Chapitre 5 : La couche réseau (niveau 3)
5.1.1. Historique
A la fin des années 60 fut créé le réseau ARPANET - par l’agence des projets de recherche avancés du département de la défense (l’ARPA) aux Etats Unix - qui interconnectait quelques ordinateurs de centres de recherche et d’universités. Dans les années 1980, le réseau fut divisé en deux parties :
- Milnet pour le trafic réservé au gouvernement et à l’armée,
- et NSFNet (National Science Foundation) pour le trafic entre universités qui grandit progressivement au cours des années 80.
Aujourd’hui la croissance est explosive, l’essentiel de l’armature du réseau est toujours assuré par la NSFNet. La coordination internationale est assurée par l’IAB (INTERNET Association Board) et ses deux bureaux l’IETF (INTERNET Engeneering Task Force) et l’IRTF (INTERNET Research Task Force).
5.1.2. Principes de base
Le langage adopté dans l’INTERNET pour communiquer entre machines est le langage réseau TCP-IP.
C’est un protocole très novateur dans le sens ou il est faiblement hiérarchisé. Tous les ordinateurs sont égaux dans leurs possibilités. Le langage TCP-IP est très répandu dans le monde des systèmes Unix et il est très facile de trouver des sources pour réaliser un support TCP-IP sur n’importe quel système. TCP-IP est de fait le premier véritable langage réseau indépendant de tout constructeur d’informatique, ce qui en fait son succès.
Cependant, Il faut distinguer les protocoles c’est à dire les "langages de réseau" et les entités administratives. En effet si un réseau parle "TCP-IP", il n’est pas forcément connecté à l’INTERNET. Ce n’est pas parce que je parle français que je suis français.
5.1.3. Mode de fonctionnement
IP est un réseau de transport de paquets en mode non fiable et non connecté. C’est à dire que le paquet peut être perdu dans le réseau, arriver dans le désordre, voire en double. La fiabilité n’est assurée que par les couches de transport qui sont dans les ordinateurs d’extrémité. Les éléments intermédiaires du réseau sont des routeurs IP qui vont servir d’aiguillage. Un routeur peut être arrêté sans que les liaisons passant par ce routeur en soit perturbées. Le réseau se reconfigure et les paquets seront acheminés par d’autres chemins. Rien ne garantit non plus que les paquets vont prendre le même chemin. On pourrait comparer cela au réseau postal. Deux enveloppes ne passeront pas forcément par le même centre de tri, et n’arriveront pas orcément en même temps.
On appelle datagramme le paquet élémentaire. Celui-ci,comme une enveloppe de courrier, omprend une adresse de destination et une adresse de départ. Derrière les routeurs, on trouve des réseaux locaux, des liaisons spécialisées.
5.1.4. ISO appliqué à TCP/IP
L’entête Ethernet sur un réseau Ethernet c’est la première encapsulation : couche 2.
L’entête IP est présente dans la trame ethernet. Elle permet de diriger le paquet IP au travers du réseau IP. Le paquet IP contient un paquet UDP ou TCP qui permet de certifier la bonne arrivée des paquets. Les données du paquet UDP ou TCP dépendent de l’application utilisée.
5.1.5. Adressage IP
L’adresse IP est constituée de 32 bits, soit 4 octets notés de façon décimale de 0 à 255 (par exemple 193.50.125.2). Une adresse est affectée non pas à une machine mais à une interface d’une machine. Celle-ci peut donc avoir plusieurs adresses. L’adresse se décompose en 2 parties, une partie réseau et une partie machine. Cet adressage n’est pas hiérarchisé dans le sens que 193.50.126.0 pourrait être un réseau japonais, alors que 193.50.125.0 serait un réseau français.
5.1.6. Les classes
Pour des raisons administratives et de routage, on regroupe ces adresses sous forme de classes. On pourra ensuite utiliser ces adresses à sa guise pour gérer son réseau. Ces adresses sont demandées auprès du NIC (Network Information Center). Le NIC France (l’INRIA) délègue la fourniture des adresses aux grands fournisseurs d’accès au réseau. Dans le cas de nos universités, toute nouvelle adresse doit être demandée à RENATER, organisme qui s’occupe du réseau de la recherche.
En principe l’adressage comprend donc 256**4 adresses c’est à dire 4.294.967.296 adresses (plus de 4 milliards !). En fait, on va voir qu’il y a beaucoup de pertes et que cet adressage est au bord de la saturation. Les adresses sont regroupées en différentes classes pour des raisons d’administration et de routage. La partie machine est réservée à l’usage du gestionnaire du réseau qui peut re-découper cette partie, c’est à dire "subnetter".
Classe A :
Le réseau de classe A. Il peut contenir beaucoup de machines car l’adresse est sur 7 bits. L’adresse du réseau est donc sur un octet dont la valeur la plus grande est un zéro, par conséquent le premier chiffre sera inférieur à 128. Le classe A va de 0 jusqu’à 127.
| 0 | Réseau | Machine | Machine | Machine |
Classe B :
- adresse sur 14 bits,
- commence à 128.
| 10 | Réseau | Réseau | Machine |
Classe C :
La classe C, la plus utilisé en ce moment, du fait de la disparition des classes B devenues indisponibles par suite de manque d’adresses. Démarre donc à l’adresse 192.
| 110 | Réseau | Réseau | Réseau | Machine |
Classe D :
La classe D est utilisée pour des groupes de multicast. Commence à 224.
| 1110 | Réseau | Réseau | Réseau | Machine |
Classe E :
La classe E, réservée pour un usage futur, commence à 240.
| 1111 | Réseau | Réseau | Réseau | Machine |
5.1.7. Le réseau 127.0.0.0
Celui ci est particulier, il est réservé pour l’usage local de la machine. On appelle ça, la loopback adresse ou adresse de bouclage. 127.0.0.1 est l’adresse locale de la machine et ne doit jamais sortir sur le réseau. Ceci permet de faire des tests en local sans sortir sur le réseau, ou d’appeler des services en mode TCP/IP alors qu’ils sont dans la même machine. On n’accède alors à aucun réseau physique.
5.1.8. Adresses spéciales
Il existe dans les réseaux trois types d’adresses, les adresses locales, les adresses de broadcast, et les adresses multicast.
Pour résumer :
- Je parle directement à quelqu’un (unicast)
- Je parle à tout le monde (broadcast)
- Je parle à un groupe restreint (multicast)
TCP/IP gère ainsi que ETHERNET sur ces différents types d’adresses. On verra que ARP est un broadcast ETHERNET, RIP est un broadcast IP/UDP qui sera convertit en broadcast ETHERNET, si ETHERNET est la couche de liaison.
Pour TCP/IP l’adresse de broadcast consiste à mettre les bits de l’adresse machine à un. Si 193.50.125.0 est mon réseau, 193.50.125.255 sera l’adresse de broadcast IP. Suivant comment est décomposé le réseau, la partie finale ne sera pas forcément 255. Par contre pour un réseau de classe C non subnetté, ce sera toujours le cas.
5.1.9. SubNets
Pour le Classe A 34.0.0.0, on peut décomposer des réseaux de différentes manières, en précisant une information que l’on appelle masque de sous réseau ou Subnet Mask.
Si on veut décomposer 34.0.0.0 en beaucoup de sous réseaux, de 256 machines, il faut prendre un subnet mask de 255.255.255.0. Pour décomposer en réseau de 256*256 machines, on faut prendre un masque de 255.255.0.0. Cette information concerne, les routeurs et les machines du réseau. Elle définit ainsi la famille de la machine. Le subnet, veut dire que la machine appartenant à un réseau de type 255.255.0.0 pourra adresser directement 256*256 machines sans passer par un routeur.
5.1.10. Exemple de Subnet
Exemple de sous adressage d’un réseau de classe C :
On veut découper un réseau de classe C en sous réseaux de 32 machines. De 0 à 31, nous avons 32 possibilités. 31 s’écrit en binaire : 11111 (5 bits). Si l’on admet, cas courant que l’adresse du réseau est dans les 3 bits restants à gauche (les trois bits de poids fort), nous avons huit sous réseaux. Le masque représente la partie réseau, soit les bits 6,7,8. Le 6 ième vaut
32, le 7 ème 64, le 8 ème 128. Le masque s’écrit avec tous ses bits à un, soit : 32+64+128=224.
Le masque du sous-réseau sera donc 255.255.255.224. Cette précieuse information sera à fournir au routeur et dans la configuration des machines du réseau.
193.50.126.97 11000001.00110010.01111110.01100001 Masque 11111111.11111111.11111111.11100000
Les 8 réseaux possibles seront donc :
000=0 001=32 010=64 011=96 100=128 101=160 110=192 111=224