Fiche de cours

Comprendre les protocoles de la couche réseau

Lycée   >   Premiere, Terminale   >   NSI   >   Comprendre les protocoles de la couche réseau

  • Fiche de cours
  • Quiz et exercices
  • Vidéos et podcasts
Objectif

Comprendre les protocoles utilisés dans la couche réseau : IP, ARP et ICMP.

Point clé

La couche réseau a pour rôle d’acheminer les messages aux bonnes destinations.
Elle va pour cela utiliser :

  • le protocole IP pour la destination ;
  • le protocole ARP pour faire le lien entre l’adresse IP et l’adresse MAC de la machine destinataire ;
  • le protocole ICMP pour contrôler les éventuelles erreurs.
Pour bien comprendre

Le modèle OSI (principe d’encapsulation et de décapsulation de données)

1. Les rôles de la couche réseau
La couche réseau a pour fonction d’acheminer les messages à la bonne destination, elle réalise donc le routage des messages.

La couche réseau doit donc être capable de calculer et de trouver les chemins de manière à atteindre la destination.

Cette couche transmet des paquets de données, c’est-à-dire qu’elle va encapsuler des données dans un préfixe en utilisant des protocoles.

Cette couche va principalement utiliser le protocole IP pour router, le protocole ARP pour faire le lien entre l’adresse IP et l’adresse MAC de la machine destinataire, et le protocole ICMP pour contrôler les erreurs de transmission.

2. Le protocole IP
a. Associer une interface à une adresse IP
Le protocole IP (pour Internet Protocol en anglais) permet d’associer à chaque interface un identifiant unique nommé adresse IP, et cela indépendamment de la couche directement inférieure (la couche liaison).
Remarque
Le protocole IP permet également de définir une adresse IP virtuelle lorsqu’on n’est pas connecté, elle s’appelle localhost et son adresse est 127.0.0.1.

Il existe deux versions d’adressage IP, la v4 sur 4 octets et la v6 sur 6 octets.

Nous utiliserons dans ce cours l’adressage IPv4.

Une adresse IPv4 est composée de 4 octets en notation décimale, séparés par des points et notés généralement en décimal.
Exemple
192.168.42.122 est une adresse IPv4.
b. Associer une interface à un masque de sous-réseau

Le protocole IP permet aussi de déterminer et de lister tous les équipements appartenant à un sous-réseau, qui sont capables de communiquer directement entre eux. Il utilise pour cela un nombre de 4 octets appelé le masque de sous-réseau.

Exemple
255.255.255.000 est un masque de sous-réseau : en binaire, cette adresse est 11111111.11111111.11111111.00000000.
Cela permet de découper l’adresse en deux, une partie réseau (les 24 premiers bits, qui ont ici un poids à 1) et une partie machine (les derniers 8 bits, qui sont ici à 0). Il y aura donc 28 adresses différentes dans un sous-réseau.

Pour savoir si des machines appartiennent à un même sous-réseau de masque 255.255.255.0, on applique la méthode ANDing qui consiste à effectuer l’opération & logique, bit à bit sur chaque octet.
On doit se rappeler que 255 & valeur = valeur et que 0 & valeur = 0.

Exemples

Les deux machines appartiennent au même sous-réseau identifié par l’adresse IP 192.168.42.0.

c. Le routage des données

Un autre rôle de ce protocole est le routage, c’est-à-dire la transmission depuis la source jusqu’au destinataire.

Le sous-réseau

On définit pour cela d’abord la notion de sous-réseau : il s’agit pour simplifier d’un réseau local où toutes les machines sont connectées entre elles.

Dans ce sous-réseau, une des machines assure le rôle de passerelle : cette machine porte le nom de routeur, c’est-à-dire qu’elle est connectée à un autre sous-réseau qui possède lui aussi un routeur, etc.

La table de routage

Le routeur possède ce qu’on appelle une table de routage, c’est-à-dire une liste d’adresses. Lors de l’envoi d’un paquet, le routeur envoie ainsi les données de routeurs en routeurs de manière à atteindre la destination. De nos jours, les tables de routages sont dynamiques, elles se mettent à jour automatiquement.

Le paquet IP

Lorsqu’un ordinateur souhaite envoyer des données à un autre ordinateur, le protocole IP va encapsuler les données de la manière suivante dans ce qu’on appelle paquet IP ou datagramme IP.

Préfixe Adresse IPv4
de la source
Adresse IPv4
de la destination
Données
12 octets 4 octets 4 octets  

Le préfixe va contenir plusieurs informations, comme la longueur du paquet, mais aussi un entier, codé sur un octet, qui se nomme TTL (Time To Live en anglais).

Le TTL est un nombre qui va donner la durée de vie du paquet : ce nombre diminue de 1 à chaque fois que le paquet passe par un routeur, et lorsqu’il vaut 0 le paquet est détruit. Le protocole ICMP est alors activé et va provoquer l’envoi d’un message signalant la destruction du paquet.

Remarque
Une norme préconise de fixer le TTL à 64, ce qui signifie que le paquet IP sera détruit au bout de 64 passages par un routeur.
3. Le protocole ARP
a. Différence entre adresse IP et adresse MAC

Le principe d’identification des machines est basé sur l’attribution d’une adresse IP à chaque machine appartenant au réseau. Cette adresse IP est un numéro d’identification attribué à chaque machine qui permet de pouvoir communiquer avec l’ensemble des ordinateurs du réseau.

À chaque connexion sur le réseau, on associe cette adresse IP à l’adresse MAC de la carte réseau de la machine électronique.

L’adresse MAC est une adresse physique. Il s’agit d’un numéro d’identification de la machine qui est inscrit sur le matériel électronique par le concepteur afin de connaitre sa provenance.

b. Le protocole ARP pour faire le lien entre adresse IP et adresse MAC
Principe du protocole ARP

Lors d’un transport de données par la couche réseau, les trames ne connaissent que les adresses IP, il faut donc faire le lien avec l’adresse MAC d’une machine physique pour acheminer les données.

C’est le protocole ARP (Address Resolution Protocol en anglais) qui permet la correspondance entre adresse IP et adresse MAC : elle fait le lien entre l’adresse IP utilisée dans les trames et l’adresse physique de la machine (MAC).

Fonctionnement simplifié du protocole ARP

Voici le fonctionnement simplifié, dans le cas d’un ordinateur source A qui souhaite envoyer une trame à l’ordinateur destinataire B dont il connait l’adresse IP.

Étape 1 – La mémoire cache ARP est interrogée

L’ordinateur source A interroge la mémoire cache ARP (une mémoire des requêtes précédentes) pour savoir s’il a déjà l’adresse IP de l’ordinateur destinataire B.

Étape 2 – Réponse de la mémoire cache ARP
  • L’adresse IP est dans la mémoire cache.

Si l’adresse IP est dans la mémoire cache, il lit juste l’adresse MAC correspondante pour y envoyer la trame.

  • L’adresse IP n’est pas dans la mémoire cache.

Si l’adresse IP n’est pas dans la mémoire cache ARP, l’ordinateur source A met en attente l’envoi de la trame et effectue une requête ARP à l’ensemble du sous-réseau. Il demande en fait à qui correspond l’adresse IP, et le sous-réseau lui répond en renvoyant l’adresse MAC qui correspond.

Remarque
On dit que la requête ARP est lancée en broadcast : cela signifie en anglais « radiodiffusion », c’est-à-dire que la requête est envoyée à toutes les machines connectées au sous-réseau.

Tous les ordinateurs connectés au sous-réseau reçoivent la requête ARP, mais la seule machine qui va répondre est celle qui doit être destinataire de la trame : c’est l’ordinateur B, qui va du coup envoyer son adresse MAC à l’ordinateur expéditeur A. L’ordinateur source A peut ainsi envoyer la trame à la bonne destination.

La requête ARP est encapsulée dans la trame elle-même.

4. Le protocole ICMP
Le protocole ICMP (Internet Control Message Protocol en anglais) est l’un des protocoles de la couche réseau, il permet d’envoyer des messages de contrôle et d’erreur.
Exemple
La commande ping fait partie du protocole ICMP, ainsi ping 192.123.45.123 permet d’envoyer un paquet à l’adresse 192.123.45.123 et ce à plusieurs reprises pour tester si l’adresse est accessible.

Il y a d’autres processus de contrôle : lorsque le TTL (durée de vie d’un paquet) atteint 0, le protocole ICMP permet par exemple d’envoyer un message d’erreur à la source.

5. Résumé - le rôle des protocoles IP, ARP et ICMP
  • Le protocole IP permet l’acheminement des paquets et l’identification.
  • Le protocole ARP permet de connaitre l’adresse physique du destinataire.
  • Le protocole ICMP permet de transmettre des messages de contrôle et d’erreurs.

Évalue ce cours !

 

Des quiz et exercices pour mieux assimiler sa leçon

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des quiz et exercices en accompagnement de chaque fiche de cours. Les exercices permettent de vérifier si la leçon est bien comprise ou s’il reste encore des notions à revoir.

S’abonner

 

Des exercices variés pour ne pas s’ennuyer

Les exercices se déclinent sous toutes leurs formes sur myMaxicours ! Selon la matière et la classe étudiées, retrouvez des dictées, des mots à relier ou encore des phrases à compléter, mais aussi des textes à trous et bien d’autres formats !

Dans les classes de primaire, l’accent est mis sur des exercices illustrés très ludiques pour motiver les plus jeunes.

S’abonner

 

Des quiz pour une évaluation en direct

Les quiz et exercices permettent d’avoir un retour immédiat sur la bonne compréhension du cours. Une fois toutes les réponses communiquées, le résultat s’affiche à l’écran et permet à l’élève de se situer immédiatement.

myMaxicours offre des solutions efficaces de révision grâce aux fiches de cours et aux exercices associés. L’élève se rassure pour le prochain examen en testant ses connaissances au préalable.

S’abonner

Des vidéos et des podcasts pour apprendre différemment

Certains élèves ont une mémoire visuelle quand d’autres ont plutôt une mémoire auditive. myMaxicours s’adapte à tous les enfants et adolescents pour leur proposer un apprentissage serein et efficace.

Découvrez de nombreuses vidéos et podcasts en complément des fiches de cours et des exercices pour une année scolaire au top !

S’abonner

 

Des podcasts pour les révisions

La plateforme de soutien scolaire en ligne myMaxicours propose des podcasts de révision pour toutes les classes à examen : troisième, première et terminale.

Les ados peuvent écouter les différents cours afin de mieux les mémoriser en préparation de leurs examens. Des fiches de cours de différentes matières sont disponibles en podcasts ainsi qu’une préparation au grand oral avec de nombreux conseils pratiques.

S’abonner

 

Des vidéos de cours pour comprendre en image

Des vidéos de cours illustrent les notions principales à retenir et complètent les fiches de cours. De quoi réviser sa prochaine évaluation ou son prochain examen en toute confiance !

S’abonner

Découvrez le soutien scolaire en ligne avec myMaxicours

Plongez dans l'univers de myMaxicours et découvrez une approche innovante du soutien scolaire en ligne, conçue pour captiver et éduquer les élèves de CP à la terminale. Notre plateforme se distingue par une riche sélection de contenus interactifs et ludiques, élaborés pour stimuler la concentration et la motivation à travers des parcours d'apprentissage adaptés à chaque tranche d'âge. Chez myMaxicours, nous croyons en une éducation où chaque élève trouve sa place, progresse à son rythme et développe sa confiance en soi dans un environnement bienveillant.

Profitez d'un accès direct à nos Profs en ligne pour une assistance personnalisée, ou explorez nos exercices et corrigés pour renforcer vos connaissances. Notre assistance scolaire en ligne est conçue pour vous accompagner à chaque étape de votre parcours éducatif, tandis que nos vidéos et fiches de cours offrent des explications claires et concises sur une multitude de sujets. Avec myMaxicours, avancez sereinement sur le chemin de la réussite scolaire, armé des meilleurs outils et du soutien de professionnels dédiés à votre épanouissement académique.

Fiches de cours les plus recherchées

NSI

Comprendre les protocoles de la couche transport

NSI

Décrire des protocoles de récupération de paquets

NSI

Découvrir le système d'exploitation

NSI

Différencier les principaux systèmes d'exploitation

NSI

Utiliser les commandes de base sur un système d'exploitation

NSI

Gérer les différents droits sur les fichiers

NSI

Utiliser des capteurs et des actionneurs

NSI

Réaliser une interface homme-machine sous Android

NSI

Affecter une valeur, utiliser une séquence d'actions

NSI

Utiliser des structures conditionnelles