Difference between revisions of "MOOC:Compagnon Act01-f"

From Livre IPv6

(→‎Architecture de réseau)
(→‎Structure hiérarchique de l’adresse IPv4)
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=  Activité 01 : Qu'est ce que le réseau Internet ? =
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=  Activité 01 : Qu'est ce que le réseau Internet ? =
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* Donner la définition de l'Internet : le réseau des réseaux
 
* Donner la définition de l'Internet : le réseau des réseaux
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* Expliquer l'architecture en couche de l'Internet
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* Notion de réseau de communication
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** interconnexion de réseau : IP permet d'interconnecter différents réseaux physiques (Cuivre, WiFi, Mobile)
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** Rapidement l’infrastructure
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** Convergence des applications: IP est le protocole à travers lequels les services sont accessibles à travers Internet
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** notion d’hôte
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* Exposer le principe du datagramme : Analogie service postal
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* Les applications de l’Internet
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** 1 courrier = 1 paquet : Enveloppe (entête IP) + 1 lettre (1 payload)
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* Accéder à l’Internet
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** 1 boite au lettre = Interface de communication permettant de déposer et de recevoir des paquets
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** Le réseau domestique
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** 1 adresse postale = Identifiant unique attribué à chaque boite lettre et permettant l'acheminement du courrier au bon destinataire
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** Le réseau mobile
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* Système postal permet d'acheminer les courriers de l'expéditeur vers la boite aux lettres de destination
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** Le réseau d’entreprise
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* Principe fondamental d'IP : communication de bout en bout
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* Structure de l’internet : hiérarchie des réseaux
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** Chaque équipement est capable de communiquer avec un autre équipement connecté
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* L’adressage dans Internet
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** Par analogie, avec le système postal, le même courrier (enveloppe et contenu) va d'une maison à une autre. Il n'est pas nécessaire de refaire le paquet lors de l'acheminement.
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** Importance de l’adresse
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** L’adresse IPv4
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** Système de classes d’adresse
 
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== L'interconnexion de réseaux ==
 
  
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Qu'est ce qu'est L'Internet ? Littéralement, Internet est la contraction d' ''"Inter-networking"'' pour indiquer interconnexion de réseaux. L'Internet est donc le réseau des réseaux.  Un réseau est un système de transmission capable de transférer des données d'un point à un autre  de ses points. A ce stade nous ne voyons pas la différence avec l'Internet qui répond aussi à cette définition. En fait, comme souvent en informatique, il faut distinguer le physique et <!-- le virtuel--> le logique. Un système de transmission est donc une technologie de transmission physique mettant en oeuvre un support physique. Pour illustrer cette définition, On peut citer le wifi, la 4G du réseau cellulaire, l'ADSL, la fibre optique ou Ethernet. L'interconnexion physique de ces réseaux c'est à dire le branchement direct est très compliqué à cause des différents formats <!-- des paquets -->des  messages, de l'identification des nœuds et du service de transmission de chaque réseau physique.  La figure 1 montre cette 'idée de la mise bout à bout des réseaux physiques différents. Un noeud relais serait nécessaire pour faire les changements de formats de paquets. L'absence d'un plan d'adressage homogène rend les enchaînements quasi-impossibles.
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== Internet et l'interconnexion de réseaux ==
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[[Image:02-fig1.jpg|200px|center|thumb|Figure 1: L'interconnexion par branchement.
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Devant cette complexité, il est plus simple d'ajouter du logiciel qui utilise les différents systèmes de transmissions. Ce logiciel se rajoute par-dessus les systèmes de transmissions et permet alors de les interconnecter. Ce logiciel est commun à tous les noeuds du réseau et forme se que l'on appelle une couche.  Avec cette couche, cette interconnexion de réseaux physiques constitue un réseau unique virtuel. Et vous avez compris que ce réseau virtuel c'est l'Internet. La figure 2 illustre la représentation de l'interconnexion par superposition d'une couche de logiciel commune au dessus des réseaux physiques et qui est donc présente dans chaque noeud du réseau. Dans cette figure, nous avons des noeuds qui produisent et consomment des données. Ce sont les noeuds  des utilisateurs dans lesquelles les applications distribuées sont exécutées.  Puis nous avons des noeuds qui se chargent de relayer blocs de données d'un réseau à un autre. Ces noeuds ont un rôle essentiel dans l'interconnexion, ce sont les routeurs.
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Qu’est-ce que l'Internet ? Littéralement, Internet est la contraction d' ''"Inter-networking"'' qui signifie "interconnexion de réseaux". À ce stade, nous ne voyons pas la différence avec l'Internet qui répond aussi à cette définition. Mais Internet est bien plus qu’un simple réseau car c’est une interconnexion de réseaux à l’échelle mondiale. L'Internet est aussi appelé le réseau des réseaux. Sa couverture mondiale permet à des personnes partout dans le monde de communiquer grâce à de nombreuses applications.
  
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== Un réseau de communication ==
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[[Image:01-fig2.jpg|200px|center|thumb|Figure 2: L'interconnexion par superposition.
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Concrètement,  les routeurs  vont relayer des blocs de données provenant d'un système de transmission d'entrée pour les ré-émettre dans le système de transmission en sortie. Et de proche en proche les blocs de données émis par un client vont atteindre un serveur (ou inversement). Ces blocs de données échangés sur l'Internet qui transitent de la source à la destination sont connus sous le terme de paquets. Les routeurs traitent donc de l'acheminement des paquets dans l'Internet.
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Qu'est-ce qu’un réseau ? Un réseau est un système de transmission capable de transférer des données d'un point à un autre de ce réseau. Un réseau de communication fournit une infrastructure  pour l’échange d’informations entre n’importe quelles machines numériques qui y sont connectées.
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L’infrastructure du réseau comprend
  
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== Architecture de réseau ==
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L’infrastructure du réseau comprend
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--des liens de communication, qu’ils soient filaires ou sans fil,
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--des équipements comme les stations de base, les points d’accès WiFI, les commutateurs, ou les routeurs,
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--des programmes ou des logiciels qui réalisent les protocoles de l’Internet et les applications.
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Les machines numériques encore appelées ''"hôtes''" sont par exemple un ordinateur, un serveur, un  robot, un guichet automatique bancaire, une  montre connectée, ou un smartphone. Les hôtes exécutent les applications de communication qui sont les sources et les destinations du trafic.
  
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Si le principe d'usage de l'Internet est simple sa mise en oeuvre est complexe. Pour fonctionner correctement, un réseau de taille mondiale nécessite de nombreuses fonctions pour le rendre fiable et robuste. De plus sur ce réseau sont utilisées de nombreuses applications distribuées. Ces fonctions, pour leur coordination, mettent en oeuvre des protocoles qui régissent le format des données et les règles d'échanges. Tout cet ensemble  est organisé selon une architecture spécifique. On parle ici d'architecture de réseau qui repose sur une structuration en couches hiérarchiques comme indiquée par la figure 3. Au niveau le plus bas, on trouve le système de transmission. Puis la couche d'interconnexion est ajoutée au dessus. C'est au sein de cette couche que le protocole IPv6 opère. Ensuite on trouve la couche de contrôle des échanges pour que des processus source et destination dans des ordinateurs différents puissent  communiquer. Et pour finir la couche du sommet de l'architecture, est composée des protocoles utilisés par les différentes applications communicantes que vous utilisez comme celui du Web ou du courrier électronique pour les plus connus.
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== Les applications pour utiliser l’Internet ==
  
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Les applications sont des programmes informatiques exécutés sur plusieurs machines et qui collaborent pour permettre à des personnes de communiquer directement entre elles ou d’échanger des données à travers le réseau. Certaines applications sont qualifiées d’historiques comme le mail ou le transfert de fichiers car elles ont été développées au tout début d’Internet. Leur particularité est de transférer des données ou des fichiers. De nos jours, les internautes utilisent massivement le Web, les réseaux sociaux, la télévision ou les jeux en réseau. Ces applications récentes permettent l’échange de contenus plus riches tels que l’audio ou la vidéo.
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[[Image:01-fig1.jpg|200px|center|thumb|Figure 3: Architecture en couches de l'Internet.
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Citons par exemple, les applications suivantes :  Web, VoIP, e-mail, jeux, e-commerce,  calcul réparti, transfert de fichiers, vidéo à la demande, réseaux sociaux.
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== Accéder à l’Internet ==
  
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Dans cet ensemble, une couche à un rôle particulier c'est la couche d'interconnexion qui met en oeuvre maintenant le protocole IPv6. C'est une couche indispensable et qui est commune à tous les éléments de l'Internet. Elle est souvent qualifiée de glue car elle est l'élément qui effectue l'interconnexion d'un réseau. Le protocole IPv6 se caractérise par un format de paquet unique et un adressage associé homogène. Le paquet IP est échangé du  producteur de données (on parle de source) au consommateur (on parle de destination). Le paquet IP  se compose de 2 parties: une-tête qui contient les informations  nécessaires à son acheminement vers sa destination finale et une charge utile comportant les données de l'applications utilisatrices. Le paquet IP est une unité de transfert auto-descriptive car il identifie sa destination par son adresse globale.  D'ailleurs pour marquer cette particularité, le paquet IP est qualifié de datagramme. Aussi un paquet IP transite à travers différents systèmes de transmission sans changer de format d'un bout à l'autre de l'Internet.
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Pour communiquer, l’utilisateur dispose d’un terminal de communication, généralement un PC, une tablette ou un smartphone. L’application de communication s’exécute sur ces terminaux et envoie et/ou reçoit des informations de différentes natures (textes, images, audio, video). Ces terminaux utilisateurs sont connectés à des réseaux d’accès à Internet. Le réseau d’accès est le premier maillon pour accéder à Internet et le principal chose ressentie par l’utilisateur.
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On distingue plusieurs types de réseau d’accès.  
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Le réseau d’accès résidentiel permet aux utilisateurs d’accèder à Internet depuis leur domicile. Le particulier est abonné à un opérateur Internet ou fournisseur d’accès à Internet (FAI) via une offre d’abonnement Internet qui a un coût mensuel forfaitaire. Le réseau résidentiel est le plus souvent constitué autour d’une « box », qui est un routeur paramétré par l’opérateur. Cette box permet une interconnexion des machines de la maison en sans fil, grâce au Wi-Fi ou en filaire, grâce à Ethernet. Elle est relié au réseau de l’opérateur par la ligne téléphonique de l’abonné, en ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) ou en fibre optique.
  
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== Acheminement du paquet ==
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Avec la généralisation des « smartphones », légers et puissants, le réseau mobile ou cellulaire est largement utilisé pour accéder à l’Internet notamment aux réseaux sociaux. Le réseau mobile est déployé par un opérateur pour couvrir des territoires avec des communications sans fil. Sur un territoire sont disséminées des stations de base munies d’antennes qui couvre une cellule géographique. Les utilisateurs peuvent ainsi se connecter par des liaisons radio partagées.  Les stations de base forment un réseau d’accès connecté par fibre optique au réseau filaire de l’opérateur. Le réseau mobile permet aux utilisateurs de téléphoner partout et même en mobilité. Depuis leur déploiement à la fin des années 90, les réseaux mobiles ont connu des innovations technologiques majeures qui ont amélioré leur couverture et augmenté le débit d’accès. Ainsi avec la quatrième génération, on peut désormais transférer des données avec des débits de plusieurs Mbit/s et regarder des vidéos en streaming.
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Le troisième type de réseau d’accès est celui de l’entreprise. Ce réseau utilise le plus souvent la technologie Ethernet mais aussi le Wi-Fi. Ethernet est basé sur une infrastructure constituée du câblage en paires torsadées et de prises Ethernet (RJ45) et d’équipements dédiés. Le câblage est déployé dans tous les bureaux ou salles de l’entreprise et relie ainsi les hôtes aux équipements réseau : commutateurs Ethernet et routeurs.
  
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L'acheminement d'un datagramme dans l'Internet s'illustre assez bien avec l'analogie du service postal. Dans cette analogie, un courrier se compose d'une enveloppe et  d'une lettre.  Sur l'enveloppe, est indiquée l'adresse de destination et éventuellement au dos de l'enveloppe l'adresse de l'expéditeur. Le courrier est déposé dans une boite aux lettres. Ensuite ce courrier va transiter entre les différents centres postaux en empruntant différents moyens de transports pour arriver à la fin dans un sac d'un facteur qui va la déposer dans la boite aux lettres du destinataire.  
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== Structure de l’Internet ==
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L’Internet est une interconnexion de réseaux différents appartenant à différentes organisations. Une communication entre deux utilisateurs, de réseaux différents voire de pays différents passent par plusieurs réseaux. Comme le montre la figure 1, la communication entre Alice et Bob passe par plus d’un réseau : elle part du réseau résidentiel d’Alice, puis passe par le réseau X de son FAI. Le réseau X est lui-même connecté à un réseau régional, plus important. Pour simplifier, le réseau régional est connecté au réseau Backbone. Il interconnecte un autre réseau régional auquel est connecté le réseau d’opérateur Y auquel est abonné l’utilisateur B.
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Les réseaux de l’opérateur de Bob ou du FAI d’Alice sont des réseaux de collecte : ils donnent accès à Internet à une multitude d’abonnés. Ils couvrent une région ou un seul pays.
  
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Comme avec l'analogie postale, le datagramme emprunte différents systèmes de transmission pour son acheminement vers sa destination finale. Celle-ci est identifiée de manière unique par une adresse IP tout comme le destinataire avec une adresse postale dans le système postal.  L'en-tête, à l'image de l'enveloppe, comporte l'adresse de la destination. Et comme pour le courrier, le datagramme est acheminé quelque soit son contenu. Ainsi l'unité de transfert de l'Internet peut transporter des données de n'importe quel type comme de la voix, des fichiers ou de la vidéo. Et toujours comme le courrier, chaque datagramme d'un flux de datagrammes entre une source et une destination est traité de manière indépendante des uns des autres.  
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Le backbone ou épine dorsale d’Internet est constitué d’un ensemble de réseaux qui couvre plusieurs continents, fédérant ainsi tous les réseaux régionaux. Ils disposent d’une très grande capacité d’acheminement du trafic. Leurs clients sont d’autres réseaux de FAI et jamais des particuliers.
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Internet est donc composé d'un ensemble de réseaux différents, interconnectés de manière hiérarchique, mis en place et maintenu par des opérateurs privés. Leur interconnexion assure une connectivité globale entre les usagers et les services.
  
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Le service rendu par la couche d'interconnexion est une connectivité de bout en bout pour le transfert de datagrammes.
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La communication à travers des réseaux différents est possible grâce à la technologie de l'Internet. Internet semble être un réseau logique ou virtuel qui est en réalité une suite de réseaux physiques reliés les uns aux autres.
  
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== Les avantages de la technologie de l'Internet ==
 
  
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L'architecture de l'Internet et son mode d'acheminement par datagramme  confrère à l'Internet des propriétés qui l'ont rendu omniprésent dans la société. Les 7 clefs du succès de l'Internet sont:
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[[Image:01-fig1-intercx.png|200px|center|thumb|Figure 1 : Interconnexion de réseaux dans l’Internet.
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''IP, Un protocole unique superposé aux réseaux existants'' pour un format de paquet unique, un plan d'adressage homogène. L'unicité est une condition de simplicité du faite de ne pas à avoir gérer la multiplicité.  
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== L’adressage  IPv4 dans Internet ==
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Nous avons vu qu’Internet était une interconnexion de nombreux réseaux, publics, privés, FAI régionaux ou internationaux. A la manière d’une adresse postale ou d’un numéro de téléphone, chacun de ces réseaux est identifié de manière unique par une adresse réseau ou adresse IP. L’adresse IP est un élément essentiel car elle identifie de manière unique un réseau sur l’Internet. C’est une information indispensable pour effectuer le routage d’un paquet entre la source et son destinataire.
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Chaque réseau interconnecte de nombreux hôtes et routeurs qu’il faut pouvoir identifier de manière unique. L’adresse IP est hiérarchique à deux niveaux. Une partie de l’adresse, appelé préfixe réseau, identifie un réseau particulier sur l’Internet. La deuxième partie de l’adresse, appelée champ hôte, identifie de manière unique un hôte ou une interface de routeur sur ce réseau particulier. Grâce à cette adresse, on peut localiser sur quel réseau la machine est connectée, ce qui est indispensable pour le routage. Les adresses IP sont distribuées par un organisme appelé ''Registry'', différent pour chaque grande région du monde.
  
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''Un mode non connecté''.  Le service de transfert offert par IP s'utilise sans connection préalable (a l'opposé du téléphone). Il n'y a pas  de délai avant de communiquer au contraire du le téléphone. Le choix de la route est fait pour chaque paquet et à chaque routeur. Ceci a pour conséquence de rendre l'Internet robuste. En cas de panne dans le réseau, les paquets d'une même communication pourront suivre des chemin alternatifs. Ainsi une panne dans le réseau ne conduit pas à un arrêt de la communication et donc de l'application associée. 
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=== Structure hiérarchique de l’adresse IPv4===
  
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L’adresse est définie sur 32 bits ou 4 octets, selon un format hiérarchique en 2 champs (voir Fig.2).
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Le préfixe ‘’réseau’’ porte sur les bits de poids fort (à gauche des 32 bits). On l’appelle encore ‘’préfixe réseau’’  et ‘’NetID’’  (Network Identifier) en anglais.
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Le champ ‘’Hôte’’ porte sur les bits de poids faible (à droite des 32 bits). On l’appelle encore ‘’numéro d’hôte’’ ou ‘’HostID’’ (Host Identifier) en anglais.
  
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''Un contrôle de bout en bout''. Le service rendu par IP se limite à la remise du paquet à la destination finale  sans garantie de la remise. La fiabilisation du transfert est une valeur ajoutée par la source et la destination. Le contrôle du service rendu par IP s'effectue au niveau des extrémités et non au niveau des routeurs. Les routeurs sont déchargés des fonctions de contrôle. Il ont des traitements plus simples et donc plus rapide à effectuer afin qu'ils puissent écouler de nombreux paquets. Les fonctions d'acheminement et de contrôle sont ainsi clairement séparées. C'est le sens retrouvé avec l'appellation protocole TCP/IP
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[[Image:01-fig2-addr.png|200px|center|thumb|Figure 2 : Format de l’adresse IPv4.
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=== Système de classes d’adresse dans IPv4 ===
  
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''Indépendance sémantique''. Le transfert des paquets s'effectue indépendamment du contenu du paquet. Le paquet peut contenir du texte, de la voix ou de la vidéo. Le contenu du paquet n'est pas consulté ou pris en compte dans le principe de fonctionnement du routeur. L'Internet n'est pas dédié au transfert d'un type de données. Cel en fait un réseau généraliste et par là même un système extensible capable d'intégrer les évolutions dans les communications. Prenons l'histoire de l'internet pour illustrer cette idée. L'Internet a été conçue et utilisé à ses débuts pour le transfert de texte. Aujourd'hui, la télévision passe par Internet. C'est toujours la technologie IP mais le type de données a changé.
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Ces deux champs ont une longueur variable selon la taille du réseau. Initialement, tel que défini dans le RFC xx, le découpage de ces 2 champs dépendait d’un système de classes, notées de A à E (voir Fig.3). Pour différencier à quelle classe appartient une adresse réseau, il faut examiner les 3 premiers bits de poids fort. Ainsi, le premier bit de poids fort identifie la classe A. La valeur binaire ‘’10’’ identifie la classe B et la valeur binaire ‘’110’’ identifie la classe C. La classe D est identifiée par la valeur ‘’1110’’ et la classe E par ‘’1111’’. La classe A est associée aux très grands réseaux car 8 bits sont dédiés au préfixe réseau et 24 bits pour la partie hôte, offrant une capacité de 2^24 adresses possibles d’hôte, soit plus de 16 millions d’adresses. La classe B est associée aux grands réseaux car avec un préfixe et un champ hôte sur 16 bits, elle permet d’adresser jusqu’à 65536 hôtes. La classe C est dédiée aux petits réseaux connectant moins de 256 hôtes, avec un préfixe réseau sur 24 bits et un champ hôte sur 8 bits. La classe D est réservée pour l’adressage multicast et la classe E est non utilisée jusqu’à présent.
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[[Image:01-fig3-addr.png|200px|center|thumb|Figure 3 : Système de classes d’adresses (RFC ).
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''Passage à l'échelle''. Les fonctions du contrôle qui sont les plus couteuses en terme de temps de calculs sont distribuée au niveau de la source et de la destination. La fonction d'acheminement au sein d'un routeur est la plus simple possible.  La situation de l'Internet est qu'il comporte des terminaux intelligents et des routeurs simples. Ainsi chaque nouveau utilisateur qui connecte son terminal à l'Internet ne demande pas au réseau de l'intelligence bien au contraire, c'est le terminal qui amène de la puissance de calcul. Dans ces conditions, la croissance de la taille du réseau n'implique pas une limite à partir de laquelle les fonctions du réseaux  seraient  bloquées
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=== Notation décimal pointé d’une adresse IPv4 ===
  
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L’adresse IP est un nombre qui identifie un hôte particulier sur un réseau particulier. C’est un nombre binaire qui est utilisé notamment pour les routeurs qui décide du routage en comparant deux préfixes réseau par des opérations booléennes : 2 machines sont sur le même sous-réseau si la somme binaire de leur préfixe respectif est égal à zéro. On utilise la notation ‘’décimale pointée’’ pour faciliter leur manipulation par des humains. Cela consiste à représenter en décimale la valeur de chaque octet de l’adresse, chaque octet étant délimité par un point. Ainsi la figure 4 montre une adresse binaire et sa notation décimale en dessous. Cette adresse commençant par ‘’10’’, il s’agit d’une adresse de classe B qui définit le préfixe réseau sur 16 bits et le numéro d’hôte sur 16 bits aussi.
  
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''Un partage des ressources à la demande''. Un réseau est un système de partage de ressource en l'occurence les artères de communications sont à partager entre les différents communications. Dans l'internet, l'unité de partage de la ressource est le paquet. Les paquets des différentes communications  s'entrelacent sur un lien. Les ressources du réseau sont utilisées uniquement quand un paquet est émis.  Lorsqu'il y a une inactivité dans la communication aucune ressource du réseau est utilisée. Ce partage à l'usage permet des gains statistiques, autorise un grand nombre de communications simultanément et offre un taux d'utilisation des ressources important.
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[[Image: 01-fig4-decimal.png|200px|center|thumb|Figure 4 : Notation de l’adresse réseau en décimal.
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''une connectivité globale''. Outre que le protocole IP offre un service de connectivité entre les différents noeuds de l'Internet. L'Internet c'est aussi des applications sur des noeuds différents qui interopèrent. Ceci est du au fait que les protocoles de l'Internet sont disponibles librement. Ils peuvent être mis en oeuvre dans tous les systèmes.
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Par convention, on note l’adresse réseau avec une valeur à zéro dans tous les bits du numéro. Sur l’exemple de la figure 4, l’adresse réseau est donc : 129.4.0.0.
  
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== En conclusion ==
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=== Système sans classe : CIDR ===
  
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Pour résumer, qu'est ce que le réseau Internet ? Le réseau Internet se définit alors comme une interconnexion de réseaux offrant aux machines numériques connectées à ces réseaux, un service de connectivité globale. C'est à dire qu'un datagramme IP pourra aller d'un bout à l'autre, c'est à dire de la source à la destination et ceci sans changement du format lors de l'acheminement et indépendamment du contenu transporté par le datagramme.
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En 1993, la solution CIDR (Classless Internet Domain Routing) permet de s’affranchir du système de classes. Au départ, il s’agit d’allouer plusieurs classes C contigües afin d’allouer un nombre d’adresses au plus près de la demande. Ainsi, un réseau qui demande 500 adresses se verra allouer deux classes C contigües, par exemple les blocs 193.56.64.0 et 193.56.65.0. Cela revient à numéroter les hôtes sur 9 bits puisque la valeur binaire du préfixe réseau est : ‘’’11000001.00111000.0100000|0.00000000’’’. Avec CIDR, les premiers bits de l’adresse ne permettent plus d’en déduire la longueur de chacun des champs réseau et hôte. L’information sur la longueur du préfixe réseau a donc été ajoutée à la fin de l’adresse. Ainsi une adresse est notée ''a.b.c.d/x'' où x est un entier qui indique le nombre de bits du préfixe réseau. Dans l'exemple précédent, l’adresse 129.4.0.0 de classe B sera maintenant notée 129.4.0.0/16. Dans le deuxième exemple de 2 classes C contigües, on notera l’adresse réseau : 193.56.64.0/23. Avec cette notation, on connaît le nombre x de bits consacrés au préfixe réseau et par soustraction à 32, on peut en déduire le nombre de bits dédiés au numéro d’hôte.
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== En conclusion ==
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Le réseau Internet se définit comme une interconnexion de réseaux offrant aux machines numériques connectées à ces réseaux, un service de connectivité globale. Internet est organisé hiérarchiquement en interconnectant des milliards de réseaux d'accès à des réseaux régionaux, internationaux jusqu'aux réseaux de backbone. Tous les jours de nouveaux réseaux sont interconnectés à l'Internet sans que cela change les réseaux déjà connectés. L'adresse Internet est au coeur de cette connectivité globale mais dans sa version IPv4, sa capacité limitée et son mode d'attribution en font aussi son point faible.

Revision as of 16:13, 24 February 2022

Activité 01 : Qu'est ce que le réseau Internet ?

Internet et l'interconnexion de réseaux

Qu’est-ce que l'Internet ? Littéralement, Internet est la contraction d' "Inter-networking" qui signifie "interconnexion de réseaux". À ce stade, nous ne voyons pas la différence avec l'Internet qui répond aussi à cette définition. Mais Internet est bien plus qu’un simple réseau car c’est une interconnexion de réseaux à l’échelle mondiale. L'Internet est aussi appelé le réseau des réseaux. Sa couverture mondiale permet à des personnes partout dans le monde de communiquer grâce à de nombreuses applications.

Un réseau de communication

Qu'est-ce qu’un réseau ? Un réseau est un système de transmission capable de transférer des données d'un point à un autre de ce réseau. Un réseau de communication fournit une infrastructure pour l’échange d’informations entre n’importe quelles machines numériques qui y sont connectées. L’infrastructure du réseau comprend

L’infrastructure du réseau comprend --des liens de communication, qu’ils soient filaires ou sans fil, --des équipements comme les stations de base, les points d’accès WiFI, les commutateurs, ou les routeurs, --des programmes ou des logiciels qui réalisent les protocoles de l’Internet et les applications. Les machines numériques encore appelées "hôtes" sont par exemple un ordinateur, un serveur, un robot, un guichet automatique bancaire, une montre connectée, ou un smartphone. Les hôtes exécutent les applications de communication qui sont les sources et les destinations du trafic.

Les applications pour utiliser l’Internet

Les applications sont des programmes informatiques exécutés sur plusieurs machines et qui collaborent pour permettre à des personnes de communiquer directement entre elles ou d’échanger des données à travers le réseau. Certaines applications sont qualifiées d’historiques comme le mail ou le transfert de fichiers car elles ont été développées au tout début d’Internet. Leur particularité est de transférer des données ou des fichiers. De nos jours, les internautes utilisent massivement le Web, les réseaux sociaux, la télévision ou les jeux en réseau. Ces applications récentes permettent l’échange de contenus plus riches tels que l’audio ou la vidéo. Citons par exemple, les applications suivantes : Web, VoIP, e-mail, jeux, e-commerce, calcul réparti, transfert de fichiers, vidéo à la demande, réseaux sociaux.

Accéder à l’Internet

Pour communiquer, l’utilisateur dispose d’un terminal de communication, généralement un PC, une tablette ou un smartphone. L’application de communication s’exécute sur ces terminaux et envoie et/ou reçoit des informations de différentes natures (textes, images, audio, video). Ces terminaux utilisateurs sont connectés à des réseaux d’accès à Internet. Le réseau d’accès est le premier maillon pour accéder à Internet et le principal chose ressentie par l’utilisateur. On distingue plusieurs types de réseau d’accès. Le réseau d’accès résidentiel permet aux utilisateurs d’accèder à Internet depuis leur domicile. Le particulier est abonné à un opérateur Internet ou fournisseur d’accès à Internet (FAI) via une offre d’abonnement Internet qui a un coût mensuel forfaitaire. Le réseau résidentiel est le plus souvent constitué autour d’une « box », qui est un routeur paramétré par l’opérateur. Cette box permet une interconnexion des machines de la maison en sans fil, grâce au Wi-Fi ou en filaire, grâce à Ethernet. Elle est relié au réseau de l’opérateur par la ligne téléphonique de l’abonné, en ADSL (Asymetric Digital Subscriber Line) ou en fibre optique.

Avec la généralisation des « smartphones », légers et puissants, le réseau mobile ou cellulaire est largement utilisé pour accéder à l’Internet notamment aux réseaux sociaux. Le réseau mobile est déployé par un opérateur pour couvrir des territoires avec des communications sans fil. Sur un territoire sont disséminées des stations de base munies d’antennes qui couvre une cellule géographique. Les utilisateurs peuvent ainsi se connecter par des liaisons radio partagées. Les stations de base forment un réseau d’accès connecté par fibre optique au réseau filaire de l’opérateur. Le réseau mobile permet aux utilisateurs de téléphoner partout et même en mobilité. Depuis leur déploiement à la fin des années 90, les réseaux mobiles ont connu des innovations technologiques majeures qui ont amélioré leur couverture et augmenté le débit d’accès. Ainsi avec la quatrième génération, on peut désormais transférer des données avec des débits de plusieurs Mbit/s et regarder des vidéos en streaming. Le troisième type de réseau d’accès est celui de l’entreprise. Ce réseau utilise le plus souvent la technologie Ethernet mais aussi le Wi-Fi. Ethernet est basé sur une infrastructure constituée du câblage en paires torsadées et de prises Ethernet (RJ45) et d’équipements dédiés. Le câblage est déployé dans tous les bureaux ou salles de l’entreprise et relie ainsi les hôtes aux équipements réseau : commutateurs Ethernet et routeurs.

Structure de l’Internet

L’Internet est une interconnexion de réseaux différents appartenant à différentes organisations. Une communication entre deux utilisateurs, de réseaux différents voire de pays différents passent par plusieurs réseaux. Comme le montre la figure 1, la communication entre Alice et Bob passe par plus d’un réseau : elle part du réseau résidentiel d’Alice, puis passe par le réseau X de son FAI. Le réseau X est lui-même connecté à un réseau régional, plus important. Pour simplifier, le réseau régional est connecté au réseau Backbone. Il interconnecte un autre réseau régional auquel est connecté le réseau d’opérateur Y auquel est abonné l’utilisateur B. Les réseaux de l’opérateur de Bob ou du FAI d’Alice sont des réseaux de collecte : ils donnent accès à Internet à une multitude d’abonnés. Ils couvrent une région ou un seul pays.

Le backbone ou épine dorsale d’Internet est constitué d’un ensemble de réseaux qui couvre plusieurs continents, fédérant ainsi tous les réseaux régionaux. Ils disposent d’une très grande capacité d’acheminement du trafic. Leurs clients sont d’autres réseaux de FAI et jamais des particuliers. Internet est donc composé d'un ensemble de réseaux différents, interconnectés de manière hiérarchique, mis en place et maintenu par des opérateurs privés. Leur interconnexion assure une connectivité globale entre les usagers et les services.

La communication à travers des réseaux différents est possible grâce à la technologie de l'Internet. Internet semble être un réseau logique ou virtuel qui est en réalité une suite de réseaux physiques reliés les uns aux autres.


Figure 1 : Interconnexion de réseaux dans l’Internet.

L’adressage IPv4 dans Internet

Nous avons vu qu’Internet était une interconnexion de nombreux réseaux, publics, privés, FAI régionaux ou internationaux. A la manière d’une adresse postale ou d’un numéro de téléphone, chacun de ces réseaux est identifié de manière unique par une adresse réseau ou adresse IP. L’adresse IP est un élément essentiel car elle identifie de manière unique un réseau sur l’Internet. C’est une information indispensable pour effectuer le routage d’un paquet entre la source et son destinataire. Chaque réseau interconnecte de nombreux hôtes et routeurs qu’il faut pouvoir identifier de manière unique. L’adresse IP est hiérarchique à deux niveaux. Une partie de l’adresse, appelé préfixe réseau, identifie un réseau particulier sur l’Internet. La deuxième partie de l’adresse, appelée champ hôte, identifie de manière unique un hôte ou une interface de routeur sur ce réseau particulier. Grâce à cette adresse, on peut localiser sur quel réseau la machine est connectée, ce qui est indispensable pour le routage. Les adresses IP sont distribuées par un organisme appelé Registry, différent pour chaque grande région du monde.

Structure hiérarchique de l’adresse IPv4

L’adresse est définie sur 32 bits ou 4 octets, selon un format hiérarchique en 2 champs (voir Fig.2). Le préfixe ‘’réseau’’ porte sur les bits de poids fort (à gauche des 32 bits). On l’appelle encore ‘’préfixe réseau’’ et ‘’NetID’’ (Network Identifier) en anglais. Le champ ‘’Hôte’’ porte sur les bits de poids faible (à droite des 32 bits). On l’appelle encore ‘’numéro d’hôte’’ ou ‘’HostID’’ (Host Identifier) en anglais.

Figure 2 : Format de l’adresse IPv4.

Système de classes d’adresse dans IPv4

Ces deux champs ont une longueur variable selon la taille du réseau. Initialement, tel que défini dans le RFC xx, le découpage de ces 2 champs dépendait d’un système de classes, notées de A à E (voir Fig.3). Pour différencier à quelle classe appartient une adresse réseau, il faut examiner les 3 premiers bits de poids fort. Ainsi, le premier bit de poids fort identifie la classe A. La valeur binaire ‘’10’’ identifie la classe B et la valeur binaire ‘’110’’ identifie la classe C. La classe D est identifiée par la valeur ‘’1110’’ et la classe E par ‘’1111’’. La classe A est associée aux très grands réseaux car 8 bits sont dédiés au préfixe réseau et 24 bits pour la partie hôte, offrant une capacité de 2^24 adresses possibles d’hôte, soit plus de 16 millions d’adresses. La classe B est associée aux grands réseaux car avec un préfixe et un champ hôte sur 16 bits, elle permet d’adresser jusqu’à 65536 hôtes. La classe C est dédiée aux petits réseaux connectant moins de 256 hôtes, avec un préfixe réseau sur 24 bits et un champ hôte sur 8 bits. La classe D est réservée pour l’adressage multicast et la classe E est non utilisée jusqu’à présent.

Figure 3 : Système de classes d’adresses (RFC ).

Notation décimal pointé d’une adresse IPv4

L’adresse IP est un nombre qui identifie un hôte particulier sur un réseau particulier. C’est un nombre binaire qui est utilisé notamment pour les routeurs qui décide du routage en comparant deux préfixes réseau par des opérations booléennes : 2 machines sont sur le même sous-réseau si la somme binaire de leur préfixe respectif est égal à zéro. On utilise la notation ‘’décimale pointée’’ pour faciliter leur manipulation par des humains. Cela consiste à représenter en décimale la valeur de chaque octet de l’adresse, chaque octet étant délimité par un point. Ainsi la figure 4 montre une adresse binaire et sa notation décimale en dessous. Cette adresse commençant par ‘’10’’, il s’agit d’une adresse de classe B qui définit le préfixe réseau sur 16 bits et le numéro d’hôte sur 16 bits aussi.

Figure 4 : Notation de l’adresse réseau en décimal.

Par convention, on note l’adresse réseau avec une valeur à zéro dans tous les bits du numéro. Sur l’exemple de la figure 4, l’adresse réseau est donc : 129.4.0.0.

Système sans classe : CIDR

En 1993, la solution CIDR (Classless Internet Domain Routing) permet de s’affranchir du système de classes. Au départ, il s’agit d’allouer plusieurs classes C contigües afin d’allouer un nombre d’adresses au plus près de la demande. Ainsi, un réseau qui demande 500 adresses se verra allouer deux classes C contigües, par exemple les blocs 193.56.64.0 et 193.56.65.0. Cela revient à numéroter les hôtes sur 9 bits puisque la valeur binaire du préfixe réseau est : ‘’’11000001.00111000.0100000|0.00000000’’’. Avec CIDR, les premiers bits de l’adresse ne permettent plus d’en déduire la longueur de chacun des champs réseau et hôte. L’information sur la longueur du préfixe réseau a donc été ajoutée à la fin de l’adresse. Ainsi une adresse est notée a.b.c.d/x où x est un entier qui indique le nombre de bits du préfixe réseau. Dans l'exemple précédent, l’adresse 129.4.0.0 de classe B sera maintenant notée 129.4.0.0/16. Dans le deuxième exemple de 2 classes C contigües, on notera l’adresse réseau : 193.56.64.0/23. Avec cette notation, on connaît le nombre x de bits consacrés au préfixe réseau et par soustraction à 32, on peut en déduire le nombre de bits dédiés au numéro d’hôte.

En conclusion

Le réseau Internet se définit comme une interconnexion de réseaux offrant aux machines numériques connectées à ces réseaux, un service de connectivité globale. Internet est organisé hiérarchiquement en interconnectant des milliards de réseaux d'accès à des réseaux régionaux, internationaux jusqu'aux réseaux de backbone. Tous les jours de nouveaux réseaux sont interconnectés à l'Internet sans que cela change les réseaux déjà connectés. L'adresse Internet est au coeur de cette connectivité globale mais dans sa version IPv4, sa capacité limitée et son mode d'attribution en font aussi son point faible.

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