Notes – Chapitre 2 : Pile TCP/IP & Adressage IP

9.1 Présentation du protocole TCP/IP

• Objectif historique : réseau résistant aux catastrophes militaires, initié par le DoD.
• Normalisation actuelle : septembre 1981.
• Architecture à 4 couches :
  • Couche Application
  • Couche Transport
  • Couche Internet
  • Couche d’accès au réseau
• Principes clés :
  • Robustesse, décentralisation, interconnexion hétérogène.
  • Chaque équipement doit disposer d’un identifiant unique (adresse IP) pour être aiguillé par les routeurs (couche 3).
  • IPv4 reste la version dominante mais souffre de pénurie d’adresses ; solutions : sous-réseaux, NAT, adresses privées, IPv6.
  • Nécessité conjointe d’une adresse MAC (physique) et d’une adresse IP (logique).

9.1.1 Origine et évolution

• Métaphore : « nuage » représentant l’Internet où le chemin réel n’est pas visible de l’utilisateur.
• Supporte fils, micro-ondes, fibres optiques, satellites.

9.1.2 Couche Application

• Regroupe présentation + session + application du modèle OSI.
• Prépare les données pour la couche Transport.
• Protocoles principaux :
  • FTP : fiable, orienté connexion (TCP) – transfert binaires/ASCII bidirectionnel.
  • TFTP : non orienté connexion (UDP) – rapide, utilisé pour IOS Cisco, fichiers de config.
  • NFS : accès aux fichiers sur stockage distant (Sun Microsystems).
  • SMTP : envoi de courriel (texte clair uniquement).
  • Telnet : accès distant (hôte local / hôte distant).
  • SNMP : supervision des équipements.

9.1.3 Couche Transport

• Fournit la connexion logique hôte-à-hôte.
• Segmente/réassemble les données.
• Fiabilité assurée par : fenêtres glissantes, numéros de séquence, ACK.
• Protocoles :
  • TCP : connexion, contrôle de flux, fiabilité.
  • UDP : datagrammes, non fiable.

9.1.4 Couche Internet

• Sélection du « meilleur » chemin (routage) et commutation de paquets.
• Protocoles :
  • IP : livraison « best-effort », sans contrôle d’erreurs.
  • ICMP : messages de contrôle/erreur.
  • ARP : résolution adresse IP → MAC.
  • RARP : résolution inverse MAC → IP.

9.1.5 Couche d’accès au réseau

• Assure la liaison physique avec le média (couvre couches 1 & 2 OSI).
• Encapsulation IP → trame, mappage IP / MAC.
• Protocoles et technologies : Ethernet, SLIP, PPP, pilotes NIC, modem, etc.
• Exemple Windows : détection automatique de la carte réseau et installation des pilotes.

9.1.6 Comparaison OSI vs TCP/IP

• Similarités : approche par couches, couche application, réseau, transport, commutation de paquets.
• Différences :
  • TCP/IP : Appli = Appli+Prés+Sess ; Accès réseau = Physique+Liaison.
  • Moins de couches → apparence plus simple.
  • Fiabilité : UDP non fiable alors que transport OSI l’est toujours.
• Usage :
  • OSI : modèle pédagogique.
  • TCP/IP : base d’Internet.

9.1.7 Architecture d’Internet

• LAN : géographiquement limité, peu évolutif.
• Interréseau : ensemble de plusieurs réseaux → Internet.
• Routeurs : décision d’acheminement, tables de routage, évolutivité (>90\,000 routes principales, 300\,000\,000 utilisateurs).
• Transparence : utilisateurs ignorent la complexité du « nuage ».

9.2 Les adresses Internet

9.2.1 Concept général

• Chaque interface réseau possède une adresse IP unique.
• Adresse IP = 32 bits ; souvent notée en décimal pointé (ex : 192.168.1.2).
• Combinaison « réseau + hôte » → unicité mondiale.
• Adresse MAC (48 bits) définie par le constructeur, opère en couche 2.

9.2.2 Conversion binaire ↔ décimal

• Méthode : rechercher la plus grande puissance de 2 ≤ nombre.
• Exemple :
  • 6\,783_{10} = 00011010\ 01111111_2 (16 bits).
  • 104{10}=011010002 (8 bits).
  • 1\,000\,000{10}=00001111\ 01000010\ 010000002 (24 bits).

9.2.3 Adressage IPv4 (hiérarchique)

• Rôle du routeur : lire la partie réseau puis l’hôte (analogie code postal + rue).
• 2 parties : identifiant réseau / identifiant hôte.
• Chaque octet 0\rightarrow255.

9.2.4 Classes A à E

• Principe « classful addressing » : taille adaptée aux besoins.
• Bits de tête → classe :
  • Classe A : 0xxx → 1\le premier\ octet\le126 (réseaux >16\,000\,000 hôtes).
  • Classe B : 10xx → 128\le octet\le191 (≈65\,534 hôtes).
  • Classe C : 110x → 192\le octet\le223 (254 hôtes).
  • Classe D : 1110 → multicast (224\rightarrow239).
  • Classe E : 1111 → expérimental (240\rightarrow255).
• 127.0.0.0 réservé au bouclage (loopback).

9.2.5 Adresses réservées

• Adresse réseau : bits hôte à 0.
  • ex : 113.0.0.0 (classe A), 176.10.0.0 (classe B).
• Adresse broadcast : bits hôte à 1.
  • ex : 176.10.255.255.

9.2.6 Adresses publiques vs privées

• Unicité mondiale des adresses publiques gérée par l’IANA (ex-InterNIC).
• RFC 1918 : plages privées non routées sur Internet :
  • Classe A : 10.0.0.0/8
  • Classe B : 172.16.0.0/12
  • Classe C : 192.168.0.0/16
• Connexion d’un réseau privé → Internet : traduction d’adresses (NAT).

9.2.7 Introduction aux sous-réseaux

• Solution à la pénurie IPv4 : division d’un réseau en segments plus petits.
• Outil : masque de sous-réseau.
• Champs : réseau | sous-réseau | hôte.
• Bits empruntés au champ hôte (min 2, max => 2 bits restants pour hôtes).
• Analogie : indicatif régional / central / numéro local.

9.2.8 IPv4 vs IPv6

• Problèmes identifiés (IETF 1992) :
  • Rareté des classes A/B.
  • Explosion des tables de routage (classes C).
• Extensions IPv4 : sous-réseaux, CIDR.
• IPv6 : 128 bits → 340\times10^{36} adresses.
  • Notation hexadécimale séparée par deux-points.
  • Adresses attribuées aux interfaces, non aux nœuds.
  • Représentation abrégée : suppression des zéros de tête, double :: pour suites de zéros.

9.3 Obtention d’une adresse IP

9.3.1 Généralités

• Adresse MAC = locale ; IP = routable.
• Deux méthodes d’attribution : statique / dynamique.

9.3.2 Attribution statique

• Adaptée aux petits réseaux stables.
• Maintien d’un inventaire pour éviter les doublons.
• Éléments critiques (serveurs, imprimantes, routeurs) → adresses fixes.

9.3.3 RARP (Reverse ARP)

• Associe adresse MAC connue → adresse IP.
• Utilisé par stations sans disque ou au boot.
• Fonctionne via serveur RARP (souvent routeur).
• Format de trame identique à ARP ; champs différents.

9.3.4 BOOTP

• Modèle client/serveur, un seul échange.
• Transmet IP + passerelle + serveur + infos fournisseur.
• Limite : pas vraiment dynamique (profil par hôte).
• Utilise UDP ; broadcast 255.255.255.255.

9.3.5 DHCP

• Successeur de BOOTP ; allocation vraiment dynamique.
• Fonctionnement : pool d’adresses, bail (lease), réutilisation.
• Avantage : mobilité des utilisateurs, « un à plusieurs » relation IP ↔ hôtes.
• Transmet en un message : IP, masque, passerelle, DNS, etc.

9.3.6 Problèmes de résolution d’adresses

• Nécessité d’un mapping IP ↔ MAC pour tout datagramme local.
• Conflits (doublons) → dysfonctionnements.

9.3.7 ARP / Proxy ARP

• ARP : requête broadcast pour obtenir MAC correspondant à IP.
• Table ARP (cache) en RAM ; maj automatique.
• Techniques :
  • Surveiller trafic existant (apprentissage passif).
  • Diffuser requête ARP.
• Proxy ARP : routeur répond avec sa propre MAC pour des IP hors du LAN → connexion inter-segments.
• Passerelle par défaut : adresse IP du routeur stockée sur l’hôte ; si non configurée, aucun trafic ne quitte le LAN.

Résumé chiffré et points clés

• IPv4 : 2^{32}=4\,294\,967\,296 adresses (théoriques).
• IPv6 : 2^{128}\approx3.4\times10^{38} adresses (valeur de la norme ; le texte mentionne 340\times10^{36}).
• Classe C = 254 hôtes utilisables ; Classe B ≈65\,534 ; Classe A >16\,777\,214.
• RFC 1918 plages privées, non routées.
• Subnetting : au moins 2 bits empruntés ; laisser ≥2 bits pour hôtes.
• DHCP : allocation par bail, libération/réutilisation automatique.
• ARP : requête broadcast, réponse unicast ; indispensable pour acheminer couche 3 → couche 2.
• Proxy ARP / passerelle par défaut : solutions pour sortir du segment local.