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Séquence 11 — Les Réseaux§

Source : https://lyotardjulien.forge.apps.education.fr/terminale-specialite-nsi-au-lycee-notre-dame/10_sequence_10/10_sequence_10/

Périmètre officiel BO

Le BO Première couvre la transmission par paquets, l'encapsulation, TCP/IP au niveau « principe » et les constituants d'un réseau local.

Le BO Terminale ajoute uniquement les protocoles de routage : RIP (à sauts) et OSPF (à coût), liés aux algorithmes de plus court chemin sur graphe.

Hors programme NSI : OSI détaillé en 7 couches (à connaître au niveau du nom seulement), IPv6, handshake TCP en 3 voies, NAT, DNS détaillé, sécurité réseau (firewall, VPN).

TL;DR§

  • Deux modèles en couches : OSI = modèle théorique 7 couches, TCP/IP = 4 couches en pratique.
  • Adressage IPv4 : 32 bits, 4 octets pointés. CIDR IP/préfixe. Plages privées : 10/8, 172.16/12, 192.168/16.
  • Encapsulation : Données → segment TCP → paquet IP → trame Ethernet → bits.
  • TCP = connecté, fiable. UDP = non connecté, rapide.
  • Routage : un paquet IP voyage de routeur en routeur via les tables de routage. Deux protocoles au programme Terminale : RIP (à sauts) et OSPF (à coût).

Plan de la séquence§

  1. Pourquoi des réseaux et un modèle en couches.
  2. Modèles OSI et TCP/IP (vue d'ensemble).
  3. Adressage IPv4, masque, CIDR, sous-réseaux.
  4. Couche transport : TCP vs UDP, ports principaux.
  5. Encapsulation et désencapsulation.
  6. Routage : table de routage, RIP, OSPF (programme Terminale).

Notions clés§

Pourquoi des couches ?§

Décomposer un problème complexe (transmettre une page web à travers le monde) en problèmes plus simples. Chaque couche n ne dialogue qu'avec la couche n distante, en utilisant les services de la couche n−1 locale.

Modèles OSI vs TCP/IP§

À retenir : OSI est un modèle théorique en 7 couches ; TCP/IP est le modèle pratique utilisé sur Internet, en 4 couches. Pas besoin de mémoriser les 7 couches OSI une par une.

TCP/IP (4) Unité de données Exemples
Application Donnée HTTP, HTTPS, DNS, SSH
Transport Segment (TCP) / Datagramme (UDP) TCP, UDP
Internet Paquet IP
Accès réseau Trame / Bit Ethernet, Wi-Fi

Adressage IPv4§

Adresse IPv4 = 32 bits = 4 octets (chacun de 0 à 255), notation décimale pointée. Exemple : 192.168.1.42.

IPv6 : 128 bits, notation hexadécimale (2001:db8::1). Pas un attendu du bac NSI.

CIDR (Classless Inter-Domain Routing)§

Notation IP/préfixe où le préfixe est le nombre de bits du masque valant 1.

Exemple : 192.168.1.42/24 → masque 255.255.255.0, soit 24 bits réseau et 8 bits hôtes.

Calcul d'adresse réseau et de broadcast§

IP        : 192.168.1.42/24 = 11000000 . 10101000 . 00000001 . 00101010
Masque    :                   11111111 . 11111111 . 11111111 . 00000000
ET binaire (réseau) :         11000000 . 10101000 . 00000001 . 00000000
                              = 192.168.1.0
Broadcast (bits hôtes à 1) :  11000000 . 10101000 . 00000001 . 11111111
                              = 192.168.1.255
Nombre d'hôtes utilisables : 2^(32 - préfixe) - 2 = 2^8 - 2 = 254

Plages d'adresses privées (RFC 1918)§

Classe Plage
A 10.0.0.0/8 (10.0.0.0 → 10.255.255.255)
B 172.16.0.0/12 (172.16.0.0 → 172.31.255.255)
C 192.168.0.0/16 (192.168.0.0 → 192.168.255.255)

Adresses spéciales : - 127.0.0.1 : loopback (machine locale). - 255.255.255.255 : broadcast général.

Couche transport : TCP vs UDP§

Critère TCP UDP
Mode Connecté Non connecté
Fiabilité Oui (ACK, retransmission) Non
Ordonnancement Oui Non
Vitesse Plus lent Plus rapide
Usage HTTP, SSH, mail DNS, jeux, VoIP, streaming

Ports principaux§

Un port est un entier sur 16 bits (0–65 535), identifiant un service sur une machine.

Port Protocole
22 SSH
53 DNS
80 HTTP
443 HTTPS

Encapsulation§

flowchart LR
    D[Donnees HTTP] --> S[Segment TCP]
    S --> P[Paquet IP]
    P --> T[Trame Ethernet]
    T --> B[Bits sur le cable]

Chaque couche ajoute son en-tête (header) à la donnée reçue de la couche supérieure. À la réception, on désencapsule dans l'autre sens.

Routage (programme Terminale)§

Chaque routeur a une table de routage : pour chaque préfixe de destination, l'interface ou le prochain routeur (« next-hop ») à utiliser. Un paquet IP est transmis de routeur en routeur jusqu'à destination.

RIP (Routing Information Protocol) — métrique : nombre de sauts§

  • Chaque routeur connaît la distance (en nombre de routeurs traversés) vers chaque destination.
  • Choix du plus court chemin en nombre de sauts.
  • Limite : ne tient pas compte de la bande passante ni de la latence d'un lien.
  • Algorithme : Bellman-Ford (les routeurs s'échangent leurs tables).
  • Limite à 15 sauts maximum.

OSPF (Open Shortest Path First) — métrique : coût§

  • Chaque lien a un coût (basé typiquement sur la bande passante : un lien plus rapide a un coût plus faible).
  • Choix du chemin de coût total minimal.
  • Algorithme : Dijkstra (chaque routeur a une vue complète du réseau).
  • Plus performant que RIP pour les grands réseaux.

Lien avec les algorithmes de graphes§

Le routage est une application directe du calcul de plus court chemin sur graphe :

  • RIP ↔ BFS (poids unitaires : nombre de sauts).
  • OSPF ↔ Dijkstra (poids quelconques : coûts).

Exemple de table de routage simplifiée :

Destination Masque Next-hop Interface Coût (OSPF)
192.168.1.0/24 /24 direct eth0 1
10.0.0.0/8 /8 192.168.1.254 eth0 5
0.0.0.0/0 (par défaut) /0 192.168.1.254 eth0 —

Vocabulaire§

Terme Définition
Adresse IP Identifiant numérique d'une machine sur un réseau IP
Adresse MAC Adresse physique unique de la carte réseau (48 bits)
Bande passante Quantité d'information transmise par unité de temps
Broadcast Diffusion à toutes les machines du sous-réseau
CIDR Notation IP/préfixe
DHCP Protocole d'attribution dynamique d'IP
DNS Annuaire nom de domaine ↔ IP
Encapsulation Ajout d'en-tête à chaque couche
Ethernet Norme de couche liaison la plus utilisée en LAN
HTTP Hypertext Transfer Protocol
HTTPS HTTP + TLS chiffré
IP Internet Protocol (couche 3)
MAC Couche 2 ; ou adresse physique
Masque 32 bits indiquant la partie réseau de l'IP
OSI Modèle théorique en 7 couches
OSPF Open Shortest Path First (routage à coût)
Paquet Unité IP
Port Entier 16 bits identifiant un service
Protocole Règles régissant la communication
RIP Routing Information Protocol (routage à sauts)
Routeur Équipement qui aiguille les paquets entre réseaux
Routage Choix de la route à suivre
Sous-réseau Subdivision d'un réseau IP
TCP Transmission Control Protocol (fiable)
Trame Unité Ethernet
UDP User Datagram Protocol (non fiable)
URL Identifiant unique d'une ressource web

Algorithmes / commandes utiles§

Calcul d'appartenance à un sous-réseau (Python)§

def adresse_reseau(ip, prefixe):
    """Renvoie l'adresse réseau d'une IP avec un préfixe CIDR.

    ip : str au format "a.b.c.d".
    prefixe : entier entre 0 et 32.
    """
    octets = [int(o) for o in ip.split(".")]
    ip_int = sum(octet << (24 - 8 * i) for i, octet in enumerate(octets))
    masque = (0xFFFFFFFF << (32 - prefixe)) & 0xFFFFFFFF
    reseau_int = ip_int & masque
    return ".".join(str((reseau_int >> (24 - 8 * i)) & 0xFF) for i in range(4))


print(adresse_reseau("192.168.1.42", 24))   # 192.168.1.0
print(adresse_reseau("10.20.30.40", 16))    # 10.20.0.0

Commandes Linux réseau utiles§

Commande Rôle
ip a (ou ifconfig) Affiche les interfaces et leurs IP
ip route Table de routage
ping <hôte> Test de connectivité (ICMP)
traceroute <hôte> Trace le chemin

Diagramme — TCP/IP§

Voir diagrammes/modele_osi_tcpip.md.

flowchart LR
    subgraph A[Hôte A]
        A7[Application]
        A4[Transport TCP]
        A3[IP]
        A2[Ethernet]
    end
    subgraph B[Hôte B]
        B7[Application]
        B4[Transport TCP]
        B3[IP]
        B2[Ethernet]
    end
    A2 --> R[(Routeurs Internet)] --> B2
    A7 -.virtuel.- B7
    A4 -.virtuel.- B4
    A3 -.virtuel.- B3

Pièges classiques au bac§

  • Confondre OSI et TCP/IP : OSI = 7 couches théoriques, TCP/IP = 4 couches en pratique. On utilise TCP/IP.
  • Confondre IP et MAC : MAC = identité matérielle (LAN), IP = identité logique (Internet).
  • Confondre HTTP et HTTPS : HTTPS = HTTP + TLS chiffré.
  • Calcul du masque : ne pas oublier de soustraire 2 (réseau + broadcast) pour le nb d'hôtes utilisables.
  • TCP vs UDP : DNS utilise UDP (rapide), web utilise TCP (fiable).
  • Confondre routeur et switch : le switch travaille en couche 2 (MAC), le routeur en couche 3 (IP).
  • Confondre RIP et OSPF : RIP compte les sauts (Bellman-Ford), OSPF utilise des coûts (Dijkstra).
  • Loopback : 127.0.0.1 est toujours la machine locale, jamais le réseau.

Questions types au bac§

Q1. Combien d'hôtes utilisables un réseau /26 peut-il contenir ?

2^(32−26) − 2 = 64 − 2 = 62.

Q2. Quelle est la différence entre TCP et UDP ?

TCP : connecté, fiable, ordonné. UDP : non connecté, non fiable, plus rapide.

Q3. Donner l'adresse réseau de 172.20.5.130/22.

172.20.5.130 = 10101100 . 00010100 . 00000101 . 10000010
Masque /22  : 11111111 . 11111111 . 11111100 . 00000000
ET           : 10101100 . 00010100 . 00000100 . 00000000
            = 172.20.4.0

Q4. Quels sont les ports standards de SSH, DNS, HTTP et HTTPS ?

SSH : 22. DNS : 53. HTTP : 80. HTTPS : 443.

Q5. Que signifie « encapsulation » dans le contexte des réseaux ?

L'ajout, à chaque couche, d'un en-tête contenant ses informations propres avant transmission. À la réception, l'opération inverse (« désencapsulation ») retire les en-têtes couche par couche.

Q6. Citer les deux protocoles de routage au programme NSI Terminale et préciser leur métrique.

RIP : métrique = nombre de sauts (routeurs traversés). OSPF : métrique = coût (souvent dérivé de la bande passante des liens).

Q7. Sur un réseau modélisé comme un graphe pondéré, quel algorithme permet de calculer la table de routage OSPF ?

L'algorithme de Dijkstra (plus court chemin avec poids quelconques positifs). Pour RIP, on utilise plutôt Bellman-Ford (ou un BFS si tous les sauts ont un coût unitaire).

Liens§