Bases des Réseaux Informatiques
1. Définitions fondamentales
- Réseau informatique : ensemble d’équipements (ordinateurs, serveurs, imprimantes, etc.) interconnectés pour partager des ressources et des données.
- Protocole : ensemble de règles définissant la communication entre équipements.
- Topologie : organisation physique ou logique du réseau.
2. Types de réseaux
| Acronyme | Nom | Portée |
|---|---|---|
| PAN | Personal Area Network | ~10 m (Bluetooth, USB) |
| LAN | Local Area Network | Bâtiment / site |
| MAN | Metropolitan Area Network | Ville / agglomération |
| WAN | Wide Area Network | Pays / continent / monde |
| VPN | Virtual Private Network | Réseau privé sur réseau public |
3. Topologies réseau
| Topologie | Description | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|---|
| Bus | Tous reliés à un câble commun | Simple, peu de câble | Panne du bus = tout arrêté |
| Étoile | Tous reliés à un équipement central (switch) | Panne isolée, facile à gérer | Dépend du switch central |
| Anneau | Chaque équipement relié au suivant | Débit stable | Panne d’un nœud = rupture |
| Maillée | Chaque équipement relié à plusieurs autres | Haute disponibilité | Coût et complexité élevés |
4. Équipements réseau
| Équipement | Couche OSI | Rôle |
|---|---|---|
| Répéteur / Hub | Couche 1 | Régénère le signal, diffusion à tous |
| Switch (commutateur) | Couche 2 | Commutation par adresse MAC |
| Routeur | Couche 3 | Routage par adresse IP entre réseaux |
| Pare-feu (Firewall) | Couche 3-7 | Filtrage du trafic réseau |
| Point d’accès Wi-Fi | Couche 2 | Connexion sans fil |
| Modem | Couche 1 | Modulation/démodulation du signal |
5. Le modèle OSI
OSI = Open Systems Interconnection, standardisé par l’ISO en 1984.
Modèle de référence en 7 couches décrivant comment les données transitent d’un équipement à un autre.
Schéma des 7 couches
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 7 | Application | Interface avec l'utilisateur |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 6 | Présentation | Format, chiffrement, compression |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 5 | Session | Gestion des sessions |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 4 | Transport | Segmentation, fiabilité (TCP/UDP)|
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 3 | Réseau | Adressage IP, routage |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 2 | Liaison de données | Adresse MAC, accès au support |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
| 1 | Physique | Signal électrique / optique |
+---+-----------------------------+----------------------------------+
Détail de chaque couche
Couche 1 — Physique
- Transmet les bits sous forme de signaux (électriques, optiques, radio).
- Définit les connecteurs, câbles, débits, encodages.
- Exemples : RJ45, fibre optique, Wi-Fi (signal), Ethernet physique.
Couche 2 — Liaison de données
- Structuration des données en trames.
- Adressage par adresse MAC (48 bits, ex:
AA:BB:CC:DD:EE:FF). - Détection d’erreurs (CRC).
- Sous-couches : LLC (contrôle logique) et MAC (accès au support).
- Exemples : Ethernet, Wi-Fi (802.11), PPP.
Couche 3 — Réseau
- Adressage logique : adresse IP (IPv4 / IPv6).
- Routage des paquets entre réseaux différents.
- Fragmentation des paquets si nécessaire.
- Exemples : IP, ICMP, ARP, OSPF, BGP.
Couche 4 — Transport
- Segmentation des données et réassemblage.
- Contrôle de flux et de congestion.
- Deux protocoles principaux :
- TCP (Transmission Control Protocol) : fiable, orienté connexion (3-way handshake).
- UDP (User Datagram Protocol) : rapide, non fiable, sans connexion.
- Notion de port (ex: HTTP = 80, HTTPS = 443, SSH = 22).
Couche 5 — Session
- Établissement, gestion et fermeture des sessions de communication.
- Synchronisation et reprise en cas d’interruption.
- Exemples : NetBIOS, RPC, SIP.
Couche 6 — Présentation
- Formatage des données pour qu’elles soient lisibles par l’application.
- Chiffrement / déchiffrement (SSL/TLS agit ici).
- Compression des données.
- Exemples : SSL/TLS, JPEG, MPEG, ASCII, UTF-8.
Couche 7 — Application
- Interface directe avec l’utilisateur et les applications.
- Fournit les services réseau aux programmes.
- Exemples : HTTP, HTTPS, FTP, DNS, SMTP, POP3, IMAP, SNMP, Telnet, SSH.
Mnémotechnique OSI (de la couche 7 à 1)
All People Seem To Need Data Processing
Application — Présentation — Session — Transport — Réseau (Network) — Liaison (Data link) — Physique (Processing)
6. Encapsulation / Décapsulation
Quand des données descendent les couches OSI côté émetteur, chaque couche encapsule les données en ajoutant un en-tête (et parfois un pied).
[Application] Données
[Transport] [En-tête TCP/UDP | Données] → Segment
[Réseau] [En-tête IP | Segment] → Paquet
[Liaison] [En-tête Ethernet | Paquet | FCS] → Trame
[Physique] 101010011011... → Bits
Le récepteur effectue la décapsulation en remontant les couches.
7. Modèle TCP/IP (vs OSI)
Le modèle TCP/IP est le modèle pratique utilisé sur Internet. Il simplifie les 7 couches OSI en 4 couches.
| Modèle TCP/IP | Couches OSI équivalentes |
|---|---|
| Application | 7 — Application, 6 — Présentation, 5 — Session |
| Transport | 4 — Transport |
| Internet | 3 — Réseau |
| Accès réseau | 2 — Liaison, 1 — Physique |
8. Adressage IP
IPv4
- Adresse sur 32 bits, notée en 4 octets décimaux :
192.168.1.10 - Composée de deux parties : réseau + hôte (définie par le masque)
- Classes d’adresses :
| Classe | Plage | Masque par défaut |
|---|---|---|
| A | 1.0.0.0 – 126.255.255.255 | 255.0.0.0 (/8) |
| B | 128.0.0.0 – 191.255.255.255 | 255.255.0.0 (/16) |
| C | 192.0.0.0 – 223.255.255.255 | 255.255.255.0 (/24) |
- Adresses privées (RFC 1918) :
10.0.0.0/8172.16.0.0/12192.168.0.0/16
IPv6
- Adresse sur 128 bits, notée en hexadécimal :
2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334 - Élimine le besoin du NAT grâce à l’espace d’adressage massif.
9. Protocoles essentiels
| Protocole | Port | Couche | Rôle |
|---|---|---|---|
| HTTP | 80 | Application | Navigation web |
| HTTPS | 443 | Application | Navigation web chiffrée |
| FTP | 20/21 | Application | Transfert de fichiers |
| SSH | 22 | Application | Accès distant sécurisé |
| Telnet | 23 | Application | Accès distant non sécurisé |
| SMTP | 25 | Application | Envoi d’e-mails |
| DNS | 53 | Application | Résolution de noms |
| DHCP | 67/68 | Application | Attribution automatique d’IP |
| SNMP | 161 | Application | Supervision réseau |
| ICMP | — | Réseau | Diagnostic (ping, traceroute) |
| ARP | — | Liaison | Résolution IP → MAC |
10. DNS — Domain Name System
- Traduit un nom de domaine en adresse IP (et inversement).
- Fonctionnement en arbre hiérarchique :
. (racine) └── com └── google └── www → 142.250.74.68 - Types d’enregistrements :
- A : nom → IPv4
- AAAA : nom → IPv6
- MX : serveur de messagerie
- CNAME : alias
- PTR : IP → nom (résolution inverse)
11. DHCP — Dynamic Host Configuration Protocol
-
Attribue automatiquement à un client :
- Adresse IP
- Masque de sous-réseau
- Passerelle par défaut
- Serveur DNS
-
Processus DORA :
- Discover — le client diffuse une demande
- Offer — le serveur propose une IP
- Request — le client accepte l’offre
- Acknowledge — le serveur confirme l’attribution
12. NAT — Network Address Translation
- Permet à plusieurs hôtes d’un réseau privé de partager une seule adresse IP publique.
- Le routeur traduit les adresses privées ↔ adresse publique.
- Types :
- NAT statique : 1 IP privée ↔ 1 IP publique fixe
- NAT dynamique : pool d’IPs publiques
- PAT / NAT overload : plusieurs IPs privées → 1 IP publique (via numéros de ports)
13. VLAN — Virtual Local Area Network
- Permet de segmenter logiquement un réseau physique en plusieurs réseaux isolés.
- Configuration sur les switches manageable.
- Avantages : sécurité, réduction du broadcast, organisation.
- Marquage des trames : standard 802.1Q (tag VLAN dans l’en-tête Ethernet).
- Trunk : lien transportant plusieurs VLANs entre switches.
- Access : port affecté à un seul VLAN (vers un hôte final).