How does internet infrastructure work?

L'infrastructure Internet est un système complexe mais magnifiquement orchestré qui permet une communication et un échange d'informations fluides à l'échelle mondiale. Depuis sa création en 1969, Internet est passé de quatre systèmes hôtes à des dizaines de millions. En fait, chaque appareil connecté à Internet fait partie du réseau, même les appareils de votre domicile. Quelle est la structure de base sous-jacente d'Internet ? Des serveurs de noms aux points d'accès réseau, en passant par les réseaux fédérateurs (backbones), le système de transfert de données et d'informations d'Internet repose sur ce que nous appelons son infrastructure, les éléments constitutifs d'Internet. Tout d'abord, vous devez savoir comment votre ordinateur se connecte à d'autres ordinateurs. Lire aussi: Qu'est-ce que l'infrastructure Internet ? Hiérarchie des réseaux informatiques Chaque appareil connecté à Internet fait partie du réseau, même les appareils de votre domicile. Par exemple, votre ordinateur peut être connecté à un fournisseur d'accès Internet (FAI) via un modem câble ou fibre optique. Au travail, votre appareil peut faire partie d'un réseau local (LAN), mais votre connexion Internet est fournie par le FAI de votre employeur. Une fois connecté, votre ordinateur devient partie intégrante du réseau de votre employeur. Le FAI peut alors se connecter à un réseau plus vaste. Internet n'est qu'un réseau de réseaux. Les grandes entreprises de télécommunications disposent de leur propre dorsale (backbone) dédiée, avec des connexions Internet toujours actives disposant d'une bande passante suffisante pour permettre à de nombreuses personnes d'utiliser la connexion simultanément. Dans chaque région, l'entreprise dispose d'un bureau local qui relie les foyers et les entreprises locales à son réseau principal. Étonnamment, il n'existe pas de réseau centralisé. Le trafic est transmis d'un point à un autre, et si un ordinateur quitte le réseau, les paquets qui composent le fichier numérique sont acheminés vers l'autre ordinateur. Les fichiers arrivent comme prévu et vous ne remarquerez aucun changement dans les schémas de trafic. Voici un exemple de réseau Internet: Imaginez que la société A est une petite entreprise disposant d'un réseau de bureau configuré avec des serveurs et des imprimantes en réseau. Supposons que la société B est un FAI d'entreprise. La société B construit ou loue des espaces de bureaux dans les grandes villes pour stocker ses serveurs et ses équipements de routage. La société B est si grande qu'elle gère ses propres lignes de fibre optique entre les bâtiments afin qu'ils soient tous connectés les uns aux autres. Dans cette configuration, tous les clients de la société A peuvent communiquer entre eux et tous les clients de la société B peuvent communiquer entre eux, mais les réseaux des deux sociétés ne sont pas liés. Les deux sociétés peuvent communiquer en interne, mais aucune ne peut communiquer avec l'autre. Par conséquent, la société A et la société B conviennent de se connecter au point d'accès Internet ou IXP dans chaque ville. Les réseaux des deux sociétés peuvent désormais se connecter entre eux via Internet, ainsi qu'à d'autres organisations. Cet exemple montre comment deux réseaux d'entreprises communiquent entre eux, mais ces deux sociétés ne sont qu'un exemple rapproché de la manière dont leurs deux réseaux rejoignent le vaste Internet. Pour une vue d'ensemble de ce à quoi ces réseaux interconnectés pourraient ressembler, jetez un coup d'œil au projet Opte de Barrett Lyon, qui vise à créer une carte en constante évolution de la plomberie d'Internet. Fonction des routeurs Internet Tous ces réseaux s'appuient sur les IXP, les réseaux fédérateurs et les routeurs pour communiquer entre eux. Ce qui est incroyable dans ce processus, c'est qu'un message peut quitter un ordinateur, parcourir la moitié du globe à travers plusieurs réseaux différents et atteindre un autre ordinateur en une fraction de seconde ! Le routeur détermine où les informations sont envoyées d'un ordinateur à un autre. Les routeurs sont des appareils dédiés qui envoient les messages de vous et des autres utilisateurs d'Internet, les accélérant le long de milliers de chemins jusqu'à leurs destinations. Les routeurs ont deux tâches distinctes mais liées: 1. Ils garantissent que les informations n'arrivent pas là où elles ne sont pas nécessaires. Ceci est essentiel pour éviter que des quantités massives de données n'encombrent les connexions des « spectateurs innocents ». 2. Ils garantissent que les informations parviennent à leur destination prévue. En accomplissant ces deux tâches, un routeur est très utile lorsqu'il s'agit de deux réseaux informatiques distincts. Il connecte deux réseaux, transférant les informations d'un réseau à l'autre. Il protège également les interactions réseau, empêchant le trafic d'un réseau de déborder inutilement sur un autre. Quel que soit le nombre de réseaux connectés, le fonctionnement de base du routeur reste le même. Étant donné qu'Internet est un vaste réseau composé d'innombrables réseaux plus petits, il est nécessaire d'utiliser des routeurs. Dorsale Internet La National Science Foundation (NSF) a créé le premier réseau fédérateur à haut débit en 1986. Appelé NSFNET, il s'agit d'une ligne T1 qui relie 170 réseaux plus petits et fonctionne à 1,5 Mbps (millions de bits par seconde). IBM, MCI et Merit ont travaillé avec la NSF pour créer la dorsale, et l'année suivante ont développé la dorsale T3 (45 Mbps). La dorsale est la connexion Internet qui permet un trafic beaucoup plus important que la connexion de votre domicile au central téléphonique du coin. Aux débuts d'Internet, seules les plus grandes entreprises de télécommunications avaient la capacité de gérer cette bande passante. Aujourd'hui, de plus en plus d'entreprises exploitent leurs propres réseaux fédérateurs à haute capacité, tous interconnectés sur divers IXP à travers le monde. Ainsi, tout le monde sur Internet, quel que soit son emplacement ou son fournisseur, peut communiquer avec n'importe qui d'autre sur la planète. L'ensemble d'Internet est un immense protocole de communication libre entre les personnes. Protocole Internet: adresse IP Chaque machine sur Internet possède un numéro d'identification unique appelé adresse IP. IP signifie Internet Protocol, qui est l'un des deux protocoles que les ordinateurs utilisent pour communiquer sur Internet. L'autre est le protocole de contrôle de transmission (TCP), et les deux sont souvent désignés ensemble sous l'expression TCP/IP. Un protocole est une manière prédéfinie pour les personnes qui souhaitent utiliser un service de se connecter à ce service. « Quelqu'un » peut être une personne, mais il s'agit le plus souvent d'un programme informatique, comme un navigateur Web. Une adresse IP version 4 (IPv4) typique ressemble à ceci: 216.27.61.137. Pour la commodité de notre mémoire humaine, les adresses IP sont généralement représentées au format décimal sous forme de nombres décimaux pointés, comme illustré dans la figure ci-dessus. Mais les ordinateurs communiquent sous forme binaire. Voyez la représentation binaire de la même adresse IPv4: 11011000.00011011.00111101.10001001. Chaque séquence de nombres dans une adresse IPv4 est appelée un octet car chaque séquence de nombres a huit positions lorsqu'elle est vue sous forme binaire. Si vous additionnez toutes les positions, vous obtenez 32, car les adresses IPv4 sont traitées comme des nombres de 32 bits. Comme chacun des huit emplacements peut avoir deux états différents (1 ou 0), le nombre total de combinaisons possibles pour chaque octet est 2^8 ou 256. Ainsi, chaque octet peut contenir n'importe quelle valeur entre 0 et 255. Combinez quatre octets ensemble et vous obtenez 2^32 ou potentiellement 4 294 967 296 valeurs uniques ! Sur les près de 4,3 milliards de combinaisons possibles dans les adresses IPv4, certaines valeurs sont réservées et ne peuvent pas être utilisées comme adresses IP typiques. Par exemple, l'adresse IP 0.0.0.0 est réservée aux ordinateurs du réseau local et l'adresse 255.255.255.255 est utilisée pour la diffusion. Bien que 4,3 milliards d'adresses semblent beaucoup, Internet se développe si rapidement qu'un système d'adressage mis à jour de 128 bits est nécessaire pour remplacer IPv4. Fin 1998, des experts de l'Internet Engineering Task Force (IETF) ont commencé à développer un nouveau système. La version 6 d'IP (IPv6), officiellement lancée le 6 juin 2012, dispose d'un espace de 340 sextillions d'adresses, nous devrions donc avoir largement assez de place pour tous les appareils. (Pour l'instant. Pour information, IPv5 n'a jamais été formellement adopté comme norme.) Comme on peut s'y attendre, les adresses IPv6 semblent légèrement différentes de celles d'IPv4, qui a été créée dans les années 1970. Chaque segment d'une adresse IPv6 utilise quatre nombres hexadécimaux, séparés par des deux-points. Voici un exemple: ba5a:9a72:4aa5:522e:b893:78dd:a6c4:f033. Étant donné que IPv6 utilise la notation hexadécimale, il est nécessaire de représenter 16 chiffres distincts. Ainsi, en plus des chiffres de 0 à 9, les lettres de A à F ont également été incluses pour représenter deux chiffres. Actuellement coincés avec IPv4, le but de l'octet n'est pas simplement de séparer les nombres. Ils sont utilisés pour créer des classes d'adresses IP qui peuvent être attribuées à des entreprises, gouvernements ou autres entités spécifiques en fonction de leur taille et de leurs besoins. L'octet est divisé en deux parties: réseau et hôte. Le premier octet identifie le réseau auquel l'ordinateur appartient. L'hôte (parfois appelé nœud) identifie l'ordinateur réel sur le réseau. Le dernier octet indique la partie hôte. Il existe cinq classes IP et quelques adresses spéciales. Lorsque Internet en était à ses balbutiements, il se composait d'un petit nombre d'ordinateurs connectés via des modems et des lignes téléphoniques. Vous ne pouviez établir une connexion qu'en fournissant l'adresse IP de l'ordinateur avec lequel vous souhaitiez établir une liaison. Par exemple, une adresse IP typique pouvait être 216.27.22.162. Cela fonctionnait bien lorsqu'il n'y avait que quelques hôtes, mais à mesure que de plus en plus de systèmes se connectaient, cela devint difficile à gérer. La première solution à ce problème fut un simple fichier texte maintenu par le Network Information Centre (NIC) appelé table d'hôtes, qui mappait les noms aux adresses IP. Rapidement, ce fichier texte devint si volumineux qu'il devint trop encombrant à gérer. En novembre 1983, Paul Mokapetris soumit deux demandes de commentaires (RFC) à l'International Network Working Group. La RFC 882 décrit le concept du système de noms de domaine (DNS), qui mappe automatiquement les noms textuels aux adresses IP. La RFC 883 propose une méthode pour implémenter ce système. Grâce à ses efforts et à ceux de nombreux autres, vous n'avez plus qu'à vous rappeler www.howstuffworks.com, par exemple, au lieu d'une série de chiffres et de signes de ponctuation pour l'adresse IP de HowStuffWorks.com. Lire aussi: Comment protéger mon adresse IP comme un pro ? URL: Uniform Resource Locator Lorsque vous utilisez le Web ou envoyez un e-mail, vous pouvez utiliser un nom de domaine pour ce faire. Par exemple, le localisateur de ressources uniforme (URL) « https://www.howstuffworks.com » inclut le nom de domaine howstuffworks.com. Il en va de même pour cette adresse e-mail: un point de contact publié publiquement. Chaque fois qu'un nom de domaine est utilisé, les serveurs DNS d'Internet convertissent le nom de domaine lisible par l'homme en une adresse IP lisible par machine. Consultez le fonctionnement des serveurs de noms pour en savoir plus sur le DNS. Les domaines de premier niveau, également appelés domaines de niveau 1, incluent.com,.org,.net,.edu et.gov. Au sein de chaque domaine de premier niveau, il existe une énorme liste de domaines de deuxième niveau. Par exemple, dans le domaine de premier niveau.com, on trouve: HowStuffWorks, Yahoo, Microsoft. Chaque nom dans le domaine de premier niveau.com doit être unique. La partie la plus à gauche (comme « www ») est le nom d'hôte. Elle spécifie le nom du répertoire sur un ordinateur spécifique ayant une adresse IP spécifique dans le domaine. Un domaine donné peut contenir des millions de noms d'hôtes, tant qu'ils sont tous uniques au sein du domaine. Les serveurs DNS acceptent les requêtes des programmes et d'autres serveurs de noms pour traduire les noms de domaine en adresses IP. Lorsqu'une requête arrive, le serveur DNS peut effectuer l'une des quatre actions suivantes: 1. Il peut répondre à la requête avec une adresse IP car il connaît déjà l'adresse IP du domaine demandé. 2. Il peut contacter un autre serveur DNS et essayer de trouver l'adresse IP du nom demandé. Il peut avoir à le faire plusieurs fois. 3. Il peut dire: « Je ne connais pas l'adresse IP du domaine que vous demandez, mais voici l'adresse IP d'un serveur DNS que je connais mieux que moi. » 4. Il peut retourner un message d'erreur car le nom de domaine demandé est invalide ou n'existe pas. DNS Supposons que vous tapiez l'URL www.howstuffworks.com dans votre navigateur. Le navigateur contacte le serveur DNS pour obtenir l'adresse IP. Le serveur DNS commence la recherche d'une adresse IP en contactant l'un des serveurs racine DNS. Le serveur racine connaît les adresses IP de tous les serveurs DNS qui gèrent les domaines de premier niveau (.com,.net,.org, etc.). Votre serveur DNS demande à la racine pour www.howstuffworks.com, et la racine dit: « Je ne connais pas l'adresse IP de www.howstuffworks.com, mais voici l'adresse IP du serveur DNS du.COM. » Ensuite, votre serveur de noms s'adresse au serveur DNS du.COM et envoie une requête demandant s'il connaît l'adresse IP de www.howstuffworks.com. Le serveur DNS du domaine.com connaît les adresses IP des serveurs de noms qui gèrent le domaine www.howstuffworks.com, il renvoie donc ces adresses. Votre serveur de noms contactera alors le serveur DNS de www.howstuffworks.com et demandera s'il connaît l'adresse IP de www.howstuffworks.com. C'est le cas, donc il renvoie l'adresse IP à votre serveur DNS, qui la renvoie au navigateur, qui contacte ensuite le serveur de www.howstuffworks.com pour obtenir la page Web. L'une des clés du bon fonctionnement de ce système est la redondance. Il existe plusieurs serveurs DNS à chaque niveau, donc si un serveur tombe en panne, il y en a d'autres pour traiter la requête. Une autre clé est la mise en cache. Après avoir résolu la requête, le serveur DNS met en cache l'adresse IP reçue. Une fois qu'il a émis une requête pour le domaine.COM au serveur racine DNS, il saura gérer l'adresse IP du serveur DNS du domaine.COM, il n'aura donc pas à redemander cette information au serveur racine DNS. Le serveur DNS peut le faire pour chaque requête, et ce cache aide à éviter les engorgements. Bien qu'ils soient complètement invisibles, les serveurs DNS traitent des milliards de requêtes chaque jour et sont essentiels au bon fonctionnement d'Internet. Le fait que cette base de données distribuée fonctionne si bien et de manière invisible jour après jour témoigne de la qualité de sa conception. Serveurs et clients Internet Chaque machine sur Internet est soit un serveur, soit un client. Un ordinateur qui fournit des services à d'autres ordinateurs est un serveur. L'ordinateur utilisé pour se connecter à ces services est le client. Il existe des serveurs Web, des serveurs de messagerie, des serveurs FTP, etc., pour répondre aux besoins des utilisateurs d'Internet dans le monde entier. Lorsque vous vous connectez à www.howstuffworks.com pour lire une page, vous êtes un utilisateur assis devant un ordinateur client. Vous accédez au serveur Web de HowStuffWorks. L'ordinateur serveur trouvera la page que vous avez demandée et vous l'enverra. Le client accédant à l'ordinateur serveur a une intention spécifique, donc le client dirige ses requêtes vers un logiciel serveur spécifique s'exécutant sur l'ordinateur serveur. Par exemple, si vous exécutez un navigateur Web sur votre ordinateur, il essaiera de communiquer avec le serveur Web sur l'ordinateur serveur plutôt qu'avec le serveur de messagerie. Le serveur a une adresse IP statique qui ne change pas. En revanche, un ordinateur domestique connecté via un modem a généralement une adresse IP attribuée par le FAI à chaque connexion. Cette adresse IP est unique à votre session et peut être différente la prochaine fois que vous vous connectez. Ainsi, le FAI n'a besoin que d'une seule adresse IP par appareil, plutôt que d'une par client. Ports et HTTP Tout serveur fournit ses services en utilisant un port numéroté, c'est-à-dire un port pour chaque service disponible sur le serveur. Par exemple, si l'ordinateur serveur exécute un serveur Web et un serveur FTP (File Transfer Protocol), le serveur Web est généralement disponible sur le port 80 et le serveur FTP sur le port 21. Le client se connecte au service avec une adresse IP spécifique et un numéro de port spécifique. Une fois qu'un client se connecte à un service sur un port spécifique, il accède à ce service en utilisant un protocole spécifique. Le protocole décrit simplement comment le client et le serveur vont communiquer. Chaque serveur Web sur Internet se conforme au protocole de transfert hypertexte (HTTP). Vous pouvez en apprendre davantage sur les serveurs Internet, les ports et les protocoles en lisant comment fonctionnent les serveurs Web. Lire aussi: À quoi sert le chiffrement sur les serveurs Internet ? Les réseaux, les routeurs, les NAP, les FAI, le DNS et les serveurs puissants rendent tous Internet possible. Lorsque vous réalisez que toutes ces informations sont envoyées à travers le monde en quelques millisecondes, ces composants sont extrêmement importants dans la vie moderne. Sans eux, il n'y aurait pas d'Internet. Sans Internet, nos vies seraient très différentes. Voir aussi: Registre des membres disparaissant de l'AfriNIC.