En 2019, environ 30 milliards d’objets sont connectés à un réseau : quelles sont les grandes lignes des protocoles qui permettent d’organiser ces échanges à si grande échelle ?
I. Les réseaux informatiques
1) Définition
Un réseau est un système composé d’éléments matériels (contrôleur Ethernet, fibre optique, routeur…) et de logiciels (pilotes des interfaces, firmwares des équipements…) dont la fonction est le transport de flux d’informations. Il sert à mettre en œuvre des services (mise à disposition d’imprimantes, d’applications, amélioration des performances…).
Les contraintes sont nombreuses : il faut transporter n’importe quelle information, de n’importe quelle taille, n’importe où et concilier sécurité, fiabilité…
2) Étendue, mode de fonctionnement et topologie
Les réseaux se différencient en particulier par :
• Leur taille : PAN (Personnal Area Network), LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network).
• Leur mode de fonctionnement : on peut envoyer un message à tous les équipements (broadcast), ou certains seulement (multicast). Cela correspond aux réseaux de petite taille. Pour les grands réseaux (Internet), on communique avec un seul équipement (unicast) via de nombreux supports. Il existe au moins un chemin entre deux équipements.
• Leur topologie : on peut disposer les équipements en étoile, en bus, en maillage complet ou partiel…
3) Architecture en couches
On découpe un problème (faire communiquer deux ordinateurs par exemple) en sous-problèmes hiérarchisés. Pour les réseaux, on distingue des couches de différents niveaux, des couches de même niveau communiquant entre elles et assurant un service pour les couches supérieures en supposant que les services des couches inférieures sont bien assurés.
Conceptuellement, le dialogue entre couches de même niveau est horizontal selon un protocole, mais en pratique il est vertical : il passe par l’utilisation des services des niveaux inférieurs.
II. Le modèle OSI
Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est une norme ISO permettant d’organiser la communication entre des systèmes informatiques. Il contient 7 couches (le modèle TCP/IP vu en seconde en contient 4).
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7. Application |
Interface utilisateur (SMTP, HTTP, SSH…) |
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6. Présentation |
Assure que les données sont présentées sous un format acceptable (ASCII, Unicode, JPEG…) s’occupe de compresser, coder, décoder le message |
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5. Session |
Décide d’établir ou de terminer la connexion (socket), le « droit à la parole », la synchronisation… |
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4. Transport |
Casse et reconstitue le message en segments numérotés et vérifie la fiabilité de la transmission (TCP, UDP) |
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3. Réseau |
S’occupe du routage des paquets, du trajet entre source et destination, donne une adresse logique (IP) |
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2. Liaison |
S’occupe des adresses physiques (MAC) des trames au niveau local (LAN) |
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1. Physique |
Transmet de manière effective les bits (Ethernet, wifi…) |
Couches 7, 6, 5 : le message est au bon format, doit être utilisé pour une certaine tâche et doit bien être transmis vers un certain destinataire qui peut, par exemple, être repéré par une adresse e-mail pour POP et SMTP.
Couche 4 : le message est découpé en segments numérotés et avec un numéro de port qui correspond à l’application qui l’utilise (80 pour HTTP, 25 pour SMTP…). On vérifie si l’ordre est respecté, si chaque segment a été reçu, quel est l’état de la connexion (en écoute, en attente de fermeture).
Couche 3 : les segments sont encapsulés dans des paquets IP qui contiennent en plus les adresses logiques (IP fournies selon la position dans le réseau via DHCP, Dynamic Host Configuration Protocol) de la source et du destinataire, la longueur du paquet, sa durée de vie. On teste si la source et le destinataire sont dans le même réseau, sinon la source au niveau de cette couche devient un routeur (un relais) disposant d’une table de routage.
Couche 2 : atteinte lorsque le dernier routeur et le destinataire sont dans le même réseau. Une machine contient une carte réseau physique associée à une interface réseau logique qui lui donne un nom et une adresse unique fournie par le fabricant (adresse MAC, Media Access Control). Le paquet, encapsulé dans une trame qui contient les adresses source et destination à l’intérieur d’un réseau local (LAN), est le plus souvent transmis à tous les membres du réseau (broadcast).
Couche 1 : le message transite par ondes radio, signaux électriques, câble. Il peut être déformé en réception, les couches supérieures vont alors effectuer contrôles et corrections.