Réseaux, protocoles et routage
Terminale · NSI · Architectures matérielles, systèmes et réseaux
Architectures matérielles, systèmes et réseaux
Le modèle en couches et les protocoles TCP/IP
Faire circuler un message entre deux machines situées à des milliers de kilomètres est un problème énorme. La solution trouvée par les concepteurs d'Internet est toujours la même en informatique : découper le problème en sous-problèmes indépendants. C'est le principe du modèle en couches. Chaque couche rend un service à celle du dessus et n'a besoin de rien savoir de la façon dont les autres travaillent.
Le modèle réellement utilisé sur Internet est le modèle TCP/IP, qui compte 4 couches. (Le modèle théorique OSI en compte 7, mais ce n'est pas celui qu'on utilise pour décrire Internet.) Chaque couche a un rôle bien délimité, et à chacune correspondent des protocoles.
Les quatre couches du modèle TCP/IP
| Couche | Rôle | Protocoles typiques | Unité de données |
|---|---|---|---|
| Application | Dialogue entre les logiciels de l'utilisateur | HTTP, HTTPS, DNS, SMTP, FTP | Message |
| Transport | Acheminer les données de programme à programme (notion de port) | TCP, UDP | Segment (TCP) / Datagramme (UDP) |
| Internet (réseau) | Adresser et router les données de machine à machine à travers le monde | IP, ICMP | Paquet |
| Accès réseau (liaison) | Transmettre physiquement les bits sur un lien local | Ethernet, Wi-Fi | Trame |
TCP ou UDP : deux philosophies du transport. La couche transport propose deux protocoles très différents. TCP est dit connecté et fiable : avant d'envoyer, les deux machines établissent une connexion, puis chaque segment reçu est accusé de réception, les segments perdus sont réémis et l'ordre d'arrivée est rétabli. UDP ne fait rien de tout cela : il envoie et n'attend aucune confirmation. Il est donc plus léger et plus rapide, mais un datagramme peut être perdu ou arriver dans le désordre sans que personne ne s'en aperçoive.
| TCP | UDP | |
|---|---|---|
| Connexion préalable | Oui (poignée de main en 3 temps) | Non |
| Fiabilité | Accusés de réception, réémission des pertes | Aucune garantie |
| Ordre des données | Rétabli à l'arrivée | Non garanti |
| Rapidité / surcoût | Plus lent, en-tête plus gros | Très rapide, en-tête minimal |
| Usages | Web, courriel, transfert de fichiers | Vidéo en direct, voix sur IP, jeu en ligne, DNS |
L'encapsulation. Quand un message descend les couches, chaque couche ajoute son propre en-tête devant ce qu'elle reçoit de la couche supérieure : c'est l'encapsulation. À l'arrivée, le message remonte les couches et chaque couche retire l'en-tête qui lui correspond : c'est la désencapsulation. Les données de la couche haute deviennent donc la « charge utile » de la couche basse, comme des poupées russes.
Architectures matérielles, systèmes et réseaux
Adressage IP et protocoles de routage
Pour que le paquet arrive, il faut deux choses : savoir où il va (l'adressage) et savoir par où le faire passer (le routage). Ce sont les deux missions de la couche Internet.
La table de routage
Un routeur est une machine reliée à plusieurs réseaux. Quand un paquet arrive, il lit l'adresse IP de destination, la compare aux lignes de sa table de routage et réexpédie le paquet vers l'interface indiquée. Il ne connaît pas le trajet complet : il connaît seulement le prochain saut. C'est un routage « de proche en proche ». Si aucune ligne ne correspond, le paquet part vers la route par défaut (0.0.0.0/0).
Chaque paquet IP contient un champ TTL (time to live), décrémenté de 1 à chaque routeur traversé. Quand le TTL atteint 0, le paquet est détruit : cela évite qu'un paquet tourne indéfiniment si les tables de routage sont mal construites.
Deux protocoles pour remplir les tables : RIP et OSPF. Les tables ne sont pas écrites à la main : des protocoles de routage les construisent automatiquement. Au programme, deux d'entre eux, qui reposent sur deux idées opposées de ce qu'est un « bon » chemin.
| RIP (vecteur de distance) | OSPF (état de liens) | |
|---|---|---|
| Métrique | Nombre de sauts (routeurs traversés) | Coût d'une liaison = 10^8 / débit en bit/s |
| Connaissance du réseau | Chaque routeur ne connaît que ses voisins | Chaque routeur connaît la carte complète du réseau |
| Algorithme | Échange périodique des distances (Bellman-Ford) | Plus court chemin par l'algorithme de Dijkstra |
| Limite | 15 sauts maximum (16 = infini, réseau inatteignable) | Pas de limite de taille comparable |
| Qualité du chemin | Ignore totalement le débit des liaisons | Privilégie les liaisons rapides |
| Adapté à | Petits réseaux, configuration simple | Grands réseaux, liaisons hétérogènes |
Exercices corrigés
Combien de couches compte le modèle TCP/IP utilisé pour décrire Internet ?
- A.4Bonne réponse
- B.7
- C.5
- D.3
Réponse : A — 4
Le modèle TCP/IP comporte 4 couches : Application, Transport, Internet, Accès réseau. Le piège classique est de répondre 7 : c'est le nombre de couches du modèle OSI, un modèle théorique de référence qui n'est pas celui utilisé pour décrire concrètement Internet.
Quel protocole permet à un ordinateur d'obtenir automatiquement une adresse IP lorsqu'il rejoint un réseau ?
- A.DNS
- B.ICMP
- C.HTTP
- D.DHCPBonne réponse
Réponse : D — DHCP
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) attribue dynamiquement une adresse IP, ainsi que le masque, la passerelle et le serveur DNS. Ne le confonds pas avec DNS, qui traduit des noms en adresses. ICMP sert aux messages de contrôle (c'est lui que la commande ping utilise) et HTTP est le protocole du web.
Combien de machines peut-on adresser dans le réseau 192.168.10.0/24 ?
- A.256
- B.254Bonne réponse
- C.255
- D.253
Réponse : B — 254
Avec un /24, il reste 32 − 24 = 8 bits pour la partie machine, soit 2^8 = 256 adresses au total. Mais deux sont réservées : 192.168.10.0 est l'adresse du réseau et 192.168.10.255 l'adresse de diffusion. Il reste donc 256 − 2 = 254 machines adressables. Répondre 256, c'est oublier les deux adresses réservées ; répondre 255, c'est n'en retirer qu'une.
Sur quelle métrique le protocole RIP se fonde-t-il pour choisir un chemin ?
- A.Le débit de chaque liaison traversée
- B.Le coût calculé par 10^8 divisé par le débit
- C.Le temps de latence mesuré en millisecondes
- D.Le nombre de sauts, c'est-à-dire de routeurs traversésBonne réponse
Réponse : D — Le nombre de sauts, c'est-à-dire de routeurs traversés
RIP est un protocole à vecteur de distance : sa métrique est le nombre de sauts, et il choisit le chemin qui en compte le moins. Le coût 10^8 / débit est la métrique d'OSPF, pas de RIP. RIP ignore complètement le débit et la latence, ce qui est justement sa principale faiblesse : il peut préférer un chemin court mais très lent.
Avec RIP, quel est le nombre maximal de sauts pour qu'un réseau soit considéré comme atteignable ?
- A.15Bonne réponse
- B.16
- C.31
- D.255
Réponse : A — 15
RIP accepte au maximum 15 sauts. La valeur 16 est conventionnellement utilisée pour signifier « distance infinie », c'est-à-dire réseau inatteignable. C'est cette limite qui cantonne RIP aux réseaux de taille modeste. Ne confonds pas la valeur maximale valide (15) et la valeur qui code l'infini (16).
Sur quel protocole de transport et quel port un serveur web non sécurisé écoute-t-il par défaut ?
- A.UDP, port 80
- B.TCP, port 80Bonne réponse
- C.TCP, port 443
- D.UDP, port 53
Réponse : B — TCP, port 80
HTTP s'appuie sur TCP, car une page web ne tolère aucune perte de données, et son port par défaut est le 80. Le port 443 est celui de HTTPS, la version chiffrée. Le port 53 en UDP est celui du DNS. Retiens le trio utile : 80 pour HTTP, 443 pour HTTPS, 53 pour DNS.
Combien de machines peut-on adresser dans le réseau 172.16.0.0/22 ?
- A.510
- B.1024
- C.1022Bonne réponse
- D.2046
Réponse : C — 1022
Bits machine : 32 − 22 = 10, donc 2^10 = 1024 adresses au total. On retire l'adresse du réseau et l'adresse de diffusion : 1024 − 2 = 1022 machines adressables. Répondre 1024 revient à oublier les deux adresses réservées, 510 correspondrait à un /23 (2^9 − 2) et 2046 à un /21 (2^11 − 2).
Pour aller de A à D, deux routes existent : A–B–D (2 liaisons à 10 Mbit/s) et A–C–E–D (3 liaisons à 1 Gbit/s). Quelle route RIP retient-il ?
- A.A–C–E–D, car ses liaisons sont bien plus rapides
- B.A–B–D, car elle ne compte que 2 sautsBonne réponse
- C.Les deux, RIP répartit le trafic à parts égales
- D.Aucune : RIP refuse de router quand les débits diffèrent
Réponse : B — A–B–D, car elle ne compte que 2 sauts
RIP ne compte que les sauts : 2 pour A–B–D contre 3 pour A–C–E–D. Il retient donc A–B–D, alors même que cette route est dix fois plus lente. C'est exactement la faiblesse de RIP : sa métrique ignore totalement le débit. RIP ne fait pas non plus de répartition de charge entre deux routes de longueurs différentes.
Même réseau que précédemment : A–B–D (2 liaisons à 10 Mbit/s) et A–C–E–D (3 liaisons à 1 Gbit/s). Quelle route OSPF retient-il, et pour quel coût ?
- A.A–B–D, de coût total 2
- B.A–C–E–D, de coût total 3
- C.A–B–D, de coût total 20
- D.A–C–E–D, de coût total 0,3Bonne réponse
Réponse : D — A–C–E–D, de coût total 0,3
Coût d'une liaison à 10 Mbit/s = 10^8 / 10^7 = 10, donc A–B–D coûte 10 + 10 = 20. Coût d'une liaison à 1 Gbit/s = 10^8 / 10^9 = 0,1, donc A–C–E–D coûte 0,1 × 3 = 0,3. Comme 0,3 est bien inférieur à 20, OSPF retient A–C–E–D. Les options 1 et 2 confondent le coût avec le nombre de sauts, et l'option 3 donne le bon coût mais pour la route la plus chère.
Quelle est l'adresse de diffusion (broadcast) du réseau 192.168.4.0/22 ?
- A.192.168.4.255
- B.192.168.7.254
- C.192.168.7.255Bonne réponse
- D.192.168.255.255
Réponse : C — 192.168.7.255
Un /22 laisse 10 bits machine, dont 2 dans le troisième octet : les blocs avancent donc de 4 en 4 sur cet octet. Le réseau 192.168.4.0/22 s'étend de 192.168.4.0 à 192.168.7.255. L'adresse de diffusion est la dernière du bloc, avec tous les bits machine à 1 : 192.168.7.255. Répondre 192.168.4.255 revient à raisonner comme pour un /24 ; 192.168.7.254 est la dernière adresse utilisable par une machine, pas l'adresse de diffusion.
Quel protocole de la couche transport garantit que les données arrivent complètes et dans le bon ordre ?
- A.UDP
- B.IP
- C.TCPBonne réponse
- D.HTTP
Réponse : C — TCP
TCP est un protocole connecté et fiable : il numérote les segments, attend un accusé de réception, réémet ce qui s'est perdu et rétablit l'ordre à l'arrivée. UDP, lui, envoie sans aucune garantie. IP appartient à la couche Internet et ne garantit rien non plus. HTTP est un protocole d'application : il utilise TCP, mais ce n'est pas lui qui assure la fiabilité.
À quoi sert le protocole DNS ?
- A.À attribuer automatiquement une adresse IP à une machine qui se connecte
- B.À traduire un nom de domaine en adresse IPBonne réponse
- C.À chiffrer les communications entre un navigateur et un serveur
- D.À choisir le chemin que suivront les paquets
Réponse : B — À traduire un nom de domaine en adresse IP
Le DNS (Domain Name System) est l'annuaire d'Internet : il convertit un nom lisible comme exemple.fr en l'adresse IP du serveur correspondant. L'attribution automatique d'adresses, c'est DHCP. Le chiffrement du web, c'est TLS (dans HTTPS). Le choix des chemins, c'est le rôle des protocoles de routage comme RIP ou OSPF.
S'entraîner sur ce chapitre
Ce chapitre compte 38 exercices corrigés dans l'application, avec le suivi de ta progression.
Commencer les exercices