Réseaux Informatiques : Cours reseau introduction réseaux informatiques
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Juliusz Chroboczek
6 octobre 2015
1 Commutation
Un réseau informatique est un ensemble de machines qui peuvent communiquer entre elles. Il n’est pas possible de construire un réseau en connectant directement toutes les paires de hôtes — il faudrait un nombre quadratique de connexions. Il est donc nécessaire d’utiliser une technique qui permet de communiquer là où il n’y a pas de connexion directe — c’est la commutation.
1.1 Commutation de circuits
Avant l’Internet, il existait déjà des réseaux à l’échelle planétaire. Le plus visible était le réseau téléphonique, basé sur la commutation de circuits, une technique qui consiste à connecter bout-à-bout des « circuits » permanents pour obtenir un circuit connectant temporairement les deux parties de communication.
Lorsqu’il souhaite communiquer, l’utilisateur contacte le central téléphonique et demande poliment à parler au destinataire. La commutation de circuits nécessite l’établissement d’un circuit électrique de bout en bout, ce qui demande que le matériel soit fiable et soigneusement calibré. De plus, elle ne permet pas le multiplexage d’un lien : si le destinataire participe déjà à un circuit, l’utilisateur est branché sur une tonalité occupée.
1.2 Commutation de messages
Un autre réseau planétaire était le réseau télégraphique, qui utilisait la commutation de messages.
Un utilisateur du télégraphe se rend au plus proche bureau des PTT et remplit un formulaire avec son message. Le message est ensuite transmis par le télégraphiste à un bureau des PTT plus proche du destinataire, où il est recopié puis communiqué à un autre télégraphiste. Celui-ci, à son tour, émet le message vers un autre bureau de poste. De proche en proche, le message finit par arriver à destination, où il est recopié sur papier une dernière fois et remis au destinataire.
Le message transite donc à travers plusieurs liens qui ne sont jamais interconnectés physiquement. La commutation de messages est relativement fiable et résiliente aux pannes. Sa principale limitation est qu’elle impose une taille maximale pour le message : il est impossible d’envoyer un texte complet comme *Guerre et Paix* sans le découper en morceaux.
1.3 Commutation de paquets
La façon naturelle d’envoyer des messages volumineux est de les découper en morceaux de taille limitée, appelés paquets, de les numéroter et de les envoyer indépendamment. Ce type de communication s’appelle la commutation de paquets, et tous les réseaux modernes reposent sur cette technique.
La commutation de paquets présente plusieurs avantages. Comme chaque paquet est envoyé indépendamment, elle est naturellement résiliente aux pannes : si un câble se rompt ou si un nœud tombe en panne, il suffit de choisir un autre chemin et de réémettre le paquet en cours de transfert. Elle permet également des communications variées, comme la transmission simultanée dans les deux sens (voix sur IP) ou la communication à plusieurs (BitTorrent, IRC).
En revanche, la commutation de paquets introduit des délais imprévisibles, ce qui rend difficile l’offre de garanties de temps réel (les joueurs en ligne le comprendront).
2 Internet
Un internet (ou parfois un catnet) est un réseau constitué de plusieurs liens interconnectés via des routeurs. On appelle hôte une machine qui n’est pas un routeur et qui sert à exécuter des applications. Un nœud est soit un hôte, soit un routeur.
La dynamique naturelle des internets est de fusionner : s’il existe deux grands internets, ils finiront probablement par être interconnectés et ne formeront plus qu’un seul réseau. Ainsi, il existe un internet bien plus vaste que tous les autres : c’est l’Internet global, ou simplement l’Internet (avec une majuscule).
3 Protocoles
Un protocole définit les règles de communication entre deux (ou plusieurs) entités. Il spécifie le format des messages ainsi que les règles d’interaction (quels messages sont autorisés dans un état donné).
Bien que les protocoles informatiques soient généralement définis de manière formelle pour le format des messages (par des diagrammes de paquets ou une grammaire sans contexte), les règles de communication sont souvent décrites par un texte plus ou moins précis, parfois accompagné d’un automate. En pratique, deux implémentations indépendantes d’un même protocole ne peuvent souvent communiquer avant d’avoir été testées ensemble.
Les règles de communication sur un réseau ne sont pas définies par un protocole unique, mais par une suite de protocoles. Une suite de protocoles est une famille de protocoles organisés en couches, où un protocole d’une couche donnée n’utilise que les services fournis par la couche inférieure. Lorsqu’un protocole ne respecte pas cette structure, on parle de violation de la modularité.
Une couche est donc définie par :
- le service qu’elle utilise (fournis par la couche inférieure) ;
- le service qu’elle fournit (à la couche supérieure).
Un ensemble de couches forme un modèle, et l’ensemble des protocoles qui implémentent ce modèle s’appelle une suite de protocoles. Respecter cette discipline permet de remplacer un protocole indépendamment des autres et d’utiliser plusieurs protocoles simultanément, comme plusieurs protocoles de couche haute sur un même réseau (écouter de la musique tout en lisant ses emails) ou plusieurs protocoles de couche basse (un document peut transiter par un réseau filaire puis par un lien Wi-Fi). Cependant, les défis liés à la transition vers IPv6 montrent que notre technologie de modularité n’est pas encore parfaitement optimisée.
4 Le modèle OSI simplifié
Les protocoles de la suite TCP/IP, utilisés sur l’Internet, sont organisés selon le modèle OSI simplifié, qui comprend cinq couches numérotées de 1 à 7 :
- Couche physique (1) : RS-232, 10Base2, 100BaseTX, radio 2,4 GHz, etc.
- Couche lien (2) : SLIP, PPP, Ethernet, 802.11, etc.
- Couche Internet ou réseau (3) : protocole IP.
- Couche transport (4) : UDP, TCP.
- Couche application (7) : NTP, DNS, FTP, SMTP, HTTP, BitTorrent, etc.
Les couches 5 et 6 (Session et Présentation) du modèle OSI original ne sont plus utilisées aujourd’hui.
5 La suite de protocoles TCP/IP
La suite TCP/IP est celle employée sur l’Internet global. Elle suit le modèle OSI simplifié et présente les caractéristiques suivantes :
- TCP/IP repose sur la commutation de paquets ;
- les couches inférieures (2 et 3) implémentent une communication non fiable, où les paquets peuvent être perdus sans notification à l’expéditeur. La fiabilité est assurée par la couche transport (4) ;
- la couche 2 fonctionne de proche en proche (hop-to-hop), tandis que les couches 3 à 7 opèrent de bout en bout (end-to-end) ;
- la couche 3 ne contient qu’un seul protocole, IP, qui permet à toute application de fonctionner sur tout type de lien.
6 Transition à IPv6
Le protocole IP classique, IPv4, limite le nombre d’adresses disponibles à moins de 232. Ces adresses étant épuisées, un successeur nommé IPv6 a été développé dans les années 1990.
IPv6 utilise des adresses de 128 bits, offrant un espace d’adressage illimité en pratique. Son déploiement a été lent jusqu’aux dernières années, où il a commencé à s’accélérer. Aujourd’hui, environ 8 % des utilisateurs de Google utilisent IPv6.
Il n’existe pas de traduction automatique entre IPv4 et IPv6 : pour participer aux deux protocoles, un hôte doit implémenter une double pile et chaque application doit gérer les deux versions.
FAQ
Qu’est-ce que la commutation de paquets et comment fonctionne-t-elle ?
La commutation de paquets consiste à découper un message en morceaux appelés paquets, à les numéroter et à les envoyer indépendamment sur un réseau. Chaque paquet peut emprunter un chemin différent pour atteindre sa destination, ce qui rend le système résilient aux pannes.
Pourquoi le modèle OSI simplifié ne comprend-il que cinq couches ?
Le modèle OSI simplifié exclut les couches Session (5) et Présentation (6) du modèle original, car elles ne sont plus nécessaires dans les réseaux modernes, où les protocoles de transport et d’application suffisent à assurer la communication.
Quels sont les principaux avantages de la commutation de paquets ?
La commutation de paquets permet une communication flexible, notamment en temps réel et à plusieurs, tout en assurant une résilience aux pannes. Cependant, elle introduit des délais imprévisibles, ce qui peut poser des problèmes pour certaines applications nécessitant une latence constante.