Chapitre 4 Routage et adressage IP

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1 Réseaux d entreprises Chapitre 4 Routage et adressage IP Dr. IsmeheneCHAHBI Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 1

2 Introduction L architecture TCP/IP est un ensemble de protocoles permettant de résoudre les problèmes d interconnexion en milieu hétérogène. Elle comprend deux couches : la couche transport (TCP) et la couche inter-réseau (IP). Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 2

3 Introduction La couche transport fournit deux types de service : - un service en mode connecté TCP (Transmission Control protocol). - un service de transport sans connexion UDP (User Datagram Protocol). La couche réseau définit un format de paquets officiel et un protocole nommé IP (Internet Protocol). - Elle permet d acheminer les paquets IP jusqu à leur destination. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 3

4 Le protocole IP Issu des travaux du Department of Defense (DoD) sur ARPANET. Protocole d interconnexion de réseaux correspondant à la couche réseau du modèle TCP/IP. Rend un service non fiable, sans connexion. Un transfert de paquet en mode datagramme : - Pas de détection de perte de paquets. - Pas de reprise sur erreur. Permet d avoir une adresse logique pour les machines (@ IP), fixée par l administrateur du réseau. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 4

5 Le protocole IP Offre trois fonctions élémentaires : - adressage - routage - fragmentation Internet : réseau des réseaux - technologie d accès hétérogènes - infrastructures hétérogènes IP : Protocole réseau d Internet. - masque l hétérogénéité des réseaux. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 5

6 Adressage IP (version 4) L adressage IP est un élément essentiel d Internet. Chaque interface réseau connectée à Internet doit avoir une adresse IP pour être atteignable. - Un PC peut avoir plusieurs adresses IP. Certaines adresses IP ont une signification particulière. - Adresses locales - Adresses broadcast Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 6

7 Structure des adresses IPv4 Longueur: 4 octets Notation décimale pointée: Contient deux parties : Identificateur de réseau (Network ID) - Assigné par une autorité (par exemple ISP) Identificateur de machine (Host ID) - L adresse de la machine au sein du réseau - Assigné par l entreprise, l organisation ou l utilisateur Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 7

8 Adressage IPv4 Attribution des numéros de réseaux IANA : organisme chargé de répartir les adresses IP dans le monde. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 8

9 Adressage IPv4 On distingue 5 classes d adresses IP publiques : Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 9

10 Adressage IPv4 Adresses spéciales : : ne doit pas être employé comme adresse de station. - Utilisé pour l initialisation des cartes : un datagramme possédant cette adresse sera envoyé à toutes les machines du réseau. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 10

11 Adressage IPv4 Adresses réservées : L IANA a réservé pour chaque classe d adresses des adresses IP qui ne seront jamais attribuées (utilisées dans les réseaux locaux) Ces adresses ne sont pas routables sur le réseau Internet. Elles sont réservées à un usage privé (RFC 1918). Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 11

12 Masque de sous-réseaux (netmask) Le masque de sous-réseaux permet de distinguer entre la partie id. réseau et la partie id. station. - Netmask : mettre tous les bits de net-id à 1 et ceux du host-id à 0. Le masque de sous-réseau doit être identique pour tous les sous réseaux dérivés d un même numéro de réseau. Netmask de réseau par défaut: Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 12

13 Masque de sous-réseaux (netmask) Notation CIDR CIDR: Classless Inter-domain Routing - Permet de dissocier la classe de son masque de sousréseau afin de faire face au manque d adresses IPv4. CIDR introduit une nouvelle notation - Exemple: /26 Indique masque avec les premiers 26 bits à 1 Correspond à un masque de Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 13

14 Masque de sous-réseaux (netmask) Exemples de masques de sous-réseaux d une classe A Masque de sous-réseau Nombre de bits à 1 du masque Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 14

15 Masque de sous-réseaux (netmask) Exemples de masques de sous-réseaux d une classe B Masque de sous-réseau Nombre de bits à 1 du masque Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 15

16 Masque de sous-réseaux (netmask) Exemples de masques de sous-réseaux d une classe C Masque de sous-réseau Nombre de bits à 1 du masque Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 16

17 Masque de sous-réseaux (netmask) Le masque de sous-réseau permet d obtenir l adresse du réseau et l adresse de l hôte à l intérieur du sous-réseau : - l adresse du réseau est obtenue en appliquant l opérateur ET binaire entre l adresse IP et le masque de sous-réseau. - l adresse de l hôte à l intérieur du sous-réseau est quant à elle obtenue en appliquant l opérateur ET binaire entre l adresse IP et le complément à un du masque. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 17

18 Exemple de netmask: adresse du réseau Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 18

19 Exemple de netmask: adresse de l hôte dans le réseau Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 19

20 Exemple : o Adresse IP : o Netmask : Application o Nombre de bits à 1 du netmask = 26 o L adresse du réseau : /26 Exercice : Soit l adresse IP : /19. Déterminer : o Adresse du réseau? o Adresse de l hôte? o Adresse de diffusion? o Nombre d adresses disponibles? Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 20

21 Sous-réseaux (Subnetting) Les classes fixes d adresses ont plusieurs inconvénients. - Une entreprise avec 300 machines aurait besoin d un réseau classe B. - Une PME avec 2 machines a besoin d un réseau classe C. Gaspillage d adresses Une entreprise avec un réseau classe B ou ne peut pas subdiviser la plage d adresse et de les gérer par département. Gestion difficile Les sous-réseaux permettent de résoudre ces problèmes Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 21

22 Sous-réseaux Idée - Subdiviser une plage d adresse en plages plus petites et les allouer a différents réseaux physiques. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 22

23 Division en sous-réseaux Le subnetting consiste à emprunter quelques bits de la partie station pour créer des sous-réseaux. L administrateur réserve une partie de l id. station, appelée l identifiant de sous-réseau. La taille de l id. sous-réseau dépend du nombre de sousréseaux. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 23

24 Division en sous-réseaux L emprunt des bits exige qu au moins deux bits restent disponibles dans la partie station. Classes d adresse IP Nombrede bits de la portion hôte Bitsdisponibles pour le subnetting A B C 8 6 Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 24

25 Division en sous-réseaux Si on utilise un octet pour l id. sous-réseau, on peut avoir jusqu à 256 sous-réseau d au plus 254 stations. Dans le réseau , les sous-réseaux auront pour adresses : , , jusqu à Si on n utilise que 3 bits, on peut avoir jusqu à 8 sous-réseaux d au plus 8190 stations. - Les sous-réseaux auront pour adresses : , , , , , , Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 25

26 Sous-réseaux IP : masques de sous-réseaux A chaque sous-réseau est associé une adresse et un masque de sous-réseau. Le masque est un entier sur 32 bits permettant de séparer la partie id. station des parties id. réseau et id. sous-réseau. - ses bits à 1 indiquent où se trouvent les parties id. réseau et id. sous-réseau. - ses bits à 0 indiquent où se trouve la partieid.station. Exemple : pour le réseau et l id. sous-réseau sur un octet, le masque est (autre notation /24) Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 26

27 Sous-réseaux IP Exercice : Décomposer le réseau /24 en 5 sous-réseaux. Déterminer le masque de sous réseau. Déterminer pour chaque sous réseau : - l adresse du sous-réseau - l adresse de diffusion Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 27

28 Affectation IP On associe à chaque interface réseau une adresse IP. Au moins 2 adresses IP par routeur (1 par interface). Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 28

29 Exemple d affectations IP Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 29

30 Format des datagrammes IP (v4) Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 30

31 Format des datagrammes IP (v4) Version(4 bits) - Indique la version: IPv4 ou IPv6 IHL : Internet Header Length(4 bits) - Longueur de l en-tête - Nécessaire à cause des options. - En multiples de 4 octets (32 bits). Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 31

32 Format des datagrammes IP (v4) DSCP(6 bits) - Rarement utilisé. - Permet de définir des qualités de service pour le datagramme. - Exemple : service avec débit garanti ECN(2 bits) - Extension récente et avancée qui permet aux routeurs de signaler une congestion à une source. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 32

33 Format des datagrammes IP (v4) Longueur totale (16 bits) - Indique la longueur totale du datagramme, en octets - Longueur maximale : octets Identification (16 bits) Flags (3 bits) Offset de fragmentation (13 bits) - Utilisés pour la fragmentation et le réassemblage de datagrammes Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 33

34 Format des datagrammes IP (v4) TTL(8 bits) Time-to-live - Permet d éliminer des paquets pris dans une boucle de routage. - Le champ est décrémenté par chaque routeur. - Le paquet est éliminé si le compteur atteint 0. Protocole (8 bits) - Indique le protocole de la couche supérieure. - Indique à qui IP doit passer les données du paquet. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 34

35 Format des datagrammes IP (v4) Checksum de l en-tête (16 bits) - Somme de contrôle qui peut détecter des erreurs de bit dans l en-tête (pas dans les données). - Chaque routeur la vérifie et écarte les paquets erronés. - Comme le TTL change à chaque saut, chaque routeur doit mettre à jour cette somme de contrôle. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 35

36 Format des datagrammes IP (v4) Adresse source Adresse destination - Adresses IPv4 des terminaux sur 32 bits Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 36

37 Format des datagrammes IP (v4) Options (longueur variable) - Rarement utilisées - Par exemple options de routage, sécurité. Bourrage (longueur variable) - La longueur de l en-tête doit être un multiple de 4 octets. - Si nécessaire, le bourrage - rallonge l en-tête de 1-3 octets. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 37

38 Fragmentation et réassemblage Un routeur (ou la source) fragmente un datagramme s il est trop long. - Ethernet: 1500 octets - WLAN: 7981 octets Chaque fragment est un datagramme complet. - Les fragments sont acheminés de manière indépendante. - Ils peuvent être encore fragmentés plus loin. Le destinataire doit réassembler les fragments - Les fragments peuvent arriver en désordre - Si un fragment est perdu, le datagramme sera supprimé Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 38

39 Fragmentation et réassemblage Identification - Identificateur unique d un datagramme - Permet de reconnaître les fragments d un même datagramme Flags - DF: Don t fragment Mis par la source DF = 1 : Empêche la fragmentation - MF: More fragments 0 pour le dernier fragment, sinon 1 Offset - Position du fragment dans le datagramme - En multiples de 8 octets Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 39

40 Fragmentation Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 40

41 Les routeurs IP Interconnectent au moins deux réseaux physiques. Possèdent une interface d accès par réseau physique connecté. Routent les datagrammes IP à travers les réseaux. Adaptent la taille des datagrammes IP à la charge utile du réseau. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 41

42 Routage IP La station A veut envoyer un datagramme à la station B. Routage : prise de décision pour l envoi. Question : la destination appartient-elle au même réseau? - Sioui : la remise estdirecte. A peut envoyer directement le datagramme à B, en utilisant le service d'envoi de leur réseau. - Sinon:la remise estindirecte. A ne peut qu'envoyer le datagramme à un routeur. A son tour, le routeur devra appliquer le même algorithme. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 42

43 Routage IP Test de l appartenance au même réseau Une station (ou un routeur) S dispose d une ou plusieurs interfaces, chacune avec une adresse IP Si. S veut envoyer un datagramme à une IP de destination D. Pour savoir si D appartient à un réseau connecté à S : 1) Déterminer l adresse du réseau de D, notée R(D). 2) pour chaque adresse IP Si de S : a) extraire son adresse de réseau R(Si) b) si R(Si) = R(D) alors S et D appartiennent au même réseau. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 43

44 Routage IP Test de l appartenance au même réseau : Exemple soient S avec 3 interfaces et une destination D1 = S1 = S2 = S3 = Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 44

45 Routage IP Test de l appartenance au même réseau : Exemple S1 = (classe A) => R(S1) = S2 = (classe B) => R(S2) = S3 = (classe C) =>R(S3) = L'adresse de D1 est de classe B => R(D1) = Puisque R(D1) = R(S2), alors D1 et S2 appartiennent à un même réseau. S peut envoyer directement un datagramme à D1 en utilisant l'interface (et le réseau) associée à S2. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 45

46 Routage IP Exercice : Soient S avec 3 interfaces et une destination D2 = S1 = S2 = S3 = Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 46

47 Routage IP Solution: L adresse de D2 est de classe C => R(D2) = R(D2) est différent de tous les R(Si), alors D2 et S appartiennent à des réseaux différents. Pour envoyer un datagramme à D2, S doit passer par un routeur connecté à l un de ses réseaux. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 47

48 Tables de routage Chaque routeur dispose de sa propre table de routage. Une table contient autant d'entrées que de destinations (réseaux) connues de l'hôte. Une entrée est un couple : (adresse réseau, adresse du saut suivant(routeur)) La table n'indique pas le chemin à suivre, seulement le routeur à solliciter pour une destination donnée. Les tables de routage peuvent être remplies manuellement ou par un protocole de routage. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 48

49 Exemple : Tables de routage Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 49

50 Exemple : Tables de routage Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 50

51 Tables de routage Une entrée peut être le triplet : (adresse réseau, masque, adresse du saut suivant (routeur)) Exemple : Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 51

52 Les protocoles de routages Un protocole de routage sert à l échange et au stockage d informations de routage. Ces informations sont enregistrées sur les routeurs dans des tables de routage. Il permet de : - découvrir les itinéraires à emprunter, - inscrire les meilleurs routes dans la table de routage d un routeur, - supprimer celles qui ne sont plus valides. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 52

53 Statique : Les protocoles de routages ne fonde pas les décisions de routage sur des mesures ou des estimations du trafic et de la topologie actuelle. L administrateur configure manuellement les routes. Faisable pour de petits réseaux. Dynamique: Adaptatif à l évolution du réseau. Les routeurs utilisent un protocole de routage pour s échanger des informations avec les autres routeurs. Le protocole de routage calcule les routes et remplit la table de routage. Permet de s adapter automatiquement aux pannes de liens. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 53

54 Routage Statique Une route statique inclut : - L adresse du réseau distant. - Le masque de sous-réseau du réseau distant. - L adresse IP du routeur du tronçon suivant. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 54

55 Routage Statique Problèmes du routage statique Difficile de gérer la redondance de routes. Connaissance détaillée de la topologie. Une station ne peut atteindre que les réseaux qu on lui indique par la commande ip route. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 55

56 Routage dynamique Le routage dynamique s appuie sur des protocoles de routage spécifiques. Les protocoles de routage dynamique sont utilisés par les routeurs pour trouver le meilleur chemin vers les réseaux distants. Ils effectuent plusieurs tâches, notamment : - la détection de réseaux, - la mise à jour des tables de routage. Différents métriques sont possibles - Nombre de sauts, - Capacité des liens, délai, trafic Téléinformatique - Dr. I. CHAHBI 56

57 Routage dynamique La distance administrative est utilisée par les routeurs pour déterminer quel protocole de routage à utiliser si deux protocoles fournissent des informations de routage pour la même destination. Chaque protocole de routage est classé du plus fiable au moins fiable, à l'aide d'une valeur de distance administrative. Plus la valeur de distance administrative est petite, plus le protocole est fiable. - Récapitulatif des distances administratives courantes (valeurs par défaut) : Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 57

58 Routage dynamique Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 58

59 NAT (Network Adresse Translation) L augmentation exponentielle du nombre d ordinateurs connectés à Internet a rapidement saturé l espace d adressage IP v4. Phénomène dû aussi bien aux entreprises qu aux particuliers. Si le CIDR a permis de régler en partie le problème, l espace d adressage IPv4 demeure insuffisant! En attendant le déploiement d IPv6, la technique de traduction d adresse NAT a été développée pour permettre à toutes les stations d une entreprise d avoir accès à Internet. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 59

60 NAT (Network Adresse Translation) Permet de traduire des adresses IP privées internes à une entité en une ou plusieurs adresses IP publiques routables sur Internet. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 60

61 Principe de la traduction Il faut placer une NATBox (équipement NAT) qui doit être le seul point de passage entre le réseau de l organisation (site NAT) et Internet. LA NATBox est la seule qui possède et gère les n adresses publiques. Quand une station du Site NAT veut dialoguer avec l extérieur, elle passe par la NATBox qui utilisera (temporairement) l une des n adresses publiques. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 61

62 Communication en interne La station A ( ) veut discuter avec la station B ( ) : - le dialogue étant interne, la NATBox n'est pas concernée par ce trafic. - les datagrammes contiennent les adresses de A et de B. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 62

63 Communication en externe A ( ) veut discuter avec la station externe C ( ) : 1. A envoie le datagramme qui parvient au routeur (NATBox). 2. La NATBox remplace l'adresse source (privée) par une adresse publique disponible ( ), enregistre une association ( , ) dans sa table de traductions, et transmet le datagramme vers C. 3. C répond à l'adresse source du datagramme ( ). 4. la NATBbox reçoit le datagramme, consulte sa table de traductions, trouve l'association ( , ), remplace l'adresse destination par et retransmet le datagramme à A. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 63

64 Types de NAT NAT statiques NAT dynamiques NAPT (Network Address Port Translation) Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 64

65 NAT Statiques La NAT statique translate une adresse IP privée avec toujours la même adresse IP public. S il y a 4 utilisateurs nécessitant une translation d adresse, il faudra donc utiliser 4 adresses IP publiques. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 65

66 NAT dynamiques La NAT dynamique translate une adresse privée avec une adresse IP publique appartenant à un pool d adresses. L adresse IP publique utilisée pour la translation n est pas toujours la même. Les adresses publiques sont allouées temporairement à une machine dès qu elle établit une connexion avec l extérieur. Le nombre de connexions simultanées est limité par le nombre d adresses publiques disponibles. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 66

67 NAPT (Network Address Port Translation) La NAPT permet d attribuer une seule adresse IP publique pour la translation de plusieurs adresses IP privées. Une seule adresse publique est partagée entre plusieurs connexions simultanées. L équipement NAT modifie l adresse source privée ainsi que le port TCP/UDP source du paquet sortant. Grâce au port source, la NAT peut distinguer les différentes connexions. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 67

68 NAPT (Network Address Port Translation) Chaque utilisateur est différencié grâce à un numéro de port unique qui lui est attribué lorsqu il souhaite communiquer. Réseaux d'entreprises - Dr. I. CHAHBI 68