Cours INF4032 : Réseaux Informatiques

Cours INF4032 : Réseaux Informatiques

• Le cours porte sur les Réseaux Informatiques, couvrant des sujets comme le rappel de la couche transport TCP/UDP, NAT, la couche Application HTTP, DNS, la programmation réseaux, le routage dynamique et IPv6.
• La période du cours est 2024-2025.
• L'enseignant est Bassem Haidar.

Qu'est-ce que l'Internet ? Composition

• L'Internet est un "réseau de réseaux" composé de milliards d'appareils informatiques connectés.
• Les liens de communication incluent la fibre optique, le cuivre, la radio et le satellite.
• Les équipements intermédiaires comprennent des routeurs et commutateurs qui gèrent le trafic de paquets.

Composition des appareils connectés à Internet

• D'ici 2025, il y aura 25 milliards de connexions IoT (Internet des objets), incluant des bracelets, montres, balances, trackers, voitures, appareils électroménagers (machines à laver, réfrigérateurs), ampoules, compteurs, thermostats, valises, poubelles et potentiellement le corps humain lui-même.

Normes Internet

• RFC (Request for Comments) et IETF (Internet Engineering Task Force) définissent les normes Internet.

Services Internet

• L'internet fournit des services aux applications (web, VoIP, email, jeux, e-commerce et réseaux sociaux).
• Il offre des interfaces de programmation aux applications (API) pour connecter des programmes d'applications à Internet.
• L'analogie avec le service postal est utilisée pour illustrer l'interaction entre les utilisateurs et les applications sur l'internet.

Protocoles, Modèle En Couches, Normalisation

• L'utilisation de protocoles est nécessaire pour des communications efficaces entre machines, en divisant le processus de communication en couches.
• La normalisation est importante pour garantir la compatibilité et l'interopérabilité entre différents équipements.

Modèles de références (OSI et TCP/IP)

• Deux modèles concurrentiels, OSI (Open Systems Interconnection) et TCP/IP, existent pour diviser la complexité en couches.
• Le modèle OSI, développé par l'organisation ISO, comprend 7 couches.
• Le modèle TCP/IP, plus utilisé dans l'Arpanet et sur Internet, comprend 5 couches, offrant des fonctionnalités communes et dépassant la structure du modèle OSI.
• Les modèles sont représentés graphiquement pour comparer les couches OSI et TCP/IP.

Pile de protocoles Internet

• La pile comprend quatre couches : Application, Transport, Réseau, et Liaison de données, et Physique. Chacune a des responsabilités spécifiques dans la transmission de données.

Modèle de Références ISO/OSI

• Les couches Présentation, Session, Transport, et Réseau sont nécessaires pour la signification, la synchronisation et la gestion des données dans une communication réseau.

Encapsulation

• Le processus d’encapsulation englobe l’ajout d’en-têtes et de données à chaque niveau de la pile de protocoles.
• La transmission inclut le transport et la réception de messages en format et avec un ordre spécifiques.
• Des exemples d’encapsulation et de désencapsulation sont présentés dans des diagrammes pour illustrer le processus.

Couche physique

• La couche physique est responsable de la transmission de bits individuels entre les nœuds.
• Elle concerne le codage et la modulation des données pour la transmission physique.
• Des exemples incluent la fibre optique, le cuivre, la radio, etc.

Couche liaison de données

• La couche liaison de données est responsable de la transmission de trames d’un nœud à un autre.
• Elle assure la gestion des trames et la communication entre les nœuds sur un même réseau.

Couche réseau

• La couche réseau est responsable de la livraison des paquets de la source initiale à la destination finale.
• Le routage est une fonction clé pour déterminer le chemin optimal à suivre.

Couche transport

• La couche transport est responsable de la livraison des segments d'un processus source à un processus destination final.

Couche application

• La couche application fournit des services pour l'utilisateur, comme SMTP, Telnet, HTTP.
• Elle gère les interactions entre les applications et les services réseaux.

Couches du modèle TCP/IP

• Une couche représente un sous-problème qui peut avoir de multiples solutions pour sa résolution.
• Un protocole est un traitement qui résout le sous-problème associé à sa couche spécifique.
• Cependant, plusieurs protocoles peuvent traiter le même problème avec des méthodes différentes, par exemple TCP et UDP au niveau transport.

Suites de protocoles TCP/IP

• TCP/IP est un ensemble de protocoles utilisés sur Internet pour la communication entre différents systèmes. Ce modèle comprend un large éventail de protocoles.

Encapsulation de données

• Les unités de données du protocole PDU (Protocol Data Unit) sont des blocs de données qui sont encapsulés à chaque étape de la transmission des données.
• Ces formats et leur ordre sont indispensables pour la transmission fiable des données.

Encapsulation d'exemple

• L'encapsulation est un processus qui se déroule de bas en haut, et chaque étape implique de l'encapsulation à mesure qu'elle traverse la pile.
• L'encapsulation et la désencapsulation sont illustrées à chaque étape du processus de transfert de donnée.

Désencapsulation d'exemple

• Le processus inverse suit, chaque couche retirant son en-tête et le déplaçant vers la couche supérieure.
• L'opération est répétée jusqu'à la disponibilité du flux de données pour l'application.

Structure des trames Ethernet

• Les données encapsulées par les protocoles superposés sont transmises sous forme de trame Ethernet, comprenant des champs comme le préambule, le délimiteur de trame de début, les adresses source et destination, la longueur/type et le champ des données, et le CRC.

Adresse Ethernet/MAC/physique

• L'adresse MAC est l'identifiant unique d'une carte réseau.
• Les exemples d'adresses MAC hexadécimales sont fournis pour clarifier le format.

Traitement de la trame Ethernet

• L'interface réseau vérifie si l'adresse MAC de destination de la trame correspond à l'adresse MAC de l'interface.
• Si la correspondance n'est pas trouvée, la trame est rejetée.
• Sinon, elle est transmise aux couches supérieures pour le processus de désencapsulation.

Apprentissage des adresses MAC

• Un commutateur Ethernet mémorise les adresses MAC des appareils connectés à ses ports dans une table, cette table est souvent appelée « Content Addressable Memory (CAM) ».
• Cette table est utilisée pour le filtrage du trafic, afin que les données soient envoyées uniquement à destination sur le port correct.

Filtrage des trames

• Le commutateur utilise la table d'adresses MAC pour envoyer une trame uniquement au port désigné, évitant le trafic superflu.

Couche réseau

• La couche réseau est responsable de la livraison des paquets entre la source et la destination dans l'ensemble du réseau, en utilisant le routage comme mécanisme principal.
• Trois protocoles clés de la couche réseau sont présentés : IPv4, ICMPv4, et ARP.

Position d'IP et d'autres protocoles de couche réseau dans la suite de protocoles TCP/IP

• La position d'IP et d'autres protocoles dans la suite de protocoles TCP/IP est illustrée sur un diagramme.

Format de datagramme IP

• Le format du datagramme IP est détaillé, avec les différents champs (version, longueur d'en-tête, type de service, longueur de datagramme, etc.).

Structure d'une adresse IPv4

• Une adresse IPv4 est une adresse hiérarchique de 32 bits. Elle comprend une partie réseau et une partie hôte.
• Le masque de sous-réseau est utilisé pour diviser une adresse IP en partie réseau et partie hôte.

Structure d'une adresse IPv4 : Longueur de préfixe et Masque de sous-réseau

• La longueur de préfixe et le masque de sous-réseau sont des méthodes pour exprimer les adresses réseaux et sont utilisés pour séparer la partie réseau de la partie hôte d'une adresse IP.
• La notation est utilisée pour identifier le masque de sous-réseau.

Détermination du réseau : opération AND (ET) logique

• L'opération logique AND est utilisée pour déterminer la partie réseau d'une adresse IP à partir de son masque de sous-réseau (ou longueur de préfixe).

Structure d'une adresse IPv4 : Adresse réseau, Adresse d'hôte, Adresse de diffusion

• Les adresses et les masques de sous-réseaux sont utilisés pour la configuration et le routage.

Exercice : plan d'adressage IPv4 pour la branche de Paris

• Cet exercice propose un cas pratique pour mettre en œuvre les concepts de sous-réseau IPv4.

Transfert – Routage

• Ce concept traite de la mise en place et du suivi du trajet d'un paquet sur un réseau, y compris les fonctions de routage relatives à sa transmission.

Présentation au routage statique

• Le routage statique est une approche de routage où les routes vers les réseaux doivent être configurées manuellement par l'administrateur réseau.
• Ceci est utile pour les petits réseaux, mais pour les grands réseaux, le routage dynamique est plus adapté.

Présentation au routage dynamique

• Le routage dynamique permet la découverte et l'actualisation automatiques des routes réseau.
• La méthode est préférable pour les réseaux complexes et dynamiques, pour automatiser le suivi des routes.

Résolution de l'adresse ARP

• Les protocoles ARP sont utilisés pour traduire les adresses IP en adresses MAC.
• Le processus de résolution d'adresse, ARP, est utilisé pour localiser les adresses MAC des hôtes sur le réseau local par rapport à leur adresse IP.

Adresses LAN et ARP

• Chaque adaptateur réseau sur le LAN possède une adresse LAN unique. Explication des méthodes d’allocation.

Allocation d'adresses LAN

• Le mécanisme d'allocation d'adresses MAC et l'importance de l'unicité sont présentés. Cette explication distingue la portabilité des adresses MAC et IP.

ARP : protocole de résolution d'adresse

• La méthode ARP est expliquée, en illustrant les différentes étapes du processus de traduction d'une adresse IP en une adresse MAC sur un même réseau local.

Connexion des appareils : Passerelles par défaut

• L'impératif de configurer les passerelles par défaut est expliqué pour permettre aux appareils d'accéder aux réseaux externes.

Outils de débogage

• Les outils ICMP : ping et traceroute, sont utilisés pour le débogage sur un réseau.

Traceroute et ICMP

• Le protocole ICMP est une composante cruciale de l'Internet ; il permet, notamment, le suivi des chemins pour la communication datagrammatique (UDP) à travers le réseau.

Adressage IP : Comment les obtenir ?

• La possibilité de configuration statique ou dynamique des adresses IP pour les hôtes connectés est expliquée (DHCP).

DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol

• Le rôle de DHCP dans la configuration dynamique des adresses IP d'hôtes sur un réseau est détaillé.

DHCP client-server scenario

• Différents messages DHCP (discover, offer, request, ack) sont utilisés dans le processus de configuration DHCP.

Problèmes IPv4

• Les problèmes liés à la quantité limitée d'adresses IPv4 sont abordés. Cela conduit à la nécessité d'une nouvelle version du protocole IP.

Nécessité d'IPv6

• L'insuffisance de l'espace disponible des adresses IPv4 explique la nécessité de la nouvelle version IPv6.
• IPv6 fournit un espace plus grand d'adresses IP pour faire face à la croissance d'Internet et à ses nouveaux dispositifs connectés.

Références

• Les sources bibliographiques utilisées pour le cours sont répertoriées.