Paquets, adresses et routeurs : le voyage d'un message sur Internet

Tu envoies une photo à un ami qui habite à 800 km. Elle quitte ton téléphone, traverse la box, des dizaines de machines inconnues, peut-être un câble sous la mer, et s'affiche chez lui moins d'une seconde plus tard, sans qu'aucun fil ne vous relie. C'est le travail d'Internet : un réseau de réseaux, sans chef, fondé sur quelques règles simples.

Une adresse pour chaque machine : l'adresse IP

Sur Internet, chaque machine connectée possède une adresse IP (Internet Protocol). Dans la version la plus répandue, IPv4, c'est un nombre de 32 bits, écrit sous la forme de quatre nombres entre 0 et 255 séparés par des points : 192.168.1.24 ou 8.8.8.8.

32 bits permettent 2³² ≈ 4,3 milliards d'adresses. Cela paraissait énorme en 1981, mais le stock central d'adresses libres est épuisé depuis 2011. D'où IPv6 : 128 bits, soit environ 3,4 × 10³⁸ adresses, écrites en hexadécimal, comme 2001:db8::1.

Chez toi, la box distribue des adresses privées (192.168.…), valables seulement dans la maison ; vue d'Internet, toute ta famille partage l'adresse publique de la box.

Découper pour mieux transporter : TCP/IP

Ta photo pèse 3 Mo. Elle n'est jamais envoyée d'un bloc : elle est découpée en paquets d'environ 1 500 octets, soit plus de 2 000 paquets. Chaque paquet porte un en-tête avec l'adresse IP de départ, l'adresse d'arrivée et un numéro d'ordre. Deux protocoles se partagent le travail :

• IP s'occupe de l'adressage et fait de son mieux pour livrer chaque paquet, sans garantie : un paquet peut se perdre ou arriver après le suivant.
• TCP (Transmission Control Protocol) remet de l'ordre : il numérote les paquets, le destinataire accuse réception, et tout paquet perdu est renvoyé. À l'arrivée, la photo est reconstituée octet pour octet.

Ces règles, publiées par Vint Cerf et Bob Kahn en 1974, sont devenues la langue commune d'Internet le 1er janvier 1983.

Le routage : de proche en proche

Entre ta box et ton ami, les paquets passent par des routeurs. Un routeur ne connaît pas tout Internet : sa table de routage dit, pour chaque famille d'adresses, à quel voisin transmettre le paquet. Chaque routeur fait un pas, le suivant fait de même, jusqu'à destination.

Exemple travaillé. Quatre routeurs : A est relié à B et à C, et B comme C sont reliés à D. Pour aller de A à D, deux chemins existent : A → B → D et A → C → D. Si le câble entre B et D est coupé, les tables de routage se mettent à jour en quelques secondes et tous les paquets passent par C. C'est la résilience du réseau : il fonctionne malgré une panne. Cette idée de réseau « maillé » vient des travaux de Paul Baran en 1964.

Chaque paquet porte aussi un compteur, le TTL (time to live) : chaque routeur traversé lui retire 1 ; tombé à 0, le paquet est détruit et ne tourne pas éternellement dans une boucle.

Le DNS : l'annuaire d'Internet

Tu ne tapes jamais 203.0.113.7 : tu tapes un nom, comme lumni.fr. Le DNS (Domain Name System, inventé par Paul Mockapetris en 1983) traduit les noms de domaine en adresses IP. Il est organisé en arbre : la racine, les domaines de premier niveau (.fr, .com), les domaines (lumni.fr), les sous-domaines (www.lumni.fr).

Ton ordinateur interroge le résolveur de ton fournisseur d'accès ; s'il ne connaît pas la réponse, celui-ci demande à un serveur racine, puis au serveur de .fr, puis au serveur de lumni.fr, qui donne l'adresse. La réponse est gardée en cache un certain temps : la deuxième visite est instantanée. Treize « lettres » de serveurs racine (de A à M), copiées en plus d'un millier d'exemplaires, rendent le DNS lui aussi résilient.

Quand ça casse pour de vrai

En janvier 2022, l'éruption d'un volcan sous-marin a sectionné l'unique câble reliant les îles Tonga au reste du monde : le pays est resté presque coupé d'Internet pendant environ cinq semaines. Un seul lien, aucun secours. La France, reliée par des dizaines de câbles et de routes terrestres, ralentit en cas de coupure, mais ne s'arrête pas. Résilience = plusieurs chemins possibles.

À retenir

• Chaque machine a une adresse IP ; IPv4 = quatre nombres de 0 à 255 (environ 4,3 milliards d'adresses), IPv6 = 128 bits.
• Les données sont découpées en paquets ; IP les adresse, TCP les numérote, vérifie leur arrivée et renvoie ceux qui manquent.
• Les routeurs transmettent les paquets de proche en proche grâce à leur table de routage ; un réseau maillé reste résilient en cas de panne.
• Le DNS traduit un nom de domaine (lumni.fr) en adresse IP, de façon hiérarchique, avec un cache.

★ Pour aller plus loin

La commande traceroute lumni.fr (tracert sur Windows) affiche les routeurs traversés grâce au TTL : elle envoie un paquet avec un TTL de 1, puis 2, puis 3, et chaque routeur qui détruit un paquet se signale. La commande ping mesure l'aller-retour : Paris – New York, environ 80 millisecondes, car la lumière dans une fibre avance à près de 200 000 km/s.

Pour la visio ou les jeux en ligne, on remplace TCP par UDP, qui n'attend aucun accusé de réception : un paquet perdu provoque une petite coupure, mais aucun retard.

Contre la pénurie d'adresses, ta box pratique le NAT : elle remplace l'adresse privée de ton téléphone par son adresse publique à la sortie, et fait l'inverse au retour. Un pansement, en attendant IPv6, déjà majoritaire chez plusieurs opérateurs français.

Sources pour creuser

• Histoire illustrée de l'informatique, Emmanuel Lazard et Pierre Mounier-Kuhn (EDP Sciences).
• Les Réseaux, Guy Pujolle (Eyrolles), chapitres sur IP et le routage.
• Chaîne YouTube Cocadmin : cherche ses vidéos sur le fonctionnement d'Internet et des réseaux.
• pixees.fr (Inria), ressources SNT, rubrique « Internet » ; lumni.fr, lycée → Seconde → SNT ; programme officiel sur eduscol.education.fr.