Le modèle TCP/IP et l'adressage IPv4

Dans le cours précédent, vous avez appris à vous protéger. Pour aller plus loin, il faut comprendre ce qui se passe réellement quand vous ouvrez une page web ou envoyez un message : des milliers de petits paquets de données traversent des réseaux entiers en quelques millisecondes. Cette première leçon vous donne la carte du territoire : le modèle TCP/IP et l'adressage IPv4.

Ce cours a un fil rouge : vous allez construire, chapitre après chapitre, votre propre laboratoire virtuel, un petit réseau isolé sur votre ordinateur où vous pourrez tout observer et tout casser sans rien risquer. Dès maintenant, ouvrez un fichier texte et nommez-le « carnet de laboratoire » : vous y noterez ce que vous observez à chaque leçon. Ce carnet vous servira de repère dans les cours suivants.

Pourquoi des « couches » ?

Imaginez l'envoi d'une lettre. Vous écrivez le message, vous le glissez dans une enveloppe avec une adresse, la poste le trie, un camion le transporte, un facteur le dépose. Chaque acteur fait son travail sans se soucier des autres : le facteur ne lit pas votre lettre, et vous ne conduisez pas le camion.

Les réseaux fonctionnent de la même manière. Pour simplifier un problème immense, on le découpe en couches, chacune avec une responsabilité précise. Le modèle de référence utilisé sur Internet s'appelle TCP/IP et compte quatre couches :

Vous croiserez aussi le modèle OSI, qui découpe la même réalité en sept couches. Il sert surtout de vocabulaire commun : quand un professionnel parle de « couche 2 » ou de « couche 7 », il pense à OSI (couche 2 = liaison, soit les trames Ethernet ; couche 7 = application). Retenez les deux modèles comme deux façons de nommer les mêmes choses.

L'encapsulation : des poupées russes

Quand votre navigateur envoie une requête, les données descendent les couches. Chaque couche ajoute son propre « en-tête », comme une enveloppe supplémentaire :

1. L'application produit la requête (par exemple une demande de page web).
2. Le transport ajoute les ports et découpe en segments.
3. La couche Internet ajoute les adresses IP et forme un paquet.
4. L'accès réseau ajoute les adresses physiques (MAC) et forme une trame.

À l'arrivée, chaque couche retire son enveloppe et transmet le contenu à la couche supérieure. Cette notion d'encapsulation est capitale : plus tard, lorsque vous lirez des captures dans Wireshark, vous verrez ces enveloppes empilées, et vous saurez les interpréter.

TCP et UDP en deux phrases

TCP est le facteur qui exige un accusé de réception : il établit une connexion, vérifie que tout arrive, dans l'ordre, et renvoie ce qui manque. C'est ce qu'utilisent le web et l'email. UDP est la carte postale : on envoie sans vérifier. C'est plus rapide et plus léger, parfait pour la voix, la vidéo en direct ou les requêtes DNS, où perdre un paquet est moins grave qu'attendre.

Adresses IPv4 : une adresse par interface

Pour qu'un paquet trouve son chemin, chaque interface réseau reçoit une adresse IP. En IPv4, c'est un nombre de 32 bits, écrit pour les humains en quatre nombres entre 0 et 255 séparés par des points, par exemple 192.168.1.25. Chacun de ces nombres représente 8 bits, d'où le nom d'« octet ».

Une adresse IP se découpe en deux parties : la partie réseau (la « rue ») et la partie hôte (le « numéro dans la rue »). C'est le masque de sous-réseau qui indique où se situe la coupure. Le masque 255.255.255.0 signifie que les 24 premiers bits désignent le réseau et les 8 derniers l'hôte. On l'écrit aussi en notation CIDR : 192.168.1.25/24.

Calculer le nombre de machines

Avec 8 bits pour l'hôte, on obtient 2⁸ = 256 combinaisons. Deux sont réservées : la première est l'adresse du réseau (192.168.1.0), la dernière est l'adresse de diffusion, ou broadcast (192.168.1.255). Il reste donc 254 adresses utilisables pour des machines. La règle générale est : 2^{(bits d'hôte)} − 2.

Un réseau /26 laisse 6 bits à l'hôte : 2⁶ − 2 = 62 machines. Plus le nombre derrière le « / » est grand, plus le réseau est petit.

Les anciennes classes, et pourquoi on parle de CIDR

À l'origine, Internet distinguait des classes d'adresses : classe A (masque /8, pour de très grands réseaux), classe B (/16) et classe C (/24, les petits réseaux). Ce système rigide gaspillait beaucoup d'adresses. Il a été remplacé par le CIDR, qui permet n'importe quelle longueur de masque. Vous rencontrerez encore les classes dans les cours et les certifications, donc retenez-les comme notion historique, mais raisonnez en CIDR.

Adresses privées et spéciales

Certaines plages ne sont jamais routées sur Internet : ce sont les adresses privées, utilisées dans les box, les entreprises et vos futurs laboratoires :

• 10.0.0.0/8
• 172.16.0.0/12 (de 172.16.x.x à 172.31.x.x)
• 192.168.0.0/16

D'autres adresses ont un rôle particulier : 127.0.0.1 (la machine elle-même, « boucle locale » ou loopback) et la plage 169.254.0.0/16 (adresse « lien local » qu'une machine s'attribue quand elle n'obtient aucune configuration). Pour les exemples de documentation, on utilise aussi 192.0.2.0/24, réservée à cet effet.

Comment toutes ces machines « privées » accèdent-elles à Internet ? Grâce au NAT (traduction d'adresses) : votre box remplace l'adresse privée de vos appareils par son unique adresse publique à la sortie, et mémorise qui a demandé quoi pour aiguiller les réponses. C'est aussi pourquoi vos appareils ne sont pas directement joignables depuis l'extérieur par défaut, ce qui n'est pas une protection complète, mais une première barrière.

DHCP : qui distribue les adresses ?

Vous n'avez jamais saisi d'adresse IP sur votre téléphone : un service nommé DHCP, souvent assuré par votre box, les distribue automatiquement. Il fournit en même temps le masque, la passerelle (l'équipement qui mène vers l'extérieur) et le serveur DNS à utiliser, ce dont nous parlerons dans la prochaine leçon.

À vous de jouer

Exercice 1 : regarder sa propre configuration. Ouvrez un terminal sur votre ordinateur et affichez votre configuration réseau :

# Linux
ip addr

# macOS
ifconfig

# Windows (Invite de commandes ou PowerShell)
ipconfig /all

Repérez dans votre carnet : l'adresse IP de votre interface principale, son masque (ou sa longueur CIDR), la passerelle par défaut et le serveur DNS. Cette adresse est-elle privée ? Combien de machines pourraient exister sur votre réseau ?

Exercice 2 : un petit calcul. Un réseau est 172.16.40.0/22. Combien de bits d'hôte contient-il ? Combien de machines au maximum ?

Une adresse IP, c'est précis mais difficile à retenir. Dans la leçon suivante, nous découvrons le service qui traduit les noms que vous tapez en adresses : le DNS.