Reseaux et Communication
Modele OSI, TCP/IP, Ethernet, WiFi et protocoles reseau
Objectifs pedagogiques
- Comprendre le modele OSI et ses 7 couches fonctionnelles
- Maitriser l'adressage IP et le role des masques de sous-reseau
- Differencier les protocoles TCP et UDP et leurs cas d'usage
- Configurer une communication reseau sur un systeme embarque
Introduction : Connecter les systemes entre eux
Exemple concret : Station meteo connectee
Votre ESP32 releve temperature et humidite. Ces donnees doivent etre envoyees a un serveur web. Comment transitent-elles ? Par WiFi (couche physique), encapsulees dans des trames Ethernet, transportees par TCP/IP jusqu'au serveur via le protocole HTTP.
La communication reseau est essentielle dans les systemes modernes : objets connectes (IoT), domotique, vehicules autonomes, industrie 4.0. Comprendre les protocoles permet de debugger, securiser et optimiser les echanges de donnees.
Les reseaux informatiques reposent sur une architecture en couches ou chaque niveau a une responsabilite precise, facilitant l'interoperabilite entre equipements differents.
1Le Modele OSI : 7 Couches pour Tout Comprendre
| N | Couche | Role | Protocoles/Exemples |
|---|---|---|---|
| 7 | Application | Interface utilisateur | HTTP, MQTT, FTP, DNS |
| 6 | Presentation | Format des donnees, chiffrement | SSL/TLS, JPEG, JSON |
| 5 | Session | Gestion des sessions | NetBIOS, RPC |
| 4 | Transport | Fiabilite, ports | TCP, UDP |
| 3 | Reseau | Adressage logique, routage | IP, ICMP, ARP |
| 2 | Liaison | Adressage physique, trames | Ethernet, WiFi, PPP |
| 1 | Physique | Transmission bits | Cables, ondes radio, fibre |
Encapsulation des donnees
A chaque couche, un en-tete est ajoute aux donnees :
Application : [Donnees]
Transport : [TCP Header] + Donnees = Segment
Reseau : [IP Header] + Segment = Paquet
Liaison : [Eth Header] + Paquet + [FCS] = Trame
Moyen mnemotechnique : "Please Do Not Throw Sausage Pizza Away" (Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application)
2Adressage IP et Masques de Sous-Reseau
Adresse IPv4
- 32 bits (4 octets) en notation pointee
- Exemple : 192.168.1.100
- Partie reseau + partie hote
= 11000000.10101000.00000001.01100100
Masque de sous-reseau
- Definit la frontiere reseau/hote
- Exemple : 255.255.255.0 = /24
- 1 = bit reseau, 0 = bit hote
= 11111111.11111111.11111111.00000000
Classes d'adresses IP (historique)
| Classe | Plage | Masque defaut | Hotes max |
|---|---|---|---|
| A | 1.0.0.0 - 126.255.255.255 | /8 | 16 millions |
| B | 128.0.0.0 - 191.255.255.255 | /16 | 65 534 |
| C | 192.0.0.0 - 223.255.255.255 | /24 | 254 |
Adresses privees (RFC 1918)
// Adresses reservees pour reseaux locaux
Classe A : 10.0.0.0 - 10.255.255.255 (/8)
Classe B : 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (/12)
Classe C : 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (/16)
// Votre box : generalement 192.168.1.1
Calcul : Adresse reseau
IP : 192.168.1.100 = 11000000.10101000.00000001.01100100
Masque : 255.255.255.0 = 11111111.11111111.11111111.00000000
AND bit a bit :
Reseau : 192.168.1.0 = 11000000.10101000.00000001.00000000
3Protocoles de Transport : TCP vs UDP
TCP (Transmission Control Protocol)
- Connexion etablie (3-way handshake)
- Fiable : acquittements, retransmission
- Ordonne : numeros de sequence
- Controle de flux
Usage : HTTP, HTTPS, FTP, SMTP
UDP (User Datagram Protocol)
- Sans connexion (fire and forget)
- Non fiable : pas d'acquittement
- Non ordonne : paquets independants
- Rapide et leger
Usage : DNS, DHCP, streaming, jeux
Le 3-Way Handshake TCP
// Etablissement connexion TCP
Client → Serveur : SYN (seq=100)
Serveur → Client : SYN-ACK (seq=300, ack=101)
Client → Serveur : ACK (seq=101, ack=301)
// Connexion etablie, transfert possible
Ports courants
| Port | Protocole | Service |
|---|---|---|
| 80 | TCP | HTTP (web non securise) |
| 443 | TCP | HTTPS (web securise) |
| 22 | TCP | SSH (acces distant securise) |
| 53 | UDP/TCP | DNS (resolution noms) |
| 1883 | TCP | MQTT (IoT) |
4Ethernet et WiFi : Couches Physique et Liaison
Ethernet (802.3)
- Filaire : cables RJ45, fibre
- Debits : 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps
- CSMA/CD : detection de collision
- Adresse MAC : 48 bits unique
WiFi (802.11)
- Sans fil : ondes radio
- Normes : a/b/g/n/ac/ax (WiFi 6)
- CSMA/CA : evitement de collision
- Frequences : 2.4 GHz, 5 GHz, 6 GHz
Structure d'une trame Ethernet
8 octets
6 octets
6 octets
2 octets
46-1500 oct
4 octets
Adresse MAC
// Adresse MAC = Media Access Control
Format : AA:BB:CC:DD:EE:FF (48 bits = 6 octets)
// Exemple ESP32
MAC: 24:6F:28:A1:B2:C3
└─OUI──┘ └─NIC──┘
(fabricant) (unique)
Normes WiFi
| Norme | Nom commercial | Debit max | Frequence |
|---|---|---|---|
| 802.11n | WiFi 4 | 600 Mbps | 2.4 / 5 GHz |
| 802.11ac | WiFi 5 | 3.5 Gbps | 5 GHz |
| 802.11ax | WiFi 6 | 9.6 Gbps | 2.4 / 5 / 6 GHz |
ESP32 : Supporte WiFi 802.11 b/g/n (2.4 GHz uniquement) avec debit pratique de 20-50 Mbps.
Resume en 5 points cles
- 1Le modele OSI decompose la communication en 7 couches independantes et interoperables.
- 2L'adresse IP identifie un hote sur le reseau ; le masque separe partie reseau et partie hote.
- 3TCP est fiable et ordonne (web), UDP est rapide et leger (streaming, IoT).
- 4L'adresse MAC (48 bits) identifie de maniere unique chaque interface reseau.
- 5WiFi 802.11 utilise CSMA/CA pour eviter les collisions sur le medium radio partage.
Mini-Quiz
Question 1 : A quelle couche OSI appartient le protocole IP ?
a) Couche 2 - Liaison
b) Couche 3 - Reseau
c) Couche 4 - Transport
Reponse : b) IP assure l'adressage logique et le routage (couche 3)
Question 2 : Quel protocole utiliser pour du streaming video en temps reel ?
a) TCP - pour la fiabilite
b) UDP - pour la rapidite
c) ICMP - pour le controle
Reponse : b) UDP est prefere car la latence est plus critique que la perte de quelques paquets
Question 3 : Combien d'hotes maximum dans un reseau /24 ?
a) 256 hotes
b) 254 hotes
c) 255 hotes
Reponse : b) 2^8 - 2 = 254 (on retire adresse reseau et broadcast)
