Comprendre les protocoles de la couche réseau
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Comprendre les protocoles utilisés dans la couche réseau : IP, ARP et ICMP.
La couche réseau a pour rôle d’acheminer
les messages aux bonnes destinations.
Elle va pour cela utiliser :
- le protocole IP pour la destination ;
- le protocole ARP pour faire le lien entre l’adresse IP et l’adresse MAC de la machine destinataire ;
- le protocole ICMP pour contrôler les éventuelles erreurs.
Le modèle OSI (principe d’encapsulation et de décapsulation de données)
La couche réseau doit donc être capable de calculer et de trouver les chemins de manière à atteindre la destination.
Cette couche transmet des paquets de données, c’est-à-dire qu’elle va encapsuler des données dans un préfixe en utilisant des protocoles.
Cette couche va principalement utiliser le protocole IP pour router, le protocole ARP pour faire le lien entre l’adresse IP et l’adresse MAC de la machine destinataire, et le protocole ICMP pour contrôler les erreurs de transmission.
Le protocole IP permet également de définir une adresse IP virtuelle lorsqu’on n’est pas connecté, elle s’appelle localhost et son adresse est 127.0.0.1.
Il existe deux versions d’adressage IP, la v4 sur 4 octets et la v6 sur 6 octets.
Nous utiliserons dans ce cours l’adressage IPv4.
192.168.42.122 est une adresse IPv4.
Le protocole IP permet aussi de déterminer et de lister tous les équipements appartenant à un sous-réseau, qui sont capables de communiquer directement entre eux. Il utilise pour cela un nombre de 4 octets appelé le masque de sous-réseau.
255.255.255.000 est un masque de sous-réseau : en binaire, cette adresse est 11111111.11111111.11111111.00000000.
Cela permet de découper l’adresse en deux, une partie réseau (les 24 premiers bits, qui ont ici un poids à 1) et une partie machine (les derniers 8 bits, qui sont ici à 0). Il y aura donc 28 adresses différentes dans un sous-réseau.
Pour savoir si des machines appartiennent à un
même sous-réseau de masque 255.255.255.0, on applique la
méthode ANDing qui consiste à
effectuer l’opération & logique, bit
à bit sur chaque octet.
On doit se rappeler que 255 & valeur = valeur
et que 0 & valeur = 0.
Les deux machines appartiennent au même sous-réseau identifié par l’adresse IP 192.168.42.0.
Un autre rôle de ce protocole est le routage, c’est-à-dire la transmission depuis la source jusqu’au destinataire.
On définit pour cela d’abord la notion de sous-réseau : il s’agit pour simplifier d’un réseau local où toutes les machines sont connectées entre elles.
Dans ce sous-réseau, une des machines assure le rôle de passerelle : cette machine porte le nom de routeur, c’est-à-dire qu’elle est connectée à un autre sous-réseau qui possède lui aussi un routeur, etc.
Le routeur possède ce qu’on appelle une table de routage, c’est-à-dire une liste d’adresses. Lors de l’envoi d’un paquet, le routeur envoie ainsi les données de routeurs en routeurs de manière à atteindre la destination. De nos jours, les tables de routages sont dynamiques, elles se mettent à jour automatiquement.
Lorsqu’un ordinateur souhaite envoyer des données à un autre ordinateur, le protocole IP va encapsuler les données de la manière suivante dans ce qu’on appelle paquet IP ou datagramme IP.
| Préfixe |
Adresse IPv4 de la source |
Adresse IPv4 de la destination |
Données |
| 12 octets | 4 octets | 4 octets |
Le préfixe va contenir plusieurs informations, comme la longueur du paquet, mais aussi un entier, codé sur un octet, qui se nomme TTL (Time To Live en anglais).
Le TTL est un nombre qui va donner la durée de vie du paquet : ce nombre diminue de 1 à chaque fois que le paquet passe par un routeur, et lorsqu’il vaut 0 le paquet est détruit. Le protocole ICMP est alors activé et va provoquer l’envoi d’un message signalant la destruction du paquet.
Une norme préconise de fixer le TTL à 64, ce qui signifie que le paquet IP sera détruit au bout de 64 passages par un routeur.
Le principe d’identification des machines est basé sur l’attribution d’une adresse IP à chaque machine appartenant au réseau. Cette adresse IP est un numéro d’identification attribué à chaque machine qui permet de pouvoir communiquer avec l’ensemble des ordinateurs du réseau.
À chaque connexion sur le réseau, on associe cette adresse IP à l’adresse MAC de la carte réseau de la machine électronique.
L’adresse MAC est une adresse physique. Il s’agit d’un numéro d’identification de la machine qui est inscrit sur le matériel électronique par le concepteur afin de connaitre sa provenance.
Lors d’un transport de données par la couche réseau, les trames ne connaissent que les adresses IP, il faut donc faire le lien avec l’adresse MAC d’une machine physique pour acheminer les données.
C’est le protocole ARP (Address Resolution Protocol en anglais) qui permet la correspondance entre adresse IP et adresse MAC : elle fait le lien entre l’adresse IP utilisée dans les trames et l’adresse physique de la machine (MAC).
Voici le fonctionnement simplifié, dans le cas d’un ordinateur source A qui souhaite envoyer une trame à l’ordinateur destinataire B dont il connait l’adresse IP.
L’ordinateur source A interroge la mémoire cache ARP (une mémoire des requêtes précédentes) pour savoir s’il a déjà l’adresse IP de l’ordinateur destinataire B.
- L’adresse IP est dans la mémoire cache.
Si l’adresse IP est dans la mémoire cache, il lit juste l’adresse MAC correspondante pour y envoyer la trame.
- L’adresse IP n’est pas dans la mémoire cache.
Si l’adresse IP n’est pas dans la mémoire cache ARP, l’ordinateur source A met en attente l’envoi de la trame et effectue une requête ARP à l’ensemble du sous-réseau. Il demande en fait à qui correspond l’adresse IP, et le sous-réseau lui répond en renvoyant l’adresse MAC qui correspond.
On dit que la requête ARP est lancée en broadcast : cela signifie en anglais « radiodiffusion », c’est-à-dire que la requête est envoyée à toutes les machines connectées au sous-réseau.
Tous les ordinateurs connectés au sous-réseau reçoivent la requête ARP, mais la seule machine qui va répondre est celle qui doit être destinataire de la trame : c’est l’ordinateur B, qui va du coup envoyer son adresse MAC à l’ordinateur expéditeur A. L’ordinateur source A peut ainsi envoyer la trame à la bonne destination.
La requête ARP est encapsulée dans la trame elle-même.
La commande ping fait partie du protocole ICMP, ainsi ping 192.123.45.123 permet d’envoyer un paquet à l’adresse 192.123.45.123 et ce à plusieurs reprises pour tester si l’adresse est accessible.
Il y a d’autres processus de contrôle : lorsque le TTL (durée de vie d’un paquet) atteint 0, le protocole ICMP permet par exemple d’envoyer un message d’erreur à la source.
- Le protocole IP permet l’acheminement des paquets et l’identification.
- Le protocole ARP permet de connaitre l’adresse physique du destinataire.
- Le protocole ICMP permet de transmettre des messages de contrôle et d’erreurs.
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