Réseaux informatiques : questions d’entraînement avec explications

1Ce qu’est un réseau informatique

Un réseau est un ensemble d’appareils qui échangent des données : ordinateurs portables, téléphones, serveurs, imprimantes. Les appareils qui s’y trouvent sont appelés des hôtes.

Un réseau à l’intérieur d’un seul bâtiment ou campus est un LAN (réseau local). Un réseau qui couvre des villes ou des pays est un WAN (réseau étendu). Internet relie des millions de réseaux.

Les données ne circulent pas en un long flux unique. Elles sont découpées en petits morceaux appelés paquets, et chaque paquet trouve son propre chemin vers la destination.

Les appareils ne peuvent se comprendre que s’ils suivent les mêmes règles. Un tel ensemble de règles sur le format et l’ordre des messages est un protocole. TCP, IP et HTTP sont des protocoles.

La plupart des services suivent le modèle client–serveur : un client, comme votre navigateur, envoie une requête, et un serveur renvoie la réponse.

Deux mots décrivent la rapidité d’une connexion. La bande passante est le débit maximal, par exemple 100 Mbit/s. La latence est le délai avant l’arrivée des données, mesuré en millisecondes.

2Couches et encapsulation

Les réseaux sont divisés en couches. Chaque couche résout un problème et s’appuie sur la couche inférieure. Le modèle OSI compte 7 couches ; le modèle TCP/IP utilisé sur Internet les regroupe en 4 ou 5.

• 1 Physique : envoie les bits bruts sous forme de signaux électriques, lumineux ou radio sur des câbles et dans l’air.
• 2 Liaison de données : achemine des trames entre des appareils d’un même réseau local, à l’aide d’adresses MAC. Ethernet et le Wi-Fi se situent ici.
• 3 Réseau : achemine des paquets à travers les réseaux, à l’aide d’adresses IP. Les routeurs travaillent ici.
• 4 Transport : achemine les données entre des programmes, à l’aide de numéros de port. TCP envoie des segments ; UDP envoie des datagrammes.
• 5–7 Session, présentation, application : les services que les gens utilisent, comme HTTP pour le web, DNS pour les noms et SMTP pour le courrier électronique.

Quand des données sont envoyées, chaque couche ajoute son propre en-tête devant les données de la couche supérieure. C’est l’encapsulation. Le récepteur retire les en-têtes dans l’ordre inverse.

TCP établit d’abord une connexion (la poignée de main en trois temps SYN, SYN-ACK, ACK). Il numérote les données, attend les accusés de réception et renvoie ce qui est perdu. Il est fiable et ordonné.

UDP envoie sans connexion et sans réémission. Il est plus rapide et s’utilise là où le délai compte plus qu’un paquet perdu : vidéo en direct, jeux, et courtes requêtes DNS.

3Adresses, équipements et protocoles auxiliaires

Trois types d’adresses fonctionnent ensemble, un par couche :

• Adresse MAC (couche 2) : une adresse matérielle de 48 bits d’une carte réseau. Elle n’est utilisée qu’à l’intérieur du réseau local.
• Adresse IP (couche 3) : une adresse IPv4 compte 32 bits, une adresse IPv6 128 bits. Elle indique où se trouve un hôte sur Internet.
• Numéro de port (couche 4) : désigne le programme sur l’hôte. Les ports bien connus vont de 0 à 1023 : HTTP 80, HTTPS 443, SSH 22, DNS 53, SMTP 25.

Les équipements suivent les mêmes couches. Un concentrateur (hub, couche 1) copie chaque signal vers tous les ports. Un commutateur (switch, couche 2) envoie une trame uniquement vers le port de l’adresse MAC de destination. Un routeur (couche 3) transmet les paquets entre les réseaux.

Quelques protocoles auxiliaires font fonctionner l’ensemble :

• DHCP donne à un hôte son adresse IP, son masque, sa passerelle par défaut et son serveur DNS quand il rejoint le réseau.
• DNS traduit un nom comme example.com en adresse IP, comme un annuaire.
• ARP trouve l’adresse MAC qui correspond à une adresse IP sur le réseau local.
• ICMP transporte des messages d’erreur et de test. La commande ping utilise des requêtes d’écho ICMP.
• NAT permet à de nombreux appareils ayant des adresses privées (10.x, 172,16–31.x, 192,168.x) de partager une seule adresse publique.

La passerelle par défaut est le routeur vers lequel un hôte envoie chaque paquet quand la destination est en dehors de son propre sous-réseau.

4La méthode pas à pas

La plupart des questions, des définitions aux cas de dépannage, peuvent se résoudre avec les mêmes étapes.

1. Trouvez la couche. La question porte-t-elle sur des signaux, des trames et des adresses MAC, des paquets et des adresses IP, des ports et des connexions, ou une application ?
2. Nommez l’équipement ou le protocole qui fonctionne à cette couche : concentrateur, commutateur ou routeur ; Ethernet, IP, TCP ou UDP ; DNS, DHCP ou HTTP.
3. Pour une panne, listez ce qui fonctionne encore et ce qui échoue. Ce qui fonctionne prouve que toutes les couches inférieures sont en bon état.
4. Cherchez la couche la plus basse qui peut expliquer tout ce qui échoue. C’est la cause la plus probable.
5. Vérifiez votre réponse par rapport aux autres faits de la question : elle doit tous les expliquer.

Pour les petits calculs : le délai de transmission est la taille du paquet divisée par le débit de la liaison, et le délai de propagation est la distance divisée par la vitesse du signal.

5Un exemple détaillé

Suivez chaque étape. Essayez de deviner la suivante avant de l’ouvrir.

6Erreurs fréquentes

• Confondre DNS et DHCP. DNS traduit les noms en adresses ; DHCP distribue les adresses.
• Confondre commutateur et routeur. Un commutateur utilise les adresses MAC à l’intérieur d’un réseau ; un routeur utilise les adresses IP entre les réseaux.
• Penser qu’UDP est un « mauvais TCP ». Il est choisi volontairement quand un faible délai compte plus que le renvoi de données perdues.
• Confondre bande passante (capacité) et latence (délai).
• Placer les numéros de port à la couche réseau. Les ports relèvent de la couche transport ; les adresses IP, de la couche réseau.
• Oublier la passerelle par défaut. Sans elle, un hôte atteint son propre sous-réseau mais rien au-delà.

7À quoi ressemblent les questions d’examen

• Facile : termes clés et faits. Le nombre de couches OSI, ce que fait DNS ou DHCP, les numéros de port par défaut, la taille d’une adresse IPv4.
• Moyen : application des notions. La couche d’un équipement, pourquoi un protocole est choisi, ce que font ARP, NAT ou la poignée de main TCP, de petits calculs de sous-réseau et de délai.
• Difficile : cas et analyse. Scénarios de dépannage, comportement de TCP en cas de perte et de congestion, protocoles de routage, attaques comme l’usurpation ARP ou les inondations SYN, et TLS.

Chaque question propose quatre réponses. Éliminez d’abord celles qui relèvent de la mauvaise couche ; souvent, il n’en reste qu’une.