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Cours - Internet

Définition d'Internet

L'essentiel

Internet constitue un vaste réseau de machines interconnectées (c'est un réseau de réseaux, un réseau mondial constitué de nombreux sous-réseaux locaux et régionaux), à travers lequel circulent d'énormes volumes de données, atteignant actuellement environ 168 millions de téraoctets par mois. Les échanges d'informations entre ces machines s'effectuent au moyen de requêtes, où l'ordinateur émettant une requête est désigné comme client, tandis que celui y répondant est qualifié de serveur.

Les données transférées d'un point à un autre peuvent inclure des textes, des images, des vidéos, et d'autres types d'informations.

Les dispositifs connectés à Internet, tels que les ordinateurs, les serveurs, et autres équipements, communiquent entre eux en envoyant et recevant des informations. Cette communication peut prendre diverses formes, comme la navigation sur le web, l'envoi de courriels, le partage de fichiers, etc.

Clients et serveurs

Les machines utilisent des requêtes pour demander des informations spécifiques à d'autres machines. Une requête est essentiellement une demande envoyée d'un dispositif (appelé client) à un autre (appelé serveur) pour obtenir des données ou effectuer une action particulière.

Client : Un client est un dispositif, généralement un ordinateur, qui initie une demande en envoyant une requête. Les clients demandent des informations ou des services à d'autres dispositifs sur le réseau.

Serveur : Un serveur est un dispositif qui répond aux requêtes des clients en fournissant les informations demandées ou en effectuant l'action spécifiée. Les serveurs jouent un rôle crucial dans le fonctionnement d'Internet en hébergeant et en distribuant des données aux utilisateurs.

Exemple : accéder à une page web

1. Client (Navigateur Web) :
   • L'utilisateur ouvre un navigateur web (client) sur son ordinateur.
   • Il entre l'adresse URL d'une page web dans la barre d'adresse du navigateur.
2. Émission de la requête par le client :
   • Le navigateur envoie une requête au serveur web hébergeant la page web demandée. Cette requête contient des informations sur le type de contenu souhaité et d'autres détails.
3. Serveur Web :
   • Le serveur web reçoit la requête du navigateur client.
   • Il interprète la requête et identifie la page web demandée.
4. Traitement de la requête par le serveur :
   • Le serveur web récupère la page web demandée à partir de son stockage ou génère dynamiquement le contenu en fonction des données disponibles.
5. Réponse du Serveur au Client :
   • Une fois la page web prête, le serveur envoie une réponse au navigateur client.
   • La réponse contient le contenu de la page web ainsi que des informations supplémentaires telles que le code de statut HTTP, les en-têtes, etc.
6. Affichage du Contenu par le Client (Navigateur) :
   • Le navigateur client reçoit la réponse du serveur.
   • Il interprète le contenu reçu (qui peut inclure du HTML, des images, des scripts, etc.) et l'affiche à l'utilisateur.

Modèle client-serveur (source : Wikipédia)

Indépendance par rapport au réseau physique

L'essentiel

Les ordinateurs sont connectés les uns aux autres par différents moyens, que ce soit à travers des connexions filaires telles que la fibre optique ou l'ADSL, ou via des connexions sans fil comme le Wifi et le Bluetooth. Internet est dissocié du réseau physique grâce à des protocoles de communication, ce qui permet de passer d'un type de connexion à un autre en assurant la fluidité des communications.
À titre d'exemple, un smartphone peut se connecter à Internet en transitant du Wifi d'une box à la 4G d'une antenne, illustrant ainsi la flexibilité offerte par ces protocoles.

Débits de quelques liaisons

Connexion avec fil	Connexion sans fil
Fibre optique: très haut débit, jusqu'à 100 Mo/s (mégaoctets par seconde)	4G : pour la téléphonie, 10 à 20 Mo/s.
ADSL : utilise les lignes téléphoniques, environ 2,75 Mo/s.	Wifi : jusqu'à 7 Mo/s.
	Bluetooth : pour connecter des appareils proches par ondes radios, 0,4 Mo/s.

La circulation des données

L'essentiel

Les données sont fragmentées en paquets de bits, et des machines appelées routeurs dirigent ces paquets à travers le réseau jusqu'à leur destination, où ils sont reconstitués. Lorsqu'un routeur reçoit un paquet, il examine l'adresse IP de destination, déterminant ainsi le prochain routeur par lequel le paquet doit transiter pour atteindre sa destination.

Dans un réseau doté de plusieurs liaisons, divers itinéraires sont généralement envisageables. Le routeur sélectionne le chemin optimal en considérant des facteurs tels que l'encombrement du réseau ou d'éventuelles pannes (par exemple, si un câble tombe en panne quelque part sur le réseau, il faudra faire passer les paquets par un autre chemin, les routeurs détermineront alors de nouveaux chemins pour faire transiter les données).

Sur Internet, il existe de nombreux routeurs, et de multiples routes pour transmettre un paquet de données d'un point A à un point B :

Exemple de routage dans un réseau

La circulation des données sur Internet

Lorsque l'on transmet une donnée à travers le réseau, cette donnée n'est pas transmise d'un coup mais est découpée en plusieurs paquets d'une taille maximale de 1 500 octets.

Ainsi, s'il y a un problème avec le réseau, seuls les paquets perdus doivent être ré-émis, plutôt que l'entièreté de la donnée.

Le rôle des routeurs

Les routeurs permettent de faire le lien entre plusieurs sous-réseaux.

Voici un exemple de réseau, contenant un seul routeur permettant de faire transiter des paquets entre un réseau 1 et un réseau 2 :

Un exemple de réseau avec un seul routeur (source : spe-lavoisier.fr)

Voici un autre exemple de réseau avec trois routeurs :

Exemple de réseau avec trois routeurs (R1, R2 et R3)
On distingue 6 sous-réseaux identifiés par les lettres A, B, C, D, E et F.

Les protocoles IP et TCP

Les adresses IP

Qu'est-ce qu'une adresse IP ?

Chaque machine connectée à Internet est identifiée sur le réseau grâce à son adresse IP (Internet Protocole). Une adresse IP se compose de quatre nombres codés sur 8 bits, et donc compris entre 0 et 255.

Si l'on fait le calcul, une adresse IP est constituée de \(4 \times 8 bits = 32 bits\), ce qui fait un total de \(2^32\) possibilités, soit 4 294 967 296 adresses IP différentes possibles.

Exemple d'adresse IP (source : Wikipédia)

IPv4 vs. IPv6

Dans le cadre de ce cours, on se limitera au protocole IPv4 (Internet Protocol version 4), qui est la première version d'Internet Protocol (IP) à avoir été largement déployée, mais qui reste encore aujourd'hui la base de la majorité des communications sur Internet.

Les adresses IPv4 sont des adresses sur 32 bits constituées de 4 nombres de 0 à 255, comme par exemple 192.168.1.25 ou 255.255.255.25. Il y a donc \(2^32\) adresses IP possibles (environ 4,3 milliards). Cela paraît beaucoup, mais étant donné la quantité de plus en plus importante d'appareils en tous genres connectés à internet à travers le monde, le nombre d'adresses IP utilisables devient insuffisant.

Pour palier à la limitation des adresses IPv4, une évolution du protocole IP, appelée IPv6, a vu le jour. Une adresse IPv6 contient 128 bits, contre 32 bits pour IPv4, ce qui fait un total de \(2^128\), soit plus de 340 sextillions d'adresses IP différentes, ce qui est énorme. Avec ce protocole, le problème de limitation du nombre d'adresses IP est donc définitivement réglé.

IPv4 vs. IPv6 (source : Avast)

Voir mon adresse IP

Prenons l'exemple du réseau de votre maison. Chez vous, lorsque vous utilisez un ordinateur ou tout autre appareil connecté à une box Internet, vous possédez en réalité deux adresses IP :

• une adresse IP locale : c'est l'adresse IP de votre machine sur le réseau local de chez vous. Si vos parents, vos frères, vos sœurs, etc, sont connectés avec leur ordinateur, leur tablette, leur smartphone ou encore leur TV à une même box Internet (à l'aide d'une liaison Wi-Fi par exemple), ils possèdent chacun une adresse IP locale, qui permet d'identifier leur appareil sur votre réseau.
  
  Vous pouvez voir cette adresse IP, par exemple sur Windows en ouvrant un invite de commande et en saisissant la commande ipconfig :
  
  
  
  On peut voir dans les informations de la carte réseau Wi-Fi que l'adresse IPv4 sur le réseau local est 192.168.1.120.
  La carte réseau dispose également d'une adresse IPv6. Ainsi, selon les besoins, l'une ou l'autre version du protocole IP, IPv4 et IPv6, peut être utilisée.
  
  L'adresse de la "passerelle par défaut" correspond à l'adresse IP du routeur qui vous connecte à Internet (c'est-à-dire au réseau mondial). Il s'agit généralement de votre box Internet. Souvent, et c'est le cas ici, cette adresse en IPv4 est 192.168.1.1.
  Si vous saisissez l'adresse de la passerelle dans la barre d'adresse de votre navigateur web, vous accéderez à l'interface de votre box Internet, vous permettant de la configurer.
  
  Note : La plupart des ordinateurs disposent d'une carte réseau Wi-Fi et d'une carte réseau Ethernet (permettant de relier l'ordinateur à un réseau avec un câble RJ45, aussi appelé câble Ethernet). Les ordinateurs du lycée par exemple sont reliés au réseau avec un câble Ethernet.
  Si votre ordinateur est connecté à deux réseaux différents avec deux interfaces différentes (par exemple s'il est connecté à un réseau en Wi-Fi et à un autre réseau en Ethernet), chaque interface réseau aura sa propre adresse IP sur le réseau.

• une adresse IP sur le réseau mondial (Internet) : toutes les machines connectées à une même box Internet possèdent une même adresse IP sur Internet, il s'agit en effet de l'adresse IP de la box Internet. Cette adresse IP est publique, et peut être récupérée, utilisée et stockée par tous les services que vous utilisez sur Internet. De nombreux services comme WhatIsMyIP vous permettent de voir cette adresse IP publique :

Le rôle des protocoles IP et TCP

L'essentiel

Les échanges de données peuvent s'effectuer de manière fiable grâce à l'utilisation de protocoles de communication. Ces protocoles consistent en des règles d'adressage, de transport et de contrôle d'intégrité des paquets.

Chaque paquet circulant sur Internet est enrichi d'en-têtes, notamment les en-têtes IP et TCP, qui renferment des informations additionnelles correspondant à ces protocoles de communication :

• le protocole IP ajoute un en-tête contenant les adresse IP des ordinateurs émetteurs et récepteurs du paquet. Il gère le bon adressage des données.
• le protocole TCP ajoute un en-tête qui permet, entre autres, de numéroter les paquets de manière à pouvoir les ré-assembler dans le bon ordre une fois reçus par le destinataire.
  Ce protocole s'assure par ailleurs que tous les paquets soient bien reçus, en utilisant un système d'accusés de réception. Pour chaque paquet émis, un accusé de réception doit être reçu en retour. Ainsi, si un accusé de reception attendu n'est pas reçu, le paquet concerné est ré-émis.

Protocoles TCP et IP (source : Delagrave SNT 2de 2023)

DNS (Domain Name System)

L'essentiel

Comme nous l'avons vu précédemment, les machines, appelées serveurs, qui hébergent les pages web que nous visitons chaque jour, possèdent une adresse IP.

Ainsi, pour accéder à une page web, on devrait normalement saisir l'adresse IP du serveur dans la barre d'adresse de notre navigateur web.
Par exemple, si vous saisissez l'adresse 173.194.213.94 dans la barre d'adresse de votre navigateur (Firefox, Chrome, Edge, etc), vous devriez accéder au site de Google français.

Toutefois, généralement, lorsque l'on souhaite accéder à un site web, on saisit plutôt une adresse du type www.google.fr ou même juste google.fr.

Des adresses symboliques, constituées de courts textes plus mémorables pour l'être humain, sont associées aux adresses IP. La mise en correspondance entre une adresse IP et une adresse symbolique est gérée par un annuaire DNS (Domain Name System).

Le DNS est organisé en domaines et en sous-domaines**, chacun correspondant à des ensembles d'adresses gérées en commun.
Chaque séparation de niveau d'un domaine est matérialisée par un point**. Par exemple, dans wikipedia.org :

• le domaine de plus haut-niveau est fr.wikipedia.org.
• le domaine de niveau inférieur est fr.wikipedia.org. ; on dit que wikipedia est un sous-domaine du domaine org.
• le domaine de niveau encore inférieur est fr.wikipedia.org. ; on dit que fr est un sous-domaine de wikipedia.

Organisation hiérarchique de l'annuaire DNS (source : Delagrave SNT 2de 2023)

Répartition de l'annuaire DNS

Étant donné que le nombre d'adresses sur Internet est colossal, l'annuaire DNS est distribué sur plusieurs machines. Ces machines interagissent entre elles en lançant des requêtes et en y répondant pour déterminer l'adresse IP de la machine hébergeant la page Web recherchée.

Fonctionnement des serveurs de noms de domaine (source : Delagrave SNT 2de 2023)