Réseaux et protocoles

Introduction

Vous envoyez un message sur une messagerie en ligne et il arrive en quelques fractions de seconde à l'autre bout du monde, intact, sur l'appareil visé. Derrière cette simplicité apparente se cache une architecture sophistiquée où routeurs, câbles, fibres et antennes coopèrent grâce à des protocoles — des règles partagées par toutes les machines. Ce cours vous explique comment un message est découpé, adressé, transmis, puis réassemblé à l'arrivée. [PF04]

Le découpage en paquets

Première intuition : pourquoi ne pas envoyer un long message en un seul bloc ? Parce qu'un lien réseau est partagé. Si vous occupez la ligne pendant une minute, personne d'autre ne peut transmettre. La solution est de découper le message en petits morceaux appelés paquets, et de les envoyer entrelacés avec ceux des autres communications.

L'encapsulation et le modèle en couches

Un paquet réseau n'est pas plat — il est construit en couches, comme une poupée russe. Chaque couche ajoute son propre en-tête autour des données de la couche supérieure. On parle d'encapsulation.

Le modèle classique pour décrire ces couches est le modèle TCP/IP, qui en compte quatre.

Quand vous chargez une page web, votre navigateur (couche application) fabrique une requête HTTP. Cette requête est confiée à TCP (transport), qui la découpe en segments et numérote chacun. Chaque segment est confié à IP (internet), qui ajoute l'adresse IP source et l'adresse IP destination. Enfin chaque paquet IP descend dans la couche liaison, qui le transmet via le câble Ethernet ou le Wi-Fi.

IP : adresser et router

Chaque machine connectée à Internet a une adresse IP unique. C'est elle qui identifie l'expéditeur et le destinataire d'un paquet.

Il existe deux versions en usage simultané.

• IPv4 : 4 octets (notés 4 nombres de 0 à 255 séparés par des points). Exemple : 192.168.1.42. Codage sur 32 bits, soit environ 4 milliards d'adresses disponibles.
• IPv6 : 16 octets (notés 8 groupes de 4 chiffres hexadécimaux séparés par des deux-points). Exemple : 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334. Codage sur 128 bits, adressage quasi illimité.

Le rôle d'IP est de trouver le chemin entre source et destination, sans garantir l'arrivée. Les routeurs, machines spécialisées disséminées sur Internet, lisent l'en-tête IP de chaque paquet et le transmettent au voisin le plus pertinent, comme un service postal en cascade.

TCP : garantir l'intégrité

IP est non fiable : un paquet peut se perdre, arriver corrompu, ou arriver dans le désordre. C'est le rôle de TCP (Transmission Control Protocol) de fiabiliser la communication au-dessus d'IP.

Ce que TCP garantit :

1. Tous les paquets envoyés arrivent (sinon retransmission).
2. Ils arrivent dans le bon ordre (numérotation des segments).
3. Les erreurs de transmission sont détectées (somme de contrôle).
4. Le débit s'adapte automatiquement à la capacité du réseau.

Concrètement, après chaque paquet reçu, le destinataire envoie un accusé de réception (ACK). Si l'expéditeur ne reçoit pas l'accusé dans un délai fixé, il retransmet le paquet.

Le principe du bit alterné — illustration simple

Pour illustrer la récupération de perte, le programme officiel mentionne le protocole du bit alterné. Le principe se résume à un schéma simple.

1. L'expéditeur envoie un paquet marqué 0.
2. Le destinataire le reçoit et répond ACK 0.
3. L'expéditeur envoie le suivant marqué 1.
4. Le destinataire répond ACK 1.
5. Et ainsi de suite, en alternant entre 0 et 1.

Si l'accusé tarde, l'expéditeur retransmet le même paquet avec le même numéro. Si l'accusé arrive avec le mauvais numéro, on sait qu'il s'agit d'un ancien — on l'ignore. Avec un seul bit d'information, on couvre déjà la perte et la duplication.

Ethernet et Wi-Fi : la couche physique

En bout de chaîne, il faut bien que les bits voyagent sur un support physique. Deux technologies dominent.

Chaque carte réseau a une adresse MAC (12 chiffres hexadécimaux gravés à l'usine, notés usuellement par paires séparées de :, par exemple aa:bb:cc:dd:ee:ff) qui sert à identifier l'expéditeur et le destinataire à l'échelle locale (sur le même réseau Ethernet ou Wi-Fi). Cette adresse est distincte de l'adresse IP — la MAC est locale, l'IP est globale.

Le réseau local de l'établissement

Le réseau de votre lycée illustre tous ces concepts.

• Les ordinateurs des salles sont reliés en Ethernet à des commutateurs (switches) dans des armoires de brassage.
• Les commutateurs dialoguent entre eux et avec un routeur central.
• Le routeur établit la sortie vers le réseau du rectorat puis vers Internet.
• Un serveur DHCP attribue automatiquement une adresse IP à chaque machine qui se connecte.
• Un pare-feu filtre les paquets entrants pour bloquer ce qui n'est pas autorisé.

Pour aller plus loin

Le DNS (système de noms de domaine) traduit nsi.rocks en adresse IP — un sujet à part entière. Les protocoles applicatifs modernes (HTTPS, IMAP, SSH) ajoutent du chiffrement par-dessus TCP/IP pour garantir la confidentialité. Et UDP, alternative à TCP, sacrifie la fiabilité pour la latence — c'est ce qui circule dans les jeux en ligne ou les appels vidéo, où retransmettre un paquet vieux de 200 ms n'a plus de sens.