Fiche de révision : La couche réseau et le routage IP

📋 Plan du Cours

1. Rôle et principes de la couche réseau
2. Adressage et adresses IPv4 spécifiques
3. CIDR, masques et sous-réseaux IPv4
4. Paquet IPv4 et fragmentation
5. Routage et tables de routage IP
6. ARP et messages ICMP
7. Configuration DHCP et translation NAT
8. Attribution et agrégation des adresses IP
9. Routage dynamique dans les WAN
10. Format et catégories des adresses IPv6
11. Identifiants et autoconfiguration IPv6
12. ICMPv6 et multicast IPv6

📖 1. Rôle et principes de la couche réseau

★ À maîtriser

• La couche réseau fournit l’adressage des machines, le routage vers les destinations et l’interconnexion de réseaux hétérogènes grâce à IP.

📌 Une interface réseau possède une adresse IP ; une machine dotée de N cartes réseau possède donc N adresses IP.

• Une adresse IPv4 comporte 32 bits, tandis qu’une adresse IPv6 en comporte 128.

Compléments

• IPv4 est défini dans le cours par la RFC 760 de 1980 et IPv6 par la RFC 2460 de 1998.

• Les adresses IPv4 disponibles sont épuisées depuis février 2011, tandis que l’espace IPv6 compte environ 3,4 × 10^38 adresses.

📖 2. Adressage et adresses IPv4 spécifiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Adresse IPv4 : Adresse de 4 octets écrite en décimale pointée, sous la forme octet1.octet2.octet3.octet4.

★ À maîtriser

📌 Une adresse unicast identifie une interface, une adresse multicast vise un groupe d’interfaces et une adresse broadcast vise toutes les interfaces d’un même réseau.

• Les adresses IPv4 privées sont 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 et 192.168.0.0/16, et ne sont pas routables sur Internet.

Compléments

📌 En IPv4, les adresses unicast ont un premier octet inférieur à 224, tandis que les adresses multicast ont un premier octet compris entre 224 et 239 inclus.

• L’adresse 127.0.0.0/8 est réservée au bouclage et permet les communications entre processus du même ordinateur, par exemple avec 127.0.0.1.

• L’adresse 255.255.255.255 est le broadcast limité, tandis que 0.0.0.0/8 peut servir d’adresse source au démarrage d’une machine qui découvre son adresse par DHCP.

📖 3. CIDR, masques et sous-réseaux IPv4

🔑 Notions clés & Définitions

• CIDR : Classless Inter Domain Routing, 1993 - CIDR divise une adresse IPv4 en un préfixe de n bits identifiant le réseau et 32−n bits identifiant l’hôte, avec 0 ≤ n ≤ 32.
• Masque de réseau : Met à 1 les bits du préfixe réseau et à 0 les bits de l’identifiant d’hôte.

★ À maîtriser

• Pour un réseau IPv4 de préfixe /n, le nombre d’adresses de machines utilisables est $2^{32-n}-2$, car l’adresse réseau et l’adresse de diffusion sont réservées.

• Pour obtenir l’adresse réseau d’un hôte, on applique un ET logique entre son adresse IP et le masque de réseau.

Compléments

• Dans un réseau IPv4 ordinaire, l’adresse dont tous les bits d’hôte valent 0 est l’adresse réseau et celle dont tous ces bits valent 1 est l’adresse de diffusion.

• Le réseau 200.10.111.0**/24** a pour masque 255.255.255.0 et peut être segmenté en sous-réseaux /26 en réservant deux bits d’hôte.

📖 4. Paquet IPv4 et fragmentation

★ À maîtriser

• L’en-tête IPv4 mesure au minimum 20 octets et le paquet IPv4 peut atteindre 65 535 octets.

• Le champ TTL est décrémenté à chaque routeur traversé ; quand il atteint zéro, le paquet est détruit et un message ICMP d’erreur est envoyé à sa source.

📌 IP est non connecté et ne fournit ni contrôle d’erreur, ni contrôle de flux, ni séquencement, ni contrôle de congestion, ces fonctions étant déléguées aux couches supérieures.

• Lorsqu’un réseau traversé a une MTU inférieure au paquet IPv4, le paquet peut être fragmenté à l’entrée de ce réseau puis réassemblé à destination.

Compléments

• Le champ Protocol indique le protocole encapsulé ; les valeurs données sont TCP = 6, UDP = 17 et ICMP = 1.

• Pour la fragmentation IPv4, l’identification est commune aux fragments d’un paquet, l’offset indique leur position en multiples de 8 octets, et les drapeaux indiquent notamment si d’autres fragments suivent ou si la fragmentation est interdite.

📖 5. Routage et tables de routage IP

🔑 Notions clés & Définitions

• Table de routage : Associe les réseaux de destination à un prochain routeur et à une interface de sortie, et peut aussi indiquer une métrique.
• Route par défaut : Une route par défaut de destination 0.0.0.0 et de masque 0.0.0.0 envoie les paquets sans route plus spécifique vers la passerelle par défaut.

📝 Points essentiels

• Le routage IP est best-effort, sans réservation native de ressources ni contrôle d’accès, et traite les paquets à priorité égale.

• Le routage IP s’effectue saut par saut et sans état, chaque routeur choisissant le prochain routeur indépendamment pour chaque paquet.

• Un routeur compare la destination du paquet aux routes de sa table en commençant par les masques les plus longs ; il envoie le paquet par l’interface correspondante ou détruit le paquet et signale l’échec par ICMP si aucune route ne convient.

📖 6. ARP et messages ICMP

🔑 Notions clés & Définitions

• ARP : Address Resolution Protocol - ARP associe une adresse IPv4 à une adresse MAC afin de transmettre une trame à l’interface du prochain saut sur le lien local.
• ICMP : Internet Control Message Protocol - ICMP est un protocole réseau encapsulé dans IP qui transmet des informations sur l’état du réseau et des messages d’erreur.

★ À maîtriser

• Une résolution ARP sur un réseau local comprend une requête diffusée, une réponse unicast et l’enregistrement temporaire de l’association dans un cache.

Compléments

• Dans ICMP, le type et le code caractérisent le message ; les valeurs 8/0 et 0/0 correspondent respectivement à une requête et à une réponse ping.

• Ping teste la connectivité d’une interface distante et indique le délai aller-retour, ou RTT.

• Sous Linux, traceroute envoie des datagrammes UDP avec des TTL successifs de 1, 2, 3, etc. et utilise les erreurs ICMP des routeurs pour identifier les sauts ; sous Windows, il utilise des requêtes ICMP echo.

💡 Astuce mémo

Requête ARP diffusée, réponse unicast, puis entrée temporaire en cache.

📖 7. Configuration DHCP et translation NAT

🔑 Notions clés & Définitions

• NAT : Network Address Translation - Le NAT remplace l’adresse IP source privée des paquets sortant vers Internet par une adresse publique et nécessite le recalcul des sommes de contrôle IP, TCP, UDP et ICMP.

★ À maîtriser

• DHCP distribue dynamiquement une configuration IP au niveau application en utilisant UDP sur le port 67 côté serveur et le port 68 côté client. - Dynamic Host Configuration Protocol

• 🔄 L’attribution DHCP suit quatre messages :

  1. Discover
  2. Offer
  3. Request
  4. Ack

📌 Le NAT basique utilise une plage d’adresses publiques, tandis que le NAPT partage une seule adresse publique au moyen d’une translation de ports.

Compléments

• DHCP peut distribuer les paramètres suivants :

  • adresse IP
  • passerelle par défaut
  • nom d’hôte
  • nom de domaine
  • adresses des serveurs DNS

• Une attribution DHCP peut être temporaire dans une plage d’adresses ou permanente par association entre une adresse MAC et une adresse IP ; l’adresse est allouée pour un bail renouvelable.

• Le quintuplet de connexion comprend :

  • protocole de transport
  • IP client
  • port client
  • IP serveur
  • port serveur

• La redirection statique de port rend accessible depuis l’extérieur un serveur interne derrière un NAT.

💡 Astuce mémo

DHCP suit Discover → Offer → Request → Ack.

📖 8. Attribution et agrégation des adresses IP

🔑 Notions clés & Définitions

• Agrégation de routes : L’agrégation de routes regroupe des préfixes contigus en un préfixe moins spécifique afin de réduire le nombre de lignes dans les tables de routage.

★ À maîtriser

• Les registres régionaux sont : (IANA) :

  • AfriNIC
  • APNIC
  • ARIN
  • LACNIC
  • RIPE NCC

• Les adresses sont distribuées de l’IANA aux RIR, puis aux LIR ou NIR, qui les attribuent notamment aux opérateurs et aux clients.

Compléments

• La table de routage Internet comptait 980 000 lignes en octobre 2024.

• VLSM, ou Variable Length Subnet Masking, permet de limiter le gaspillage d’adresses en utilisant des masques de longueur variable.

📌 Le préfixe /31 est utilisable sur une liaison point-à-point entre deux interfaces de routeurs lorsque les deux systèmes d’exploitation prennent en charge la RFC 3021.

📖 9. Routage dynamique dans les WAN

🔑 Notions clés & Définitions

• Système autonome : Autonomous System - Un système autonome est un ensemble de réseaux connectés à Internet à l’intérieur duquel s’applique une politique commune de routage dynamique.

★ À maîtriser

• Un IGP détermine les routes à l’intérieur d’un AS, tandis qu’un EGP échange les plages d’adresses entre AS ; RIP et OSPF sont des IGP, et BGP est un EGP.

• Un protocole à vecteur de distances, comme RIP, échange périodiquement les routes connues avec les voisins et s’appuie sur Bellman-Ford.

• Un protocole à état des liens, comme OSPF, diffuse l’état des liens pour construire une topologie commune et calcule les routes de coût minimal avec Dijkstra.

Compléments

• Un numéro d’AS est codé sur 2 ou 4 octets et est attribué selon une gestion comparable à celle des adresses IP, de l’IANA aux RIR puis aux fournisseurs d’accès.

📌 Par rapport au vecteur de distances, l’état des liens converge plus vite et consomme moins de bande passante, tandis que le vecteur de distances demande moins de ressources aux routeurs et est plus simple à administrer.

💡 Astuce mémo

Bellman-Ford échange les routes entre voisins ; Dijkstra reconstruit la topologie.

📖 10. Format et catégories des adresses IPv6

★ À maîtriser

• IPv6 a été défini par la RFC 2460 en 1998 puis mis à jour par la RFC 8200 en 2017.

• Une adresse IPv6 comporte 128 bits et s’écrit en huit groupes hexadécimaux séparés par des deux-points, suivis éventuellement d’une longueur de préfixe.

📌 IPv6 définit des adresses unicast, multicast et anycast, mais pas d’adresse broadcast ; le multicast remplace la diffusion broadcast.

Compléments

📌 Dans une adresse IPv6, les groupes de zéros peuvent être abrégés par :: une seule fois dans une même adresse, et les zéros initiaux d’un groupe peuvent être omis.

• Les adresses unicast de lien local IPv6 ont le préfixe FE80::/10, les adresses multicast le préfixe FF00::/8, et une adresse globale unicast est unique au monde et routable.

• Le format d’une adresse globale IPv6 comprend un préfixe de routage global, un identifiant de sous-réseau et un identifiant d’interface, souvent organisé en préfixe /64 et IID de 64 bits.

📖 11. Identifiants et autoconfiguration IPv6

🔑 Notions clés & Définitions

• IID : Valeur de 64 bits qui, associée à un préfixe, identifie une interface.

★ À maîtriser

📌 Un IID peut être stable ou temporaire ; un IID permanent identique entre réseaux différents peut permettre de tracer une machine, tandis qu’un IID temporaire renouvelé limite ce risque.

• SLAAC configure une adresse IPv6 automatiquement à partir d’informations telles que l’adresse MAC, une clé ou le préfixe, tandis que DHCPv6 peut fournir une configuration avec état.

Compléments

• Une adresse IPv6 stable est utile quand un tiers doit pouvoir la découvrir, notamment pour un serveur DNS ou un service, tandis qu’une adresse temporaire limite le traçage des activités et la localisation de l’utilisateur.

• 🔄 L’autoconfiguration de lien local suit ces étapes : calcul de l’IID, construction de l’adresse avec FE80::/64, vérification de l’unicité par ICMPv6 multicast, absence de réponse, l’adresse est supposée unique

• 🔄 La configuration de l’adresse globale suit ces étapes : l’hôte demande le préfixe global au routeur par ICMPv6 multicast, le routeur répond avec le préfixe, l’hôte vérifie l’unicité de l’adresse construite par ICMPv6 multicast

💡 Astuce mémo

Un IID permanent facilite le traçage ; un IID temporaire le limite.

📖 12. ICMPv6 et multicast IPv6

🔑 Notions clés & Définitions

• ICMPv6 : ICMPv6 transmet des messages de contrôle et remplace en IPv6 les fonctions d’ICMP, d’IGMP et d’ARP utilisées en IPv4.

★ À maîtriser

• Le Neighbor Discovery utilise ICMPv6 pour transmettre des informations de configuration du lien, notamment le préfixe global et la MTU, et pour détecter les adresses dupliquées.

Compléments

• Les préfixes IPv6 ::/128 et ::1/128 correspondent respectivement à l’adresse non spécifiée et à l’adresse de bouclage.

• Quelques adresses multicast de portée lien sont :

  • FF02::1 pour tous les nœuds du lien
  • FF02::2 pour tous les routeurs du lien
  • FF02::1:2 pour les relais et serveurs DHCP du lien

• 2001:4860:4860::8888 est l’adresse anycast donnée comme exemple pour Google Public DNS.

📊 Tableaux de synthèse

Vecteur de distances et état des liens