Cours Couche réseau et transport en PDF (Intermédiaire)

Télécharger cours réseau PDF : guide de 26 pages présentant les fonctions des couches Réseau (couche 3 du modèle OSI) et Transport (couche 4), l'adressage IP, la fragmentation/PMTUD, ainsi que les services d'infrastructure (DHCP, DNS, ARP). Références normatives citées : RFC 791 (IPv4), RFC 8200 (IPv6). Document destiné à une consultation technique et à un usage comme manuel de référence pour l'analyse de paquets et la conception d'adressage.

• Maîtrise des en-têtes IP
• Compréhension des protocoles TCP/UDP
• Diagnostic de fragmentation et MTU
• Configuration et rôle des services DNS/DHCP

Positionnement au sein du modèle OSI : focalisation sur les couches 3 (Réseau) et 4 (Transport), leurs interfaces avec la couche Liaison et la couche Application, et les implications pratiques pour le dépannage réseau et la conception d'architectures IP. Les exercices méthodiques proposent l'analyse d'en-têtes, l'interprétation des champs et la résolution de problèmes liés au routage, à la fragmentation et au contrôle de flux.

Note de l'expert : Ce cours est particulièrement recommandé pour préparer les certifications réseau de niveau intermédiaire grâce à ses schémas sur la fragmentation IP.

Le modèle OSI : place des couches réseau et transport

Les couches 1 et 2 concernent la transmission physique et la commutation locale ; les couches 3 et 4 couvrent respectivement le routage interréseau et le transport de bout en bout. La couche Réseau gère datagrammes IP, tables de routage et politiques d'acheminement. La couche Transport assure multiplexage, segmentation, contrôle d'erreur et, selon le protocole, garantie de livraison. Comprendre cette jonction est déterminant pour isoler l'origine d'une latence ou d'une perte observée par une application et appliquer des remèdes adaptés.

Comparaison des modèles OSI et TCP/IP

OSI et TCP/IP sont deux repères conceptuels pour organiser les fonctions réseau : OSI propose sept couches théoriques distinctes, tandis que TCP/IP regroupe les fonctions en quatre couches pratiques (Accès réseau, Internet, Transport, Application). Le modèle TCP/IP reste dominant en ingénierie réseau, avec des implémentations largement documentées par les RFC. La correspondance entre ces modèles facilite l'interprétation des captures (Wireshark, tcpdump) et l'application des recommandations des RFC lors de la conception d'un plan d'adressage ou d'une politique de routage.

Tableau comparatif : Modèle OSI vs TCP/IP

Le tableau ci-dessous illustre les correspondances opérationnelles entre les couches OSI et le modèle TCP/IP. Il aide à repérer rapidement où se situe une fonction (adressage, routage, transport) lors d'une analyse de paquets ou d'une conception d'architecture IP.

Interaction entre couches transport et application

Le rôle de la couche Transport consiste à fournir aux applications des services adaptés en termes de fiabilité, d'ordonnancement et de latence :

• HTTP : généralement supporté par TCP pour garantir l'ordre et l'intégrité des octets (ports 80/443).
• DNS : utilise principalement UDP pour latence réduite, bascule sur TCP pour les transferts zone ou réponses volumineuses (port 53).
• SMTP : dépend de TCP pour une livraison fiable des messages (port 25).

Ces relations expliquent pourquoi des problèmes de transport (fenêtrage, perte, latence) impactent directement les protocoles applicatifs.

Objectifs pédagogiques

• Commutation et routage : distinction opérationnelle entre circuits (réels et virtuels) et paquets, implications sur réservation de bande passante, surréservation et délestage.
• Format et champs de l'en-tête IP : lecture détaillée (version, IHL, TOS/DSCP, longueur totale, identifiant, flags, Fragment Offset, TTL, protocole, checksum, adresses source/destination) et impact du Big Endian sur l'interprétation des octets.
• Fragmentation et MTU : mécanisme de fragmentation (identifiant, flags, offset en multiples de 8 octets), diagnostic des problèmes liés à PMTUD et stratégies d'atténuation.
• Adressage IPv4 et CIDR : classes historiques, netmask, notation préfixe (/26), adresses réservées et principe d'agrégation CIDR ; calcul d'adresse réseau par ET logique et conception d'un plan d'adressage.
• Services d'infrastructure : fonctionnement et rôle de DHCP, DNS, ARP et alternatives comme Zeroconf ; explication de la chaîne nom→IP→MAC sur un LAN.
• Transports et relation IP/TCP/UDP : place d'IP comme couche 3, interactions avec TCP (fiabilité, contrôle de flux) et UDP (transport léger), et repérage du champ « protocole transporté » dans l'en-tête IP (TCP=6, UDP=17).

Protocoles TCP et UDP : différences clés

TCP fournit un transport orienté connexion avec numéros de séquence, acquittements, fenêtrage et retransmission ; l'en-tête inclut ports source/destination, numéros de séquence et d'acquittement, taille de fenêtre, flags (SYN, ACK, FIN, RST, PSH, URG) et checksum. UDP propose un en-tête minimal (ports, longueur, checksum) adapté aux applications exigeant faible latence ou simplicité opérationnelle. Le choix TCP vs UDP dépend des exigences applicatives : intégrité et ordre pour transactions fiables, latence réduite pour flux multimédia ou DNS.

Ports courants : 53 (DNS, UDP/TCP), 80 (HTTP), 443 (HTTPS), 21 (FTP contrôle), 22 (SSH), 25 (SMTP).

📑 Sommaire du document

• Couche Réseau
• La commutation de circuits
• La commutation de paquets
• Le Protocole Internet (IP)
• La trame de données
• Adressage
• Attribution d'adresses à une machine
• Résolution de Nom : DNS

Pourquoi choisir ce cours ?

Rédigé par Marie Laurent, le document combine contexte historique (DARPA), description normative (références aux RFC 791 et 8200) et décodage technique des en-têtes IP. L'approche privilégie des exemples concrets (masques, diagrammes DNS, cellules ATM) et une méthodologie pas à pas pour la fragmentation, le routage et l'analyse de paquets. Références normatives et exercices pratiques facilitent l'application en exploitation et en dépannage réseau.

À qui s'adresse ce cours ?

Public cible : techniciens réseau, étudiants en télécoms et administrateurs d'infrastructures souhaitant maîtriser l'adressage IPv4, le routage et les services de base (DHCP, DNS, ARP) pour administrer LAN et WAN. Prérequis : notions du modèle OSI, bases Ethernet, adressage binaire et familiarité avec la ligne de commande pour l'administration réseau.

Foire aux questions

• Comment IP gère la fragmentation et le réassemblage ? Lorsqu'un lien impose une MTU inférieure, IP fragmente le datagramme en conservant le même identifiant ; les flags indiquent la continuité et le Fragment Offset positionne chaque fragment en multiples de 8 octets pour permettre le réassemblage à la destination. Le checksum couvre l'en-tête et le TTL est décrémenté à chaque saut.
• Différence entre commutation de circuits virtuels et commutation de paquets ? Les circuits virtuels (ex. ATM, Frame Relay) établissent une association logique avec identifiant de circuit favorisant la réservation de ressources ; le mode datagramme (IP) route chaque paquet indépendamment, offrant plus de flexibilité et une utilisation statistique des ressources au prix d'un traitement par routeur à chaque saut.

Mécanismes de fiabilité et contrôle de congestion

La couche Transport met en œuvre la fiabilité par segmentation, numéros de séquence et acquittements, et gère la congestion via le fenêtrage et l'adaptation du débit. Mécanismes classiques : retransmission après temporisation, détection de perte par triple ACK, gestion de la fenêtre d'envoi. Algorithmes modernes (Reno, Cubic, BBR) ajustent ces comportements pour optimiser débit et latence selon l'environnement réseau et les caractéristiques du chemin.

La gestion de la congestion

Le fenêtrage TCP démarre par un slow start pour estimer la capacité, puis bascule en avoidance. En cas de perte détectée, fast retransmit et fast recovery réduisent la fenêtre pour stabiliser le débit. La compréhension de ces phases est essentielle pour diagnostiquer une limitation applicative liée au transport.

Transition vers IPv6 et nouveaux enjeux

IPv6 propose un adressage sur 128 bits (ex. 2001:0db8::/32) et un en-tête simplifié. La fragmentation est gérée par l'hôte source ; les routeurs transit ne fragmentent pas. L'adoption d'IPv6 modifie la planification d'adressage, la coexistence IPv4/IPv6 et les pratiques de sécurité et d'exploitation des tables de routage.

Adressage — ajout IPv6

IPv6 organise les adresses en blocs de 16 bits en hexadécimal et utilise des préfixes (/64, /48, etc.). Les RFC (notamment RFC 8200) détaillent l'allocation et des mécanismes comme SLAAC pour l'autoconfiguration sans état. Les règles d'agrégation et de planification diffèrent de l'IPv4 et influencent la conception d'un plan d'adressage moderne.

Services d'infrastructure — précision DHCP

Le DHCP attribue automatiquement des adresses IP via le processus DORA (Discover, Offer, Request, Acknowledge), simplifiant la gestion d'adresses dans des réseaux dynamiques et réduisant les erreurs humaines lors du provisionnement des hôtes. Le cours décrit également le rôle de DNS et ARP dans la résolution nom→IP→MAC et présente des alternatives comme Zeroconf pour réseaux locaux.

Analyse pratique avec Wireshark

Pour l'analyse de paquets Wireshark, repérer les flags TCP (SYN, ACK) se fait en combinant un filtre et l'inspection de la colonne « Info » ou du détail de l'en-tête TCP. Utilisez des filtres tels que tcp, tcp.flags.syn == 1 ou tcp.flags.ack == 1 pour isoler les échanges d'établissement de connexion. Un paquet SYN initial présente généralement SYN=1 et ACK=0 ; la réponse SYN/ACK combine SYN=1 et ACK=1 ; l'acquittement de l'établissement montre ACK=1 sans SYN. Cette méthode facilite la corrélation avec le modèle TCP/IP, l'analyse de paquets Wireshark et l'investigation de problèmes de protocole internet ou de routage IP sur le chemin.