Réseau - S5

Année : 2022-2023 (Semestre 5)
Crédits : 3 ECTS
Type : Réseaux Informatiques

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PART A : PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Objectifs du cours

Ce cours constitue une introduction complète aux réseaux informatiques, couvrant les fondamentaux des architectures réseau, les protocoles de communication, et la configuration pratique d'équipements réseau. L'accent est mis sur le modèle TCP/IP, l'adressage IP, le routage, et les services réseau essentiels.

Compétences visées

• Comprendre l'architecture en couches des réseaux (OSI, TCP/IP)
• Maîtriser l'adressage IPv4 et le subnetting
• Configurer des équipements réseau (switches, routeurs)
• Analyser le trafic réseau avec des outils professionnels
• Diagnostiquer et résoudre des problèmes réseau
• Mettre en place des services réseau (DNS, DHCP, HTTP)
• Comprendre les protocoles de routage et de transport

Organisation

• Volume horaire : 48h (CM : 20h, TD : 12h, TP : 16h)
• Évaluation : Examen écrit (60%) + TPs (40%)
• Semestre : 5 (2022-2023)
• Prérequis : Informatique de base, notions d'architecture ordinateur

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PART B : EXPÉRIENCE, CONTEXTE ET FONCTION

Contenu pédagogique

Le cours s'organise autour des modèles en couches et des protocoles fondamentaux.

1. Fondamentaux des Réseaux

Types de réseaux :

Type	Portée	Exemples
PAN	~1m	Bluetooth, USB
LAN	~1km	Réseau local, Wi-Fi
MAN	~10km	Réseau urbain
WAN	Mondial	Internet

Topologies réseau :

• Bus : tous les nœuds sur un même câble (ancien Ethernet)
• Étoile : tous connectés à un switch central (Ethernet moderne)
• Anneau : connexions circulaires (Token Ring)
• Maillage : connexions multiples pour redondance

Équipements réseau :

• Hub : répéteur simple, domaine de collision unique
• Switch : commutation par adresses MAC, isole les collisions
• Routeur : interconnecte réseaux IP différents
• Point d'accès Wi-Fi : connectivité sans fil

2. Modèles en Couches

Modèle OSI (7 couches) :

Couche	Nom	Fonction	Exemples
7	Application	Interface utilisateur	HTTP, FTP, DNS
6	Présentation	Format données	SSL/TLS, JPEG
5	Session	Gestion sessions	NetBIOS
4	Transport	Bout en bout	TCP, UDP
3	Réseau	Routage	IP, ICMP
2	Liaison	Trame, MAC	Ethernet, Wi-Fi
1	Physique	Signal électrique	Câbles, ondes

Modèle TCP/IP (4 couches) :

Version simplifiée utilisée en pratique :

• Application (= couches 5-7 OSI)
• Transport (= couche 4 OSI)
• Internet (= couche 3 OSI)
• Accès réseau (= couches 1-2 OSI)

Encapsulation :

Chaque couche ajoute un en-tête aux données :

• Application : Données
• Transport : Segment (TCP) ou Datagramme (UDP)
• Réseau : Paquet IP
• Liaison : Trame Ethernet

3. Couche Liaison de Données

Adresse MAC :

Adresse matérielle unique sur 48 bits (6 octets).

Format : XX:XX:XX:XX:XX:XX (hexadécimal)

Exemple : 00:1A:2B:3C:4D:5E

3 premiers octets = OUI (Organizational Unique Identifier, fabricant)
3 derniers octets = identifiant unique

Ethernet :

Norme dominante pour LAN.

Standards :

• 10BASE-T : 10 Mbps
• 100BASE-TX (Fast Ethernet) : 100 Mbps
• 1000BASE-T (Gigabit) : 1 Gbps
• 10GBASE-T : 10 Gbps

Trame Ethernet :

Structure : Préambule | MAC dest | MAC src | Type | Données | CRC

Taille minimale : 64 octets
Taille maximale (MTU) : 1518 octets

Switch Ethernet :

Apprentissage des adresses MAC :

1. Reçoit trame sur port A avec MAC source X
2. Enregistre : "MAC X accessible via port A"
3. Transfert intelligent vers port de destination

Avantages vs hub :

• Pas de collisions entre ports
• Full-duplex possible
• Meilleures performances

VLAN (Virtual LAN) :

Segmentation logique d'un réseau physique.

Avantages :

• Isolation du trafic
• Sécurité accrue
• Flexibilité administrative

4. Couche Réseau et Adressage IP

IPv4 :

Adresse sur 32 bits (4 octets).

Format : A.B.C.D où A, B, C, D entre 0 et 255

Exemple : 192.168.1.10

Classes d'adresses (anciennes) :

Classe	Premier octet	Masque par défaut	Utilisation
A	1-126	255.0.0.0 (/8)	Très grands réseaux
B	128-191	255.255.0.0 (/16)	Réseaux moyens
C	192-223	255.255.255.0 (/24)	Petits réseaux
D	224-239	-	Multicast
E	240-255	-	Réservé

Adresses particulières :

• 127.0.0.1 : loopback (localhost)
• 0.0.0.0 : toute interface
• 255.255.255.255 : broadcast général
• 192.168.0.0/16, 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 : adresses privées

Subnetting (sous-réseaux) :

Division d'un réseau en sous-réseaux plus petits.

Exemple : réseau 192.168.1.0/24 divisé en 4 sous-réseaux :

• 192.168.1.0/26 (64 adresses)
• 192.168.1.64/26
• 192.168.1.128/26
• 192.168.1.192/26

Masque /26 = 255.255.255.192

CIDR (Classless Inter-Domain Routing) :

Notation /n où n = nombre de bits à 1 dans le masque.

Exemples :

• /8 = 255.0.0.0
• /16 = 255.255.0.0
• /24 = 255.255.255.0
• /30 = 255.255.255.252 (4 adresses, pour liens point-à-point)

NAT (Network Address Translation) :

Traduction d'adresses privées en adresse publique.

Permet :

• Économiser les adresses IPv4 publiques
• Masquer la topologie interne
• Sécurité basique (firewall implicite)

Types :

• NAT statique : 1 privée ↔ 1 publique
• NAT dynamique : pool d'adresses publiques
• PAT (Port Address Translation) : 1 publique avec ports différents

IPv6 :

Adresse sur 128 bits (16 octets).

Format : xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:xxxx (hexadécimal)

Exemple : 2001:0db8:0000:0000:0000:ff00:0042:8329

Simplifications :

• Omettre zéros de tête : 2001:db8::ff00:42:8329
• :: une seule fois pour suite de zéros

Avantages :

• Espace d'adressage quasi infini
• Pas besoin de NAT
• Meilleure sécurité (IPsec intégré)
• Configuration automatique

5. Routage

Principe :

Choix du chemin pour acheminer les paquets entre réseaux.

Table de routage contient :

• Réseau de destination
• Masque
• Passerelle (gateway)
• Interface de sortie
• Métrique (coût)

Routage statique :

Routes configurées manuellement.

Commande Linux :

ip route add 192.168.2.0/24 via 192.168.1.1

Avantages : simple, prévisible
Inconvénients : pas d'adaptation automatique, lourd à gérer

Routage dynamique :

Protocoles échangeant automatiquement les routes.

RIP (Routing Information Protocol) :

• Protocole à vecteur de distance
• Métrique = nombre de sauts
• Maximum 15 sauts
• Mises à jour toutes les 30s
• Simple mais limité

OSPF (Open Shortest Path First) :

• Protocole à état de liens
• Métrique = coût (bande passante)
• Convergence rapide
• Hiérarchie par zones
• Très utilisé en entreprise

BGP (Border Gateway Protocol) :

• Protocole de routage inter-domaines (Internet)
• Utilisé entre AS (Autonomous Systems)
• Très robuste et évolutif

6. Couche Transport

TCP (Transmission Control Protocol) :

Protocole fiable orienté connexion.

Caractéristiques :

• Établissement connexion (3-way handshake)
• Garantie de livraison et d'ordre
• Contrôle de flux (fenêtre glissante)
• Contrôle de congestion
• Détection et retransmission d'erreurs

3-way handshake :

1. Client → Serveur : SYN
2. Serveur → Client : SYN-ACK
3. Client → Serveur : ACK

Segment TCP :

En-tête contient :

• Port source et destination
• Numéros de séquence et acquittement
• Flags (SYN, ACK, FIN, RST, PSH, URG)
• Fenêtre de réception
• Checksum

UDP (User Datagram Protocol) :

Protocole non fiable sans connexion.

Caractéristiques :

• Pas d'établissement de connexion
• Pas de garantie de livraison
• Pas de contrôle de flux
• Plus rapide et léger que TCP

Utilisations :

• DNS (requêtes rapides)
• Streaming vidéo/audio (temps réel)
• Jeux en ligne (faible latence)
• DHCP, SNMP, TFTP

Numéros de ports :

Identifient les applications.

Plages :

• 0-1023 : ports bien connus (HTTP=80, HTTPS=443, SSH=22, FTP=21)
• 1024-49151 : ports enregistrés
• 49152-65535 : ports dynamiques/privés

7. Couche Application

DNS (Domain Name System) :

Traduction noms de domaine ↔ adresses IP.

Hiérarchie :

• Racine (.)
• TLD (Top-Level Domain) : .com, .fr, .org
• Domaines de 2e niveau : example.com
• Sous-domaines : www.example.com

Types d'enregistrements :

• A : IPv4
• AAAA : IPv6
• MX : serveur mail
• CNAME : alias
• NS : serveur de noms
• PTR : résolution inverse

Requête DNS :

1. Client demande résolution de www.example.com
2. Serveur DNS local consulte cache ou serveurs autoritaires
3. Retourne adresse IP

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) :

Attribution automatique d'adresses IP.

Processus DORA :

1. Discover : client cherche serveur DHCP
2. Offer : serveur propose configuration
3. Request : client accepte l'offre
4. Acknowledge : serveur confirme

Informations fournies :

• Adresse IP
• Masque de sous-réseau
• Passerelle par défaut
• Serveurs DNS
• Durée du bail (lease time)

HTTP/HTTPS :

Protocole de transfert hypertexte pour le Web.

Méthodes principales :

• GET : récupérer ressource
• POST : envoyer données
• PUT : créer/modifier ressource
• DELETE : supprimer ressource

Codes de réponse :

• 2xx : succès (200 OK)
• 3xx : redirection (301, 302)
• 4xx : erreur client (404 Not Found)
• 5xx : erreur serveur (500 Internal Server Error)

HTTPS = HTTP + TLS (chiffrement)

FTP (File Transfer Protocol) :

Transfert de fichiers.

Modes :

• Actif : serveur initie connexion de données
• Passif : client initie toutes connexions (firewall-friendly)

Ports : 21 (contrôle), 20 (données en mode actif)

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PART C : ASPECTS TECHNIQUES

Travaux Pratiques

TP : Introduction aux réseaux et outils

Objectifs :

• Manipulation des commandes réseau
• Analyse de trames avec Wireshark
• Utilisation de tsock (simulateur réseau)

Commandes réseau essentielles :

ping : test de connectivité ICMP

ping 192.168.1.1
ping -c 4 google.com

traceroute/tracert : tracer le chemin des paquets

traceroute google.com

Affiche tous les routeurs intermédiaires.

ifconfig/ipconfig : configuration des interfaces

ifconfig eth0
ipconfig /all

Affiche adresse IP, MAC, masque, passerelle.

netstat : statistiques réseau

netstat -an    # Connexions actives
netstat -rn    # Table de routage

nslookup/dig : requêtes DNS

nslookup www.google.com
dig www.google.com

arp : table ARP (IP ↔ MAC)

arp -a

Wireshark :

Analyseur de paquets graphique.

Fonctionnalités :

• Capture en temps réel
• Filtres d'affichage puissants
• Décodage de protocoles
• Analyse de flux TCP
• Statistiques

Filtres utiles :

• tcp.port == 80 : HTTP
• ip.addr == 192.168.1.1 : adresse spécifique
• dns : requêtes DNS
• tcp.flags.syn == 1 : connexions TCP

Outil tsock :

Simulateur réseau pédagogique permettant :

• Visualiser encapsulation/désencapsulation
• Observer échanges de protocoles
• Simuler pertes et déséquencement
• Comprendre les mécanismes TCP

Travaux Dirigés

TD1 : Bases des réseaux :

Exercices sur :

• Calcul d'adresses réseau et broadcast
• Détermination de masques
• Classification d'adresses

TD2 : Commutation et routage :

Problématiques :

• Pertes de paquets (causes, détection)
• Déséquencement (impact, réordonnancement)
• Tables de routage
• Configuration de routes

TD3-4 : Architecture, services et protocoles :

Analyse :

• Modèle en couches OSI/TCP-IP
• PDU à chaque couche
• Services offerts par chaque couche
• Interactions entre protocoles

Configuration Pratique

Configuration d'un switch :

Commandes de base (Cisco) :

enable
configure terminal
hostname Switch1
interface vlan 1
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
no shutdown

Configuration VLAN :

vlan 10
name Departement_IT
exit
interface FastEthernet 0/1
switchport mode access
switchport access vlan 10

Configuration routeur :

interface GigabitEthernet 0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
no shutdown
exit
ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.254

Configuration serveur DHCP (Linux) :

Fichier /etc/dhcp/dhcpd.conf :

subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.200;
    option routers 192.168.1.1;
    option domain-name-servers 8.8.8.8;
}

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PART D : ANALYSE ET RÉFLEXION

Compétences acquises

Théoriques :

• Compréhension des modèles en couches
• Maîtrise de l'adressage IP et du subnetting
• Connaissance des protocoles fondamentaux
• Principes du routage et de la commutation

Pratiques :

• Utilisation d'outils d'analyse (Wireshark)
• Configuration d'équipements réseau
• Diagnostic de problèmes réseau
• Mise en place de services réseau
• Analyse de trames et protocoles

Applications pratiques

Les réseaux sont au cœur de tous les systèmes informatiques modernes :

Entreprise :

• Réseau LAN d'entreprise
• Interconnexion sites distants (VPN)
• Serveurs et services internes
• Sécurité réseau (firewall, DMZ)

Internet et Cloud :

• Hébergement web
• Services cloud (AWS, Azure, GCP)
• CDN (Content Delivery Networks)
• Streaming et VOD

IoT et embarqué :

• Objets connectés
• Domotique
• Réseaux industriels
• Capteurs communicants

Télécommunications :

• Réseaux mobiles (4G, 5G)
• VoIP (téléphonie sur IP)
• Réseaux opérateurs

Liens avec autres cours

Cours	Lien
Architecture Matérielle (S5)	Interfaces réseau, DMA
Systèmes d'exploitation (S5)	Pile réseau, sockets
Programmation C (S5)	Sockets, protocoles
Sécurité (S7)	Chiffrement, VPN, firewall
IoT (S9)	Protocoles IoT (MQTT, CoAP)
Cloud Computing (S9)	Réseaux virtuels, SDN

Perspectives et évolutions

Technologies émergentes :

SDN (Software-Defined Networking) :
Séparation plan de contrôle et plan de données, configuration programmable.

NFV (Network Function Virtualization) :
Fonctions réseau virtualisées (routeurs, firewalls logiciels).

5G et au-delà :
Très haut débit, ultra-faible latence, IoT massif.

IPv6 :
Adoption progressive mais inévitable (épuisement IPv4).

Sécurité :
Chiffrement généralisé (TLS 1.3, HTTPS partout), Zero Trust.

Recommandations

Pour approfondir :

1. Pratiquer avec Packet Tracer ou GNS3
2. Monter un lab réseau à domicile
3. Lire les RFCs des protocoles importants
4. Analyser du trafic réel avec Wireshark
5. Configurer routeurs et switches (occasion ou simulateurs)

Certifications :

• CompTIA Network+
• Cisco CCNA
• Juniper JNCIA

Mon opinion

Ce cours est fondamental pour comprendre comment fonctionnent les communications modernes.

Points forts :

• Approche progressive (des fondamentaux aux protocoles avancés)
• Outils professionnels (Wireshark)
• Pratique avec TPs
• Base solide pour cours avancés

Applications concrètes :

Les connaissances acquises sont immédiatement applicables :

• Configuration de réseau domestique
• Diagnostic de problèmes de connectivité
• Compréhension des architectures web
• Base pour administration système

Importance professionnelle :

Les réseaux sont omniprésents en informatique. Tout ingénieur doit comprendre :

• Comment ses applications communiquent
• Les contraintes réseau (latence, bande passante)
• La sécurité réseau de base
• Les architectures distribuées

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Bilan personnel : Ce cours a fourni les bases essentielles des réseaux informatiques. La combinaison de théorie (modèles, protocoles) et de pratique (Wireshark, configuration) a permis une compréhension solide. Ces connaissances sont indispensables pour tous les cours suivants impliquant des communications (IoT, Cloud, Systèmes distribués) et pour la carrière professionnelle.

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Photos de TP Réseau

Les travaux pratiques réseau ont permis de manipuler les outils et protocoles étudiés en cours. Voici les captures réalisées lors des séances de TP.

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Rapports et Projets

ip route add 192.168.2.0/24 via 192.168.1.1

ping 192.168.1.1
ping -c 4 google.com

traceroute google.com

ifconfig eth0
ipconfig /all

netstat -an    # Active connections
netstat -rn    # Routing table

nslookup www.google.com
dig www.google.com

arp -a

enable
configure terminal
hostname Switch1
interface vlan 1
ip address 192.168.1.2 255.255.255.0
no shutdown

vlan 10
name Departement_IT
exit
interface FastEthernet 0/1
switchport mode access
switchport access vlan 10

interface GigabitEthernet 0/0
ip address 192.168.1.1 255.255.255.0
no shutdown
exit
ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.1.254

subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.200;
    option routers 192.168.1.1;
    option domain-name-servers 8.8.8.8;
}