Les modèles OSI et TCP/IP

Un échange réseau nécessite plusieurs tâches, de la création d’un message à l’envoi de signaux. Un modèle en couches sépare ces tâches. Chaque couche utilise le service de la couche immédiatement inférieure et fournit un service à la couche immédiatement supérieure.

Sépare les tâches

Un ordinateur portable peut passer du Wi-Fi à Ethernet tandis que son navigateur continue d’utiliser le même protocole web. La méthode de transmission locale change sans modifier le service applicatif. Les normes publiées permettent aussi aux systèmes de différents fabricants de fonctionner ensemble : c’est l’interopérabilité. Elles donnent aux techniciens un vocabulaire commun, comme « panne de couche 2 ». Les concepteurs et les apprenants peuvent examiner une tâche à la fois.

Un protocole définit le format et l’ordre des messages ainsi que les réponses. Une suite de protocoles regroupe des protocoles qui coopèrent, comme TCP/IP. Un modèle de référence décrit les fonctions de communication sans imposer une implémentation particulière.

Le modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (OSI) vient de l’Organisation internationale de normalisation (ISO). Sa première édition est parue sous le nom ISO 7498 en 1984 ; la référence de base ultérieure est ISO/IEC 7498-1:1994, également publiée sous le nom UIT-T X.200. Le trafic Internet utilise la suite TCP/IP ; OSI fournit le vocabulaire à sept couches qui sert à le décrire.

Suis la pile

Numérote les couches en remontant depuis le support :

1. Physique
2. Liaison de données
3. Réseau
4. Transport
5. Session
6. Présentation
7. Application

« Pour Le Réseau, Tout Se Passe Automatiquement » aide à retenir l’ordre de 1 à 7. « Avec Plusieurs Serveurs, Tout Réseau Laisse Passer » aide à retenir l’ordre de 7 à 1. Les couches 1 à 3 sont souvent appelées couches du support et les couches 4 à 7 couches de l’hôte.

Un émetteur descend les couches, de l’application à la couche physique. Les signaux traversent le support, puis le récepteur remonte les couches. Les couches correspondantes sont logiquement homologues : les deux implémentations TCP suivent les règles de TCP, même si les données passent en réalité entre elles par IP, les liaisons locales et les signaux.

Imagine la transmission

Une personne rédige une lettre, une enveloppe portant une adresse permet sa distribution et des véhicules la transportent. Le conducteur peut transporter la lettre scellée sans en comprendre le contenu. De même, chaque couche inférieure transporte les données de la couche supérieure comme charge utile et ajoute des informations de contrôle, généralement un en-tête.

Les protocoles réels peuvent combiner des fonctions. TLS assure le chiffrement associé à la présentation, tandis qu’ARP relie la transmission locale par adresse MAC à l’adressage IP. Leur classement dépend de leur rôle et du modèle utilisé.

Les trois premières couches OSI acheminent les données sur le réseau. Elles décrivent trois éléments distincts : les signaux, les trames locales et les paquets qui peuvent traverser plusieurs réseaux.

Couche 1 : envoyer les bits sous forme de signaux

La couche physique représente les bits par des signaux électriques sur le cuivre, de la lumière dans la fibre ou des ondes radio en Wi-Fi. Elle définit des détails comme les connecteurs, le brochage, les niveaux de signal, les fréquences et les débits binaires. Une connexion Ethernet à paires torsadées peut utiliser un connecteur RJ45 et fonctionner à 1 Gbit/s.

La transmission physique ne prend aucune décision fondée sur une adresse MAC ou IP. Un signal transporte un flux de bits ; les couches supérieures déterminent comment ces bits forment des messages et où ces messages doivent aller.

Couche 2 : transmettre une trame sur la liaison locale

La couche liaison de données place les données dans des trames pour les transmettre sur une liaison locale ou un segment de réseau. Ethernet et Wi-Fi utilisent des adresses MAC pour identifier les interfaces. Une adresse MAC habituelle contient 48 bits, écrits en six paires hexadécimales, comme 00:1A:2B:3C:4D:5E.

L’IEEE décrit deux sous-couches de la couche 2. Le contrôle de liaison logique (LLC) fournit l’interface vers la couche 3 et les fonctions d’identification des protocoles. Le contrôle d’accès au support (MAC) gère l’adressage local et l’accès au support. Ethernet correspond à IEEE 802.3 ; Wi-Fi à IEEE 802.11. Les deux comprennent des fonctions physiques et de liaison de données. PPP est un autre protocole de liaison de données, utilisé sur les liaisons point à point.

Ethernet ajoute une séquence de contrôle de trame (FCS) à la fin d’une trame. Le récepteur utilise ce contrôle pour détecter les altérations. Si le contrôle échoue, la trame est rejetée. Ethernet standard ne renvoie pas la trame pour réparer cette perte ; un protocole de couche supérieure comme TCP peut récupérer les données manquantes lorsque la fiabilité est nécessaire.

Couche 3 : joindre un hôte à travers les réseaux

La couche réseau regroupe les données en paquets. Elle utilise des adresses logiques : les adresses IPv4 contiennent 32 bits et les adresses IPv6 128 bits. Le routage détermine le chemin des paquets entre les réseaux. Un routeur lit l’adresse IP destination et choisit un chemin vers celle-ci.

IPv4 et IPv6 appartiennent à cette couche, tout comme ICMP, qui transporte les messages de contrôle et d’erreur utilisés par des outils comme ping. IPsec protège le trafic IP. La durée de vie (TTL) d’IPv4 et la limite de sauts d’IPv6 empêchent les boucles de transmission sans fin : chaque routeur réduit la valeur d’une unité et un paquet dont la valeur expire est rejeté.

Suis une requête sans fil

Un ordinateur portable demande une page à un serveur situé sur un autre réseau. Le signal radio qui quitte le portable relève de la couche 1. Sa trame Wi-Fi atteint le point d’accès à la couche 2. Le point d’accès transmet le trafic vers Ethernet, où une trame l’achemine vers le routeur local. Le paquet IP qu’elle contient désigne le portable et le serveur distant comme terminaux.

L’adresse IP d’un serveur distant peut rester dans un paquet tandis que chaque routeur construit une nouvelle trame pour la liaison suivante. Considérer l’adresse MAC comme une destination de bout en bout revient à confondre la transmission locale avec le routage.

Les couches OSI supérieures décrivent la transmission aux programmes et les services que ces programmes utilisent. Une route IP fonctionnelle permet de joindre un hôte ; elle ne suffit pas à identifier le programme récepteur ni à expliquer le format du message.

Couche 4 : atteindre le programme

La couche transport transmet les données entre des processus, c’est-à-dire des programmes en cours d’exécution, à l’aide de numéros de port. TCP fournit une transmission fiable et ordonnée d’un flux d’octets et divise les données en segments. UDP transporte des datagrammes indépendants.

Le multiplexage de la couche transport permet à un navigateur, un client de messagerie et un programme d’appel de partager une interface tout en distinguant leurs conversations. L’adresse IP identifie un hôte ; les informations de transport identifient le service ou la conversation sur cet hôte.

Couches 5 et 6 : gérer et représenter

La couche session, couche 5, établit, gère et termine les dialogues entre applications. Le contrôle du dialogue détermine quelle partie envoie des données et à quel moment ; les points de reprise permettent à un échange interrompu de reprendre à partir d’un point enregistré. RPC et le service de session NetBIOS sont des exemples courants de fonctions de session.

La couche présentation, couche 6, gère la représentation, la compression et le chiffrement. ASCII et UTF-8 représentent du texte ; JPEG et PNG représentent des images ; MPEG représente de la vidéo. La compression réduit la quantité à envoyer. Dans les descriptions OSI, le chiffrement TLS est généralement associé à la présentation.

Couche 7 : fournir un service réseau

La couche application contient les protocoles utilisés directement par les programmes. HTTP et HTTPS servent au web ; SMTP envoie le courrier ; IMAP et POP3 le récupèrent. DNS résout les noms, DHCP fournit les paramètres réseau automatiques, FTP et SFTP transfèrent les fichiers et SSH fournit un accès distant sécurisé en ligne de commande.

Un navigateur est le programme qui utilise HTTP. HTTP est son protocole réseau. Considérer le programme entier comme la couche inclurait des actions locales du navigateur qui ne communiquent jamais sur un réseau.

Analyse un échange de courriel

TCP 587 est un point de terminaison courant pour la soumission, avec passage à TLS par STARTTLS en temps normal. Dans TCP/IP, les fonctions de session et de présentation appartiennent à la couche application. Ces lignes OSI décrivent des fonctions : elles ne correspondent donc pas nécessairement à quatre modules logiciels distincts.

OSI et TCP/IP regroupent différemment les mêmes tâches de communication. Fais correspondre les fonctions pour comparer leurs schémas.

Quatre couches pour Internet

TCP/IP est issu de recherches financées par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) dans les années 1970. ARPANET l’a adopté le 1er janvier 1983. Les spécifications paraissent sous forme de demandes de commentaires (RFC), les travaux sur les normes Internet étant menés par l’Internet Engineering Task Force (IETF). TCP et IP donnent leur nom à la suite, qui comprend aussi UDP, ICMP, ARP, DNS et d’autres protocoles.

La RFC 1122 décrit quatre couches :

La couche application comprend HTTP, DNS et SMTP. La couche transport comprend TCP et UDP ; Internet comprend IP et ICMP ; accès réseau comprend Ethernet et Wi-Fi. La couche accès réseau est aussi appelée « accès au réseau » ou « interface réseau », et certains ouvrages appellent la couche Internet « réseau ».

Faire correspondre la couche application TCP/IP uniquement à OSI 7 laisserait de côté les fonctions de session et de présentation. Elles existent toujours, mais TCP/IP les regroupe avec les applications qui en ont besoin.

Pourquoi une cinquième couche apparaît

Le modèle pédagogique à cinq couches divise la couche accès réseau en deux : liaison de données et physique. Son ordre complet est application, transport, réseau, liaison de données, physique. Kurose et Ross ainsi que de nombreux cours de réseaux l’utilisent pour distinguer la mise en trame locale de la signalisation. Ses quatre couches inférieures correspondent individuellement aux couches OSI 1 à 4.

OSI a été conçu comme un cadre de référence général avant que la plupart des protocoles associés n’existent. Le modèle TCP/IP décrit une suite déjà utilisée. Cela aide à comprendre pourquoi OSI distingue les catégories des couches supérieures tandis que les logiciels Internet combinent souvent leurs fonctions.

Établis les correspondances pour un échange HTTPS

Pour HTTP/2 sur HTTPS, HTTP et TLS appartiennent à la couche application TCP/IP. TCP assure la transmission de couche transport jusqu’au port 443 du serveur. IP assure l’adressage de la couche Internet ; Ethernet assure la mise en trame et la signalisation de la couche accès réseau.

Les professionnels du réseau utilisent toujours la numérotation OSI pour les descriptions numérotées : « routage de couche 3 », « commutateur de couche 2 » ou « répartiteur de charge de couche 7 ». Compter Internet comme la deuxième case en partant du bas du modèle TCP/IP à quatre couches conduirait à mal interpréter ces expressions.

Pour classer un protocole, demande-toi d’abord quel rôle il remplit. Examine ensuite ce qui transporte ses messages. Le protocole qui les transporte permet souvent de réduire les possibilités, mais c’est la fonction qui décide lorsqu’un protocole combine des tâches ou repose sur un autre protocole de transport.

Commence par le rôle principal

HTTP, DNS, DHCP, FTP, SFTP, TFTP, SSH, Telnet, SMTP, IMAP, POP3, SNMP, NTP, LDAP, SMB, RDP, SIP et syslog fournissent des services aux applications. Ils appartiennent aux couches application OSI et TCP/IP. Les encodages de caractères comme ASCII et UTF-8, les formats multimédias comme JPEG et MPEG et le chiffrement relèvent des fonctions de présentation ; RPC est un exemple courant de fonction de session.

TCP et UDP remplissent des fonctions de transport. IPv4, IPv6, ICMP, ICMPv6, la tunnellisation GRE et les protocoles AH et ESP d’IPsec remplissent des fonctions de réseau ou Internet. OSPF échange des informations de routage directement dans IP et se place aussi à la couche 3.

La mise en trame Ethernet, les fonctions MAC du Wi-Fi, PPP, l’étiquetage VLAN (802.1Q) et le protocole Spanning Tree (STP) sont des fonctions de liaison de données. La signalisation sur cuivre ou fibre, les connecteurs, 1000BASE-T et la transmission radio Wi-Fi sont des fonctions physiques. Ethernet et Wi-Fi couvrent chacun les deux couches inférieures.

Distingue un service des informations qu’il traite

DNS (système de noms de domaine) recherche des informations sur les noms, notamment les adresses IP, mais il sert les applications et circule sur UDP ou TCP au port 53. DHCP (protocole de configuration dynamique des hôtes) fournit les paramètres IP, mais ses messages utilisent le port UDP 67 du serveur et le port UDP 68 du client. Le traitement d’une adresse IP ne fait d’aucun de ces services un protocole de couche réseau.

ICMP (protocole de messages de contrôle Internet) rend compte de la transmission IP et transporte les messages d’écho de ping. Il est transporté directement par IP et n’a pas de ports TCP ou UDP. Son classement à la couche réseau découle de son rôle de contrôle, et non de la présence d’un en-tête distinct dans IP.

Classe les protocoles à la frontière de deux couches

ARP (protocole de résolution d’adresse) trouve l’adresse MAC associée à une adresse IPv4 sur la liaison locale. Ses messages sont transportés directement dans des trames Ethernet, sans en-tête IP. ARP facilite la transmission IP grâce à la transmission locale par adresse MAC ; il est donc placé par convention à la couche 2. L’expression informelle « couche 2,5 » décrit ce rôle à la frontière des deux couches.

TLS fournit le chiffrement. Pour HTTP/1.1 et HTTP/2, HTTPS transporte HTTP dans TLS au-dessus de TCP. TLS appartient à la couche application TCP/IP et est généralement associé à la présentation dans OSI. Le mot « transport » dans son nom complet, sécurité de la couche transport, ne fait pas de TLS un protocole homologue de TCP ou UDP.

QUIC est transporté dans UDP, mais fournit des fonctions de transport, notamment des flux fiables et la gestion des connexions. HTTP/3 utilise QUIC, avec un établissement de connexion TLS 1.3 intégré à celui de QUIC et un chiffrement des paquets QUIC. C’est pourquoi « dans UDP » est un indice utile, mais pas un critère universel de classement à la couche application.

Pour la même raison, SSH reste un protocole de couche application même s’il comprend du chiffrement. La fonction complète d’un protocole compte : la connexion distante sécurisée est un service applicatif, tandis que le chiffrement seul est une fonction de présentation.

Lorsque les données descendent une pile, chaque couche ajoute les informations nécessaires à sa propre fonction. L’encapsulation est ce processus d’ajout. L’unité complète de la couche supérieure devient la charge utile de la couche suivante, c’est-à-dire le contenu transporté.

Construis l’unité de l’intérieur vers l’extérieur

Un en-tête précède la charge utile. Une en-queue la suit. Dans une pile Ethernet/IP/TCP, TCP et IP ajoutent chacun un en-tête ; Ethernet ajoute un en-tête et une en-queue FCS. La transmission physique représente la trame obtenue sous forme de bits dans les signaux.

L’unité d’une couche donnée est son unité de données de protocole (PDU). Utilise ces noms pour suivre une requête :

Supposons qu’un programme envoie une requête HTTP sur TCP. TCP ajoute son en-tête, notamment les ports et les informations de séquence. IPv4 ajoute son en-tête autour de ce segment. Ethernet ajoute son en-tête autour du paquet et une FCS après celui-ci. La requête reste à l’intérieur de chaque unité plus grande ; les couches ne la remplacent pas par des messages sans rapport.

Identifie le protocole suivant

Le récepteur doit pouvoir choisir le protocole qui traite la charge utile. L’EtherType d’Ethernet identifie IPv4 par 0x0800, IPv6 par 0x86DD et ARP par 0x0806. ARP passe donc directement d’Ethernet au traitement ARP, sans passer par IP.

Le champ protocole d’IPv4 identifie TCP par 6, UDP par 17 et ICMP par 1. IPv6 appelle son champ correspondant en-tête suivant. Après le traitement par la couche transport, un port destination comme TCP 443 identifie le service récepteur.

Ce sont trois sélecteurs différents. EtherType choisit le protocole à l’intérieur d’une trame ; le champ IP choisit le protocole à l’intérieur d’un paquet ; le port destination sélectionne le programme récepteur. Les ports TCP et UDP n’apparaissent pas dans les messages ICMP.

Désencapsule chez le récepteur

La désencapsulation retire d’abord la couche la plus extérieure. L’interface reçoit les signaux et récupère les bits. Ethernet vérifie la FCS et utilise EtherType pour transmettre la charge utile à IP. IP vérifie les informations de transmission et transmet la charge utile au protocole de transport indiqué. TCP traite son en-tête et remet les octets applicatifs au programme récepteur.

La FCS est une valeur de contrôle de redondance cyclique (CRC) de 32 bits qui sert à détecter les trames endommagées. Elle est retirée avec les informations de la trame locale et n’est pas transmise dans le message de l’application.

Avant chaque trame Ethernet, la couche physique envoie un préambule de 7 octets et un délimiteur de début de trame (SFD) de 1 octet pour la synchronisation. Ces huit octets ne sont pas comptés dans la taille de la trame Ethernet.

Un commutateur lit les informations de la trame pour la transmettre localement. Un routeur retire la trame reçue, examine IP et crée une autre trame pour la liaison suivante. Un hôte terminal traite la pile jusqu’à l’application. Décrire le rôle normal de chaque couche aide à comprendre pourquoi un routeur peut transmettre un contenu chiffré sans lire le message de l’application.

Les en-têtes occupent de la place en plus des données applicatives. Pour calculer une taille transmise, nomme les protocoles de la pile, note les tailles de leurs en-têtes et pars de l’intérieur vers l’extérieur. La taille maximale autorisée d’un paquet et la taille minimale autorisée d’une trame Ethernet influent toutes deux sur le résultat.

Sache ce que comprend chaque taille

Les en-têtes IPv4 et TCP peuvent chacun atteindre 60 octets avec les options. La MTU, ou unité de transmission maximale, correspond à la taille du paquet de couche 3. La MTU Ethernet standard est de 1 500 octets, ce qui donne une trame de 1 518 octets avec ses 18 octets de surcharge de liaison, ou de 1 522 octets avec une étiquette VLAN. Lorsqu’elles sont activées, les trames jumbo utilisent généralement une MTU de 9 000 octets.

La MSS, ou taille maximale de segment, correspond à la taille des données applicatives TCP. Sans options IP ni TCP, la charge utile TCP disponible est :

Pour IPv6 sans en-têtes d’extension ni options TCP, elle est de :

Ajouter la surcharge Ethernet à la MTU conduirait à surestimer l’espace disponible dans le paquet.

Calcule la taille d’une trame de l’intérieur vers l’extérieur

Pour 1 000 octets de données HTTP sur TCP, IPv4 et Ethernet sans étiquette, sans options :

1. Segment TCP : 1 020 octets, soit les données plus 20.
2. Paquet IP : 1 040 octets, après ajout de 20 supplémentaires.
3. Trame Ethernet : 1 058 octets, après ajout de 18.

La surcharge est de 58 octets. La part des données utiles est :

Avec la même pile, un transfert applicatif de 4 000 octets utilisant une MSS de 1 460 nécessite trois segments contenant 1 460, 1 460 et 1 080 octets de données. Leurs trames mesurent 1 518, 1 518 et 1 138 octets. Le total est de 4 174 octets, dont 174 octets d’en-têtes et d’en-queues. Chaque segment a besoin de ses propres en-têtes.

Petits messages et trames minimales

Une requête DNS de 40 octets sur UDP et IPv4 devient un datagramme de 48 octets, un paquet de 68 octets et une trame Ethernet sans étiquette de 86 octets. La part de données utiles est d’environ 46,5 %. Une charge utile TCP complète de 1 460 octets occupe environ 96,2 % de sa trame de 1 518 octets.

Les trames Ethernet doivent mesurer au moins 64 octets, dont au moins 46 octets de charge utile. Un acquittement TCP sans données applicatives forme un paquet IPv4 de 40 octets avec les en-têtes minimaux. Ethernet ajoute 6 octets de bourrage avant sa FCS, ce qui donne une trame de 64 octets.

Distingue bien les limites

La segmentation TCP divise les données applicatives à la couche 4. La fragmentation IP divise un paquet à la couche 3 lorsqu’il est trop grand pour une liaison. Les routeurs IPv4 peuvent fragmenter les paquets lorsque cela est autorisé ; les routeurs IPv6 ne les fragmentent jamais, donc l’émetteur doit s’adapter à la taille limite du chemin.

Les tailles de trame indiquées ici excluent le préambule, le SFD et l’intervalle entre les trames. Pour convertir les octets d’une trame en bits, multiplie par huit : une trame de 1 518 octets contient 12 144 bits.

Un paquet peut traverser plusieurs réseaux, mais une trame Ethernet ne sert que sur une liaison locale. Suivre les deux unités à la fois explique pourquoi un hôte a besoin de l’adresse IP distante et d’une adresse MAC locale pour un même échange.

Adresse-toi au prochain récepteur local

Prenons un ordinateur portable à l’adresse 192.0.2.10, désigné par la notation MAC AA. Un routeur R1 relie son réseau à celui d’un serveur. R1 porte la notation MAC R1-A du côté du portable et R1-B du côté du serveur. Le serveur est à l’adresse 198.51.100.20, avec la notation MAC SS. Ces notations MAC courtes représentent des adresses d’interface complètes.

Le portable reconnaît que le serveur est distant. Sa passerelle par défaut, R1, est le prochain récepteur sur la liaison locale. ARP fournit l’adresse MAC de la passerelle. Pour une connexion TCP au port 443 du serveur, les adresses imbriquées sont les suivantes :

Le portable n’utilise pas SS comme adresse MAC destination locale. SS appartient à l’hôte final situé sur un autre réseau ; R1-A appartient à l’équipement qui peut recevoir cette première trame.

Traverse un commutateur et un routeur

Un commutateur de couche 2 lit l’adresse MAC destination, trouve le port menant à R1-A et transmet la trame. La commutation ordinaire ne remplace pas les adresses MAC source et destination.

R1 vérifie la FCS de la trame reçue et retire son en-tête et son en-queue. Il lit l’adresse IP destination, recherche la route et réduit la TTL d’une unité. Il crée ensuite une nouvelle trame sur la liaison côté serveur. Cette trame a pour adresse source R1-B et pour adresse destination SS, apprise grâce à ARP. Sa FCS couvre cette nouvelle trame.

Les adresses IP source et destination et les ports TCP restent identiques sur ce chemin routé ordinaire. L’en-tête IP ne reste pas entièrement inchangé : la TTL diminue et la somme de contrôle de l’en-tête IPv4 est mise à jour. La traduction d’adresses réseau (NAT) est une exception à la conservation des adresses des terminaux, car elle réécrit les adresses IP et souvent les ports.

Compte les sauts de routeur avec la TTL

Un paquet envoyé avec une TTL de 64 atteint sa destination avec une TTL de 61 après trois transmissions par des routeurs. Si un routeur réduit la TTL à zéro, il rejette le paquet et renvoie normalement un message ICMP de dépassement du délai. IPv6 utilise un champ de limite de sauts dans le même but de limitation des boucles.

traceroute sur Linux ou macOS et tracert sur Windows utilisent des sondes dont les valeurs de TTL changent pour découvrir les sauts qui répondent. Un * signifie qu’aucune réponse n’est arrivée pour cette sonde. Le routeur peut néanmoins transmettre le trafic tout en filtrant ou en limitant les réponses de diagnostic ; compare donc les réponses ultérieures et les tests de service avant de désigner un point de panne.

Reviens au client

Le serveur retire la trame locale et traite le paquet et le segment TCP jusqu’au service web. Une réponse inverse les rôles des terminaux : l’adresse IP et le port du serveur deviennent la source, et l’adresse IP et le port client du portable deviennent la destination. Les routeurs créent à nouveau des trames pour leurs liaisons sortantes. Le chemin de retour peut passer par d’autres routeurs, mais chaque trame locale vise toujours son prochain récepteur.

TCP et UDP utilisent tous deux des ports pour transporter des données entre programmes à la couche 4. Le choix dépend des besoins de l’application lorsque les paquets sont retardés, perdus ou transmis dans le désordre.

Ce que fournit TCP

Le protocole de contrôle de transmission (TCP) est orienté connexion. Un établissement de connexion en trois temps, SYN, SYN-ACK, ACK, met en place la connexion avant l’échange normal de données. Les acquittements indiquent à l’émetteur ce qui est arrivé et la retransmission permet de récupérer les données manquantes. Les informations de séquence permettent à TCP de présenter les octets dans l’ordre.

Le contrôle de flux protège un récepteur d’un émetteur trop rapide. Le contrôle de congestion adapte l’envoi à la charge du réseau. Ce sont deux problèmes différents : l’un concerne la capacité de l’hôte récepteur ; l’autre concerne le réseau qui transporte le trafic. L’en-tête TCP mesure 20 octets sans options et peut atteindre 60 octets.

TCP fournit un flux d’octets fiable et ordonné, mais une connexion défaillante peut tout de même laisser une application avec un fichier incomplet. L’application doit gérer l’échec ou reprendre l’opération ; TCP ne peut pas transmettre des données sur un chemin indisponible.

Ce que fournit UDP

Le protocole de datagramme utilisateur (UDP) est sans connexion. Il envoie des datagrammes indépendants sans établissement de connexion, acquittement, retransmission ni remise en ordre à la couche transport. Son en-tête de 8 octets contient les ports source et destination, la longueur et une somme de contrôle.

UDP peut prendre en charge la monodiffusion, la diffusion et la multidiffusion. Une connexion TCP relie deux terminaux. L’en-tête plus petit d’UDP et l’absence de récupération intégrée réduisent la surcharge de transport, mais « non fiable » décrit l’absence de garantie de transmission, et ne signifie pas que la plupart du trafic sera perdu.

Choisis selon les délais de l’application

Un paquet vocal en direct peut contenir 20 ms de son. S’il est perdu, un remplacement arrivant 100 ms plus tard arrive trop tard pour être joué au bon moment. Un appel peut continuer avec une courte coupure, ce qui rend UDP adapté. Un document téléchargé a besoin de tous ses octets dans l’ordre : la récupération par TCP convient donc à cette tâche.

Les requêtes courtes comme celles de DNS, DHCP, NTP et SNMP utilisent aussi couramment UDP. DNS utilise en outre le port TCP 53 pour les transferts de zone et lorsqu’une réponse nécessite TCP. L’établissement d’un appel SIP peut utiliser UDP ou TCP sur le port 5060.

Les applications peuvent ajouter des fonctions au-dessus d’UDP. TFTP acquitte ses blocs et QUIC fournit des connexions fiables et chiffrées sur UDP. Par conséquent, voir UDP dans une capture ne signifie pas que l’application ne dispose pas de récupération.

La vidéo à la demande met souvent des données en mémoire tampon à l’avance et utilise HTTPS sur TCP ou HTTP/3 sur QUIC. « Vidéo signifie UDP » ignore la différence entre une conversation en direct soumise à une échéance immédiate et une vidéo enregistrée qui laisse le temps de récupérer les données manquantes.

Une adresse IP identifie un hôte, mais plusieurs programmes peuvent utiliser cet hôte à la fois. TCP et UDP ajoutent chacun des numéros de port source et destination pour que les données entrantes atteignent le bon service ou la bonne conversation.

Distingue les services et les conversations des clients

Un port est un nombre de 16 bits compris entre 0 et 65 535. Un serveur écoute le trafic sur un port connu, comme TCP 443 pour HTTPS. Un client choisit normalement un port source temporaire, appelé port éphémère, lorsqu’il ouvre une connexion.

La RFC 6335 regroupe les numéros comme suit :

L’IANA attribue les ports système et utilisateur ; les ports dynamiques ne sont pas attribués. La plage dynamique et la plage de ports temporaires réellement utilisée par un système d’exploitation sont deux notions distinctes. Par défaut, Windows utilise les ports temporaires de 49152 à 65535, tandis que Linux utilise couramment ceux de 32768 à 60999. Un administrateur peut modifier ces paramètres.

Identifie un terminal et une connexion

Un socket identifie un point de terminaison de transport par son adresse IP, son port et son protocole de transport. Par exemple, TCP 198.51.100.20:443 identifie un point de terminaison de serveur HTTPS. TCP 53 et UDP 53 sont des ports distincts, car TCP et UDP disposent d’espaces de numérotation séparés.

Une connexion est identifiée par le quintuplet à 5 valeurs : adresse IP source, port source, adresse IP destination, port destination et protocole de transport. Ces valeurs distinguent les conversations même lorsque plusieurs clients utilisent un seul port serveur.

Supposons que 192.0.2.10 ouvre deux connexions TCP vers 198.51.100.20:443. L’une utilise le port client 51514 et l’autre le port 51515. Leur point de terminaison serveur est identique, mais leurs ports source diffèrent. Le serveur peut donc renvoyer chaque réponse à la bonne connexion. Certains navigateurs réutilisent les connexions ; l’exemple décrit deux connexions distinctes qui ont été ouvertes.

Dans une réponse de la première conversation, la source devient 198.51.100.20:443 et la destination devient 192.0.2.10:51514. Le port 443 ne devient pas le port client simplement parce que le sens de l’échange s’est inversé.

Interprète les indices fournis par les ports avec prudence

Un service configuré peut utiliser un port non standard. HTTP peut utiliser le port 8080 et SSH le port 2222. Le numéro suggère un service conventionnel, mais ne permet pas d’établir le contenu réellement envoyé. Un pare-feu qui ne regarde que les ports effectue une classification limitée ; l’inspection applicative peut examiner le trafic lui-même.

Un port physique de commutateur est un point de connexion pour un câble sur une interface. Un port de transport est un numéro dans un en-tête TCP ou UDP. Remplacer un câble influe sur la connectivité physique, tandis qu’autoriser TCP 443 change le trafic de transport qui peut passer. Le mot « port », commun aux deux, ne désigne pas pour autant le même type d’objet.

Apprends ensemble le protocole de transport et le port d’un service. TCP 53 et UDP 53 sont des points de terminaison de transport distincts, même si les deux peuvent servir DNS. Regrouper les services apparentés permet aussi de distinguer plus facilement les noms semblables.

Web, accès distant et fichiers

FTPS explicite commence sur le port 21 et passe à TLS. FTPS implicite commence avec TLS sur le port 990. TCP 989 est enregistré pour les données de FTPS implicite ; les transferts passifs négocient des ports de données. SFTP est un protocole différent qui fonctionne dans SSH : faire passer FTP sur le port 22 ne le transforme donc pas en SFTP.

Messagerie et services d’annuaire

SMTP utilise TCP 25 pour le relais entre serveurs. Les clients soumettent normalement leurs messages sur TCP 587 avec STARTTLS, ou sur TCP 465 avec TLS dès le départ. La récupération par IMAP utilise TCP 143, avec TLS implicite sur TCP 993. La récupération par POP3 utilise TCP 110, avec TLS implicite sur TCP 995.

Les requêtes d’annuaire LDAP utilisent TCP 389 ; LDAP sur TLS implicite, ou LDAPS, utilise TCP 636. Un service sécurisé peut aussi faire passer une connexion existante à TLS lorsque cela est pris en charge : changer de port n’est donc pas la seule façon pour les protocoles d’ajouter TLS.

Infrastructure et administration

La plupart des requêtes DNS ordinaires utilisent UDP ; les transferts de zone utilisent TCP et les clients ont aussi besoin de TCP pour les réponses qui l’exigent. SNMPv3 peut ajouter l’authentification et le chiffrement tout en conservant les ports 161 et 162. Dans les systèmes déployés, syslog peut utiliser d’autres protocoles de transport ; UDP 514 est la référence courante indiquée ici.

Ne confonds pas les numéros de protocole IP avec les ports

Le champ protocole de l’en-tête IP identifie ce que transporte IP : ICMP 1, TCP 6, UDP 17, GRE 47, ESP 50 et AH 51. TCP et UDP fournissent ensuite leurs propres champs de port. ICMP, GRE, ESP et AH n’ont pas de ports TCP ou UDP. Une règle autorisant le port TCP 1 n’autorise donc pas le trafic d’écho ICMP.

Pour un serveur web utilisant HTTP/2 sur TLS, autorise le trafic entrant sur TCP 443. Si le même serveur propose HTTP/3, son trafic QUIC a besoin d’UDP 443. Une règle DNS qui n’autorise qu’UDP 53 peut laisser passer de petites requêtes tout en bloquant les échanges TCP nécessaires. Adapte la règle au protocole de transport réel et au port destination du serveur.

Classe un équipement selon les informations qu’il lit pour décider comment traiter le trafic. La désignation décrit une fonction de transmission ou d’inspection. Un même boîtier physique peut contenir plusieurs fonctions relevant de couches différentes.

Signaux, trames et paquets

Les équipements de couche 1 traitent les signaux. Un répéteur régénère un signal ; un concentrateur répète les signaux reçus sur tous les autres ports. Un convertisseur de média relie des supports comme le cuivre et la fibre. Un modem convertit les données numériques en signaux utilisés sur la ligne d’un fournisseur et inversement. L’alimentation par Ethernet (PoE) fournit de l’énergie par un câblage à paires torsadées à des équipements comme les téléphones et les points d’accès ; c’est donc une fonction de la couche physique.

Un commutateur de couche 2 apprend les adresses MAC source et leurs ports d’entrée. Il utilise l’adresse MAC destination pour sélectionner un port de sortie. Les trames de diffusion et les trames destinées à des adresses inconnues sont envoyées par inondation aux autres ports du même réseau local. Un pont accomplit la même tâche de base avec moins de ports. Un point d’accès sans fil fait le pont entre les trames Wi-Fi et les trames filaires. Une carte d’interface réseau (NIC) prend en charge les couches 1 et 2, y compris l’adresse MAC de l’interface.

Un routeur lit les adresses IP destination et achemine les paquets entre réseaux à l’aide d’une table de routage. Il sépare les domaines de diffusion locaux. Un commutateur de couche 3 combine la commutation locale des trames et le routage, souvent entre VLAN. Le seul mot « commutateur » ne permet pas de savoir si l’équipement peut effectuer du routage.

Inspecte les informations de transport ou d’application

Un hôte comme un ordinateur portable, un serveur ou un téléphone prend en charge les sept fonctions OSI. Un « routeur » domestique combine généralement un routeur, un commutateur, un point d’accès, un pare-feu et parfois un modem. Le pontage Wi-Fi et le routage des paquets sont des tâches distinctes dans un même boîtier.

Compte les domaines partagés

Un domaine de collision est une zone dans laquelle des transmissions simultanées peuvent interférer. Un concentrateur partage un domaine entre ses ports. Un commutateur sépare les liaisons qui y sont connectées. Les liaisons commutées modernes en duplex intégral ne connaissent pas de collisions ; le comptage traditionnel des domaines montre néanmoins la différence entre concentrateurs et commutateurs.

Un domaine de diffusion contient les équipements qui reçoivent leurs trames de diffusion respectives. Les concentrateurs et les commutateurs ordinaires transmettent ces trames. Les routeurs séparent les domaines de diffusion et les VLAN peuvent diviser un commutateur en plusieurs domaines.

Pour un routeur reliant deux commutateurs, le commutateur A avec cinq ordinateurs possède six liaisons occupées, dont celle vers le routeur. Le commutateur B avec trois ordinateurs et un concentrateur possède cinq liaisons occupées : trois ordinateurs, un concentrateur et une liaison vers le routeur. Les quatre ordinateurs reliés au concentrateur partagent l’unique domaine de collision de sa liaison vers le commutateur. Le comptage traditionnel donne 11 domaines de collision et deux domaines de diffusion, sans division en VLAN.

Commence par demander qui est touché, quels services échouent et ce qui a changé. Ces éléments aident à choisir un point de départ pour le dépannage.

Choisis une direction

L’approche ascendante vérifie le fonctionnement physique, puis les trames locales, le routage et les services supérieurs. Elle est exhaustive lorsque la cause est inconnue, mais peut faire perdre du temps si les indices ont déjà permis d’isoler une panne applicative. L’approche descendante commence par le service et descend selon les besoins vers les couches dont il dépend.

Interprète le test intermédiaire

La méthode diviser pour régner utilise couramment ping. Une réponse de la passerelle confirme le fonctionnement du chemin IP/ICMP local testé jusqu’à cette passerelle. Une réponse d’un serveur distant confirme le fonctionnement du chemin testé jusqu’à ce serveur. Ces résultats justifient de passer aux couches supérieures pour examiner les noms, les ports de transport et l’application.

Un ping échoué demande des recherches supplémentaires : le chemin peut être interrompu ou ICMP peut être filtré alors que le service web reste accessible. Confirme avec un test du service concerné.

Le suivi du chemin examine les équipements sur la route, souvent avec traceroute ou tracert. Un saut silencieux peut tout de même transmettre le trafic. Compare les réponses ultérieures et, si possible, les tests effectués depuis les équipements situés de part et d’autre avant d’attribuer une panne de transmission à ce saut.

Laisse les symptômes guider la première vérification

Supposons que tous les postes d’une salle perdent leur connectivité alors que les salles voisines fonctionnent. Commence par une approche ascendante sur les équipements partagés : alimentation du commutateur, liaison montante et voyants de liaison. Remplacer un câble suspect par un câble dont le bon fonctionnement est connu permet de vérifier cet élément.

Si un compte ne peut pas soumettre de courrier alors que la navigation et les autres services fonctionnent, commence par une approche descendante avec son nom de serveur, son port de soumission et son message d’erreur. Ce problème plus ciblé oriente vers une vérification propre au service.

Compare si possible un équipement défaillant à un équipement fonctionnel. Modifie un élément, répète le même test et consigne le résultat. Annule une modification infructueuse avant d’en essayer une autre. Modifier ensemble le câble, la passerelle et les paramètres DNS peut rétablir l’accès sans montrer quelle modification a été utile.

Un symptôme suggère où chercher ; un test fournit des indices. Choisis l’outil adapté à ce que tu veux vérifier et tiens compte ensemble de sa destination, de son protocole et de son résultat lorsque tu interprètes la réponse.

Vérifie les signaux et la transmission locale

À la couche 1, des voyants de liaison éteints, un câble débranché, un équipement éteint, une longueur de câble excessive ou des interférences peuvent empêcher la communication. Inspecte l’alimentation et les connecteurs, teste le câble ou remplace-le par un câble dont le bon fonctionnement est connu.

À la couche 2, la liaison physique peut être présente alors que la transmission des trames locales échoue. Une affectation au mauvais VLAN peut séparer des équipements qui devraient partager un réseau local. Une incompatibilité de modes duplex peut entraîner de mauvaises performances et des erreurs ; une augmentation des erreurs CRC peut aussi indiquer un problème de signal ou de câblage. Lis les statistiques d’interface du commutateur et compare les deux extrémités. arp -a affiche les correspondances IPv4-MAC apprises par un hôte.

Sur les équipements Cisco, show interfaces affiche l’état de l’interface et du protocole de ligne. « up/up » indique que la couche physique et la liaison de données sont actives. « down/down » conduit souvent à examiner l’alimentation, le câblage ou un autre problème physique. « up/down » signifie qu’une liaison physique existe alors que le protocole de ligne est inactif ; une incohérence d’encapsulation est une cause possible.

Vérifie l’accessibilité IP et l’accès de transport

À la couche 3, vérifie les adresses d’interface et les paramètres de la passerelle avec ipconfig sur Windows, ip address sur Linux ou ifconfig sur macOS. Des paramètres incorrects ou des routes manquantes peuvent empêcher les paquets d’atteindre un autre réseau. Utilise ping pour tester l’accessibilité IP et tracert sur Windows ou traceroute sur Linux/macOS pour identifier les sauts qui répondent.

À la couche 4, teste le port réel du service. Un serveur peut répondre au ping alors qu’un pare-feu bloque TCP 443 ou qu’aucun service web n’écoute. Dans Windows PowerShell, utilise Test-NetConnection 203.0.113.25 -Port 443 ; sur Linux ou macOS, utilise nc -zv 203.0.113.25 443. Sur le serveur, ss sous Linux ou netstat peut afficher les ports en écoute et les connexions. Une connexion échouée ne permet pas à elle seule de distinguer un blocage par pare-feu d’un service en écoute arrêté.

Examine les noms et le comportement des applications

Aux couches supérieures, une recherche de nom infructueuse, une erreur de certificat, un nom de serveur incorrect ou un échec de connexion demandent d’examiner les informations de l’application. Utilise nslookup ou dig pour inspecter les réponses DNS. Utilise un navigateur ou curl pour tester HTTP/HTTPS et lis les journaux de l’application pour repérer les erreurs du service.

Analyse l’échec de chargement d’une page

Un ordinateur portable ne peut pas ouvrir https://intranet.example.com. D’abord, le ping vers sa passerelle réussit. Ensuite, le ping vers l’adresse IP du serveur 203.0.113.25 réussit. Ces résultats confirment le fonctionnement des chemins local et routé utilisés par ces tests. Si nslookup intranet.example.com ne peut pas obtenir de réponse, examine la requête et la configuration DNS à la couche application.

Dans un autre cas, le nom est correctement résolu et le serveur répond au ping, mais TCP 443 échoue. Vérifie le service en écoute sur le serveur et la règle de pare-feu concernée. Si la connexion TCP 443 réussit et que HTTPS signale une erreur de certificat, remonte vers la configuration du certificat et du nom de serveur. Chaque test précise la question suivante ; il ne certifie pas tous les types de trafic sur le réseau.