Réseaux : Transmission des données

I. Introduction au réseau et à Internet

Dans ce chapitre, nous allons voir comment les ordinateurs communiquent entre eux, et comment ces communications se composent pour faire fonctionner Internet.

Un réseau doit permettre d'offrir à ses utilisateurs un ensemble de services : échanges de fichiers, échanges de messages, partage de matériel (disque dur, imprimantes…), etc. Un réseau doit être capable de transporter tout type d'information, de toute taille et n'importe où, tout en conciliant sécurité et fiabilité.

Internet

Internet est la contraction de internetworking : c'est une interconnexion de réseaux, ou un réseau de réseaux. C'est le réseau public mondial qui interconnecte tous les équipements informatiques, via des liaisons physiques variées (câbles, satellites, fibres…) et des équipements (répéteurs, commutateurs, routeurs).

Les opérateurs possèdent les infrastructures du réseau. En France, on trouve par exemple Orange (anciennement France Télécom), Bouygues Telecom, SFR ou Free. Les fournisseurs d'accès Internet (FAI) offrent des services aux utilisateurs (adresse mail, DNS, télévision…). En France, opérateurs et FAI se confondent souvent.

Certains organismes mondiaux veillent au bon fonctionnement d'Internet :

• IETF (Internet Engineering Task Force) : élabore les normes internet, notamment celles de l'architecture TCP/IP.
• ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) : attribue les noms de domaine et administre les adresses IP.
• W3C (World Wide Web Consortium) : standardise les technologies du Web (HTML, CSS…).

II. Architecture d'un réseau

On distingue 3 types de composants réseau :

• Les périphériques de terminaison : ordinateurs, imprimantes, serveurs…
• Les équipements réseau : switchs (commutateurs) et routeurs, dont le rôle est d'interconnecter les périphériques.
• Les supports : câbles Ethernet, fibre optique, ondes radio (Wi-Fi…).

Taille des réseaux

Les réseaux se différencient d'abord par leur étendue géographique :

Topologie physique

La topologie physique décrit la façon dont les machines sont reliées physiquement. Il en existe trois principales :

III. Identifier les machines : adresses IP et MAC

1. Le câblage Ethernet et les switchs

Le réseau le plus simple consiste à relier 2 ordinateurs par un câble Ethernet (réseau en bus). On utilise pour cela des connecteurs RJ45 et chaque ordinateur doit posséder une carte réseau.

En pratique, pour relier plusieurs ordinateurs, on utilise un réseau en étoile autour d'un switch. On peut relier plusieurs switchs entre eux pour couvrir de plus grandes surfaces (comme au lycée).

2. Les adresses IP

Relier physiquement des machines ne suffit pas : chaque machine doit posséder une adresse unique pour pouvoir être contactée, comme une adresse postale. C'est le rôle des adresses IP.

Une adresse IP est constituée de deux parties :

• l'adresse du réseau (identique pour toutes les machines du même réseau) ;
• l'adresse de la machine (unique au sein du réseau).

Ce découpage est précisé par un masque sous-réseau (netmask). On peut le noter sous forme d'un nombre de bits après un « / ». Par exemple :

3. Les adresses MAC

Le protocole ARP (Address Resolution Protocol) permet de faire le lien entre une adresse IP et une adresse MAC. Lorsqu'une machine veut contacter une IP, elle envoie une requête ARP en broadcast (à toutes les machines du réseau) : « Qui possède l'adresse IP X.X.X.X ? ». La machine concernée répond avec son adresse MAC.

IV. Transmission de l'information

1. Communication par paquets

Pour transmettre des données sur un réseau, l'information n'est pas envoyée d'un seul tenant : elle est découpée en paquets. Chaque paquet est constitué d'un en-tête (informations sur le contenu et la destination) et d'une charge utile (fragment des données).

À chaque étape, chaque couche du modèle réseau ajoute ses propres informations autour des données : c'est l'encapsulation. Le processus inverse, qui consiste à retirer ces en-têtes à la réception, s'appelle la désencapsulation.

2. Le modèle TCP/IP

Internet repose sur le modèle TCP/IP, composé de 4 couches de protocoles :

3. Les protocoles TCP et UDP (couche Transport)

a. Le protocole TCP

TCP assure le transport fiable des données en effectuant les actions suivantes :

• Établissement de la connexion (poignée de main entre les deux machines).
• Découpage des données en segments TCP. Chaque segment = en-tête TCP + fragment de données.
• Numérotation des segments pour les remettre dans le bon ordre à l'arrivée.
• Accusés de réception (ACK) : le récepteur confirme chaque segment reçu. Si A n'obtient pas d'ACK de B dans un délai imparti, il renvoie le segment.
• Terminaison de la connexion.

b. Le protocole UDP

4. Le protocole IP (couche Internet)

5. La couche Accès Réseau

Quand un paquet IP arrive à la couche Accès Réseau, des informations propres à la technologie physique (Ethernet ou Wi-Fi) lui sont ajoutées : un en-tête contenant les adresses MAC source et destination, et un champ CRC de contrôle d'erreur. L'ensemble s'appelle une trame Ethernet (ou trame Wi-Fi).

6. Récapitulatif : encapsulation complète

V. Protocole du bit alterné

Ce protocole est un protocole de correction d'erreurs. Il a été décrit par Barlett et Scantlebury en 1969 et permet de récupérer certaines erreurs lors de transmissions. Bien qu'il ne soit plus utilisé dans les réseaux modernes (remplacé par des protocoles plus performants), il illustre parfaitement les mécanismes de fiabilisation des communications.

Cas nominaux et cas d'erreur

De la même façon, si c'est l'accusé de réception (ACK) qui se perd, A déclenche son timeout et retransmet la trame. B reçoit alors deux fois la trame portant le même bit : il reconnaît le doublon et l'ignore, mais renvoie quand même l'ACK.