Couche Internet

Dans le modèle TCP/IP, la couche réseau du modèle OSI est appelée couche Internet ou couche IP (du nom du principal protocole utilisé par cette couche).

Unité d'information traitée : paquet

Principales fonctionnalités :

  • Mode de connexion : 2 modes existent : connecté (ATM, X25,…), non connecté (IP,….)
  • Désignation des systèmes (adressage) : unicité des adresses si possible
  • Calcul des routes (routage) : trouver un chemin entre la source et la destination (dans le monde entier)
 

Entête IP

La couche Internet encapsule les segments générés par la couche transport avec un en-tête contenant les adresses de la station source et de la station destinataire du message.

Ces adresses sont appelées adresses IP, du nom du protocole Internet Protocol.

IP (Internet Protocol) assure le routage des paquets de manière totalement transparente pour l'utilisateur qui ne doit fournir que l'adresse Internet du destinataire.

L'entête IP comporte au minimum 20 octets dont, entre autres informations :

  • l'adresse de la destination (target)
  • l'adresse de la source (source)
Exemple d'entête IP capturé avec le logiciel Wireshark :

Entête brut en hexadécimal

Entête "décodé"

 

Adresses IP

Caractéristiques :

  • Destinataire unique ou multiple
  • Mode non connecté :
    • pas de garantie de livraison
    • pas d’avertissement en cas de non livraison
  • Livraison sans erreur quand le paquet arrive

Remarque : une adresse IP pour chaque carte réseau de l'hôte (Ethernet, Wifi, ...)

Sur un même réseau TCP/IP, chaque composant (ordinateur, box, serveur, smartphone ...) possède une adresse IP unique.

Une adresse IP, dans la version 4, est une adresse sur 32 bits, généralement notée sous forme de 4 octets (représentés sous forme décimale) séparés par des "points".

exemple d’adresse IPv4 : 192.168.0.147 

Pour le réseau Internet, le nombre d’adresses à distribuer a été rapidement épuisé. Pour faire face à ce problème, une nouvelle version d’adresses IP (IPv6 car il s’agit de la 6ème version) a été mise en place.

Une adresse IPv6, est une adresse sur 128 bits, généralement notée sous forme de 8 paires d'octets (représentés sous forme hexadécimale) séparés par des "deux-points".

exemple d’adresse IPv6 : 1fff:0000:0a88:85a3:0000:0000:ac1f:8001 

Activité
  • Calculer le nombre d’adresses que l’on peut représenter avec chacune des 2 normes IPv4 et IPv6.

 

On distingue en fait deux parties dans l'adresse IP :

  • Une partie des bits à gauche désigne le réseau : l'adresse est appelée ID de réseau (en anglais netID) ;

Remarque : sur le réseau Internet, l'adresse du réseau est donnée par des instances internationales (RIR – Regional Internet Registry)

  • Les bits de droite désignent les ordinateurs de ce réseau : l'adresse est appelée ID d'hôte (en anglais host-ID).

 

Sous réseau

Un sous-réseau est une subdivision logique d'un réseau de taille plus importante.

Les stations d'un même sous-réseau possèdent des adresses IP d'une même plage d'adresses. Pour communiquer entre elles, elles doivent avoir la même adresse de réseau.

Exemple : les hôtes du réseau A ont tous la même adresse réseau ( 192.168.0.0 ) et ceux du réseau B également ( 172.21.0.0 ).

Communication :

  • Deux ordinateurs d'un même sous-réseau peuvent communiquer par l'intermédiaire d'un concentrateur (hub) ou d'un commutateur (switch) : couche accès réseau.
  • Deux ordinateurs de deux sous-réseaux différents doivent passer par une passerelle (en général un routeur). Cette dernière possède autant de carte réseau que de sous-réseaux auquel elle est connectée. C'est un composant de la couche Internet.

 

Remarque : la subdivision d'un réseau en sous-réseaux permet de limiter la propagation des broadcast, c'est à dire la diffusion de messages à un ensemble d'hôtes. Ces messages restent limités au réseau local.

 

Le masque de sous réseau

Les différents hôtes d'un réseau communiquent entre eux en utilisant leur adresse IP. Lorsqu’une machine source veut communiquer avec une machine destination, elle doit vérifier que l'adresse réseau de la machine destination est la même que la sienne (sinon, cela signifie que la machine destination n'est pas sur le même réseau qu'elle, et par conséquent qu'il faut demander à la passerelle).

L'adresse réseau est intégrée à l'adresse IP. Pour "séparer" les deux, on utilise un masque de sous réseau.

Le masque de sous-réseau permet de distinguer l’adresse réseau (partie de l'adresse utilisée pour le routage) et l’adresse de l’hôte (partie de l'adresse utilisée pour numéroter des interfaces) sur ce sous-réseau.

Exemple : dans l’adresse 192.168.0.13 avec masque de sous-réseau 255.255.0.0, on sait que l’adresse réseau (netID) est 192.168.0.0 et que le numéro d’hôte (hostID) est 0.0.0.13 , cela grâce au masque de sous réseau.

Le masque de sous réseau est codé lui aussi sur 4 octets. On peut donc le représenter comme une adresse IP, à la différence que sous une écriture binaire, il est constitué d'une suite de 1 consécutifs, puis d'une suite de 0.

Remarque : deux adresses IP appartiennent à un même sous-réseau si elles ont en commun les bits à 1 du masque de sous-réseau.

 

Activité
  • Déterminer les ID réseau et hôte des adresses IP suivantes :
    • 192.168.9.19  (masque 255.255.0.0 )
    • 192.168.48.111  (masque 255.255.248.0 )
    • 172.21.100.251  (masque 255.255.240.0 )
    • 172.16.7.53  (masque 255.255.254.0 )

 

Une forme plus courte est connue sous le nom de notation CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Elle donne le numéro du réseau suivi par une barre oblique (ou slash, « / ») et le nombre de bits à 1 dans la notation binaire du masque de sous-réseau.

Exemple : le masque 255.255.224.0 , équivalent en binaire à 11111111.11111111.11100000.00000000 , sera donc représenté par /19  (19 bits à la valeur 1, suivis de 13 bits 0).

La notation 91.198.174.2/19  désigne donc l'adresse IP 91.198.174.2  avec le masque 255.255.224.0 , et signifie que les 19 premiers bits de l'adresse sont dédiés à l'adresse du sous-réseau, et le reste à l'adresse de l'ordinateur hôte à l'intérieur du sous-réseau.

 

Exemple de calcul :

Adresse 192 . 168 . 108 . 13
11000000 . 10101000 . 011 01100 . 00001101
Masque 255 . 255 . 224 . 0
11111111 . 11111111 . 111 00000 . 00000000
Adresse réseau 192 . 168 . 96 . 0
11000000 . 10101000 . 011 00000 . 00000000
Numéro d'hôte 0 . 0 . 12 . 13
00000000 . 00000000 . 000 01100 . 00001101

 

Méthodes de calcul

Adresse réseau

L'adresse de réseau se calcule en faisant un ET logique entre l'adresse IP et le masque :

exemple (langage Python) :

En notation CIDR, on connait seulement le nombre de bits à 1 du masque, qu'il faut donc calculer.

Numéro d'hôte

Le numéro d'hôte se calcule en faisant une soustraction entre l'adresse IP et l'adresse réseau

exemple (langage Python) :

 

 

Adresses réservées

Le nombre d’hôtes que l'on peut adresser sur un réseau dépend du nombre de bits réservés au numéro d'hôte.

Exemple : avec un masque de sous-réseau 255.255.255.0 , les 8 derniers bits (soit un octet) sont réservés au numéro d'hôte, soit 256 possibilités ...

Il faut tout de même penser à enlever 2 valeurs :

  • la valeur .0  car elle est utilisée pour l’adresse réseau,
  • la valeur .255  car elle signifie « tous les hôtes du réseau » et correspond à l’adresse de broadcast (appelée aussi adresse de diffusion).

Exemple : sur un réseau masqué 255.255.255.0 , il est possible de connecter \(2^8-2=254\) composants ...

 

Réseaux privés

Un réseau privé est un réseau qui utilise les plages d'adressage IP spécifiques :

  • des adresses qui ne sont pas routées sur Internet ;
  • des adresses qui ne sont pas uniques (plusieurs réseaux pouvant utiliser les mêmes adresses).

Un réseau privé peut être numéroté librement avec les plages d'adresses privées définies par les préfixes réseaux suivants :

  • 10.0.0.0 /8 
  • 172.16.0.0 /12 
  • 192.168.0.0 /16 

Ces plages d'adresse sont définies par la RFC 1918 (Address Allocation for Private Internets).

Activité
  • Calculer les plages d’adresse IP (de la plus petite à la plus grande adresse) correspondant aux préfixes réseaux privés définis plus haut.
  • Calculer alors le nombre d’hôtes que l’on peut adresser sur ces réseaux privés.

 

 

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