Chapitre 5 - L'architecture et les réseaux

III. Les réseaux

1 - Rappels de Première

2 - Les protocoles de routage

3 - Exercices Type Bac

1 - Rappels de Premières

1.1 - Vocabulaire

▸ Un réseau

Un réseau est un ensemble d'équipements (machines) reliés entre eux pour échanger des informations.

Il existe différents types de réseaux : intranet, extranet, Internet, LAN, WAN, etc.

▸ Un commutateur réseau

Un commutateur réseau (ou switch) est un équipement réseau reliant plusieurs machines (objets connectés) dans un réseau.

▸ Un routeur

Un routeur est un équipement réseau assurant le routage des données transmises. Son rôle est de faire transiter les données d'un réseau à l'autre.

Un routeur possède autant d'interfaces réseau que de réseaux auxquels il est relié. L'adresse IP des interfaces correspond à celle du réseau auquel elle est liée.

A noter qu'un routeur dispose d'au moins 2 interfaces réseau.

1.2 - Les adresses MAC

Les adresses MAC (Media Access Control) sont des adresses physique qui permettent d'identifier des machines capable de se connecter à un réseau. Cet identifiant est attribué par le fabriquant.

Ces adresses sont écrites sur 6 octets, soit 48 bits. Il est alors possible d'écrire environ 281 milles milliards d'adresses MAC différentes.

Les adresses MAC sont généralement écrites en hexadécimale, où chaque octet est séparé par un deux-points.

1.3 - Les adresses IP

Les adresses IP (Internet Protocol) sont des adresses logiques qui permettent d'identifier des machines connectées à un réseau. Cet identifiant est attribué par le réseau lors de la connexion.

Il existe deux types d'adresses IP :

• Les adresses IPv4 ;

• Les adresses IPv6.

▸ Les adresses IPv4

Ces adresses sont écrites sur 4 octets, soit 32 bits. Il est alors possible d'écrire environ 4 milliards d'adresses IPv4 différentes.

Les adresses IPv4 sont généralement écrites en décimale, où chaque octet est séparé par un point.

Exemple :

Sachant qu'en 2022, on estime qu'il y avait plus de 15 milliards d'objets connectés à Internet, on comprend pourquoi les adresses IPv4 ont peu à peu laissé leur place aux IPv6 depuis plusieurs années.

▸ Les adresses IPv6

Ces adresses sont écrites sur 16 octets, soit 128 bits. Il est alors possible d'écrire environ 3,4*10³⁸ d'adresses IPv6 différentes.

Les adresses IPv6 sont généralement écrites en hexadécimale, où chaque pair d'octets est séparé par un deux-points.

Exemple :

1.4 - Les masques réseaux

Les adresses IP ont une partie réseau et une partie machine. Pour repérer chaque partie, le réseau dispose d'un masque réseau.

Prenons l'exemple d'un masque réseau IPv4 (donc sur 32 bits) :

• Les X premiers bits sont des 1 (de 8 à 30 bits) : la partie réseau (ou préfixe) ;

• Les 32-X autres bits sont des 0 (de 24 à 2 bits) : la partie machine.

Le réseau peut alors contenir au maximum 2^32-X machines (-2 puisqu'il y a 2 adresses réservées).

Enfin, on ajoute /X à la fin des adresses IP pour indiquer le masque utilisé.

Exemple :

Toutes les machines d'un même réseau possèdent la même partie réseau.

Prenons l'adresse IPv4 suivante :

Le masque /17 indique que la partie réseau commence par les 17 premiers bits de l'adresse IPv4.

Ainsi, toutes les adresses IPv4 de ce réseau commence par le préfixe 11000000.10101000.0.

La première adresse IP (l'IP la plus basse) de ce réseau est donc :

Elle est réservée pour identifier le réseau, elle ne peut pas être utilisée pour identifier une machine.

La dernière adresse IP (l'IP la plus haute) de ce réseau est donc :

Elle est réservée pour identifier le broadcast du réseau, elle ne peut pas être utilisée pour identifier une machine.

L'adresse broadcast (ou adresse de diffusion) est utilisée pour communiquer avec toutes les machines connectées au réseau.

Les machines de ce réseau peuvent donc avoir une adresse comprise entre 192.168.0.1/17 et 192.168.127.254/17.

1.5 - Les couches réseau

Pour que les machines puissent communiquer correctement, elles doivent utiliser une norme commune : un modèle de communication.

Deux modèles sont les plus utilisés :

• Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) ;

• Le modèle TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).

▸ Le modèle OSI

Créé dans les années 70, le modèle OSI fut l'un des premiers modèles de communication.

Trop complexe, il fut remplacé par le modèle TCP/IP. Cependant, il reste le plus connu.

Il compte 7 couches hiérarchisées :

Pour être envoyées, les données transitent de la couche 7 à la couche 1 :

• Entre la couche 7 et 5, les données et la session sont préparées ;

• Lors que les données passent pas la couche 4, les données sont découpées en segments ;

• Ensuite, à la couche 3, les adresses IP des machines émettrice et destinatrice sont ajoutées au segment. On parle alors d'encapsulation du segment pour former un paquet ;

• A la couche 2, le paquet est lui-même encapsulé. Le paquet devient une trame ;

• La trame est ensuite encodée par la couche 1 pour être envoyée.

▸ Le modèle TCP/IP

Créé dans les années 80, le modèle TCP/IP est le modèle le plus utilisé de nos jours (notamment sur Internet).

Le modèle TCP/IP est un modèle simplifié du modèle OSI :

1.6 - Le protocole TCP/IP

Le protocole TCP/IP est un protocole de communication de la couche Transport.

Les principales étapes du protocole TCP/IP :

	Avant l'envoi, les données sont découpées en segments numérotés.
	Ces segments sont ensuite encapsulés avec les adresses IP pour former des paquets (voir la partie précédente sur les couches réseau).
	Lors de l'envoi, le destinataire averti l'émetteur de la réception des trames et attend les suivantes.
	Si une trame est perdue, l'émetteur la renvoi au bout d'un certain temps (car il n'a pas reçu l'accusé de réception). De même si l'accusé de réception est perdu.
	Une fois toutes les trames envoyées, l'émetteur averti le destinataire de la fin de la tâche. L'émetteur peut alors décapsuler les paquets et remettre les données dans l'ordre.

Un autre protocole est souvent utilisé : le protocole UDP (User Datagram Protocol).

Il fonctionne comme le protocole TCP/IP, à l'exception qu'il n'utilise pas d'accusé de réception.

Il est très rapide, alors il est utilisé pour le streaming (vidéos, jeux en ligne, vocaux, etc.) et par les DNS.

L'inconvénient de ne pas avoir d'accusé de réception est en cas de perte de paquets : ils ne sont pas renvoyés. Aussi, les services utilisant ce protocole peuvent être sujets aux attaques DDOS.

source	source	source

Au fait... comment marche les accusés de réception ?

1.7 - Les tables de routage

Une table de routage est une structure de données utilisée par un routeur ou un ordinateur en réseau permettant de trouver le meilleur chemin vers un destination.

La table de routage d'un routeur est généralement composée de :

• Une colonne avec les différentes destinations (les adresses IP des machines ou des réseaux) ;

• Une colonne avec les masques réseaux ;

• Une colonne avec les passerelles suivantes (vers quel routeur les données vont être envoyées) ;

• Une colonne avec les interfaces réseaux (par quel port du routeur les données vont être transmises).

1.8 - QCM

Numéroter les différentes couches OSI :

2 - Les protocoles de routage

Les protocoles de routage permettent de déterminer comment les routeurs d'un réseau vont construire leur table de routage.

Les deux protocoles de routage les plus courants sont :

• Le protocole RIP

• Le protocole OSPF

2.1 - Le protocole RIP

Le protocole Routing Information Protocol est un protocole de routage IP à « vecteur de distance ».

Le principe du protocole RIP est le suivant : le plus court chemin (ou distance) entre deux routeurs d'un réseau est celui avec le moins de « sauts » (hops en anglais).

Un saut est une liaison entre deux routeurs.

Le protocole s'appuie sur l'algorithme de Bellman-Ford de 1957.

Voyons maintenant le fonctionnement du protocole RIP !

Le protocole RIP permet ensuite de construire les tables de routage du réseau.

Reprenons le réseau précédent.

L'exemple précédent permet d'obtenir la table de routage du routeur Départ.

La table de routage du routeur Départ est la suivante :

Il ne reste plus qu'à répéter le protocole RIP pour chaque routeur !

Notes :

• Pour connaître en temps réel les meilleurs chemins (aussi appelés « routes »), les routeurs mettent à jour leur table de routage toutes les 30 secondes.

• Pour évité des boucles infinies, il nombre maximal de sauts est fixé à 15.

• Chaque routeur n'a pas besoin de connaître tout le réseau, seulement les routeurs auxquels il est lié directement.

Exercices

Pour cet exercice, vous utiliserez le protocole RIP.

▸ Exercice 1

Compléter la table de routage du routeur A du réseau suivant :

Dest.	Pass.	Nb. sauts
A	/	0
B	B
C	D
D
E		2
Corriger

Réponse

Les passerelles sont les routeurs auxquels le routeur est lié.

Le nombre de sauts entre un routeur et ses passerelles est toujours de 1.

▸ Exercice 2

Recopier et compléter les tables de routages suivantes :

Corriger

Réponse

▸ Exercice 3

Dessiner le réseau représenté par les tables de routage de l'exercice 2.

Corriger

Réponse

2.2 - Le protocole OSPF

Le protocole Open Shortest Path First est un protocole de routage IP à « état de liens », développé à partir de 1987.

Le principe du protocole OSPF est le suivant : le plus court chemin entre deux routeurs d'un réseau est celui avec le coût le plus faible.

Le protocole s'appuie sur l'algorithme de Dijkstra de 1959.

Le protocole OSPF fonctionne exactement de la même manière.

Il n'utilise pas l'algorithme de Bellman-Ford car il a l'inconvénient d'être lent pour mettre à jour les tables de routage lorsqu'un changement intervient sur un réseau.

En effet, l'algorithme de Dijkstra a une meilleure complexité (pour n le nombre de nœuds et l le nombre de liaisons du graphe) :

• O((n+l) log n) pour l'algorithme de Dijkstra;

• O(n*l) pour l'algorithme de Bellman-Ford.

Aussi, ce protocole permet de régler le problème des 15 sauts maximum et tous les routeurs connaîssent touts les routeurs du réseau.

Nous avons besoin de connaître le coût de chaque liaison dans le réseau pour utiliser l'algorithme de Dijkstra.

• Le coût est lié au débit du réseau entre les routeurs.

• Le débit est le nombre de bits de données envoyés par secondes (bps ou bit/s).

Exemple :

Exercices

On considère le réseau ci-dessous dans lequel :

• Les nœuds A, B, C, D, E, F et G sont des routeurs ;

• Le type de liaison est précisé entre chaque routeur.

On rappelle que :

• La bande passante des liaisons FTTH (Fiber To The Home, la fibre optique domestique) est de 10 Gbit/s ;

• Celle des liaisons FastEthernet de 100 Mbit/s ;

• Le débit maximal de référence est 10⁸ bit/s.

▸ Exercice 1

Calculer le coût d'une liaison de communication disposant de la technologie FastEthernet. Puis, celui du FTTH.

Corriger

Réponse

Une liaison FastEthernet a un débit de 100 Mbit/s, soit 10⁸bit/s.

10⁸bit/s / 10⁸bit/s = 1. Alors le coût de cette liaison est de 1.

Une liaison FTTH a un débit de 10 Gbit/s, soit 10¹⁰bit/s.

10⁸bit/s / 10¹⁰bit/s = 0,01. Alors le coût de cette liaison est de 0,01.

▸ Exercice 2

Compléter la table de routage du routeur A avec le protocole RIP.

Dest.	Pass.	Coût
A	/	0
B
C
D
E
F
G
Corriger

Réponse

▸ Exercice 3

Compléter la table de routage du routeur A avec le protocole OSPF.

Dest.	Pass.	Coût
A	/	0
B
C
D
E
F
G
Corriger

Réponse

Toutes les communications vont passées par le routeur B car le FTTH est bien plus rapide que le FastEthernet.

2.3 - QCM

3 - Exercices Type Bac

3.1 - IP et OSPF

3.2 - Binaire, IP, RIP et OSPF

3.3 - Vocabulaire, IP, RIP et OSPF