Le protocole TCP/IP : définition, architecture et couches

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Le protocole TCP/IP (Transmission Control Protocol) est un protocole de transmission réseau de communication qui est utilisé sur internet.
C'est la base du transfert de données sur internet parfois sur les réseaux locaux LAN.

En réalité, c'est un ensemble de protocoles qui fonctionnent sous la forme de couches.

Dans cet article, nous allons les définitions et qu'est-ce que TCP/IP.
Son architecture avec les différentes couches.
Enfin le fonctionnement global du protocole TCP/IP.

Le protocole TCP/IP  : définition, architecture et couches

Qu'est-ce que TCP/IP : définition

Pour bien comprendre, on commence par les définitions :

  • TCP pour transmission Control Protocol : c'est le protocole qui assure la transmission de données entre une source et une destination
  • IP pour Internet Protocol : c'est un protocole sans connexion. Ce qui signifie que chaque unité de données est adressée et acheminée individuellement du périphérique source au périphérique cible, et la cible n'envoie pas d'accusé de réception à la source.

Pour le minimum de connaissance réseau à savoir, vous pouvez déjà commencer par cet article :

TCP/IP est donc un protocole qui permet la communication entre les équipements au sein d'un réseau.
Il a pour but d'acheminer les données entre l’émetteur et le destinataire au travers de différents réseaux en mettant en place un système d’adressage hiérarchique.
Mais surtout il vérifie que la connexion s'établit bien, les données transitent ne soient pas altérées.
Ainsi des mécanismes de vérifications et d'erreur sont mis en place.

C'est aussi le protocole au cœur de l'architecture d'internet.
TCP/IP est le protocole utilisé par tous les services internet pour communiquer : les sites WEB, les jeux en ligne, le streaming, etc.
Sur internet, on parle aussi de connexion bout en bout car tout est fournit pour que la connexion entre l'émetteur et le destinataire se fasse.

TCP/IP fonctionne par couche ainsi on parle aussi de couches TCP/IP.
On peut parfois aussi parler de piles TCP/IP.

Les couches TCP/IP

Le protocole TCP/IP reprend en grande partie le modèle OSI qui est un modèle théorique.
Ce dernier propose 7 couches mais l'architecture TCP/IP est une version simplifiée.
En effet, le modèle TCP/IP est souvent avec 4 couches voire deux.

Voici les différences entre les modèles OSI et TCP/IP.

Différences modèles OSI et TCP/IP avec les couches
https://fr.wikipedia.org/wiki/Couche_r%C3%A9seau

L'architecture TCP/IP avec les couches

Chaque couche résout un certains nombres de problèmes afin que la communication entre équipement se fasse.

CouchesDescription et exemples
Applications (7)Les protocoles applicatifs : HTTP, FTP, DNS, SSH, POP, SMTP, Bittorrent, etc
Transport (4)Protocole de routage comme TCP, UDP, SCTP
Ils vérifient que les données sont bien acheminées et leurs intégrités.
Réseau (3)La couche IP. On peut y intégrer, par abus, d'autres protocoles comme ICMP, IGMP.
Liaison (2)Comme les paquets sont transportés
C'est le mode de liaison. En général Ethernet / IEEE 802.3.
Physique (1)Couche réseau comme Ethernet, l'ADSL, Fibre, Wifi.
Les interconnexions entre les réseaux des fournisseurs
Les spécifications sur les connexions et câblages
L'architecture de la couche TCP/IP

Enfin voici la version simplifiée :

CouchesDescription et exemples
TransportCouche (4) et (7)
IPCouche Réseau (3)
Accès réseauCouche Physique (1) + Liaison (2)
L'architecture de la couche TCP/IP simplifiée

Si on résume, pour que la communication TCP/IP s'effectue, il faut :

  • Une interconnexion physique des équipements (couche Physique et Liaison). Par exemple un réseau local LAN utilise Ethernet
  • Un adresse IP et routage IP via la couche IP
  • Un système d'exploitation et logiciel qui permet la communication via la couche transport et applicatif
Trame, paquet et segment TCP

La couche accès réseau

La couche d'accès réseau spécifie des détails sur la manière dont les données sont physiquement envoyées via le réseau local LAN.
Il ajoute également des informations d'adresse MAC pour spécifier de quel périphérique matériel provient le message et de quel périphérique matériel le message va.

Dans les réseaux IEEE 803 qui utilise Ethernet, chaque interface réseau (NIC) possède une adresse MAC. C'est un identifiant physique et unique définit par le constructeur.

La communication peut se faire alors à des adresses MAC :

  • unicast : la trame est envoyée à un seul périphérique réseau. La destination nest donc l'adresse MAC du périphérique de l'équipement réseau
  • multicast : la trame est envoyée à un ensemble de périphérique réseau
  • broadcast addresses : la trame s'adresse à tous les équipements du LAN. C'est l'adresse MAC FFFF.FFFF.FFFF.

Le protocole ARP s'occupe de fournir les correspondances adresses IP et Adresse MAC de l'interface réseau.
Ainsi sur un réseau avec des ordinateurs, le protocole ARP s'occupe de fournir les associations adresse IP/adresse Mac de la carte Ethernet ou Wifi de l'ordinateur.
C'est ce dernier qui peut être visé lors des attaques Man in the middle :

La couche IP

La couche Internet regroupe les données dans des datagrammes IP, qui contiennent des informations d'adresse source et de destination qui sont utilisées pour transférer le datagramme entre les hôtes et à travers les réseaux.
Il effectue également le routage des datagrammes IP.

Dans la couche IP, les équipements doivent posséder une configuration IP qui permet l'utilisation de protocole de transport que TCP, UDP, ICMP.
Ainsi un équipement sur un réseau se doit d'avoir une configuration IP avec au minimum :

  • Une adresse IP pour le distinguer sur le réseau et pouvoir communiquer avec
  • Un masque de sous-réseau (netmask) qui indique dans quel sous-réseau il se situe
  • Une passerelle (gateway) qui permet de communiquer à l'extérieur de ce réseau

Plus d'informations :

En option on peut définir :

  • Un serveur DNS afin de résoudre les adresses littérales <> IP
  • Un serveur de temps (NTP) afin de maintenir l'équipement à l'heure

Dans un réseau local LAN, la configuration IP s'obtient via un serveur DHCP qui se situe généralement dans la box ou routeur.
Lors d'une connexion ADSL, le serveur du FAI fournit aussi automatiquement la configuration IP.

Enfin je rappelle que l'on réserve des plages d'IP dites privés pour les réseaux privés / LAN.
Elles ne sont pas routables sur internet.
Voici les adresses IP LAN :

  • 10.0.0.0/255.0.0.0
  • 172.16.0.0/255.240.0.0
  • 192.168.0.0/255.255.0.0

Couche Transport : Les protocoles de routage et applicatifs

Voici quelques détails sur les protocoles de la couche de transport.

  • TCP : C'est le protocole de communication qui fonctionne en puzzle et possède une vérification des données
  • UDP : Protocole non fiable sans vérification. Il est donc plus léger et rapide que TCP. Utile pour les protocoles de diffusion multimédia ou d'échange de fichiers comme Bittorrent par exemple
  • SCTP (Stream Control Transmission Protocol) : Assez proche de TCP avec quelques fonctionnalités en plus. Comme par exemple la communications multi-cibles, où une des extrémités de la connexion est constituée de plusieurs adresses IP

La couche applicatif est donc utilisée par les différents logiciels afin de communiquer entre eux.
Elle permet donc la mise en place de service internet.

  • HTTP (Hypertext Transfer Protocol) : c'est le protocole de communication des serveurs WEB. Il fonctionne avec des méthodes comme GET, PUT, etc. L'article suivant détaille un peu ce dernier : Comment fonctionnent les sites internet
  • SMTP (Server Mail Transport protocole) : c'est le protocole de transfert de mail utilisé donc dans la communication entre les serveurs mails (MTA).
  • SSH (Secure Shell) : Protocole de communication chiffrée. On l'utilise pour la commande en ligne à distance, l'échange de fichiers et bien d'autres usage.
  • et bien d'autres comme POP3, Bittorrent, FTP, Telnet, NFS, NNTP

Chaque application fonctionne un port de communication standard.
Par exemple HTTP c'est le 80, SMTP c'est le port 25.

L'utilisateur n'a pas à se soucier de cette partie puisque c'est le OS et les applications qui gèrent cela en arrière plan.
Ainsi, comme évoqué au début de cet article, on parle de connexion bout en bout.

Comment s'établit une connexion TCP/IP

Vous venez de voir la théorie, maintenant vous pouvez passer à la pratique en lisant cet article.
Il explique comment s'établit une connexion TCP/IP entre deux équipements réseaux.

Liens

Les différents types de services internet et leurs fonctionnements :

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