Protocole IP - Sn-Bretagne

RAPPELS : La pile « TCP/IP »
Application (Application)
(~osi: application, présentation, session)
Transport (Transport)
(~osi: Transport)
Réseau (Internet)
(~osi: Réseau)
Accès au Réseau (Network Access)
(~osi: liaison de données, physique)
Le modèle ARPA / Introduction
La pile « TCP/IP »
NFS, SNMP
TELNET, FTP, SMTP,...
UDP
TCP
IP, ICMP, ARP, GGP,…
Ethernet, Token Ring, PPP, SLIP,…
Le modèle ARPA / Introduction
Exemple
Réseau 1
Hôte B
Routeur 2/3
Routeur 1/2
Hôte A
Réseau 3
Réseau 2
mess
messages identiques
TH
mess
paquets identiques
IP TH
mess
DH1 IP TH
mess
datagrammes identiques
mess
datagrammes identiques
DT1
DH1 IP TH
mess
DT1
mess
DH2 IP TH
IP TH
mess
mess
IP TH
mess
DH3 IP TH
mess
DT3
Routeur 2/3
Routeur 1/2
IP TH
TH
DT2
DH2 IP TH
mess
DT2
mess
DH3 IP TH
mess
DT3
TH: Transport Header IP: IP Header
DHx: Datalink Header réseau x DTx: Datalink Terminator réseauLexmodèle ARPA / Introduction
La Couche Réseau
 Adressage IP
 Protocole IP
 Routage IP
 Protocole ICMP
 Synthèse de fonctionnement
Généralités
 1 interface réseau = 1 adresse IP
 Adresse IP (v4): 32 bits = 4 Octets
 Représentation décimale pointée:
11000001 00110111 11011101 00111110

193.55.221.62
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Généralités
 Structure d’une adresse IP:
0
31
Identifiant Réseau
Identifiant Machine
 Identifiant réseau:

UNIQUE pour un même réseau
 Identifiant machine:

Localise une machine sur LE réseau
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Généralités
 Une adresse IP d’un équipement permet de
définir précisément:


LE réseau sur lequel est connecté l’équipement
L’adresse de l’équipement sur le réseau
 PB: Où situer la limite entre les deux champs ?
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Classes d’Adresses
 Adresses de CLASSE A:
01
7 8
0 Id Réseau
31
Identifiant Machine
Adresses de 0.X.X.X à 127.X.X.X
128 réseaux possibles
~ 16 777 214 équipements sur un même réseau
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Classes d’Adresses
 Adresses de CLASSE B:
0 1
1 0
15 16
Identifiant Réseau
31
Identifiant Machine
Adresses de 128.0.X.X à 191.255.X.X
16384 réseaux possibles
~ 65 534 équipements sur un même réseau …
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Classes d’Adresses
 Adresses de CLASSE C:
0 1 2
1 1 0
23 24
Identifiant Réseau
31
Id Machine
Adresses de 192.0.0.X à 223.255.255.X
2 097 152 réseaux possibles
~ 254 équipements sur un même réseau …
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Classes d’Adresses
 Adresses de CLASSE D:
0 1 2 3
1 1 1 0
31
Adresse multidestinataire
Adresses de 224.X.X.X à 239.X.X.X
 Utilisation pour diffusion limitée (multi-cast)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Classes d’Adresses
 Adresses de CLASSE E:
0 1 2 3
1 1 1 1
31
Adresses de 240.X.X.X à 255.X.X.X
 Plage réservée pour utilisation ultérieure
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresses de réseau:


Un ou plusieurs champs à 0 (en partie droite)
Exemples:
193.55.221.0: adresse réseau de l’IUT (classe C)
141.115.0.0: adresse réseau de l’IRIT (classe B)
62.0.0.0: adresse réseau du CSC (Classe A)
(Computer Sciences Corporation)

Attention: 141.115.0.12 est une @ d’équipement
( le 0 n’est pas à « droite » de l’adresse )
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresses d’équipement incomplètes:


Un ou plusieurs champs à 0 (en partie gauche)
Exemples:
0.0.0.12: équipement 12 du réseau local (de classe C)
0.0.12.12: équipement 12.12 du réseau local (de classe B)
0.12.12.12: équip. 12.12.12 du réseau local (de classe A)

Attention: 0.0.0.0 est une @ spéciale désignant
l’équipement local en « recherche » d’adresse
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresse de rebouclage:
127.0.0.1




Désigne l’équipement local
Existe toujours
Simule un accès réseau (même sans réseau)
Utilisation: communications locales ou tests
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresses non routées (non attribuées):



classe A: 10.0.0.0 (1 adresse)
classe B: 172.16.0.0 - 172.31.0.0 (32 adresses)
classe C: 192.168.0.0 - 192.168.255.0 (256 adresses)
 Utilisation:


Réseaux non reliés à l’Internet (réseau privé)
Réseaux masqués (derrière un garde-barrière)
Ces adresses ne seront jamais attribuées
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresses de diffusion (brodcast):

255.255.255.255: Diffusion limitée
Diffusion sur le réseau local: bloquée par les routeurs
 IDENTIQUE quelque soit le réseau


193.55.221.255: Diffusion ciblée
Diffusion sur un réseau donné: routée jusqu’au réseau concerné
 SPECIFIQUE à chaque réseau

Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Adresses spéciales
 Adresses de diffusion (multicast):

224.0.0.1: ~ Diffusion limitée
Diffusion à tous les hôtes d’un réseau local
 IGMP Query (Routeur  Hôtes , toutes les 60 secondes)


224.0.0.2: Routeurs locaux
Diffusion à tous les routeurs d’un réseau local
 IGMP lease (Hôte  Routeur)

Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Limites
 Pénurie d’adresses

Augmentation incessante du nombre d’équipements
 Contrainte géographique des adresses IP


Une adresse est liée au réseau
(comme pour le téléphone)
Déplacement d’équipementchangement d’@ IP
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
Evolutions
 Techniques de « subnetting » (sous réseaux)

Ex: Subdivision des adresses de classe B
 Techniques de « supernetting » (sur réseaux)

Ex: Regroupement de plusieurs classes C
 Techniques de masquage de réseau « masquerading »


Objectif: 1 réseau = 1 adresse IP
Utilisation d’un garde-barrière (« firewall »)
 Nouvelle technologie: IPv6
Modèle ARPA / Couche Réseau / Adressage IP
La Couche Réseau
 Adressage IP
 Protocole IP
 Routage IP
 Protocole ICMP
 Synthèse de fonctionnement
Généralités
 RFC 760 – RFC 791
 Service en mode non connecté


Pas d’établissement de connexion
Chaque PDU est traité indépendamment
 Service non fiable

Perte, duplication, déséquencement, …possibles
Modèle ARPA / Couche Réseau / Protocole IP
Généralités
 PDU IP: datagramme

1 datagramme = En-tête IP + données (TPDU)
Rappel:
 PDU= Protocol Data Unit
En-tête IP
Données
(TPDU)
datagramme
Modèle ARPA / Couche Réseau / Protocole IP
Généralités
 Rôles:

Fonctionnalités de routage
Quel chemin à emprunter pour aller de EXP à DEST ?
 Selon quels critères ? (rapidité, trafic, coût,…  coût)


Adaptation aux performances du réseau
Adaptation au MTU (notion de couche 2)
 Notion de Fragmentation / Réassemblage

Modèle ARPA / Couche Réseau / Protocole IP
Format d’un datagramme IP
 Deux parties:
En –Tête IP
Longueur: 20 octets (partie fixe) + partie optionnelle
Rôle: informations à destination de l’entité paire
Données (TPDU)
Longueur: variable
Rôle: aucun pour IP
 Taille totale maximale: 64 Koctets (216bits)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Protocole IP
Format de l’en-tête IP
0
4
Version
8
IHL
16
Type de service
(ToS)
Identification
Durée de vie
20
24
31
Longueur totale datagramme
Flags
Protocole niveau
4
Numéro de fragment
Contrôle d’en-tête
Adresse IP Source
Adresse IP Destination
Options IP
Bourrage
Modèle ARPA / Couche Réseau / Protocole IP
La Couche Réseau
 Adressage IP
 Protocole IP
 Routage IP
 Protocole ICMP
 Synthèse de fonctionnement
Table de routage IP
 Détermination du routeur intermédiaire:
 Consultation d’une TABLE DE ROUTAGE IP
 Présente sur toutes les machines IP
 Ne contient que des adresses IP (pas de MAC !!!)
 La plus compacte possible ( temps de recherche)
 Doit permettre de résoudre tous les cas possibles
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Masque de réseau IP
Un masque de réseau permet de statuer
« arithmétiquement » sur l’appartenance d’un
équipement à un réseau donné.
  Un réseau est donc pleinement défini par:


Son adresse IP (adresse réseau)
Son masque


Naturel (classes A, B ou C  0 ou 255 pour chaque octet)
Non Naturel (valeur différente possible pour un des quatre octets)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Masque de réseau IP
 Q: 1 équipement appartient-il à 1 réseau donné ?
 R: On utilise le « masque » du réseau
 Masque: valeur binaire sur 32 bits appliqué avec
un « et » logique sur l’@IP, pour forcer l’@
machine à 0.
 un 0 dans le masque force un 0 dans l’@
 un 1 dans le masque laisse le bit correspondant de l’@
inchangé
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Masque de réseau IP
 Ex: 193.55.221.12 appartient elle à 193.55.221.0 ?
 On applique le masque du réseau
ici: 255.255.255.0 (masque naturel de classe C)
11000001 001101111101110100001100
1111111111111111 1111111100000000
11000001 001101111101110100000000
193
55
221
0
 Réponse OUI (on obtient l’adresse du réseau)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Masque de réseau IP
 Masques « naturels » de classes:



Classe A: 255.0.0.0
Classe B: 255.255.0.0
Classe C: 255.255.255.0
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Sous réseaux IP
 « Subnetting », subdivision de classe:
 On attribue des bits supplémentaires à l’@ réseau
 Exemple: 141.115.0.0
(@ de classe B 16 bits @rzo + 16bits @machine)
 On attribue deux bits de plus pour l’@ réseau  18 bits
 Le masque devient 255.255.192.0
 A partir d’une @ de classe B, on crée 4 sous réseaux distincts:
141.115.0.0 (comprenant les @ machine de 0.0 à 63.255)
141.115.64.0 (comprenant les @ machine de 64.0 à 127.255)
141.115.128.0 (comprenant les @ machine de 128.0 à 191.255)
141.115.192.0 (comprenant les @ machine de 192.0 à 255.255)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Sous réseaux IP
141.115.00xxxxxx.xxxxxxxx
@ machines théoriques de 0.0 à 63.255
141.115.01xxxxxx.xxxxxxxx
@ machines théoriques de 64.0 à 127.255
141.115.10xxxxxx.xxxxxxxx
@ machines théoriques de 128.0 à 191.255
141.115.11xxxxxx.xxxxxxxx
@ machines théoriques de 192.0 à 255.255
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Sous réseaux IP
 Dans la pratique:

On n’utilise pas les adresses « extrêmes » de chaque sous réseau:



L’adresse « tout à 1 » correspond à la diffusion ciblée
L’adresse « tout à 0 » correspond à l’adresse réseau
On n’utilise pas les deux sous réseau « extrêmes »:


L’adresse de sous réseau « tout à 1 » à cause de l’@ de diffusion limitée générale
L’adresse de sous réseau « tout à 0 » correspond au « subnet 0 » … que Cisco permet
d’utiliser !
 Exemple précédent: 141.115.0.0 / 16
141.115.0.0:
141.115.64.0
141.115.128.0
141.115.192.0:
subnet 00, par principe
subnet 01, de 141.115.64.1 au 141.115.127.254
subnet 10, de 141.115.128.1 au 141.115.191.254
subnet 11, non utilisé à cause du
141.115.255.255 qui est l’adresse de diffusion limitée générale
à tous les subnets
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
Sous réseaux IP
 L’indication du masque devient indispensable
 jusque là implicite …(fonction de la classe)
 maintenant rigoureusement indispensable
 Autre notation possible:
141.115.128.0 avec 255.255.128.0 devient:
141.115.128.0/17 (17: nb de bits à 1 dans le masque)
Modèle ARPA / Couche Réseau / Routage IP
La Couche Transport
 Introduction
 TCP/UDP: mécanismes communs
 Le protocole UDP
 Le protocole TCP
Objectifs
 Transfert de bout en bout (host to host)


Pas de pb d’acheminement
Pas de visibilité d’hétérogénéité de réseaux
 Utilise les services de IP (client de IP)
 Fournit des services à ses clients

Généralement des services de niveau applicatif
Modèle ARPA / Couche Transport / Introduction
Architecture
DHCP
NTP
SNMP
Applications
Couche
transport
Couche
réseau
FTP
SMTP
HTTP
UDP
TCP
IP
Modèle ARPA / Couche Transport / Introduction
Protocoles
 Deux protocoles:

User Datagram Protocol (UDP - rfc 768)
Service en mode non connecté
 Remise non fiable


Transmission Control Protocol (TCP – rfc 793)
Service en mode connecté
 Remise fiable

Modèle ARPA / Couche Transport / Introduction
Notion de « Port »
 Rôle: Identifier les applications clientes de Transport
 1 @ IP = 1 équipement = X applications
 nécessité d’une adresse complémentaire
 1 port = 1 @ d’application
Modèle ARPA / Couche Transport / Mécanismes communs
Notion de « Port »
 Mise en œuvre:


1 port = 1 nbre entier = 1 processus applicatif réseau
De 0 à 1023: ports réservés
applications standardisées (rfc 1700)
 Droits « superviseur » nécessaires


Association « Service/Port »:
Statique: cas des processus serveur (/etc/services sous Unix)
 Dynamique: cas des processus clients. Port attribué par le
mécanisme des « sockets ».

Modèle ARPA / Couche Transport / Mécanismes communs
Notion de « Port »
 Conséquences:

Association d’applications: une association entre deux
processus d’application (souvent client et serveur)
peut être décrite par 5 paramètres:
@ IP source
 @ IP destination
 @ appli source (Port source)
 @ appli destination (Port Destination)
 Protocole de transport (UDP ou TCP)

Modèle ARPA / Couche Transport / Mécanismes communs
Encapsulation des messages
 Message UDP ou TCP encapsulé dans un dtgme IP.
En-tête
UDP ou TCP
En-tête
IP
Données
Données
 Différence: champs « protocole » de l’en-tête IP


UDP: 17
TCP: 6
Modèle ARPA / Couche Transport / Mécanismes communs
Multiplexage / Démultiplexage
DHCP
NTP
SNMP
Applications
FTP
SMTP
HTTP
Multiplexage/Démultiplexage par numéro de port
Couche
UDP
TCP
transport
Multiplexage/Démultiplexage par numéro de protocole
Couche
réseau
IP
Modèle ARPA / Couche Transport / Mécanismes communs
Le protocole UDP
 Caractéristiques générales:

Faible complément de services à IP:
Identification de l’application (port)
 Calcul de checksum (un plus pour IPv6)
 élément essentiel pour le démultiplexage sur port


Les faiblesses de IP se retrouvent:

Pertes, duplications, retard, déséquencement possibles
 les applications clientes doivent les prendre en charge
Modèle ARPA / Couche Transport / Protocole UDP
Le protocole TCP
 Caractéristiques générales

Importants compléments de services à IP
Transfert fiable de bout en bout
 Transfert en mode connecté (circuit virtuel)


Mode connecté
Établissement de connexion
 Exploitation de la connexion
 Relâchement de la connexion

Modèle ARPA / Couche Transport / Protocole TCP
Le protocole TCP
 Caractéristiques générales


Message TCP = segment TCP
Transfert fiable
Contrôle de la fiabilité des données (altération, dupli)
 Numérotation et acquittement (reséquencement, pertes)


De bout en bout


Transport n’agit que sur les équipements terminaux. Le
routage et le réseau deviennent transparents
Full Duplex

Echange simultané de deux flux bidirectionnels
Modèle ARPA / Couche Transport / Protocole TCP