Protocoles Avancées

Ce document présente les concepts avancés des protocoles de la couche réseau, destinés aux étudiants en informatique et réseaux. Il couvre les propriétés fondamentales de la couche réseau, l’adressage IPv4, la création des sous-réseaux, ainsi que le protocole ARP (Address Resolution Protocol).

Propriétés de la couche Réseau

La couche réseau assure la transmission des données entre des hôtes situés sur un même réseau ou sur des réseaux différents. Elle est indépendante des médias physiques utilisés et repose sur des adresses logiques, notamment les adresses IPv4.

Dans un réseau local, les hôtes communiquent directement sans nécessiter de périphérique intermédiaire. En revanche, pour communiquer avec un hôte situé sur un autre réseau, un routeur joue le rôle de passerelle.

Passerelle

Une passerelle est une interface de routeur connectée au même réseau local que l’hôte. Chaque hôte reçoit une adresse de passerelle par défaut lors de sa configuration. Cette adresse permet d’acheminer les paquets vers d’autres réseaux.

Un hôte ne peut pas connaître l’adresse de tous les périphériques sur Internet. Il utilise donc l’adresse de la passerelle pour envoyer les paquets hors de son réseau local. Le routeur examine ensuite sa table de routage pour déterminer le prochain saut, appelé adresse du tronçon suivant, vers la destination finale.

Table de routage

Le routeur local possède une table de routage qui contient les routes vers différents réseaux. Si une route spécifique vers le réseau de destination existe, le routeur envoie le paquet vers cette route. Sinon, il utilise une route par défaut si elle est définie. En l’absence de route, le paquet est généralement rejeté ou ignoré.

Routage statique et dynamique

• Routage statique : Les routes sont configurées manuellement par l’administrateur réseau.
• Routage dynamique : Les routes sont apprises et mises à jour automatiquement par des protocoles de routage.

Adressage IPv4

L’adressage IPv4 est une fonction essentielle de la couche réseau. Il permet d’identifier de manière unique chaque hôte sur un réseau ou entre plusieurs réseaux.

Format d’une adresse IPv4

Une adresse IPv4 est composée de 32 bits, généralement représentés en notation décimale pointée, divisée en quatre octets (exemple : 192.168.1.1). Chaque octet est un nombre décimal compris entre 0 et 255.

Conversion décimale-binaire

Pour comprendre le fonctionnement des adresses IPv4, il est important de savoir convertir une adresse décimale en binaire et vice versa. Par exemple :

Adresse décimale : 192.168.15.0

192 en binaire : 11000000
168 en binaire : 10101000
15 en binaire  : 00001111
0 en binaire   : 00000000

En concaténant ces octets, on obtient l’adresse IPv4 complète en binaire.

Types d’adresses IPv4

• Adresses publiques : Routables sur Internet.
• Adresses privées : Non routables sur Internet, utilisées dans les réseaux locaux.

Adresses privées

Les plages d’adresses privées sont :

• 10.0.0.0 à 10.255.255.255 (10.0.0.0 /8)
• 172.16.0.0 à 172.31.255.255 (172.16.0.0 /12)
• 192.168.0.0 à 192.168.255.255 (192.168.0.0 /16)

Types de communication IPv4

• Monodiffusion : Communication unicast entre un émetteur et un récepteur unique.
• Diffusion limitée : Envoi à tous les hôtes d’un réseau local.
• Multidiffusion : Envoi à un groupe spécifique d’hôtes.

Création des sous-réseaux

La création de sous-réseaux permet de diviser un réseau IP en plusieurs segments plus petits, facilitant la gestion et améliorant la sécurité et la performance.

Masque de sous-réseau

Le masque de sous-réseau est une adresse binaire qui, appliquée à une adresse IP par une opération logique AND, permet de déterminer le réseau auquel appartient un hôte.

Exemple d’opération AND :

Adresse IP : 192.168.15.130 (en binaire : 11000000.10101000.00001111.10000010)
Masque     : 255.255.255.192 (en binaire : 11111111.11111111.11111111.11000000)

Résultat (AND) : 192.168.15.128 (en binaire : 11000000.10101000.00001111.10000000)

Le résultat correspond à l’adresse du réseau auquel appartient l’hôte.

Exemple de création de sous-réseaux

À partir du réseau 192.168.15.0, on peut créer quatre sous-réseaux avec un masque /26 (255.255.255.192) :

• Sous-réseau 0 : 192.168.15.0 /26, plage d’hôtes de 192.168.15.1 à 192.168.15.62
• Sous-réseau 1 : 192.168.15.64 /26, plage d’hôtes de 192.168.15.65 à 192.168.15.126
• Sous-réseau 2 : 192.168.15.128 /26, plage d’hôtes de 192.168.15.129 à 192.168.15.190
• Sous-réseau 3 : 192.168.15.192 /26, plage d’hôtes de 192.168.15.193 à 192.168.15.254

Cette méthode fixe limite le nombre de sous-réseaux à quatre, ce qui peut être insuffisant pour certains réseaux.

VLSM (Variable Length Subnet Mask)

Le VLSM permet de créer des sous-réseaux de tailles différentes à partir d’un même réseau, optimisant ainsi l’utilisation des adresses IP.

ARP (Address Resolution Protocol)

Le protocole ARP assure la résolution des adresses IPv4 en adresses MAC, indispensables pour la communication sur un réseau local. Il conserve également en mémoire cache les correspondances entre adresses IP et adresses MAC.

Fonctionnement du protocole ARP

1. Un hôte souhaite envoyer un paquet à une adresse IPv4 cible.
2. Il consulte sa table ARP (cache ARP) pour trouver l’adresse MAC associée.
3. Si l’adresse MAC n’est pas connue, il envoie une requête ARP broadcast sur le réseau local.
4. Le périphérique possédant l’adresse IPv4 cible répond avec son adresse MAC.
5. L’hôte met à jour sa table ARP avec cette correspondance et peut envoyer la trame.

Obtention des adresses MAC sur un réseau distant

Pour un réseau distant, l’hôte utilise l’adresse MAC de la passerelle (routeur) locale. Le processus ARP est alors utilisé pour résoudre l’adresse MAC de la passerelle, permettant d’acheminer le paquet vers un autre réseau.

Suppression du cache ARP

Les entrées du cache ARP sont temporaires. Chaque entrée possède un compteur qui supprime les correspondances non utilisées après une certaine période. Par exemple, sous Windows, une entrée est conservée 2 minutes et peut être prolongée à 10 minutes si elle est réutilisée.

Glossaire des termes clés

• Adresse IPv4 : Identifiant unique de 32 bits attribué à un hôte sur un réseau IP.
• Passerelle : Routeur ou dispositif intermédiaire permettant la communication entre réseaux différents.
• Table de routage : Base de données dans un routeur indiquant les chemins vers différents réseaux.
• Routage statique : Configuration manuelle des routes réseau.
• Routage dynamique : Mise à jour automatique des routes via des protocoles de routage.
• Masque de sous-réseau : Adresse binaire utilisée pour séparer la partie réseau et la partie hôte d’une adresse IP.
• VLSM : Technique de sous-réseautage avec des masques de longueur variable pour optimiser l’adressage IP.
• ARP : Protocole de résolution d’adresses IP en adresses MAC sur un réseau local.
• Cache ARP : Mémoire temporaire stockant les correspondances IP-MAC pour accélérer la communication.

Points clés à retenir

• La couche réseau utilise des adresses logiques (IPv4) pour identifier les hôtes et acheminer les paquets.
• La passerelle permet la communication entre réseaux différents en servant de routeur.
• Le masque de sous-réseau et l’opération AND permettent de déterminer l’appartenance d’une adresse IP à un réseau.
• La création de sous-réseaux facilite la gestion des réseaux en divisant un grand réseau en segments plus petits.
• Le protocole ARP est essentiel pour associer les adresses IPv4 aux adresses MAC nécessaires à la communication sur un réseau local.
• Le cache ARP optimise les performances en évitant des requêtes ARP répétées.