Difference between revisions of "MOOC:Compagnon Act02-f"

From Livre IPv6

(→‎Solutions à la pénurie)
(→‎Le routeur)
 
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= Activité 02 : Principes de l'Internet =
  
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= Pourquoi IPv6 ?=
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* ce qu’est un routeur
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L’Internet a créé des nouveaux usages. Il a fait naitre aussi de nouveaux besoins de communication. De nouveaux objets communicants apparaissent aussi bien dans le domaine domestique que dans l’industrie, dans les transports, dans le milieu médical...  Il y a cinquante ans, les adresses ont été définies sur 32 bits pour le protocole IPv4. Mais 4,3 milliards d’adresses s’avèrent aujourd’hui insuffisantes pour les nouveaux usages d'Internet. Tandis que les supports de transmission et les équipements ont évolué, le protocole IPv4 a gardé des fonctionnalités historiques devenues obsolètes aujourd'hui.  En plus d'une capacité d'adressage accrue, le protocole IPv6 est un retour aux principes qui ont fait le succès d'IP, garantissant efficacité, résilience et perspectives d’évolution.
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Pour comprendre les principes d'Internet, nous allons tout d'abord introduire le rôle du routeur qui est l'équipement d'interconnexion des réseaux. Nous décrirons le protocole IP, qui réalise l'interconnexion, et son unité de données, le paquet. Puis nous expliquerons comment les paquets sont transférés dans le réseau.
  
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== Nouveau besoin d’adressage ==
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== Introduction ==
  
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Nous avons décrit une analogie de l'acheminement des données dans l'Internet avec celui du courrier dans le système postal. Un élément fondamental dans ce système est que chaque maison, pour recevoir du courrier, doit posséder une boîte aux lettres. Cette boîte est identifiée de manière unique par une adresse postale qui est renseignée sur chaque enveloppe devant être distribuée dans cette même boîte. De la même manière, une adresse postale sert à identifier de manière unique l’expéditeur de la lettre. Par analogie, on peut rapprocher les notions dans le système postal de boîte aux lettres et d’adresse postale à celles, dans l’Internet, d’interface de communication et d’adresse IP. Les paquets IP sont émis et reçus à travers l’interface de communication. Ils sont acheminés à travers l’Internet vers la destination désignée par l’adresse IP contenue dans l’en-tête de chaque paquet.
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Internet est une interconnexion de réseaux qui sont différents à la fois par leur technologie et par leur adresse. Le routeur est un équipement clé dans cette interconnexion car il appartient à chacun des réseaux et leur sert de passerelle. Le protocole IP (Internet Protocol) définit le format de son unité de données, appelée paquet ainsi que les règles d’échanges de paquets entre routeurs et hôtes. Le routeur réalise le routage des paquets dans le réseau.
  
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<!--A la fin de la décennie 2010, les opérateurs de l’Internet ont commencé à ressentir les symptômes de la pénurie des adresses IPv4.-->A la fin de la décennie 2010, les opérateurs de l’Internet ont commencé à ressentir sévèrement les effets de la pénurie des adresses IPv4 amorcée dès le milieux des années 1990. La prise de conscience de ce phénomène s’est amplifiée alors que les effets ont commencé à toucher le grand public, clients de ces opérateurs. Reprenons l’analogie avec le système postal pour mieux comprendre ce problème de pénurie d’adresses IPv4. Les opérateurs de l’Internet font face à un besoin croissant de raccordements à l’Internet, notamment aujourd'hui avec la multiplication des centres de données et le développement de nouveaux usages à travers les objets connectés. Un scénario similaire serait celui d’un système postal devant s’adapter à une urbanisation effrénée. Chaque nouvelle habitation installe sa boîte aux lettres à laquelle il faut assigner une adresse postale. La contrainte, dans le cas de l’Internet, est que le stock d’adresses disponibles est limité. <!--Cela reviendrait à limiter la possibilité pour le système postal de numéroter les boîtes aux lettres d’une même rue (de 0 à 99 par exemple).-->On est dans la situation où la numérotation des boîtes aux lettres d'une même rue serait codée uniquement sur deux chiffres (de 0 à 99 par). Alors que le nombre de ces boîtes augmentent, le système ne pourra plus assigner de nouvelles adresses lorsque la limite sera atteinte. De la même façon, confrontés à la limitation du nombre d’adresses IPv4 disponibles, les opérateurs de l’Internet ont des difficultés pour attribuer des adresses IP à chaque nouveau raccordement.
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== Le routeur ==
  
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== Solutions à la pénurie ==
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Dans cette interconnexion de réseaux qui constitue l’Internet, il faut un équipement qui permet de passer d’un réseau à l’autre : le routeur. Deux réseaux sont différents car ils appartiennent à des entités différentes, utilisent un préfixe réseau différent sur chaque réseau et quelques fois, une technologie de transmission différente (par exemple : cellulaire versus Ethernet).
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En interconnectant deux réseaux différents, le routeur est l’équipement qui réalise cette interconnexion et joue le rôle de ''passerelle relais''. Il est le seul équipement capable d’avoir une adresse IP sur chaque réseau.
  
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Bien sûr, des solutions ont été trouvées pour contourner un problème qui aurait autrement signifié l’arrêt de l’expansion de l’Internet. En réalité, l’Internet a déjà connu un tel risque de pénurie au début des années 1990, lors de l’émergence de l’Internet commercial. Le nombre d’adresses IPv4 disponibles (4 milliards) semblait à ce moment suffisant. Des projections ont alors montré que les politiques d’attribution des adresses en cours à l'époque n'étaient pas adaptées à une telle croissance du nombre de raccordements. Elles risquaient d'entrainer une pénurie très rapide, ainsi que l’effondrement de l’Internet. Les organismes régulateurs de l’Internet ont donc modifié les politiques d'attribution des adresses afin d’éviter tout gaspillage de cette ressource limitée. En parallèle, des dispositifs techniques ont été introduits, comme les équipements opérant de la translation d’adresses (NAPT) entre réseaux privés (RFC 1918) et publics. Ces dispositifs modifient en profondeur le mécanisme d’acheminement des paquets sur l’Internet, car ils exploitent des informations au delà de l’en-tête IP. C’est un peu comme si, dans le système postal, le facteur était obligé d’ouvrir l’enveloppe du courrier et de lire le contenu de la lettre pour en connaître le destinataire. A défaut d’autres solutions, ces dispositifs se sont généralisés dans l’Internet et sont aujourd’hui nécessaires pour permettre l’acheminement des paquets IPv4.
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* Par exemple, à la maison, Alice est raccordée à Internet grâce à une box qui utilise la plage d’adresses 192.0.0.0/24. Son FAI utilise la plage d’adresse 129.4.0.0/16. Le routeur possède une interface sur chaque réseau, et une adresse sur chaque réseau sera associée à chaque interface. Par exemple, sur le réseau d’Alice, le routeur aura l’adresse 192.0.0.1 et sur le FAI, il aura l’adresse  129.4.128.37.
  
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{{Note|Pascal| On parle du NAT et pas du bout en bout ??}}
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== Le routeur ==
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{{Note|Bruno| Il faudrait en effet insister sur les conséquences de ces dispositifs, comme la perte du bout en bout. Ca peut faire un paragraphe à cet endroit.}}
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Au moment de cette prise de conscience de la pénurie d’IPv4, l’IETF, organisme responsable de la standardisation des protocoles utilisés sur Internet, a lancé des travaux pour définir une nouvelle version du protocole IP, travaux qui ont abouti en 1996 au standard IPv6 (RFC 8200). Cette nouvelle version du protocole IP offre notamment une capacité d’adressage quasi-infinie ce qui permet d’écarter le risque de pénurie.  
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Alice et Bob communiquent grâce à une chaîne de segments de communication qui forme une interconnexion de réseaux. À la maison, Alice est connectée à Internet par son opérateur X, et Bob par son opérateur mobile Y. Pour réaliser l'interconnexion entre les différents réseaux, il faut ajouter un équipement clé : le routeur.
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Cependant, par conception, le protocole IPv6 n’est pas compatible avec IPv4 et ces deux versions de protocole <!--doivent--> devront cohabiter le temps de la transition de l’ensemble de l’Internet vers IPv6.  
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{{Note|Bruno| Est-ce utile de mentionner le problème d'interopérabilité maintenant ? Le faire dans [[MOOC:Compagnon_Act40]] ?}}
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Le routeur réalise deux fonctions complémentaires : le relayage et le routage.
  
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Par analogie, l’ancien système postal qui ne permet pas directement d’adresser les nouvelles habitations sera amené à être remplacé par un nouveau système ayant ses propres boites aux lettres, adresses et format d’enveloppe. Les deux systèmes n’étant pas compatibles, il est toujours nécessaire pour envoyer et recevoir du courrier d’une habitation dans l’ancien ou le nouveau système de posséder une boite aux lettres pour chacun de ces systèmes. Les anciennes boites aux lettres ne seront plus utiles seulement lorsque l’ensemble des correspondants n’utiliseront plus l’ancien système. S’il peut être envisagé dans un système postal de remplacer unilatéralement une version par une autre à une date choisie, il n’en va pas de même avec l’Internet qui est un système multi-acteur faiblement coordonné. Chaque opérateur choisi indépendamment sa stratégie pour le passage à IPv6. Même si les incitations à accélérer la transition sont nombreuses, cette période de cohabitation entre les deux protocoles peut potentiellement durer encore des années.
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Un routeur, comme son nom l'indique, effectue le routage qui définit la route à emprunter en fonction de l'adresse du destinataire. Le routage est effectué grâce à un ''protocole de routage'' qui intervient entre les routeurs. Chaque routeur échange avec les routeurs de son domaine des informations qui leur permettent de reconstituer la carte ou graphe du réseau. Avec cette carte, le routeur est alors capable de calculer une ''table de routage'' qui indique pour chaque destination connue sur ce réseau, la meilleure route à prendre. Dans cette table, il existe toujours une route par défaut qui est l’adresse d’un routeur qui permet d’aller vers l’Internet.
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A l’aide de sa table de routage et en fonction de leur destination, le routeur retransmet ou relaie les données reçues d’un réseau vers le suivant.  
  
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{{Note|Pascal| Pourquoi passer à IPV6 tout marche en IPv4 du point de vue de l'utilisateur ?}}
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* Dans l’exemple d’Alice, en plus d'assurer les communications locales, la ''box'' est aussi le routeur qui interconnecte le réseau local domestique d'Alice au réseau de l'opérateur (voir Fig.1). Dans cet exemple très simple, déterminer la route à prendre en fonction de la destination des données signifie, pour le routeur, choisir entre le réseau local ou le réseau de l'opérateur. Si, par exemple, Alice envoie un mail à Bob, le routeur envoie les données (le mail) vers le réseau de son opérateur car la destination est extérieure au réseau résidentiel d'Alice. Par contre, si Alice envoie un document à imprimer à son imprimante, le routeur ne retransmettra pas les données (le document) vers l‘opérateur car l’imprimante est interne au réseau d’Alice.
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{{Note|Bruno| Il faut faire rêver les gens avec IPv6 ? Leur mettre des paillettes dans leur vie ? D'autres ont déjà essayer ;) }}
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[[Image:02-fig1-box.png|300px|center|thumb|Figure 1: Une box et un routeur.
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== IP, le protocole de l’Internet ==
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Pour communiquer, deux personnes doivent parler la même langue et utiliser les mêmes coutumes. De la même façon, pour communiquer, deux entités réseau doivent pour se comprendre et parler la même langue et utiliser les mêmes principes d'échange. Le protocole de communication définit les règles et le format des échanges entre des entités distantes ainsi que la synchronisation de ces échanges dans le temps. Il y a des protocoles pour toutes sortes de fonctions réseau : routage, liaison de données, partage du support, client-serveur, navigation multimédia, courrier électronique...
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Le protocole IP (''Internet Protocol'') est le protocole dédié à l'interconnexion de réseaux différents. IP définit le format des unités de données (''PDU - Protocol Data Unit'') échangées entre les réseaux : les paquets, ainsi que les règles d'échange des paquets. Il ne modifie pas les données qui lui sont confiées et se contente de les relayer vers un autre réseau. Il a pour objectif d'être rapide et efficace.  Il a été simplifié au maximum : il transmet directement les données dans le paquet par un fonctionnement en mode non connecté, c'est à dire sans établir une connexion logique au préalable. D'ailleurs, pour marquer cette caractéristique, les paquets se nomment également ''datagramme''.
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<!-- C'est le routeur qui exécute le protocole IP.--> <!-- VL : contredit le début du § suivant -->
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Pour assurer la continuité du transfert des paquets dans tout l’Internet, le protocole IP est non seulement dans tous les routeurs ou ''nœuds'' du réseau, mais aussi, dans les hôtes qui veulent transmettre des données qu’ils doivent encapsuler dans des paquets IP.
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Ce protocole est implanté dans une couche logicielle du système d'exploitation des hôtes et des routeurs. Il permet d'uniformiser le réseau et de s'affranchir des différentes technologies de transmission. C'est en quelque sorte le langage commun (une espèce d'Espéranto) à l'ensemble des équipements de l'Internet. Le protocole IP définit, avec l'adresse IP, un système d'adressage global qui permet à tout hôte connecté de communiquer avec n'importe quel hôte disposant d'une adresse IP. Ainsi, parce qu'il est présent dans chaque hôte connecté au réseau et dans chaque routeur, le protocole IP permet la communication de bout-en-bout.
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== Le paquet IP ==
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Le paquet IP ou datagramme est l’unité de transfert des données pour tous les réseaux connectés à l’Internet. Le paquet a une taille maximale qui dépend de la taille de la trame au niveau liaison. En effet, selon le principe d'encapsulation des protocoles, sur chaque segment de communication, le paquet est ''transporté'' dans le champ de données (ou ''charge utile'') d'une trame.
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Le paquet IP est composé de 2 parties (voir Fig.2):
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* l' ''en-tête IP'' contient les informations nécessaires à son routage vers sa destination finale, à savoir les deux ''adresses'' source et destination ;
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* le ''champ de données'' contient les données de l'application - par exemple, tout ou partie d'un mail, d'une page Web ou d'un document à imprimer.
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[[Image:02-fig2-paquet.png|200px|center|thumb|Figure 2: Le format du paquet IP.
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Ces données applicatives doivent être découpées en blocs transportables par un paquet. Par exemple, une application de transfert de fichier découpe un fichier en blocs de données, puis chaque bloc est encapsulé dans un paquet par ajout de l'en-tête. Ensuite, chaque paquet est transmis indépendamment les uns des autres dans le réseau.
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== Acheminement par paquet et relayage par les routeurs ==
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Le transfert du fichier entre la machine d'Alice et le terminal de Bob consiste à envoyer une suite de paquets sur l'Internet. Les paquets sont envoyés en mode  ''datagramme'', indépendamment les uns des autres, de manière analogue aux lettres ou aux cartes postales échangées sur le réseau postal. Ils sont transférés de routeur en routeur, passant d'un réseau à un autre, conformément au routage calculé dans les tables de routage.
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Sur chaque routeur, le relayage consiste à recevoir un paquet depuis une interface réseau en entrée, d'examiner son en-tête, en particulier l'adresse de destination du paquet, et décider de l'interface de sortie, c'est-à-dire le prochain réseau sur lequel il sera retransmis pour atteindre le réseau auquel Bob est connecté. Le choix de l'interface de sortie en fonction de la destination a été précalculé par la fonction de routage et enregistré dans une table. Comme le montre la figure 3, les paquets circulent ainsi de la source à la destination.
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[[Image:02-fig3-forwarding.png|500px|center|thumb|Figure 3: Acheminement d'un paquet IP relayé d'un routeur à l'autre.
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== Conclusion : points clés d'IP==
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Pour résumer, le protocole IP utilise un mode de communication par paquets, de taille réduite, et acheminés en mode datagramme. Le protocole IP est mis en œuvre  par les routeurs, équipements spécialisés qui assurent l’interconnexion et le relayage des paquets d’un réseau à l’autre entre la source et la destination.
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Parce qu'il est présent dans tous les hôtes et les routeurs, le protocole IP permet d'uniformiser le réseau et de s'affranchir des différentes technologies de transmission sous-jacentes.

Latest revision as of 15:28, 24 February 2022

Activité 02 : Principes de l'Internet

Pour comprendre les principes d'Internet, nous allons tout d'abord introduire le rôle du routeur qui est l'équipement d'interconnexion des réseaux. Nous décrirons le protocole IP, qui réalise l'interconnexion, et son unité de données, le paquet. Puis nous expliquerons comment les paquets sont transférés dans le réseau.

Introduction

Internet est une interconnexion de réseaux qui sont différents à la fois par leur technologie et par leur adresse. Le routeur est un équipement clé dans cette interconnexion car il appartient à chacun des réseaux et leur sert de passerelle. Le protocole IP (Internet Protocol) définit le format de son unité de données, appelée paquet ainsi que les règles d’échanges de paquets entre routeurs et hôtes. Le routeur réalise le routage des paquets dans le réseau.

Le routeur

Dans cette interconnexion de réseaux qui constitue l’Internet, il faut un équipement qui permet de passer d’un réseau à l’autre : le routeur. Deux réseaux sont différents car ils appartiennent à des entités différentes, utilisent un préfixe réseau différent sur chaque réseau et quelques fois, une technologie de transmission différente (par exemple : cellulaire versus Ethernet). En interconnectant deux réseaux différents, le routeur est l’équipement qui réalise cette interconnexion et joue le rôle de passerelle relais. Il est le seul équipement capable d’avoir une adresse IP sur chaque réseau.

  • Par exemple, à la maison, Alice est raccordée à Internet grâce à une box qui utilise la plage d’adresses 192.0.0.0/24. Son FAI utilise la plage d’adresse 129.4.0.0/16. Le routeur possède une interface sur chaque réseau, et une adresse sur chaque réseau sera associée à chaque interface. Par exemple, sur le réseau d’Alice, le routeur aura l’adresse 192.0.0.1 et sur le FAI, il aura l’adresse 129.4.128.37.

Le routeur

Alice et Bob communiquent grâce à une chaîne de segments de communication qui forme une interconnexion de réseaux. À la maison, Alice est connectée à Internet par son opérateur X, et Bob par son opérateur mobile Y. Pour réaliser l'interconnexion entre les différents réseaux, il faut ajouter un équipement clé : le routeur.

Le routeur réalise deux fonctions complémentaires : le relayage et le routage.

Un routeur, comme son nom l'indique, effectue le routage qui définit la route à emprunter en fonction de l'adresse du destinataire. Le routage est effectué grâce à un protocole de routage qui intervient entre les routeurs. Chaque routeur échange avec les routeurs de son domaine des informations qui leur permettent de reconstituer la carte ou graphe du réseau. Avec cette carte, le routeur est alors capable de calculer une table de routage qui indique pour chaque destination connue sur ce réseau, la meilleure route à prendre. Dans cette table, il existe toujours une route par défaut qui est l’adresse d’un routeur qui permet d’aller vers l’Internet. A l’aide de sa table de routage et en fonction de leur destination, le routeur retransmet ou relaie les données reçues d’un réseau vers le suivant.

  • Dans l’exemple d’Alice, en plus d'assurer les communications locales, la box est aussi le routeur qui interconnecte le réseau local domestique d'Alice au réseau de l'opérateur (voir Fig.1). Dans cet exemple très simple, déterminer la route à prendre en fonction de la destination des données signifie, pour le routeur, choisir entre le réseau local ou le réseau de l'opérateur. Si, par exemple, Alice envoie un mail à Bob, le routeur envoie les données (le mail) vers le réseau de son opérateur car la destination est extérieure au réseau résidentiel d'Alice. Par contre, si Alice envoie un document à imprimer à son imprimante, le routeur ne retransmettra pas les données (le document) vers l‘opérateur car l’imprimante est interne au réseau d’Alice.
Figure 1: Une box et un routeur.

IP, le protocole de l’Internet

Pour communiquer, deux personnes doivent parler la même langue et utiliser les mêmes coutumes. De la même façon, pour communiquer, deux entités réseau doivent pour se comprendre et parler la même langue et utiliser les mêmes principes d'échange. Le protocole de communication définit les règles et le format des échanges entre des entités distantes ainsi que la synchronisation de ces échanges dans le temps. Il y a des protocoles pour toutes sortes de fonctions réseau : routage, liaison de données, partage du support, client-serveur, navigation multimédia, courrier électronique...

Le protocole IP (Internet Protocol) est le protocole dédié à l'interconnexion de réseaux différents. IP définit le format des unités de données (PDU - Protocol Data Unit) échangées entre les réseaux : les paquets, ainsi que les règles d'échange des paquets. Il ne modifie pas les données qui lui sont confiées et se contente de les relayer vers un autre réseau. Il a pour objectif d'être rapide et efficace. Il a été simplifié au maximum : il transmet directement les données dans le paquet par un fonctionnement en mode non connecté, c'est à dire sans établir une connexion logique au préalable. D'ailleurs, pour marquer cette caractéristique, les paquets se nomment également datagramme.


Pour assurer la continuité du transfert des paquets dans tout l’Internet, le protocole IP est non seulement dans tous les routeurs ou nœuds du réseau, mais aussi, dans les hôtes qui veulent transmettre des données qu’ils doivent encapsuler dans des paquets IP. Ce protocole est implanté dans une couche logicielle du système d'exploitation des hôtes et des routeurs. Il permet d'uniformiser le réseau et de s'affranchir des différentes technologies de transmission. C'est en quelque sorte le langage commun (une espèce d'Espéranto) à l'ensemble des équipements de l'Internet. Le protocole IP définit, avec l'adresse IP, un système d'adressage global qui permet à tout hôte connecté de communiquer avec n'importe quel hôte disposant d'une adresse IP. Ainsi, parce qu'il est présent dans chaque hôte connecté au réseau et dans chaque routeur, le protocole IP permet la communication de bout-en-bout.

Le paquet IP

Le paquet IP ou datagramme est l’unité de transfert des données pour tous les réseaux connectés à l’Internet. Le paquet a une taille maximale qui dépend de la taille de la trame au niveau liaison. En effet, selon le principe d'encapsulation des protocoles, sur chaque segment de communication, le paquet est transporté dans le champ de données (ou charge utile) d'une trame.

Le paquet IP est composé de 2 parties (voir Fig.2):

  • l' en-tête IP contient les informations nécessaires à son routage vers sa destination finale, à savoir les deux adresses source et destination ;
  • le champ de données contient les données de l'application - par exemple, tout ou partie d'un mail, d'une page Web ou d'un document à imprimer.
Figure 2: Le format du paquet IP.


Ces données applicatives doivent être découpées en blocs transportables par un paquet. Par exemple, une application de transfert de fichier découpe un fichier en blocs de données, puis chaque bloc est encapsulé dans un paquet par ajout de l'en-tête. Ensuite, chaque paquet est transmis indépendamment les uns des autres dans le réseau.

Acheminement par paquet et relayage par les routeurs

Le transfert du fichier entre la machine d'Alice et le terminal de Bob consiste à envoyer une suite de paquets sur l'Internet. Les paquets sont envoyés en mode datagramme, indépendamment les uns des autres, de manière analogue aux lettres ou aux cartes postales échangées sur le réseau postal. Ils sont transférés de routeur en routeur, passant d'un réseau à un autre, conformément au routage calculé dans les tables de routage.

Sur chaque routeur, le relayage consiste à recevoir un paquet depuis une interface réseau en entrée, d'examiner son en-tête, en particulier l'adresse de destination du paquet, et décider de l'interface de sortie, c'est-à-dire le prochain réseau sur lequel il sera retransmis pour atteindre le réseau auquel Bob est connecté. Le choix de l'interface de sortie en fonction de la destination a été précalculé par la fonction de routage et enregistré dans une table. Comme le montre la figure 3, les paquets circulent ainsi de la source à la destination.

Figure 3: Acheminement d'un paquet IP relayé d'un routeur à l'autre.

Conclusion : points clés d'IP

Pour résumer, le protocole IP utilise un mode de communication par paquets, de taille réduite, et acheminés en mode datagramme. Le protocole IP est mis en œuvre par les routeurs, équipements spécialisés qui assurent l’interconnexion et le relayage des paquets d’un réseau à l’autre entre la source et la destination.

Parce qu'il est présent dans tous les hôtes et les routeurs, le protocole IP permet d'uniformiser le réseau et de s'affranchir des différentes technologies de transmission sous-jacentes.

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