À propos de cette page
Ce cours de sciences numériques et technologie (snt) en seconde sur « Protocoles de communication » suit le programme officiel de sciences numériques et technologie (snt) de seconde. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Qu'est-ce qu'un protocole ?, Le modèle en couches TCP/IP, Le protocole IP et les adresses, Le protocole TCP : fiabilité et contrôle. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de seconde à réussir en sciences numériques et technologie (snt).
Au programme
1 · Qu'est-ce qu'un protocole ?
2 · Le modèle en couches TCP/IP
3 · Le protocole IP et les adresses
4 · Le protocole TCP : fiabilité et contrôle
5 · L'encapsulation des données
6 · Le routage sur Internet
7 · Quelques protocoles applicatifs (HTTP, DNS, SMTP)
1Qu'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.
Définition. Un protocole de communication est un ensemble de règles formelles qui définissent comment des équipements numériques échangent des données : format des messages, ordre des échanges, gestion des erreurs et des accusés de réception.
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.
Exemple. Quand tu envoies un e-mail, plusieurs protocoles interviennent en cascade : SMTP pour l'envoi, TCP pour la fiabilité, IP pour le routage, et Ethernet/Wi-Fi pour la transmission physique.
2Le 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.
Astuce. Retiens les couches de bas en haut : Accès réseau, Internet, Transport, Application. Mémo : « AITA ».
3Le 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.
Adresse IPv4. Une adresse IPv4 est composée de 4 octets (nombres de 0 à 255) séparés par des points. Exemple : 192.168.1.42. Il existe donc $2^{32} \approx 4{,}3 \times 10^9$ adresses possibles.
Adresse IPv6. Face à l'épuisement des adresses IPv4, l'IPv6 utilise 128 bits (16 octets) en hexadécimal. Exemple : 2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334. Cela donne $2^{128} \approx 3{,}4 \times 10^{38}$ adresses.
Attention ! L'adresse IP est attribuée dynamiquement par un serveur DHCP à chaque connexion : ton adresse peut changer d'une session à l'autre. Seule l'adresse MAC (identifiant physique de la carte réseau) est permanente.
Exemple. L'adresse 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.
4Le 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 découpe les données en segments, les numérote et attend un accusé de réception (ACK) pour chaque segment. Si un segment n'arrive pas, il est réémis automatiquement.
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 |
Astuce. UDP sacrifie la fiabilité pour la rapidité. Pour une vidéo en streaming, perdre quelques paquets est acceptable ; une retransmission ralentirait l'affichage.
5L'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.
Encapsulation. À l'émission, chaque couche encapsule les données reçues de la couche supérieure en ajoutant son propre en-tête. À la réception, chaque couche lit son en-tête puis « désencapsule » pour remettre les données à la couche supérieure.
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 |
Exemple. Un message HTTP de 10 000 octets peut être découpé en plusieurs segments TCP. Chaque segment est encapsulé dans un paquet IP, lui-même encapsulé dans une trame Ethernet. À destination, chaque couche lit son en-tête et retire l'enveloppe avant de remonter les données.
Attention ! Le champ TTL (Time To Live) dans l'en-tête IP est un compteur décrémenté à chaque routeur traversé. S'il atteint 0, le paquet est détruit, évitant qu'il circule indéfiniment sur le réseau.
6Le 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.
Routage. Chaque routeur possède une table de routage qui associe des plages d'adresses IP à des interfaces de sortie. À chaque paquet reçu, le routeur consulte sa table et décide vers quel routeur suivant (next hop) transmettre le paquet.
Les paquets d'un même message peuvent emprunter des chemins différents et arriver dans le désordre. TCP se charge de les réordonner à destination.
Exemple. Pour atteindre 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.
Astuce. Le routage est décentralisé : il n'existe pas de routeur central qui contrôle tout Internet. C'est cette architecture distribuée qui rend Internet robuste aux pannes.
7Quelques 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 |
DNS (Domain Name System). Le DNS est un système de résolution qui traduit un nom de domaine lisible (ex. www.education.gouv.fr) en adresse IP numérique. Sans DNS, il faudrait mémoriser des adresses IP pour chaque site.
Exemple. Quand tu tapes 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.
Astuce. HTTPS = HTTP + TLS (Transport Layer Security). Le cadenas dans la barre d'adresse signifie que la connexion est chiffrée : les données échangées ne peuvent pas être lues par un tiers sur le réseau.
★À retenir
À retenir :
• 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.