Puissancedecalcul

37

Puissancedecalcul

38

Petitehistoirede

l’informatique

39

L’ordinateur le plus puissant en juin 2012 : Sequoia IBM

16,32 pétaFLOPS

Petitehistoirede

l’informatique

40

L’ordinateur le plus puissant depuis juin 2013 : Tianhe-2

33,86 pétaFLOPS

Université chinoise de technologie de défense, à Changsha

Puissancedecalcul

41

Petitehistoirede

l’informatique

42

Une révolution :

INTERNET

Interneten5dates• 1965:premièreconnexionlonguedistance

§ EntreleMassachussettsetlaCalifornie

• 1969:créationd’ARPANET

§ Unréseaude4nœuds(UCLA,SRI,USB,Utah)

• 1972:créationdelamessagerieélectronique

• Findesannées80:NSFdéveloppeARPANET

§ Ouverturede5serveurssurpuissantspermettantdeseconnecterde

n’importeoùauxUSA

• 1992:Créationdel’InternetSociety

§ Naissanced’Internet etduWebcommenousleconnaissonsaujourd’hui

43

Nombresd’utilisateurs

d’Internet

44

0

1000

2000

3000

4000

Millions

En 2015 : 3,025 milliards d'utilisateurs 82,6% des ménages français[Royal Pingdom & Internet World Stats & Mediamétrie]

Carted’Internetde

nosjours

45

Calculparallèle/distribué

• Superordinateurs

§ Répartitiondutravailsurplusieurscalculateurs

§ Petitscalculseffectuéesenparallèle

§ Regroupementdesrésultats

• Findesannées1990:Peut-onfairepareilavecplusieurs

ordinateursenréseau?

§ Moinscherquelessupercalculateurs…

46

Typesdesystèmes

47

Grilles de calculs(grappes)

Multiprocesseur

Réseaux locaux, Internet, …

Cloudcomputing

48

Le nuage cache la complexitéL’utilisateur utilise toutes les ressources du monde de manièretransparente, sans savoir où ni qui fournit les services

Plan

1. Petitehistoiredel’informatique

2. Définitions

3. Distribution:rêveouréalité?

4. Modélisation/Représentation

5. Problèmes

49

Systèmesdistribués:

Définition1

Un système informatique distribué est une collection de

postes ou calculateurs autonomes qui sont connectés à l'aide

d'un réseau de communication.

Wikipedia,2013

50

•Lesmachinessontautonomes.

Systèmesdistribués:

Définition2Un système distribué est une collection d’ordinateurs

indépendants, connectés par l’intermédiaire d’un réseau, qui

apparaissent comme un ordinateur pour les utilisateurs du

système.

AndrewTanenbaum

51

•Les machines sont autonomes.•Les utilisateurs ont l’impression d’utiliser une seule machine.

Systèmesdistribués:

Définition3

Un système distribué est un système qui vous empêche de

travailler quand une machine dont vous n’avez jamais

entendu parler tombe en panne.

LeslieLamport

52

Plan

1. Petitehistoiredel’informatique

2. Définitions

3. Distribution:rêveouréalité?

4. Modélisation/Représentation

5. Problèmes

53

Distribution:rêveouréalité?

• Existe-t-ildessystèmesdistribuésaujourd’hui?

• Oùtrouve-t-ondessystèmesdistribués?

• Concrètement,quefait-onaveclessystèmesdistribués?

54

Téléphonie(fixeetmobile)

55

Jeuxenréseaux(LAN,MMORPG,…)

56

Grandsréseauxsociaux

57

Que se cache-t-il derrière facebook ???

Grandsréseauxsociaux

58

Applicationsdewebservice

59

Courtage temps réel

Systèmes de réservation

Pair-à-pair (Peer-to-peer)

60

Partage de fichiers dont vous êtes propriétairessur internet

Modélisation3D

61

Calculréparti– Décodagede

grandemassededonnées

62

SETI@Home

Calculréparti– Calcul

scientifique

63

Décodage du génome Genome@home

Simulation des trajectoires de particules élémentaires

LHC@home

Réseauxdecapteurs

64

Surveillance de feux de forêt

Enrésumé

• Lessystèmesdistribuéssontprésentspartout,sansque

l’utilisateurnes’enrendecompte

• Cessystèmesfonctionnentparcollaboration enutilisant

desalgorithmesdistribués

65

Plan

1. Petitehistoiredel’informatique

2. Définitions

3. Distribution:rêveouréalité?

4. Modélisation/Représentation

5. Problèmes

66

Modélisation

• Commentreprésenterunsystèmedistribué?

§ Notiond’espace:

Commentsontreliéslesacteursentreeux?

§ Notiondetemps:

Dansquelordresepassentlesactions?

67

Représentationdel’espace

• Graphe

§ Chaquesommet représenteunparticipant

§ Chaquearc représenteuneliaisonréseau

68

A

E

C

D

B

A peut communiquer avec B, C et E mais pas avec D

Représentation

d’unréseausocial

69

Modèlesdecommunication

70

Représentationdutemps

• Diagrammedeséquence

§ Unelignetemporelleparacteur

§ Uneflècheparmessagetransmisetreçu

71

A

E

C

D

B

A

B

C

D

ED envoi son message après B, mais C le reçoit avant !

Diagrammedeséquence

• Correspondàl’historiqued’exécutiondescommunications

réseaux

• Avec,enplus,unhistoriqued’exécutionpourchacundes

acteurs,onobtientlecomportementglobald’unsystème

72

A

B

C

D

E

A B C D E

v1 v6 v9 v0 v2 v8 v3 v5 v7 v2- - - - - - - - - -

- - - - - - - - - -

- - - - - - - - - -

- - - - - - - - - -

Plan

1. Petitehistoiredel’informatique

2. Définitions

3. Distribution:rêveouréalité?

4. Modélisation/Représentation

5. Problèmes

73

Problèmesliésàla

distribution• Efficacité

• Synchronisation

• Robustesse

• Auto-stabilisation /Auto-adaptation

• …

74

Efficacité

• Exécutiond’unetâchesuruntemps« raisonnable »

§ Inférieuràladuréedevied’unhumain…

• Laduréedevied’unprogrammepermetd’enévaluer

l’efficacité

§ Tempstotalpouraccomplirlatâche

§ Pourcentaged’utilisationdechaqueacteur

§ Nombredemessageséchangés

• Comparaisonaveclessupercalculateurs

75

Synchronisation

• Coordinationdesactions

• Eviterqu’unacteurattendeindéfinimentuneréponsequine

viendrajamais

§ Introductiondebornesd’attente(timeout)

• Eviterlesinterblocages

§ Touslesacteursattendentlaréponsed’unautreacteurqui

attendlaréponsed’unautreacteurquiattendlaréponse…

76

Modèledecommunication

• Synchrone

§ Mêmenotiondetemps,transmissioninstantanée,

généralementbornée

§ ex.Messagerieinstantanée

77

On se retrouve après le cours ?

OK, on se retrouve à 13h !

Modèledecommunication

• Asynchrone

§ ex.Mail

78

Il sait que j’ai lu sa réponse ?

12h15

12h45

11h00

11h45

13h15

Il sait que j’ai reçu ACK OK ?

Interblocage

79

Les véhicules bleus ne peuvent plus avancer tant que les véhicules rouges n’auront pas libéré la route…

Interblocage dansunréseau

80

A

E

CD

B

A demande pose une question a Eet attend la réponse de E.?E ne connaît pas la réponse. E demande à C et attend sa réponse.

?

C ne connaît pas non plus la réponse. C demande à D et attend sa réponse.

?

? Même D ne connaît pas la réponse !D demande à B et attend sa réponse.

?

Comme B ne connaît pas la réponse,B demande à A, qui ne répond pas !Et oui ! A attend la réponse de E !!!TOUT LE MONDE EST BLOQUÉ !

Robustesse

• Eviterqueladéfinition3nesurvienne !

§ Rappel:Unsystèmedistribuéestunsystèmequivousempêchedetravaillerquandunemachinedontvousn’avezjamaisentenduparlertombeenpanne.

• Toléranceauxdéfaillances

§ Avant:correctiondebugsdansunalgorithme

§ Maintenant:Résoudredes« bugsréseaux »

• Suppressiond’interblocage

• Prévenir leserreursencasdeplantagedemachine

81

Pauseinsolite

• Savez-vousd’oùvientlemotbug ?

82

1945

Vol501d’Ariane5

• Volinaugural

• 4juin1996– 9h35

§ VisibilitéOK

§ Chargement:4sondes

delamissionCluster

• 370millionsdedollars!

83

Vol501d’Ariane5–

04/06/96

84

Vol501d’Ariane5

• Systèmedeguidageréparti

§ Appareilsinformatiques,accéléromètres,gyroscopes,…

• Après37secondesdevol

§ BuginformatiquedansleSGIà HS

§ IdemdansleSGIdesecoursà HS

• Après40secondesdevol

§ Démarragedupiloteautomatique

§ InterprétationdesignauxincohérentsduSGI

85

Auto-

organisation/stabilisation• Augmentationdunombred’acteursd’unsystèmedistribué

• Modèleclient-serveurmaldimensionné

But: Chaqueacteurestautonomeetindépendant

• Émergenced’uncomportementglobalàpartirde

comportementslocauxisolés

86

Exemple:leOUbooléen

• Chaqueacteuraunevaleurinitiale

§ Vrai représentéparun1

§ Faux représentéparun0

• Siaumoinsunacteurest Vraiaudépart

alorsrésultatglobalestVrai

87

A B A ou BFaux Faux Faux

Faux Vrai Vrai

Vrai Faux Vrai

Vrai Vrai Vrai

Exemple:

• Discussion2à2,acteursaléatoire

• Après,les2agentsaurontpourvaleurlerésultatduOU

entreleurvaleurinitiale

88

Preuvedecorrection• Sitouslesacteursont0initialement

§ Aucunnepourrapasserà1àlasuited’uneinteraction

§ Leprotocolerépondradonc0(i.e.,faux)

• Siaumoinsundesacteurspossèdelavaleur1

§ Unefoisquel’onalavaleur1,onnepeutrevenirà0

§ Silesacteurssontchoisisaléatoirement,équitablement,tout

acteuravec0auneprobabiliténonnulled’interagiravecunacteur

ayantpourvaleur1

§ Lenombred’acteuravecunevaleur1nepeutquecroitre

§ Cenombreconvergeversn avecuneprobabilité1

§ Leprotocolerépondradonc1(i.e.,vrai)

89

Danslesprochains

épisodes...

• Synchronisationetconsensus:laclédesréseauxsansfaille

• Fluxdedonnéesàgrandeéchelle:Commentlestraiter?

• Sécuritédesréseaux:détectionsd'intrusionparmonitoring

• Métrologiedanslesréseaux:lesbesoinsd'échantillonnage

• Unprojetàfaire:détectiondeDoS surunrouteur

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INFORMATIQUES

YannBusnelResponsableduDépartement informatique

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