(et donc TCP/IP) explose.

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Base des réseaux informatiques
Appréhension du modèle OSI et de TCP/IP
Desmaison Romain / Monceret Nicolas
**MOTS CLEFS / A DEFINIR
ISO :
Le modèle de référence OSI (Open System Interconnections) définit une sorte de langage commun. Ce
modèle a été mis au point par l'ISO (Organisation Internationale des Standards) et il est devenu le socle de
référence pour tout système de traitement de communications.
Média / Médium :
Support physique permettant la transmission de données, ici, au sein d’un réseau. Il peut être de type
torsadé blindé, fibre optique…
Optoélectronique :
La fibre optique est le média le plus couramment utilisé pour assurer les transmissions point à point, plus
longues et à haut débit sur des backbones de réseau local (LAN) et sur des réseaux longue distance
(WAN). Les médias optiques utilisent la lumière pour transmettre des données via des fibres en matière
plastique ou en verre fin. Les signaux électriques amènent un émetteur à fibre optique à produire des
signaux lumineux dans la fibre, que l'hôte récepteur convertit en signaux électriques à l'autre extrémité de
la fibre. Cependant, le courant électrique ne circule pas dans les câbles à fibre optique, car le verre utilisé
dans ce type de câble est un excellent isolant électrique.
Bande passante :
La bande passante désigne le débit maximum supporté par une ligne de communication exprimé en
nombre de bits que l'on peut transmettre, en une seconde, sur une liaison. La bande passante exprime en
quelque sorte la "grosseur" du tuyau utilisé pour la réalisation des échanges. Elle est habituellement
exprimée par le nombre de cycles par seconde (Hertz, ou Hz) dans les systèmes analogues et par le
nombre de bits par seconde (bps ou bauds) dans les systèmes numériques. D’un point de vue physique, la
bande passante est une plage de fréquence pour laquelle le signal n’atteint pas de fortes atténuations.
IPv4 :
IPv4 est la version 4 du Protocole Internet. Elle fut la première version du Protocole Internet à être
largement déployée, et forme encore la base (en 2005) de l'Internet. Elle est décrite dans la RFC numéro
791 (RFC 791).
IPv4 utilise une adresse IP sur 32 bits, ce qui est un facteur limitant à l'expansion d'Internet puisque
"seulement" 4 294 967 296 adresses sont possibles. Cette limitation conduit à la transition d'IPv4 vers IPv6,
actuellement en cours de déploiement, qui devrait progressivement le remplacer. Cette limitation est pour
l'instant contournée grâce à l'utilisation de techniques de translation d'adresses NAT ainsi que par
l'adoption du système CIDR.
Modèle OSI :
Le modèle de référence OSI (Open System Interconnections) publié en 1984 fut le modèle descriptif de
réseau créé par l’ISO. Ce modèle propose aux fournisseurs un ensemble de normes assurant une
compatibilité et une interopérabilité accrues entre divers types de technologies réseau produites par de
nombreuses entreprises à travers le monde.
Le modèle de référence OSI s’est imposé comme le principal modèle pour les communications réseau.
Bien qu’il existe d’autres modèles, la plupart des constructeurs de réseau se fondent sur le modèle de
référence OSI pour la conception de leurs produits. Cela est particulièrement vrai lorsqu’ils souhaitent
éduquer les utilisateurs à l’utilisation de leurs produits. Ce modèle est considéré comme le meilleur outil
disponible pour décrire l’envoi et la réception de données sur un réseau.
Ethernet :
Ethernet est un protocole de réseau informatique à commutation de paquets implémentant la couche
physique et la sous-couche MAC du modèle OSI. Le standard qui a été le plus utilisé dans les années 1990
et qui l'est toujours est le 802.3 de l'IEEE. Ce dernier a largement remplacé d'autres standards comme le
Token Ring et l'ARCNET.
Caractéristiques et Fonctionnement de Ethernet
Ethernet (aussi connu sous le nom de norme IEEE 802.3) est une technologie de réseau local basé sur le
principe suivant :
Toutes les machines du réseau Ethernet sont connectées à une même ligne de
communication, constituée de câbles cylindriques.
On distingue différentes variantes de technologies Ethernet suivant le diamètre des câbles utilisés:




10Base-2: Le câble utilisé est un câble coaxial de faible diamètre
10Base-5: Le câble utilisé est un câble coaxial de gros diamètre
10Base-T: Le câble utilisé est une paire torsadée, le débit atteint est d'environ 10Mbps
100Base-TX: Comme 10Base-T mais avec une vitesse de transmission beaucoup plus importante (100Mbps)
Technologie
Type de câble
Vitesse Portée
10Base-2
Câble coaxial de faible diamètre
10Mb/s 185m
10Base-5
Câble coaxial de gros diamètre (0.4 inch) 10Mb/s 500m
10Base-T
Double paire torsadée
10 Mb/s 100m
100Base-TX Double paire torsadée
100 Mb/s 100m
1000Base-SX Fibre optique
1000 Mb/s 500m
Ethernet est une technologie de réseau très utilisée car le prix de revient d'un tel réseau n'est pas très élevé.
Tous les ordinateurs d'un réseau Ethernet sont reliés à une même ligne de transmission, et la communication se fait à
l'aide d'un protocole appelé CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect ce qui signifie qu'il s'agit
d'un protocole d'accès multiple avec surveillance de porteuse (Carrier Sense) et détection de collision).
Avec ce protocole toute machine est autorisée à émettre sur la ligne à n'importe quel moment et sans notion de priorité
entre les machines. Cette communication se fait de façon simple:



Chaque machine vérifie qu'il n'y a aucune communication sur la ligne avant d'émettre
Si deux machines émettent simultanément, alors il y a collision (c'est-à-dire que plusieurs trames de données
se trouvent sur la ligne au même moment)
Les deux machines interrompent leur communication et attendent un délai aléatoire, puis la première ayant
passé ce délai peut alors réémettre
Ce principe est basé sur plusieurs contraintes:


Les paquets de données doivent avoir une taille maximale
il doit y avoir un temps d'attente entre deux transmissions
Le temps d'attente varie selon la fréquence des collisions:




Après la première collision une machine attend une unité de temps
Après la seconde collision la machine attend deux unités de temps
Après la troisième collision la machine attend quatre unités de temps
... avec bien entendu un petit temps supplémentaire aléatoire
Ethernet commuté :
Jusque là, la topologie Ethernet décrite était celle de l'Ethernet partagé (tout message émis est entendu par
l'ensemble des machines raccordées, la bande passante disponible est partagée par l'ensemble des
machines).
Depuis quelques années une évolution importante s'est produite: celle de l'Ethernet commuté.
La topologie physique reste une étoile, organisée autour d'un commutateur (switch). Le commutateur utilise
un mécanisme de filtrage et de commutation très similaire à celui utilisé par les passerelles (bridge) où ces
techniques sont utilisées depuis fort longtemps.
Il inspecte les adresses de source et de destination des messages, dresse une table qui lui permet alors de
savoir quelle machine est connectée sur quel port du switch (en général ce processus se fait par auto
apprentissage, c'est-à-dire automatiquement, mais le gestionnaire du switch peut procéder à des réglages
complémentaires).
Connaissant le port du destinataire, le commutateur ne transmettra le message que sur le port adéquat, les
autres ports restants dès lors libres pour d'autres transmissions pouvant se produire simultanément.
Il en résulte que chaque échange peut s'effectuer à débit nominal (plus de partage de la bande passante),
sans collisions, avec pour conséquence une augmentation très sensible de la bande passante du réseau (à
vitesse nominale égale).
Quant à savoir si tous les ports d'un commutateur peuvent dialoguer en même temps sans perte de
messages, cela dépend de la qualité de ce dernier (non blocking switch).
Puisque la commutation permet d'éviter les collisions et que les techniques 10/100/1000 base T(X)
disposent de circuits séparés pour la transmission et la réception (une paire torsadée par sens de
transmission), la plupart des commutateurs modernes permet de désactiver la détection de collision et de
passer en mode full-duplex sur les ports. De la sorte, les machines peuvent émettre et recevoir en même
temps (ce qui contribue à nouveau à la performance du réseau).
Le mode full-duplex est particulièrement intéressant pour les serveurs qui doivent desservir plusieurs
clients.
Les commutateurs Ethernet modernes détectent également la vitesse de transmission utilisée par chaque
machine (autosensing) et si cette dernière supporte plusieurs vitesses (10 ou 100 ou 1000 megabits/sec)
entament avec elle une négociation pour choisir une vitesse ainsi que le mode semi-duplex ou full-duplex
de la transmission. Cela permet d'avoir un parc de machines ayant des performances différentes (par
exemple un parc d'ordinateurs avec diverses configurations matérielles).
Comme le trafic émis et reçu n'est plus transmis sur tous les ports, il devient beaucoup plus difficile
d'espionner (sniffer) ce qui se passe. Voilà qui contribue à la sécurité générale du réseau, ce qui est un
thème fort sensible aujourd'hui.
Pour terminer, l'usage de commutateurs permet de construire des réseaux plus étendus
géographiquement. En Ethernet partagé, un message doit pouvoir atteindre toute autre machine dans le
réseau dans un intervalle de temps précis (slot time) sans quoi le mécanisme de détection des collisions
(CSMA/CD) ne fonctionne pas correctement.
Les modèles OSI & TCP/IP
Le modèle OSI :
Le modèle OSI est un modèle qui comporte 7 couches, tandis que le modèle TCP/IP n'en comporte que 4.
En réalité le modèle TCP/IP a été développé à peu près au même moment que le modèle OSI, c'est la
raison pour laquelle il s'en inspire mais n'est pas totalement conforme aux spécifications du modèle OSI.
I. La couche physique définit la façon dont les
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
données sont physiquement converties en signaux
numériques sur le média de communication
(impulsions électriques, modulation de la lumière,
etc.).
La couche liaison de données définit l'interface
avec la carte réseau et le partage du média de
transmission.
La couche réseau permet de gérer l'adressage et
le routage des données, c'est-à-dire leur
acheminement via le réseau.
La couche transport est chargée du transport des
données, de leur découpage en paquets et de la
gestion des éventuelles erreurs de transmission.
La couche session définit l'ouverture et la
destruction des sessions de communication entre
les machines du réseau.
La couche présentation définit le format des
données manipulées par le niveau applicatif (leur
représentation, éventuellement leur compression et
leur chiffrement) indépendamment du système.
La couche application assure l'interface avec les
applications. Il s'agit donc du niveau le plus proche
des utilisateurs, géré directement par les logiciels.
Le modèle TCP/IP :
TCP/IP regroupe globalement deux notions :


La notion de standard : TCP/IP représente la façon dont les communications s'effectuent sur un
réseau.
La notion d'implémentation : l'appellation TCP/IP est souvent étendue aux logiciels basés sur le
protocole TCP/IP. TCP/IP est en fait un modèle sur lequel les développeurs d'applications réseau
s'appuient. Les applications sont ainsi des implémentations du protocole TCP/IP.
Le modèle TCP/IP, inspiré du modèle OSI, reprend l'approche modulaire (utilisation de modules ou
couches) mais en contient uniquement quatre :
I. Couche Accès réseau : elle spécifie la forme sous laquelle les données doivent être
acheminées quel que soit le type de réseau utilisé
II. Couche Internet : elle est chargée de fournir le paquet de données (datagramme)
III. Couche Transport : elle assure l'acheminement des données, ainsi que les
mécanismes permettant de connaître l'état de la transmission
IV. Couche Application : elle englobe les applications standard du réseau (Telnet, SMTP,
FTP, ...)
Afin de pouvoir appliquer le modèle TCP/IP à n'importe quelles machines, c'est-à-dire
indépendamment du système d'exploitation, le système de protocoles TCP/IP a été décomposé
en plusieurs modules effectuant chacun une tâche précise. De plus, ces modules effectuent
ces tâches les uns après les autres dans un ordre précis, on a donc un système stratifié, c'est
la raison pour laquelle on parle de modèle en couches.
Le terme de couche est utilisé pour évoquer le fait que les données qui transitent sur le réseau
traversent plusieurs niveaux de protocoles. Ainsi, les données (paquets d'informations) qui
circulent sur le réseau sont traitées successivement par chaque couche, qui vient rajouter un
élément d'information (appelé en-tête) puis sont transmises à la couche suivante.
Corrélation entre les différents modèles OSI et TCP/IP
Tout d'abord, les points communs. Les modèles OSI et TCP/IP sont tous les deux fondés sur le concept de pile de
protocoles indépendants. Ensuite, les fonctionnalités des couches sont globalement les mêmes.
Au niveau des différences, on peut remarquer la chose suivante : le modèle OSI faisait clairement la différence entre 3
concepts principaux, alors que ce n'est plus tout à fait le cas pour le modèle TCP/IP. Ces 3 concepts sont les concepts
de services, interfaces et protocoles. En effet, TCP/IP fait peu la distinction entre ces concepts, et ce malgré les efforts
des concepteurs pour se rapprocher de l'OSI. Cela est dû au fait que pour le modèle TCP/IP, ce sont les protocoles qui
sont d'abord apparus. Le modèle ne fait finalement que donner une justification théorique aux protocoles, sans les
rendre véritablement indépendants les uns des autres.
Enfin, la dernière grande différence est liée au mode de connexion. Certes, les modes orienté connexion et sans
connexion sont disponibles dans les deux modèles mais pas à la même couche : pour le modèle OSI, ils ne sont
disponibles qu'au niveau de la couche réseau (au niveau de la couche transport, seul le mode orienté connexion n'est
disponible), alors qu'ils ne sont disponibles qu'au niveau de la couche transport pour le modèle TCP/IP (la couche
Internet n'offre que le mode sans connexion). Le modèle TCP/IP a donc cet avantage par rapport au modèle OSI : les
applications (qui utilisent directement la couche transport) ont véritablement le choix entre les deux modes de
connexion.
Au niveau de son utilisation et implémentation, et ce malgré une mise à jour du modèle en 1994, OSI a clairement
perdu la guerre face à TCP/IP. Seuls quelques grands constructeurs dominant conservent le modèle mais il est amené
à disparaître d'autant plus vite qu'Internet (et donc TCP/IP) explose.
Caractéristiques et Fonctionnement de IPv4
Sur Internet, les ordinateurs communiquent entre eux grâce au protocole IP v4 (Internet Protocol version 4), qui utilise
des adresses numériques, appelées adresses IP, composées de 4 nombres entiers (4 octets) entre 0 et 255 et notées
sous la forme xxx.xxx.xxx.xxx. Ces numéros servent aux ordinateurs du réseau pour se reconnaître, ainsi chaque
ordinateur du réseau possèdre sa propre adresse IP unique.
C'est l'IANA (Internet Assigned Numbers Agency) qui est chargée d'attribuer ces numéros.
On distingue en fait deux parties dans l'adresse IP:
- Une partie des nombres à gauche désigne le réseau (on l'appelle netID).
- Les nombres de droite désignent les ordinateurs de ce réseau (on l'appelle host-ID).
Différentes adresses dédiées :
- Lorsque l'on annule la partie host-id, c'est-à-dire lorsque l'on remplace les bits réservés aux machines du réseau, on
obtient ce que l'on appelle l'adresse réseau.
- Lorsque l'on annule la partie netid, c'est-à-dire lorsque l'on remplace les bits réservés au réseau, on obtient ce que
l'on appelle l'adresse machine. Cette adresse représente la machine spécifiée par le host-ID qui se trouve sur le réseau
courant.
- Lorsque tous les bits de la partie host-id sont à 1, on obtient ce que l'on appelle l'adresse de diffusion (en anglais
broadcast), c'est-à-dire une adresse qui permettra d'envoyer le message à toutes les machines situées sur le réseau
spécifié par le netID.
- Lorsque tous les bits de la partie netid sont à 1, on obtient ce que l'on appelle l'adresse de diffusion limitée (multicast).
L'adresse 127.0.0.1 est appelée adresse de boucle locale (en anglais loopback), car elle désigne la machine locale (en
anglais localhost).
Notion de classe :
Les adresses IP sont donc réparties en classes, c'est-à-dire selon le nombre d'octets qui représentent le réseau.
Le but de la division des adresses IP en trois classes A,B et C est de faciliter la recherche d'un ordinateur sur le réseau.
En effet avec cette notation il est possible de rechercher dans un premier temps le réseau que l'on désire atteindre puis
de chercher un ordinateur sur celui-ci. Ainsi l'attribution des adresses IP se fait selon la taille du réseau.
Les adresses de classe A sont réservées aux très grands réseaux, tandis que l'on attribuera les adresses de classe C à
des petits réseaux d'entreprise par exemple.
Notion de masque :
Pour comprendre ce qu'est un masque, il peut-être intéressant de jeter un oeil à la section assembleur qui parle du
masquage en binaire.
En résumé, on fabrique un masque contenant des 1 aux emplacements des bits que l'on désire conserver, et des 0
pour ceux que l'on veut rendre égaux à zéro. Une fois ce masque créé, il suffit de faire un ET entre la valeur que l'on
désire masquer et le masque afin de garder intacte la partie que l'on désire et annuler le reste.
Ainsi, un masque réseau (en anglais netmask) se présente sous la forme de 4 octets séparés par des points (comme
une adresse IP), il comprend (dans sa notation binaire) des zéros aux niveau des bits de l'adresse IP que l'on veut
annuler (et des 1 au niveau de ceux que l'on désire conserver).
Vérification des hypothèses