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Architecture TCP/IP

Introduction

TCP/IP d signe commun ment une architecture r seau, mais cet acronyme d signe en fait 2

protocoles troitement li s : un protocole de transport, TCP (Transmission Control Protocol) qu'on

utilise "par-dessus" un protocole r seau, IP (Internet Protocol).

Le "mod le TCP/IP", est, en fait, une architecture r seau en 4 couches dans laquelle les protocoles

TCP et IP jouent un r le pr dominant, car ils en constituent l'impl mentation la plus courante. Par

abus de langage, TCP/IP peut donc d signer deux choses : le mod le TCP/IP et la suite de deux

protocoles TCP et IP.

Le mod le TCP/IP s'est progressivement impos comme mod le de r f rence en lieu et place du

mod le OSI. Cela tient tout simplement son histoire. En effet, contrairement au mod le OSI, le

mod le TCP/IP est n d'une impl mentation ; la normalisation est venue ensuite.

I. Historique

L'origine de TCP/IP remonte au r seau ARPANET. ARPANET est un r seau de t l communication

con u par l'ARPA (Advanced Research Projects Agency), l'agence de recherche du minist re

am ricain de la d fense (le DOD : Department of Defense). Outre la possibilit de connecter des

r seaux h t rog nes, ce r seau devait r sister une ventuelle guerre nucl aire, contrairement au

r seau t l phonique habituellement utilis pour les t l communications mais consid r trop

vuln rable. Il a alors t convenu qu'ARPANET utiliserait la technologie de commutation par paquet

(mode datagramme), une technologie mergeante promettante. C'est donc dans cet objectif et ce

choix technique que les protocoles TCP et IP furent invent s en 1974. L'ARPA signa alors plusieurs

contrats avec les constructeurs et l'universit de Berkeley qui d veloppait un Unix pour imposer ce

standard, ce qui fut fait.

II. Protocoles et Services.

On appelle protocole, un dialogue connue par les deux parties, entre deux couches de m me niveau.

Une couche de niveau (n) ne sera capable de dialoguer quavec une autre couche de m me niveau

quelle.

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On appelle service lensemble des fonctions que doit absolument remplir une couche, fournissant

linterface pour transmettre des donn es de la couche (n) la couche (n+1).

III. Description du mod le TCP/IP

Le mod le TCP/IP peut tre d crit comme une architecture r seau 4 couches :

La couche acc s r seau :

La couche la plus basse repr sente la connexion physique avec les c bles, les circuits dinterface

lectrique (transceivers), les cartes r seau, les protocoles dacc s r seau (CSMA/CD pour les r seaux

Ethernet et le jeton pour les r seaux Token Ring). La couche acc s r seau est utilis e par la couche

Internet.

La couche Internet :

La couche Internet doit fournir une adresse logique pour linterface physique. Limpl mentation du

mod le TCP/IP de la couche Internet est IP (Internet Protocol). Cette couche fournit un mappage

entre ladresse logique et ladresse physique fournie par la couche acc s r seau gr ce aux protocoles

ARP (Address Resolution Protocol) et RARP (Reverse Address Resolution Protocol). Les incidents, les

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diagnostics et les conditions particuli res associ es au protocole IP rel ve du protocole ICMP

(Internet Control Message Protocol), qui op re aussi au niveau de la couche internet.

La couche Internet est aussi responsable du routage des paquets entre les h tes. Cette couche est

utilis e par les couches plus hautes du mod le TCP/IP.

La couche transport :

La couche transport d finit les communications entre deux h tes sur le r seau. Le mod le TCP/IP

comprend deux protocoles h te h te : TCP (Transmission Control Protocol) et UDP (User Datagram

Protocol). Le protocole TCP est responsable du service de transmission fiable de donn es avec

d tection et correction derreurs.

TCP permet aussi les connexions simultan es. Plusieurs connexions TCP peuvent tre tablies sur un

h te et les donn es sont envoy es simultan ment. TCP permet des connexions full-duplex, ce qui

signifie que les donn es peuvent tre envoy es et re ues sur une m me connexion.

Le protocole UDP est un protocole peu fiable et peut tre utilis par des applications qui nexigent

pas la fiabilit de TCP.

La couche application :

La couche application permet aux applications dutiliser les protocoles de la couche transport h te

h te (TCP et UDP). Parmi ces applications on trouve : FTP (File Transfert Protocol), TELNET (TErminal

NETwork), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) et SNMP (Simple Network Management Protocol).

La couche application assure linterface des applications utilisatrices avec la pile de protocole TCP/IP.

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IV. Larchitecture TCP/IP

1. Niveau applicatif

n HTTP - HyperText Transport Protocol

n protocole du web

n change de requ te/r ponse entre un client et un serveur web

n FTP - File Transfer Protocol

n protocole de manipulation de fichiers distants

n transfert, suppression, cr ation, &

n TELNET - TErminal Network Protocol

n syst me de terminal virtuel

n permet l'ouverture d'une session distante

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

n service d'envoi de courrier lectronique

n r ception (POP, IMAP, IMAPS, &)

n DNS - Domain Name System

n assure la correspondance entre un nom symbolique et une adresse Internet (adresse IP)

n bases de donn es r parties sur le globe

n SNMP - Simple Network Management Protocol

n protocole d'administration de r seau (interrogation, configuration des quipements, &)

n Les sockets - interface de programmation permettant l' change de donn es (via TCP ou UDP)

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Protocoles de transfert de donn es

n TCP/IP : transfert fiable de donn es en mode connect

n UDP/IP : transfert non garanti de donn es en mode non connect

Protocoles de contr le de l'Internet

n ICMP - Internet Control and error Message Protocol

n assure un dialogue IP<-->IP (entre routeurs par ex.) pour signaler les congestions,

synchroniser les horloges, estimer les temps de transit, &

n utilis par l'utilitaire ping permettant de tester la pr sence d'une station sur le r seau

n ARP - Address Resolution Protocol

n protocole permettant d'associer une adresse MAC (adresse physique utilis e dans les

r seaux locaux) une adresse IP (adresse logique Internet)

n RARP - Reverse ARP

n permet une station de conna tre son adresse IP partir de son adresse MAC

(interrogation d'un serveur RARP)

n phase de d marrage d' quipements ne poss dant pas de configuration initiale (imprimante,

terminal X)

n BOOTP - Boot Protocol

n permet une station de conna tre sa configuration r seau lors du d marrage par

interrogation d'un serveur bootp.

n au-dessus d'UDP (ports 67 et 68)

n DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol

n extension du protocole BOOTP

n meilleure gestion du plan d'adressage IP avec attribution dynamique des adresses IP pour

une certaine dur e (bail ou lease time)

n au-dessus d'UDP (ports 67 et 68)

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V. Communication TCP/IP

Communication sans routeur

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Communication avec routeur

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VI. Lencapsulation TCP/IP

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VII.

Identification des protocoles

Une adresse de transport est sous la forme dune adresse IP, dun num ro de port (16 bits) et la

mention du protocole de transport TCP ou UDP le tout forme ce quon appelle adresse de socket.

Une connexion TCP s' tablit entre un socket source et un socket destinataire. Une connexion est

donc le quadrupl (@src, port src, @dest, port dest).

Les ports permettent un multiplexage ou d multiplexage de connexions au niveau transport. Les

ports inf rieurs 1024 sont appel s ports r serv s.

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VIII. Adressage IP

1. D finition

Une adresse IP identifie de mani re unique un nSud sur le r seau. Une adresse IP est compos e de

deux champs : lidentifiant r seau (NET_ID) et lidentifiant de la machine (HOST_ID).

Une adresse IP a une taille de 32 bits r partis sur 4 octets en d cimal (de 0 255) et s par s par un

point de la forme X.Y.Z.W.

Les classes dadresses

Les adresses r seaux sont distribu es par un organisme international but non lucratif : ICANN

(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) puis d centralis au niveau de chaque pays.

Les adresses IP particuli res :

Diffusions locale et distante : ladresse 255.255.255.255 est appel e adresse de broadcast sur

le r seau IP local (ne passe pas le routeur, traduit en broadcast ARP).

Ladresse de la forme <NET_ID><111&111> : est une adresse de broadcast dirig e vers le

r seau de num ro NET_ID (exemple : 132.227.255.255 = diffusion dans le r seau 132.227.0.0

traduit en broadcast ARP par le routeur destination)

Rebouclage local (loopback) : ladresse 127.x.y.z et plus g n ralement 127.0.0.1 (localhost)

permet de tester la pile TCP/IP locale sans passer par une interface mat rielle.

L'adresse 0.0.0.0 est utilis e par le protocole RARP (@IP de d marrage) et comme adresse de

la route par d faut dans les routeurs.

Les adresses priv es et le NAT

Les adresses priv es (RFC 1918) sont des adresses qui ne seront jamais attribu es (adresses ill gales)

et qui ne sont pas routables sur l'Internet.

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n classe A : de 10.0.0.0 10.255.255.255

n classe B : de 172.16.0.0 172.31.255.255

n classe C : de 192.168.0.0 192.168.255.255

Si une entreprise qui utilise des adresses priv es souhaite tout de m me disposer d'une connexion

l'Internet, il faut demander une adresse publique et faire des conversions adresse priv e <--> adresse

publique. Ce service est offert par le NAT (Network Address Translator).

NAT permet de mettre en correspondance une adresse priv e et une adresse publique, et permet

galement la traduction statique ou dynamique (lors de la connexion).

NAT pr sente une solution au manque d'adresses IP publiques : quelques adresses IP publiques pour

beaucoup d'adresses IP priv es mais le NAT est co teux en performance.

Fonctionnement du NAT : une table stock e dans le NAT fait la correspondance entre

(adresse IP source priv e, port_src) et une adresse IP_publique. Quand le paquet part

ladresses IP source devient ladresse IP_publique et le port_src devient la r f rence de

l'entr e dans la table et quand la r ponse revient le port_dest du paquet permet de

retrouver dans la table ladresse IP et le port_src.

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Exemple de requ te sortante

Exemple de requ te entrante

IX. Les sous r seaux

Une organisation dispose g n ralement d'une seule adresse de r seau IP mais est compos e de

plusieurs sites/d partements. Pour se faire, une solution existe est de diviser un r seau IP en

plusieurs sous-r seaux. Il suffit de prendre quelques bits de la partie <HOST_ID> de l'adresse IP pour

distinguer les sous-r seaux et ce de fa on transparente vis vis de l'ext rieur.

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Le netmask permet de savoir si la machine source et destination sont sur le m me sous-r seau alors

que la classe d'adressage permet de savoir si elles sont sur le m me r seau.