Fiche de révision : Fondements des réseaux Internet

📋 Plan du Cours

1. Internet et ses protocoles
2. Architecture en couches et modèles
3. Réseaux d’accès et technologies
4. Cœur et interconnexion d’Internet
5. Menaces et défenses réseau
6. Impacts environnementaux du numérique

📖 1. Internet et ses protocoles

🔑 Notions clés & Définitions

• Protocole réseau : Ensemble de règles permettant à deux entités de communiquer en définissant le format et la signification des messages, l’ordre des échanges, les actions à effectuer et la gestion des erreurs.

★ À maîtriser

• Internet est une interconnexion de réseaux, notamment de fournisseurs d’accès à Internet (FAI), qui fournit une infrastructure aux applications et des interfaces leur permettant d’émettre et de recevoir des données.

• Un protocole se caractérise par :

  • la syntaxe des messages
  • la sémantique de leurs champs
  • le séquencement des échanges

Compléments

• Les équipements terminaux exécutent des applications et communiquent par des liens utilisant notamment la fibre, les câbles, la radio ou le satellite, avec des débits différents.

• Dans un échange HTTP simplifié, le client demande une ressource avec GET et le serveur répond notamment par un statut 200 OK accompagné de la page HTML.

📖 2. Architecture en couches et modèles

★ À maîtriser

• Une architecture en couches décompose la communication en sous-problèmes aux responsabilités définies, depuis la transmission des bits jusqu’au dialogue entre applications.

• Des interfaces et services clairement définis permettent à une couche d’évoluer sans modifier les autres lorsque ces interfaces et services restent compatibles.

• Le modèle OSI comprend sept couches :

  • application
  • présentation
  • session
  • transport
  • réseau
  • liaison de données
  • physique

• Dans le modèle OSI, la couche transport assure le transfert de bout en bout, la segmentation et la fiabilité, tandis que la couche réseau assure l’adressage logique et le choix des routes.

📌 Le modèle OSI est une référence conceptuelle et pédagogique, tandis que l’Internet repose principalement sur la suite TCP/IP.

• Lors de l’encapsulation, chaque couche ajoute ses informations d’en-tête aux données transmises vers le bas de la pile, puis le destinataire retire ces en-têtes par décapsulation.

• Un commutateur transfère une trame selon l’adresse MAC, tandis qu’un routeur extrait le datagramme IP, choisit une route et construit une nouvelle trame.

Compléments

• En 1984, le modèle de référence ISO pour l’interconnexion des systèmes ouverts (OSI) est proposé.

• Dans le modèle OSI, la couche application fournit les services réseau aux applications, la présentation traite la représentation et le chiffrement, et la session organise le dialogue et la synchronisation.

• Dans le modèle OSI, la liaison de données gère les trames, l’accès au média, l’adressage MAC et la détection d’erreurs, tandis que la couche physique transmet les bits sous forme de signaux.

• Le modèle Internet comporte cinq couches :

  • application
  • transport
  • réseau
  • liaison de données
  • physique

• Dans le modèle Internet, les protocoles d’application incluent FTP, SMTP et HTTP, les protocoles de transport incluent TCP et UDP, et la couche réseau utilise IP.

💡 Astuce mémo

Imaginez des couches superposées : chacune rend un service à celle du dessus et s’appuie sur celle du dessous.

📖 3. Réseaux d’accès et technologies

★ À maîtriser

• Les accès résidentiels, institutionnels et mobiles relient les terminaux au routeur de bordure et peuvent présenter une bande passante dédiée ou partagée.

📌 Une ligne DSL utilise une paire de cuivre dédiée entre le domicile et le DSLAM, tandis qu’un réseau HFC partage le câble coaxial entre plusieurs abonnés jusqu’au CMTS.

• Sur une ligne DSL, la voix et les données circulent simultanément dans des bandes de fréquences différentes, les données utilisant des fréquences plus élevées que la voix.

• Le HFC est un réseau hybride de fibre optique et de câble coaxial partagé, permettant jusqu’à 1,2 Gb/s en descendant et 100 Mb/s en montant.

• Dans un réseau d’entreprise, les terminaux se connectent généralement au LAN par des commutateurs Ethernet ou des points d’accès Wi-Fi, puis le trafic passe par un pare-feu et un routeur de bordure vers le FAI.

Compléments

• Le DSL est asymétrique : le débit descendant peut atteindre moins de 52 Mb/s et le débit montant moins de 16 Mb/s, avec des débits typiques respectifs inférieurs à 10 Mb/s et à 1 Mb/s.

📐 Formule - Le facteur de surcharge d’un réseau partagé est $S = \frac{D_{global}}{C}$, où la demande globale est comparée à la capacité disponible.

• Pour 1 000 abonnés HFC, un canal descendant de 1 Gb/s et une demande de 50 Mb/s par abonné actif, une activité simultanée de 10 % produit une demande de 5 Gb/s et un partage équitable de 10 Mb/s par abonné actif.

• Dans le même scénario HFC, une activité simultanée de 30 % produit une demande de 15 Gb/s, un facteur de surcharge de 15 et un débit équitable d’environ 3,33 Mb/s par abonné actif.

• La division d’un nœud HFC, l’ajout de spectre ou de capacité et l’utilisation de caches ou de CDN proches des abonnés peuvent atténuer la congestion.

📌 FTTH désigne une architecture où la fibre optique atteint le domicile, tandis que FTTN, FTTC et FTTB arrêtent la fibre respectivement au voisinage, au trottoir et au bâtiment.

• Une box domestique regroupe généralement :

  • un modem
  • un routeur avec NAT et pare-feu
  • un point d’accès sans fil

• Un WLAN couvre généralement une centaine de mètres, tandis que les réseaux métropolitains sans fil couvrent quelques kilomètres et comprennent notamment la 3G, LTE/4G et la 5G.

📖 4. Cœur et interconnexion d’Internet

★ À maîtriser

📌 Le routage détermine le chemin vers la destination, tandis que le transfert fait passer un paquet d’un port d’entrée à un port de sortie du routeur.

• Dans le cœur du réseau, les données applicatives sont découpées en paquets, puis transférées de routeur en routeur le long d’un chemin entre la source et la destination.

📌 Un ISP tier-1 atteint l’ensemble de l’Internet sans acheter de transit, tandis qu’un ISP tier-2 pratique le peering mais achète du transit pour atteindre tout l’Internet.

• Aucune autorité unique ne contrôle l’ensemble de l’Internet ; les décisions se prennent à différents niveaux et reposent sur des normes communes et la coopération d’acteurs publics et privés.

Compléments

• Connecter directement chaque paire de n réseaux d’accès nécessiterait un nombre de liens en $O(n^2)$, ce qui est présenté comme infaisable.

• Les ISP d’accès peuvent acheter un transit auprès d’un ISP global et s’interconnecter avec d’autres réseaux par des liens de peering, des POP ou des IXP.

📌 Un POP est un site où un opérateur déploie ses équipements et donne accès à son réseau, tandis qu’un NAP est un point d’interconnexion partagé où plusieurs réseaux échangent du trafic.

• Les grands fournisseurs de contenus peuvent posséder leur propre réseau et se connecter directement aux IXP et aux réseaux d’accès.

• La gouvernance de l’Internet implique notamment :

  • les utilisateurs
  • les FAI
  • les États
  • les Nations Unies
  • l’IETF
  • les fabricants d’équipements
  • les organisations à but non lucratif

📖 5. Menaces et défenses réseau

🔑 Notions clés & Définitions

• Spoofing IP : Falsification de l’adresse source inscrite dans l’en-tête d’un datagramme, ce qui peut faire croire au destinataire que le paquet provient d’un autre hôte.
• Sniffing : Écoute et enregistrement de paquets sur un média en mode diffusion, souvent au moyen d’une interface réseau en mode promiscuous.

★ À maîtriser

📌 Un virus se réplique après l’exécution d’un objet infecté, tandis qu’un ver se réplique en recevant passivement un objet qui s’auto-exécute.

• Une attaque par déni de service (DoS) cherche à épuiser une ressource, telle que la bande passante, le processeur, la mémoire ou les connexions, afin de rendre un service indisponible.

• Une attaque DDoS compromet de nombreux hôtes pour former un botnet, transmet une commande par une infrastructure de commande et contrôle (C2), puis fait envoyer simultanément un grand volume de requêtes vers la cible.

📌 Une attaque DoS provient d’une seule source, tandis qu’une attaque DDoS provient de nombreuses sources.

• Les principales défenses réseau comprennent : l’authentification, le chiffrement pour la confidentialité, les signatures numériques pour l’intégrité, les restrictions d’accès par VPN, les pare-feu qui filtrent le trafic et peuvent contribuer à la détection ou à la réaction aux attaques DoS

Compléments

• Internet n’a pas été conçu initialement avec la sécurité comme priorité et reposait sur une vision d’utilisateurs se faisant confiance au sein d’un réseau transparent.

• Un logiciel espion peut enregistrer les frappes et les sites Web visités, puis téléverser ces informations vers un site de collecte.

• L’usurpation d’adresse source ne permet pas à elle seule de recevoir la réponse, qui est normalement envoyée à l’adresse usurpée.

📖 6. Impacts environnementaux du numérique

🔑 Notions clés & Définitions

• Effet rebond : Augmentation des usages encouragée par une technologie plus efficace, susceptible de réduire ou d’annuler les économies attendues.

★ À maîtriser

• Les services en ligne mobilisent des terminaux, des équipements de réseau et des centres de données pour produire, transporter, traiter et conserver les données.

• 🔄 Le cycle de vie des équipements comprend :

  1. la fabrication
  2. le transport et l’installation
  3. l’utilisation
  4. la fin de vie

📌 La puissance, mesurée en watts (W), est le rythme de consommation d’énergie à un instant donné, tandis que l’énergie, mesurée en Wh ou kWh, est la consommation cumulée sur une durée.

📐 Formule - Pour une puissance constante, l’énergie consommée est $E\,(\mathrm{kWh}) = \frac{P\,(\mathrm{W}) \times t\,(\mathrm{h})}{1000}$.

• Un équipement allumé consomme même lorsqu’il transporte peu de données, car sa consommation comprend une part de fonctionnement et une part variable avec l’activité.

Compléments

• Les impacts environnementaux comprennent :

  • les émissions de gaz à effet de serre
  • l’utilisation de ressources minérales
  • la consommation d’eau
  • les pollutions

• Une box consommant constamment 10 W pendant une année consomme 87,6 kWh/an, sans que ce chiffre prenne en compte le mode de production électrique.

📌 Diviser le trafic par deux ne divise pas nécessairement la consommation par deux, et davantage de trafic peut à long terme nécessiter des équipements supplémentaires.

• Si l’énergie consommée par unité est divisée par deux tandis que le volume d’usage est multiplié par trois, l’énergie totale est multipliée par 1,5.

• Les choix techniques peuvent réduire les impacts en dimensionnant les équipements selon les besoins, en prolongeant leur durée de vie, en gérant leur inactivité, en évitant les échanges inutiles et en mesurant les effets des changements.

• Une décision de conception concilie :

  • l’impact environnemental
  • le coût
  • la performance
  • la sécurité
  • la disponibilité

• Éteindre quatre points d’accès consommant chacun 12 W pendant 12 heures par jour et 365 jours par an permettrait d’économiser 210,24 kWh/an, selon les hypothèses d’une consommation nulle à l’arrêt et d’une puissance constante.

💡 Astuce mémo

Plus d’efficacité peut stimuler les usages : l’effet rebond peut annuler les économies attendues.