Chapter 66. Initiation au routage

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Revision $Revision: 1.4 $$Date: 2005/08/03 09:29:16 $

Table of Contents

Initiation au routage
Les principes du routage
Place à la pratique
Conclusion

Abstract

Initiation au routage statique

Initiation au routage

Comment, au travers d'un réseau étendu comme Internet, un ordinateur arrive-t-il à communiquer avec un autre situé à des kilomètres et dont il ne connaît à peu près rien si ce n'est son adresse IP ? Les réseaux de nombreux opérateurs publics et privés assurent une connexion physique entre les deux appareils. Mais ce n'est pas tout. Cela fonctionne parce que le protocole IP est routable. Les objectifs de cette série d'articles sont de vous présenter les principes du routage ainsi que la configuration des routeurs dans un réseau.

D'un point de vue utilisateur, nous considérons Internet comme sur la figure A : un immense et unique réseau. En réalité, Internet est composé d'un ensemble de réseaux reliés via des appareils particuliers : les routeurs (figure B).

Figure 66.1. Internet

Internet

Le protocole IP est capable de choisir un chemin (une route) suivant lequel les paquets de données seront relayés de proche en proche jusqu'au destinataire. A chaque relais sur la route correspond un routeur. L'ordinateur émetteur du paquet de données doit trouver le premier relais. Ensuite, chaque routeur est chargé de trouver le suivant. Enfin, le dernier routeur remet le paquet sur le réseau du destinataire. Le routage IP fonctionne de façon totalement décentralisée au niveau des appareils qui constituent le réseau. Aucun n'a une vision globale de la route que prendront les paquets de données.

Les principes du routage

Avant d'aborder la partie pratique, je vais vous présenter quelques explications théoriques qui me semblent un préalable indispensable à une compréhension précise du routage. Je vais essayer de ne pas être trop long. Le routage IP repose sur quatre principes :

Une adresse IP est structurée

Chaque interface réseau d'un appareil possède une adresse IP unique dans tout le réseau global. Cette adresse est structurée en deux partie : la première partie (ou préfixe) donne le numéro du réseau. La seconde partie (ou suffixe) donne le numéro de l'interface dans ce réseau. Un masque est associé à cette adresse et permet au logiciel IP de déterminer le préfixe réseau d'une adresse en calculant un ET logique avec le masque. Exemple :Interface : eth0 Adresse IP : 192.168.2.254 Masque réseau : 255.255.255.0

192.168.2.1 ET 255.255.255.0 donne le préfixe réseau de l'adresse soit : 192.168.2.0

Si vous ne vous sentez pas à l'aise avec ces notions, inutile d'aller plus loin : je vous renvoie vers les précédents numéros de Linux magazine qui ont déjà traité ce point.

Les paquets de données comportent l'adresse IP de l'émetteur et du destinataire

Lors de l'émission, le protocole découpe les données en petits paquets (souvent appelés datagrammes IP). Ces paquets ont tous la même structure :

Figure 66.2. Datagramme

Datagramme

C'est l'en-tête qui contient, entre autre, les adresses de l'émetteur et du destinataire. Un appareil chargé du routage analysera l'adresse du destinataire afin d'aiguiller le paquet vers le prochain routeur menant à sa destination.

Chaque appareil possède une table de routage gérée par le logiciel IP

Une table de routage est une liste contenant essentiellement trois types d'information : des adresses réseau avec le masque réseau associé et le moyen de les atteindre. Soit le réseau est directement connecté à l'appareil, dans ce cas le moyen de l'atteindre est le nom de l'interface, soit, il s'agit de l'adresse du prochain routeur situé sur la route vers ce réseau. Par exemple, considérons sur un appareil quelconque, sa table de routage :

RéseauMasqueMoyen de l'atteindre
192.168.2.0255.255.255.0eth0
100.0.0.0255.0.0.0eth1
101.0.0.0255.0.0.0eth2
192.168.1.0255.255.255.0100.0.0.1
192.168.3.0255.255.255.0101.0.0.2

Cette table est riche d'enseignements. On apprend très précisemment que l'appareil possède trois interfaces réseau (eth0, eth1, eth2) ainsi que les adresses IP des réseaux qui sont directement reliés à ces interfaces. On connaît les adresses IP de deux routeurs. On sait qu'il existe deux réseaux 192.168.1.0 et 192.168.3.0 et qu'ils sont respectivement derrière les routeurs 100.0.0.1 et 101.0.0.2. Par contre, il est impossible d'affirmer que ces deux réseaux sont directement reliés à ces routeurs. Pour résumer, on peut dresser le schéma suivant :

Figure 66.3. Topologie 1

Topologie 1

Quelques observations complémentaires :

  1. - étant donné que l'appareil observé possède trois interfaces, c'est très probablement un routeur. Cependant, notez que tout appareil fonctionnant sous TCP/IP possède une table de routage (qu'il soit routeur ou non);

  2. - pour que le routage fonctionne, il est impératif que toutes les interfaces réseau possédant le même préfixe réseau soient reliées au même réseau physique.

Tous les appareils sous IP exécutent le même algorithme

Lors de l'émission d'un paquet de données, le logiciel IP recherche une correspondance dans la table en appliquant le masque réseau de chaque ligne avec l'adresse IP de destination du paquet. Notez qu'il parcourt la table dans l'ordre décroissant des masques afin de garantir le best match (la correspondance la plus précise entre l'adresse dans la table et l'adresse de destination).

Au total, seules quatre possibilités sont imaginables :

  • ce préfixe correspond à celui d'un réseau directement connecté : il y a remise directe du paquet sur le réseau et le routage est terminé.

  • ce préfixe correspond à celui d'un réseau accessible via un routeur : on récupère l'adresse physique de ce routeur et on lui transmet le paquet. Notez que l'adresse IP de l'émetteur reste inchangée.

  • ce préfixe n'a pas de correspondance dans la table mais il existe un routeur par défaut dans la table : on transmet au routeur par défaut.

  • si aucun des trois cas précédents n'est rempli, on déclare une erreur de routage.

Si tous les appareils exécutent le même algorithme de routage, alors qu'est-ce qui différencie un simple ordinateur d'un routeur ? Un élément fondamental : un routeur est en mesure de relayer des paquets reçus et dont il n'est pas l'émetteur.

Place à la pratique

Voilà, vous savez tout sur les aspects théoriques. Une mise en pratique est maintenant indispensable. Je vous propose de travailler avec le routeur logiciel GNU Zebra. C'est, à mon sens, un excellent logiciel, pour les raisons suivantes :

  • c'est un logiciel libre sous licence GNU ;

  • il propose une interface de configuration interactive accessible via telnet ;

  • il fonctionne selon une philosophie et un langage de configuration proche de routeurs répandus dans les entreprises (ce qui permet d'avoir accès à une bonne bibliographie);

  • il supporte les principaux protocoles de routage (nous développerons ce point dans la deuxième partie de cet article);

  • il fonctionne avec Ipv6.

Les manipulations présentées ci-après ont été réalisées avec Zebra 0.91a sous une Redhat 7.2. Ce logiciel est prévu pour fonctionner sous Linux (noyau 2.0.37 et suivants) et BSD. Une version pour Hurd est prévue.

Je vous propose de travailler avec la maquette suivante :

Figure 66.4. Topologie pratique

Topologie pratique

Ce réseau est composé de 3 routeurs (R1, R2 et R3) et de trois stations (S1, S2, S3). Je suppose que toutes les interfaces réseau sont actives et correctement configurées. Les masques réseau à utiliser sont les masques par défaut de la classe d'adresse (255.0.0.0 pour les adresses commençant par 100 et 101 et 255.255.255.0 pour les adresses commençant par 192).

Mise en place des routeurs

Zebra doit être installé sur chaque ordinateur qui fera office de routeur. Vous pouvez vous procurer des paquetages d'installation ou bien compiler le logiciel à partir des fichiers sources. Dans ce cas, l'installation se fait par les habituels ./configure ; make ; make install . Cette phase produit plusieurs exécutables (un par protocole de routage) mais nous n'utiliserons pour l'instant que zebra. En principe, les exécutables ont été copiés dans /usr/local/bin et les fichiers de configuration dans /usr/local/etc (ils portent le même nom que l'exécutable avec l'extension .conf). Suivant la méthode d'installation, ils pourront être situés ailleurs, ce n'est pas un problème. Pour une aide plus détaillée, reportez-vous sur mon site, vous y trouverez une traduction française du manuel.

Avant de charger le démon de routage, sur chaque routeur créez un fichier /usr/local/etc/zebra.conf. Insérez les deux lignes suivantes :hostname Rx(Zebra) ! remplacez le x par le numéro du routeurpassword foo

A la place de foo, indiquez le mot de passe que vous souhaitez saisir lorsque vous vous connecterez au routeur via telnet. Maintenant, vous pouvez lancer le démon de routage avec la commande zebra -d afin qu'il s'exécute en tâche de fond.

Configuration des stations

Plaçons-nous dans le shell de S1 et observons la configuration des interfaces :

S1 # ifconfigeth0 Lien encap:Ethernet HWaddr 00:50:56:40:40:98
inet adr:192.168.1.1 Bcast:192.168.1.255 Masque:255.255.255.0
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RXpackets:89 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0*
TX packets:58 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 lg file transmission:100
RX bytes:6771 (6.6 Kb) TX bytes:3357 (3.2 Kb)
Interruption:10 Adresse de base:0x1080

lo Lien encap:Boucle locale
inet adr:127.0.0.1 Masque:255.0.0.0
UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1
RX packets:77 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:77 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 lg file transmission:0
RX bytes:4758 (4.6 Kb) TX bytes:4758 (4.6 Kb)

Cet appareil dispose d'une interface Ethernet active nommée eth0 ainsi que de l'interface de bouclage logiciel lo. Toute machine fonctionnant avec IP possède cette interface.

Je vous ai dit tout à l'heure que tout appareil fonctionnant sous IP disposait d'une table de routage. Listons le contenu de cette table sur S1 :

 S1 # route 
          
DestinationPasserelleGenmaskIndicMetricRefUseIface
192.168.1.0*255.255.255.0U000eth0
127.0.0.0*255.0.0.0U000lo

A partir des adresses IP des interfaces de l'ordinateur, le logiciel IP en a déduit cette table de routage élémentaire. Pour lui, toutes les machines qui disposent d'une adresse commençant par 192.168.1.0 sont forcément sur le réseau physique connecté à l'interface eth0.

Conclusion, si je tente un ping vers une adresse de ce réseau (et si une machine possède cette adresse), j'obtiens une réponse. Essayons entre S1 et R1 qui font partie du même réseau :

S1 # ping 192.168.1.254 
PING 192.168.1.254 (192.168.1.254) from 192.168.1.1 : 56(84) bytes of data. 
64 bytes from 192.168.1.254: icmp_seq=0 ttl=255 time=23.411 msec 
Warning: time of day goes back, taking countermeasures. 
64 bytes from 192.168.1.254: icmp_seq=1 ttl=255 time=2.308 msec 
--- 192.168.1.254 ping statistics --- 
2 packets transmitted, 2 packets received, 0% packet loss 
round-trip min/avg/max/mdev = 2.308/12.859/23.411/10.552 ms 

Je cherche à contacter un appareil dont l'adresse commence par 192.168.1.0. Cette adresse figure dans la table routage, donc tout va bien.

Essayons maintenant de contacter l'interface eth1 de R1 :

S1 # ping 100.0.0.1 connect: Network is unreachable 

La sanction est immédiate. En clair, votre système d'exploitation favori vous répond : "désolé, mais je n'ai absolument aucune idée de la façon dont je pourrais bien atteindre le réseau 100.0.0.0".

Pour résoudre ce problème, il faut que je renseigne ma table de routage et que j'indique comment atteindre le réseau 100.0.0.0. Sur le schéma, c'est très clair. Pour aller sur ce réseau, il faut passer par R1. Comme S1 ne peut joindre pour l'instant que les appareils dont l'adresse commence par 192.168.1.0, j'indiquerai comme moyen d'atteindre le réseau, l'adresse 192.168.1.254 qui est l'adresse IP de l'interface du routeur qui se situe sur le réseau de S1.Pour réaliser cette configuration, tapons la commande :

S1 # route add -net 100.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 192.168.1.254 

Félicitations ! Vous venez de saisir votre première commande de configuration de routage. Elle signifie que le réseau 100.0.0.0/8 (masque réseau sur 8 bits) est situé derrière le routeur (gw = gateway) d'adresse 192.168.1.254.Vous pouvez le tester, cette configuration fonctionne pour le réseau 100.0.0.0 mais si l'on généralise, il faudrait saisir pour tous les réseaux que l'on cherche à contacter, une commande identique ! Observez bien le schéma. R1 est le seul routeur directement accessible par S1. Quel que soit le réseau que S1 cherche à contacter, il ne peut être que derrière R1. Par conséquent, il existe une commande qui permet d'indiquer une route par défaut :

S1 # route add default gw 192.168.1.254 

Listons le contenu de la table de routage :

s1 # route Table de routage IP du noyau 
DestinationPasserelleGenmaskIndicMetricRefUseIface
192.168.1.0*255.255.255.0U000eth0
127.0.0.0*255.0.0.0U000lo
100.0.0.0192.168.1.254255.0.0.0U000eth0
default192.168.1.2540.0.0.0UG000eth0

La ligne commençant par 100.0.0.0 est devenue inutile. Supprimons la :

S1 # route del -net 100.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 192.168.1.254 

La plupart du temps, il n'existe qu'un seul routeur pour sortir d'un réseau d'extrémité. On configure alors sur chaque station l'adresse IP de ce routeur par défaut. Le logiciel IP crée une entrée dans sa table de routage identique à celle que nous venons d'observer. Vous devrez donc, sur chaque station de notre réseau définir l'adresse de son routeur par défaut, soit en tapant une commande route, soit en modifiant les fichiers de configuration des cartes réseau et en redémarrant.

Revenons sur S1 et testons notre configuration. Contactons à nouveau l'interface 100.0.0.1 du routeur R1 :

S1 # ping 100.0.0.1 PING 100.0.0.1 (100.0.0.1) from 192.168.1.1 : 
56(84) bytes of data. Warning: time of day goes back, taking countermeasures. 
64 bytes from 100.0.0.1: icmp_seq=0 ttl=255 time=3.746 msec 
64 bytes from 100.0.0.1: icmp_seq=1 ttl=255 time=1.812 msec 

--- 100.0.0.1 ping statistics --- 
2 packets transmitted, 2 packets received, 0% packet 
loss round-trip min/avg/max/mdev = 1.812/2.779/3.746/0.967 ms 

Parfait ça marche ! Je devrais donc pouvoir également contacter R2 puisqu'il est lui aussi dans le réseau 100.0.0.0 :

S1 # ping 100.0.0.2 PING 100.0.0.2 (100.0.0.2) from 192.168.1.1 : 
56(84) bytes of data. (il ne se passe rien, donc CTRL-C) 

---  100.0.0.2 ping statistics --- 
10 packets transmitted, 
0 packets received, 100% packet loss 

Eh bien, ce n'est pas brillant. Certes, S1 n'indique plus de message d'erreur mais les paquets transmis ne sont jamais retournés. Vous vous doutez qu'il existe une solution. Profitons-en, c'est l'occasion de vous donner quelques éléments pour repérer un problème de routage.

Configuration des routeurs

Puisque le routage est une chaîne, il faut suivre les paquets dans chaque maillon afin de trouver l'origine du problème. Nous savons que l'interface eth1 du routeur R1 reçoit les paquets puisqu'elle nous les retourne. Donc, le problème vient de R2. Positionnons-nous dans le shell de R2, la commande tcpdump va nous aider à observer ce qu'il se passe sur son interface eth1 :

R2 # tcpdump -nt -i eth1 tcpdump: listening on eth1 192.168.1.1 > 
100.0.0.2: icmp: echo request (DF) 192.168.1.1 > 
100.0.0.2: icmp: echo request (DF) 

Oui, elle reçoit les paquets... mais elle n'en retourne aucun. Vous l'avez compris : comme pour S1 tout à l'heure, R2 n'a aucune idée de l'endroit où se trouve le réseau de l'émetteur des paquets (192.168.1.0) puisque celui-ci n'est pas directement connecté. Il faut donc configurer sa table de routage. Pour ce faire, nous allons cette fois travailler avec Zebra. Zebra possède une interface telnet sur le port 2601. Dans le shell de R2, tapez :

R2 # telnet localhost 2601 Trying 127.0.0.1... 
Connected to localhost. 
Escape character is '^]'. Hello, this is zebra (version 0.91a). 
Copyright 1996-2001 Kunihiro Ishiguro. User Access Verification Password: 

Tapez le mot de passe que vous avez saisi dans le fichier zebra.conf , vous arrivez dans le mode de visualisation de la configuration du routeur. Ensuite, passez en mode de configuration (mode privilégié appelé mode enable dans le logiciel) :

R2(Zebra)> enable 

Pour vous repérer dans Zebra, observez bien le prompt, il vous indique dans quel mode vous vous trouvez (par exemple, le # indique que vous êtes en mode privilégié). Ensuite, dans l'interpréteur de commande, vous pouvez saisir à tout moment un ? pour obtenir la liste contextuelle des commandes. Enfin, lorsque vous appuyez sur la touche tabulation, Zebra complète la commande en cours de saisie.

Observons la table de routage gérée par Zebra :

R2(Zebra)# show ip route 
Codes: K - kernel route, C - connected, S - static, 
       R - RIP, O - OSPF, B - BGP, > - selected route, 
       * - FIB route 
C>* 100.0.0.0/8 is directly connected, eth1 
C>* 101.0.0.0/8 is directly connected, eth2 
C>* 127.0.0.0/8 is directly connected, lo 
C>* 192.168.2.0/24 is directly connected, eth0 

Nous ne voyons aucune trace du réseau 192.168.1.0. C'est pour cela que R2 ne peut retourner les paquets ICMP à S1. Bien sûr, Zebra permet d'ajouter une route. Passons en mode « terminal de configuration » :

R2(Zebra)# configure terminal 

Puis ajoutons la route :

R2(Zebra)(config)# ip route 192.168.1.0/24 100.0.0.1 

Revenons au mode enable et listons à nouveau la table :

R2(Zebra)(config)# end 
R2(Zebra)# show ip route 
Codes: K - kernel route, C - connected, S - static, 
       R - RIP, O - OSPF, B - BGP, > - selected route, 
       * - FIB route 
C>* 100.0.0.0/8 is directly connected, eth1 
C>* 101.0.0.0/8 is directly connected, eth2 
C>* 127.0.0.0/8 is directly connected, lo 
S>* 192.168.1.0/24 [1/0] via 100.0.0.1, eth1 
C>* 192.168.2.0/24 is directly connected, eth0 

Une route statique (notée S) est apparue (vous apprendrez dans le prochain article comment configurer une route dynamique ainsi que la signification des nombres entre crochets [1/0]).

Un ping 100.0.0.2 depuis S1 passe désormais sans problème. Si l'on reprend le schéma du réseau, vous vous doutez que des manipulations similaires sont à réaliser pour le réseau de S3. Il faut donc ajouter une route vers 192.168.3.0/24. Vous connaissez maintenant les commandes :

R2(Zebra)# configure terminal 
R2(Zebra)(config)# ip route 192.168.3.0/24 101.0.0.2 
R2(Zebra)(config)# end 

Visionnons la configuration en mémoire de Zebra :

R2(Zebra)# show running-config 

Current configuration: 
! 
hostname R2(Zebra) 
password foo 
!
interface lo 
!
interface eth0 
!
interface eth1 
!
interface eth2 
!
ip route 192.168.1.0/24 100.0.0.1 
ip route 192.168.3.0/24 101.0.0.2 
!
line vty 
!
end

Afin qu'à chaque démarrage de Zebra les routes statiques soient prises en compte, il faut enregistrer cette configuration « mémoire » vers le fichier zebra.conf :

R2(Zebra)# copy running-config startup-config 
Configuration saved to /etc/zebra/zebra.conf 

Bien, nous avons presque fini. Quelques routes sont à créer sur R1 et R3 pour que le routage sur notre réseau soit complet.

Une erreur à éviter

Sur R1, il faut créer une route vers 192.168.3.0. Une erreur fréquente consiste à créer la route suivante :

           R1(Zebra)(config)# ip route 192.168.3.0/24 101.0.0.2 

Ce qui signifie : le réseau 192.168.3.0/24 est situé derrière le routeur R3. Bien sûr, cette phrase est juste, mais souvenez-vous de ce que nous disions en introduction : le routage fonctionne de proche en proche. Ainsi, comme nous sommes sur R1, il suffit d'indiquer que le routeur nous permettant d'atteindre le réseau de S3 est R2 et non R3.

Configuration de R1

Ceci étant dit, voici la configuration de R1 :

R1(Zebra)# show running-config 
Current configuration: 
!
hostname 
R1(Zebra) password foo 
!
interface lo 
!
interface eth0 
!
interface eth1 
! 
ip route 101.0.0.0/8 100.0.0.2 
ip route 192.168.2.0/24 100.0.0.2 
ip route 192.168.3.0/24 100.0.0.2 
! 
line vty 
! 
end 
Configuration de R3

Avant de lire ci-dessous, essayez de déterminer la configuration de R3. Elle est très proche de celle de R1.


R3(Zebra)# show running-config 

Current configuration: 
! 
hostname 
R3(Zebra) password foo 
! 
interface lo 
! 
interface eth0 
! 
interface eth1 
! 
ip route 100.0.0.0/8 101.0.0.1 
ip route 192.168.1.0/24 101.0.0.1 
ip route 192.168.2.0/24 101.0.0.1 
! 
line vty 
! 
end 

Ouf ! Voilà, c'est fini. Vous devez pouvoir réaliser des ping de n'importe quelle machine vers n'importe quelle autre.

Conclusion

La configuration des routeurs peut vous sembler fastidieuse, voire impossible si le réseau comporte beaucoup de routeurs et que sa topologie évolue fréquemment. Il faudrait sans cesse reconfigurer les routeurs. Heureusement, le monde est bien fait : il existe des protocoles qui permettent aux routeurs de s'échanger les informations de routage dont ils disposent afin que les tables s'adaptent aux évolutions du réseau comme le protocole RIP par exemple.