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| Revision 1.0 | Septembre 2007 |
Abstract
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hosts/etc/inittabList of Figures
List of Examples
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Abstract
Le document présente la suite de protocoles TCP/IP.
Ce document sert d'introduction à l'ensemble des cours et TP sur les différents protocoles
TCP/IP est l'abréviation de Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Ce protocole a été développé, en environnement UNIX, à la fin des années 1970 à l'issue d'un projet de recherche sur les interconnexions de réseaux mené par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dépendant du DoD (Department of Defense) Américain.
TCP/IP ,devenu standard de fait, est actuellement la famille de protocoles réseaux qui gère le routage la plus répandue sur les systèmes informatiques (Unix/Linux, Windows, Netware...) et surtout, c'est le protocole de l'Internet.
Plusieurs facteurs ont contribué à sa popularité :
Maturité, Ouverture, Absence de propriétaire, Richesse (il fournit un vaste ensemble de fonctionnalités), Compatibilité (différents systèmes d'exploitation et différentes architectures matérielles), et le développement important d'Internet.
La famille des protocoles TCP/IP est appelée protocoles Internet, et a donné son nom au réseau du même nom. Leurs spécifications sont définies dans des documents du domaine public appelés RFC (Request For Comments - Appels à commentaires). Ils sont produits par l'IETF ( Internet Engineering Task Force) au sein de l'IAB (Internet Architecture Board).
La RFC 826, par exemple, définit le protocole ARP.
Bien que le protocole TCP/IP ait été développé bien avant que le modèle OSI apparaisse, ils ne sont pas totalement incompatibles. L'architecture OSI est définie plus rigoureusement, mais ils disposent tous deux d'une architecture en couches.
Les protocoles TCP et IP ne sont que deux des membres de la suite de protocoles TCP/IP qui constituent le modèle DOD (modèle en 4 couches). Chaque couche du modèle TCP/IP correspond à une ou plusieurs couches du modèle OSI (Open Systems Interconnection) défini par l'ISO (International Standards Organization) :
Des relations étroites peuvent être établies entre la couche réseau et IP, et la couche transport et TCP.
TCP/IP peut utiliser une grande variété de protocoles en couche de niveau inférieur, notamment X.25, Ethernet et Token Ring. En fait, TCP/IP a été explicitement conçu sans spécification de couche physique ou de liaison de données car le but était de faire un protocole adaptable à la plupart des supports.
Les protocoles TCP/IP se situent dans un modèle souvent nommé "famille de protocoles TCP/IP".
Les protocoles TCP et IP ne sont que deux des membres de la suite de protocoles IP.
IP est un protocole qui se charge de l'acheminement des paquets pour tous les autres protocoles de la famille TCP/IP. Il fournit un système de remise de données optimisé sans connexion. Le terme « optimisé » souligne le fait qu'il ne garantit pas que les paquets transportés parviennent à leur destination, ni qu'ils soient reçus dans leur ordre d'envoi. La fonctionnalité de somme de contrôle du protocole ne confirme que l'intégrité de l'en-tête IP. Ainsi, seuls les protocoles de niveau supérieur sont responsables des données contenues dans les paquets IP (et de leur ordre de réception).
Le protocole IP travaille en mode non connecté, c'est-à-dire que les paquets émis par le niveau 3 sont acheminés de manière autonome (datagrammes), sans garantie de livraison.
Le datagramme correspond au format de paquet défini par le protocole Internet. Les cinq ou six (sixième facultatif) premier mots de 32 bits représentent les informations de contrôle appelées en-tête.
La longueur théorique maximale d'un datagramme IP est de 65535 octets. En pratique la taille maximale du datagramme est limitée par la longueur maximale des trames transportées sur le réseau physique. La fragmentation du datagramme (définie dans le 2ème mot de 32 bits) devient alors nécessaire dès que sa taille ne lui permet plus d'être directement transporté dans une seule trame physique. Les modules internet des équipements prennent en charge le découpage et le réassemblage des datagrammes.
Le protocole Internet transmet le datagramme en utilisant l'adresse de destination contenue dans le cinquième mot de l'en-tête. L'adresse de destination est une adresse IP standard de 32 bits permettant d'identifier le réseau de destination et la machine hôte connectée à ce réseau.
Dans un réseau TCP/IP, on assigne généralement une adresse IP à chaque hôte. Le terme d'hôte est pris dans son sens large, c'est à dire un "noeud de réseau". Une imprimante, un routeur, un serveur, un poste de travail sont des noeuds qui peuvent avoir également un nom d'hôte, s'ils ont une adresse IP.
TCP est probablement le protocole IP de niveau supérieur le plus répandu. TCP fournit un service sécurisé de remise des paquets. TCP fournit un protocole fiable, orienté connexion, au-dessus d'IP (ou encapsulé à l'intérieur d'IP). TCP garantit l'ordre et la remise des paquets, il vérifie l'intégrité de l'en-tête des paquets et des données qu'ils contiennent. TCP est responsable de la retransmission des paquets altérés ou perdus par le réseau lors de leur transmission. Cette fiabilité fait de TCP/IP un protocole bien adapté pour la transmission de données basée sur la session, les applications client-serveur et les services critiques tels que le courrier électronique.
La fiabilité de TCP a son prix. Les en-têtes TCP requièrent l'utilisation de bits supplémentaires pour effectuer correctement la mise en séquence des informations, ainsi qu'un total de contrôle obligatoire pour assurer la fiabilité non seulement de l'en-tête TCP, mais aussi des données contenues dans le paquet. Pour garantir la réussite de la livraison des données, ce protocole exige également que le destinataire accuse réception des données.
Ces accusés de réception (ACK) génèrent une activité réseau supplémentaire qui diminue le débit de la transmission des données au profit de la fiabilité. Pour limiter l'impact de cette contrainte sur la performance, la plupart des hôtes n'envoient un accusé de réception que pour un segment sur deux ou lorsque le délai imparti pour un ACK expire.
Sur une connexion TCP entre deux machines du réseau, les messages (ou paquets TCP) sont acquittés et délivrés en séquence.
UDP est un complément du protocole TCP qui
offre un service de datagrammes sans
connexion qui ne garantit ni la remise ni l'ordre des paquets
délivrés. Les sommes de contrôle des données sont facultatives dans le
protocole UDP. Ceci permet d'échanger des données sur des réseaux à
fiabilité élevée sans utiliser inutilement des ressources réseau ou du
temps de traitement. Les messages (ou paquets UDP) sont transmis de
manière autonome (sans garantie de livraison.).
Le protocole UDP prend également en charge l'envoi de données d'un unique expéditeur vers plusieurs destinataires.
Ex: TFTP(trivial FTP) s'appuie sur UDP, DHCP également, Windows utilise UDP pour les Broadcast en TCP-IP
ICMP est un protocole de
maintenance utilisé pour les tests et les diagnostics, qui
véhicule des messages de contrôle. Il permet à deux systèmes d'un réseau
IP de partager des informations d'état et d'erreur.
La commande ping utilise les paquets ICMP de demande d'écho et de réponse à un écho afin de déterminer si un système IP donné d'un réseau fonctionne. C'est pourquoi l'utilitaire ping est utilisé pour diagnostiquer les défaillances au niveau d'un réseau IP ou des routeurs.
RIP est un protocole de routage dynamique qui permet l'échange d'informations de routage sur un inter-réseau. Chaque routeur fonctionnant avec RIP échange les identificateurs des réseaux qu'il peut atteindre, ainsi que la distance qui le sépare de ce réseau (nb de sauts=nb de routeurs à traverser). Ainsi chacun dispose de la liste des réseaux et peut proposer le meilleur chemin.
Le protocole ARP permet de déterminer l'adresse physique (ou MAC) d'un noeud à partir de son adresse IP en effectuant une diffusion du type "qui est X2.X2.X2.X2 ? "
Pour désigner les informations transmises et leur enveloppe, selon le niveau concerné, on parle de message(ou de flux) entre applications, de datagramme (ou segment) au niveau TCP, de paquet au niveau IP, et enfin, de trames au niveau de l'interface réseau (Ethernet ou Token Ring).
Les protocoles du niveau application les plus connus sont :
HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) permet l'accès aux documents HTML et le transfert de fichiers depuis un site WWW
FTP (File Transfer Protocol) pour le transfert de fichiers s'appuie sur TCP et établit une connexion sur un serveur FTP
Telnet pour la connexion à distance en émulation terminal, à un hôte Unix/Linux.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) pour la messagerie électronique (UDP et TCP)
SNMP (Simple Network Management Protocol) pour l'administration du réseau
NFS (Network File System) pour le partage des fichiers Unix/Linux.
Les applications réseaux fonctionnent sur le modèle client/serveur. Sur la machine serveur un processus serveur (daemon) traite les requêtes des clients. Client et serveur dialoguent en échangeant des messages qui contiennent des requêtes et des réponses.
Prenons par exemple telnet.
Une fois le datagramme transmis à l'hôte destinataire, il doit parvenir à l'utilisateur (si le système est multi-utilisateur) et à l'application visée (si le système est multi-tâches).
sur la machine cliente, l'utilisateur (usager ou programme) effectue une requête vers une machine IP serveur sur le réseau. (par exemple telnet host ou ftp host ). Cela se traduit par la réservation d'un port de sortie TCP ou UDP et l'envoi d'un paquet IP à la machine serveur. Ce paquet contient un message TCP ou UDP avec un numéro de port correspondant à l'application demandée sur le serveur.
sur le serveur, la requête est réceptionnée par le pilote IP, aiguillée vers TCP ou UDP puis vers le port demandé. Le processus serveur correspondant est à l'écoute des appels sur ce port (par ex: le daemon telnetd traite les requêtes telnet, le daemon ftpd traite les requêtes ftp).
processus client et processus serveur échangent ensuite des messages.
Des numéros de port (entre 0 et 1023) sont réservés pour les applications « standards : les ports « bien connus » (Well Known Ports), ils ont été assignés par l'IANA. Sur la plupart des systèmes ils peuvent être seulement employés par des processus du système (ou root) ou par des programmes exécutés par les utilisateurs privilégiés (liste complète : http://www.iana.org/assignments/port-numbers ou dans le fichier /etc/services y compris sous Windows).
D'autres numéros de port sont disponibles pour les applications développées par les utilisateurs (1024 à 65535).
On identifie le protocole de communication entre applications par un numéro de protocole etl'application par un numéro de port.
Par exemple, les serveurs HTTP dialoguent de manière traditionnelle par le port 80 :
http ://www.sncf.com/index.htm <=> http :// www.sncf.com:80/index.htm
Les numéros de protocole et de port sont inclus dans le datagramme.
Une fois la connexion établie entre le client et le serveur, ceux-ci peuvent s'échanger des informations selon un protocole défini selon l'applicatif. Le client soumet des requêtes auxquelles répondra le serveur.
Ce mode de communication s'appuie sur la couche "socket". Cette couche est une interface entre la couche présentation et transport. Elle permet la mise en place du canal de communication entre le client et le serveur. On peut schématiquement dire qu'un socket fournit un ensemble de fonctions. Ces fonctions permettent à une application client/serveur d'établir un canal de communication entre 2 ou plusieurs machines, qui utilisent un protocole de transport (TCP ou UDP) et un port de communication.
Service réseau | N° de Port | Type | Commentaire |
ICMP | 7 | TCP/UDP | Commandes Ping |
Netstat | 15 | TCP/UDP | Etat du réseau |
FTP | 21 | TCP | Transfert de fichiers |
SSH | 22 | TCP/UDP | SSH Remote Login Protocol |
Telnet | 23 | TCP | Connexion via terminal réseau |
SMTP | 25 | TCP | Envoi de courrier |
DNS | 53 | TCP/UDP | Serveurs de noms de domaine |
HTTP | 80 | TCP | Serveur Web |
Pop3 | 110 | TCP | Réception de courrier |
nntp | 119 | TCP | Service de news |
ntp | 123 | UDP | Protocole temps réseau |
nbname | 137 | TCP/UDP | Service de Nom Netbios |
netbios-ssn | 139 | TCP/UDP | Service de Session Netbios |
imap | 143 | TCP/UDP | Protocole d'accès messagerie Internet |
SNMP | 161 | UDP | Administration de réseau |
Abstract
Le document présente l'adressage IP sur un réseau local et en environnement routé
Ce document sert d'introduction à l'ensemble des cours et TP sur les différents protocoles
Mots clés : Adresse physique (MAC), Adresse IP, masque, sous-réseau, sur-réseau, CIDR
Deux cartes réseaux qui communiquent s'échangent des messages (suite de bits) appelés trames (frame). Tous les postes connectés au même câble reçoivent le message, mais seul celui à qui il est destiné le lit.
Comment sait-il que cette trame lui est adressée ?
Car il reconnaît l'adresse de destination, contenue dans la trame comme étant la sienne.
Comment sait il qui lui a envoyé la trame ?
Car la trame contient aussi l'adresse de l'émetteur.
Au niveau de la couche liaison, les noeuds utilisent une adresse dite « physique » pour communiquer. L'adresse correspond à l'adresse de la carte réseau. On parle d'adresse physique, d'adresse MAC (Medium Access Control) ou d'adresse de couche 2 (référence au modèle OSI).
Cette adresse est identique pour les réseaux Ethernet, Token Ring et FDDI. Sa longueur est de 48 bits soit six octets (par exemple : 08-00-14-57-69-69) définie par le constructeur de la carte. Une adresse universelle sur 3 octets est attribuée par l'IEEE à chaque constructeur de matériel réseau. Sur les réseaux CCITT X.25, c'est la norme X.121 qui est utilisée pour les adresses physiques, qui consistent en un nombre de 14 chiffres.
L'adresse MAC identifie de manière unique un noeud dans le monde. Elle est physiquement liée au matériel (écrite sur la PROM), c'est à dire à la carte réseau.
L'adresse d'une carte réseau correspond à l'adresse d'un poste et d'un seul. Or les postes sont généralement regroupés en réseau.
Comment identifier le réseau auquel appartient le poste ?
Il faut une adresse logique qui soit indépendante de l'adresse physique.
C'est ce que propose le protocole IP et le protocole IPX.
Pourquoi identifier le réseau ?
Pour permettre à 2 postes qui ne sont pas connectés au même réseau de communiquer.
Cela est impossible avec une adresse MAC, il faut une adresse de niveau supérieur, comme nous le verrons un peu plus loin et surtout avec le routage IP.
Le message véhiculé par la trame va contenir une autre adresse destinataire dont un des objectifs sera de définir le réseau destinataire du message. On appelle le message contenu dans une trame un paquet.
Ce qu'il nous faut savoir à ce stade, c'est qu'une machine sait que le paquet n'est pas destiné au réseau si l'adresse réseau de destination est différente de la sienne, dans ce cas elle envoie le paquet à une machine spéciale (la passerelle ou routeur) dont le rôle est d'acheminer les paquets qui sortent du réseau.
Cette adresse dite logique du noeud (car elle est attribuée par logiciel à un hôte, plus précisément à une carte réseau) contenue dans le paquet est l'adresse IP, est définie indépendamment de toute topologie d'ordinateur ou de réseau. Son format reste identique quel que soit le support utilisé.
Les machines (hôtes) d'un réseau TCP/IP sont identifiées par leur adresse IP.
Toute machine sur un réseau IP a donc 2 adresses, une adresse MAC et une adresse IP.
Les processus de niveaux supérieurs utilisent toujours l'adresse IP et donc lorsqu'un processus communique avec un autre processus, il lui envoie un message dont l'adresse destinataire est une adresse IP, mais pour pouvoir atteindre la carte réseau du destinataire, il faut connaître son adresse MAC. Le rôle du protocole ARP (Adress Resolution Protocol) est d'assurer la correspondance entre l'adresse IP et l'adresse MAC.
Les réseaux connectés au réseau Internet mondial doivent obtenir un identificateur de réseau officiel auprès du bureau de l'Icann de l'Inter-NIC (Network Information Center) afin que soit garantie l'unicité des identificateurs de réseau IP sur toute la planète. Une adresse est attribuée au réseau privé dont l'administrateur en fait la demande auprès du NIC (http://www.nic.fr).
Après réception de l'identificateur de réseau, l'administrateur de réseau local doit attribuer des identificateurs d'hôte uniques aux ordinateurs connectés au réseau local. Les réseaux privés qui ne sont pas connectés à Internet peuvent parfaitement utiliser leur propre identificateur de réseau. Toutefois, l'obtention d'un identificateur de réseau valide de la part du centre InterNIC leur permet de se connecter ultérieurement à Internet sans avoir à changer les adresses des équipements en place.
Chaque noeud (interface réseau) relié à l'Internet doit posséder une adresse IP unique.
Les adresses IP sont des nombres de 32 bits qui contiennent 2 champs :
Un identificateur de réseau (NET-ID): tous les systèmes du même réseau physique doivent posséder le même identificateur de réseau, lequel doit être unique sur l'ensemble des réseaux gérés.
Un identificateur d'hôte (HOST-ID): un noeud sur un réseau TCP/IP est appelé hôte, il identifie une station de travail, un serveur, un routeur ou tout autre périphérique TCP/IP au sein du réseau.
La concaténation de ces deux champs constitue une adresse IP unique sur le réseau.
Pour éviter d'avoir à manipuler des nombres binaires trop longs, les adresses 32 bits sont divisées en 4 octets. Ce format est appelé la notation décimale pointée, cette notation consiste à découper une adresse en quatre blocs de huit bits. Chaque bloc est ensuite converti en un nombre décimal.
Chacun des octets peut être représenté par un nombre de 0 à 255.
Ex : 130.150.0.1
Exemple :
L'adresse IP 10010110110010000000101000000001 est d'abord découpée en quatre blocs :
10010110.11001000.00001010.00000001 puis, chaque bloc est converti en un nombre décimal pour obtenir finalement 150.200.10.1
= >4 nombres entiers (entre 0 et 255) séparés par des points.
= >4 octets
L'écriture avec les points est une convention, le codage en machine est binaire.
La communauté Internet a défini trois classes d'adresses appropriées à des réseaux de différentes tailles. Il y a, a priori, peu de réseaux de grande taille (classe A), il y a plus de réseaux de taille moyenne (classe B) et beaucoup de réseaux de petite taille (classe C). La taille du réseau est exprimée en nombre d'hôtes potentiellement connectés.
Le premier octet d'une adresse IP permet de déterminer la classe de cette adresse.
Les adresses disponibles (de 0.0.0.0 à 255.255.255.255) ont donc été découpées en plages réservées à plusieurs catégories de réseaux.
Pour éviter d'avoir recours aux organismes NIC à chaque connexion d'un nouveau poste, chaque société se voit attribuer une plage d'adresse pour son réseau. Le nombre d'adresses disponibles dans chaque plage dépend de la taille du réseau de la société. Les grands réseaux sont dits de classe A (IBM, Xerox , DEC, Hewlett-Packard), les réseaux de taille moyenne sont de classe B (Microsoft en fait partie !), et les autres sont de classe C.
Par exemple, l'adresse d'un poste appartenant à un réseau de classe A est donc de la forme :
0AAAAAAA.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx, avec A fixé par le NIC et x quelconque.
Exemple
IBM a obtenu l'adresse 9 (en fait, on devrait dire 9.X.X.X, mais il est plus rapide de n'utiliser que la valeur du premier octet). 9 est bien de classe A car 9d=00001001b
Cela signifie que chaque adresse IP du type 00001001.xxxxxxxx.xxxxxxxx.xxxxxxxx, avec x prenant la valeur 0 ou 1, fait partie du réseau d'IBM.
Malgré ces possibilités d'adressage, la capacité initialement prévue est insuffisante et sera mise à défaut d'ici quelques années. L'IPNG (Internet Protocol Next Generation) ou Ipv6 devrait permettre de résoudre ces difficultés en utilisant un adressage sur 16 octets noté en héxadécimal.
L'adresse IP se décompose, comme vu précédemment, en un numéro de réseau et un numéro de noeud au sein du réseau.
Afin de s'adapter aux différents besoins des utilisateurs, la taille de ces 2 champs peut varier.
On définit ainsi les 5 classes d'adresses notées A à E:
ex. : Soit l'adresse IP suivante : 142.62.149.4
142 en décimal = 100011102 en binaire
Le mot binaire commence par les bits 102 donc il s'agit d'une adresse de classe B. Ou, plus simple : 142 est compris entre 128 et 191.
S'agissant d'une adresse de classe B, les deux premiers octets (a et b) identifient le réseau. Le numéro de réseau est donc : 142.62.0.0
Les deux derniers octets (c et d) identifient l'équipement hôte sur le réseau.
Finalement, cette adresse désigne l'équipement numéro 149.4 sur le réseau 142.62.
Les adresses réservées ne peuvent désigner une machine TCP/IP sur un réseau.
L'adresse d'acheminement par défaut (route par défaut.) est de type 0.X.X.X. Tous les paquets destinés à un réseau non connu, seront dirigés vers l'interface désignée par 0.0.0.0.
NB : 0.0.0.0 est également l'adresse utilisée par une machine pour connaître son adresse IP durant une procédure d'initialisation (DHCP).
L'adresse de bouclage(loopback): l'adresse de réseau 127 n'est pas attribuée à une société, elle est utilisée comme adresse de bouclage dans tous les réseaux. Cette adresse sert à tester le fonctionnement de votre carte réseau. Un ping 127.0.0.1 doit retourner un message correct. Le paquet envoyé avec cette adresse revient à l'émetteur.
Toutes les adresses de type 127.X.X.X ne peuvent pas être utilisées pour des hôtes. La valeur de 'x' est indifférente. On utilise généralement 127.0.0.1
L'adresse de réseau est une adresse dont tous les bits d'hôte sont positionnés à 0 (ex 128.10.0.0 adresse de réseau du réseau 128.10 de classe B). Elle est utilisée pour désigner tous les postes du réseau. On utilise cette adresse dans les tables de routage.
Les noms de réseaux de type :
X.Y.Z.0 (de 192.0.0.0 à 223.255.255.0) sont dits de classe C
X.Y.0.0 (de 128.0.0.0 à 191.255.0.0) sont dits de classe B
X.0.0.0. (de 1.0.0.0 à 126.255.255.254) sont dits de classe A
L'adresse de diffusion est une adresse dont tous les bits d'hôte sont positionnés à 1 (ex : 128.10.255.255 adresse de diffusion du réseau 128 de classe B).
Elle est utilisée pour envoyer un message à tous les postes du réseau.
Les adresses "privées"
Les adresses suivantes (RFC 1918) peuvent également être librement utilisées pour monter un réseau privé :
A 10.0.0.0 255.0.0.0
B 172.16.0.0 à 172.31.255.255 255.240.0.0
C 192.168.0.0 à 192.168.255.255 255.255.0.0
Aucun paquet provenant de ces réseaux ou à destination de ces réseaux, ne sera routé sur l'Internet (ces adresses sont néanmoins « routables » sur le réseau local).
Le rôle du masque de réseau (netmask) est d'identifier précisément les bits qui concernent le N° de réseau d'une adresse (il "masque" la partie hôte de l'adresse).
Un bit à 1 dans le masque précise que le bit correspondant dans l'adresse IP fait partie du N° de réseau ; à l'inverse, un bit à 0 spécifie un bit utilisé pour coder le N° d'hôte.
Ainsi, on a un masque dit "par défaut" qui correspond à la classe de ce réseau.
Exemple: dans un réseau de classe A sans sous-réseau, le premier octet correspond à l'adresse du réseau donc le netmask commence par 11111111 suivi de zéros soit 255.0.0.0.
D'où le tableau suivant :
Classe | Netmask |
A | 255.0.0.0 |
B | 255.255.0.0 |
C | 255.255.255.0 |
Ex : Si mon adresse IP est 149.127.1.110 alors je travaille avec une adresse de classe B. Mon N° de réseau est 149.127.0.0 et mon masque