Cours Couche réseau et transport en PDF (Intermédiaire)

Couche réseau et transport : éléments essentiels. La couche Réseau (couche 3 du modèle OSI) assure l'acheminement des paquets entre réseaux, l'adressage IP, la fragmentation/réassemblage des datagrammes et des mécanismes élémentaires de contrôle d'erreur et de durée de vie (TTL). Elle s'appuie sur des protocoles standards (Protocole Internet (IP), RFC 791 pour IPv4 et RFC 8200 pour IPv6) et des services d'infrastructure (DHCP, DNS, ARP) indispensables aux communications interréseaux. Ce document de 26 pages, au format PDF, est téléchargeable gratuitement pour consultation technique et comme manuel de référence pour l'analyse de paquets et la conception d'adressage.

Le rôle des couches 3 et 4 dans le modèle OSI

Les couches 3 (Réseau) et 4 (Transport) occupent des fonctions complémentaires : la couche Réseau est responsable du routage interréseau, de l'adressage et du contrôle de la durée de vie des paquets, tandis que la couche Transport assure le multiplexage, la segmentation des données et, selon le protocole, la fiabilité et le contrôle de flux. Leur interaction garantit que des données fragmentées et routées sur plusieurs sauts parviennent correctement aux processus applicatifs identifiés par des numéros de port. La compréhension conjointe de ces couches permet de diagnostiquer efficacement problèmes de connectivité, de performances et de fragmentation.

Objectifs pédagogiques

• Commutation et routage — distinction opérationnelle entre circuits (réels et virtuels) et paquets, avec les implications en termes de réservation de bande passante, surréservation et capacité de délestage. Vous saurez expliquer pourquoi des technologies de couche 2 comme ATM ou Frame Relay utilisent des identifiants de circuit alors que IP utilise des datagrammes routés hop-by-hop.
• Format et champs de la trame IP — lecture détaillée de l'en-tête IP (version, IHL, TOS/Quality of Service, longueur totale, identifiant, flags, Fragment Offset, TTL, protocole transporté, checksum, adresses source/destination). Identification de l'usage de chaque champ et de l'impact du Big Endian sur l'interprétation des octets.
• Fragmentation et MTU — mécanique de fragmentation (identifiant de datagramme, flags, offset en multiples de 8 octets) et conditions menant au découpage d'un paquet lors du passage sur un réseau à MTU plus faible ; diagnostic de problèmes liés à PMTUD et stratégies d'atténuation.
• Adressage IPv4 et CIDR — classes historiques, notion de netmask et notation préfixe (/26), adresses réservées et principe d'agrégation CIDR. Calcul de l'adresse réseau par un ET logique et conception d'un plan d'adressage.
• Services d'infrastructure (DHCP, DNS, ARP, Zeroconf) — rôle et fonctionnement du DHCP pour l'attribution dynamique, types d'enregistrements DNS (A, AAAA, NS, MX), résolution via ARP et alternatives auto-configurantes comme Zeroconf. Explication de la chaîne nom→IP→MAC sur un LAN.
• Transports et relation IP/TCP/UDP — place d'IP comme couche 3 et interaction avec TCP (fiabilité, contrôle de flux) et UDP (transport non connecté). Différenciation des usages pertinents de TCP vs UDP et repérage du champ « protocole transporté » dans l'en-tête IP (TCP=6, UDP=17).

Protocoles TCP et UDP : différences clés

TCP fournit une transmission orientée connexion avec contrôle de flux et mécanismes de retransmission. Les champs principaux de l'en-tête TCP incluent les numéros de ports source et destination, le numéro de séquence, le numéro d'acquittement, la taille de la fenêtre de réception, les flags de contrôle (SYN, ACK, FIN, RST, PSH, URG) et le checksum ; ces éléments permettent la segmentation, le suivi des octets et la garantie d'ordre et d'intégrité. UDP offre un transport simple sans connexion : son en-tête comporte les ports source/destination, la longueur et le checksum, adapté aux applications temps réel ou à faible surcharge. En termes de mode de communication, TCP fonctionne en mode connecté (circuit virtuel logique établi entre pairs) tandis que UDP fonctionne en mode non‑connecté.

• 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, ce document de 26 pages combine contexte historique (DARPA), description normative (référence aux RFC) et décodage technique des en-têtes IP pour fournir une base solide aux praticiens réseau. L'approche privilégie des exemples concrets (masques, diagrammes d'interrogation DNS, cellules ATM de 53 octets) et des explications pas à pas sur la fragmentation, le routage et les services d'infrastructure, adaptées aux techniciens et aux étudiants devant interpréter paquets et tables de routage en conditions réelles.

👤 À qui s'adresse ce cours ?

• Public cible : techniciens réseau, étudiants en télécoms ou informaticiens en charge d'infrastructures qui doivent maîtriser l'adressage IPv4, le routage et les services de base (DHCP, DNS, ARP) pour administrer LAN et WAN.
• Prérequis : connaissances élémentaires du modèle OSI, notions d'Ethernet et d'adressage binaire, familiarité avec la notation décimale pointée IPv4 et notions de base en ligne de commande/administration réseau.

Mécanismes de fiabilité et contrôle de congestion

La couche Transport met en œuvre la fiabilité via la segmentation, les numéros de séquence et les acquittements ; elle gère aussi le contrôle de congestion lorsque la demande excède la capacité du réseau. Les mécanismes classiques incluent la retransmission après temporisation, la détection de pertes par triple ACKs et la gestion de la fenêtre d'envoi pour adapter le débit à l'état du réseau. L'objectif est d'éviter l'effondrement des performances en régulant la source plutôt qu'en surchargeant les files d'attente intermédiaires.

La gestion de la congestion

Le fenêtrage TCP ajuste dynamiquement la fenêtre d'envoi : démarrage lent ("slow start") pour découvrir la capacité, puis phase d'évitement de congestion pour croître plus lentement. En cas de perte, les algorithmes (fast retransmit/fast recovery) réduisent la fenêtre afin de soulager le réseau. Les variantes modernes (ex : TCP Reno, Cubic, BBR) modifient ces comportements pour optimiser débit et latence selon l'environnement.

Transition vers IPv6 et nouveaux enjeux

IPv6 introduit un adressage sur 128 bits, exprimé en notation hexadécimale séparée par deux-points (ex : 2001:0db8::/32), et un entête différent d'IPv4 simplifiant le traitement au routage. La fragmentation diffère : en IPv6, ce sont les hôtes sources qui fragmentent, les routeurs n'opèrent pas la fragmentation au transit, et les extensions d'en-tête gèrent fonctions additionnelles. L'adoption d'IPv6 modifie aussi les pratiques de planification d'adressage, de routage et de sécurité, et nécessite une attention particulière à la coexistence IPv4/IPv6 et à la gestion des tables de routage agrégées.

Adressage — ajout IPv6

En complément de l'adressage IPv4 et du CIDR, IPv6 utilise des adresses sur 128 bits organisées en blocs de 16 bits représentés en hexadécimal. Les préfixes se notent /64, /48, etc. Les RFC (notamment RFC 8200) décrivent la méthode d'allocation et les spécificités (autoconfiguration sans état via SLAAC, champs d'en-tête réduits). Contrairement à IPv4, la fragmentation par les routeurs n'est pas prévue en IPv6 : la MTU path discovery et la fragmentation côté source sont les mécanismes recommandés.

Services d'infrastructure — précision DHCP

Le DHCP permet l'attribution automatique d'adresses IP aux hôtes entrant en ligne. Le processus typique DORA (Discover, Offer, Request, Acknowledge) automatise la découverte d'un serveur DHCP, l'offre d'un bail, la demande de cet adressage par le client et l'accusé de réception final, facilitant la gestion d'adressage dans des réseaux dynamiques.