NSI (Numérique et Sciences Informatiques) : réseaux

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NSI - Numérique et Sciences Informatiques
Les réseaux

 Plan du cours

 

 

1. Les réseaux informatiques : généralités

Une définition

  • Un réseau informatique (Data Communication Network ou DCN) est un ensemble d'équipements reliés entre eux et qui échangent des informations.
  • Dans les grandes lignes, un réseau est intégralement composé :
    • d'équipements informatiques (ordinateurs et matériel réseau) ;
    • et de liaisons point-à-point (cables, wifi, ... ) qui relient deux équipements entre eux.

Les différents types de réseaux

Certains réseaux sont limités à une salle, voire un bâtiment. D'autres font la taille d'une ville ou d'un quartier, quand d'autres ont une étendue nationale ou mondiale.

reseaux LAN WAN

  • Réseaux locaux
    Les réseaux les plus petits contiennent entre 2 et 100 ordinateurs, qui sont reliés avec des câbles ou une connexion sans fil.
    C'estle cas des réseaux personnels, internes aux entreprises ou aux écoles.
    • PAN (Personnal Area Network)  ou  LAN ( Local Area Network) .
  • Réseaux interconnectés
    • MAN (Metropolitan Area Network) ont généralement la taille d'une ville ;
    • WAN (Wide Area Network), permettent de relier entre eux des réseaux locaux dans des villes différentes.
  • Réseaux mondiaux
    Internet (interconnection of networks) est une interconnexion de réseaux à l'échelle mondiale. Environ 47 000 réseaux de grande taille sont interconnectés pour former internet. Les informations qui transitent sur internet passent par des câbles qui traversent les différents océans.

Les routeurs

  • Chaque sous-réseaux est connecté à un ou plusieurs autres sous-réseaux. Les routeurs sont chargés du traffic, c'est à dire du routage des paquets de données.
  • Les données sont propagées de proche en proche et doivent trouver leur chemin vers le récepteur.
  • Tout le problème est de trouver un chemin entre l'émetteur et le récepteur.
  • Le routeur utilise une table de routage, c'est à dire un tableau d'adresses vers les sous-réseaux adjacents.

 

reseaux routeurs

L'adressage réseau : adresses MAC et IP

Lors du routage il faut déterminer quand la donnée a atteint sa destination. Pour cela, les relais doivent avoir pouvoir identifier les ordinateurs.

On peut imaginer le fonctionnement du reseau par analogie avec le réseau postal ou téléphonique.
 

Analogie entre réseau postal, réseau téléphonique et réseau informatique
Réseau informatiqueRéseau postalRéseau téléphonique
Ordinateurs Foyers/maisons/appartements Téléphones
Adresse réseau Adresse postale Numéro de téléphone
Donnée échangée Lettre Conversation téléphonique
Routeurs et commutateurs Relais de distribution postaux Relais téléphoniques

Il existe plusieurs types d'adresses :

  • les adresses physiques (MAC) 
    • L’adresse MAC (Media Access Control) est l’adresse physique d’un périphérique réseau (carte ethernet, carte wifi, ...).
    • Chaque adresse MAC est sensée être unique. On peut donc considérer qu’elle constitue une sorte de plaque d’immatriculation des appareils électroniques.
    • L'adresse MAC, n'est pas modifiable (enfin pas facilement !). 
    • Une adresse MAC-48 est constituée de 48 bits (6 octets) et est généralement représentée sous la forme hexadécimale en séparant les octets (de 00 à FF) par un tiret.
      Pour rappel 1 octet = 8 bits permet de représenter 28 valeurs de 0 à 255 soit en hexadécimal de 00 à FF.

MAC : 00 - 21 - CC - 49 - F9 - 85

  • les adresses logiques (IP)
    • Une adresse IP (Internet Protocol) est un numéro d'identification qui est attribué de façon permanente ou provisoire à chaque périphérique relié à un réseau informatique qui utilise l'Internet Protocol.
    • Il existe des adresses IP de version 4 sur 32 bits (IPV4), et de version 6 sur 128 bits (IPV6).
    • La version 4 est actuellement la plus utilisée (90% en 2016) mais est progressivement remplacée.
    • L'IPV4 est constituée de 32 bits (4 octets) et est généralement représentée sous la forme décimale en séparant les octets (de 0 à 255) par un point. Elle permet de générer 232 adresses soit plus de 4 milliards.
      Pour rappel 1 octet = 8 bits permet de représenter 28 valeurs de 0 à 255.

IPV4 : 172 . 16 . 254 . 1

IPv4 adresse

    • L'IPV6 est constituée de 128 bits (16 octets) et est représentée en écriture hexadécimale, où les 8 groupes de 2 octets (16 bits par groupe donc de 0000 à ffff) sont séparés par un signe deux-points : Elle permet de générer 2128 adresses soit plus de 3,4. 1038.

 IPV6 : 2001 : db8 : 1 : 85a3 : ab : 2ab : ac1f : 8001

 

  • Pourquoi avoir deux adresses MAC et IP ?
    • Une telle séparation a son utilité : elle permet le remplacement d'un ordinateur sans pour autant changer son adresse internet.
    • Une adresse IP permet d’identifier votre appareil de connexion sur un réseau.
    • Toutefois si vous utilisez le même appareil pour vous connecter à internet depuis un autre endroit, votre adresse IP ne sera plus la même car l’adresse IP dépend du réseau utilisé.
    • En revanche, l’adresse MAC ne change jamais et permet quant à elle d’identifier chacun des périphériques réseau, notamment sur un réseau local.

 

  • Un exemple de réseaureseaux mac ip 2
    • Dans cet exemple :
      • les ordinateurs ont une adresses MAC (celle de la carte réseau) et une adresse IP,
      • les routeurs ont chacun deux adresses MAC et deux adresses IP (une par prise soit une par sous-réseau),
        Les routeurs peuvent avoir plus de 100 prises réseaux. Chacune de ces prises aura sa propre adresse MAC et sa propre adresse IP.
      • et les commutateurs réseaux (en anglais switch) sont voir comme une multiprise réseau qui redirige les messages sans les ouvrir ni les modifier.

 

  •  Comment obtenir les adresses MAC et IP des éléments de votre réseau ?

reseaux ipconfig

  • Windows
    Sur Windows, cliquez sur le bouton “Démarrer”, puis tapez “cmd” dans “Rechercher” pour atteindre l’Invité de Commande.
    Saisissez la fonction ipconfig /all (ou getmac /v)

  • Linux
    Sous Linux, ouvrir un terminal et tapper : ifconfig.
  • MAC
    Sur MAC, sélectionnez touche "OPTION" puis cliquez sur l'icone WIFI en haut à droite
    et pour plus de détails : ifconfig

reseaux getmac

Le protocole DNS : Adresse IP et nom de domaine

  • Le plus souvent, pour se connecter à un serveur, l'utilisateur ne donne pas l'adresse IP, mais le nom de domaine, par exemple www.math93.com ou www.google.fr.
  • Ce nom de domaine est ensuite converti en adresse IP par l'ordinateur de l'utilisateur en faisant appel au système de noms de domaine (DNS : Domain Name System).
  • Le DNS, est le protocole utilisé pour traduire les noms de domaine Internet en adresse IP.

 

reseaux ping google

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2. Les modèles OSI et TCP/IP : Le protocole TCP/IP

L'ensemble des données transférées sur internet l'est grâce à un protocole de communication : le protocole TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) basé sur le modèle théorique OSI (Open Systems Interconnection).

Le modèle OSI (Open Systems Interconnection) est un modèle conceptuel qui caractérise et normalise la façon dont différents composants logiciels et matériels impliqués dans une communication réseau doivent diviser le travail et interagir les uns avec les autres. Il contient sept couches. Vous pouvez voir les noms et fonctions de base de chaque couche dans la figure suivante.

seven layers of OSI model

Modèle TCP/IP vs. Modèle OSI

Le modèle TCP/IP est plus ancien que le modèle OSI. La figure suivante montre les relations correspondantes entre leurs couches.

 reseaux modeleTCP IP OSI 2

comparison of OSI and TCPIP

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3. Adresse IP et notation CIDR pour les adresses IP

Voici le TD sur les adresses IP, à traiter en Python :

Dans ce TP on travaille sur les adresses IP et les masques de sous-réseaux.
Un sous-réseau est une subdivision logique d'un réseau de taille plus importante.

Masque de sous-réseaux

Le masque de sous-réseau permet de distinguer la partie de l'adresse commune à tous les appareils du sous-réseau et celle qui varie d'un appareil à l'autre.reseau25

 Le masque de sous-réseau va indiquer le nombres d'adresses IP disponibles dans le sous-réseaux.

Adresses réservées

2 adresses sont réservées sur le réseaux :

  • La première adresse d'un sous-réseau spécifie le réseau lui-même, elle sert pour des messages non nécessairement destinés aux seuls routeurs mais qui ne doivent normalement pas être reroutés vers Internet.
  • La dernière adresse est une adresse de diffusion (broadcast) pour des messages normalement destinés aux seuls routeurs d'une liaison spécifique permettant les échanges entre tous les hôtes de ce sous-réseau d'une part et les autres réseaux extérieurs (dont l'Internet global). Cette adresse n'est habituellement pas reroutée vers Internet, sauf en cas d'utilisation de protocoles particuliers dont le routeur est un point de terminaison et de conversion.

Notation CIDR (Classless inter-domain routing) pour les adresses IP :

Exemple : IPv4 172.20.1.242 / 24

La notation CIDR (Classless Inter-Domain Routing) est une méthode utilisée pour spécifier la taille d'un bloc d'adresses IP. Cette méthode a remplacé la notation plus ancienne basée sur les classes de réseau (A, B, C, etc.) qui étaient limitées à des tailles de bloc spécifiques.

La notation CIDR est généralement utilisée pour spécifier le masque de sous-réseau associé à une adresse IP. Le masque de sous-réseau définit la plage d'adresses IP qui est utilisée pour un réseau particulier.

Le masque de sous-réseau est exprimé en bits, et la notation CIDR utilise une barre oblique pour séparer l'adresse IP de la longueur du masque de sous-réseau.

  • Par exemple, l'adresse IPV4

192.168.1.1 / 24

signifie que les 24 premiers bits de l'adresse IP sont utilisés pour identifier le réseau, tandis que les 8 bits restants sont utilisés pour identifier des hôtes individuels sur le réseau.

La longueur du masque de sous-réseau peut varier de 1 à 32 bits, ce qui permet de spécifier des blocs d'adresses IP de différentes tailles. Les blocs d'adresses IP plus petits sont souvent utilisés pour des réseaux plus petits, tandis que les blocs plus grands peuvent être utilisés pour des réseaux de grande envergure.

La notation CIDR permet une utilisation plus efficace des adresses IP disponibles en évitant le gaspillage d'adresses inutilisées dans les blocs d'adresses plus grands. Elle permet également de diviser les blocs d'adresses IP en sous-réseaux plus petits pour une meilleure organisation et une meilleure gestion du réseau.

 

Liste des masques de sous-réseaux
Notation CIDR
(Classless inter-domain routing)		 bits disponibles Masque de sous-réseau Nombre d'hôtes par sous-réseau
nb de bits libres - 2 adresses réservées
/1 31 128.0.0.0
ou
10000000.00000000.00000000.00000000		 231 - 2 = 2 147 483 646
/2 30

192.0.0.0
ou

11000000.00000000.00000000.00000000

 230 - 2 = 1 073 741 822
/3 29 224.0.0.0
ou
11100000.00000000.00000000.00000000		 229 - 2 = 536 870 910
/4 28 240.0.0.0
ou
11110000.00000000.00000000.00000000		 228 - 2 = 268 435 454
/5 27 248.0.0.0
ou
11111000.00000000.00000000.00000000		 227 - 2 = 134 217 726
/6 26

252.0.0.0

ou
11111100.00000000.00000000.00000000

 226 - 2 = 67 108 862
/7 25 254.0.0.0
ou
11111110.00000000.00000000.00000000		 225 -  2 = 33 554 430
/8 24 255.0.0.0
ou
11111111.00000000.00000000.00000000		 224 - 2 = 16 777 214
/9 23 255.128.0.0
ou
11111111.10000000.00000000.00000000		 223-2 = 8 388 606
/10 22 255.192.0.0
ou
11111111.11000000.00000000.00000000		 222-2 = 4 194 302
/11 21 255.224.0.0
ou
11111111.11100000.00000000.00000000		 221-2 = 2 097 150
/12 20 255.240.0.0
ou
11111111.11110000.00000000.00000000		 220-2 = 1 048 574
/13 19 255.248.0.0
ou
11111111.11111000.00000000.00000000		 219-2 = 524 286
/14 18 255.252.0.0
ou
11111111.11111100.00000000.00000000		 218 - 2 = 262 142
/15 17 255.254.0.0
ou
11111111.11111110.00000000.00000000		 217-2 = 131 070
/16 16 255.255.0.0
ou
11111111.11111111.00000000.00000000		 216-2 = 65 534
/17 15 255.255.128.0
ou
11111111.11111111.10000000.00000000		 215-2 = 32 766
/18 14 255.255.192.0
ou
11111111.11111111.11000000.00000000		 214-2 = 16 382
/19 13 255.255.224.0
ou
11111111.11111111.11100000.00000000		 213-2 = 8 190
/20 12 255.255.240.0
ou
11111111.11111111.11110000.00000000		 212 - 2 = 4 094
/21 11 255.255.248.0
ou
11111111.11111111.11111000.00000000		 211-2 = 2 046
/22 10 255.255.252.0
ou
11111111.11111111.11111100.00000000		 210 - 2 = 1 022
/23 9 255.255.254.0
ou
11111111.11111111.11111110.00000000		 29-2 = 510
/24 8 255.255.255.0
ou
11111111.11111111.11111111.00000000		 28-2 = 254
/25 7 255.255.255.128
ou
11111111.11111111.11111111.10000000		 27-2 = 126
/26 6 255.255.255.192
ou
11111111.11111111.11111111.11000000		 26 - 2 = 62
/27 5 255.255.255.224
ou
11111111.11111111.11111111.11100000		 25 - 2 = 30
/28 4 255.255.255.240
ou
11111111.11111111.11111111.11110000		 24 - 2 = 14
/29 3 255.255.255.248
ou
11111111.11111111.11111111.11111000		 23 - 2 = 6
/30 2 255.255.255.252
ou
11111111.11111111.11111111.11111100		 22 - 2 = 2
/31 1 255.255.255.254
ou
11111111.11111111.11111111.11111110		 21 - 0 =2
/32 0 255.255.255.255
ou
11111111.11111111.11111111.11111111		 20 - 0 =1

 

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4. TP encapsulage et protocoles

On va regarder comment se déroule une transmission de données sur un réseau et préciser le fonctionnement des protocoles TCP et IP.

  1. Cours sur le modèle de communication TCP/IP : lien vidéo.
    Description du protocole de transmision des données dans un réseaux.

  1. TP encapsulation : version pdf.
    Utilisation de wireshark et traceroute.

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5. TP de simulation d'un réseau : Filius

Filius est un logiciel de simulation de réseaux informatiques. Il permet de créer son propre réseau de le configurer, de le simuler et de visualiser les échanges d’informations.

 

Installation de Filius

  • Lien de téléchargement : https://www.lernsoftware-filius.de/Herunterladen  
    Le site web et l’installateur sont en allemand, mais le logiciel est traduit en français.
    Choisir la langue lors de la première ouverture du logiciel. En cas d’erreur, supprimer le dossier .filius contenant les paramètres de langues se trouvant dans  C:\Users\ »nom d’utilisateur sur le réseau »\AppData\Local\.filius    
  • Documentations complètes : Doc. Officielle (abglais) / Doc. en français .

 

TP simulation réseau, web et serveur DNS

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6. Pour vous tester

Voici un QCM dont les questions sont extraites de la banque de sujets publique des ECC.

 

7. Resources sur les réseaux

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