# Initiation aux réseaux informatiques

Benoît Prieur

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Benoît Prieur. Initiation aux réseaux informatiques. École thématique. IT-Akademy, France. 2020, pp.52. hal-02508391v2

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Submitted on 6 Apr 2020

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# Initiation aux réseaux informatiques

V 0.2 (5 avril 2020) - IT-Akademy (Lyon, avril 2020)

Benoît Prieur - Soarthec - CC-By-SA 4.0
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# Réseau : premières définitions

* Un ensemble d'éléments reliés entre eux et en capacité d'échanger des informations entre eux.

* Un réseau informatique est un ensemble d'appareils électroniques interconnectés par des liaisons, généralement permanentes, qui permettent d'échanger des informations entre eux.
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Les réseaux et la normalisation (1)

* International Organization for Standardization (ISO) : organisme international de normalisation dont des organisations nationales sont membres, par exemple :

* AFNOR (France)

* ANSI (USA)

* Est à l'origine du modèle OSI (ISO 7498)
Les réseaux et la normalisation (2)

* Institute of Electronic and Electricity Engineers (IEEE) : normalisation des réseaux locaux (se base sur les couches basses d'OSI) ; WiFi, Bluetooth, FireWire etc.

* Requests for comments (RFC) : spécifique à l'internet
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# Définition générale d'une communication

* Un émetteur

* Un récepteur

* Exemple de la lettre (enveloppe)

* La Poste
# Le modèle OSI (1)

* OSI (Open System Interconnection)

* Modèle par couches : chaque couche a une fonction donnée

* Sept couches, chacune a une fonction particulière

* Chaque couche garantit que la couche supérieure a ce qu'il faut pour fonctionner (relation entre couches contiguës)

* Numérotation (1, 2...7) commence par le bas
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Le modèle OSI (2)

* OSI (Open System Interconnection), les couches :

* couche 1 - couche physique

* couche 2 - couche liaison de données

* couche 3 - couche réseau

* couche 4 - couche transport

* couche 5 - couche session

* couche 6 - couche présentation

* couche 7 - couche application
Le modèle OSI (3)

Crédit schéma : Offnfopt / Public domain
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:OSI_Model_v1.svg

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Le modèle OSI (4)

* Dans le schéma suivant :

* Pas de communication directe couche à couche

* La donnée à transmettre part de la couche 7 du système 1, descend à la couche 1 du système 1 est transmise à la couche 1 du système 2, avant de remonter vers la couche 7 du système 2
# Modèle OSI : couche 1 - couche physique

* Unité de données : bit

* Résolution des problèmes matériels

* Transmission des bits de données sur un canal de communication

* Normalisation des aspects physiques : épaisseur de câbles, fréquences hertziennes etc.

Exemples de technologies relatives à la couche 1 :

* Cable coaxial, ADSL, Bluetooth, Firewire, USB, RS 232
# Câble coaxial et paire torsadée

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Original téléversé par Lucien Duval sur Wikipédia français. / CC BY-SA
(http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

Original téléversé par ChrisJ sur Wikipédia français. / CC BY-SA
(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/1.0/)

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# Fibre optique

BigRiz / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

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# Matériels de connexion (1)

* Par opposition au matériels connectés

* Deux grandes familles :

* Hub (concentrateur)

* Switch (commutateur, routeur)
# Matériels de connexion (2)

Crédit : plugwash, domaine public

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Crédit : Geek2003 / CC BY-SA
(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

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Modèle OSI : couche 2 - liaisons de données

* Reçoit des données de la couche 1

* Organise les données en trames

* Gère les erreurs diverses (ACK, accusé de réception)

* Transmet à la couche 3

Exemples de technologies relatives à la couche 2 :

* ATM, Ethernet, X.25
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# Modèle OSI : couche 3 - réseaux

* Reçoit les trames de la couche 2

* Les oriente vers le destinataire (détermination du chemin, contrôle du trafic)

Exemples de technologies relatives à la couche 3 :

* IP, IPv4, IPv6
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# Modèle OSI : couche 4 - transport

* Découpe les données transmises par la couche 5 (session)

* Détermine quels types de services doivent être fournis à la couche session

Exemples de technologies relatives à la couche 4 :

* TCP, UDP
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# Modèle OSI : couche 5 - session

* Transfert de données dans une session

* Système de jeton pour le transfert de fichiers par exemple

Exemples de technologies relatives à la couche 5 :

* NetBios, RPC
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# Modèle OSI : couche 6 - couche présentation

* Sémantique et syntaxe des données transférées

* Couche d'encodage

Exemples de technologies relatives à la couche 6 :

* ASCII, HTML, Unicode, XML
# Modèle OSI : couche 7 - couche application

* Gère les applications qui communiquent (mails, terminaux virtuels)

Exemples de technologies relatives à la couche 7 :

* BitTorrent, DNS, FTP, HTTPS, IMAP, IRC, POP3, RDP, SMTP, SOAP, SSH, Telnet, VoIP, WebSocket
# Ethernet

* Protocole de réseau local à commutation de paquets

* Norme internationale ISO/IEC 802-3

* Couches de liaison de données (niveau 2 du modèle OSI)

* RJ45

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Crédit : domaine public
## Notion d'en-tête dans le modèle OSI

* Chaque couche depuis la couche application ajoute une en-tête (header) à l'objet transmis

* Dans le cas de la couche 7 (application) : AH (application header)

* Chaque couche n'a aucune connaissance des en-têtes relatives aux couches supérieures
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# Topologies des réseaux (1)

## Classification par taille :

* LAN (Local Area Network ou réseau local). 1 m à 2 km. 200 abonnements maximum

* MAN (Metropolitan Area Network). 100 km maximum. 1 000 abonnements maximum

* WAN (Wide Area Network). > 1 000 km. Milliers d'abonnements
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# Topologies des réseaux (2)

Classification par type :

* bus

* étoile

* anneau
# Topologies des réseaux - type bus

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* Connexion multipoints

* Câble défectueux => réseau paralysé

* Relatif à la couche 1 (la couche 2 permet de faire le tri parmi les signaux transmis)

* Longueur de câble optimisé
# Topologies des réseaux - type étoile

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**Type étoile**

* Nœud central (hub ou switch)

* Un hub (concentrateur) travaille en diffusion

* Un switch travaille en commutation

* Réduction des conflits (par rapport au bus)

* Longueur de câble plus importante
# Topologies des réseaux - type anneau

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**Type anneau**

* Sens de parcours déterminé (évitement de conflits)

* Système de fonctionnement par jeton
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## Notion d'adresse MAC

* L'adresse MAC est codée sur 6 octets

* Autrement dit codée sur 48 bits

* 2 exposant 48 possibilités

* Supposée unique au monde
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# Protocoles de communication (couches 3 et 4)

* IP correspond à la couche 3 (réseau)

* IP associé à deux protocoles de la couche transport (couche 4) :

* TCP

* UDP

* On parle classiquement de TCP/IP ou UDP/IP
## Protocole Ethernet (1)

* Notion de protocole (définition des messages)

* Pas le seul protocole de la couche 2 mais le plus utilisé de loin

* Format d'une trame Ethernet :

Adresse MAC (destinataire) - Adresse MAC (source) - Protocole de couche 3 - Données - CRC
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# Protocole Ethernet (2)

Adresse MAC (destinataire) - Adresse MAC (source) - Protocole de couche 3 - Données - CRC

* Adresse MAC sur 6 octets

* Protocole de couche 3 : 2 octets

* CRC : 4 octets

* 18 octets pour l'entête Ethernet
## Système 1

Couche 7 - Application

Couche 6 - Présentation

Couche 5 - Session

Couche 4 - Transport

Couche 3 - Réseau

Couche 2 - Liaison

Couche 1 - Physique

## Système 2

Couche 7 - Application

Couche 6 - Présentation

Couche 5 - Session

Couche 4 - Transport

Couche 3 - Réseau

Couche 2 - Liaison

Couche 1 - Physique
Exemple basé sur le slide précédent

* Application sur le système 1 veut envoyer des données à une application sur une le système 2.

* Le message parcourt les couches du modèle OSI de haut en bas.

* La couche 3 indique à la couche 2 quel protocole a été utilisé.

* La couche 2 peut alors former la trame et l'envoyer sur le réseau.

* Le système 2 reçoit la trame et regarde l'adresse MAC de destination.

* Elle lit donc la suite de la trame.

* Elle peut envoyer les données correctement à la couche 3.

* Le message remonte les couches du modèle OSI et arrive à l'application sur le système 2.
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# Notion de CRC

* cyclic redundancy check

* Vérification des paquets et de leur intégrité
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# Exemple de matériels en couche 2

* Exemple avec un switch (commutateur)

* Adresse MAC d'un switch ? Il n'en a pas

Port @MAC

1 @MAC 11

2 @MAC 12

3 @MAC 13
## Obtenir les informations sur sa propre machine

* Commandes ipconfig, ifconfig
# Tempête de diffusion

* Boucles de commutation

* Broadcast storm
(tempête de diffusion)

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# Protocole IP - introduction

* Asynchrone

* Gestion :

* de l'adressage logique

* du routage

* l'assemblage des paquets (utilisation de datagrammes)
Protocole IP - datagramme IPv4 (1)

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Crédit : Mro / CC BY-SA
(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
## Protocole IP - datagramme IPv4 (2)

* Version : 4 (IPV4) ou 6 (IPV6)

* IHL : Internet Header Length, longueur de l'en-tête (en mots de 32 bits). 5 par défaut.

* ToS (type de service) : indique aux routeurs quel type de chemin choisir (selon des critères de débit, vitesse etc.). Par exemple :

* Telnet : 1000 (délai minimisé)

* FTP : 0100 (débit maximisé)
# Protocole IP - datagramme IPv4 - adresses physiques

* "Source address" et "destination address"

* Adresse MAC (Medium Access Control) supposément identifié un matériel de manière unique

* Partie adresse constructeur au sein de l'adresse MAC

* Par exemple IBM : "08:00:5a"
## Adresse IP (adresse logique)

* Correspond à l'identification logique au sein d'un réseau.

* Pour un appareil avec deux cartes réseaux, il y a deux adresses MAC et donc deux adresses logiques

* L'adressage logique correspond à l'adresse IP telle que nous la connaissons ; à une adresse logique correspond une adresse physique
# Adresse IP en version 4 (IPV4)

* Longueur de 32 bits ⇔ 4 octets

* En décimal on a quatre chiffres séparés par un point, par exemple :
  * 192.192.0.1

* Partie réseau / partie host-interface
  * Notion de masque (*mask*)
# Classes d'adresses

* 5 classes A, B, C, D, E

* Présentation des trois premières classes d'adresses :

* en rouge : partie réseau

* en noir : partie host (interface)

<table><thead><tr><th></th><th>Octet 1</th><th>Octet 2</th><th>Octet 3</th><th>Octet 4</th></tr></thead><tbody><tr><th>Classe A</th><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td></tr><tr><th>Classe B</th><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td></tr><tr><th>Classe C</th><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td><td>XXXXXXXX</td></tr></tbody></table>
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## Classes d'adresses (2)

* Classe A : 128 réseaux pouvant comprendre + de 16 millions de matériels.

* Classe B : 16 000 réseaux pouvant contenir plus de 65 500 matériels.

* Classe C : 2 millions de réseaux pouvant contenir 254 matériels.

Ceci appelle à la notion de masque de sous-réseaux. D'abord un rapide rappel sur les conversions du binaire vers le décimal et réciproquement.
# Du binaire au décimal et réciproquement

* Binaire à décimal :

* $1010\,0111$ (binaire) = $1\times2^7 + 0\times2^6 + 1\times2^5 + 0\times2^4 + 0\times2^3 + 1\times2^2 + 1\times2^1 + 1\times2^0$

* Décimal à binaire :

* Divisions par 2 successives => le reste est 0 ou 1

* [Convertisseur en ligne](<https://www.conversion-math.com/conversion-de-mathematical-to-binary-and-vice-versa>)
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# Notion de masques de sous-réseaux

<table><thead><tr><th></th><th>Octet 1</th><th>Octet 2</th><th>Octet 3</th><th>Octet 4</th></tr></thead><tbody><tr><th>Classe A</th><td>255</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><th>Classe B</th><td>255</td><td>255</td><td></td><td></td></tr><tr><th>Classe C</th><td>255</td><td>255</td><td>255</td><td></td></tr></tbody></table>
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Exemple de calculs relatifs aux masques

* Adresse IP : 192.168.0.1 (décimal)

* En binaire : 1100 000.1010 1000.0000 0000.0000 0001

* Masque de sous-réseau (classe C) : 255.255.255.0
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Exemple de calculs relatifs aux masques (2)

• ET logique :

1100 0000.1010 1000.0000 0000.0000 0001
AND
1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

1100 0000.1010 1000.0000 0000.0000 0000 => 192.168.0.0
# Exemple de calculs relatifs aux masques (2)

* Sous-réseau en 192.168.0.0

* Combien d'adresses disponibles sur ce sous-réseau ?

* 256 en théorie

* - 192.168.0.0 (identification du sous-réseau, réservée)

* - 192.168.0.255 (adresse de diffusion/broadcast)

* 254 adresses disponibles
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Exercice :

* Adresse : 172.128.10.5

* Masque : 255.255.192.0

* Adresse du sous-réseau ?

* Nombre d'adresses utilisables ?

* Adresse de diffusion ?
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# CISCO Packet Tracer

* Installation du logiciel

* Prise en main

* Cas pratique à réaliser