Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Sciences numériques et technologie (SNT)
Protocoles de communication
Comprendre comment les données circulent sur Internet grâce aux protocoles TCP/IP et au modèle en couches (programme de SNT 2nde)
À propos de cette page
Qu'est-ce qu'un protocole ?
Lorsque deux personnes communiquent, elles respectent implicitement des règles : une langue commune, un tour de parole, une façon de signaler la fin d'une phrase. Sur Internet, les machines suivent des règles analogues, appelées protocoles de communication.
Sans protocole commun, deux ordinateurs ne pourraient pas se comprendre, même s'ils sont physiquement connectés. Internet repose sur une pile de protocoles organisée en couches hiérarchiques.
Le modèle en couches TCP/IP
Pour organiser la complexité d'Internet, les ingénieurs ont adopté un modèle en couches : chaque couche a une responsabilité précise et ne communique qu'avec les couches adjacentes. Le modèle utilisé sur Internet est le modèle TCP/IP (ou modèle Internet), qui comporte 4 couches.
| Couche | Rôle | Exemples de protocoles |
|---|---|---|
| Application | Services pour les utilisateurs | HTTP, HTTPS, SMTP, DNS, FTP |
| Transport | Segmentation, fiabilité, contrôle de flux | TCP, UDP |
| Internet (Réseau) | Adressage et routage des paquets | IP (v4, v6), ICMP |
| Accès réseau (Liaison) | Transmission physique sur le support | Ethernet, Wi-Fi (802.11) |
Cette organisation permet de modifier une couche sans toucher aux autres : on peut passer du Wi-Fi à la fibre optique sans changer TCP ou HTTP.
Schéma : Les 4 couches du modèle TCP/IP — les données descendent vers la couche Accès réseau lors de l'envoi, et remontent lors de la réception.
Le protocole IP et les adresses
Le protocole IP (Internet Protocol) est le protocole central d'Internet. Il est responsable de deux choses :
- L'adressage : chaque machine connectée reçoit une adresse IP unique qui l'identifie sur le réseau.
- La segmentation en paquets : les données sont découpées en petits blocs appelés paquets IP, transmis indépendamment.
192.168.1.42. Il existe donc $2^{32} \approx 4{,}3 \times 10^9$ adresses possibles.2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334. Cela donne $2^{128} \approx 3{,}4 \times 10^{38}$ adresses.127.0.0.1 désigne toujours la machine locale (loopback). L'adresse 192.168.x.x est une adresse privée (réseau local), non routable sur Internet public.Le protocole TCP : fiabilité et contrôle
IP livre les paquets du mieux possible, mais sans garantie d'arrivée ni d'ordre. C'est le protocole TCP (Transmission Control Protocol) qui assure la fiabilité de la communication.
TCP établit d'abord une connexion via la poignée de main en trois temps (three-way handshake) :
- Le client envoie un message SYN (synchronisation).
- Le serveur répond SYN-ACK (synchronisation + accusé de réception).
- Le client confirme avec ACK.
Schéma : Les 3 étapes de l'établissement d'une connexion TCP entre un client et un serveur.
| Critère | TCP | UDP |
|---|---|---|
| Fiabilité | Garantie (ACK + réémission) | Aucune (best-effort) |
| Ordre | Garanti | Non garanti |
| Vitesse | Plus lent | Plus rapide |
| Usages | Web, e-mail, transfert de fichiers | Streaming vidéo, jeux en ligne, DNS |
L'encapsulation des données
Quand des données traversent la pile TCP/IP, chaque couche ajoute un en-tête (header) contenant les informations nécessaires à cette couche. Ce mécanisme s'appelle l'encapsulation.
Structure d'un paquet transmis sur le réseau :
| Couche | Unité | En-tête ajouté |
|---|---|---|
| Application | Message | En-tête applicatif (HTTP, SMTP…) |
| Transport | Segment | Ports source/destination, numéro de séquence TCP |
| Internet | Paquet | Adresses IP source et destination, TTL |
| Accès réseau | Trame | Adresses MAC source et destination |
Le routage sur Internet
Sur Internet, les paquets IP passent par des équipements spécialisés appelés routeurs pour aller d'une machine source à une machine destination. Ce processus s'appelle le routage.
Les paquets d'un même message peuvent emprunter des chemins différents et arriver dans le désordre. TCP se charge de les réordonner à destination.
www.google.com depuis Marseille, tes paquets peuvent traverser 10 à 20 routeurs situés dans différents pays. La commande traceroute (ou tracert sous Windows) permet de visualiser ce chemin.Quelques protocoles applicatifs : HTTP, DNS, SMTP
La couche Application regroupe tous les protocoles que les utilisateurs emploient directement. Voici les principaux :
| Protocole | Rôle | Port par défaut |
|---|---|---|
| HTTP / HTTPS | Transfert de pages web (S = sécurisé via TLS) | 80 / 443 |
| DNS | Résolution de noms de domaine en adresses IP | 53 (UDP) |
| SMTP | Envoi d'e-mails | 25 / 587 |
| FTP | Transfert de fichiers | 21 |
| SSH | Connexion à distance sécurisée | 22 |
www.education.gouv.fr) en adresse IP numérique. Sans DNS, il faudrait mémoriser des adresses IP pour chaque site.www.lemonde.fr dans ton navigateur : 1) le navigateur interroge un serveur DNS pour obtenir l'adresse IP du site ; 2) il établit une connexion TCP (port 443 pour HTTPS) avec ce serveur ; 3) il envoie une requête HTTP GET ; 4) le serveur répond avec le contenu de la page.Schéma : Étapes d'accès à un site web — résolution DNS puis connexion TCP/HTTP avec le serveur.
- Un protocole est un ensemble de règles permettant à des machines de communiquer.
- Le modèle TCP/IP organise Internet en 4 couches : Accès réseau, Internet (IP), Transport (TCP/UDP), Application.
- L'adresse IP identifie chaque machine (IPv4 : 4 octets = 32 bits ; IPv6 : 16 octets = 128 bits).
- TCP garantit la fiabilité (ACK, réémission, three-way handshake) ; UDP est rapide mais sans garantie.
- L'encapsulation : chaque couche enveloppe les données dans un en-tête avant de les transmettre.
- Le routage achemine les paquets de routeur en routeur via des tables de routage.
- DNS traduit les noms de domaine en adresses IP ; HTTPS = HTTP chiffré via TLS.
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