Activité 10  : Notion d'adressage

Le protocole IP (Internet Protocol) assure l'acheminement des paquets d'un bout à un autre du réseau selon un principe de transfert en mode message (également couramment appelé en mode paquet). Dans ce mode d'acheminement, chaque unité de données (paquet également appelé datagramme dans le contexte IP) est autonome et transite à travers le réseau indépendamment des autres paquets, à l'instar d'une lettre dans le réseau de courrier postal (cf. l'activité "Qu'est ce que l'Internet" de la séquence "Bienvenue").

L'adresse IP

L'adressage est une notion fondamentale dans un réseau. Il a pour rôle d'identifier et de localiser chacun des nœuds constituant le réseau Internet afin d'assurer le support logique à l'acheminement des paquets.

L'analogie du service postal nous permet d'illustrer les fonctions de l'adressage utilisé dans l'Internet :

• Identification : Une adresse IP est un nombre. Ce nombre joue un rôle d'identifiant et il a la propriété d'être unique à l'échelle du réseau. L'adresse IP attribuée à chaque nœud du réseau (boite aux lettres) désigne sans ambiguïté le destinataire afin que le paquet IP (le courrier) soit remis à la bonne interface de communication (boîte aux lettres du destinataire).
• Localisation  : La structure de l'adresse IP est constituée de manière à ce que chaque relai, tels que les routeurs du réseau (bureaux de poste ou centres de tri) soit en mesure de déterminer la route pour acheminer le paquet vers sa destination finale. Le principe de fonctionnement de l'acheminement des paquets sera présenté dans la séquence suivante.

L'adresse IP est codée sur un nombre fixe de bits. Son format est standard ; il est accepté et reconnu par l'ensemble des protagonistes intervenant lors de la communication : émetteur, relais intermédiaires d'acheminement, destinataire (le cadre destinataire d'une enveloppe doit respecter un ensemble de normes établies : nom, numéro de rue, nom de rue, code postal, ville...).

Structuration de l'adresse IP

La structure d'une adresses IP comprend deux parties : un préfixe et un identificateur local comme le schématise la figure 1.

• Préfixe ou localisateur : Le préfixe identifie le réseau de destination et le localise dans l'infrastructure. Un paquet IP est acheminé à travers le réseau sur la base de ce préfixe.
• Identificateur local : Une fois le paquet arrivé dans le réseau de destination, il doit être remis au destinataire final. La partie identificateur local de l'adresse entre alors en jeu.

Figure 1 : Le format d'une adresse IP.

En reprenant l'analogie postale, la lettre est acheminée depuis son point de départ par le bas de l'adresse postale de destination écrite sur l'enveloppe. En tout premier, c'est donc le pays de destination. Puis, au fur et à mesure de son acheminement, la partie significative de l'adresse utilisée remonte. Le code pays est ensuite augmenté du code postal de la ville de destination puis du quartier, de la résidence ou de la rue. À l'arrivée, c'est l'identifiant local, le nom ou le numéro (qui est la partie haute de l'adresse) qui servira au facteur à remettre la lettre dans la boîte du destinataire final. Dans le cas de l'Internet, le principe de l'utilisation de l'adresse est assez proche de cette analogie postale.

Hiérarchisation de l'adressage

L'infrastructure globale des grands réseaux en général, et de l'Internet en particulier, est organisée hiérarchiquement en plusieurs niveaux. En périphérie se trouvent les réseaux "terminaux", connectant les équipements personnels d'un réseau domestique ou l'ensemble des équipements d'une structure ou d'une entreprise. Ces réseaux périphériques sont connectés à un premier niveau d'opérateurs de services réseaux, appelés FAI (Fournisseurs d'Accès à Internet), qui prendra en charge l'acheminement des paquets de et vers l'Internet en les relayant vers le (ou les) niveau(x) supérieur(s). Le niveau supérieur le plus élevé de cette architecture constitue le cœur de l'Internet, couramment dénommé sous le terme anglais backbone qui signifie épine dorsale. Il assure l'acheminement entre les grandes régions de l'Internet. Les relais de ces opérateurs de différents niveaux (routeurs IP) assurent la sélection du prochain relai d'acheminement vers la destination.

Figure 2 : Partie significative de l'adresse au cours de l'acheminement.

Cette hiérarchisation organisationnelle de l'infrastructure se traduit dans la structuration des adresses. Ainsi, dans le cœur du réseau, les relais des opérateurs en charge de l'infrastructure du backbone de l'Internet prennent leur décision d'aiguillage sur la partie de l'adresse identifiant les grandes régions du réseau (à l'instar de l'aérospostale qui ne s'intéresse qu'au code international de l'adresse pour acheminer les lettres entre les différents continents). Les opérateurs intermédiaires ont quant à eux besoin d'agréger des informations plus précises de localisation (le code pays est complété par le code postal de ville ou de métropole urbaine de destination) pour assurer leur part d'acheminement. Le distributeur local (bureau de poste) agrégera la totalité des informations d'adresse pour déposer le paquet à la bonne interface de destination (le facteur de quartier quant à lui se conformera à la totalité des indications de l'adresse pour distribuer le courrier dans la boite du destinataire).

Ces informations de localisation du réseau de destination du paquet, prises en compte par les relais des différents niveaux d'acheminement, constituent le préfixe de l'adresse. Le préfixe d'une adresse de destination identifie le réseau vers lequel on doit acheminer le paquet. Le préfixe est donc un identificateur de réseau. La longueur du préfixe utile s'allonge au fur et à mesure que les informations de localisation s'agrègent dans les différents niveaux de l'infrastructure pour préciser la destination. Ainsi, selon sa position dans la hiérarchie, un relai appuie sa décision de sélection du prochain relai sur un préfixe court dans le cœur du réseau et un préfixe de plus en plus long au fur et à mesure que le paquet approche du réseau périphérique de destination (cf. figure 2).

Deux caractéristiques essentielles découlent de cette structuration hiérarchique :

• Distribution : Les adresses peuvent être allouées de manière distribuée tout en préservant leur unicité d'identification. L'adresse IP allouée à l'interface d'un équipement est unique et identifie sans ambiguïté cette interface parmi toutes les interfaces connectées au réseau, quelque soit la taille de celui-ci (sur Internet l'ordre de grandeur du nombre d'équipements connectés est de plusieurs milliards). De même, dans le système postal, Jean Dupont, résidant Place de la République à Lille n'a pas la même adresse personnelle que Jean Dupont habitant rue Nationale à Lille. De plus, ce dernier conservera une boîte aux lettres clairement identifiée lorsqu'il déménagera rue du Dodo Rieur à Saint-Denis de la Réunion. L'unicité de l'adresse garantit l'identification sans ambiguïté de la boîte aux lettres de Jean Dupont ;
• Agrégation : Comme nous l'avons vu ci-dessus, les informations utiles au choix du prochain relai vers le destinataire lors de l'acheminement du paquet agrègent successivement différentes informations dont la précision augmente au fur et à mesure que le paquet approche du réseau destinataire. L'agrégation des préfixes d'adresse contribue à l'efficacité des mécanismes de routage. Dans le cœur de l'Internet, les routeurs prennent leur décisions de routage uniquement sur des préfixes agrégés (les préfixes courts) selon les grandes directions, les routeurs intermédiaires sur des préfixes plus longs, et enfin les routeurs de périphérie sur la totalité du préfixe. Cette agrégation des préfixes permet de réduire le nombre d'entrées dans les tables de routage, ce qui améliore l'efficacité de la fonction de routage. Ainsi, les routeurs de cœur n'ont pas à connaître exhaustivement les routes vers la totalité des destinations possibles, mais uniquement les routes vers les grandes zones de l'Internet (cf. analogie de l'aéropostale qui achemine uniquement en se référant au code pays de destination).

Allocation des adresses IP

Les adresses IP sont allouées aux interfaces des équipements par l'administrateur du réseau auquel l'interface est attachée. Compte tenu des fonctions d'identification et de localisation de l'adresse présentées ci dessus, cette allocation ne peut être quelconque ou aléatoire mais doit se conformer au plan d'adressage défini par l'administrateur du réseau. Le plan d'adressage fixe les identifiants des différents niveaux de la hiérarchie des préfixes relevant du périmètre de responsabilité de l'administrateur. Ces identifiants doivent correspondre aux choix d'organisation de la topologie de l'infrastructure déployée par l'administrateur. En effet, comme on l'a vu, les préfixes sont déterminants dans la localisation du réseau lors de l'acheminement. Ils sont donc une traduction logique de la structuration topologique du réseau. Seule la partie "identificateur local" peut éventuellement être fixée de manière quelconque. (De la même manière que lorsqu'on emménage dans son logement, une partie de l'adresse postale est fixée par la localisation de l'habitation et le reste est fixé localement par l'habitant lui-même, tel que son nom patronymique ou le nom de villa choisi par le propriétaire.).

Portée d'une adresse IP

Selon le type de l'adresse, la portée de distribution peut être globale ou limitée :

• Une adresse de type global permet d'envoyer un paquet à n'importe quel destinataire du réseau mondial Internet sans restriction (l'adresse globale peut être utilisée pour envoyer un courrier à une administration, tout aussi bien qu'à son voisin de palier ou à un ami expatrié aux antipodes).
• Une adresse de type local ne permettra quant à elle d'acheminer les paquets que sur son espace de validité (l'adresse locale de distribution de l'invitation personnelle à la soirée karaoké d'un centre de vacances ou l'adresse locale de distribution de la navette de courrier interne d'un campus universitaire n'est valide que dans son périmètre local, à savoir respectivement, le centre de vacances et le campus universitaire). En dehors de leur périmètre respectif ces adresses de type local ne sont pas reconnues et ne permettent pas l'acheminement des paquets. Ainsi, l'usage d'adresses de portée locale permet de confiner la distribution des paquets dans un espace exclusivement privatif.

Introduction de la séquence 1

L'adresse IP est l'élément le plus directement et concrètement visible de la nouvelle version du protocole IP pour l'administrateur système et réseaux, chargé de la configuration et de l'administration de l'infrastructure de communication. Avant d'aborder la présentation du protocole et de son fonctionnement, il est important de comprendre les fonctions de l'adresse et de se familiariser avec le formalisme adopté pour sa représentation. C'est l'objectif que nous vous proposons, au travers des différentes activités de cette séquence.

• A11 : la première activité aborde le format d'une adresse IPv6, les fonctions d'une adresse, ainsi que le cycle des différents états d'une adresse lorsqu'elle est allouée à une interface de communication ;
• A12 : l'activité suivante vous permettra de vous familiariser avec le format de notation des adresses IPv6 ;
• A13 : nous enchaînerons avec les différentes déclinaisons des adresses unicast et leurs usages associés ainsi que quelques adresses de multicast nécessaires au fonctionnement d'IPv6 ;
• A14 : cette activité abordera ensuite l'association de ces adresses aux interfaces de communication des équipements par la définition du plan d'adressage du réseau et la politique d'identification des interfaces ;
• Activité pratique : vous pourrez découvrir IPv6 au travers d'une première activité de travaux pratiques. Vous profiterez d’une machine virtuelle intégrant une maquette réseau très réaliste qui vous permettra de tester et observer des communications en IPv6 et de vous familiariser avec différents types d'adresses.