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) :
- 10.0.0.0/8
- 172.16.0.0/12
- 192.168.0.0/16

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 :
1. Discover — le client diffuse une demande
2. Offer — le serveur propose une IP
3. Request — le client accepte l’offre
4. 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).