Partie 4 : Réseaux et protocoles

Programme officiel (B.O.)

B.O. spécial n° 1 du 22 janvier 2019 - NSI Première

Contenus	Capacités attendues	Commentaires
Transmission de données dans un réseau. Protocoles de communication. Architecture d'un réseau.	Mettre en évidence l'intérêt du découpage des données en paquets et de leur encapsulation. Dérouler le fonctionnement d'un protocole simple de récupération de perte de paquets (bit alterné). Simuler ou mettre en œuvre un réseau.

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1. Les réseaux informatiques

1.1 Définition

Un réseau informatique est un ensemble de machines (ordinateurs, smartphones, serveurs, imprimantes...) reliées entre elles pour échanger des données.

1.2 Types de réseaux

Type	Étendue	Exemple
PAN (Personal Area Network)	Quelques mètres	Bluetooth entre téléphone et écouteurs
LAN (Local Area Network)	Un bâtiment	Réseau du lycée
WAN (Wide Area Network)	Mondial	Internet

1.3 Composants d'un réseau

Composant	Rôle
Carte réseau (NIC)	Interface de connexion au réseau (Ethernet ou Wi-Fi)
Switch (commutateur)	Relie les machines d'un réseau local entre elles
Routeur	Interconnecte des réseaux différents, achemine les paquets
Câble Ethernet	Liaison filaire (RJ45)
Point d'accès Wi-Fi	Liaison sans fil

  ┌──────┐    ┌──────┐    ┌──────┐
  │ PC 1 │    │ PC 2 │    │ PC 3 │
  └──┬───┘    └──┬───┘    └──┬───┘
     │           │           │
  ┌──┴───────────┴───────────┴──┐
  │          Switch              │
  └──────────────┬───────────────┘
                 │
           ┌─────┴─────┐
           │  Routeur   │──── Internet
           └───────────┘

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2. L'adressage

2.1 Adresse IP

Chaque machine connectée à un réseau possède une adresse IP unique qui l'identifie.

IPv4 : 4 nombres de 0 à 255 séparés par des points.

192.168.1.42

L'adresse IP se décompose en deux parties :

Partie	Exemple	Rôle
Adresse réseau	192.168.1	Identifie le réseau
Adresse machine	.42	Identifie la machine dans le réseau

Le masque de sous-réseau (par exemple 255.255.255.0) indique la frontière entre la partie réseau et la partie machine.

2.2 Adresses particulières

Adresse	Rôle
127.0.0.1	Localhost (la machine elle-même)
192.168.x.x	Réseau local privé (non routable sur Internet)
10.x.x.x	Réseau local privé

2.3 Adresse MAC

L'adresse MAC (Media Access Control) est un identifiant physique unique gravé dans la carte réseau, composé de 6 octets en hexadécimal :

A4:5E:60:B2:3C:F1

Critère	Adresse IP	Adresse MAC
Nature	Logique (configurable)	Physique (gravée)
Niveau	Réseau (couche 3)	Liaison (couche 2)
Portée	Mondiale (routage)	Locale (même réseau)

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3. Les protocoles de communication

3.1 Le modèle en couches

La communication réseau est organisée en couches, chacune assurant une fonction précise :

Couche	Rôle	Protocole	Unité de données
4. Application	Échange de données entre applications	HTTP, FTP, SMTP	Message
3. Transport	Fiabilité de la transmission	TCP, UDP	Segment
2. Réseau	Routage entre réseaux	IP	Paquet
1. Liaison	Transmission sur le lien physique	Ethernet, Wi-Fi	Trame

3.2 L'encapsulation

Quand une donnée est envoyée, chaque couche ajoute un en-tête contenant ses informations de contrôle. C'est l'encapsulation :

Donnée originale :  [Message]

Couche Transport :  [TCP | Message]

Couche Réseau :     [IP | TCP | Message]

Couche Liaison :    [Ethernet | IP | TCP | Message]

À la réception, le processus inverse (décapsulation) retire les en-têtes couche par couche pour retrouver le message original.

3.3 Le protocole TCP/IP

TCP (Transmission Control Protocol) assure une transmission fiable :

1. Découpage en paquets : les données sont découpées en petits morceaux numérotés
2. Envoi : chaque paquet est envoyé indépendamment (ils peuvent suivre des chemins différents)
3. Accusé de réception : le destinataire confirme chaque paquet reçu
4. Réassemblage : le destinataire remet les paquets dans l'ordre grâce à leur numéro

Émetteur                              Récepteur
   │                                      │
   │──── Paquet 1 ───────────────────────►│
   │◄─── Accusé (ACK 1) ─────────────────│
   │──── Paquet 2 ───────────────────────►│
   │◄─── Accusé (ACK 2) ─────────────────│
   │──── Paquet 3 ───────── ✗ (perdu)     │
   │     (pas d'accusé → retransmission)  │
   │──── Paquet 3 (renvoyé) ─────────────►│
   │◄─── Accusé (ACK 3) ─────────────────│

3.4 Le protocole du bit alterné

Le protocole du bit alterné est un protocole simplifié de récupération de perte de paquets. Chaque paquet porte un numéro de séquence qui alterne entre 0 et 1 :

1. L'émetteur envoie un paquet avec le numéro 0
2. Le récepteur renvoie un accusé de réception (ACK 0)
3. L'émetteur envoie le paquet suivant avec le numéro 1
4. Le récepteur renvoie ACK 1
5. Et ainsi de suite (le numéro alterne : 0, 1, 0, 1...)

En cas de perte :

• Si l'accusé n'arrive pas dans un délai donné (timeout), l'émetteur retransmet le paquet
• Si le récepteur reçoit un paquet avec le même numéro que le précédent, il le reconnaît comme un doublon et le rejette

Émetteur                              Récepteur
   │                                      │
   │──── Paquet (seq=0) ────────────────►│
   │◄─── ACK 0 ──────────────────────────│
   │──── Paquet (seq=1) ────────────────►│
   │◄─── ACK 1 ──────────── ✗ (perdu)    │
   │     (timeout, retransmission)        │
   │──── Paquet (seq=1, retransmis) ────►│
   │     (doublon détecté, seq=1 déjà reçu)
   │◄─── ACK 1 ──────────────────────────│
   │──── Paquet (seq=0) ────────────────►│
   │◄─── ACK 0 ──────────────────────────│

3.5 TCP vs UDP

Critère	TCP	UDP
Fiabilité	Fiable (accusés de réception)	Non fiable (pas d'accusé)
Ordre	Garanti	Non garanti
Vitesse	Plus lent	Plus rapide
Usage	Web (HTTP), email, transfert de fichiers	Streaming vidéo, jeux en ligne, DNS

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4. Le routage

4.1 Principe

Le routage est le mécanisme qui permet d'acheminer un paquet de sa source à sa destination à travers un réseau de routeurs. Chaque routeur possède une table de routage qui indique vers quel routeur voisin transmettre le paquet en fonction de l'adresse de destination.

4.2 Exemple de table de routage

Réseau destination    Passerelle       Interface
192.168.1.0/24        directement      eth0
10.0.0.0/8            192.168.1.1      eth0
0.0.0.0/0             192.168.1.254    eth0  (route par défaut)

Quand un routeur reçoit un paquet :

1. Il lit l'adresse IP de destination
2. Il consulte sa table de routage
3. Il transmet le paquet au routeur suivant (le plus proche de la destination)

Les paquets d'un même message peuvent emprunter des chemins différents et arriver dans le désordre. C'est le rôle de TCP de les remettre dans l'ordre.

4.3 Commandes réseau utiles

Commande	Rôle
ping adresse	Tester si une machine est joignable
traceroute adresse	Afficher le chemin emprunté par les paquets
ifconfig (ou ip addr)	Afficher la configuration réseau
nslookup domaine	Résoudre un nom de domaine en adresse IP

> ping 192.168.1.1
PING 192.168.1.1 : 64 octets depuis 192.168.1.1 : temps=1.23 ms

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À retenir

• Un réseau relie des machines pour échanger des données. Types : LAN (local), WAN (étendu).
• Composants : switch (réseau local), routeur (entre réseaux).
• Adresse IP : identifiant logique d'une machine sur le réseau (ex : 192.168.1.42).
• Adresse MAC : identifiant physique unique de la carte réseau (ex : A4:5E:60:B2:3C:F1).
• La communication est organisée en couches : application, transport, réseau, liaison.
• L'encapsulation ajoute un en-tête à chaque couche ; la décapsulation les retire.
• TCP : fiable (accusés de réception, retransmission, ordre garanti). UDP : rapide mais non fiable.
• Le protocole du bit alterné : numéro de séquence 0/1, retransmission si pas d'accusé, rejet des doublons.
• Le routage achemine les paquets de routeur en routeur grâce aux tables de routage.