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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.