Les réseaux informatiques

Un réseau informatique est un ensemble d'appareils reliés entre eux afin d'échanger des données et de partager des ressources. Les ordinateurs, smartphones, tablettes, imprimantes, serveurs et nombreux autres équipements peuvent ainsi communiquer au sein d'un même réseau.

Un réseau peut être très simple. Deux ordinateurs reliés directement peuvent déjà échanger des fichiers. Dans une maison, plusieurs appareils peuvent être connectés au même réseau afin d'accéder à Internet, d'imprimer sur une même imprimante ou de communiquer entre eux. À une échelle beaucoup plus importante, des milliers de réseaux sont interconnectés pour former Internet.

Les connexions

Les appareils peuvent communiquer par une liaison filaire ou sans fil. Une connexion filaire utilise un câble pour transporter les informations. Les réseaux locaux utilisent notamment des câbles Ethernet équipés de connecteurs adaptés aux appareils.

Une connexion sans fil transmet les informations par ondes électromagnétiques. Le Wi-Fi permet de connecter de nombreux appareils à un réseau local sans utiliser de câble, tandis que le Bluetooth est principalement destiné aux communications à courte distance entre appareils.

Les liaisons filaires offrent généralement une connexion stable et peuvent atteindre des débits élevés. Les liaisons sans fil permettent davantage de mobilité, mais leur qualité dépend notamment de la distance, des obstacles et des perturbations radioélectriques.

Les différents types de réseaux

Les réseaux sont notamment distingués selon leur étendue géographique.

• PAN (Personal Area Network) : réseau personnel couvrant une très petite zone autour d'un utilisateur. Une montre connectée communiquant avec un smartphone constitue par exemple un réseau de ce type.
• LAN (Local Area Network) : réseau local couvrant une habitation, une salle, une école ou une entreprise.
• MAN (Metropolitan Area Network) : réseau couvrant une ville ou une zone géographique importante.
• WAN (Wide Area Network) : réseau étendu reliant des réseaux situés dans des régions ou des pays différents.

Internet constitue un immense ensemble de réseaux interconnectés. Il ne s'agit donc pas d'un seul réseau physique, mais d'une infrastructure mondiale composée de nombreux réseaux appartenant à différents organismes et opérateurs.

Les adresses des appareils

Pour qu'une donnée puisse atteindre le bon appareil, celui-ci doit pouvoir être identifié sur le réseau. Les communications utilisant le protocole IP s'appuient notamment sur des adresses IP.

Une adresse IPv4 est constituée de quatre nombres séparés par des points, par exemple 192.168.1.25. IPv6 utilise un espace d'adressage beaucoup plus vaste afin de pouvoir attribuer des adresses à un nombre considérable d'équipements.

Dans un réseau local, les appareils possèdent généralement des adresses privées qui permettent leur communication à l'intérieur du réseau. Une adresse publique peut être utilisée pour identifier un réseau ou un équipement depuis Internet.

Les données sont découpées en paquets

Les informations échangées sur un réseau ne circulent généralement pas sous la forme d'un fichier complet. Elles sont découpées en petits ensembles de données appelés paquets.

Chaque paquet contient notamment des informations permettant son acheminement et le traitement de son contenu. Les paquets peuvent traverser plusieurs équipements avant d'atteindre leur destination.

Lorsqu'un ordinateur télécharge un fichier, les nombreux paquets correspondant à ce fichier sont reçus puis réassemblés afin de reconstruire les données originales.

Les équipements du réseau

Différents équipements assurent les fonctions nécessaires à la circulation des données.

Un switch, ou commutateur, relie plusieurs appareils au sein d'un réseau local. Il reçoit les données et les transmet vers le port correspondant à l'équipement destinataire.

Un routeur relie plusieurs réseaux et détermine vers quel réseau les données doivent être envoyées. Dans une habitation, le routeur permet généralement aux appareils du réseau local de communiquer avec Internet.

Une carte réseau constitue l'interface qui permet à un ordinateur ou à un autre appareil de communiquer avec le réseau. Elle peut utiliser une connexion Ethernet ou une technologie sans fil.

Un point d'accès Wi-Fi fournit une connexion sans fil à des appareils situés dans sa zone de couverture. Il peut être intégré à un routeur ou fonctionner comme un équipement séparé.

Les protocoles de communication

Les appareils d'un réseau doivent utiliser des règles communes pour pouvoir communiquer. Ces règles sont appelées protocoles réseau.

Le protocole IP permet notamment d'adresser les données et de leur faire traverser différents réseaux. TCP assure une communication fiable en contrôlant notamment la réception des données et leur ordre.

D'autres protocoles remplissent des fonctions particulières. HTTP et HTTPS sont utilisés pour les échanges liés au Web. DNS permet de retrouver l'adresse IP correspondant à un nom de domaine. DHCP permet notamment d'attribuer automatiquement des paramètres réseau aux appareils.

Du nom de domaine au serveur

Lorsqu'un utilisateur saisit l'adresse d'un site Web, il utilise généralement un nom de domaine plutôt qu'une adresse IP. Le système DNS traduit ce nom en une adresse IP correspondant au serveur recherché.

L'appareil peut alors établir une communication avec le serveur. Les données circulent sous forme de paquets à travers différents réseaux et équipements jusqu'à atteindre leur destination.

Le serveur traite ensuite la demande et renvoie les données nécessaires. Le navigateur reçoit ces informations et les utilise pour afficher la page Web.

Les serveurs et les clients

Dans de nombreuses communications, un appareil joue le rôle de client et demande une ressource à un serveur. Le navigateur installé sur un ordinateur ou un smartphone constitue par exemple un client lorsqu'il demande une page Web à un serveur.

Un serveur est un ordinateur ou un système informatique conçu pour fournir des services à d'autres appareils. Il peut héberger des sites Web, stocker des fichiers, gérer des bases de données, transmettre des courriers électroniques ou fournir d'autres ressources.

Un même serveur peut répondre simultanément aux demandes de nombreux clients. Les grands services Internet utilisent généralement de nombreux serveurs répartis dans plusieurs centres de données.

Les réseaux locaux

Dans un réseau local, les appareils peuvent communiquer directement ou par l'intermédiaire d'un switch ou d'un point d'accès. Un ordinateur peut par exemple envoyer un document vers une imprimante connectée au même réseau sans passer par Internet.

Une entreprise peut également utiliser un réseau local pour permettre aux employés d'accéder à des serveurs internes, de partager des fichiers ou d'utiliser des imprimantes communes.

Le débit et la vitesse de transmission

La quantité de données pouvant être transmise pendant une durée donnée est appelée débit. Il est généralement exprimé en bits par seconde, avec des unités comme le Mbit/s ou le Gbit/s.

Un débit de 100 Mbit/s signifie qu'une liaison peut théoriquement transmettre jusqu'à 100 millions de bits par seconde dans les conditions correspondant à cette valeur. Le débit réellement obtenu dépend cependant de nombreux facteurs, notamment de la technologie utilisée, de la qualité de la liaison et de la charge du réseau.

Le débit ne doit pas être confondu avec le temps de propagation. Une donnée peut circuler très rapidement sur une liaison tout en nécessitant un certain temps pour parcourir la distance séparant l'émetteur du destinataire.

La communication sans fil

Dans un réseau sans fil, les données sont transportées par des ondes électromagnétiques. Le Wi-Fi utilise différentes bandes de fréquences radio afin de transmettre les informations entre les appareils et le point d'accès.

La qualité d'une connexion sans fil peut diminuer lorsque la distance augmente ou lorsque des murs et d'autres obstacles se trouvent entre les appareils. D'autres équipements utilisant des fréquences proches peuvent également provoquer des perturbations.

Les technologies sans fil utilisent différentes méthodes de modulation et de codage afin de représenter les données numériques sous la forme de signaux électromagnétiques pouvant être transmis dans l'air.

La sécurité des réseaux

Les réseaux doivent également protéger les données contre les accès non autorisés. Un réseau sans fil utilise notamment un mécanisme de chiffrement afin d'empêcher une personne située à proximité d'intercepter facilement les communications.

Les réseaux utilisent également des mécanismes d'authentification pour vérifier l'identité des utilisateurs ou des appareils. Des pare-feu peuvent filtrer certaines communications et empêcher des connexions non autorisées.

Sur Internet, les communications utilisant HTTPS sont chiffrées entre le navigateur et le serveur. Les données peuvent ainsi être protégées pendant leur transport contre une interception directe.

Les réseaux interconnectés

Les réseaux informatiques ne fonctionnent pas isolément. Un réseau local peut être relié à un autre réseau par un routeur, puis à d'autres réseaux encore. Cette organisation permet aux données de parcourir progressivement de grandes distances.

Lorsqu'un utilisateur consulte un site hébergé dans un autre pays, les paquets peuvent traverser plusieurs réseaux, routeurs et liaisons avant d'atteindre le serveur. Les réponses suivent ensuite le chemin inverse ou un autre chemin disponible.

Les opérateurs utilisent notamment des fibres optiques, des câbles sous-marins, des liaisons radio et des équipements de très grande capacité pour interconnecter les réseaux à l'échelle mondiale.

Le rôle des réseaux dans les appareils numériques

Les réseaux permettent aux appareils numériques de partager des informations et des ressources. Un ordinateur peut accéder à un serveur, un smartphone peut communiquer avec une montre connectée, une imprimante peut recevoir un document et un téléviseur peut recevoir une vidéo depuis un service en ligne.

Derrière chaque page Web consultée, chaque message envoyé, chaque fichier transféré ou chaque vidéo diffusée se trouve donc une succession de communications entre appareils, réseaux et équipements d'interconnexion.

Pour communiquer sur un réseau, les appareils doivent pouvoir être identifiés et localisés. C'est notamment le rôle de l'adresse IP, qui signifie Internet Protocol. Une adresse IP est un identifiant numérique attribué à une interface réseau. Elle permet notamment d'indiquer la destination des données et d'identifier l'origine d'une communication.

À quoi sert une adresse IP

Lorsqu'un appareil envoie des données, celles-ci sont découpées en paquets. Les paquets contiennent notamment une adresse IP source et une adresse IP de destination. Les routeurs utilisent l'adresse de destination pour déterminer vers quel réseau transmettre chaque paquet.

L'adresse IP joue donc un rôle comparable à une adresse postale. Une adresse postale permet d'indiquer où livrer une lettre ; une adresse IP permet aux équipements du réseau de déterminer vers quelle destination envoyer des données.

Une adresse IP n'identifie cependant pas nécessairement une personne ou un appareil de manière permanente. Une même machine peut changer d'adresse, et une même adresse publique peut être utilisée successivement par plusieurs appareils.

IPv4

Le format historique le plus utilisé est appelé IPv4. Une adresse IPv4 contient 32 bits, généralement écrits sous la forme de quatre nombres séparés par des points.

Par exemple :

192.168.1.25

Chaque nombre peut avoir une valeur comprise entre 0 et 255. Chaque nombre représente donc 8 bits, soit 4 × 8 = 32 bits au total.

Avec 32 bits, IPv4 permet théoriquement environ 4,3 milliards d'adresses différentes. Ce nombre est devenu insuffisant avec la multiplication des ordinateurs, smartphones, tablettes, serveurs et objets connectés.

IPv6

Pour disposer d'un nombre beaucoup plus important d'adresses, un nouveau protocole appelé IPv6 a été développé. Une adresse IPv6 contient 128 bits.

Les adresses IPv6 sont écrites en hexadécimal, avec des groupes de chiffres et de lettres séparés par des deux-points.

Par exemple :

2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Les groupes composés uniquement de zéros peuvent être abrégés. L'adresse précédente peut ainsi être écrite :

2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334

Avec 128 bits, IPv6 offre un nombre d'adresses extrêmement important, très supérieur aux possibilités d'IPv4. Il permet ainsi d'attribuer des adresses à un nombre immense d'appareils connectés.

Les adresses privées et publiques

Une adresse IP peut être utilisée à l'intérieur d'un réseau local ou sur Internet. On distingue ainsi notamment les adresses privées et les adresses publiques.

Une adresse privée est utilisée à l'intérieur d'un réseau local, par exemple dans une maison. Une adresse comme 192.168.1.25 peut identifier un ordinateur dans ce réseau sans être directement accessible depuis Internet.

Une adresse IP publique est utilisée pour communiquer sur Internet. Elle est généralement attribuée au routeur ou à la box du réseau local par le fournisseur d'accès à Internet.

Plusieurs appareils d'une même maison peuvent donc posséder chacun une adresse IP privée différente tout en partageant une même adresse IP publique pour leurs communications avec Internet. Le routeur fait alors le lien entre le réseau local et Internet.

Les adresses statiques et dynamiques

Une adresse IP peut être attribuée de manière statique ou dynamique.

Une adresse statique reste normalement identique tant qu'elle n'est pas modifiée. Elle est notamment utile pour certains serveurs ou équipements qui doivent toujours être accessibles à la même adresse.

Une adresse dynamique est attribuée automatiquement par un service du réseau. Elle peut changer au fil du temps. Dans un réseau local, cette attribution est généralement réalisée par le DHCP.

Par exemple, un ordinateur peut recevoir automatiquement l'adresse 192.168.1.25 lorsqu'il se connecte à une box. Un autre appareil peut recevoir 192.168.1.26. Ces adresses permettent au réseau local de distinguer les deux appareils.

Le masque de sous-réseau

Dans un réseau IPv4, l'adresse IP est associée à un masque de sous-réseau. Il permet de déterminer quelle partie de l'adresse identifie le réseau et quelle partie identifie l'appareil dans ce réseau.

Par exemple, dans un réseau utilisant l'adresse 192.168.1.25 avec le masque 255.255.255.0, les appareils dont les adresses commencent par 192.168.1 appartiennent généralement au même sous-réseau.

Le masque permet notamment à un appareil de déterminer si une destination se trouve sur son réseau local ou sur un autre réseau. Lorsque la destination se trouve sur un autre réseau, les données sont envoyées vers le routeur.

Le rôle du routeur

Un routeur utilise les informations contenues dans les paquets et sa table de routage pour déterminer vers quel équipement ou quel réseau transmettre les données.

Par exemple, lorsqu'un ordinateur ayant l'adresse privée 192.168.1.25 communique avec un serveur situé sur Internet, l'ordinateur transmet les données à son routeur. Le routeur les fait ensuite parvenir vers le réseau suivant, puis d'autres routeurs prennent le relais jusqu'à la destination.

Les adresses IP et les noms de domaine

Les utilisateurs accèdent généralement aux sites Web grâce à des noms de domaine plutôt qu'en saisissant directement des adresses IP. Un nom comme example.com est plus facile à mémoriser qu'une suite de nombres.

Le système DNS permet d'associer un nom de domaine à une ou plusieurs adresses IP. Lorsqu'un navigateur doit contacter un serveur, il peut donc utiliser le DNS pour obtenir l'adresse IP correspondant au nom demandé.

Par exemple, le navigateur reçoit le nom d'un site, demande au DNS l'adresse IP correspondante, puis utilise cette adresse pour établir la communication avec le serveur.

Une adresse IP ne suffit pas toujours

Une adresse IP identifie une destination réseau, mais un ordinateur peut fournir plusieurs services différents. Pour distinguer ces services, les communications utilisent également des numéros de port.

Un port permet d'indiquer quel service doit recevoir les données sur une machine. Par exemple, les communications Web utilisent notamment les ports 80 pour HTTP et 443 pour HTTPS.

Une communication réseau peut donc être décrite notamment par une adresse IP et un port. Par exemple, 192.168.1.25:443 désigne le port 443 de l'appareil possédant l'adresse 192.168.1.25.

Les adresses IP dans le fonctionnement d'Internet

Les adresses IP constituent l'un des éléments fondamentaux du fonctionnement d'Internet. Elles permettent aux appareils et aux routeurs de déterminer l'origine et la destination des communications.

Lorsqu'un ordinateur consulte un serveur Web, les données passent ainsi par plusieurs étapes : l'appareil possède une adresse IP, le routeur reçoit les paquets, les routeurs successifs les acheminent entre les réseaux, puis le serveur reçoit les paquets destinés à son adresse.

Sans système d'adressage IP, les appareils connectés à des réseaux différents ne pourraient pas déterminer où envoyer les paquets. IPv4 et IPv6 fournissent donc la base d'adressage nécessaire à la communication sur les réseaux modernes.