Fiche de révision : Réseaux informatiques : modèles et protocoles

📋 Plan du Cours

1. Notions fondamentales des réseaux
2. Topologies et types de réseaux
3. Commutation et protocoles
4. Modèles OSI et TCP/IP
5. Encapsulation et délimitation
6. Adressage et fragmentation IP
7. ARP, ICMP et IPv6
8. Routage et tables de routage
9. Protocoles de routage dynamique
10. Services et protocoles de transport
11. Établissement et fermeture TCP
12. Fenêtrage et contrôle de flux
13. DNS et résolution de noms
14. Protocoles applicatifs courants
15. Programmation réseau en C
16. Programmation réseau en Java

📖 1. Notions fondamentales des réseaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Réseau informatique : Ensemble d’ordinateurs reliés entre eux par des lignes physiques et échangeant des informations sous forme de données numériques.

📝 Points essentiels

• Les principaux intérêts des réseaux informatiques sont: la communication, le partage de ressources comme les fichiers, les applications et les matériels, la minimisation des coûts

📖 2. Topologies et types de réseaux

🔑 Notions clés & Définitions

• WAN : Réseau étendu qui interconnecte plusieurs LAN à travers de grandes distances géographiques.

★ À maîtriser

• Un LAN relie des équipements d’une même organisation dans une petite aire géographique, avec un débit de 10 Mbps à 1 Gbps et 100 à 1000 utilisateurs.

Compléments

• Dans un réseau en bus, tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de transmission appelée bus.

• Dans un réseau en étoile, tous les ordinateurs sont reliés à un concentrateur appelé hub.

💡 Astuce mémo

Visualiser le bus, l’étoile, l’anneau et la maille comme quatre formes de raccordement.

📖 3. Commutation et protocoles

🔑 Notions clés & Définitions

• Protocole : Ensemble de conventions préétablies qui définit le format des données et les règles d’échange entre deux entités.

📝 Points essentiels

📌 La commutation de circuits établit un circuit entre les deux entités communicantes et le maintient ouvert jusqu’à l’interruption de la communication, tandis que le transfert de paquets achemine séparément les paquets vers leur destination.

💡 Astuce mémo

Circuit réservé contre paquets routés ou commutés.

📖 4. Modèles OSI et TCP/IP

📝 Points essentiels

• Le modèle OSI comporte les couches:

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

• Le modèle TCP/IP comporte les couches:

  • réseau
  • Internet
  • transport
  • application

• L’encapsulation produit successivement:

  • un message
  • un segment
  • un datagramme
  • une trame
  • des bits

💡 Astuce mémo

Message → segment → datagramme → trame → bits.

📖 5. Encapsulation et délimitation

📝 Points essentiels

📐 Formule — L’efficacité du transfert est le rapport entre les données utiles et les données totales : $E = \frac{\text{données utiles}}{\text{données totales}}$.

• Le fanion délimite les données transmises et maintient la synchronisation de l’horloge de réception.

• Avec le bit de bourrage, l’émetteur insère un bit 0 après cinq bits consécutifs à 1, puis le récepteur retire ce 0 après avoir vérifié que le sixième bit vaut 0.

💡 Astuce mémo

L’encapsulation ajoute des en-têtes → chaque couche fournit son service.

📖 6. Adressage et fragmentation IP

🔑 Notions clés & Définitions

• Adresse IP : Adresse de 32 bits, soit 4 octets, composée d’un NET_ID identifiant le réseau et d’un HOST_ID identifiant la machine dans ce réseau.
• Netmask : Indique les bits correspondant au NET_ID et au SUBNET_ID, qui sont tous représentés par des bits à 1, les bits du HOST_ID étant représentés par des bits à 0.

★ À maîtriser

• L’adresse de broadcast local est 255.255.255.255, l’adresse de broadcast dirigé est formée de <NET_ID><111…111>, et l’adresse 127.0.0.1 désigne généralement le rebouclage local.

• La taille maximale d’un datagramme IP est de $2^{16}-1 = 65535$ octets.

• La fragmentation IP découpe un datagramme en fragments de taille inférieure à la MTU, avec une taille de données multiple de 8 octets, puis ajoute des informations permettant le réassemblage dans le bon ordre.

Compléments

• Les classes d’adresses IPv4 couvrent les intervalles:
  • A : 1.0.0.0–127.255.255.255
  • B : 128.0.0.0–191.255.255.255
  • C : 192.0.0.0–223.255.255.255
  • D : 224.0.0.0–239.255.255.255
  • E : 240.0.0.0–247.255.255.255

💡 Astuce mémo

NET_ID identifie le réseau, HOST_ID identifie la machine.

📖 7. ARP, ICMP et IPv6

🔑 Notions clés & Définitions

• ARP : Protocole qui fait correspondre une adresse IP logique de 32 bits à une adresse MAC physique de 48 bits.
• ICMP : Protocole encapsulé dans un datagramme IP avec le champ protocole égal à 1 et utilisé pour contrôler le bon déroulement du protocole IP.

📝 Points essentiels

• Pour résoudre l’adresse de C, A consulte son cache ARP, diffuse une requête contenant l’adresse IP de C, C répond avec son adresse MAC, puis A met à jour son cache et envoie le message.

• IPv6 utilise des adresses de 16 octets au lieu de 4 pour IPv4 et simplifie l’en-tête à 7 champs au lieu de 13.

💡 Astuce mémo

ARP résout l’adresse, ICMP contrôle, IPv6 étend l’adressage.

📖 8. Routage et tables de routage

🔑 Notions clés & Définitions

• Routage : Mécanisme par lequel les données d’un équipement expéditeur sont acheminées jusqu’à leur destinataire.

★ À maîtriser

• Une table de routage contient:
  • la destination
  • le masque
  • la passerelle
  • l’interface physique
  • la métrique ou le coût

📌 Le routage statique est configuré manuellement par l’administrateur, tandis que le routage dynamique met à jour automatiquement les tables grâce à des échanges entre routeurs.

Compléments

• Les commandes netstat -r et route print permettent d’afficher le contenu d’une table de routage.

💡 Astuce mémo

Routage statique configuré par l’administrateur, routage dynamique appris par protocoles.

📖 9. Protocoles de routage dynamique

★ À maîtriser

📌 Le routage à vecteur de distance utilise Bellman-Ford et conserve les distances vers les destinations, tandis que le routage à état des liens utilise Dijkstra et une vision complète du réseau.

• RIP diffuse toutes les 30 secondes un vecteur indiquant la destination et le nombre de sauts, limite le nombre de sauts à 15 et considère une route inaccessible après 180 secondes sans message.

• OSPF diffuse les informations d’état des liens, construit une base de données topologique et calcule les routes de moindre coût avec l’algorithme de Dijkstra.

• BGP permet à deux routeurs de bordure de s’échanger des informations de routage entre systèmes autonomes et prend en compte des stratégies politiques, de sécurité et économiques.

Compléments

• Dans l’exemple OSPF, la meilleure route de R1 vers A passe par R2, R3 et R4 pour un coût total de 22, calculé comme 1 + 1 + 10 + 10.

💡 Astuce mémo

RIP compte les sauts, OSPF calcule les coûts, BGP applique des stratégies entre AS.

📖 10. Services et protocoles de transport

★ À maîtriser

📌 La couche réseau transfère les données entre machines, tandis que la couche transport les transfère entre applications et ne s’exécute qu’aux extrémités.

• Un numéro de port est un entier de 16 bits compris entre 0 et 65535, mais le port 0 n’est pas exploitable.

• Les catégories de ports sont:

  • 1 à 1023 : services bien connus
  • 1024 à 49151 : services enregistrés
  • 49152 à 65535 : attributions dynamiques

📌 TCP fournit une livraison fiable, ordonnée et contrôlée des données avec établissement de connexion, tandis qu’UDP fonctionne sans connexion, sans garantie d’ordre ni récupération d’erreurs.

• 🔄 L’établissement TCP suit trois étapes: le client envoie SYN avec ISNclient = x, le serveur répond SYN = 1 et ACK = x+1 avec ISNserveur = y, le client envoie ACK = y+1

• TCP utilise une fenêtre glissante pour permettre l’envoi de plusieurs paquets avant les accusés de réception et améliorer l’utilisation de la bande passante.

📌 En contrôle de flux TCP, l’émetteur ne doit pas envoyer davantage de données que l’espace libre annoncé dans le tampon de réception.

Compléments

• La longueur d’un segment UDP, comprenant l’en-tête et les données, est comprise entre 8 et 65535 octets.

💡 Astuce mémo

TCP garantit l’ordre et la fiabilité, UDP privilégie la simplicité et la rapidité.

📖 11. Établissement et fermeture TCP

★ À maîtriser

• 🔄 La fermeture négociée TCP se déroule ainsi:
  1. A demande la fin avec FIN
  2. B acquitte la demande
  3. B envoie ses données restantes
  4. A acquitte les données
  5. B envoie FIN
  6. A renvoie l’ACK final

Compléments

• Une perte de segment TCP est détectée par l’absence d’un acquittement positif à l’expiration d’un temporisateur chez l’émetteur.

💡 Astuce mémo

SYN client → SYN-ACK serveur → ACK client

📖 12. Fenêtrage et contrôle de flux

🔑 Notions clés & Définitions

• Fenêtre glissante : Permet à l’émetteur de prendre de l’avance sur les acquittements en envoyant plusieurs paquets avant de recevoir les réponses.

★ À maîtriser

📌 En contrôle de flux TCP, l’émetteur ne doit pas envoyer de données lorsque le tampon de réception ne possède pas l’espace libre correspondant.

Compléments

📌 Le nombre de séquence au bout duquel un acquittement est nécessaire est stocké dans le champ fenêtre de l’en-tête TCP/IP, et la taille de cette fenêtre peut être augmentée à la demande du serveur.

💡 Astuce mémo

Fenêtre saturée → émission bloquée

📖 13. DNS et résolution de noms

🔑 Notions clés & Définitions

• DNS : Ou Domain Name System, base de données hiérarchique et distribuée qui associe notamment des noms d’ordinateurs à des adresses IP.

★ À maîtriser

• Les serveurs de noms DNS sont des hôtes exécutant un daemon sur le port 53 et compétents pour répondre sur une ou plusieurs zones.

• 🔄 Lors d’une résolution distante:

  1. Le resolver interroge le serveur local
  2. Le serveur local consulte le serveur racine
  3. Le serveur local contacte le serveur autoritaire de la zone
  4. Le serveur autoritaire renvoie l’information
  5. Le serveur local retourne la réponse au resolver

Compléments

• Pour des raisons de fiabilité, l’information d’une zone DNS est implantée dans au moins deux serveurs de noms, un serveur secondaire recopiant périodiquement les informations du serveur primaire.

💡 Astuce mémo

Resolver → serveur local → racine → serveur autoritaire

📖 14. Protocoles applicatifs courants

★ À maîtriser

📌 Telnet fournit un terminal virtuel distant sur une connexion TCP, mais transmet les données en clair, tandis que SSH remplace Telnet et utilise un chiffrement asymétrique sur le port 22.

• FTP permet le partage de fichiers entre machines distantes sur le port 21 en utilisant un canal de contrôle et un canal de données distincts.

• SMTP est le protocole d’envoi de courrier électronique et utilise le port 25.

📌 HTTP transfère principalement des fichiers HTML sur le port 80, et HTTP 1.0 établit une connexion TCP distincte pour chaque requête tandis que HTTP 1.1 permet plusieurs requêtes sur une connexion.

Compléments

📌 POP permet de récupérer les courriers sur un serveur distant, avec POP2 sur le port 109 et POP3 sur le port 110.

💡 Astuce mémo

Telnet en clair, SSH chiffré

📖 15. Programmation réseau en C

🔑 Notions clés & Définitions

• Application client-serveur : Fait appel à des services distants par échange de messages plutôt que par partage de mémoire ou de fichiers ; le client émet les requêtes et le serveur fournit le service.

★ À maîtriser

📌 Le mode connecté TCP gère automatiquement les problèmes de communication et fournit des primitives simples, mais sa connexion est coûteuse et les messages ne sont pas délimités dans le tampon ; le mode non connecté UDP consomme moins de ressources et permet la diffusion, mais la gestion des erreurs revient à l’application.

• 🔄 En mode connecté:
  1. Le client crée une socket
  2. Le client se connecte
  3. Le serveur associe sa socket avec bind
  4. Le serveur écoute avec listen
  5. Le serveur accepte avec accept
  6. Les applications échangent puis ferment les sockets

Compléments

• La primitive socket prend une famille, un type et un protocole ; AF_INET correspond aux communications Internet, SOCK_STREAM au mode connecté TCP et SOCK_DGRAM au mode non connecté UDP.

💡 Astuce mémo

socket → bind/connect → listen/accept → échange → close

📖 16. Programmation réseau en Java

📝 Points essentiels

📌 En Java, les Stream sockets utilisent TCP en mode connecté avec un flux continu ordonné et non corrompu, tandis que les Datagram sockets utilisent UDP avec davantage de rapidité mais des pertes, duplications ou désordres possibles.

• Un serveur Java construit un objet ServerSocket avec un port, attend une connexion avec accept, obtient un objet Socket pour l’échange via InputStream et OutputStream, puis ferme la connexion.

• Un client Java construit un objet Socket avec l’hôte et le port, récupère son InputStream et son OutputStream pour échanger, puis ferme la socket avec close.

💡 Astuce mémo

ServerSocket accepte, Socket échange

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison des protocoles de transport

Comparaison des modes de communication