Scheda di revisione: Introduction aux Protocoles et Architectures Réseau

📋 Plan du Cours

1. Modèles en couches OSI et TCP/IP
2. Réseaux, topologies et types de réseaux
3. Couche Internet et adressage IP
4. Datagramme IP et fragmentation
5. ARP et ICMP
6. IPv6 et adressage hiérarchique
7. Routage statique et dynamique
8. TCP, fenêtrage et contrôle de flux
9. DNS et résolution de noms
10. HTTP et serveur Web
11. Sockets et client-serveur

📖 1. Modèles en couches OSI et TCP/IP

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle en couches : Modèle qui organise les fonctions réseau en plusieurs niveaux, chacun réalisant une tâche précise pour simplifier l’architecture et la rendre évolutive.
• Protocole réseau : Ensemble de conventions qui fixe le format des données et les règles d’échange entre deux entités réseau.
• Modèle OSI : Modèle de référence en 7 couches défini par ISO pour structurer les communications réseau par types de services.
• Modèle TCP/IP : Modèle utilisé sur Internet qui regroupe les fonctions en couches, notamment Internet, transport et application.

📝 Points essentiels

• Dans OSI, chaque couche correspond à un ensemble homogène chargé d’un service, ce qui sépare les problèmes et favorise la réutilisation.
• Le modèle OSI comporte 7 couches : physique, liaison (données), réseau, transport, session, présentation, application.
• Dans TCP/IP, le transport (TCP/UDP) assure la communication de bout en bout et TCP fournit un transport fiable en mode connecté.
• Dans TCP/IP, TCP est complexe car il gère la transmission, les erreurs et le séquencement des données.
• Dans TCP/IP, IP transporte des datagrammes en mode non connecté, avec peu de garanties, et traite la fragmentation/assemblage.
• L’encapsulation ajoute des en-têtes à chaque couche jusqu’au support réseau (ex. application puis TCP puis IP puis trame Ethernet) pour calculer l’efficacité (données utiles / données totales).

💡 Astuce mémo

OSI = 7 étages (physique→application) ; TCP/IP = 4 étages (réseaux→Internet→transport→application), comme un escalier qui simplifie le tri des fonctions.

📖 2. Réseaux, topologies et types de réseaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Réseau informatique : Un réseau informatique est un ensemble d’ordinateurs interconnectés par des liaisons physiques qui échangent des données numériques.
• Topologie en bus : Une topologie en bus relie tous les ordinateurs à une même ligne de transmission partagée pour l’échange des données.
• Topologie en étoile : Une topologie en étoile relie chaque ordinateur à un concentrateur central (hub), point central de la communication.
• Topologie en anneau : Une topologie en anneau place les ordinateurs sur une boucle où les communications passent par la circulation en chaîne.
• Câblage en maille : Un câblage en maille relie chaque machine directement à toutes les autres par un câble dédié.

📝 Points essentiels

• Une commutation de circuits établit un circuit entre deux entités qui reste ouvert jusqu’à l’arrêt de l’un des participants.
• Dans le transfert de paquets, chaque routeur choisit la sortie en consultant sa table de routage pour acheminer le paquet vers le destinataire.
• Les commutateurs utilisent des tables de commutation qui font correspondre une référence à une ligne de sortie.
• Seules les communications actives créent une entrée dans la table de commutation du commutateur.
• Un LAN (réseau local) couvre une petite zone géographique, avec un débit annoncé entre 10 Mbps et 1 Gbps pour 100 à 1000 utilisateurs.
• Un MAN interconnecte plusieurs LAN proches sur quelques dizaines de kilomètres, tandis qu’un WAN interconnecte des LAN sur de grandes distances géographiques.

💡 Astuce mémo

Bus = même ligne ; Étoile = hub central ; Anneau = boucle ; Maille = chacun relié à tous.

📖 3. Couche Internet et adressage IP

🔑 Notions clés & Définitions

• Adresse IP : Adresse Internet de 32 bits (4 octets) découpée en identifiant de réseau et identifiant de machine, utilisée pour acheminer des datagrammes.
• Netmask : Masque de sous-réseau indiquant quels bits de l’adresse appartiennent au couple réseau/sous-réseau, pour décider si deux hôtes sont sur le même sous-réseau.
• Datagramme IP : Unité de communication de la couche Internet, encapsulant les données et portant l’en-tête avec version, identification, flags de fragmentation, TTL et adresses source/destination.
• Fragmentation IP : Découpage d’un datagramme par des routeurs en fragments plus petits que le MTU, avec des informations permettant la réassemblage à destination.

📝 Points essentiels

• Une adresse IPv4 s’écrit en W.X.Y.Z (4 octets) et se compose d’un NET_ID pour le routage et d’un HOST_ID pour la machine.
• Les classes vont de 1.0.0.0 à 127.255.255.255, puis 128.0.0.0–191.255.255.255, 192.0.0.0–223.255.255.255, 224.0.0.0–239.255.255.255, puis 240.0.0.0–247.255.255.255.
• Le broadcast 255.255.255.255 est local, tandis qu’une broadcast dirigée a la forme <NET_ID><111…111> vers le réseau de numéro NET_ID.
• Pour tester si source et destination sont sur le même sous-réseau, on compare les parties réseau via le netmask en utilisant l’égalité après ET logique, et on en déduit le même réseau sans connaître la taille exacte de <SUBNET_ID>.
• L’en-tête IP inclut notamment Flags (AF et DF) et le champ Déplacement (13 bits) exprimé en nombre de mots de 8 octets pour remettre les fragments dans le bon ordre.
• Le datagramme IP a une longueur maximale de 65535 octets (Longueur Totale sur 16 bits), et les fragments doivent avoir une taille multiple de 8 octets et être envoyés indépendamment pour être réassemblés à destination.

💡 Astuce mémo

Broadcast : 255.255.255.255 = local ; <NET_ID> suivi de tous des 1 = broadcast dirigée.

📖 4. Datagramme IP et fragmentation

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ Identification : Un champ de l’en-tête sert à regrouper les fragments issus d’un même datagramme lors de la fragmentation IP.
• Flag et Déplacement : Les champs de contrôle et de déplacement indiquent si un fragment est suivi d’autres fragments et sa position dans le datagramme original.
• MTU : La MTU est la taille maximale autorisée des données transportées sur un lien avant que la fragmentation IP soit nécessaire.
• Longueur totale : La longueur totale de l’en-tête indique la taille totale du datagramme IP, ce qui aide à dimensionner les fragments envoyés.

📝 Points essentiels

• L’en-tête IP contient notamment TTL, Protocole, somme de contrôle d’en-tête, adresses source et destination, puis les champs utilisés pour la fragmentation comme Identification, Flag et Déplacement.
• La taille maximale d’un datagramme IP est 216 − 1 = 65535 octets, mais la taille réellement envoyable dépend de la MTU du réseau traversé.
• La fragmentation est réalisée au niveau des routeurs en découpant le datagramme en fragments dont la taille de données est un multiple de 8 octets inférieur à la MTU.
• Chaque fragment est envoyé indépendamment et réencapsulé, avec des valeurs mises à jour pour permettre au destinataire de réassembler dans le bon ordre grâce à Flag et Déplacement.
• Exemple MTU=800 : un datagramme de 1400 octets est fractionné avec Déplacement 0 pour le premier fragment (données 776 octets) et Déplacement 97 pour le second fragment (données 624 octets), en conservant l’Identification.
• Le Déplacement de 13 bits s’exprime en nombre de mots de 8 octets par rapport au paquet de départ, ce qui fixe le positionnement des fragments.

💡 Astuce mémo

8-8-Position : la fragmentation aligne les données sur des multiples de 8 octets, et le Déplacement compte des mots de 8 octets.

📖 5. ARP et ICMP

🔑 Notions clés & Définitions

• ARP : Protocole de la couche Internet listé avec IP et ICMP pour la communication au niveau réseau.
• RARP : Protocole de la couche Internet associé à ARP et inclus dans l’ensemble IP/ICMP/ARP/RARP.
• ICMP : Protocole de la couche Internet cité avec IP, utilisé dans le même ensemble de protocoles que l’adressage IP.

📝 Points essentiels

• La couche Internet (CM) regroupe IP, ICMP et ARP/RARP parmi ses protocoles.
• IPv6 est indiqué comme compatible avec ICMP (entre autres TCP, UDP et DNS).

📖 6. IPv6 et adressage hiérarchique

📖 7. Routage statique et dynamique

🔑 Notions clés & Définitions

• OSPF : OSPF est un protocole de routage à état des liens qui permet aux routeurs de calculer des routes de moindre coût à partir d’une cartographie du réseau.
• Dijkstra : Dijkstra est l’algorithme utilisé par les routeurs pour calculer la route de moindre coût vers les destinations à partir d’informations de topologie.
• Inondation : L’inondation est une diffusion à l’ensemble du réseau des informations de liens permettant à chaque routeur de construire une vue cohérente de la topologie.
• IGP : IGP désigne les protocoles de routage utilisés à l’intérieur d’un même réseau autonome pour échanger les routes.
• BGP : BGP est un protocole de routage externe entre systèmes autonomes qui échange des informations de chemin via une session TCP selon des stratégies de routage.

📝 Points essentiels

• OSPF relance le calcul (type Dijkstra) dès qu’un nœud détecte une modification et reconstruit ensuite sa table de routage en utilisant une métrique de coût.
• Dans OSPF, chaque nœud évalue le coût vers ses voisins, construit un paquet décrivant ses liens et les diffuse à tous par inondation.
• Après convergence, les routeurs OSPF n’échangent que les changements détectés dans la topologie plutôt que l’ensemble des informations à chaque fois.
• OSPF permet notamment le routage de sous-réseaux et l’équilibrage de charge entre plusieurs routes de même coût.
• Pour le routage inter-AS, EGP a été remplacé par BGP, où deux routeurs pairs échangent à intervalles réguliers des informations sur les réseaux atteignables dans leurs AS respectifs.
• BGP est un routage vecteur de chemin : les pairs échangent le chemin complet et utilisent des stratégies de politique (sécurité, refus de transit, aspects économiques) configurées manuellement.

💡 Astuce mémo

OSPF = état des liens + inondation → “carte globale” puis Dijkstra; BGP = vecteur de chemin + politiques via TCP entre pairs.

📖 8. TCP, fenêtrage et contrôle de flux

🔑 Notions clés & Définitions

• Fenêtre glissante : La fenêtre glissante est un mécanisme TCP qui autorise l’émetteur à envoyer plusieurs segments avant de recevoir tous les accusés, tant que l’espace de réception le permet.
• Contrôle de flux TCP : Le contrôle de flux TCP limite l’envoi de l’émetteur au contenu disponible dans le tampon du récepteur, afin d’éviter une saturation.
• Numéro de séquence : Le numéro de séquence TCP (NS) identifie l’octet à partir duquel se situe le segment dans le flot transmis.
• Taille de fenêtre : La taille de fenêtre TCP (WIN) indique le nombre d’octets que le récepteur peut accepter sans envoi d’acquittement supplémentaire.

📝 Points essentiels

• TCP assure la fiabilité en détectant la perte par absence d’ACK positif jusqu’à expiration d’un temporisateur côté émetteur, puis en réémettant.
• L’établissement de connexion utilise un handshake : SYN du client, SYN+ACK du serveur, puis ACK du client avec les numéros initiaux (ISN) et les numéros attendus (NR).
• Le multiplexage/démultiplexage se fait via les ports TCP source et destination qui identifient les applications émettrice et réceptrice.
• Le fenêtrage fait avancer l’envoi “devant” les réponses : plusieurs segments peuvent être transmis tant que l’espace indiqué par la fenêtre autorise l’avance sur les ACK.
• Quand le tampon de réception est vide (WIN=0), l’émetteur doit s’arrêter et peut utiliser des données urgentes ou des segments de 1 octet pour maintenir l’état actif de la connexion.

💡 Astuce mémo

Fenêtre glissante = “Envoyer maintenant, avancer seulement si WIN autorise” (plus de place au récepteur ⇒ plus d’avance).

📖 9. DNS et résolution de noms

🔑 Notions clés & Définitions

• /etc/hosts : Fichier local qui associe des noms d’hôtes à des adresses IP pour court-circuiter la résolution via DNS.
• DNS : Système de résolution de noms de domaines qui associe des noms structurés à des adresses IP dans une base distribuée.
• Espace de noms de domaines : Arbre hiérarchique d’étiquettes de domaines où chaque nœud représente un niveau de l’organisation du nom.
• Serveur de noms DNS : Machine qui héberge un daemon sur le port 53 et répond de manière autoritative pour une ou plusieurs zones.
• Resolver : Composant côté client qui interroge les serveurs de noms pour obtenir la correspondance demandée (nom vers IP ou inverse).

📝 Points essentiels

• Le DNS évite de mémoriser des adresses IP en utilisant des noms symboliques, mais nécessite une base distribuée et hiérarchique.
• Un enregistrement DNS relie un nom d’ordinateur à une adresse IP et le DNS fournit aussi la traduction inverse IP vers nom.
• Le DNS est hiérarchiquement découpé en zones, chaque zone étant sous l’autorité d’un serveur qui met à jour ses informations.
• Pour fiabilité, une zone est typiquement répliquée avec un serveur primaire et un serveur secondaire ; le secondaire recopie périodiquement depuis le primaire.
• La résolution commence par l’interrogation locale du resolver via un serveur local ; en cas de besoin, ce dernier interroge d’abord un serveur racine puis les serveurs autoritaires.
• Il existe 13 serveurs racine pour les serveurs de noms au niveau racine de l’espace de noms (TLD).

💡 Astuce mémo

DNS = arbre + zones : racine → TLD → autorité ; le resolver cherche localement puis remonte seulement si le cache ne suffit pas.

📖 10. HTTP et serveur Web

🔑 Notions clés & Définitions

• HyperText Transfer Protocol : Protocole de couche application utilisé pour transférer des ressources hypertexte, notamment au format HTML, entre un client et un serveur Web.
• HTTP 1.0 : Mode HTTP où chaque requête passe par une nouvelle connexion TCP, puis par envoi, réception et libération de connexion.
• HTTP 1.1 : Version HTTP qui conserve la logique de connexion TCP et permet de traiter plusieurs requêtes par site afin de réduire le surcoût réseau.
• URL HTTP : Adresse normalisée décrivant le schéma http, le nom d’hôte, le port, le chemin et éventuellement une chaîne d’interrogation.

📝 Points essentiels

• HTTP utilise le port 80 et transfert des fichiers, essentiellement au format HTML.
• En HTTP/1.0, chaque requête implique une connexion TCP, un envoi, une réception de réponse, puis une libération de la connexion.
• En HTTP/1.1, pour chaque requête le client envoie puis reçoit la réponse, ce qui réduit le problème de performances lié à de multiples fichiers d’un site.
• Une requête HTTP contient une ligne de requête, puis des en-têtes facultatifs séparés par une ligne vide, et éventuellement un corps (utile pour POST).
• Une réponse HTTP contient une ligne de statut, des en-têtes, puis un corps contenant le document demandé.
• Les codes de statut HTTP sont regroupés en 1xx non utilisé (Futur Use), 2xx succès, 3xx redirection, 4xx erreur côté client, et 5xx erreur côté serveur.

📖 11. Sockets et client-serveur

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle client-serveur : Le modèle client-serveur décrit un dialogue réseau où le client initie des requêtes et le serveur fournit le service demandé.
• Socket : Une socket est une interface d’accès au réseau permettant d’établir un dialogue et d’envoyer/recevoir des données entre deux applications.
• SOCK_STREAM : Un socket de type SOCK_STREAM correspond à un mode connecté, où les données arrivent dans un flux ordonné.
• SOCK_DGRAM : Un socket de type SOCK_DGRAM correspond à un mode non connecté, avec envois datagrammes sans garantie de fiabilité ni d’ordre.

📝 Points essentiels

• En mode connecté (TCP), la connexion est établie avant l’échange et la délimitation des messages n’est pas gérée par le tampon, donc l’application doit raisonner en flux.
• En mode non connecté (UDP), les ressources consommées sont moindres et l’application doit gérer à la main les erreurs, la fiabilité et le caractère potentiellement désordonné des datagrammes.
• La primitive socket(family,type,protocol) choisit family AF_INET/AF_UNIX et le mode SOCK_STREAM/SOCK_DGRAM (ex. IPPROTO_TCP/IPPROTO_UDP) pour créer le descripteur de socket.
• Côté client, connect(sock_desc,@serveur,lg) utilise l’IP et le n° de port distant pour établir le dialogue avant read/write (ou send/recv en variante) puis se termine par close().
• Côté serveur, bind(sock_desc,@moi,lg) associe l’IP et le n° de port, listen(sock_desc,backlog) prépare l’acceptation, et accept(sock_desc,client,lg) renvoie un nouveau descripteur pour la connexion du client.
• En concurrence, un serveur peut traiter un client par un processus dédié (ex. fork()) quand plusieurs clients doivent être servis simultanément.

💡 Astuce mémo

TCP = flux continu avec connexion, UDP = datagrammes sans connexion.

📊 Tableaux de synthèse

OSI vs TCP/IP (couches)

Modèle	Couches (vue d’ensemble)	Objectif central
OSI	physique, liaison (données), réseau, transport, session, présentation, application	services par couches, architecture évolutive
TCP/IP	réseaux, Internet (IP/ARP/ICMP), transport (TCP/UDP), application (HTTP, DNS, SMTP, FTP...)	communication utilisée sur Internet, fin-à-fin via transport
TCP/IP	encapsulation jusqu’au support réseau (ex. application→TCP→IP→Ethernet)	efficacité = données utiles / données totales

TCP vs UDP (transport)

Protocole	Mode	Fiabilité/ordre
TCP	mode connecté	livraison fiable, remise en ordre, ACK, retransmission
UDP	mode non connecté	pas de garantie d’ordre ni de fiabilité, datagrammes indépendants
TCP	fenêtrage + contrôle de flux	réduit la saturation via WIN du récepteur
UDP	simple (petit en-tête)	peut émettre aussi vite que souhaité

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre routage et commutation : le routeur consulte la table de routage pour choisir une sortie vers un destinataire, alors que le commutateur utilise une table de commutation pour référencer une ligne de sortie uniquement pour des communications actives.
2. Se tromper sur la fragmentation IP : elle se fait au niveau des routeurs, en fragments dont la taille de données est un multiple de 8 octets et envoyés indépendamment avec Identification + Déplacement.
3. Mélanger broadcast local et broadcast dirigée : 255.255.255.255 est local, alors que la broadcast dirigée suit <NET_ID> suivi de tous les 1.
4. Croire que “même sous-réseau” se déduit uniquement par la classe : on compare les parties réseau via netmask (ET logique) pour conclure sans connaître explicitement la taille de <SUBNET_ID>.
5. Confondre TCP et UDP : TCP fournit livraison fiable/ordre via ACK/retransmission et fenêtrage, tandis qu’UDP est non connecté et peut livrer perdu/désordonné sans contrôle de flux ni de congestion.
6. Inverser le rôle des sockets en client-serveur : côté serveur, bind+listen+accept créent/renvoient une socket par connexion, tandis que côté client connect établit le dialogue puis read/write.
7. Oublier que le Déplacement TCP/IP de la fragmentation s’exprime en mots de 8 octets (13 bits), pas en octets : les fragments s’alignent sur des multiples de 8 octets.

✅ Checklist Examen

1. Définir modèle en couches, protocole réseau, et rappeler la logique d’architecture évolutive via séparation des problèmes.
2. Lister les 7 couches du modèle OSI (physique → application) et décrire l’encapsulation dans TCP/IP (application→TCP→IP→support réseau).
3. Expliquer les fonctions du transport dans TCP/IP : TCP fiable en mode connecté (séquencement, erreurs, ACK) et IP en mode non connecté (datagrammes, fragmentation/assemblage).
4. Décrire topologies et câblage : bus, étoile (hub), anneau, maille, et préciser l’idée LAN/MAN/WAN et leurs ordres de grandeur issus du cours.
5. Expliquer l’adressage IPv4 : W.X.Y.Z, NET_ID/ HOST_ID, classes (bornes), et distinguer broadcast 255.255.255.255 vs broadcast dirigée <NET_ID><111…111>.
6. Déterminer si deux hôtes sont sur le même sous-réseau via netmask et ET logique, puis expliquer le rôle de <NET_ID> et <SUBNET_ID> dans l’acheminement.
7. Rappeler la structure des champs de l’en-tête IP liés à la fragmentation : Identification, Flags (AF/DF), Déplacement (13 bits en mots de 8 octets), TTL, Protocole.
8. Décrire la fragmentation IP : condition liée à la MTU, fragments multiples de 8 octets, réencapsulation, envoi indépendant et réassemblage à destination grâce à Flag/Déplacement.
9. Expliquer ARP : correspondance IP↔MAC, requête en broadcast, cache ARP, et rappeler ICMP (ping/traceroute via TTL) + le rôle du champ Protocole dans l’encapsulation IP.
10. Expliquer IPv6 à partir du cours : motivations (fin IPv4, pénurie, tables), compatibilité annoncée, format d’adresses (16 octets) et entête simplifiée.
11. Décrire le routage : routeur + table de routage (Destination, masque, gateway, interface, métrique) et commander route pour routage statique (destination réseau/machine ou default).
12. Décrire le routage dynamique : RIP (vecteur distance, sauts, limites) vs OSPF (état des liens, inondation, Dijkstra) et BGP (inter-AS, session TCP, échange chemin complet + politiques).
13. Expliquer TCP : ports (multiplexage), handshake SYN/SYN+ACK/ACK avec ISN/NR, ACK positif, temporisateur et retransmission, puis fenêtrage glissant (WIN, WIN=0).
14. Comparer TCP et UDP côté transport : fiabilité/ordre, mode connecté vs non connecté, et usages cités (DNS, multimédia pour UDP).