1Module Rseaux Informatiques

II2

Dr. Hanen IDOUDI

Cours disponible en ligne sur :

https://sites.google.com/site/hidoudi/reseaux-inf

Ecole Nationale des Sciences de lInformatique

2Plan du Cours

Introduction aux rseaux informatiques Les types de rseaux Architectures dinterconnexion

OSITCP/IP

Techniques de transmission Techniques de commutation Exemples de rseaux WAN

La Couche Rseau Normes Adressage (IP, OSI) Fragmentation Routage: Algorithmes et Protocoles (ARP, RIP, OSPF, ) Contrle de congestion

3Plan du Cours (suite)

La couche de transport Les protocoles de transport

Structure

Les protocoles de transport ISO

UDP

TCP

Mcanismes de contrle de congestion

La couche session

La couche prsentation

La couche application

4Bibliographie

Rfrences Andrew Tanenbaum, Rseaux : Cours et Exercices (3em dition), PrenticeHall/Dunon.

Douglas Comer, TCP/IP : Architecure, protocoles, applications (3me dition), InterEditions.

5Chapitre 1Introduction aux rseaux informatiques

6Introduction

Les services de tlcommunications

Tlphonie

communication 1 1

Radio

diffusion voix et musique (1 n)

Tlvision

diffusion images, voix, musique (1 n)

Internet

communication n m, recherche et publication information

interactivit

Rseaux locaux

partage de ressources (imprimantes, disques, applications)

3 grandes classes de rseaux (selon le secteur industriel)

Les rseaux de tlcommunications

Les rseaux des cblo-oprateurs

Les rseaux Informatiques

Tendance actuelle

Faire converger les diffrentes techniques dveloppes dans chaque secteur pour pouvoir les runir en un seul rseau cohrent et efficace

7Les rseaux de tlcommunicationRseau tlphonique

Service de base: appels locaux et longues distances

Tarifs Dure, Distance

lments terminaux simples commutateurs boucle locale 2 fils cuivre artres (coeur de rseau) en fibre optique

Intgration de services(voix, fax, accs Internet) Objectif : intgrer tlphonie et

informatique Pbs :

Pas de garantie de QoSCot levCommutation de circuits taux dutilisation faible

01 23 45 67 89

01 23 45 67 89

Principe de fonctionnement:commutation de circuits

8Les rseaux des cblo-oprateurs (1)Rseaux radio et tlvision

Services de base

Mise en place de rseaux cbls ou hertziens pour diffusion de son et images par la voie terrestre ou hertzienne.

Teminaux

rcepteurs radio ou tlvision

Support de transmission:

Cble coaxial sur la partie terminale du rseau

Aujourdhui : fibre optique la place du coaxial sur tout ltendue du rseau (tlphonie + Internet + Tlvision ensemble)

Principe de fonctionnement:diffusion (broadcast)

9Les rseaux des cblo-oprateurs(2)Rseaux radio et tlvision

Type de transmission:

Analogique pour optimiser le cot de linfrastructure mais

La transmission numrique est en train de prendre la relve.

Technique principale:

FDM (frequency division multiplexing) ou un multiplexage en longueur donde (fibre optique)

Inconvnients:

FDM :Require autant de rcepteurs que de canaux auquel accder

Un dcodeur de tlvision pour recevoir un canal parmi ceux disponibles

Un modem : accs Internet

Un botier daccs tlphonique pour la parole numrique

Solution:

TDM (time division multiplexing) permet dutiliser un seul metteur/rcepteur pour recevoir tous les canaux

Utilisation des modems xDSL (Data Subscriber Line) qui peuvent faire passer quelques Mbps sur des paires de fil mtalliques transport de la voix, donnes, images et vido

10

Les rseaux informatiques(1)

lorigine: Cres pour le transport de donnes informatiques

Aujourdhui: + Transport de la parole et de la vido (QoS)

5 catgories (selon ltendue) PAN, Personal Area Networks (1 - 100 m)

Bluetooth, IrDA(Infrared Data Association), Zigbee, 802.15.4

LAN, Local Area Networks (100 m - 2,5 km)

Ethernet, Wi-Fi (Wireless Ethernet, 802.11)

MAN, Metropolitan Area Networks (1 - 100 km)

ADSL, WiMax

WAN, Wide Area Networks (milliers de km)

X.25, Frame Relay

Structures dinterco-nnexion

MAN WANLANBus

1m 10m 100m 1Km 10Km 100Km tendue

11

Les rseaux informatiques(2)Internet

INTERNET: INTERconnected NETworks

Le rseau des rseaux

Service de base: interconnexion dordinateurs et de rseaux dordinateurs

Elments

Ordinateurs individuels

Serveurs

Routeurs, hub

Boucles et rseaux locaux

Cables

Artres (cur de rseau ou backbone) en fibres optiques

Principe de fonctionnement:commutation de paquets (de donnes)

modemrseau local

rseau local

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Types de rseaux : Connectivit directe

Point-to-point

Mutiple-access /Broadcast

Ethernet

Token Ring

13

Types de rseaux Connectivit Indirecte

Switched networks

Internetworks (notion de sous-rseau) backbone

link

host

switchingelement

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Protocoles

Un protocole consiste en un ensemble de conventions qui spcifient les rgles et les paramtres mis en jeux pendant la communication entre deux entits (htes, processus, lments de commutation, ...) Type, contenu, et format des informations transfres entre entits

tablissement et fermeture de connections et de sessions

Routage dans le rseau

Contrle de flux : quilibrage des dbits

Sret de fonctionnement: dtection, gestion, et correction des erreurs

Le type de donnes et objets changs et leurs reprsentations

Les caractristiques de session (e.g., synchronisation, cryptage-scurit, compression)

Dtection et contrle de congestion

Paramtre et implmentation de qualit de service

15

ArchitectureInterconnexion de rseaux informatiques

quipements informatiques htrognes Ncessit de disposer de normes et de protocoles unifis pour raliser la communication des systmes ouverts

3 grandes architectures : OSI (Open Systems Interconnexion) de lISO (International Organization for

Standardization)

TCP/IP introduit par ARPA(Advanced Research Projects Agency)

ATM (Asynchronous Transfer Mode) introduit par lUIT(LUnion internationale des tlcommunications)

16

ArchitecturePourquoi un modle de rfrence ?

Les rseaux sont htrognes

Le problme dinterconnexion est complexe

Il faut dcomposer le problme en problmes plus simples

Proposer un modle de dcomposition en couches superposes partir de la couche physique

c--d le logiciel de gestion du port ou de la carte utilise pour le raccordement au rseau

jusqu la couche application

c--d le logiciel dapplication qui utilise le rseau, exp. courrier lectronique, navigateur Internet, etc.

Chaque couche rsout des problmes et offre des services la couche de niveau suprieur

17

ArchitectureServices et Protocoles

services

couche N

services

couche N-1

services

couche N

services

couche N-1

protocole

protocole

Le service (N) est assur par les entits (N) homologues Les entits (N) communiquent et cooprent entre elles selon un protocole (N)

travers un ensemble de services fourni par la couche (N-1) Les entits accdent aux services ( N-1) partir des points daccs des services

(N-1) appel (N-1) SAP (Service Access Point)

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Relation entre les units de donnes

PCI : Protocol Control Information

SDU : Service Data Unit

PDU : Protocol Data Unit

(N) - PCI (N) - SDU

(N) - PDU

(N - 1) - PCI (N - 1) - SDU

(N - 1) - PDU

Couche (N)

Couche (N - 1)

19

Architecture Modle de rfrence OSI

Open Systems Interconnection

Modle abstrait de rfrence pour linterconnexion de systmesouverts, c--d:

dordinateurs de diffrents constructeurs

sous des systmes dexploitation diffrents

20

ArchitectureModle de rfrence OSI

Systme local Systme distant

Application

prsentation

Session

Transport

Rseau

Liaison

Physique

Application

prsentation

Session

Transport

Rseau

Liaison

Physique

Protocoles niveau 7

Protocoles niveau 6

Protocoles niveau 5

Protocoles niveau 4

Protocoles niveau 3

Protocoles niveau 2

Protocoles niveau 1

Interface 7/6

Medium physique

Interface 6/5

21

Architecture Modle de rfrence OSI

Standards

EIA/TIA

PPP, Ethernet, wifi

IPv4, IPv6,

TCP, UDP

1

2

3

4

5

6

7

Bits 01101011011101Srialisation, Transmission bit bit, spcification physique du lien

Physique

Rpteurs, Hubs, modems, cartes,

Trames

Adresses physiques

Gestion des transmissions, fiabilit, contrle de flux, contrle derreurs

Liaison de donnes

Pont, Switch

Paquets

Adresses logiques

Adressage, Routage, fragmentation, Commutation, Best Effort de base.

Rseau

Routeurs

Segments

PortsContrle de flux & fiabilit

Transport

Clients, Serveurs

X-Window System, RPC, Appletalk Session Protocol, NFS, NetBios

Gestion sessions :points de reprises, identification, dbut/fin de session

Session

Clients, Serveurs

ASCII, ASN.1, Conversion de format, codage, cryptage

Prsentation

Clients, Serveurs

Telnet, SMTP, POP, NFS, HTTP, FTP, SSH

Accs au service : applications utilisateur

Application

Clients, Serveurs

22

ArchitectureInternet : TCP/IP

Application

Prsentation

Session

Transport

Rseau

Liaison

Transport

Rseau

Liaison

Application

Physique

OSI TCP/IP

FTP, SMTP,

HTTP,

TCP, UDP

IPv4, IPv6

Ethernet, PPP,

wifi

23

ArchitectureInternet : TCP/IP

IP (Internet Protocol): QoS trs faible Pas de dtection de perte de paquet et pas de reprise sur erreur

IPv4 : adressage, fragmentation, transporter des donnes sans autres fonctionnalits

IPv6 : nouvelles fonctionnalits : scurit, mobilit

TCP (Transmission Control Protocol): regroupe toutes les fonctionnalits de niveau 4: Fiabilit: rsout tous les problmes de perte de paquets dans les niveaux infrieurs

Contrle des donnes transfres (perdues, endommages)

Resquencement si IP ne dlivre pas les paquets dans lordre

Contrle de flux (fentre)

UDP(User Datagram Protocol): Pas de fonctionnalit supplmentaire % IP

Utilise les n de port

Pas de garantie darrive

Pas de contrle de squencement

24

ArchitectureEncapsulation

DonnesUtilisateur

Ethernet

Couche ApplicationDonnes

UtilisateurEntte

application

Couche TCP

TCP Segment

Donnes ApplicationEntte TCP

Couche IP

IP Datagram

Donnes ApplicationEntte TCPEntte IP

Couche lien

Ethernet Frame46 1500 octets

Donnes ApplicationEntte TCPEntte IPEntteEthernetpied

Ethernet

25

ArchitectureInterconnexion de rseaux

Rseau globalWAN, Wide Area Network

Ordinateur individuelavec modem

Rseaux locauxLAN, Local Area Networks

Rseautlphonique Lignes

spcialises

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ArchitectureArchitecture OSI

liaison de donnes

physique

rseau

routage

liaison de donnes

physique

rseau

routage

data link

physical

network

transport

session

presentation

application

web server

liaison de donnes

physique

rseau

transport

session

prsentation

application

navigateur

routeur routeur

serveurclient

LAN LANLSLignes Spcialisesvers autres routeurs

End Systems

Intermediate Systems

27

Architecture Architecture Internet

liaison de donnes

physique

rseau

routage

liaison de donnes

physique

rseau

routage

liaison

physique

rseau

transport

(session)

presentation

application

web server

liaison de donnes

physique

rseau

transport

(session)

prsentation

application

navigateur

routeur routeurLAN LANLS

Lignes Spcialisesvers autres routeurs

serveurclient Hosts

ETH ETH

IP IP IP

PPP

TCP

HTTP ou FTP

Pages HTML, ASP, JSP ou fichiers

28

Techniques de transmission -Signalisation

C'EST L'ENSEMBLE DES SIGNAUX NECESSAIRES A LA GESTION D'UNE COMMUNICATION signaux d'tablissement/rupture de la communication

signaux de contrle, taxation

signaux de surveillance, maintenance

Migration de la signalisation analogique vers la signalisation numrique Sur les accs dabonns la signalisation tait surtout analogique: tonalits, numrotation multi-

frquences, etc..

Lvolution va vers une signalisation purement numrique, sous forme de paquets digitaliss, aussi bien sur la ligne dabonn que dans le cur du rseau

Accs plus rapide linformation, temps de connexion rduits

Disponibilit et scurit de linformation

Qualit de Service accrue

29

Techniques de transmission -Signalisation

Utilisation de canaux de communication spars (Out-of-Band signaling) ou Common Channel signaling (CCS) ou Rseau Smaphore

Sur les accs dabonns (exp: RTC) la signalisation analogique emprunte aujourdhui le mme canal que les voies de la parole (CCS).

Lvolution va vers des canaux spars

Permet un accs permanent aux informations de signalisation (signalisation en cours dappel)

Performance accrue sur un canal ddi (rduction des dlais)

30

Techniques de transmission -Multiplexage

Objectifs : optimisation de lutilisation du rseau => agrgation de flux avant transmission sur backbone

Frequency Division Multiplexing(FDM) : signaux analogiques

Time Division Multiplexing (TDM) : donnes numriques

Wave Division Multiplexing (WDM) : signaux optiques

31

Techniques de transmission -Multiplexage - TDM

32

Techniques de commutation

Techniques de commutation Commutation de circuits

Commutation de paquets

Exemples: Rseau tlphonique

X.25

ATM

Arpanet (Internet)

33

Techniques de commutation - Commutation de Circuits

Etablissement de Circuit Connection de nuds constituant un circuit pour la dure de la communication.

Toutes les donnes empruntent le mme circuit

DATA

Call Request Signals

}

Call AcceptSignal

Propagation Delay

T

i

m

e

hunting time

} N1

N2

N4

N3

N6N5

information

34

Techniques de commutation - Commutation de Circuits

Connexion directe, transparente travers le rseau (commutation spatiale ou temporelle)

Temps de transfert fixes et minimum

Capacits temps-rel optimales : idal pour la voix

Mais Risque dtre inefficace pour la transmission des donnes

Exemple : le rseau tlphonique commut (RTC)

35

Techniques de commutation - Commutation de Paquets

Donnes transmises sous forme de paquets Fragmentation de long messages en plusieurs paquets

Paquet contient une portion des donnes plus des informations de contrle (exp: adresse)

Un quipement spcial (nud de commutation) est utilis pour acheminer des paquets entre diverses machines identifies par leurs adresses

Les paquets sont reus, brivement mmoriss et transmis au nud suivant : Store and forward

36

Techniques de commutation - Commutation de Paquets Datagrammes

But: partager le cot des lignes entre les nuds

Exemples: Frame Relay, GPRS, ATM, UMTS .

Chaque paquet inclut ladresse de destination

Chaque paquet trait indpendamment

Chaque paquet prend la route la plus pratique

Les paquets dun mme message peuvent arriver en dsordre

Les paquets peuvent se perdre

Rcepteur charge de re-ordonner et recouvrer les pertes

37

Techniques de commutation - Commutation de Paquets Circuit Virtuel

Route tablie avant lenvoi des paquets

Paquets de requte (call request) et acceptation (call accept) tablissent la connexion (handshake)

Chaque paquet contient un numro de circuit virtuel

Pas de dcision de routage requise pour chaque paquet

Requte pour terminer le circuit (clearrequest)

Pkt 1

Pkt 2

Pkt 3 Pkt 1

Pkt 2

Pkt 3 Pkt 1

Pkt 2

Propagation Delay

Pkt 3

{Queuing Time

PacketTransmission

Time

}

Time betweenpackets

callrequestpacket

callacceptpacket

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Techniques de commutation -Dlais dans les rseau commutations de paquets

Traitement nodal: Vrification des erreurs Dterminer la file de sortie (routage)

File dattente Temps dattente sur le lien de sortie Dpends du niveau de congestion du routeur

Dlai de Transmission R=Bande passante (bps) L=taille des paquets (bits) Dlai de transmission= L/R

Dlai de propagation : d = Longueur du lien s = vitesse de propagation (~2x108 m/sec) Dlai de propagation = d/s

A

B

propagation

transmission

nodalprocessing queueing

39

Techniques de commutation Circuits Virtuels vs Datagrammes

Circuits virtuels Rseau peut fournir squenage et contrle derreurs

Paquets retransmis plus rapidement

Pas de dcision de routage

Moins fiable

Perte dun nud perte de tous les circuits travers celui-ci

Datagrammes Pas de phase dtablissement

Meilleur sil y a peu de paquets

Plus flexible

Possibilit dviter les parties congestionnes du rseau

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Techniques de commutation - Commutation de Paquets Avantages

Efficacit de la ligne Partage de liaisons nud nud entre plusieurs paquets

Paquets transmis aussi rapidement que possible

Conversion de dbit Chaque station connecte son nud local sa propre vitesse

Paquets peuvent tre accepts mme si le rseau est occup Livraison peut-tre ralentie

Possibilit de priorits

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Techniques de commutation - Commutation de cellules

Une optimisation consiste remplacer les paquets de taille variable par des cellules de taille fixe.

Technique dfinie par ATM (Asynchronous Transfer Mode)

Permet des vitesses plus leves que la commutation de paquets

Permet aisment de rserver un dbit un circuit virtuel

Souvent utilise pour le transfert de la voix ou de la vido

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Techniques de commutation -Comparaison

Commutation de Circuits

Canaux ddis

Dlai constant

Bloquant

Flot continu

Point--point

Commutation de Paquets

Canaux partags

Dlai variable

Non bloquant

Store-and-forward point--point & multipoint

Inclut:

datagrammes

circuits virtuels

Telecommunicationnetworks

Circuit-switchednetworks

FDM TDM

Packet-switchednetworks

Networkswith VCs

DatagramNetworks

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Exemples de rseaux WAN RTC

Le rseau daccs est ANALOGIQUE de nouvelles techniques de rseaux d'accs sont en cours de dveloppement: accs

xDSL, accs cble....

Le rseau de cur (backbone) est NUMERIQUE des liaisons PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) du type MIC (Modulation par

Impulsions Codes) 2, 34, 140Mbit/s

des liaisons multiplexage synchrone du type SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 155, 622,... Mbit/s

Auto-commutateurs numriques

La signalisation est numrique

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Exemples de rseaux WAN RNIS

RNIS = Rseau Numrique Intgration de Service = ISDN Integrated Service Digital Network

INTEGRATION DE TOUS LES SERVICES SUR UN MEME RESEAU Applications multi-mdia chez l'abonn (voix + donnes + images)

RNIS bande de base fournissent des services faible dbit : de 64 kbit/s 2 Mbit/s

RNIS large bande (ATM) pour les services haut dbit : de 10 Mbit/s 622 Mbit/s.

Se base sur plusieurs canaux numriques : Canaux de type B (jusqu 64 kbit/s) servent au transport de donnes et peuvent tre

agglomrs pour augmenter la bande passante. Canaux de type D (16 kbit/s) servent la signalisation des communications.

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Exemples de rseaux WAN RNIS

Une interface d'accs un rseau RNIS est une association de canaux B et D. Le nombre de canaux utiliss peut varier suivant les besoins, le dbit maximum

tant fix par le type d'interface. Deux interfaces standards correspondent deux catgories d'utilisation distinctes :

Rsidentielle : utilisation simultane des services tlphoniques et d'une connexion Internet.

Professionnelle : utilisation d'un commutateur tlphonique (PABX) et/ou d'un routeur d'agence.

Accs de base L'accs de base ou Basic Rate Interface (BRI) comprend 2 canaux B et un canal D pour

la signalisation : 2B+D.

Accs primaire L'accs primaire ou Primary Rate Interface (PRI) comprend 30 canaux B et un canal D

64 kbit/s

46

Exemples de rseaux WAN RNIS LARGE-BANDE (ATM)

Transmission de limage anime (Haute-Dfinition), avec les donnes et la voix

Support de transmission: fibres optiques, infrastructures SDH

Mode de commutation rapide (cellule) : lATM

Bandes-passantes la demande

Le service peut tre synchrone ou asynchrone. On a la fois les avantages de la commutation de circuits et de la commutation de paquets

Le service est orient connexion. Les adresses sont remplaces par des labels de circuits virtuels VC ou VP

47

Exemples de rseaux WAN Frame Relay

Principe Remplacer les lignes spcialises ou loue un client nutilisera pas un canal ddi

charge maximale partager un mme nuage FR entre plusieurs clients en assurant un dbit garanti minimal et un dbit maximal autoris.

Le FR a t initialement dfini comme tant un protocole orient connexion. Etablissement de liaisons virtuelles (Q933) Liaison virtuelle la demande ou permanente (SVC ou PVC)

Protocole commutation de paquets La connexion entre deux sites se fait par l'intermdiaire de circuits virtuels

Etablis en permanence par le fournisseur : Permanent Virtual Circuit (PVC). Etablis uniquement sur demande : Switched Virtual Circuit (SVC).

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Exemples de rseaux WAN Frame Relay

Le FR offre la possibilit dcouler les pics de charge (burst) des usagers (LAN). Ngociation de divers paramtres (QoS) entre le prestataire de service et le client.

Le CIR (Committed Information Rate) reprsente le dbit moyen, garanti par le prestataire, sur un intervalle de temps donn.

Le Bc (Committed Burst size) : pic de charge autoris

Le Be (Excess Burst size) : pic de charge en excs

Respect des informations de congestion.

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Exemples de rseaux WAN GSM Global System for Mobile communication

INTERFACE VERS LE RESEAU TELEPHONIQUE TERRESTRE

Concentrateur

Cellules

Terminaux :Numro IMEI

SIM:Identifie labonn

via lIMSI

LOCALISATION ETLISTE DE

VISITEURS EN ROAMING

LISTE DUSAGER DE LOPERATEUR ET DROITS

List des terminaux vols

ENCRYPTION,AUTHENTIFICATION

Cur du systme

Architecture rseau GSM

50

Exemples de rseaux WAN GPRS et UMTS

GPRS General Packet Radio Service Un rseau commutation de paquets avec gestion de la mobilit et accs par voie radio

Le terminal mobile dispose dune adresse IP dont le champ rseau est spcifique au rseau GPRS

UMTS Universal Mobile Telecommunications System Couverture mondiale, mutli-oprateurs, multi-fournisseurs de services, permet le

roaming international, multi-services, dbit lev ( 2 Mbits/s),

51

Internet

Tier-1: ISPs (e.g., UUNet, BBN/Genuity, Sprint, AT&T), couverture nationale / internationale

Tier-2: ISPs: smaller (souvent lchelle rgional) ISPs

Tier-3: ISPs and local ISPs (accs)

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

Tier 1 ISP

NAP

Tier-2 ISPTier-2 ISP

Tier-2 ISP Tier-2 ISP

Tier-2 ISP

localISPlocal

ISPlocalISP

localISP

localISP Tier 3

ISP

localISP

localISP

localISP

52

Annexe

53

BackboneBackbone en en tunisietunisie

ATI

FSI 1

FSI 2

NabeulHached

KasbahOuardiaBj

SfaxSousseKairouan

MedenineGafsa

NxE1

E3

E3

E3

STM-1

E3

NxE1

54

Tunisie - SDH BjaJendouba Nabeul

KefSiliana

Kairouan

KasserineSidi Bouzid

Sousse

Mahdia

Gabes H Souk

Medenine

Tataouine

Bir AliMeknassy

Sbeitla

Klibia

Gafsa

Tozeur

Monastir

Sfax

Zarzis

Ben Guerdane

ITALIE

BizerteFRANCE

ALGERIE

3

Lgende

Moknine

Ras Jdir

LIBYE

Tabarka

Tunis

Kbili

Menzeh

B.Arous

BardoKasbah

Ouerdia

Belvdre

Hached

Noeud de transmission SDHCentre de gestion du rseau Boucles SDH

Liaison SDH point point

ZaghouanHammemet

RESEAU NATIONAL DE TRANSMISSION PAR FIBRES OPTIQUES(Boucles SDH)

Ariana

Marsa