SNT Internet

Identification

Infoforall

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 de 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 ?

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

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

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

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

Un réseau
Un petit réseau autonome

Chez vous, le switch (commutateur) est à l'intérieur de votre Box Internet.

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. Un ordinateur normal ne gère pas les communications qui ne lui sont pas destinées. La tâche du routeur est au contraire de recevoir et renvoyer du bon côté les communications qui ne lui sont pas destinées au final !

On voit parfois Internet symbolisé par une sorte de nuage (cloud), donnant l'impression d'une immatérialité du réseau. Mais l'infrastructure matérielle est bien présente et indispensable. L'idée derrière le nuage est plutôt qu'il existe un grand nombre de chemins possibles et que ces chemins sont variables en fonction du moment.

Cloud internet
( Image : Bruno Voisin – Wikipedia - CC BY-SA 3.0)

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 ? Y-a-t'il des routeurs plus critiques que d'autres ?

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.

Si un de ces routeurs indispensables ici tombe en panne, c'est par contre plus embêtant...

Une Box ADSL domestique fait office à la fois de switch, de routeur et même de modem : en réalité, votre box n'est pas directement reliée à Internet. Avant le routeur de la box se trouve le modem qui va permettre de transmettre via de simples fils électriques les informations au point d'accès de votre fournisseur d'accès à Internet, le FAI. Là bas, c'est pareil : on a d'abord un modem qui retransforme le signal puis enfin le routeur.

2 - Historique

Alors, qui a inventé ce système ?

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

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.

Liaisons entre 3 réseaux
Une solution propre à deux réseaux : C ne peut pas être relié facilement à A (image réalisée avec Filius)

A chaque liaison, il fallait réflechir et voir comment parvenir à les faire communiquer : 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 directement.

Ou pire : si le réseau A décide d'évoluer et de changer un peu son processus de gestion interne, il y a toutes les chances que la liaison A-B ne fonctionne plus !

Le problème vient du fait que chaque réseau gère à sa façon la position des données dans une communication : 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.

✎ 02° Lire le texte de cette partie pour répondre à ces questions :
  • 2A : Comment se nomme le protocole qui se charge de diriger les messages de routeurs en routeurs sur Internet 
  • 2B : Comment se nomme le message qui transite sur Internet sans être modifié (ou presque) en passant d'un routeur à l'autre ?
  • 2C : Comment se nomme le protocole qui se charge d'assurer la fiabilité des communications ?
  • 2D : Comment se nomme l'ancêtre le plus célèbre d'Internet ?

Donald Davies et Paul Baran proposent alors dans les années 1960 le principe de la commutation des paquets : on rajoute devant la communication qu'on veut transmettre des informations supplémentaires comportant notamment l'adresse de la destination et l'adresse de la source du message.

Ces informations supplémentaires se nomment un en-tête.

Et on nomme paquet le nom du message en-tête + message initial.

Paquet

On nomme paquet une information à transmettre de réseau en réseau dont l'en-tête (ici en vert) est suffisant pour gérer la transmission : pas besoin de lire le contenu du message (ici en gris) pour savoir où il faut l'amener.

De façon basique, il suffit donc que les appareils des différents réseaux partagent une norme commune sur l'en-tête du paquet pour savoir comment le lire et le gérer.

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.

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

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.

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 !

Rôle de IP - Rôle de TCP
  • Le protocole IP est l'ensemble des codes et techniques de communication permettant aux paquets IP (en jaune ici) de partir d'un machine émettrice pour atteindre la machine réceptrice en passant de routeur en routeur.
  • Un réseau
    Un plus gros réseau
  • Le protocole TCP est l'ensemble des codes et techniques de communication permettant
    • A la machine émettrice de savoir que le message est bien arrivé
    • A la machine réceptrice de savoir si le message reçu est exactement le message émis, sans erreur
    • A la machine émettrice d'émettre à nouveau un message qui n'est pas arrivé correctement du coup (disparition ou modification partielle)
  • Un exemple avec deux paquets à envoyer : TCP impose d'envoyer un accusé de réception. Le second paquet ne provoque pas d'accusé de réception car il disparait (image décalée pour marquer la disparition) : TCP va renvoyer le paquet et attendre l'accusé.
  • Un réseau
    Vérification de la réception

Nous allons voir le fonctionnement de TCP / IP dans l'activité suivante.

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. On trouve ainsi :

  • le FTP (File transfert protocol) qui permet le téléversement et le téléchargement sur un serveur distant (l'application date de 1971)
  • 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)
  • 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 donner des directions aux routeurs.

Le protocole TCP se charge de vérifier que les paquets arrivent à destination.

Bien entendu, pour transferer les paquets IP nous avons besoin d'un réseau matériel. Mais ces deux protocoles se moquent de savoir comment les paquets sont transportés.

Comment ? Regardons ce réseau local :

Un réseau
Un petit réseau autonome

Chez vous, le switch (commutateur) est à l'intérieur de votre Box Internet. Vous avez certainement déjà constaté la présence de prise RJ-45 sur celle-ci. Vous pouvez également être relié à la Box en Wifi. Et pourtant, ça marche aussi ! Les équipements connectés peuvent être des ordinateurs autonomes mais également des imprimantes ou de simples stations de stockage d'informations.

Mais comment ça marche alors ?

On remarquera sur l'image que les ordinateurs possèdent tous deux adresses : une adresse MAC et une adresse IP.

Et c'est toute la beauté d'Internet : la couche Réseau (IP) va communiquer avec la couche Accés Réseau (MAC). Et c'est cette couche Accès Réseau qui va se charger de gérer la carte réseau de l'ordinateur. En gros, le fonctionnement local purement électronique et physique de la communication n'a rien à voir avec Internet : les protocoles TCP/IP peuvent fonctionner que la liaison physique réelle se fasse par fil, par ondes Wifi ou par pigeons voyageurs ! Tout ce qu'on demande au réseau local c'est de transporter le paquet.

Cartes réseau

Vous avez certainement au moins deux cartes réseaux sur votre ordinateur : une pour le Wifi et une pour la prise RJ-45.

  • Une carte réseau Wifi gérant les communications sans fil via l'antenne Wifi : elle possède une antenne. Les cartes Wifi utilisent le domaine électromagnétique des micro-ondes. Chez vous, ces cartes permettent de créer un réseau dit WLAN (Wifi Local Area Network).
  • carte réseau wifi
  • Une carte Ethernet gérant les communications filaires via le port Ethernet : elle possède une prise permettant d'y insérer un cable. Ces cartes permettent de créer des réseaux dits LAN Ethernet.
  • Broche pour RJ45 Carte réseau ethernet
    Prise RJ45
    Auteur de l'image : Piotr Kuczyński / Diffusé en Creative Commons (CC BY-SA 3.0)
  • Une carte réseau Fibre Optique gérant les communications filaires via Fibre Optique
  • carte réseau fibre optique

Sans oublier le Bluetooth ect ...

Ces cartes ont donc un rôle de pont entre votre ordinateur et le réseau extérieur :

  • Elles transforment les données informatiques en signaux électriques ou radios
  • Elles écoutent les antennes ou prises et transforment les signaux reçus en données informatiques
Principe de la communication : Ordinateur 1 - Carte réseau 1 - Carte réseau 2 - Ordinateur 2

Si votre ordinateur veut discuter avec un autre ordinateur, on voit que toutes les communications passent d'une carte réseau à une autre carte réseau :

  • L'ordinateur 1 communique avec sa carte réseau 1 : il lui transmet un message à envoyer composé d'une suite d'octets (ici juste 14610 ou 100100102).
  • La carte 1 transforme alors chacun des bits du message binaire (100100102) en message physique (ondes radio Wifi ou signaux électriques)
  • La carte 2 reçoit le message physique émis par l'autre carte et retrouve le message binaire et donc la suite d'octets
  • L'ordinateur 2 reçoit alors la suite d'octet émis

Et ça repart dans l'autre sens !

Adresse Physique MAC

MAC veut dire Media Access Control en anglais.

Soit contrôle d'accès au support.

Cette adresse est simplement l'identifiant d'une carte réseau.

Elle se compose d'un ensemble de 48 bits soit 6 octets (6 x 8 = 48).

Usuellement, on la donne sous forme hexadécimale (00 à FF donc) en séparant par un point double  :  chacun des octets.

Exemple d'adresse MAC :  30 : E1 : 71 : 02 : A9 : 89 .

✎ 03° Ouvrir une invite de commande Windows ou un terminal sur les autres systèmes.

Windows : tapez ceci

C:\Users\rv>ipconfig

Linux : tapez ceci

rv@rv-HP2:~$ ifconfig

Trouver l'adresse MAC de votre carte en cherchant les mots MAC ou adresse physique ou Ether.

Vous devriez obtenir un texte, long, incorporant un grand nombre de nombre, écrit en décimal et en hexadécimal.

Windows : vous devriez obtenir une réponse de ce type :

h:\>ipconfig/all
Configuration IP de Windows Nom de l'hôte : e301-poste12 Carte Ethernet Connexion au réseau local : Suffixe DNS propre à la connexion : lycee.home Description : Broadcom NetXtreme Gigabit Ethernet Adresse physique : 25-CE-55-28-72-CE DHCP activé : Oui Configuration automatique activée : Oui Adresse IPv6 de liaison locale : ad41::fe80:b1b1:fe80:fe80%13(préféré) Adresse IPv4 : 192.168.2.78(préféré) Masque de sous-réseau : 255.255.0.0 Bail obtenu : jeudi 4 mai 2017 10:58:30 Bail expirant : vendredi 5 mai 2017 10:58:29 Passerelle par défaut : 192.168.0.250 Serveur DHCP : 192.168.0.250 IAID DHCPv6 : 270843397 DUID de client DHCPv6 : 00-01-00-01-17-BD-7B-ED-24-BE-05-10-C2-C2 Serveurs DNS : 192.168.0.253 Serveur WINS principal : 192.168.0.253 NetBIOS sur Tcpip : Activé

Linux : vous devriez obtenir une réponse de ce type :

rv@rv-HP2:~$ ifconfig enp2s0: flags=4099<UP,BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 ether 30:e1:71:27:49:8d txqueuelen 1000 (Ethernet) RX packets 0 bytes 0 (0.0 B) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 0 bytes 0 (0.0 B) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0 lo: flags=73<UP,LOOPBACK,RUNNING> mtu 65536 inet 127.0.0.1 netmask 255.0.0.0 inet6 ::1 prefixlen 128 scopeid 0x10<host> loop txqueuelen 1000 (Boucle locale) RX packets 11492 bytes 4538277 (4.5 MB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 11492 bytes 4538277 (4.5 MB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0 wlo1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST> mtu 1500 inet 192.168.1.11 netmask 255.255.255.0 broadcast 192.168.1.255 inet6 fe80::bed3:c7ad:XXX:XXXX prefixlen 64 scopeid 0x20<link> inet6 2a01:cb0c:96c:d400:f995:d896:7a79:d9be prefixlen 64 scopeid 0x0<global> inet6 2a01:cb0c:96c:d400:a38b:db11:4d51:ca86 prefixlen 64 scopeid 0x0<global> ether 3c:a0:67:88:a7:91 txqueuelen 1000 (Ethernet) RX packets 219822 bytes 225401269 (225.4 MB) RX errors 0 dropped 0 overruns 0 frame 0 TX packets 160066 bytes 32570855 (32.5 MB) TX errors 0 dropped 0 overruns 0 carrier 0 collisions 0

Voyons maintenant le contenu des messages qui passe par ces cartes : les trames.

Trame

Le message qui transite par la carte réseau se nomme une trame. Que contient cette trame ?

Plusieurs choses :

  • D'abord : une séquence d'initialisation pour que la carte réceptrice comprenne qu'un message arrive.
  • Ensuite au moins deux informations : l'adresse MAC de destination (pour savoir si le message est pour vous) et l'adresse MAC de l'émetteur(pratique pour répondre).
  • Le fameux paquet IP
  • Une séquence de fin ou un moyen permettant de savoir que le message est fini !

Pour information, les 3 premiers octets sont propres au constructeur : deux cartes du même constructeur ont donc les mêmes trois premiers octets.

Exemple d'adresse MAC :  30 : E1 : 71 : 02 : A9 : 89 .

En se renseignant sur ces octets (30E171) sur un site le proposant (par exemple frameip.com mais il y en a plein), on obtient ainsi le résultat suivant :

Voici le résultat de la recherche de la correspondance entre le code Ethernet demandé et le constructeur :

  • Code : 30e171
  • Constructeur : Hewlett Packard

✎ 04° Trouver la marque de votre carte réseau. Si le site ne vous répond pas, donner au moins les octets qui sont censés vous permettre de trouver la carte.

Bon, quels sont les réseaux physiques les plus répandus actuellement.

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 en train d'être déployés. 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 (les communications légères que les objets connectés utilisent).

Et comment sont positionnés les routeurs les uns par rapport aux autres, quelque soit la nature physique de la liaison entre eux (Ethernet, Wifi, optique...) 

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

✎ 05° 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.

✎ 06° 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.

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 : 23 03 2020
Auteur : ows. h.