Adressage IP Version 4

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1 Son rôle Adressage IP Version 4 IP signifie Internet Protocol. L'adresse IP intervient au niveau 3 du modèle OSI, elle permet d'identifier des équipements réseaux et d'assurer le transport d'informations entre eux (elle fonctionne à la manière d'un numéro de téléphone). Elle doit être unique sur le réseau. IP n'échange pas d'informations de contrôle et ne garantie donc pas l'arrivée et l'intégrité des informations. Le contrôle est laissé à la charge des protocoles de niveau supérieur. On dit que IP fonctionne en mode non connecté. ( voir RFC 791 ) Le Format IP V4 L'adresse IP Version 4 comporte 32 bits décomposés en 4 champs de 8 bits. Pour des raisons de mémorisation, on la note généralement sous la forme d'une série de 4 nombres décimaux (de 0 à 255) séparés entre eux par un point. Cependant son interprétation reste binaire. Exemple : ID Réseau ID Station Chaque Adresse comporte, à la base, 2 parties : la première est un identifiant de réseau, la seconde un identifiant de station (ou d'équipement) également appelé ID Host. Le découpage par défaut de l'adresse est fonction de la Classe à laquelle elle appartient. Il peut être cependant modifié en affectant un Masque de Sous-Réseau. L'Adresse Réseau permet d'identifier l'ensemble des machines d'un même réseau, elle est obtenue en positionnant tous les Bits de l'identifiant Station à 0. Pour l'exemple ci-dessus, l'adresse Réseau est Le Masque de réseau permet de déterminer la limite entre l'id Réseau et l'id Station, il est obtenu en positionnant les Bits Réseau à 1 et les Bits Station à 0. Pour l'exemple ci-dessus, Le masque de réseau est L'Adresse de diffusion (ou Broadcast) permet d'adresser un paquet IP à l'ensemble des Stations d'un même Réseau, elle est obtenue en positionnant l'ensemble des Bits Station à 1. Pour l'exemple ci-dessus, L'Adresse de Broadcast est Conséquences : une station ne peut pas avoir d'adresse IP où tous les Bits Station sont positionnés à 0 (Add Réseau) ou à 1 (Add Broadcast). Chaque réseau IP est séparé d'un autre par un Routeur. 1

2 Les Classes d'adresses Les adresses IP ont été divisées en Classes afin d'assurer une meilleure utilisation de l'espace d'adressage. La classe est déterminée par les 4 premiers Bits de l'adresse. Il Existe actuellement 5 Classes : Classe A : L'adresse commence par ID Réseau ID Station L'ID Réseau s'étend sur 8 bits et prend les valeurs de 0 à 127 (les ID 0 et127 sont réservés, voir Ad Spéciales), il y a donc 126 réseaux possibles (de 1 à 126). L'ID Station s'étend sur 24 bits peut prendre toutes les valeurs sauf et il y a donc soit stations adressables. Les adresses valables de classe A s'étendent donc de à Classe B : L'adresse commence par ID Réseau ID Station L'ID Réseau s'étend sur 16 bits et prend les valeurs de à , il y a donc 256 x 2 6 soit réseaux possibles. L'ID Station s'étend sur 16 bits peut prendre toutes les valeurs sauf 0.0 et il y a donc soit stations adressables. Les adresses valables de classe B s'étendent donc de à Classe C : L'adresse commence par ID Réseau ID Station L'ID Réseau s'étend sur 24 bits et prend les valeurs de à , il y a donc 2 16 x 2 5 soit réseaux possibles. L'ID Station s'étend sur 8 bits peut prendre toutes les valeurs sauf 0 et 255 il y a donc 254 stations adressables. Les adresses valables de classe C s'étendent donc de à

3 Classe D : L'adresse commence par Adresse de diffusion de groupe La Classe D est une classe particulière qui est utilisée pour la diffusion de paquet IP vers toutes les machines d'un même groupe, on parle de MULTICAST. Les adresses de classe D sont utilisées pour des taches spécifiques : - Diffusion de tables de routages entre Routeurs. - Adressage par DHCP. - Diffusion Multimédia Les adresses valables de classe D s'étendent donc de à Classe E : L'adresse commence par Réservé aux expérimentations La Classe E est une classe réservée aux expérimentations, elle peut être ignorée pour l'instant. Pour l'adressage IP standard, on utilise les adresses de classes A, B ou C, ce sont des classes d'adresses dites UNICAST Le Masque de Sous-Réseaux Afin d'optimiser l'utilisation des adresses et l'efficacité du routage dans les grands réseaux, l'id Station de base (attribué par la classe) a été découpé en un Identifiant de Sous- Réseau et un nouvel Identifiant Station. Cela permet donc de diviser un grand réseau en plusieurs sous-réseaux. Ce découpage est assuré par le Masque de Sous-Réseau. Ce masque fonctionne comme le masque de réseau en positionnant les Bits Réseau et Sous-Réseau à 1 et les Bits Station à 0. Exemple : Adresse IP : Masque de Sous-Réseau : ID Réseau ID Sous-Réseau ID Station 8 bits 10 bits 14 bits 3

4 L'adresse du sous-réseau est : Cela permet donc de subdiviser le réseau en 2 10 (1 024) Sous-Réseaux de (16 382) Stations. Du point de vue de la station il n'y a pas de différence entre le Réseau et le Sous-Réseau, pour elle le découpage en sous-réseau est donc équivalent pour un Masque de à: ID Réseau ID Station 18 bits Cette notion a été reprise par le CIDR ( Classless Inter-Domain Routing ), permettant d'optimiser le réseau Internet. Avec CIDR, les préfixes des sous-réseaux font entre 13 et 27 bits de longs et il n'y a plus de notion de Classe. Cela permet de créer des agrégats de classes C par exemple. Le masque de Réseau ou Sous-Réseau est souvent exprimé sous la forme d'un nombre de bits associé à une adresse de Réseau ou de Station, dans le cas ci-dessus cela nous donne : Avec une Adresse Réseau : / 18 Avec une Adresse Station : / 18 Une Adresse IP est toujours associée à un masque de sous-réseau, en l'absence de celuici, c'est le masque de réseau de la classe à laquelle l'adresse appartient qui s'applique. Les Adresses Spéciales Adresses de rebouclage (loopback) C'est la classe d'adresse /8. Par défaut seule l'adresse est utilisée, elle correspond au nom localhost. Cette adresse permet de tester le fonctionnement de la couche IP (Niveau 3 OSI) et des protocoles de niveau supérieur (Niveau 4,5,6,7 OSI), elle n'envoie aucune information au protocole de niveau inférieur (Niveau 2 OSI) et donc ne génère pas de trafic réseau. Elle permet d'utiliser le protocole IP en local, sans posséder d'interface réseau. Adresses Privées ( RFC 1918 ) Classe A de à > Soit 1 Réseau Classe B de à > Soit 16 Réseaux Classe C de à > Soit 256 Réseaux Ces adresses ne sont pas routables sur Internet. Elles sont utilisées pour adresser des réseaux non raccordés directement à Internet. 4

5 Pour que ces stations puissent communiquer sur Internet, il faut qu'elles soient connectées par l'intermédiaire d'un Routeur pratiquant le NAT (Network Address Translation) Adresses d'autoconfiguration IP Classe B Cette classe d'adresse est réservée pour l'adressage automatique d'un équipement en l'absence de serveur DHCP.( RFC 3330 ) Lorsqu'une station est configurée en adressage automatique (DHCP) et qu'elle n'obtient pas de réponse d'un serveur, elle s'attribue automatiquement une adresse disponible dans cette classe. Cela est très pratique pour des petits réseaux ( ex : réseaux domestiques ) Aussi connu sous le nom APIPA ( Automatic Private IP Addressing ) Autres réseaux L'adresse est utilisée pour désigner les réseaux qui ne sont pas connus dans les tables de routage. Par défaut toute adresse IP inconnue sera considérée comme faisant partie du réseau et sera adressée à la passerelle par défaut ( en général le routeur de sortie du sous réseau). Elle est aussi utilisé par les hôtes pour connaître leur propre adresse IP. Remarques L'adresse IP est un nombre de 32 bits représentée sous la forme de 4 nombres décimaux séparés par un point, mais cela n'est qu'un moyen mnémotechnique pour retenir plus facilement les adresses, on peut très bien utiliser les adresses sous forme binaire, hexadécimale ou décimale (avec un seul nombre). Les adresses suivantes sont donc équivalentes : (classique) (binaire) 7932CD7C (hexa) (décimal) Quelques Références : RFC 791 RFC 950 RFC 960 RFC 1466 RFC 1519 RFC 1918 RFC 3330 Internet Protocol Internet Standard Subnetting Procedure Assigned Numbers Guidelines for Management of IP Address Space Classless Inter-Domain Routing (CIDR): Classes d'adresses privées Special-Use IPv4 Addresses 5

6 La Pile TCP/IP IP s'intègre dans une suite de protocoles appelée pile TCP/IP ( ou Pile ARPA ). Elle est moins complète que la Pile OSI ( proposée par l'iso et constituée de 7 Couches ) et ne comporte que 4 Couches: 4 Couche Application (Application Layer). 3 Couche Transport (Transport Layer). 2 Couche Internet (Internet Layer). 1 Couche interface réseau (Network Access Layer). La correspondance avec le modèle OSI peut se faire comme ci : 7 Application 6 Présentation 4 Application 5 Session 4 Transport 3 Transport 3 Réseau 2 Internet 2 Liaison Interface 1 Réseau 1 Physique Pile OSI Pile TCP/IP La Pile TCP/IP ne s'intéresse pas à tout ce qui est matériel, ce protocole peut donc fonctionner sur toutes les Architectures Physiques de Réseaux existantes Voici une présentation simplifiée des différents protocoles de la Pile TCP/IP 4 telnet http ftp dns nfs 3 TCP UDP IGMP ICMP 2 IP ARP RARP 1 Ethernet ATM 6

7 telnet, http, ftp, etc sont des applications fonctionnant avec la pile IP UDP (User Datagram Protocol) et TCP (Transport Control Protocol) sont les protocoles de transport chargées de fournir la communication d un programme d application à un autre. Cette couche peut avoir à réguler le flot de données et à assurer la fiabilité du transfert. Elle divise également le flux de données en paquets et passe chacun d'eux avec une adresse de destination au niveau inférieur. IP (Internet Protocol) est le protocole principal chargé d'établir la liaison avec l'hôte distant. Cette couche prend en charge la communication de machine à machine. Il est responsable du routage. De plus, il gère les protocoles ICMP (Internet Control Message Protocol) et IGMP (Internet Group Management Protocol) qui lui permettent de contrôler et de gérer les liaisons. Il dispose également des protocoles ARP (Address Resolution Protocol) et RARP (Reverse Address Resolution Protocol) qui lui permettent de transmettre les paquets au réseau physique. Ethernet et ATM sont des protocoles chargés de transmettre physiquement les données sur le réseau. Schéma de communication entre 2 hôtes A et B : A B Application Application message Transport Transport paquet Internet Internet datagramme Réseau Réseau trame Réseau Physique 7

8 Le Datagramme IP Bits Version IHL Type de Service Taille Totale 2 Identification Flags Déplacement fragmentation (Offset) 3 Durée de vie (TTL) Protocole Somme de Contrôle 4 Adresse IP Source En-tête 5 Adresse IP Destination 6 Options Bourrage Début de la zone de données Version : 4 bits Le champ Version renseigne sur le format de l'en-tête Internet. Ce document décrit le format de la version 4 du protocole. HIL (Internet Header Length) : 4 bits Le champ Longueur d'en-tête (LET) code la longueur de l'en-tête Internet, l'unité étant le mots de 32 bits, et donc indique le début de le zone de données. Notez que ce champ ne peut pas prendre de valeur inférieure à 5 pour être valide (Taille minimum de l'en-tête) et vaut au maximum 15 (soit une longueur d'en-tête de 60 octets), ce qui correspond à un champ d'option de 40 octets (ce qui laisse de la place )!. Type de Service : 8 bits Le Type de Service donne une indication sur la qualité de service souhaitée, qui reste cependant un paramètre "abstrait". Ce paramètre est utilisé pour "guider" le choix des paramètres des services actuels lorsqu'un datagramme transite dans un réseau particulier. Certains réseaux offrent un mécanisme de priorité, traitant préférentiellement un tel trafic par rapport à un trafic moins prioritaire (en général en acceptant seulement de véhiculer des paquets d'un niveau de priorité au dessus d'un certain seuil lors d'une surcharge momentanée). Principalement, le choix offert est une négociation entre les trois contraintes suivantes : faible retard, faible taux d'erreur, et haut débit Priorité D T R C 0 Bits 0-2 : Priorité(Priority) 0 à 7 = La valeur la plus élévée est prioritaire (*) Bit 3 : Delai (Delay) 0 = Délai standard, 1 = Délai faible. Bit 4 : Débit (Throughput) 0 = Débit standard, 1 = Haut débit. Bit 5 : Fiabilité (Reliability) 0 = Taux d'erreur standard, 1 = Taux d'erreur faible. Bit 6 : Coût (Cost) 0 = Coût Standard, 1 = Coût minimum Bit 7 : Réservé. 8

9 (*) Détail du champ Priorité : Network Control Internetwork Control CRITIC/ECP Flash Override Flash Immediate Priority Routine L'utilisation des indications en termes de retard, débit, et qualité de transmission peut augmenter le "coût" (d'un certain point de vue) du service. Dans la plupart des réseaux, de meilleures performances pour l'un de ces paramètres s'obtient au prix d'une dégradation des performances pour un autre. La priorité dite "Network Control" est stipulée comme étant une priorité à l'intérieur d'un seul réseau. Le fait d'utiliser cette option instaure une priorité pour chaque section traversée. La priorité "Internetwork Control" n'est gérée que par les routeurs. Si l'utilisation de ces priorités ont une signification particulière ou supplémentaire pour l'un des réseaux, il est de la responsabilité de ce dernier de lire et d'interpréter les présentes informations. Longueur Totale : 16 bits Le champ "Longueur Totale" est celle du datagramme entier (en-tête et données), mesurée en octets. Ce champ ne permet de coder qu'une longueur de datagramme d'au plus 65,535 octets. Une telle longueur rendrait de toutes façon les datagrammes impossible à gérer pour la plus grande partie des réseaux. Les hôtes devront au moins pouvoir accepter des datagrammes d'une longueur jusqu'à 576 octets (qu'il s'agisse d'un datagramme unique ou d'un fragment). Il est de même recommandé que des hôtes ne décident d'envoyer des datagrammes de plus de 576 octets que dans la mesure où ils sont sûrs que la destination est capable de les accepter. Le nombre 576 a été choisi pour permettre à un bloc de données de taille raisonnable d'être transmis dans un datagramme, tenant compte des données à ajouter pour constituer les en-têtes de protocole. Par exemple, cette taille permet la transmission d'un bloc de 512 octets, plus 64 octets d'en-tête dans un datagramme unique. (NdT : je rappelle ici que la taille de 512 octets correspond à un secteur sur la plupart des supports de stockage) La taille maximale d'un en-tête Internet étant de 60 octets, et sa taille typique étant de 20 octets, ce nombre permet de conserver une bonne marge pour les données protocolaires de plus haut niveau. Identification : 16 bits Une valeur d'identification assignée par l'émetteur pour identifier les fragments d'un même datagramme. Ce champ est utilisé conjointement avec les champs Flags et Offset pour la reconstruction de paquet TCP (ou Autre) qui ont dû être fragmentés du fait de la limite des réseaux physiques (4096 octets pour FDDI, 1536 pour Ethernet, 576 pour du RTC ). Flags : 3 bits Commutateurs de contrôle utilisées pour la reconstruction des paquets qui ont pû être frangmentés lors de la traversée de certains réseaux physiques DF MF 9

10 Bit 0 : réservé doit être laissé à zéro Bit 1: DF (Don't Fragment) 0 = Fragmentation possible, 1 = Non fragmentable. Bit 2: MF (More Fragment) 0 = Dernier fragment (ou pas de fragmentation), 1 = Fragment intermédiaire (paquet fragmenté). Ce champ permet à la couche IP de ré-assembler le paquet avant de le transmettre au protocole de niveau supérieur. Fragment Offset : 13 bits Ce champ indique le décalage du premier octet du fragment par rapport au paquet complet. Cette position relative est mesurée en blocs de 8 octets (64 bits). Le décalage du premier fragment vaut zéro. Cela permet un ré-assemblage du paquet même si les datagrammes n'arrivent pas dans l'ordre. TTL (Time To Live) : 8 bits Ce champ " Durée de vie " permet de limiter le temps pendant lequel un datagramme reste dans le réseau. Lorsque ce champ arrive à la valeur zéro, le datagramme doit être détruit. Ce champ est modifié pendant le traitement de l'en-tête Internet. La durée de vie est mesurée en secondes. A chaque traversée d'un équipement Internet (un Routeur), celui-ci doit retirer au moins une unité de temps à ce champ, même si le traitement complet du datagramme par le module est effectué en moins d'une seconde. De ce fait, cette durée de vie doit être interprétée comme la limite absolue maximale de temps pendant lequel un datagramme peut exister. Ce mécanisme est motivé par la nécessité de détruire les datagrammes qui n'ont pu être acheminés, en limitant la durée de vie même du datagramme. La durée de vie maximale codable est de 255 secondes soit 4,25 minutes et on ne peut donc pas traverser plus de 255 routeurs. Lorsque le datagramme est détruit le routeur renvoie un datagramme à l'expéditeur l'informant de cette destruction, cela est par exemple utilisé par les programmes de traceroute pour obtenir la liste des routeurs traversés. Protocole : 8 bits Ce champ indique quel protocole de niveau supérieur est utilisé dans la section données du datagramme Internet. Les différentes valeurs admises pour divers protocoles sont listée dans la RFC "Assigned Numbers" ( RFC1060 ). Checksum d'en-tête : 16 bits Un Checksum calculé sur l'en-tête uniquement. Comme certains champs de l'en-tête sont modifiés (ex : TTL, Flags ) pendant leur transit à travers le réseau, ce Checksum doit être recalculé et vérifié en chaque point du réseau où l'en-tête est réinterprétée. L'algorithme utilisé pour le Checksum est le suivant : On calcule le complément à un sur 16 bits de la somme des compléments à un de tous les octets de l'en-tête pris par paires (mots de 16 bits). Lorsque l'on calcule le Checksum, on considère une en-tête dont le champ réservé pour ce même Checksum vaut zéro. L'algorithme de Checksum peut paraître élémentaire mais l'expérimentation a montré que cette technique était suffisante. Il se peut que cet algorithme soit plus tard remplacé par un calcul de type CRC, suivant la nécessité future. Adresse source : 32 bits L'adresse Internet de la source. 10

11 Adresse destination : 32 bits L'adresse Internet du destinataire. Options : variable Les datagrammes peuvent contenir des options. Celles-ci doivent être implémentées par tous les modules IP (hôtes et routeurs). Le caractère "optionnel" concerne leur transmission, et non leur implémentation. Dans certains environnements, l'option de sécurité peut être obligatoire dans tous les datagrammes. Le champ d'option est de longueur variable. Un datagramme peut comporter zéro ou plus options. Voici les deux formats possibles d'une option : Cas 1: Une option codée sur un seul octet. Cas 2: Un octet codant le type d'option, un octet donnant la taille de l'option, les octets de données d'option. La taille de l'option compte tous les octets de l'option y compris le type, son propre octet et tous les octets de donnée d'option. L'octet de type d'option est composé de trois champs de bits : C Classe Numéro Bit 0 : C Indicateur de recopie (indique si l'option doit être recopiée en cas de fragmentation) Bits 1-2 : Classe Classe d'option Bits 3-7 : Numéro Précise l'opération. Pour la Classe, les valeurs définies sont 0 ( Contrôle ) et 2 ( Test ). Les combinaisons classe/opération suivantes sont définies : 0/0 fin de la liste d'options 0/1 no-operation (remplissage) 0/2 securité 0/3 routage source souple 0/7 enregistrement de route 0/8 identifiant de flot 0/9 routage source stric 2/4 horodatage internet Bourrage (Padding) : variable Le bourrage permet de compléter la taille de l'en-tête à un multiple de 4 octets. L'insertion d'options peut conduire à une taille d'en-tête distincte d'un multiple de 32 bits. Cette dernière doit être complétée par des octets nuls afin de respecter ce point. Le premier de ces octets nuls sera interprété comme l'option particulière "fin de liste d'options", les octets suivants étant appelés "octets de bourrage". 11