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1 - Structure d'Internet


Données à transmettre DST SRC

Le réseau Internet a révolutionné le monde et le rapport à l'informatique.

Avant son avénement, les données devaient transiter uniquement sur des supports physiques. Il fallait aller donner la bobine de données, la cassette ou la disquette à la personne qui voulait vos données.

Il fallait donc :

  • Faire une copie de vos données en espérant que tout tienne dans votre support de stockage
  • Transmettre physiquement le support
  • Transmettre les données du support vers l'ordinateur de destination, en espérant que les données soient compatibles !

Et si les données avaient changées entre deux, ben... Tant pis. Il fallait se retaper toute la procédure.

Evaluation ✎ : questions 02-03-04-05-06.

1 - Rappel des notions Internet vues dans la partie Web

Internet veut dire Interconnexion (inter) des réseaux (net). Il ne s'est donc pas créé en un jour de façon propre. Et avant qu'Internet puisse exister, il a fallu qu'il y ai déjà des réseaux informatiques.

Revenons quelques instants sur ce que nous avons vu au début de la partie Web.

Qu'est-ce qu'un réseau informatique local ?

Un réseau informatique local est un ensemble d'équipements informatiques reliés entre eux de façon à pouvoir échanger des informations.

Lorsque les équipements peuvent communiquer entre eux sans passer par Internet, on parle de réseau local.

Equipement courant : le commutateur (switch) est l'un des dispositifs usuels qui permet de relier entre eux les appareils d'un même réseau.

Un réseau
Un petit réseau autonome

Chez vous, le commutateur est à l'intérieur de votre Box Internet : celle est munie par exemple de plusieurs prises Ethernet.

Les équipements connectés peuvent être des ordinateurs autonomes mais également des imprimantes ou de simples stations de stockage d'informations.

Qu'est-ce qu'Internet ?

Internet est lui le réseau informatique mondial accessible au public.

Il permet donc de faire communiquer entre eux les réseaux informatiques qui y sont connectés.

Internet est donc un réseau de réseaux informatiques.

Equipements courants : ces réseaux sont reliés entre eux par l'intermédiaire de routeurs qui permettent le transport des messages d'un réseau vers un autre.

Communication entre réseaux via Internet
Communication entre réseaux via Internet

Internet permet donc de faire communiquer deux machines qui ne sont pas sur le même réseau.

Cette communication devra passer ici par des équipements particuliers qu'on nomme les routeurs : ce sont des équipements dont la tâche est de faire transiter les communications.

Si l'un des ordinateurs du réseau A veut consulter une page Web accessible via le serveur situé sur le réseau B, une communication va devoir s'établir entre le réseau A et le réseau B.

01° Trouvez un chemin permettant de relier les deux ordinateurs sur le réseau Internet simpliste ci-dessous. Le chemin est-il unique ?

Communication entre réseaux via Internet

...CORRECTION...

Le chemin n'est pas unique du tout : on peut passer par des routeurs différents pour arriver à destination.

Exemple : A3 - A4 - A5 - X1 - X2 - X6 - B1 - B2 - B3

Il y a quelques routeurs à travers lesquels on passe forçément (A5 - X1 - X6 - B1) mais on peut sinon trouver un chemin de remplacement si l'un des autres routeurs tombent en panne.

Une Box ADSL domestique fait office à la fois de commutateur, de routeur mais en réalité, votre box n'est pas directement reliée à Internet. Votre Box est relié à un batiment technique nommé Répartiteur Local. C'est de là que votre communication va rejoindre le réseau de votre fournisseur d'accès à Internet, le FAI.

2 - Historique

Alors, qui a inventé ce système ?

Les origines sont multiples. Internet est issue en réalité de la jonction de plusieurs autres réalisations.

✎ 02° Regarder cette vidéo présentant l'histoire d'Internet, puis répondre à ces questions :

lien youtube vers la vidéo Histoire d'Internet par Mister Flèche

  • 2A : Comment se nomme l'ancêtre le plus célèbre d'Internet ?
  • 2B : Comment se nomme le message transféré de routeur en routeur ?
  • 2C : Comment se nomme le protocole qui se charge de diriger les messages de routeurs en routeurs sur Internet 
  • 2D : Comment se nomme le protocole qui se charge d'assurer la fiabilité des communications ?

Si la vidéo n'est plus disponible ou si vous ne pouvez pas la lire depuis le lycée, vous pouvez utiliser le texte ci-dessous.

2.1 Avant Internet

Avant Internet, la connexion de réseaux informatiques était anecdotique.

Quelques rares réseaux étaient reliés entre eux à travers des appareils nommés passerelles. Mais ces solutions étaient à chaque fois spécifiques aux deux réseaux à relier. Aucune mise en commun et généralisation du processus n'était envisageable. Ici,

  • le réseau A jaune peut communiquer avec le réseau B bleu et
  • le réseau B bleu peut communiquer avec le réseau C rouge
Liaisons entre 3 réseaux
Une solution propre à deux réseaux : C ne peut pas être relié facilement à A (image réalisée avec Filius)

Si une passerelle fonctionnait pour relier le réseau A et B, on ne pouvait pas l'utiliser pour faire la même chose sur le réseau A et C. Ou pire : si le réseau A avait un peu changé sa gestion interne, il y avait toutes les chances que la liaison A-B ne fonctionne plus !

Le problème venait du fait que chaque réseau gérait à sa façon la position des données dans un message :

  • où se trouve l'adresse de l'ordinateur destination,
  • où se trouve l'adresse de l'ordinateur émetteur,
  • où se trouve le vrai message,
  • y-a'il un système de vérification de transmission
  • ...

D'autres ont choisi de relier différents réseaux en utilisant un ordinateur central de gestion :

Liaisons entre 3 réseaux avec un ordinateur central
Une solution centralisée (image réalisée avec Filius)

Mais ça, l'armée américaine n'en veut pas à l'heure de la Guerre Froide. Une attaque ou un sabotage sur la bonne machine et c'est la fin des communications entre les réseaux.

2.2 la DARPA crée son réseau militaire

Donald Davies et Paul Baran proposent alors dans les années 1960 le principe de la commutation par paquets : on rajoute devant le message initial à transmettre des informations supplémentaires comportant notamment l'adresse de la destination et l'adresse de la source du message. Comme on rajoute ces informations à l'avant du message, on les nommment l'en-tête.

1/5 - Paquet IP

On nomme paquet l'ensemble {en-tête + message initial}.

L'information contenu dans l'en-tête et le message doit être auto-suffisante pour transmettre le paquet de routeurs en routeurs. : pas besoin de lire le contenu du message (ici en gris) pour savoir où il faut l'amener.

Il suffit alors que les appareils des différents réseaux partagent une norme commune sur la position des informations dans l'en-tête.

L'en-tête (ici en vert) doit comporter au moins :

  • L'adresse de la destination (qu'on notera ici DST en plus court)
  • L'adresse de la source (qu'on notera ici SRC) : ca permet de répondre ! Sinon, on reçoit le message mais on ne sait pas à qui transmettre la réponse.

L'ensemble de cet en-tête (header en anglais) et des données à transmettre forme le fameux paquet :

Le truc à comprendre : les données à transmettre (ici en gris) ne vont absolument pas être modifiées lors du trajet et l'en-tête ne sera modifié que de façon marginale. On peut donc considérer que le paquet IP est transféré de l'émetteur initial au récepteur final sans modification globale.

L'idée de Donald Davies et Paul Baran est donc de ne pas utiliser les normes des réseaux existants mais de rajouter une couche d'informations au dessus des données qu'on veut transmettre. Il ne reste qu'à lire les en-têtes et à transmettre le paquet à l'appareil suivant qui pourra faire de même jusqu'à atteindre la destination.

On parle donc de commutation de paquet car c'est le contenu de l'en-tête du paquet qui va servir à choisir le chemin à prendre.

Avant cela, le chemin de communication était fixé physiquement dans le matériel : changer un chemin de communication était donc long et surtout non dynamique.

Avec le système de paquet dont l'en-tête contient l'adresse, les appareils-aiguilleurs transfèrant les paquets peuvent lire l'adresse et un programme interne à l'aiguilleur peut fixer le chemin en temps réel.

2/5 - Le réseau de la DARPA

En 1962, J.C.R. Licklider, un informaticien américain (dont le rôle dans la création d'Internet de l'ordinateur personnel est immense) devient responsable du Bureau des Techniques de Traitement de l'Information à la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency). Après avoir travaillé sur le premier système de défense aidant à la prise de décision, à l'intelligence artificielle et à l'interconnexion des réseaux entre eux, il parvient à convaincre les responsables de la DARPA de l'importance de créer un réseau de communication non centralisée et bouclé. De cette façon, pas moyen de casser le réseau puisqu'il n'existe pas réellement de point central. Si un chemin n'existe plus, il suffit de faire passer le paquet par un chemin alternatif.

C'est ainsi que nait ARPANET, l'ancêtre d'Internet.

En 1969, ARPANET comporte 4 noeuds :

  • l'université de Californie à Los Angeles
  • le Stanford Research Institute
  • l'université d'Utah
  • l'université de Californie à Santa Barbara
Plan d'Arpanet en 1969

Le réseau ARPANET grossit alors d'année en année. Peu de coopération internationale néanmoins, à quelques exceptions près. La raison principale vient du fait que le réseau sert également à l'armée américaine. Les connexions étaient initialement restreintes aux sites de l'armée et aux universités

L'Europe, elle, choisit un chemin dans un premier temps avec le réseau X.25 basé sur la commutation de circuits et pas la commutation de paquets. Cette technologie restera pendant très longtemps très performante sur les communications en temps réel.

Le nombre de réseaux indépendants augmentait fortement. Chaque réseau avait son infrastructure matériel, ses normes... Il devenait donc de plus en plus compliqué de trouver un moyen de faire communiquer tous ces systèmes, tellement différents.

3/5 - TCP/IP et Internet

En 1974, Vinton Cerf et Robert Kahn élaborèrent une refonte importante des protocoles de communication : ils proposent le principe du routage :

  • la gestion des routes que prennent les paquets devient décentralisée, pris en charge par les routeurs (protocole IP)
  • ce sont uniquement les deux machines qui veulent communiquer qui assurent la fiabilité de la communication (protocole TCP)

Le principe fondamental de l'Internet actuel, TCP/IP, était né.

Au fil du temps, le réseau DARPA se divise clairement en deux en 1983 :

  • le côté militaire devient le MILNET (Military Network) tandis que
  • le réseau universitaire évolue et intégre de nouveaux protocoles visant à une chose : rendre le transport d'information le moins dépendant possible de l'infrastructure physique sur lequel les paquets transitent.

Internet est donc né sans date précise mais à l'époque où la partie civile du réseau DARPA a fusionné avec d'autres réseaux, notamment celui de la National Science Foundation.

Mais à partir de 1984, le mot Internet n'est plus synonyme de la simple liaison de plusieurs réseaux mais bien des réseaux communiquants en utilisant les protocoles dits TCP/IP.

Et en Europe ? Les réseaux TCP/IP existaient aussi, notamment celui du CERN (vous vous souvenez, celui où travaillait Tim Berners Lee, l'inventeur du Web). Mais le réseau TCP/IP du CERN était indépendant d'Internet. Ce n'est qu'en 1989 que le réseau du CERN intègre finalement Internet, et devient donc également Internet puisque le réseau n'a pas vraiment de centre !

2.3 Internet vu comme l'association de TCP et IP

4/5 - Rôle de IP - Rôle de TCP
  • A l'aide du protocole IP, chaque machine sait si le message est à destination d'un autre réseau, d'une machine du même réseau ou de la machine elle-même. Avec le protocole IP son système d'adresses IP, un ordinateur ou un routeur va savoir ce qu'il doit faire du paquet IP :
    • Le garder car le paquet est vraiment pour lui
    • Le transmettre à une machine de son réseau local
    • Le transmettre à un routeur car le destinateur n'est pas sur le réseau de la machine actuelle

    Cliquez sur l'image ci-dessous pour voir l'animation :

    Animation sur IP
    CLIQUER SUR L'IMAGE pour ANIMER ou STOPPER
  • Le protocole TCP est l'ensemble des codes et techniques de communication permettant
    • à la machine émettrice de savoir que le paquet est bien arrivé
    • à la machine réceptrice de savoir si le paquet reçu comporte de erreurs sur certains bits
    • à la machine émettrice d'émettre à nouveau un paquet si besoin
    • Un exemple avec deux paquets à envoyer : TCP impose d'envoyer un accusé de réception. Lors du deuxième envoi, la machine émettrice ne reçoit pas d'accusé de réception : TCP va faire renvoyer ce paquet 2 et attendre l'accusé de réception avant de le faire disparaître. Cliquez sur l'image ci-dessous pour voir l'animation :
    • Animation sur TCP
      CLIQUER SUR L'IMAGE pour ANIMER ou STOPPER

Nous allons voir le fonctionnement de TCP/IP en mode informatique débranchée.

On notera que le chemin des paquets n'est pas nécessairement le même à chaque fois.

5/5 - A quoi sert Internet ?

Internet ne sert à rien en lui-même : il s'agit de l'infrastructure matérielle et logicielle qui permet d'établir des communications.

Par contre, il existe une multitude d'applications qui utilisent Internet pour fonctionner. Chacune de ces applications possèdent ses propres protocoles de communication. On trouve ainsi :

  • le protocole FTP qui permet le téléversement et le téléchargement sur un serveur distant (l'application date de 1971) : : c'est ce protocole qui permet d'envoyer des fichiers pour les stocker sur un autre serveur par exemple.
  • les courriers électroniques / emails (1971)
  • Usenet pour envoyer et lire des messages sur les forums de news (1979)
  • IRC (Internet Relay Chat) qui permettait (et permet toujours même si ce n'est plus l'application phrare d'Internet) de s'écrire en temps réel (temps synchrone) contrairment aux emails (asynchrones) (1988)
  • le Web qui permet de lire des documents hypertextes (1991) qui fonctionne en utilisant le protocole HTTP pour établir les communications et le langage HTML pour décrire au navigateur ce qu'on veut afficher
  • le pair-à-pair / peer-to-peer / P2P qui permet le transfert décentralisé de documents(1999)
  • et bien d'autres applications disparues ou à naitre

3 - Indépendance d'Internet du réseau physique

Et donc, c'est quoi Internet ?

En substance, il s'agit juste de deux programmes : TCP et IP.

  • Le protocole IP se charge de permettre aux routeurs de savoir où orienter les paquets.
  • Le protocole TCP se charge de découper le message en plusieurs paquets et vérifier que les paquets arrivent à destination.

3.1 - Indépendance d'Internet vis à vis du réseau physique

Les protocoles TCP et IP se moquent de savoir comment les paquets sont transportés : la technologie est externalisée et n'a aucune conséquence sur le fonctionnement de TCP/IP.

C'est pour cela qu'on dit qu'Internet est indépendant du réseau physique sur lequel les paquets IP transitent.

Comment est-ce possible ? Tout simplement car IP et TCP ne gèrent que des informations. C'est au moment de passer par une carte réseau dans un sens ou dans l'autre qu'on transforme l'information en signal physique ou au contraire qu'on interpréte le signal physique pour en refaire une information compréhensible par TCP/IP.

Principe de la communication : Ordinateur 1 - Carte réseau 1 - Carte réseau 2 - Ordinateur 2

Les technologies électroniques ne sont présentes que pour réaliser la liaison mais n'interviennent pas dans la gestion des données.

3.2 - Les technologies les plus courantes

Quels sont réseaux physiques les plus répandus ?

Les réseaux Ethernet sont les réseaux filaires, ceux avec les prises RJ-45. Classique sur les Box.

Les réseaux Wifi sont les réseaux sans fil les plus répandus. Longue portée, débit correct.

Les réseaux à Fibre Optique sont de plus en plus communs. Très bon débit. Ce sont des réseaux de ce type qui permettent le transfert des données entre Europe et Etats Unis par exemple.

Mais il y a aussi tout un ensemble de réseaux liés aux télécommunications ou à l'Internet des Objets : Loria, Sigfox... Ces communications des objets connectés sont beaucoup plus légères et ont des besoins spécifiques.

3.3 - Formes des réseaux (ou topologies)

Comment sont positionnés les routeurs les uns par rapport aux autres ?

Différentes topologies possibles
Présentation des topologies (image libre de droit source Wikipedia)

✎ 03° Choisir la topologie qui vous parait la plus performante pour réaliser un réseau fiable. Justifier votre réponse en vous demandant ce qui peut se passer lorsqu'un des routeurs tombe en panne ou le nombre de routeurs critiques à surveiller.

✎ 04° Imaginons que vous souhaitiez avoir un réseau le moins cher possible : il doit posséder peu de routeurs. Vous êtes en mesure de surveiller et changer très rapidement UN routeur et un seul s'il tombe en panne. Choisir la topologie permettant de garantir le fonctionnement le moins handicapant si l'un des routeuts tombe en panne. Bien entendu, cela ne posera pas problème pour le routeur sur lequel vous veuillez particulièrement. S'il tombe en panne, il est changé en moins d'une minute et zou.

4 - Jouer Internet en informatique débranchée

Il suffit de suivre les indications transmises par votre enseignant.

TCP et IP sont en réalité deux protocoles faciles à comprendre lorsqu'on les vit.

5 - FAQ

Aucune question pour le moment

Vous savez maintenant qu'Internet est composé principalement de deux protocoles nommés IP et TCP. Ces protocoles utilisent l'adresse IP pour localiser le réseau de l'apparail visé.

Nous avons vu que le réseau Internet est en réalité indépendant de la technologie utilisée pour transférer les paquets IP : toute cette partie est intégralement gérée par la carte réseau qui s'identifie avec son adresse MAC.

La semaine prochaine, nous verons un peu plus dans le détail les protocoles TPC et IP. Rien de bien compliqué mais cela vous permettra de mieux comprendre les communications de vos diverses applications.

Activité publiée le 23 03 2020
Dernière modification : 28 04 2021
Auteur : ows. h.