Le protocole IP (Internet Protocol)

Les adresses IP (Internet Protocol)

L’adressage utilisé dans Internet est un adressage logique. Chaque équipement possède un nom symbolique auquel on fait correspondre l’adresse logique appelée adresse IP. Celle-ci se décompose en deux parties : l’identificateur du réseau, où se trouve l’équipement, et l’identificateur de la machine elle-même (qui a une signification locale à ce réseau). L’ensemble tient sur 32 bits soit 4 octets. L’adresse IP est le plus souvent écrite en notation décimale pointée : les octets sont séparés par des points, et chaque octet est représenté par un nombre décimal compris entre 0 et 255. Exemple Adresse IP = 11000001 00011011 00101101 00100001 en binaire soit 193.27.45.33 en notation décimale pointée. 1.1 LES CLASSES D’ADRESSES Plusieurs classes d’adresses sont définies : un réseau ayant beaucoup de machines dispose d’une adresse avec un champ identificateur de réseau court et un champ identificateur de machine long. En revanche, dans un petit réseau local, l’identificateur de machine sera codé sur peu d’éléments binaires. La classe d’adresse et l’identificateur de réseau sont attribués par un organisme central, l’ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers), qui gère le plan d’adressage à l’échelle mondiale et garantit l’unicité des numéros de réseau. L’administrateur local du réseau attribue ensuite les numéros de machine aux différents équipements de son réseau, selon le plan d’adressage qu’il a conçu. L’identificateur de réseau est codé sur 7, 14 ou 21 bits selon la classe d’adresse. Les adresses de classe A affectent 7 bits à l’identité de réseau et 24 bits à l’identité de machine ; les adresses de classe B affectent 14 bits à l’identité de réseau et 16 bits à l’identité de machine. Enfin, les adresses de classe C allouent 21 bits à l’identité de réseau et 8 bits à l’identité de machine. Les adresses de classe D sont réservées pour mettre en œuvre le mécanisme de diffusion de groupe. La classe d’une adresse IP est déterminée à partir des bits de poids fort, comme le montre la figure 6.1. Les très grands réseaux ont des adresses de classe A, dont le premier bit du premier octet est à 0 tandis que les 7 autres bits servent à identifier 126 réseaux différents. Chaque réseau de classe A possède 24 bits d’identifiant de machine, ce qui permet d’adresser 224 – 2, soit 16 777 214 machines (les deux identifiants 0 et 16777215 sont, par convention, réservés à un autre usage). Figure 6.1 Différents formats d’adresse IP. 1 0 0 1 110 1 1 1 1 0 RÉSERVÉ POUR UTILISATION FUTURE 1 10 0 8 16 24 31 Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E ID.MACHINE ID.MACHINE ID.MACHINE ID.RÉSEAU ID.RÉSEAU ID.RÉSEAU ADRESSE DE DIFFUSION DE GROUPE ID = identificateur Le protocole IP (Internet Protocol) 149 6 Chapitre Les réseaux de taille moyenne ont des adresses de classe B. Elles commencent en binaire par 10 et affectent 14 bits à l’identifiant de réseau ; il reste 16 bits pour identifier les machines, soit au maximum 65 534 (pour la même raison que précédemment, les identifiants 0 et 65535 ne sont pas attribués à une machine). Enfin, pour les petits réseaux, les adresses de classe C commencent en binaire par 110 et allouent 21 bits à l’identifiant de réseau et 8 bits à l’identifiant de machine. On peut ainsi adresser jusqu’à 254 machines (les identifiants 0 et 255 ne sont pas utilisés). Les adresses de classe D, commençant en binaire par 1110, sont réservées à la mise en œuvre d’un mécanisme de diffusion de groupe (multicast). Dans une communication multicast, un utilisateur émet un message dont l’adresse de destination est celle du groupe. Le message est acheminé en un seul exemplaire le plus loin possible, jusqu’à ce qu’il soit indispensable de l’éclater en autant de messages individuels que le groupe possède de membres. La plupart des adresses multicast allouées le sont à des groupes d’utilisateurs concernés par une même application (la radio sur Internet par exemple. On comprend dans ce cas l’intérêt d’envoyer en multicast au lieu d’envoyer massivement autant de messages qu’il y a de récepteurs). Dans une adresse multicast, les 28 bits restants n’ont pas de structure particulière. Exemple Adresse IP = 11000001 00011011 00101101 00100001 soit 193.27.45.33. Il s’agit d’une adresse de classe C puisqu’elle commence en binaire par 110. Le découpage est alors le suivant : 110 (3 bits pour la classe C) 00001 00011011 00101101 (21 bits d’identifiant de réseau) et 00100001 (8 bits identifiant la machine dans le réseau).

ADRESSES PARTICULIÈRES

Lorsqu’une machine ne possède pas d’adresse IP et qu’elle doit envoyer un (premier) message pour en obtenir une, elle remplit le champ Adresse du message par « plein 0 » ou 0.0.0.0 en notation décimale pointée. À l’opposé, remplir le champ Adresse par « plein 1 » permet de désigner l’ensemble des machines au sein du réseau dans lequel se trouve la machine. Les réseaux eux-mêmes possèdent chacun une adresse : celle-ci est obtenue en remplaçant le champ Identifiant de machine par « plein 0 », conformément à la classe. Exemple La machine 37.194.192.21 appartient au réseau 37.0.0.0 (classe A). La machine 137.194.192.21 appartient au réseau 137.194.0.0 (classe B). La machine 197.194.192.21 appartient au réseau 197.194.192.0 (classe C). Une adresse de diffusion (broadcast address), désigne l’ensemble des machines d’un réseau distant. Elle est constituée en remplaçant le champ Identifiant de machine par « plein 1 ». Exemple L’adresse de diffusion du réseau 37.0.0.0 est 37.255.255.255 (classe A). L’adresse de diffusion du réseau 137.194.0.0 est 37.194.255.255 (classe B). L’adresse de diffusion du réseau 197.194.192.0 est 197.194.192.255 (classe C). Certains identifiants de réseau n’existent pas, en particulier les réseaux de classe A : 0 et 127. 0 est réservé à l’usage décrit ci-avant et 127 sert aux tests locaux. Par exemple, l’adresse 127.0.0.1 est a priori affectée à chaque carte réseau. Tout message envoyé à cette adresse est directement retourné à son expéditeur, sans aucune émission sur le réseau : cela permet de vérifier que la pile TCP/IP fonctionne correctement. Notons que cette adresse, appelée adresse de boucle locale (loopback address), n’a aucun rapport avec la notion de boucle locale utilisée pour la desserte des usagers du réseau téléphonique. 150 Architecture des réseaux

NOTIONS DE SOUS-RÉSEAUX ET DE MASQUE

La hiérarchie à deux niveaux (réseau et machine) de l’adressage IP s’est rapidement révélée insuffisante à cause de la diversité des architectures des réseaux connectés. La notion de sous-réseau (ou subnet), introduite en 1984, a conservé le format de l’adresse IP sur 32 bits. Dans un réseau subdivisé en plusieurs sous-réseaux, on exploite autrement le champ Identifiant de machine de l’adresse IP. Celui-ci se décompose désormais en un identifiant de sous-réseau et un identifiant de machine. Remarquons que ce découpage n’est connu qu’à l’intérieur du réseau lui-même. En d’autres termes, une adresse IP, vue de l’extérieur, reste une adresse sur 32 bits avec ses deux champs. On ne peut donc pas savoir si le réseau est constitué d’un seul réseau ou subdivisé en plusieurs sous-réseaux. L’administrateur local choisit le nombre de bits à consacrer à l’identifiant de sous-réseau grâce au masque de sous-réseau (ou subnet mask). Celui-ci, également codé sur 32 bits, définit le découpage de l’identifiant machine en deux champs (Sous-réseau et Machine). Dans un réseau subdivisé, chaque machine connaît son adresse IP et le masque utilisé, ce qui lui permet de savoir dans quel sous-réseau elle se trouve. Il suffit de faire un ET logique entre son adresse IP et le masque : Exemple Adresse IP : 193. 27. 45. 33 = 11000001 00011011 00101101 00100001 Masque : 255.255.255.224 = 11111111 11111111 11111111 11100000 Comparaison sous masque : 11000001 00011011 00101101 00100001 ET : 11111111 11111111 11111111 11100000 11000001 00011011 00101101 00100000 Le résultat 193.27.45.32 est l’adresse du sous-réseau auquel appartient la machine 193.27.45.33. Lorsqu’un équipement d’un (sous-)réseau veut émettre un message à un autre, il compare sa propre adresse bit à bit avec celle du destinataire, en utilisant le masque de sous-réseau. S’il y a égalité sur toute la partie identifiée par les 1 du masque, les deux équipements se trouvent dans le même (sous-)réseau et le message peut donc être transmis directement. Sinon, il est envoyé au routeur, la machine qui assure l’acheminement du message vers l’extérieur du (sous-)réseau. Exemple Soit une adresse IP de réseau de classe C 193.27.45.0. Le masque de sous-réseau vaut : 255.255.255.224, soit en binaire : 11111111 11111111 11111111 11100000. Nous voyons donc que, dans l’octet réservé au champ Identifiant de machine, trois bits sont utilisés pour identifier des sous-réseaux interconnectés par un routeur. Sur le sous-réseau 1, l’adresse du sous-réseau est 193.27.45.32. Si l’administrateur décide d’affecter l’identifiant 1 au routeur dans tous les sous-réseaux, l’adresse du routeur dans le sous-réseau 1 est : 193.27.45.33 ; l’adresse de diffusion dans le sous-réseau valant 193.27.45.63, il reste donc 29 adresses disponibles sur les 32 possibles pour les stations du sous-réseau 1. De même, dans le sous-réseau 2, l’adresse de sous-réseau étant 193.27.45.64, celle du routeur vaut 193.27.45.65 et l’adresse 193.27.45.95 est celle de diffusion dans le sous-réseau. Il reste également 29 adresses disponibles sur les 32 possibles pour les stations du sous-réseau 2.