INTERNET
GENERALITES

Introduction

A partir des années 1970, de nombreux passionnés d'informatique développèrent toutes sortes de solutions pour que les ordinateurs communiquent entre eux, en créant :

• Des réseaux courte distance, ou réseaux locaux.
• Des réseaux longue distance, basés sur les télécommunications : Téléphone, radiocommunications.
• Des réseaux... de réseaux.

Au fil du temps, le réseau Internet gagna en popularité jusqu'à devenir une révolution de l'information, au même titre que l'invention de l'alphabet (XV^e siècle av. J.-C.) ou de l'imprimerie (Gutenberg vers 1454).

Définitions

Internet

C'est un réseau mondial de réseaux basé sur le protocole IP. Internet fonctionne avec divers protocoles imbriqués les uns dans les autres, mais le protocole IP reste toujours présent.

Les communications via Internet se caractérisent par :

• Le découpage en paquets des données à transmettre.
• Le cheminement des paquets à travers plusieurs routeurs.
• Un adressage unique des machines connectées.

Protocole

Ensemble de règles permettant d'établir une communication.

Protocole IP (Internet Protocol)

Protocole caractérisé par un adressage unique pour l'ensemble des machines connectées.

TCP (Transmission Control Protocol)

Protocole très utilisé pour assurer la fiabilité de la transmission :

• En fractionnant les données numériques en paquets.
• Puis en recombinant les paquets.

Repères historiques

Concernant les télécommunications :

Adressage

Pour faire face à l'épuisement des adresses IPv4 en 2019, on a adopté les adresses IPv6. Les deux types d'adresses sont actuellement en vigueur sur Internet. A terme, les adresses IPv4 devraient disparaître?

Gestion des adresses

Les adresses IP sont distribuées par :

• L'IANA (Internet Assigned Numbers Authority).
• Placé sous l'autorité de l'ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers).
• Dont dépend les cinq RIR (registres Internet régionaux).

Les RIR distribuent à leur tour des blocs d'adresses IP aux LIR (registres Internet locaux) :

• Opérateurs de réseau.
• Fournisseurs d'accès à Internet.

Une adresse IP se décompose en deux parties :

• L'adresse du sous-réseau.
• L'adresse de l'hôte.

Adresses IPV4

Exemple : 91.198.174.18

• Codage : 4 octets soit 32 bits
• Notation (décimale pointée) :
  • 4 nombres représentant 1 octet chacun.
  • En notation décimale, de 0 à 255.
  • Séparés par le caractère point.
• Nombre total d'adresses : 2³² = 4,29.10⁹

Sous-réseaux

• Les sous-réseaux sont codés sur un nombre variable de bits.
• Le masque de sous-réseau permet d'identifier les bits utilisés pour le sous-réseau.
• La notation CIDR (Classless Inter-Domain Routing) ajoute à l'adresse IP une barre oblique suivie du nombre de bits à 1 dans la notation binaire du masque de sous-réseau.
• Exemple :

Adresses publiques, privées

• Les adresses publiques sont uniques sur Internet.
• Les adresses privées, visibles seulement au sein d'un réseau local, s'utilisent librement.
• Les systèmes de translation d'adresses NAT (Network address translation) permettent aux machines du réseau local d'accéder à Internet.

Adresses IPV6

Exemple : 2001:0db8:0000:85a3:0000:0000:ac1f:0001
Forme canonique : 2001:db8::85a3:::ac1f:1

• Codage : 16 octets soit 128 bits
• Notation :
  • 8 nombres représentant 2 octets chacun.
  • En notation hexadécimale, de 0 à ffff.
  • Séparés par le caractère deux-points.
• Nombre total d'adresses : 2¹²⁸ = 3,4.10³⁸

Sous-réseaux

Les sous-réseaux sont codés sur 64 bits. Exemple :

Encapsulation

Principe

L'encapsulation consiste à inclure les données d'un protocole dans un autre protocole. Aux données à transmettre s'ajoute un en-tête (parfois un pied) pour obtenir des données utilisables par le protocole choisi.

Terminologie

Le datagramme est le nom générique pour désigner un bloc de données. Il peut correspondre, par exemple, à un segment ou à un paquet. On distingue :

• Le message : Bloc de données à transmettre à une application.
• Le segment : Message auquel on a ajouté l'en-tête TCP (ou UDP).
• Le paquet : Segment auquel on a ajouté l'en-tête IP.
• La Trame : Paquet auquel on a ajouté un en-tête (parfois un pied ou queue) utile au protocole du système de communication.

Taille maximale d'une trame

La taille maximale d'une trame se nomme MTU (Maximum Transfer Unit). Pour Ethernet : MTU = 1500 octets.

En-tête IP

L'en-tête IP contient essentiellement :

• L'adresse IP source.
• L'adresse IP destination.

L'en-tête IP contient également :

• La version du protocole : IPv4 ou IPv6.
• Le nombre total d'octets du paquet (en-tête et données).
• La durée de vie, en nombre de routeurs traversés.

Détail d'un paquet IPv4

Détail d'un paquet IPv6

En-tête TCP

L'en-tête TCP contient essentiellement :

• Le port source.
• Le port destination.
• Le numéro d'ordre.

L'en-tête TCP contient également la somme de contrôle (checksum en anglais), courte suite d'octets calculée à partir du segment pour s'assurer avec une haute probabilité de son intégrité.

Détail d'un segment

Routage

Modèle OSI

Le modèle OSI (Open System Interconnection) est un modèle théorique décrivant des règles de communication entre ordinateurs. Il comporte sept couches. Chaque couche peut communiquer avec les couches adjacentes, supérieure ou inférieure.

Exemple de liaison entre un navigateur et un serveur web via un câble ethernet :

• Couche 1 - Physique : Câble ethernet.
• Couche 2 - Liaison : Trame ethernet.
• Couche 3 - Réseau : Paquet IP.
• Couche 4 - Transport : Segment TPC.
• Couche 5 - Session : Gestion des connexions.
• Couche 6 - Présentation : Protocole HTTPS (chiffrement et déchiffrement des données).
• Couche 7 - Application : Navigateur (ou serveur web).

Passerelles

La Passerelle est le nom générique pour divers appareils utilisés sur les réseaux informartiques. Extérieurement, il comporte :

• Un boîtier.
• Plusieurs ports, permettant de connecter des câbles.
• Des voyants lumineux, donnant des informations sur l'activité de l'appareil.

Deux passerelles importantes

• Le swicth (commutateur en français) permet de réaliser des réseaux filaires.
• Le routeur (router en anglais) permet de relier plusieurs réseaux entre eux.

Deux autres passerelles

• La borne (ou point d'accès) Wi-Fi, équivalente au switch mais :
  • Elle réalise un réseau sans fil.
  • Elle est dotée d'une adresse IP.
• La box Internet, proposée par un FAI, comporte entre autres :
  • Un routeur avec 2 ports, l'un associé à une adresse IP publique et l'autre à une adresse IP privée.
  • Un swicth et une borne Wi-Fi, reliés au port du routeur à l'adresse IP privée.
  • Un serveur DHCP.

Tableau de synthèse

Services sur Internet

Numéros de ports

Internet offre de nombreux services. Le numéro de port identifie quel logiciel doit traiter tel paquet transmis à l'ordinateur.

• Le numéro de port est codé sur 2 octets soit 16 bits.
• Il existe au maximum 2¹⁶ = 65 536 ports distincts par machine.
• Les ports inférieurs à 1024 sont appelés ports réservés.

Quelques ports usuels

Architectures logicielles

Architecture client-serveur

Dans une relation client-serveur, le serveur répond aux clients.

• Un client envoie au serveur une requête.
• Le serveur retourne au client une réponse.

Avantages :

• Installation des ressources sur un seul serveur.
• Disponibilité des ressources pour toute machine reliée au serveur.

Inconvénients :

• Si le serveur tombe en panne, l'accès aux ressources cesse.
• Si trop de clients veulent accéder au serveur en même temps, il risque de ne pas supporter la charge.
• Les clients doivent passer par le serveur pour communiquer entre eux.

Fonctionnement :

• Le serveur est démarré avec le numéro de port qui lui est dédié.
• Le client est démarré, selon le cas :
  • Avec un port quelconque, pas encore utilisé et différent d'un port réservé.
  • Avec le numéro de port qui lui est dédié.
• Le client connaît le numéro de port du serveur.
• Le client communique son numéro de port au serveur.

Architecture pair à pair

Dans une relation pair à pair (en anglais Peer-to-Peer ou P2P), chaque logiciel connecté joue tour à tour les rôles de client et de serveur. Deux systèmes existent 

• Système centralisée : Gestion des partages est faite par un serveur.
• Système décentralisée : Robuste, mais la recherche d'informations est plus difficile.

Les logiciels pair à pair utilisent par défaut des ports spécifiques :

• Morpheus et BearShare utilisent le port 6346
• Edonkey utilise le port 4662
• Bittorrent utilise les ports tcp 6881 et udp 6889
• Limewire utilise les ports tcp 6346 et udp 6347
• WinMx utilise les ports tcp 6699 et udp 6257
• ...

Le serveur DHCP

IP statique, dynamique

L'adresse IP d'un ordinateur peut être :

• Statique (ou fixe) : Configurée manuellement sur l'ordinateur pour qu'il ait l'adresse IP choisie.
• Dynamique : Attribuée par un serveur DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) situé au sein du réseau local.
• En IPV6, un mécanisme existe pour qu'une adresse IP soit attribuée automatiquement.

Informations fournies

Le serveur DHCP délivre :

• Une adresse IP à l'ordinateur qui la demande pour se connecter au réseau.
• Accompagnée de quelques paramètres du réseau :
  • IP du DNS.
  • IP de la passerelle.
  • Masque de sous-réseau.

Fonctionnement

1. Le client envoie sa requête au serveur DHCP (Discover) :
   • A l'adresse IP 255.255.255.255 (adresse de diffusion)
   • A l'adresse MAC FF FF FF FF FF FF
   • Sur le port source 67
2. Le serveur envoie sa réponse (Offer) :
   • A l'adresse IP 255.255.255.255
   • A l'adresse MAC du client
   • Sur le port destination 68
3. Pour confirmation, le client communique au serveur DHCP l'adresse IP retenue (Request).
4. Le serveur DHCP confirme que l'adresse IP est acceptée (Ack).