Protocoles et Services Réseaux

Cette conférence porte sur le protocole IPv6, une évolution majeure des protocoles réseaux qui vise à résoudre les limites d’IPv4. Elle s’inscrit dans un cours sur les protocoles et services réseaux, destiné aux étudiants de deuxième semestre. L’objectif est de comprendre les motivations, les caractéristiques et la structure des adresses IPv6, ainsi que la comparaison avec le datagramme IPv4.

Les objectifs principaux d’IPv6

IPv6 a été conçu pour répondre à plusieurs besoins essentiels dans l’évolution des réseaux informatiques :

• Résoudre le problème de l’épuisement des adresses IPv4.
• Réduire la taille des tables de routage afin d’améliorer la gestion des réseaux.
• Simplifier le protocole IP en allégeant l’en-tête, ce qui améliore l’efficacité des routeurs.
• Fournir plusieurs classes de service et permettre l’étiquetage des flux pour une meilleure gestion du trafic.
• Améliorer la sécurité en intégrant des mécanismes d’authentification et de confidentialité.
• Gérer la mobilité des hôtes grâce à l’auto-configuration.
• Supporter nativement les opérations de diffusion multicast, notamment par l’intégration du protocole IGMP dans ICMPv6.
• Permettre une coexistence souple avec IPv4 pour faciliter la transition.

Limites de l’adressage IPv4

Le protocole IPv4, avec ses adresses sur 32 bits, présente plusieurs limitations :

• En 1995, il existait environ 50 000 réseaux IP répartis dans 150 pays, avec 5 millions d’hôtes, ce qui illustre la croissance rapide des réseaux.
• L’adressage hiérarchique (réseau, sous-réseau, hôte) est limité, ce qui entraîne une entrée distincte dans la table de routage pour chaque réseau à atteindre, augmentant la taille des tables.
• La capacité théorique d’adressage est de 4 milliards d’adresses, mais la capacité réelle est plus proche de 2 milliards.
• Un épuisement des adresses IP, notamment de classe B, a été observé (65 % affectées en 2002).
• Bien que des adresses de classe C soient encore disponibles (40 % affectées en 2002), leur utilisation accroît la taille des tables de routage, un inconvénient partiellement compensé par la technique CIDR (Classless Inter-Domain Routing).

Les adresses IPv6

IPv6 utilise des adresses sur 128 bits, soit huit groupes de deux octets chacun. Le masque de sous-réseau est généralement fixé à /64, appelé désormais préfixe de sous-réseau.

Il existe trois types d’adresses IPv6 :

• Unicast : adresse individuelle d’interface.
• Multicast : adresse de diffusion multidestinataire à un groupe.
• Anycast : adresse de diffusion « au premier vu » dans un groupe, c’est-à-dire au nœud le plus proche selon la topologie.

Notation des adresses IPv6

Deux formats de notation sont utilisés :

• Format complet (Preferred format) : par exemple, 2b04:210:fe3e:0:402c:c185:e9ac:129f.
• Format compressé : permet de remplacer une ou plusieurs séries consécutives de groupes égaux à zéro par « :: ». Par exemple, 2b04:210:fe3e::402c:c185:e9ac:129f.

La compression ne peut être appliquée qu’une seule fois par adresse pour éviter toute ambiguïté.

Exemples d’adresses IPv6

• ABCF:67B3:0000:0000:0000:34DE:0421:0012 peut s’écrire ABCF:67B3::34DE:421:12 en format compressé.
• Une adresse IPv4 compatible s’écrit par exemple 0:0:0:0:0:0:192.52.74.64 ou ::192.52.74.64.
• L’adresse indéterminée est 0:0:0:0:0:0:0:0 ou simplement ::.
• L’adresse de bouclage (loopback) est 0:0:0:0:0:0:0:1 ou ::1, équivalente à 127.0.0.1 en IPv4.

Le préfixe d’adresse réseau IPv6

Le préfixe IPv6 est représenté de manière similaire à la notation CIDR d’IPv4, c’est-à-dire par une adresse IPv6 suivie d’une barre oblique et de la longueur du préfixe en nombre de bits.

Par exemple, un préfixe de 60 bits peut s’écrire :

• 12AB:0000:0000:CD30:0000:0000:0000:0000 / 60
• 12AB::CD30:0:0:0:0 / 60
• 12AB:0:0:CD30:: / 60

Une adresse d’hôte peut être combinée avec un préfixe réseau. Par exemple :

Adresse d’hôte : 12AB:0:0:CD31:2345:6789:ABCD:EF00
Adresse réseau : 12AB:0:0:CD30:: / 60
Adresse combinée : 12AB:0:0:CD31:2345:6789:ABCD:EF00 / 60

Structure du datagramme IPv4

Le datagramme IPv4 est composé d’un en-tête et d’une charge utile. L’en-tête contient plusieurs champs importants :

• Version (4 bits) : indique la version du protocole, ici 4.
• Longueur de l’en-tête (IHL, 4 bits) : nombre de mots de 32 bits (4 octets) dans l’en-tête.
• Type de service (ToS, 8 bits) : permet de distinguer différentes qualités de service.
• Longueur totale (16 bits) : taille totale du datagramme en octets, en-tête comprise.
• Identification (16 bits) : numéro permettant d’identifier les fragments d’un même paquet.
• Indicateurs (Flags, 3 bits) :
  • Premier bit inutilisé.
  • DF (Don't Fragment) : si à 1, le paquet ne peut pas être fragmenté.
  • MF (More Fragments) : si à 1, indique que d’autres fragments suivent.
• Fragment offset (13 bits) : position du fragment dans le paquet initial, en mots de 8 octets.
• Durée de vie (TTL, 8 bits) : décrémentée à chaque saut de routeur, le paquet est abandonné si TTL = 0.
• Protocole (8 bits) : identifie le protocole de la couche supérieure (TCP=6, UDP=17, ICMP=1).
• Somme de contrôle de l’en-tête (16 bits) : permet de vérifier l’intégrité de l’en-tête.
• Adresse source (32 bits) : adresse IP de l’émetteur.
• Adresse destination (32 bits) : adresse IP du récepteur.
• Options (0 à 40 octets) : champ facultatif.
• Remplissage (Padding) : bits ajoutés pour que l’en-tête soit multiple de 32 bits, valeur 0.

Structure du datagramme IPv6

Le datagramme IPv6 présente une structure simplifiée et améliorée :

• Version : valeur fixe à 6.
• Classe de trafic : permet de différencier les services.
• Identificateur de flux : utilisé pour marquer un contexte particulier.
• Longueur de la charge utile : taille du paquet sans l’en-tête.
• En-tête suivant : identifie le prochain en-tête, similaire au champ Protocole d’IPv4.
• Nombre maximum de sauts (Nb_max_sauts) : décrémenté à chaque routeur traversé.
• Adresses source et destination : sur 128 bits chacune.

Points clés

• IPv6 répond à l’épuisement des adresses IPv4 en utilisant des adresses sur 128 bits.
• La simplification de l’en-tête IPv6 améliore la performance des routeurs.
• IPv6 supporte nativement le multicast et la mobilité des hôtes.
• Les adresses IPv6 se notent en format complet ou compressé, avec une seule compression possible par adresse.
• Le préfixe IPv6 est similaire au CIDR d’IPv4, indiquant la longueur du masque réseau.
• Le datagramme IPv4 est plus complexe avec de nombreux champs liés à la fragmentation et au contrôle.
• Le datagramme IPv6 simplifie certains champs et introduit des mécanismes pour la gestion des flux et des classes de trafic.