21 - Réseaux

Mise en situation

Quand vous envoyez un message depuis votre téléphone, il traverse en quelques millisecondes des câbles, des équipements réseau et parfois des océans avant d’arriver à destination. Comment est-ce possible ? Pour le comprendre, il faut connaître la façon dont les machines sont reliées entre elles, comment elles sont identifiées et comment leurs messages sont acheminés.

Qu’est-ce qu’un réseau ?

Un réseau informatique est un ensemble de machines (ordinateurs, smartphones, objets connectés…) reliées entre elles pour communiquer et partager des ressources.

Pour communiquer, les machines doivent :

• être connectées entre elles (câble, fibre, Wi-Fi…) ;
• parler la même langue : c’est ce qu’on appelle un protocole.

Au quotidien, les réseaux servent à partager des fichiers ou une imprimante, à accéder à Internet, à envoyer des messages, à jouer en ligne, à travailler à distance.

Les types de réseaux par échelle

On classe les réseaux selon leur portée géographique.

Ces réseaux s’emboîtent : un PAN est dans un LAN, plusieurs LAN dans un MAN, plusieurs MAN dans un WAN, et l’ensemble forme Internet.

Internet est le réseau mondial, formé par l’interconnexion de millions de réseaux indépendants qui se sont accordés pour parler la même langue : les protocoles TCP/IP. Le mot Internet vient d’Inter-network : un inter-réseau.

Les adresses IP

À quoi sert une adresse IP ?

Une adresse IP est un identifiant numérique unique attribué à chaque machine connectée à un réseau. Elle joue le rôle d’une adresse postale : c’est elle qui permet de router les données jusqu’à la bonne machine.

IPv4 : 32 bits en notation pointée

Une adresse IPv4 est codée sur 32 bits, regroupés en quatre octets (\(4 \times 8\) bits) séparés par des points :

192.168.1.42   =   11000000.10101000.00000001.00101010

Chaque octet va de 0 à 255. Le nombre total d’adresses IPv4 possibles est donc \(2^{32} \approx 4{,}3\) milliards.

IPv6

Quatre milliards d’adresses, c’est insuffisant pour tous les appareils connectés du monde. Une nouvelle version a été créée : IPv6, sur 128 bits, notée en hexadécimal avec des : :

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Cela donne \(2^{128} \approx 3{,}4 \times 10^{38}\) adresses possibles, soit assez pour attribuer une IP à chaque grain de sable de la Terre. En Première NSI, on travaille essentiellement avec IPv4.

Adresses publiques et adresses privées

• Adresse publique : unique au monde, attribuée par votre fournisseur d’accès à Internet (FAI). C’est elle qu’Internet voit.
• Adresse privée : utilisée à l’intérieur d’un réseau local (LAN). Plusieurs LAN dans le monde peuvent réutiliser les mêmes plages privées.

Plages privées à connaître : 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, 192.168.0.0/16. Votre box Wi-Fi de salon attribue presque toujours des adresses commençant par 192.168.… : c’est privé.

L’adresse MAC

Une adresse MAC (Media Access Control) est l’identifiant physique unique d’une carte réseau, gravé par le constructeur. Elle est codée sur 48 bits, notée en hexadécimal, par exemple 4C:ED:FB:A2:33:7E.

L’adresse IP peut changer (selon le réseau auquel on se connecte), l’adresse MAC ne change pas. Image utile : l’IP est comme votre adresse postale (elle dépend de l’endroit où vous habitez), la MAC est comme votre numéro de carte d’identité (elle vous suit partout).

Masque de sous-réseau et CIDR

Une IP est en deux parties

Toute adresse IP se découpe en deux parties :

• la partie réseau : commune à toutes les machines du même LAN ;
• la partie hôte : propre à chaque machine.

Analogie postale. Dans « 12 rue de la Paix, 75002 Paris » :

• 75002 Paris joue le rôle de la partie réseau (ce code postal et cette ville sont communs à tous les habitants du quartier) ;
• 12 rue de la Paix joue le rôle de la partie hôte (c’est cette partie de l’adresse qui identifie un habitant précis dans le quartier).

Le masque de sous-réseau

Le masque de sous-réseau est un nombre de 32 bits qui indique combien de bits de l’adresse IP servent à identifier le réseau. Les bits du masque à 1 correspondent à la partie réseau, ceux à 0 à la partie hôte.

Adresse IP : 192.168.1.42       =  11000000.10101000.00000001.00101010
Masque     : 255.255.255.0  /24 =  11111111.11111111.11111111.00000000
                                   └──────── 24 bits = réseau ────────┘ └── hôte ──┘

La notation CIDR

Plutôt que d’écrire un masque entier, on utilise la notation CIDR : on ajoute /n à l’adresse IP, où n est le nombre de bits du masque à 1.

Exemple : 192.168.1.42/24 signifie « l’adresse 192.168.1.42 dans le réseau 192.168.1.0/24 ».

Trouver l’adresse réseau

L’adresse réseau s’obtient en faisant un ET logique bit à bit entre l’adresse IP et son masque.

Exemple avec 192.168.1.42/24 :

IP     :  11000000.10101000.00000001.00101010   (192.168.1.42)
Masque :  11111111.11111111.11111111.00000000   (255.255.255.0)
─────────────────────────────────────────────────────── ET
Réseau :  11000000.10101000.00000001.00000000   (192.168.1.0)

L’adresse réseau est 192.168.1.0/24.

Test : même réseau ou pas ?

Deux machines sont sur le même réseau local si et seulement si elles ont la même adresse réseau (même masque, même partie réseau).

Sur le LAN 192.168.1.0/24 :

• 192.168.1.42 et 192.168.1.99 : même réseau → communication directe ;
• 192.168.1.42 et 192.168.2.10 : réseaux différents → il faut passer par un routeur.

Découper un grand réseau en sous-réseaux

Dans un établissement, on ne met pas tout le monde dans le même réseau : on découpe. Cela permet d’organiser, de sécuriser et de mieux contrôler les accès.

Exemple concret. Le lycée dispose du réseau 172.18.0.0/22 (masque 255.255.252.0), soit 1024 adresses de 172.18.0.0 à 172.18.3.255. On le découpe en 4 sous-réseaux /24 (256 adresses chacun) :

Pourquoi exactement 4 ? Parce qu’on passe d’un masque /22 à un masque /24 : il y a \(2^{24-22} = 4\) sous-réseaux possibles.

Pourquoi découper ?

• Organisation : en lisant l’IP, on sait immédiatement à quoi sert la machine.
• Sécurité : le routeur peut filtrer les communications entre sous-réseaux.
• Performance : un broadcast reste cantonné à son sous-réseau, ce qui évite la saturation.
• Évolutivité : on peut ajouter un nouveau sous-réseau sans tout reconfigurer.

Routage : le voyage d’un paquet

Switch ou routeur ?

La box Internet de la maison fait les deux à la fois : routeur (vers Internet) et switch (entre vos appareils).

Le voyage d’un paquet

Un paquet IP destiné à un serveur lointain saute de routeur en routeur jusqu’à sa destination. À chaque saut, le routeur consulte sa table de routage pour choisir la sortie suivante.

Le nombre de routeurs traversés s’appelle le nombre de sauts (hops). La commande traceroute permet de les visualiser.

Résumé

• Un réseau relie des machines qui communiquent grâce à des protocoles. Internet est le réseau mondial formé par interconnexion de millions de réseaux.
• On classe les réseaux par échelle : PAN, LAN, MAN, WAN, Internet.
• Une adresse IP (32 bits en IPv4) identifie une machine sur un réseau. Une adresse MAC (48 bits) identifie physiquement une carte réseau.
• Le masque de sous-réseau (notation CIDR /n) sépare la partie réseau de la partie hôte. On peut découper un grand réseau en plusieurs sous-réseaux pour mieux l’organiser et le sécuriser.
• Un switch relie les machines d’un même réseau (adresses MAC), un routeur interconnecte plusieurs réseaux (adresses IP). Un paquet IP saute de routeur en routeur jusqu’à sa destination.