La couche réseau : interconnexions de réseaux
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- Rachel Dumouchel
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1 La couche réseau : interconnexions de réseaux Alain AUBERT alain.aubert@univ-st-etienne.fr 0 Fonctions de la couche réseau 1 1
2 Fonctions de la couche réseau Détermination du ou (des) chemin(s) des paquets de leur source vers leur destination: Routage: déterminer la route des paquets à travers le réseau à l aide d équipements appelés routeurs Contrôle de congestion: éviter les embouteillages éviter que les tampons d entrées d un nœud réseau soient saturés prendre en compte l indisponibilité momentanée des liaisons d un nœud réseau 2 Principe du routage Les routeurs sont connectés à plusieurs réseaux Comment décider la route à prendre? c est à dire dans un routeur, comment répondre à la question: quel est le prochain routeur à qui envoyer le paquet???? 2 fonctions associées au routeur: construire sa table de routage décider en fonction de sa table de routage et de l adresse destination du paquet, sur quel réseau le réémettre 3 2
3 Principe du routage Le routage utilise des informations de la topologie du réseau Le routage prend en compte divers paramètres appelés métriques) densité de trafic nombre de routeurs à franchir pour joindre le réseau vitesse des liaisons etc 4 Services de la couche réseau 5 3
4 Types de services Service orienté connexion une connexion de niveau réseau s appelle un circuit virtuel le chemin associé au circuit virtuel dans le réseau est alloué à l'établissement de la connexion. La décision de routage n est prise qu au cours de la phase d établissement. tous les paquets circulant sur le même circuit virtuel empruntent le même chemin exemple: protocole réseau des réseaux ATM Service sans connexion dit datagramme chaque paquet est envoyé indépendamment des autres et routé séparément des paquets successifs peuvent donc suivre des routes différentes et il peut y avoir alors déséquencement des paquets exemple: le protocole IP (Internet Protocol) 6 Intérêts et inconvénients de ces services Service orienté connexion pas de déséquencement ressources réservées au départ lors de la connexion garantie de qualité de services temps d acheminement plus long (temps d établissement de la connexion au départ) problème pour le temps réel délicat en cas de défaillance d un routeur Service sans connexion dit datagramme temps d acheminement plus rapide qualité de service difficile à garantir congestion résolue difficilement calcul du routage à chaque paquet 7 4
5 Adressage niveau réseau 8 Adressage au niveau réseau Comment identifier une machine sur le réseau étendu? Par l adresse MAC associée à chaque carte réseau? Cette adresse ne suffit pas car elle donne seulement un numéro, certes unique, mais difficile à identifier parmi les 2 48 adresses possibles Le problème est le même que d identifier une personne dans le monde. Une personne a une adresse postale. Cette adresse postale comporte le nom de la personne ainsi que l adresse de sa résidence. Le quartet (nom de la personne, nom de la rue, ville, pays) permet d identifier facilement la personne 9 5
6 Adressage au niveau réseau Comment identifier une machine sur le réseau étendu? Que réprésente l adresse postale? Une structure hiérarchique permettant d identifier facilement la personne Personne dans le Monde pays1 pays2 pays3 Ville1 Ville2 rue1 rue2 nom1 nom2 De même, pour gérer des réseaux étendus et complexes, il est indispensable de grouper les machines d un réseau en sous réseaux, voire en sous-sous réseau Principe de l adressage hiérarchique 10 Principe de l adressage IP 11 6
7 Constitution de l adresse IP adresse IP : 32 bits 2 parties dans une adresse IP le net-id le host-id le net-id désigne le réseau le host-id désigne les ordinateurs de ce réseau net-id host-id Structure hiérarchique de l adresse IP Structure à 2 niveaux de hiérarchie Machine dans le Monde NetID1 NetID2 NetID3 HostID1 HostID2 La notion de classes d adresse IP que l on verra ajoute un niveau de hiérarchie Nous verrons aussi plus tard qu avec la notion de masque réseau, des sous réseaux peuvent être créés ce qui implique des niveaux hiérarchiques supplémentaires 13 7
8 Classes d adresse IP les classes d adresse IP actuellement l organisme chargé d attribuer les adresse IP est l InterNIC Internet Network Information Center les adresses IP sont ordonnées en classes classe A classe B classe C Machine dans le Monde ClasseA ClasseB ClasseC NetID1 NetID2 HostID1 HostID2 14 Classes d adresse IP classe A le premier octet représente le réseau (NetID) le MSB vaut 0 donc il y a 2 7 = 128 ( à ) possibilités de réseaux le réseau 0 n existe pas le réseau 127 est localhost les réseaux disponibles en classe A vont donc de à les 3 octets de droite représentent les ordinateurs du réseau (HostID) le réseau peut donc contenir 2 24 = ordinateurs!! classe réservée aux grandes entreprises 15 8
9 Classes d adresse IP classe B les deux premiers octets représentent le réseau (NetID) les deux bits MSB valent 1 et 0 donc il y a 2 14 = possibilités de réseaux ( à ) les réseaux disponibles en classe B vont donc de à les 2 octets de droite représentent les ordinateurs du réseau (HostID) le réseau peut donc contenir 2 16 = ordinateurs 16 Classes d adresse IP classe C les trois premiers octets représentent le réseau (NetID) les trois bits MSB valent 1, 1 et 0 donc il y a 2 21 = possibilités de réseaux ( à ) les réseaux disponibles en classe C vont donc de à l octet de droite représentent les ordinateurs du réseau (HostID) le réseau peut donc contenir 2 8 = 255 ordinateurs 17 9
10 Adresses IP réservées l InterNIC réserve dans ces classes des adresses à usage privé pour permettre à un réseau local de se connecter sur Internet sans générer de conflits d adresse IP sur le réseau à à à Adresses IP particulières adresse de réseau adresse IP dont tous les bits hôtes sont à 0 désigne le réseau lui-même et non pas un hôte exemple dans un réseau classe A : désigne l adresse réseau du réseau comprenant l hôte adresse de broadcast adresse IP utilisée pour joindre en même temps tous les hôtes d un réseau adresse IP dont tous les bits hôtes sont à 1 exemple pour le réseau : l adresse de broadcast est il est évident que ces deux adresses ne permettent pas d identifier un hôte sur le réseau 19 10
11 Masque de sous réseau (1) Constitution adresse de 32 bits contenant des 1 aux emplacements des bits que l on désire conserver des 0 pour ceux que l on veut rendre égaux à 0 Intérêt des masques de sous réseaux pouvoir connaître le réseau associé à une adresse IP le réseau est déterminé par un certain nombre d octet de l adresse IP selon les 3 classes on note un réseau en prenant le nombre d octet qui le caractérise et on complète le reste par des 0 exemple : le réseau associé à est (classe A) pour connaître le réseau associé, il suffit d utiliser le masque (classe A) en effectuant un ET logique bit à bit & donne => c est bien le réseau associé à Masque de sous réseau (2) masques de sous réseaux génériques pour un classe A, seul octet 1 intéressant donc masque de la forme : pour un classe B, les 2 premiers octets sont intéressant, donc masque : pour un classe C, les 3 premiers octets nous intéressent
12 Création de sous réseaux (1) Principe grâce à l emploi d un masque, on peut créer des sous-réseaux soit le réseau de classe A avec comme masque générique Soit le masque suivant : cas de figures: soit les 2 premiers bits du 2ème octet sont 00 le résultat du masquage est soit les 2 premiers bits du 2ème octet sont 01 résultat du masquage : soit les 2 premiers bits du 2ème octet sont 10 résultat du masquage : soit les 2 premiers bit du 2ème octet sont 11 résultat du masquage est ce masquage divise donc un réseau de classe A (pouvant admettre ordinateurs) en 4 sous réseaux pouvant admettre 2 22 ordinateurs, c'est-à-dire ordinateurs 22 Création de sous réseaux (2) Nombre de sous réseaux possibles le nombre de sous réseaux dépend donc du nombre de bits que l'on attribue en plus au réseau (ici 2). le nombre de sous réseaux est donc: nombre de bits nombre de sous réseau
13 Conséquence sur la structure hiérarchique des adresses IP Machine dans le Monde ClasseA ClasseB ClasseC NetID1 NetID2 SubnettID1 SubnetID2 Utilisation d un masque de sous réseau HostID1 HostID2 24 L équipement de la couche 3 : le routeur 25 13
14 Qu est ce qu un routeur? Equipement matériel et logiciel qui fait en sorte que les paquets émis par une machine d un réseau puissent atteindre une machine destinataire situé sur un réseau différent Les paquets ne peuvent circuler entre réseaux différents que si ces réseaux sont reliés par un (des) routeur(s) Symbole d un routeur dispose de ports reliées au réseau réalise la routage de paquets Sélectionne le chemin 26 Le routeur et le modèle OSI Réseau A Réseau B Routeur 27 14
15 Ports (ou interfaces) d un routeur Les ports (ou interfaces) sont les accès matériels par lesquels les routeurs se raccordent physiquement aux divers réseaux avec lesquels ils communiquent: La couche physique de chacun des ports doit correspondre à celle du réseau auquel il est relié (Port Ethernet, Liaison série) La couche liaison de chacun des ports doit être compatible avec celles des divers nœuds du réseau auquel il est directement lié Exemple: un routeur relie un réseau Ethernet par son port P1 à un réseau Token Ring sur son port P2 P1 doit satisfaire aux spécifications de la couche physique et MAC d Ethernet P2 à celles de Token Ring Un routeur possède autant d adresses IP que de réseaux différents connectés sur ses ports 28 Exemple concret: cas d une communication d un réseau vers le même réseau Passerelle Le routeur n est pas sollicité La machine A (IP de A= ) envoie une paquet à B (IP de B= ) La machine A (réseau de classe C) masque par Elle obtient l adresse de sous réseau de B qui est la même que la sienne La machine A n envoie donc pas le paquet au routeur d adresse IP (passerelle) Voir schéma au tableau 29 15
16 Exemple concret: cas d une communication d un réseau vers un autre réseau Le routeur est sollicité La machine A (IP de A= ) envoie une trame à B (IP de B= ) La machine A (réseau de classe C) masque par Elle obtient l adresse de sous réseau de B L adresse de sous réseau de A est Elle est manifestement différent du réseau sur lequel se trouve B La machine A enverra donc la trame au routeur d adresse IP Voir schéma au tableau Le routeur consulte sa table de routage pour déterminer vers quelle interface il doit envoyer les paquets 30 Table de routage La table de routage contient : l adresse du réseau de destination le port de sortie correspondant (pouvant être désigné par le nom du routeur sur lequel il est connecté) la métrique ( le nombre de routeurs à franchir pour atteindre le réseau de destination pour l algorithme RIP)
17 Etablissement de la table de routage La table de routage d un routeur s établit à partir d algorithmes de routage tournant sur ce routeur. Ces algorithmes ont besoin comme entrée d informations des routeurs voisins Ces informations sont obtenues par un protocole de routage Il existe plusieurs algorithmes de routage: RIP OSPF EIGRP IGRP 32 Configuration de routeurs CISCO Configuration des interfaces (ports Ethernet) : IOS cmd : router> enable router #configure terminal router(config)#hostname routeur routeur(config)#interface FastEthernet 0/? routeur(config-if)#ip address routeur(config-if)#no shutdown Configuration des interfaces (ports Série) : routeur(config)#interface serial 0/? routeur(config-if)#ip address routeur(config-if)#clock rate (à ne pas oublier) routeur(config-if)#no shutdown routeur(config-if)#exit Configuration de l algorithme de routage utilisé : routeur(config)#ip routing routeur(config)#router rip routeur(config-router)#network routeur(config-router)#network Nom du routeur -- Choix de l interface -- Affectation de IP -- vitesse de la liaison série -- protocole routé -- algorithme de routage -- réseau directement connecté -- réseau directement connecté 33 17
18 Routage Inter VLAN Routage inter VLAN Problématique Rappel: approche sans VLAN Chaque commutateur considère tous les ports comme appartenant à un domaine de broadcast Le routeur est utilisé pour acheminer les paquets sur les 3 domaines de broadcast 35 18
19 Routage inter VLAN Problématique Mise en œuvre de VLAN Chaque machine d un VLAN peut communiquer avec une machine du même VLAN via les liaisons multivlan (trunk) entre commutateurs Comment les machines d un VLAN peuvent communiquer avec les machine d un autre VLAN? Lien Trunk (lien multivlan) 36 Routage inter VLAN Solutions Utilisation d un routeur pour la communication inter VLAN OU 1 lien vers routeur par VLAN 1 lien vers routeur pour tous les VLAN 37 19
20 Routage inter VLAN Solutions Solution 1 lien par VLAN Chaque machine d un même VLAN a la même adresse réseau ou adresse de sous réseau Les adresses IP des interfaces routeurs se situent chacune dans un sous réseau correspondant à chaque VLAN Si A veut communiquer avec B, le chemin est le suivant: 1 (lien trunk, trame étiquetée VLAN1) 2 (lien classique transportant seulement le VLAN1, trame non étiquetée) 3 (lien classique transportant seulement le VLAN2, trame non étiquetée) 4 (lien classique transportant seulement le VLAN2, trame non étiquetée) 1 Sous Sous Sous réseau 1 réseau 2 réseau 3 A B 38 Routage inter VLAN Solutions Solution 1 lien trunk pour tous les VLAN: Chaque machine d un même VLAN a la même adresse réseau ou adresse de sous réseau Le lien trunk vers le routeur transporte les 3 VLAN: Sous Sous Sous réseau 1 réseau 2 réseau 3 Quelle adresse IP donnée à l interface du routeur? 39 20
21 Routage inter VLAN Quelle adresse IP donnée à l interface du routeur? Notion d interfaces logique associées à une interface physique: Plusieurs sous-interfaces peuvent coexister sur une seule interface physique Chaque sous-interface prend en charge un VLAN et dispose d une adresse IP affectée 40 Routage inter VLAN Solutions Solution 1 lien trunk pour tous les VLAN: Sous Sous Sous réseau 1 réseau 2 réseau 3 Si A veut communiquer avec B, le chemin est le suivant: 1 (lien trunk, trame étiquetée VLAN1) 2 (lien trunk transportant tous les VLAN, trame étiquetée VLAN1): Arrivée sur le routeur par l interface logique associée au VLAN1 2 (lien trunk transportant tous les VLAN, trame étiquetée VLAN2) Sortie du routeur par l interface logique associée au VLAN2 3 (lien classique transportant seulement le VLAN2, trame non étiquetée) 1 2 A 3 B 41 21
22 Routage inter VLAN Configuration des interfaces logiques Interface logique Protocole d étiquetage 802.1Q (ou ISL) Adresse IP associée à l interface logique 42 22
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