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Chapitre IX TCP/IP Les protocoles de l'architecture Internet 1. Couche Réseau dans Internet (protocole IP) 1.

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1 Chapitre IX TCP/IP Les protocoles de l'architecture Internet 1. Couche Réseau dans Internet (protocole IP) 1

2 Sommaire 1.Généralités 2.Concepts de linterconnexion 3.Modèle en couches 4.Couche Réseau dans Internet Fonctions du protocole IP Datagramme IP Adressage IP Routage dans IP 5.Protocole ARP 6.Protocole ICMP 2

3 Généralités 3

4 Origine: Larchitecture TCP/IP a été développée, dans le milieu des années 1970, par DARPA ( Defense Advanced Research Project Agency-USA-) pour les besoins dinterconnexion des systèmes informatiques de larmée (DoD: Departement of Defense). IP : Internet Protocol - résout les problèmes d'interconnexion en milieu hétérogène (1974) TCP : Transmission Control Protocol - protocole de transport de l'Internet (de bout en bout) La mise en oeuvre de TCP/IP en 1980 sur le réseau de recherche de DARPA fût le début de linternet. TCP/IP est intégré à Unix BSD 4 par luniversité de Berkeley, en fit le standard de la communauté UNIX (1980) TCP/IP a remplacé le protocole NCP (Network control Program) dans ARPANET en 1983, ancêtre de lInternet. Aujourd'hui, TCP/IP est devenu le standard d'Internet (Internet pour Inter- Networking) plus de réseaux interconnectés, plusieurs millions de machines, plusieurs dizaines de millions d'utilisateurs de lInternet Interconnecte divers réseaux : Ethernet, Token Ring, X25, FR, FDDI, ATM, etc. 4

5 TCP/IP: est un ensemble de protocoles permettant de résoudre les problèmes dinterconnexion en milieu hétérogène. TCP/IP décrit un réseau logique (réseau IP) au-dessus du ou des réseaux physiques réels auxquels sont effectivement connectés les ordinateurs Technologie constituée par des protocoles de base qui offrent les services de base du transfert des données : transport de datagrammes : service élémentaire de la commutation de paquets. transport de messages sécurisés : service orienté connexion permettant d'acheminer des données en garantissant leur intégrité Ces services de base sont indépendants du support de transmission: adaptables à toute sorte de media depuis les réseaux locaux jusqu'aux réseaux longue distance. Interconnexion universelle : les machines ont une adresse unique sur l'Internet. deux machines reliées au réseau, communiquent grâce aux noeuds du réseau routage sur la base de l'adresse destinataire. 5

6 Dans le cas dun transport sécurisé, acquittements effectués entre équipements terminaux (source et destinataire) non pas entre chaque noeud relayant les messages. Technologie publique largement diffusée au travers de RFCs (Request For Comment) Indépendante des constructeurs et disponible sur tous types de matériel (micro, station, super-calculateur et équipements de réseaux) 6

7 Concepts de linterconnexion 7

8 Le concept d'interconnexion ou d'Internet repose sur la mise en oeuvre d'une couche réseau : masquant les détails de la communication physique du réseau déchargeant les applications des problèmes de routage. L'interconnexion : faire transiter des informations depuis un réseau vers un autre réseau par des noeuds spécialisés appelés passerelles (gateway) ou routeurs (router). Dans le monde Internet, le terme de passerelle est souvent préféré à celui de routeur. Les routeurs possèdent une connexion sur chacun des réseaux La passerelle interconnecte les réseaux A et B. Le rôle de la passerelle est de transférer sur le réseau B, les paquets circulant sur le réseau A et destinés au réseau B et inversement. 8

9 P1 transfère sur le réseau B, les paquets émanant du réseau A et destinés aux réseaux B et C et inversement. P2 assure le transfert des paquets en provenance du réseau A et B et à destination du réseau C et vice versa. P1 doit avoir connaissance de la topologie du réseau : que C est accessible depuis le réseau B. Le routage est effectué sur la base du réseau destinataire mais pas sur la base de la machine destinataire. 9

10 A l'intérieur de chaque réseau, les noeuds utilisent la technologie spécifique de leur réseau La couche réseau masque ces spécificités et offre un service commun à toutes les applications : l'ensemble de ces réseaux hétérogènes apparaît comme un seul et unique réseau pour l utilisateur 10

11 Les réseaux interconnectés sont très divers mais utilise le même protocole réseau (IP) 11

12 Modèle en couches 12

13 Précédant le modèle OSI, TCP/IP en diffère fortement, non seulement par le nombre de couches, mais aussi par lapproche. Le modèle OSI spécifie des services, TCP/IP des protocoles Développé au-dessus dun environnement existant, TCP/IP ne décrit, ni de couche physique ni de couche liaison de données. Larchitecture TCP/IP ne comprend que 2 couches: la couche transport (TCP) et la couche interréseau (IP) 13

14 Couche réseau : communications entre machines IP - protocole d'interconnexion: réalise les fonctionnalités de la couche réseau acheminement de datagrammes (mode non connecté) peu de fonctionnalités, pas de garanties simple mais robuste (défaillance d'un noeud intermédiaire) 14

15 Couche transport : communications entre application TCP - protocole de transport de bout en bout uniquement présent aux extrémités transport fiable de segments (mode connecté) protocole complexe (retransmission,…) 15

16 Deux machines sur un même sous réseau Prise en compte de l'hétérogénéité Communications sans routeur Communications avec routeur 16

17 Encapsulation Les données dapplication constituent des messages, ceux-ci sont transportés dans des segments qui seront émis sur le réseau sous forme de datagrammes. Lunité de transport élémentaire est la trame qui constitue au niveau physique un train de bits. 17

18 Identification des protocoles Ethertype des trames Ethernet identifie le protocole du niveau réseau. Lidentifiant de protocole dans le datagramme IP désigne le protocole de transport utilisé La notion de port dans le segment TCP détermine linstance locale dapplication 18

19 Couche application La couche application est la couche située au sommet des couches de protocoles TCP/IP. Celle-ci contient les applications réseaux permettant de communiquer grâce aux couches inférieures. Les logiciels de cette couche communiquent donc grâce à un des deux protocoles de la couche inférieure (la couche transport) c'est-à-dire TCP ou UDP. Les applications de cette couche sont de différents types, mais la plupart sont des services réseau, c'est-à-dire des applications fournies à l'utilisateur pour assurer l'interface avec le système d'exploitation. On peut les classer selon les services qu'ils rendent : Les services de gestion (transfert) de fichier et d'impression (FTP). le courrier électronique (smtp), laccès à des machines distantes (telnet) Les services de connexion à distance ( www ). 19

20 Couche réseau 20

21 Couche réseau La couche Réseau est la couche "la plus importante" pour le protocole TCP/IP. C'est elle qui définit les datagrammes (paquets de données) gère les notions d'adressage IP. permet l'acheminement des datagrammes vers des machines distantes ainsi la gestion de leur fragmentation et de leur assemblage à la réception. La couche Internet contient quatre protocoles : Le protocole IP (Internet Protocol). Le protocole ARP (Address Resolution Protocol). Le protocole ICMP (Internet Control Message Protocol). Le protocole RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Les trois premiers protocoles sont les protocoles les plus importants de cette couche 21

22 Le protocole IP (Internet Protocol) Le protocole Internet (Internet Protocol ou IP) réalise les fonctionnalités de la couche réseau (niveau 3 du modèle OSI) Protocole mis en oeuvre dans lInternet offrant une gestion décentralisée du réseau favorise la croissance du réseau Les attributions des adresses de niveau 3 sont contrôlées IP fonctionne au dessus de tout : – Ethernet – Token Ring – Liaison série – FDDI – Ethernet 100 Mb/s – ATM Le protocole IP définit : La DU transférée dans les interconnexions : Datagramme compté en octets La manière de router les paquets dans les réseaux : Notion dadresse réseau & dadresse machine La remise de paquets en mode non connecté Assemblage/réassemblage des paquets seulement chez le destinataire La traversée des réseaux intermédiaires 22

23 Fonctions du protocole IP (1) transporte des datagrammes de bout en bout pour passer de léquipement A à léquipement C, le datagramme passe par R1, R2, R3 chaque datagramme contient : de lémetteur du destinataire connaître IP dun équipement pour pouvoir communiquer avec lui mode sans connexion sans garantie de remise des datagrammes Assure le routage : savoir où envoyer le datagramme Assure la fragmentation : Nassure pas : vérification du séquencement détection de perte retransmission en cas derreur contrôle de flux 23

24 Datagramme IP Le datagramme IP » L'unité de transfert de base est le datagramme, constitué d'un en-tête et d'un champ de données 24

25 Signification des champs du datagramme IP VERS (4 bits) : version de protocole IP, actuellement version 4, HLEN (4bits) : ou IHL (Internet Header Length) longueur de l'en-tête en mots de 32 bits, généralement égal à 5 (20 octets sans options), Type de service (6+2 bits) : ou TOS (Type of Service) indique comment le datagramme doit être géré : pour distinguer différentes classes de services (niveaux de priorités) -> compromis entre fiabilité, délai et débit champ ignoré par la plupart des routeurs Longueur totale (16bits) : ou TL (Total Length) : en-tête + données 25

26 Champs liés à la fragmentation IP ID (16bits) : identification du datagramme utilisé par lémetteur et le destinataire pour identifier le datagramme numérotation faite par lémetteur uniquement utilisé pour la fragmentation Flags (1 bit) : flags pour la fragmentation 001 : fragment intermédiaire (More Fragment) 000 : dernier fragment (ou pas encore fragmenté) 01X : ne pas fragmenter (Dont Fragment) FO (13 bits) : Fragment Offset position du fragment dans le datagramme dorigine premier fragment = 0 le destinataire récupère tous les fragments, si un fragment est perdu tout le datagramme est perdu 26

27 27

28 Durée de vie (8 bits): TTL (Time To Live) Indique en secondes, la durée maximale de transit du datagramme sur l'internet. Définie par la machine qui émet le datagramme. Les routeurs traversés par le datagramme décrémentent sa durée de vie du nombre de secondes (1 au minimum) passées dans la passerelle. Lorsque le TTL=0 : Le datagramme est détruit un message d'erreur est renvoyé à l'émetteur. Évite au datagramme de circuler éternellement en cas de boucle Protocole (8 bits) : identifie le protocole de niveau supérieur dont le message est véhiculé dans le champ données du datagramme : 6 => TCP, 17 => UDP, 1 => ICMP. Somme de contrôle en-tête (16 bits) : Header Checksum couvre len-tête IP uniquement son but est de contrôler son intégrité recalculé par chaque routeur (car champ TTL est modifié) ne couvre pas les données (de la responsabilité du transport) Adresse source (32 bits) : adresse IP de lémetteur Adresse destination (32 bits): adresse IP du destinataire adresses dextrémité et pas des noeuds intermédiaires 28

29 Le champ Options prévu pour des expérimentations mais peu utilisé dans la pratique codé :,, longueur variable, plusieurs options possibles exemples d'options : sécurité : degré de confidentialité du datagramme (route plus sécurisée que d'autres !) routage strict par la source : suite IP décrivant le chemin pour atteindre la destination enregistrement de route : les routeurs traversés insèrent chacun Padding : complète le champ options assure que la longueur de len- tête est un multiple de 32 bits 29

30 Adressage dans Internet But de ladressage : toute machine doit pouvoir communiquer avec toute autre Une machine doit être accessible aussi bien par des humains que par d'autres machines Une machine doit pouvoir être identifiée par : un nom (pour les utilisateurs), une adresse (identificateur universel de la machine) une route précisant comment la machine peut être atteinte Adressage "à plat" par opposition à un adressage hiérarchisé Notions de classes dadresses Utilisation de noms pour identifier les machines 30

31 Routage dans IP processus permettant à un datagramme dêtre acheminé vers le destinataire Machines et routeurs participent au routage : un routeur possède deux ou plusieurs connexions réseaux une machine possède généralement quune seule connexion Les machines doivent déterminer si le datagramme : doit être délivré sur le réseau physique sur lequel elles sont connectées (routage direct) ou doit être acheminé vers un routeur (routage indirect) Les tables de routage IP renseignent seulement les adresses réseaux et non pas les adresses machines, pour des raisons évidentes dencombrement. Le routage est orienté réseau : basé sur la partie réseau de ladresse 31

32 La couche IP : Détermine la partie réseau de en appliquant le masque Si le réseau de destination est le réseau local : Le masque appliqué peut être le masque de sous réseau Si le masque est absent, la classe de ladresse détermine sa partie réseau Recherche ensuite réseau dans la table de routage Les paquets sont routés suivant lindication trouvée dans la table de routage Les principales entrées de la table : adresse dune machine, adresse dun réseau, adresse dun sous réseau. Une adresse particulière default toutes les adresses non spécifiées par les autres entrées de la table. La route peut être une interface locale à la machine ou un routeur intermédiaire Le routeur doit avoir une adresse sur chacun des réseaux auxquels il est relié Une métrique peut être associée à une route Le nombre de routeurs à traverser pour atteindre la destination Critères complexes : débit, délai, fiabilité des liaisons, … 32

33 Le routage dans IP - exemple Table de routage de S2 33

34 Protocole ARP 34

35 Adresse Internet ou adresse physique ? Besoin des 2 adresses ! La communication entre machines ne peut s'effectuer quà travers l'interface physique ; les applications connaissent les adresses IP, pas les adresses physiques => Établir le lien adresse IP / adresse physique La solution : ARP (Address Resolution Protocol) Mise en place dans TCP/IP dun protocole de bas niveau appelé Address Resolution Protocol (ARP) Rôle de ARP : fournir à une machine donnée l'adresse physique d'une autre machine située sur le même réseau, à partir de l'adresse IP de la machine destinataire Principe du protocole ARP : Pour connaître l'adresse physique de B (PB) à partir de son adresse IP (IB), la machine A diffuse une requête ARP ( broadcast MAC ) contenant l'adresse IB vers toutes les machines La machine B répond avec un message ARP (le destinataire a reçu le broadcast et s'est reconnu, il envoie ) qui contient la paire (IB, PB). Les machines non concernées ne répondent pas Cache ARP : le résultat de chaque résolution est conservé localement pour les émissions suivantes la de l'émetteur sont inclus dans la requête ARP pour que le récepteur, voire toutes les machines qui reçoivent le broadcast, mettent à jour leur cache 35

36 Exemple : La station 1 veut envoyer un message à (station 2: E2) étape 1 : trouver ladresse IP de lhôte 2 en regardant dans le DNS (serveur de noms) étape 2 : construire un paquet avec ladresse IP étape 3 : diffuser un message sur le LAN : «Qui a ladresse ?» étape 4 : hôte 2 renvoie son adresse IP à lhôte 1 étape 5 : hôte 1 crée un paquet Ethernet avec le paquet IP dedans Les étapes 3 et 4 = protocole ARP 36

37 Si elles ne sont pas sur le même réseau (par ex. de 1 vers 4) la diffusion ne passe pas le routeur résolution de proche en proche : 1 envoie les données à (ARP pour trouver E3), le routeur info envoie les données à (ARP pour trouver F3), le routeur élec envoie les données à 4 (ARP pour E6) Proxy 1 ARP : une machine qui répond à une requête à la place du destinataire (qui ne reçoit pas le broadcast) nécessaire si la route (adresse de la passerelle) pour atteindre le destinataire n'est pas connue 1 [proxy: Technique dans laquelle une machine ou un logiciel répond aux requêtes en lieu à la place dune ou plusieurs machines ] 37

38 RARP - Reverse ARP ARP : RARP : est xx:xx:xx:xx:xx:xx. Quelqu'un connaît-il ?« permet à un hôte de récupérer au démarrage par interrogation d'un serveur RARP stations sans disque imprimantes,… Même fonctionnement, même format de paquet Obsolète car désormais remplacé par BOOTP (Bootstrap Protocol)(affectation statique dune adresse) ou DHCP( Dynamic Host Configuration Protocol)(affection dynamique dune adresse à la connexion) qui peuvent rendre le même service et ne nécessite pas un serveur RARP sur chaque réseau (broadcast MAC limité: les requêtes RARP ne sont pas retransmises par les routeurs, ce qui implique un serveur RARP par réseau(sous-réseau) ) 38

39 BOOTP (bootstrap) – Principe Protocole d'amorçage du réseau au dessus de UDP (les diffusions passent les routeurs) le serveur informe la machine qui démarre du serveur de fichiers qui contient son image du routeur par défaut, masque de sous-réseau Inconvénient : les tables de correspondances sont statiques (configurées manuellement) Pour y remédier, BOOTP est devenu DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol 39

40 DHCP – Principe Configuration manuelle ou assignation dynamique des adresses IP Un serveur spécifique s'occupe d'assigner des configurations réseaux aux hôtes qui en font la demande Le serveur n'est pas nécessairement sur le même réseau (passage par un relais DHCP) DHCP - économie d'adresses IP : quand un hôte quitte le réseau, il restitue son adresse Les stations essentielles ou connectées fréquemment reçoivent une adresse permanente (configurée manuellement). 40

41 Protocole ICMP 41

42 ICMP - Internet Control Message Protocol ICMP (Internet Control Message Protocol) protocole de gestion de réseau. Fonctionnement Les messages de contrôle ou derreur envoyés : par léquipement destinataire ou un routeur intermédiaire vers lémetteur Lémetteur modifie son comportement Origine des erreurs : causées par lémetteur, dues à des problèmes dinterconnexions sur lInternet : machine destination déconnectée, durée de vie du datagramme expirée, congestion de passerelles intermédiaires problème détecté sur un datagramme IP par une passerelle le détruit, émet un message ICMP pour informer lémetteur initial. 42

43 messages ICMP : véhiculés à lintérieur de datagrammes IP utilise IP comme protocole de couche supérieure champ protocole = 1 routés comme nimporte quel datagramme IP sur linternet. Un message ICMP ne demande pas de réponse ne doit pas engendrer un autre message ICMP 43

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46 L'utilitaire ping Ping : envoi d'un écho, attente de réponse, mesure du temps aller- retour teste l'accessibilité d'une destination de bout en bout évaluation de performances la réponse doit parvenir avant 20 secondes Exemples : ping : permet de tester la pile TCP/IP locale (en loopback) ping : permet de vérifier la configuration réseau locale de la station : permet de tester la configuration du sous-réseau et de la passerelle : permet de tester un chemin de bout en bout 46

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