Les réseaux

Les réseaux
4eédition
Guy Pujolle
ISBN : 2-212-11525-3
© Groupe Eyrolles, 2004

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CHAPITRE
16
Les réseaux IP
IP est un sigle très connu dans le domaine des réseaux. Il correspond à toute une
architecture, décrite au chapitre 3. Cette architecture a été développée pour le réseau
Internet. Au sens strict IP (Internet Protocol) est un protocole de niveau paquet. Au-
dessus de ce protocole IP, au niveau message, il existe deux protocoles associés :
TCP (Transmission Control Protocol) et UDP (User Datagram Protocol).
Ce chapitre décrit l’architecture générale des réseaux IP et les protocoles qui permet-
tent à cet environnement de gérer les problèmes d’adressage et de routage et plus
généralement tous les protocoles associés au protocole IP et se trouvant dans le
niveau paquet. Le chapitre 17 décrit les protocoles de gestion et de contrôle qui
complètent l’architecture IP pour en faire la base des réseaux d’entreprise et des opé-
rateurs. Ce chapitre 17 se focalise sur la gestion des éléments composant le réseau et
sur l’introduction d’une qualité de service.
L’ARCHITECTURE IP
L’architecture IP réside, comme nous l’avons dit, dans l’utilisation obligatoire du pro-
tocole IP, qui a pour fonctions de base l’adressage et le routage des paquets IP. Le
niveau IP correspond exactement au niveau paquet de l’architecture du modèle de
référence. Au-dessus d’IP, deux protocoles ont été choisis, TCP et UDP que nous
avons introduit au chapitre 3. Ces protocoles correspondent au niveau message du
modèle de référence. En fait, ils intègrent une session élémentaire, grâce à laquelle
TCP et UDP prennent en charge les fonctionnalités des couches 4 et 5. La différence
réside dans leur mode, avec connexion pour TCP et sans connexion pour UDP. Le
protocole TCP est très complet et garantit une bonne qualité de service, en particulier
sur le taux d’erreur des paquets transportés. En revanche, UDP est un protocole sans
connexion, qui supporte des applications moins contraignantes en terme de qualité de
service.
La couche qui se trouve au-dessus de TCP-UDP regroupe les fonctionnalités des cou-
che 6 et 7 du modèle de référence et représente essentiellement le niveau application.
L’architecture IP est illustrée à la figure 16.1. Elle contient trois niveaux : le niveau
paquet, le niveau message et un niveau reprenant les fonctionnalités des couches
supérieures.

Partie VI • Les architectures de niveau paquet
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L’ARCHITECTURE INTERNET
À la fin des années 60, le département américain de la Défense décide de réaliser un
grand réseau à partir d’une multitude de petits réseaux, tous différents, qui commen-
cent à foisonner un peu partout en Amérique du Nord. Il a fallu trouver le moyen de
faire coexister ces réseaux et de leur donner une visibilité extérieure, la même pour
tous les utilisateurs. D’où l’appellation d’InterNetwork (interréseau), abrégée en
Internet, donnée à ce réseau de réseaux. L’architecture Internet se fonde sur une idée
simple : demander à tous les réseaux qui veulent en faire partie de transporter un type
unique de paquet, d’un format déterminé par le protocole IP. De plus, ce paquet IP
doit transporter une adresse définie avec suffisamment de généralité pour pouvoir
attribuer une adresse unique à chacun des ordinateurs et des terminaux dispersés à
travers le monde. Cette architecture est illustrée à la figure 16.2.
FIGURE 16.1 • L’architecture TCP/IP
FIGURE 16.2 • L’idée de base de l’architecture Internet

Chapitre 16 • Les réseaux IP
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L’utilisateur qui souhaite émettre sur cet interréseau doit ranger ses données dans des
paquets IP, qui sont remis au premier réseau à traverser. Ce premier réseau encapsule
le paquet IP dans sa propre structure de paquet, le paquet A, qui circule sous cette
forme jusqu’à une porte de sortie, où il est décapsulé de façon à récupérer le paquet
IP. L’adresse IP est examinée pour situer, grâce à un algorithme de routage, le pro-
chain réseau à traverser, et ainsi de suite jusqu’à arriver au terminal de destination.
Pour compléter le protocole IP, la Défense américaine a ajouté le protocole TCP, qui
précise l’interface avec l’utilisateur. Ce protocole détermine la façon de transformer un
flux d’octets en un paquet IP, tout en assurant une qualité du transport de ce paquet IP.
Ces deux protocoles, assemblés sous le sigle TCP/IP, se présentent sous la forme
d’une architecture en couches. Ils correspondent respectivement au niveau paquet et
au niveau message du modèle de référence.
Le modèle Internet se complète par une troisième couche, appelée niveau application,
qui regroupe les différents protocoles sur lesquels se construisent les services Inter-
net. La messagerie électronique (SMTP), le transfert de fichiers (FTP), le transfert de
pages hypermédias, le transfert de bases de données distribuées (World-Wide Web),
etc., forment quelques-uns de ces services. La figure 16.3 illustre les trois couches de
l’architecture Internet.
Les paquets IP sont indépendants les uns des autres et sont routés individuellement
dans le réseau par les équipements interconnectant les sous-réseaux, les routeurs. La
qualité de service proposée par le protocole IP est très faible et n’offre aucune détec-
tion de paquets perdus ni de possibilités de reprise sur erreur.
Le protocole TCP regroupe les fonctionnalités du niveau message du modèle de réfé-
rence. C’est un protocole assez complexe, qui offre de nombreuses options permettant
de résoudre tous les problèmes de perte de paquet dans les niveaux inférieurs. En par-
ticulier, un fragment perdu peut être récupéré par retransmission sur le flot d’octets.
Le protocole TCP utilise un mode connecté, contrairement au deuxième protocole
disponible dans ce même niveau transport, le protocole UDP, qui opère en mode sans
connexion et pratiquement sans aucune fonctionnalité. Ce dernier permet la prise en
compte d’applications qui ne demandent que très peu de services de la part du niveau
transport.
La souplesse de l’architecture Internet peut parfois être un défaut, dans la mesure où
l’optimisation globale du réseau est effectuée sous-réseau par sous-réseau, par une
succession d’optimisations locales. En effet, cette solution ne permet pas une homo-
généité des fonctions dans les différents sous-réseaux traversés. Une autre caracté-
ristique importante de cette architecture est de situer tout le système de commande,
FIGURE 16.3 • L’architecture Internet.

Partie VI • Les architectures de niveau paquet
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c’est-à-dire l’intelligence et le contrôle du réseau, dans la machine terminale, ne lais-
sant quasiment rien dans le réseau, tout au moins dans la version actuelle, IPv4, du
protocole IP. Plus précisément, l’intelligence de contrôle se trouve dans le logiciel
TCP du PC connecté au réseau. C’est ce protocole TCP qui se charge d’envoyer plus
ou moins de paquets en fonction de l’occupation du réseau. Une fenêtre de contrôle
précise un nombre maximal de fragments non acquittés pouvant être émis.
La fenêtre de contrôle de TCP augmente ou diminue le trafic suivant le temps néces-
saire pour effectuer un aller-retour. Plus ce temps augmente, plus on considère le
réseau congestionné, et plus le débit d’émission doit diminuer pour combattre la satu-
ration. En contrepartie, le coût de l’infrastructure est extrêmement bas, aucune intelli-
gence ne se trouvant dans le réseau. Le service rendu par le réseau des réseaux
correspond à une qualité appelée best-effort, qui signifie que le réseau fait de son
mieux pour écouler le trafic. En d’autres termes, la qualité de service n’est pas assurée
par un service best-effort, qui ne peut guère assurer grand-chose.
La nouvelle génération du protocole IP, le protocole IPv6, introduit des fonctionnali-
tés inédites, qui rendent les nœuds du réseau plus intelligents. Les routeurs de nou-
velle génération possèdent des algorithmes de gestion de la qualité de service leur
permettant d’assurer un transport capable de répondre à des contraintes temporelles
ou à des pertes de paquets.
Dans IPv4, chaque nouveau client est traité de la même façon que ceux qui sont déjà
connectés, les ressources étant équitablement distribuées entre tous les utilisateurs.
Les politiques d’allocation de ressources des réseaux des opérateurs de télécommuni-
cations sont totalement différentes, puisque, sur ces réseaux, un client qui possède
déjà une certaine qualité de service ne subit aucune pénalité du fait de l’arrivée d’un
nouveau client. Comme nous le verrons, la solution aujourd’hui préconisée dans
l’environnement Internet consiste à favoriser, dans la mesure du possible, les clients
ayant des exigences de temps réel, et ce par des protocoles adaptés, utilisant des
niveaux de priorité.
L’ESSOR DU PROTOCOLE IP
Le protocole IP existe depuis trente ans, mais il est resté presque confidentiel pendant
vingt ans avant de décoller, non pas tellement à cause de ses propriétés mais surtout
par l’échec des protocoles liés directement au modèle de référence, trop nombreux et
souvent incompatibles. L’essor du monde IP provient de la simplicité du protocole,
comportant très peu d’options, et de sa gratuité.
Les débuts du réseau Internet
L’adoption quasi universelle de l’environnement IP en fait son principal intérêt. La
DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) a développé un concept de
réseaux interconnectés, Internet, au milieu des années 70, avec une architecture et des
protocoles qui ont acquis leur forme actuelle vers 1977-1979. À cette époque, la