Fiche de révision : Internet : architecture et infrastructure

📋 Plan du Cours

1. Réseaux et techniques de commutation
2. Origines et évolution d’Internet
3. Principes fondateurs d’Internet
4. Gouvernance et spécifications techniques
5. Opérateurs et interconnexion
6. Distribution des contenus
7. Modèles en couches et protocoles
8. Encapsulation et acheminement
9. Transport et services applicatifs
10. Applications et protocoles applicatifs

📅 Repères chronologiques

1. octobre 1969La première transmission sur ARPANET a lieu de UCLA vers SRI.
2. 1983Les hôtes d’ARPANET abandonnent NCP au profit de TCP/IP et le système de nommage DNS est créé par J. Postel et P. Mockapetris.
3. 1985NSFNET est créé comme première dorsale interconnectant les universités américaines et réservée à la recherche.
4. 1989Les premiers réseaux à visée commerciale se connectent à Internet et Tim Berners-Lee crée le Web au CERN.

📖 1. Réseaux et techniques de commutation

🔑 Notions clés & Définitions

• Réseau : Interconnexion de machines qui échangent des données.
• Qualité de service : Capacité d’un réseau à fournir à une application des garanties en matière de temps et de disponibilité.

★ À maîtriser

📌 Un PAN est un réseau personnel privé, à usage domestique et individuel, de quelques mètres ; un LAN est un réseau local généralement privé, de quelques kilomètres ; un MAN relie des LAN à l’échelle d’une ville ou d’un campus ; un WAN est un réseau longue distance, à l’échelle d’un pays ou d’un continent, qui interconnecte des LAN et des MAN.

📌 La commutation de circuits établit un chemin fixe et réserve des ressources pendant la communication, tandis que la commutation de paquets transmet des données sous forme de paquets lorsque le lien a de la place.

Compléments

• Dans la commutation de paquets, chaque paquet comprend un en-tête nécessaire à son identification et à son acheminement, ainsi qu’une charge utile contenant les données.

• La commutation de paquets est inadaptée à la téléphonie dans le modèle décrit, car elle ne garantit pas la qualité de service.

💡 Astuce mémo

Circuit réservé, paquet partagé

📖 2. Origines et évolution d’Internet

★ À maîtriser

• En 1972, Ray Tomlinson développe la messagerie électronique et Bob Kahn énonce le concept d’Internet.

• Vint Cerf et Bob Kahn développent TCP et IP pour gérer les erreurs par retransmission, fournir un adressage aux hôtes et définir le routage entre deux hôtes.

Compléments

• En 1962, J.C.R. Licklider dirige au DARPA un programme de recherche informatique consacré au développement de réseaux d’ordinateurs par commutation de paquets et publie l’idée du Galactic Network.

• Le projet ARPANET est publié en 1967 et ses premiers commutateurs de paquets sont construits par BBN.

• En décembre 1969, ARPANET compte quatre nœuds : UCLA, SRI, UCSB et University of Utah.

• En 1970, le protocole NCP définit les règles de communication entre les hôtes d’ARPANET, suppose des transmissions sans erreur, ne gère pas les pertes et ne définit pas d’adressage des hôtes.

• À la fin des années 1990, la convergence IP permet l’acheminement de données de tous types, notamment la voix, la vidéo et les fichiers.

💡 Astuce mémo

ARPANET → TCP/IP → DNS → Web

📖 3. Principes fondateurs d’Internet

🔑 Notions clés & Définitions

• Best-effort : Le best-effort signifie que le réseau fait au mieux pour acheminer les paquets sans garantir la qualité de service ; en cas de perte, la source retransmet les données.
• Architecture décentralisée : Répartition des opérations du système sans contrôle centralisé.

★ À maîtriser

• L’architecture ouverte permet d’interconnecter des réseaux de conceptions différentes sans modifier leur architecture interne.

• Dans le routage au saut par saut, les routeurs relaient les paquets sans conserver d’information sur les flux individuels et sans résoudre les erreurs.

• Le principe de bout en bout confie aux hôtes aux extrémités les décisions de gestion des données, tandis que les équipements intermédiaires se limitent à relayer les paquets.

Compléments

📌 La neutralité du réseau impose un traitement égalitaire des flux quels que soient leur source, leur destination ou leur contenu.

📖 4. Gouvernance et spécifications techniques

★ À maîtriser

• L’IANA gère la distribution des adresses IP, des noms de domaine de haut niveau et des numéros identifiant les protocoles, et assure la gestion de la zone racine du DNS, non l’exploitation des serveurs DNS de la racine.

• L’IETF établit les spécifications et réalise les premières implantations des nouveaux protocoles TCP/IP, puis publie les spécifications techniques d’Internet sous forme de RFC.

• Les RFC sont des documents techniques identifiés par un numéro, produits et publiés par l’IETF, et peuvent avoir différents statuts, notamment Internet standard, proposed standard, Best current practices ou Historic.

Compléments

• L’Internet Society, créée en 1992, est une organisation internationale à but non lucratif qui veille au maintien d’un modèle Internet ouvert et soutient des organisations comme l’IAB, sans exercer d’autorité technique sur l’ICANN.

• L’IANA est une composante de l’ICANN, créée en 1998 ; avant cette date, ses fonctions étaient exercées selon un contrat avec le gouvernement des États-Unis.

• L’IAB suit l’évolution des protocoles du modèle TCP/IP et supervise l’IRSG et l’IESG.

• L’IRTF prévoit à long terme l’évolution des protocoles, architectures et technologies d’Internet et prépare les futurs travaux de l’IETF.

• L’IESG s’intéresse à l’évolution des protocoles à court terme, entre 6 mois et 2 ans, examine les appels à projets et valide les productions de l’IETF.

📖 5. Opérateurs et interconnexion

🔑 Notions clés & Définitions

• Peering : Le peering achemine uniquement le trafic à destination des clients des deux opérateurs interconnectés et repose généralement sur un accord gratuit et informel.

• Transit IP : Le transit IP est un service rémunéré par contrat par lequel un opérateur achemine le trafic d’autres opérateurs vers toutes les destinations d’Internet.

★ À maîtriser

• Les réseaux d’accès relient les réseaux des utilisateurs ou des fournisseurs de contenus à Internet, appartiennent à un FAI et utilisent de la fibre optique ou du cuivre.

📌 Les opérateurs Tier 1 sont interconnectés entre eux par peering et fournissent du transit aux autres tiers ; les Tier 2 peuvent acheter du transit aux Tier 1 et en vendre aux Tier 3 ; les Tier 3 recourent exclusivement au transit pour accéder à Internet.

Compléments

• Le réseau cœur est constitué de réseaux IP d’opérateurs interconnectés, généralement par fibre optique.

• Un IXP, GIX ou PoP est un point d’échange qui contient du matériel d’interconnexion permettant de créer plusieurs liens de peering public.

• RENATER interconnecte les réseaux universitaires et de recherche en France et se connecte à l’Internet mondial par transit via GTT et Cogent.

💡 Astuce mémo

Peering échange entre pairs ; transit ouvre l’accès à toutes les destinations

📖 6. Distribution des contenus

🔑 Notions clés & Définitions

• CDN : Un CDN réplique des serveurs de contenu en périphérie d’Internet, au plus près des utilisateurs, dans le réseau d’un FAI partenaire ou dans le réseau du fournisseur de CDN.
• Réseau pair à pair : Un réseau pair à pair répartit les ressources entre les utilisateurs, chaque pair pouvant agir à la fois comme serveur et comme client.

📝 Points essentiels

• La centralisation géographique des contenus sur des serveurs éloignés peut provoquer la congestion du réseau ou du serveur et augmenter la latence entre le client et le serveur.

• Un CDN peut être connecté au FAI par peering ou à un transitaire, et les CDN ne sont pas normalisés par l’IETF.

• Les réseaux P2P forment une architecture superposée à la topologie physique et permettent une communication directe, ou presque, entre pairs sans passer par un serveur intermédiaire.

• Les réseaux P2P sont décrits comme robustes et résistants à la censure, et leurs protocoles peuvent être publiés, comme BitTorrent, ou non publiés, comme la première version de Skype.

💡 Astuce mémo

CDN rapproche les serveurs ; P2P répartit les ressources entre pairs

📖 7. Modèles en couches et protocoles

★ À maîtriser

• L’interconnexion de réseaux hétérogènes est possible grâce à des mécanismes superposés indépendants de leur infrastructure interne et à la présence d’un routeur sur le réseau.

• Le modèle TCP/IP, aussi appelé modèle Internet ou modèle du DoD, comporte quatre couches et doit être respecté par tout équipement souhaitant se connecter à Internet.

• Le modèle OSI, normalisé par l’ISO dans la norme ISO 7498, comporte sept couches et reste une référence théorique.

Compléments

• Les couches hautes et moyennes du modèle Internet utilisent des protocoles créés par l’IETF, tandis que les couches basses relèvent notamment de technologies comme Ethernet et WiFi, créées par l’IEEE.

• Le modèle TCP/IP est un modèle de facto qui s’est imposé à l’usage depuis les années 1970 et qui est décrit en 1989 dans la RFC 1122.

📌 La couche application assure l’interface avec l’utilisateur et le format des échanges applicatifs, la couche transport contrôle la transmission de bout en bout, la couche réseau assure l’adressage global et le routage, et les couches liaison et physique gèrent la communication locale et la transmission des signaux.

💡 Astuce mémo

TCP/IP décrit l’Internet réel ; OSI fournit une référence théorique

📖 8. Encapsulation et acheminement

🔑 Notions clés & Définitions

• PDU : Une PDU (Protocol Data Unit) est l’unité de données constituée des données provenant de la couche supérieure et de l’en-tête de la couche considérée.
• SDU : Une SDU (Service Data Unit) est l’unité de données issue de la couche supérieure.

★ À maîtriser

• 🔄 À l’émission, les couches procèdent ainsi :

  1. La couche ajoute un en-tête à la charge utile.
  2. Elle transmet l’ensemble à la couche inférieure.
  3. L’opération se répète jusqu’à l’envoi sur le support.

• 🔄 À la réception, les couches procèdent ainsi :

  1. La couche de bas niveau isole et traite son en-tête.
  2. Elle transmet la charge utile à la couche supérieure.
  3. L’opération se répète jusqu’à la couche la plus haute.

• Les couches application et transport sont implémentées uniquement dans les hôtes aux extrémités, tandis qu’un routeur traite les couches physique, liaison et réseau.

Compléments

• Un commutateur Ethernet ou un point d’accès WiFi traite les couches physique et liaison.

• Lors de l’acheminement, l’encapsulation et la désencapsulation se répètent entre hôtes et équipements intermédiaires, et un routeur possède autant de cartes réseau que d’interfaces.

📖 9. Transport et services applicatifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Contrôle d’erreur : Le contrôle d’erreur utilise des acquittements du récepteur pour signaler la bonne ou mauvaise réception ou la perte des données, puis permet à la source de retransmettre les données mal ou non reçues.
• Contrôle de séquencement : Le contrôle de séquencement vérifie l’ordre de réception des paquets.

★ À maîtriser

📌 En mode connecté, la source contacte le destinataire avant l’émission, définit les modalités d’échange et ouvre puis ferme une connexion si le destinataire accepte ; en mode non connecté, elle émet sans contact préalable.

• Les protocoles applicatifs ignorent l’architecture du réseau et n’implémentent pas de mécanisme pour résoudre les failles d’IP ; TCP et UDP assurent l’interface entre les applications et cette architecture.

• TCP corrige en partie les imperfections d’IP grâce à la retransmission, au contrôle de séquencement, au contrôle de flux et au contrôle de congestion.

Compléments

📌 Le contrôle de flux contrôle la vitesse de transmission, tandis que le contrôle de congestion résorbe l’encombrement du réseau.

💡 Astuce mémo

TCP contrôle la transmission ; UDP n’apporte pas ces mécanismes

📖 10. Applications et protocoles applicatifs

🔑 Notions clés & Définitions

• Serveur : Un serveur est un programme qui attend une requête d’un client pour exécuter l’application qu’il supporte et fonctionne généralement comme un daemon en tâche de fond.
• Client : Un client est un programme qui sollicite un service et sert d’interface entre l’utilisateur humain et la machine.

★ À maîtriser

• Les protocoles applicatifs définissent les règles de communication entre client et serveur ainsi que le format et la syntaxe des messages, sous forme de requête ou commande du client et de réponse du serveur.

Compléments

• Apache et Nginx sont des serveurs web HTTP, Postfix est un serveur de messagerie SMTP et Bind9 est un serveur DNS.

• Mozilla Firefox est un client HTTP, tandis que Thunderbird et Outlook sont des clients de messagerie électronique.

• Les principaux protocoles applicatifs cités comprennent FTP, HTTP, SSH, SMTP, XMPP, POP3, IMAP, SIP, RTSP, DHCP, RTCP, RTP et DNS.

📊 Tableaux de synthèse

Modèles TCP/IP et OSI

Rôles des opérateurs