Protocole IP et modèle TCP/IP : guide complet pour débutants

Ce guide vous permet de comprendre comment Internet et les réseaux informatiques fonctionnent au quotidien. Vous apprendrez le modèle TCP/IP qui gère toutes les communications réseau, comment les adresses IP identifient chaque appareil, et comment les données voyagent d’un point à un autre. Que vous soyez débutant en réseau ou que vous souhaitiez consolider vos bases, ce guide vous donnera les clés pour diagnostiquer et comprendre les échanges réseau.

Ce que vous découvrirez :

Le modèle TCP/IP et ses 4 couches (plus simple que le modèle OSI)
L’adressage IPv4 et IPv6 avec des exemples concrets
Les protocoles essentiels : TCP, UDP, ICMP, HTTP, DNS
Comment un paquet de données voyage sur Internet

Qu’est-ce que le protocole IP et le modèle TCP/IP ?

Le protocole IP : l’adresse postale d’Internet

Imaginez Internet comme une ville géante où chaque maison (votre ordinateur, téléphone, serveur) a besoin d’une adresse unique pour recevoir du courrier. Le protocole IP (Internet Protocol) joue exactement ce rôle : il donne une adresse IP à chaque appareil connecté au réseau.

Sans cette adresse, impossible de savoir où envoyer les données. Quand vous visitez un site web, votre ordinateur envoie une demande à l’adresse IP du serveur qui héberge ce site, et celui-ci vous renvoie les pages web à votre adresse IP.

Ce que fait le protocole IP :

Attribue une adresse unique à chaque appareil (comme 192.168.1.10 ou 2001:0db8::1)
Découpe les données en petits paquets pour les transporter
Trouve le meilleur chemin pour acheminer ces paquets à destination
Fonctionne quel que soit le type de connexion (Wi-Fi, câble, fibre…)

Le modèle TCP/IP : la pile qui fait tourner Internet

Le modèle TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) est l’architecture qui organise tous les protocoles réseau en 4 couches empilées. C’est le système réellement utilisé sur Internet, contrairement au modèle OSI qui est plutôt théorique.

Pourquoi “empilé” ? Parce que chaque couche utilise les services de la couche en dessous, comme des briques qui se superposent :

Architecture réseau du PC à Internet

Couche	Rôle	Exemples de protocoles	Analogie
4. Application	Interface avec les logiciels	HTTP, HTTPS, FTP, SSH, SMTP, DNS	Le facteur qui lit l’adresse sur l’enveloppe
3. Transport	Fiabilité et gestion des connexions	TCP, UDP	Le service postal qui garantit ou non la livraison
2. Internet	Adressage et routage	IP (IPv4, IPv6), ICMP	Le système de tri postal qui trouve l’itinéraire
1. Accès Réseau	Transmission physique	Ethernet, Wi-Fi, ARP	Les camions et avions qui transportent le courrier

Différence avec le modèle OSI :

OSI = 7 couches (théorique, pour l’enseignement)
TCP/IP = 4 couches (pratique, utilisé réellement)

Le modèle TCP/IP regroupe certaines couches OSI pour simplifier la mise en œuvre.

Les 4 couches du modèle TCP/IP

Visualisation de l’encapsulation des données à travers les 4 couches :

Encapsulation des données TCP/IP

Chaque couche ajoute ses propres informations (en-têtes) aux données, comme un colis qu’on emballe plusieurs fois avec des étiquettes différentes.

Couche 1 : Accès Réseau (la route physique)

La couche Accès Réseau s’occupe de tout ce qui est physique dans un réseau : câbles Ethernet, signaux Wi-Fi, cartes réseau. C’est elle qui transforme les données en signaux électriques, lumineux (fibre optique) ou radio (Wi-Fi) pour les faire voyager.

Ce qu’elle fait concrètement :

Transforme les bits (0 et 1) en signaux physiques
Gère l’accès au câble ou au canal Wi-Fi (qui parle quand ?)
Détecte et corrige les erreurs de transmission
Utilise les adresses MAC (adresses matérielles des cartes réseau)

Protocoles courants :

Protocole	Usage
Ethernet	Connexion filaire (câble réseau)
Wi-Fi (802.11)	Connexion sans fil
ARP (Address Resolution Protocol)	Trouve l’adresse MAC à partir d’une adresse IP

Exemple : Quand votre ordinateur envoie un fichier vers un serveur, la couche Accès Réseau transforme les données en signaux Wi-Fi ou en impulsions électriques sur un câble Ethernet.

Couche 2 : Internet (le GPS du réseau)

La couche Internet est chargée de router les paquets d’un réseau à un autre. Même si votre paquet doit traverser 10 routeurs et 5 pays pour atteindre sa destination, cette couche trouve le chemin.

Le protocole principal : IP (Internet Protocol)

IP est le cœur du modèle TCP/IP. Il attribue une adresse à chaque appareil et gère l’acheminement des paquets.

Fonctionnalités clés du protocole IP :

Adressage : Chaque appareil a une adresse IP unique (comme 192.168.1.10)
Routage : Les routeurs utilisent des tables de routage pour savoir par où faire passer les paquets
Sans connexion : IP envoie les paquets sans établir de connexion préalable
Non fiabilisé : IP n’assure pas que les paquets arrivent (ce sera le rôle de TCP)
Fragmentation : Si un paquet est trop gros, IP le découpe en morceaux plus petits

Protocole associé : ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP est utilisé pour envoyer des messages d’erreur et de diagnostic. Par exemple, la commande ping utilise ICMP pour tester si un appareil est joignable sur le réseau.

Exemple de ping :

ping 192.168.1.1

Cette commande envoie des paquets ICMP à l’adresse 192.168.1.1 et attend une réponse. Si vous recevez une réponse, l’appareil est accessible.

Couche 3 : Transport (la garantie de livraison)

La couche Transport gère la fiabilité des communications. Elle décide si les données doivent être envoyées avec garantie de livraison (TCP) ou rapidité maximale (UDP).

TCP (Transmission Control Protocol) : le facteur fiable

TCP est comme un service postal recommandé : il garantit que toutes les données arrivent, dans le bon ordre, sans erreur.

Comment ça marche ?

Le handshake TCP en 3 étapes

Établissement de connexion (handshake en 3 étapes) :
- Client : “Je veux me connecter”
- Serveur : “OK, je suis prêt”
- Client : “Parfait, on y va”
Transfert de données :
- Chaque paquet reçoit un numéro de séquence
- Le destinataire envoie un accusé de réception (ACK)
- Si un paquet se perd, il est renvoyé automatiquement
Fermeture de connexion :
- Les deux parties se disent “au revoir”

Quand utiliser TCP ?

Navigation web (HTTP/HTTPS)
Envoi d’emails (SMTP)
Transfert de fichiers (FTP, SSH)
Tout ce qui nécessite une livraison complète et correcte

UDP (User Datagram Protocol) : le facteur rapide

UDP est comme une lettre normale : rapide, mais sans garantie. Si un paquet se perd, tant pis, on continue.

Avantages :

Très rapide (pas de handshake, pas d’accusés de réception)
Léger (en-tête plus petit que TCP)
Idéal pour le temps réel

Quand utiliser UDP ?

Streaming vidéo en direct (si quelques pixels sautent, ce n’est pas grave)
Jeux en ligne (la réactivité prime sur la fiabilité)
DNS (une seule question-réponse, pas besoin de connexion)
VoIP (téléphonie sur IP)

Comparaison TCP vs UDP

Les ports : identifier les applications

Les ports permettent de distinguer plusieurs connexions sur un même appareil. C’est comme des numéros d’appartement dans un immeuble.

Plages de ports :

Plage	Nom	Usage
0-1023	Ports bien connus	Services standards (HTTP=80, HTTPS=443, SSH=22)
1024-49151	Ports enregistrés	Applications utilisateur
49152-65535	Ports dynamiques	Connexions temporaires

Exemples de ports courants :

HTTP : port 80
HTTPS : port 443
SSH : port 22
DNS : port 53
SMTP : port 25

Exemple : Quand vous visitez https://example.com, votre navigateur se connecte au port 443 du serveur (port HTTPS).

Couche 4 : Application (les logiciels que vous utilisez)

La couche Application est celle que vous utilisez directement au quotidien : navigateur web, email, transfert de fichiers, etc.

Principaux protocoles :

Protocoles utilisant TCP

Protocole	Port	Usage
HTTP	80	Navigation web non sécurisée
HTTPS	443	Navigation web sécurisée (chiffrée)
FTP	20, 21	Transfert de fichiers
SMTP	25	Envoi d’emails
IMAP	143	Récupération d’emails (stockés sur serveur)
POP3	110	Récupération d’emails (téléchargés localement)
SSH	22	Connexion sécurisée à distance
Telnet	23	Connexion non sécurisée (obsolète)
RDP	3389	Bureau à distance Windows

Protocoles utilisant UDP

Protocole	Port	Usage
DNS	53	Résolution de noms de domaine (exemple.com → 93.184.216.34)
DHCP	67, 68	Attribution automatique d’adresses IP
SNMP	161	Gestion et surveillance de réseau
TFTP	69	Transfert de fichiers simplifié
NTP	123	Synchronisation de l’heure

Exemple concret :

Quand vous tapez https://google.com dans votre navigateur :

DNS (UDP, port 53) : Votre ordinateur demande “Quelle est l’adresse IP de google.com ?”
Réponse DNS : “C’est 142.250.74.46”
TCP handshake : Connexion au port 443 de cette adresse
HTTP(S) : Échange des données de la page web

L’adressage IP : identifier chaque appareil

IPv4 : le format classique (32 bits)

IPv4 est la version historique des adresses IP. Elle utilise 32 bits (4 octets) pour créer une adresse.

Format : 192.168.1.10

Chaque nombre (de 0 à 255) représente 8 bits (1 octet).

Structure d'une adresse IPv4

Nombre d’adresses possibles :

32 bits = 2³² = environ 4,3 milliards d’adresses
Problème : Avec des milliards d’appareils connectés, on manque d’adresses !
Solution : IPv6 + NAT (Network Address Translation)

Classes d’adresses IPv4

Historiquement, les adresses IPv4 étaient divisées en classes :

Classe	Premier octet	Usage	Exemple
A	1-126	Très grands réseaux	10.0.0.0
B	128-191	Réseaux moyens	172.16.0.0
C	192-223	Petits réseaux	192.168.1.0
D	224-239	Multidiffusion	-
E	240-255	Réservé	-

Aujourd’hui, on utilise plutôt la notation CIDR (voir section suivante).

Adresses publiques vs privées

Type	Usage	Plages réservées
Publique	Accessible sur Internet	Toutes sauf les plages privées
Privée	Réseau local uniquement (LAN)	`10.0.0.0/8`, `172.16.0.0/12`, `192.168.0.0/16`

Exemple : Chez vous, votre box internet a une adresse IP publique (ex: 91.170.45.123), mais vos appareils ont des adresses privées (ex: 192.168.1.10, 192.168.1.11, etc.).

Sous-réseaux et masques de réseau

Un masque de sous-réseau (ou subnet mask) permet de diviser une grande plage d’adresses en sous-réseaux plus petits.

Comment ça fonctionne ?

Le masque indique quelle partie de l’adresse IP représente le réseau et quelle partie représente l’hôte (l’appareil).

Exemple :

Adresse IP : 192.168.1.10
Masque de sous-réseau : 255.255.255.0

Masque de sous-réseau IPv4

Résultat :

Partie réseau : 192.168.1 (identique pour tous les appareils du réseau)
Partie hôte : 10 (unique pour chaque appareil)
Notation CIDR : 192.168.1.0/24 (les 24 premiers bits sont le réseau)

Tableau des masques courants :

Masque	Notation CIDR	Nombre d’hôtes	Usage typique
`255.255.255.0`	`/24`	254	Réseau domestique ou PME
`255.255.0.0`	`/16`	65 534	Grande entreprise
`255.0.0.0`	`/8`	16 777 214	Très grand réseau

Pourquoi 254 et pas 256 ?

Sur 256 adresses possibles (de .0 à .255), deux sont réservées :

.0 = adresse du réseau lui-même
.255 = adresse de broadcast (diffusion à tous les appareils)

IPv6 : le format moderne (128 bits)

Avec l’explosion du nombre d’appareils connectés (smartphones, objets connectés, etc.), IPv4 ne suffit plus. IPv6 a été créé pour résoudre ce problème.

Format : 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334

Caractéristiques :

128 bits (au lieu de 32 pour IPv4)
Notation hexadécimale (0-9, a-f)
Environ 340 undécillions d’adresses (un nombre à 39 chiffres !)
Suffisant pour donner une adresse unique à chaque grain de sable sur Terre

Structure d'une adresse IPv6

Simplification d’écriture :

On peut raccourcir les adresses IPv6 :

Adresse complète	Adresse simplifiée	Règle
`2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001`	`2001:0db8::1`	`::` remplace une suite de zéros
`2001:0db8:0000:0042:0000:8a2e:0370:7334`	`2001:0db8:0:42:0:8a2e:370:7334`	On peut supprimer les zéros non significatifs

Notation CIDR en IPv6 :

2001:0db8:85a3::/48 = préfixe de réseau (les 48 premiers bits)
Permet de découper les réseaux comme en IPv4

Avantages d’IPv6 :

Espace d’adressage quasi infini
Pas besoin de NAT (chaque appareil peut avoir une adresse publique)
Sécurité intégrée (IPsec obligatoire)
Configuration automatique (SLAAC - StateLess Address AutoConfiguration)

Le routage IP : comment les données trouvent leur chemin

Le routage IP est le processus qui permet à un paquet de données de voyager d’un réseau à un autre pour atteindre sa destination.

Analogie : Imaginez envoyer une lettre de Paris à Tokyo. Elle ne va pas directement : elle passe par plusieurs centres de tri (routeurs) qui la dirigent vers le bon pays, la bonne ville, le bon quartier, puis la bonne adresse.

Comment fonctionne le routage ?

Routage IP hop-by-hop

Votre ordinateur envoie un paquet avec une adresse IP de destination
Le paquet arrive au routeur (votre box internet, par exemple)
Le routeur consulte sa table de routage : “Où dois-je envoyer ce paquet ?”
Le paquet est transféré au prochain routeur sur le chemin
Répétition jusqu’à atteindre le réseau de destination

Table de routage :

Une table de routage contient des règles du type :

Réseau de destination	Passerelle (prochain saut)	Interface
`192.168.1.0/24`	Directement connecté	`eth0`
`0.0.0.0/0` (tout le reste)	`192.168.1.1` (routeur par défaut)	`eth0`

Commande pour voir la table de routage :

ip route show

Exemple de sortie :

default via 192.168.1.1 dev eth0
192.168.1.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 192.168.1.10

Traduction :

Pour toute adresse non locale (default), envoyer via 192.168.1.1
Pour les adresses 192.168.1.x, c’est sur le réseau local (pas besoin de routeur)

Diagnostic réseau : outils pratiques

Commande ping : tester la connectivité

ping envoie des paquets ICMP pour vérifier qu’un appareil est joignable.

ping 192.168.1.1

Résultat attendu :

64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=1 ttl=64 time=1.2 ms
64 bytes from 192.168.1.1: icmp_seq=2 ttl=64 time=1.1 ms

Si ça ne marche pas :

Symptôme	Cause probable	Solution
`Destination Host Unreachable`	L’appareil n’est pas sur le réseau	Vérifier l’adresse IP et la connexion
`Request timeout`	Pare-feu bloque ICMP ou appareil éteint	Vérifier le pare-feu
`Network is unreachable`	Pas de route vers le réseau	Vérifier la passerelle par défaut

Commande traceroute : suivre le chemin

traceroute (ou tracert sous Windows) montre tous les routeurs traversés par un paquet.

traceroute google.com

Résultat attendu :

 1  192.168.1.1 (192.168.1.1)  1.234 ms
 2  10.0.0.1 (10.0.0.1)  5.678 ms
 3  172.16.5.1 (172.16.5.1)  12.345 ms
...
10  142.250.74.46 (142.250.74.46)  25.123 ms

Ce qu’on voit :

Chaque ligne = un routeur traversé
Le temps de réponse pour chaque saut
Le chemin complet jusqu’à la destination

Commande ip addr : voir vos adresses IP

ip addr show

Résultat attendu :

2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500
    inet 192.168.1.10/24 brd 192.168.1.255 scope global eth0
    inet6 fe80::a00:27ff:fe4e:66a1/64 scope link

Ce qu’on voit :

Interface réseau : eth0
Adresse IPv4 : 192.168.1.10 avec masque /24
Adresse IPv6 link-local : fe80::a00:27ff:fe4e:66a1

Visualisation complète du modèle TCP/IP

Voici une représentation complète des 4 couches du modèle TCP/IP avec leurs protocoles :

Modèle TCP/IP complet

Comment lire ce diagramme :

Les données commencent au niveau Application (votre navigateur, par exemple)
Elles descendent vers la couche Transport (TCP ou UDP)
Puis vers la couche Internet (ajout de l’adresse IP)
Enfin vers la couche Accès Réseau (transmission physique)

Sur le réseau de destination, le processus s’inverse : les données remontent de la couche 1 vers la couche 4.

À retenir

Le protocole IP et le modèle TCP/IP en 8 points clés :

Le protocole IP attribue une adresse unique à chaque appareil sur le réseau, comme une adresse postale
Le modèle TCP/IP organise les protocoles réseau en 4 couches : Accès Réseau, Internet, Transport, Application
IPv4 utilise des adresses sur 32 bits (ex: 192.168.1.10), limitées à 4,3 milliards d’adresses
IPv6 utilise des adresses sur 128 bits (ex: 2001:0db8::1), avec un espace quasi infini
TCP garantit la livraison complète et dans l’ordre (navigation web, email, fichiers)
UDP privilégie la rapidité sans garantie (streaming, jeux en ligne, DNS)
Les ports permettent d’identifier les applications sur un même appareil (HTTP=80, HTTPS=443, SSH=22)
Le routage IP utilise des tables de routage pour acheminer les paquets de réseau en réseau jusqu’à destination

Prochaines étapes

Le DHCP : attribution dynamique des adresses IP Comment les appareils obtiennent automatiquement une adresse IP

DNS : système de noms de domaine Comment les noms de domaine sont convertis en adresses IP