m1 informatique réseaux - lis lab rese… · réseaux : cours 3 rÉseaux m1 informatique 2.e...

M1 Informatique

Réseaux

Cours 3 – Couche Réseau – IPv4

Notes de Cours

LA COUCHE RESEAU A POUR PRINCIPAL OBJECTIF D’ASSURER une connectivitéde bout en bout. En s’appuyant sur la connexion locale que procure la couche Liaison deDonnées, elle assure le transfert des données globalement en les transmettant de proche enproche.

1 Introduction

1.a "Vous êtes Ici"

TCP/IPOSI

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Application

Transport

Internet

Host-to-network

Not presentin the model

2 La Couche Réseau

2.a Fonctionnalités de la Couche Réseau

L’objectif principal est d’assurer la connectivité de bout en bout.

E. Godard http://pageperso.lis-lab.fr/~emmanuel.godard/m1 reseaux/

https://pageperso.lis-lab.fr/emmanuel.godard/enseignement/m1 reseaux/

Réseaux : Cours 3 RÉSEAUX M1 Informatique

Relayage si le paquet n’est pas à destination locale, le relayer vers un routeur plus proche.Contrôle de flux Fragmentation. Prévention et gestion de la congestion.Routage Maintenance des informations locales ("qui est réellement le plus proche?") en

fonctions de l’évolution globale du réseau.Pas de connexion fiable Acheminement "au mieux" ("best effort")

Tous les membres du réseau interviennent dans la couche Réseau.

2.b Structuration pour le Routage

Commutation de paquets chaque paquet est acheminé en fonction de sa destinationcomme l’adresse sur une enveloppe postale

Commutation de circuit chaque paquet est acheminé en fonction de son origine (établisse-ment de circuits)comme des circuits piétons colorés dans un centre ville historique

2.c Du Local au Global : La Fragmentation

Définition : Mécanisme par lequel un routeur adapte la taille des paquets aux contraintesdes réseaux physiques traversés.

Ex : MTU ethernet = 1500, MTU FDDI = 4500

G1 G2 G3 G4

G1 G2 G3 G4

Packet

Network 1

G1 fragments a large packet

G2 reassembles the fragments

G3 fragments

again

G4 reassembles

again

Network 2

(a)

Packet

G1 fragments a large packet

The fragments are not reassembled until the final destination (a host) is reached

(b)

2.d Le Réseau Internet

— Interconnexion de réseaux— Protocole Internet : IP— Couche Réseau + Couche Transport

— UDP : User Datagram Protocol (sans connexion)— TCP : Transmission Control Protocol (orienté connexion)

2


2.e Historique

1969 DARPAnet, réseau militaire des états-unis1972 ARPAnet. Commencement de spécifications des protocoles1982 Premières interfaces de programmation réseau : sockets Unix BSD1983 TCP remplace NCP1986 Mise en place de NSFnet1989 Naissance du protocole HTTP et du langage HTML1992 Réseau EBONE et RENATER1993 Premier véritable navigateur : Mosaic1994 Les entreprises commencent à se connecter1996 Début du 6bone, réseau mondial IPv6 (G6 en France)2000 IPv6 disponible chez les constructeurs2006 Plus d’un milliard d’internautes dans le monde2011 Epuisement des adresses IPv4 à l’IANA (ICANN)

3 Internet : Processus et Nommage

3.a Standards et Normes

— Adoptés par l’IAB (Internet Architecture Board)

— IRTF (Internet Research Task Force) : long terme (recherche)

— IETF (Internet Engineering Task Force) : court terme (développement)

— Distribués par l’INTERNIC (Internet Network Information Center)

— sous la forme de document RFC (Request For Comment) (librement consultables surinternet)

— www.rfc-editor.org

— www.irtf.org

3.b Processus

Routeurs au coeur du réseau

Machines au bord du réseau

3.c Nommage : Adresses Internet

Ce sont des adresses mondiales logiques

— sur 4 octets en IPv4

— sur 16 octets en IPv6(cf ce cours)

Notation pointée en IPv4 :— chaque octet est donné en décimal,

3

www.rfc-editor.org

www.irtf.org


— l’octet de poids fort est donné le premier,— chaque octet est séparé par un "."— indirection possible (DNS)

Ex : le serveur de l’environnement numérique de travail (ent.univ-amu.fr) a pouradresse IPv4 139.124.244.83.

3.d Attribution des Adresses Internet

Adresse = identifiant unique, en nombre limité (en IPv4)— Enjeu de pouvoir— Gestion centralisée pour l’unicité, déléguée pour la pratique— Les adresses (numéro IP) sont attribués par l’IANA (composante de l’ICANN - Internet

Corporation for Assigned Names and Numbers)La gestion pratique est déléguée à divers organismes et sociétés privées (Ex : VeriSign,

...)Par exemple, leurs fonctions sont déléguées au niveau continental

— RIPE (Réseaux IP Européens)puis déléguées au niveau national

— à des répertoires Internet Locaux Ex : AFNIC puis déléguées

— à un gestionnaire de réseaux Ex : RENATER, qui délègue au niveau local

— à un administrateur Ex : DOSI de l’Université qui délègue au niveau du campus

— à un administrateur Ex : DOSICALU pour Luminy

3.e Epuisement des adresses IPv4

˜ 4 milliars initialement disponibles mais pénurie d’adresse car la demande est très im-portante (et il y a eu un peu de gaspillage notamment pour les réseaux "historiques" ...)

4


0

20

40

60

80

100

120

140

160

1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012

IANARIR pool + IANA

5


3.f Répartition Actuelle (2006)

Une Vision Fractale d’Internet (xkcd.com)

6

http://xkcd.com/195/


3.g Classes d’Adresses

Une classe d’adresses est un ensemble d’adresses. Ces ensembles sont structurés pour fa-ciliter l’organisation.

=> Cinq classes d’adresses en IP v4 : A, B, C, D ou E Déterminées à partir des 4 bits depoids fort du premier octet

— 0xxx : adresse de classe A— 10xx : adresse de classe B— 110x : adresse de classe C— 1110 : adresse de classe D— 1111 : adresse de classe E

3.h Adresses IP et Classes d’Adresse32 Bits

Range of host addresses

1.0.0.0 to 127.255.255.255

128.0.0.0 to 191.255.255.255

192.0.0.0 to 223.255.255.255

224.0.0.0 to 239.255.255.255

240.0.0.0 to 255.255.255.255

Class

0 Network Host

10 Network Host

110 Network Host

1110 Multicast address

1111 Reserved for future use

A

B

C

D

E

3.i Des Classes d’Adresses ...

On “divise” chaque adresse

— début : partie réseau

— fin : machine de ce réseau=>

— adresse de réseau

— adresse de machine

La classe d’un réseau indique

— Classe (A) 1 octet pour le réseau et 3 pour la machine

— Classe (B) 2 octets pour le réseau et 2 pour la machine

— Classe (C) 3 octets pour le réseau et 1 pour la machineen fonction de sa classe, une adresse de réseau peut contenir plus ou moins d’adressesde machines

7


— ∼ 16 millions en classe A— ∼ 65000 en classe B— 254 ( = 256 - 2) en classe C

3.j Exemple de Classes d’Adresses

— Pour représenter l’adresse du réseau, tous les bits correspondant à l’adresse de la ma-chine sont mis à zéro (convention)

— Exemple : l’adresse 192.55.6.2 est de classe C

— 11000000.00110101.00000110.00000010

— L’adresse du réseau est donc 192.55.6.0

— L’adresse de la machine dans ce réseau est 2

— Les adresses de classe D sont des adresses de groupe (multicast) : de 224.0.0.0 à239.255.255.255

— Les adresses de classe E sont réservées

3.k ... Aux Masques de Réseaux

Le découpage par classes est trop rigide- La notion de masque de réseau permet de « couper » les deux parties n’importe où

(ailleurs qu’aux octets « ronds »)— Il s’agit d’une adresse composée d’un nombre de bits à 1 au début, et tout le reste à 0— Remplace et affine la notion de classe (notation CIDR)

3.l Exemple d’ensemble d’adresses (avec masque CIDR)

On note 10.65.67.12 / 255.224.0.0 ou encore 10.65.67.12 / 11

Adresse 00001010.01000001.01000011.00001100 10.65.67.12Masque 11111111.11100000.00000000.00000000 255.224.0.0

Réseau 00001010.01000000.00000000.00000000 10.64.0.0

Machine 00000000.00000001.01000011.00001100 0.1.67.12

3.m Composition de Réseaux

On peut ainsi :— découper un réseau en sous-réseau— regrouper des sous-réseaux

=> utilisé pour hiérarchiser et “ordonner” la topologie du réseau pour le routage, réduirela taille des tables de routage.

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3.n Adresses IP Réservées

— 127/8 : cet hôte (boucle locale)— reseauA.255.255.255 : diffusion sur réseau de classe A— reseauB.255.255 : diffusion sur réseau de classe B— reseauC.255 : diffusion sur reseau de classe C— 10/8, 172.16/12, 192.168/16 : adresses privées (=> non routées sur internet)— 169.254/16 : adresses de configuration automatique (=> non routées)

Une adresse peut donc désigner à la fois une machine ou un ensemble de ma-chines.

3.o Pour Résumer : Adresse IPv4

— espace de noms mondial sur 4 octets— les stations sont regroupées en sous-réseaux de machines ayant le même préfixe pour

des raisons d’efficacité— la taille du préfixe (le masque CIDR) est arbitraire et propre au sous-réseau.

4 Protocole IPv4

4.a IP : Protocole Internet

— RFC 791 et RFC 815

— acheminement de paquets d’un point à un autre du réseau Internet

— adresses IP

— Commutations de paquets

— chaque paquet est routé indépendemment des autres :=> plusieurs chemins possibles=> non conservation de l’ordre d’émission

— transmission non fiable

— Traversée de réseaux physiques divers et variés :— fragmentation des paquets— paramètre MTU : Maximum Transmission Unit, taille maximale d’un paquet (sur

un tronçon donné)

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http://tools.ietf.org/html/rfc791



4.b Entête IPv4

Version IHL Type of service Total length

Identification

Time to live Protocol

Fragment offset

Header checksum

Source address

Destination address

Options (0 or more words)

D F

M F

32 Bits

Version (4 bits)Version d’IP utilisée. Pour IPv4 c’est ... 4.

IHL (Longueur de l’en-tête) (4 bits)Nombre de mots de 32 bits, soit 4 octets (ou nombre de lignes du schéma). La valeurest comprise entre 5 et 15, car il y a 20 octets minimum et on ne peut dépasser 40 octetsd’option (soit en tout, 60 octets).

Type de service (8 bits)Ce champ permettait à l’origine de définir le ToS (Type of Service - RFC 791). Celui-ci est maintenant défini par la RFC 2474 ( Services Différenciés - DSCP). En effet, denouvelles technologies (comme la VoIP) émergent qui requièrent de la transmissiontemps-réel, et qui utilisent donc ce champ DSCP.

Longueur totale en octets (16 bits) Nombre total d’octets du datagramme, en-tête IP com-prise. Donc, la valeur maximale est (216)-1 octets.

Identification (16 bits)Numéro permettant d’identifier les fragments d’un même paquet.

Drapeaux (3 bits)

— Premier bit : actuellement inutilisé (doit être 0, voir RFC 3514).

— Deuxième bit : DF (Don’t Fragment)lorsque ce bit est positionné à 1, il indique que le paquet ne peut pas être frag-menté. Si le routeur ne peut acheminer ce paquet (taille du paquet supérieure à laMTU), il est alors rejeté.

— Troisième bit : MF (More Fragments)quand ce bit est positionné à 1, on sait que ce paquet est un fragment de donnéeset que d’autres doivent suivre. Quand il est à 0, soit le fragment est le dernier, soitle paquet n’a pas été fragmenté.

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Fragment offset (13 bits)Position du fragment par rapport au paquet de départ, en nombre de mots de 8 octets.

Durée de vie ou TTL Time To Live (8 bits)Initialisé par l’émetteur, ce champ est décrémenté d’une unité généralement à chaquesaut de routeur. Quand TTL = 0, le paquet est abandonné et un message ICMP estenvoyé à l’émetteur pour information.

Protocole (8 bits)Numéro du protocole au-dessus de la couche réseau : TCP = 6, UDP = 17, ICMP = 1.

Somme de contrôle de l’en-tête ou Checksum (16 bits)Complément à un de la somme complémentée à un de tout le contenu de l’en-têteafin de détecter les erreurs de transfert. Si la somme de contrôle est invalide, le paquet estabandonné sans message d’erreur.

Adresse source (32 bits)Adresse IP de l’émetteur sur 32 bits.

Adresse destination (32 bits)Adresse IP du récepteur 32 bits.

Options (0 à 40 octets par mots de 4 octets)Facultatif.

Bourrage de taille variable comprise entre 0 et 7 bits.Il permet de combler le champ option afin d’obtenir un en-tête IP multiple de 32 bits.La valeur des bits de bourrage est 0.

Note finale codage des entiersDepuis la RFC 1700, la plupart des protocoles réseaux codent les entiers en gros-boutiste.C’est bien le cas ici.

4.c Routage Simple

adresse de destination est utilisée par tous les routeursadresse d’origine n’est utilisée que par la machine de destination, pour l’éventuelle réponse.

La décision de relai dépend de la réponse aux questions :

— c’est mon adresse=> OK, c’est pour moi !

— c’est dans mon réseau=> retransmission dans le réseau local

— ce n’est pas dans mon réseau=> trouver un routeur plus proche

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4.d Du Global au Local

Dans les deux derniers cas, il faut communiquer dans le réseau local.Or les espaces de noms sont différents !adresse MAC vs adresse IP=> besoin d’un mécanisme de résolution(traduction d’un espace de noms vers l’autre)

4.e Adresses Logiques et Physiques

Sur un même réseau physique, la transmission se fait sans ambiguïté.physique←→ logiquecarte réseau (MAC)←→ adresse IP

— Mécanismes possibles :

— association statique

— table (Ex : DHCP)

— calcul(Ex : multicast Ethernet, IPv6)

— association dynamique— pour simplifier la maintenance— protocoles de résolution : Ex : ARP,NetBios

4.f Adress Resolution Protocol

Chaque hôte possède une table ARP— adresse MAC←→ adresse IP— enregistrement de durée de vie courte (< 20 min)— enregistrement manuel Ex : arp -s

— enregistrement par requête ARP :— Qui possède cette adresse IP? en diffusion— Seule la machine concernée répond— Les deux machines mettent leur table à jour

4.g Paquet ARP (ethernet/IP)

6 6 2 2mac.dest mac.src 0806 0001

2 1 1 20800 n m opCode

n m n mMAC.src IP.src MAC.dest IP.dest

...bourrage

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où— opCode=0001 : requête— opCode=0002 : réponse

4.h Inconvénients d’ARP

— Problème de sécurité :

— le protocole est non sécurisé

— toute machine peut répondre “à tort” à la requête ARP=> attaque d’interception

— Les requêtes sont diffusées à l’ensemble du LAN— inondation du LAN

4.i Autres Mécanismes de Résolution

Il existe d’autres correspondances entre adresses IP et noms.

— indirection

— Personne n’utilise directement les adresses IP => nom facile à mémoriser pour les hu-mains.

— Différents espaces de nom

— ICANN : mondial, standard, public : le plus utilisé

— autres : NetBios, AlterNIC, privés, ...

— Association adresse IP←→nom : résolution— statiquement : fichiers— interrogation dynamique : NetBios— serveur de noms : DNS, WINS

4.j Les Noms ICANN

— Composés d’étiquettes (caract. alphanumériques ascii, pas d’espace) séparé par des .

— au plus 63 caractères par étiquette

— au plus 255 caractères au total

— la casse ne compte pas

— Organisés hiérarchiquement de la droite vers la gauche— lif.univ-mrs.fr est un sous-domaine de univ-mrs.fr, qui est un sous-

domaine de fr— pour résoudre un nom :

— pas de diffusion !— appel au serveur DNS local

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— le DNS local fait appel au DNS du domaine distant— ou bien, faire appel aux serveurs racines : a.root-server.net, ...

ent.univ-mrs.fr a pour IP 147.94.67.3ent.univ-mrs.fr IN A “147.94.67.3

4.k Domaine de plus Haut Niveau (TLD)

Ces domaines ont des objectifs et des politiques d’attribution différentes— .net : infrastructure du réseau— .com : services commerciaux (+ législation de la marque déposée)— .org : organisations (au sens très large)— depuis 2000 : .aero, .biz, .coop, .info, .museum, .name, et .pro— ccTLD : .fr, hôtes résidant en France (géré par l’AFNIC)— depuis 2011 : généralisation des gTLD (le .bidule est à 185000$, plus 25000$ annuels

4.l Internationalisation des Noms de Domaine

En cours, depuis 2003,

— possibilité d’utiliser un jeu de caractères non ascii (=> unicode)- extension des attaques par homographies

— => gestion de ces noms internationaux désactivée par défaut??

4.m Pour Résumer : IPv4

Processus routeurs et machines

Nommage adresse IPv4mais aussi nom DNS (avec résolution explicite via un serveur)

Communication message (paquet ou datagramme)

Synchronisation Non

Cache et Réplication Non

Tolérance aux Défaillances Oui. Voir le cours Routage.

Sécurité Non intégrée...

5 Limitations

5.a IPv4 et Sécurité

Quelques remarques sur la sécurité d’IPv4 :

— approche pragmatique => aucun mécanisme de sécurité

— tout circule partout et en clair

— attaques malveillantes possibles...

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— Sécurisation possible : IPSec, VPN— confidentialité et intégrité— pas d’authentification avancée

5.b NAT/PAT

Problème du nombre limité d’adresses=> adresse privée + NAT (Network Adresse Translation)

1

2

3

4

5

6

7NAT box/firewall

PC Leased line

Packet after translation

Packet before translationCompany

LAN

Company router

Server

ISP's router

10.0.0.1 198.60.42.12

Boundary of company premises

translation d’adresses (NAT) un nombre limité d’adresse est partagé par un ensemble destationsle routeur NAT modifie l’adresse de source (pour y mettre une des IP publique parta-gée). Pour les paquets entrants, la modification inverse est effectuée.

translation de port (PAT) une seule adresse est partagée par un ensemble de stations.Les connexions sont distinguées au niveau Transport par utilisation de numéro deports spécifiques pour chaque station. Cette association peut être dynamique.

5.c Inconvénients du NAT

On appelle en général (et incorrectement) NAT les deux techniques.

1. Casse la structure pair-à-pair d’InternetUne station peut se connecter à Internet mais on ne peut la joindre depuis Internet.Très problématique pour certaines applications (VoIP, ...)

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2. Donne une fausse impression de sécurité :une station avec une adresse (privée ou non) n’est pas adressable derrière un NAT.Donc ne peut être "attaquée". Pas besoin de la protéger (parefeu, mise à jour, veille ...).Certaines attaques sont possibles même dans cette configuration.

3. Semble être une des (mauvaises) raisons du ralentissement de passage à IPv6

4. Carrier-grade NAT (CGN) : l’internet mobile est principalement proposé par les opé-rateurs sous ce mode dégradé.

6 Cartographie d’Internet

6.a Carte des Câbles Sous-Marins 1901

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6.b Carte des Câbles Sous-Marins (www.cablemap.info)

6.c Géographie d’Internet(telegeography.com)

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6.d Internet Logique (d’après Projet Opte – 2003)

7 Crédits

— Figures A. Tanenbaum. Libre d’utilisation pour l’enseignement— Wikimedia CC-BY-SA

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