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

From Livre IPv6
(→‎Le routeur)
 
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= Activité 02 : Principes de l'Internet =
  
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= Pourquoi IPv6 ?=
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<!-- {{Decouverte}} -->
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* ce qu’est un routeur
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* Le routeur
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* Le protocole IP
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* Transfert des paquets à travers l’internet
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== IPv4 à l'origine de l'Internet ==
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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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Au début des années 1980, alors que s'opérait l'interconnexion de différents réseaux informatiques pour créer l'Internet que nous connaissons aujourd'hui, IP s'est imposé comme le protocole standard de l'Internet. L'organisme de standardisation IETF spécifie la version 4 du protocole IP (IPv4) dans le document RFC 791, daté de 1981. En 1983, le réseau étasunien ARPANET choisit la pile TCP/IPv4 comme le standard de communication pour les équipements et les réseaux souhaitant se connecter. Ce choix s'est ensuite imposé sur l'ensemble des réseaux et des systèmes de ce qui allait devenir ensuite l'Internet.
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== Introduction ==
  
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Le protocole IPv4 a été un élément décisif dans le passage à l'échelle de l'Internet. Ses spécifications généralisent les propriétés importantes de connectivité globale et de contrôle de bout-en-bout. Elles définissent pour les adresses IP une longueur fixe de 32 bits. IPv4 permet ainsi de définir un nombre important d'adresses (2<sup>32</sup> soit plus de 4,3 milliards), donc autant d'identifiants attribués à chaque équipement connecté. Au moment où ont été définies ces spécifications, le réseau ARPANET comptait quelques centaines d'équipements. En 1987, ce nombre dépassa les 10 000 puis 160 000 à la fin de l'année 1989 <ref>Internet History of 80s, https://www.computerhistory.org/internethistory/1980s/</ref>. La capacité d'adressage d'IPv4 semblait alors suffisante pour pouvoir répondre au besoin de nouvelles connexions, même si celui-ci augmentait rapidement.
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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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== Apparition des premières limitations ==
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== Le routeur ==
  
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Au début des années 1990 est apparu une nouvelle application utilisant les capacités de communication de l'Internet : le World-Wide Web. Très simple d'utilisation, permettant de consulter des contenus de plus en plus riches, le Web a vite créé un nouveau besoin de connexion à l'Internet, notamment chez les particuliers qui s'équipaient alors massivement avec des ordinateurs personnels. L'internet devint alors mondial, se structurant par l'interconnexion des opérateurs publics et privés des différents pays. En 1992, le nombre d'équipements connectés à l'Internet dépasse le million.
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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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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. Les organismes régulateurs de l’Internet ont donc modifié les politiques d'attribution des adresses afin d’éviter tout gaspillage de cette ressource limitée et ainsi maintenir le développement des réseaux IPv4. Le premier changement a concerné les opérateurs. Ceci se font vu imposé des nouvelles règles dans l'attribution des blocs d'adresses <ref>Wikipedia, [https://en.wikipedia.org/wiki/Classless_Inter-Domain_Routing Classless Inter-Domain Routing].</ref>
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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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== Nouveaux besoins d’adressage ==
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== Le 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...  Les 4,3 milliards d’adresses (2<sup>32</sup>) du protocole IPv4 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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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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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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Le routeur réalise deux fonctions complémentaires : le relayage et le routage.  
  
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{{Note| BS|Reprendre l'analogie des numéros de téléphone plutôt que du système postal pour explique la pénurie}}
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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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<!--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.  
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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| BS|Trouver des courbes permettant de rendre compte de l'augmentation de la pénétration d'Internet, ou du nombre d'équipements connectés}}
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[[Image:02-fig1-box.png|300px|center|thumb|Figure 1: Une box et un routeur.
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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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== IP, le protocole de l’Internet ==
  
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{{Note| BS|Reprendre l'analogie des numéros de téléphone plutôt que du système postal pour explique la pénurie}}
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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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== Contourner la pénurie ==
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<!-- C'est le routeur qui exécute le protocole IP.--> <!-- VL : contredit le début du § suivant -->
  
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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.
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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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{{Note|Pascal| l’effondrement de l’Internet c'est quoi concretement si il n'y a plus d'adresse ? ce n'est pas la fin de la croissance plutôt; A développer}}
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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 second changement a porté sur l'attribution des adresses aux systèmes terminaux. L'idée a été le partage des adresses. Un système ne possède plus une adresse mais doit utiliser une adresse partagée avec d'autres systèmes. Pour mettre ce nouveau mode d'attribution des adresses IP, des dispositifs techniques ont été introduits et  des plages d'adresses ont été réservées pour leur mise en oeuvre. L'adresse IP à partager est attribuée à ce dispositif à charge à lui de la partager avec les systèmes d'extrémités qui lui sont connectés.  La connectivité entre cet équipement et les systèmes d'extrémités est réalisé par un réseau privé ayant une plage d'adresses spécifiques (RFC 1918).
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== Le paquet IP ==
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Afin d'assurer l'interconnexion des réseaux privés avec l'Internet ces  équipements effectue une traduction d’adresses.  C'est à dire l'adresse privée est changée en l'adresse publique à partager. Techniquement, ces équipements sont appelés des NAT (Network Address Translation) et se trouve dans les box Internet que vous avez chez vous.
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{{Note|Pascal| mettre un schéma du NAT}}
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Ces équipements sont intrusifs et 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.
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Et comme le facteur ne connait pas toutes les langues, les contenus dont il n'est pas capable de déchiffrer, il jète la lettre. Vous en conviendrez que le service postal serait moyen si on peut dire !
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Dans le cas de l'Internet, cela signifie qu'un nouveau protocole lorsqu'il est utilisé peut ne pas passer les NAT. Ces paquet sont jetés par le NAT dans la mesure qu'ils ne le comprennent pas. Ce comportement est très facheux car il bloque l'innovation sur l'Internet. Ce phénomène connu porte le barbarisme "d'ossification". C'est la conséquence du nom respect du principe de bout en bout. Ce principe dicte une règle de distribution des fonctions qui est central de l'architecture du réseau Internet. Il énonce que « plutôt que d’installer l’intelligence au cœur du réseau, il faut la situer aux extrémités : les noeuds au sein du réseau n’ont à exécuter que les fonctions très simples qui sont nécessaires pour les applications les plus diverses, alors que les fonctions qui sont requises par certaines applications spécifiques seulement doivent être exécutées en bordure de réseau. Ainsi, la complexité et l’intelligence du réseau sont repoussées vers ses lisières. Des réseaux simples pour des applications intelligentes. » <ref>Lawrence Lessig, L'Avenir des idées, 2005, Presses universitaires de Lyon, 1re partie, paragraphe 75 dans l'édition numérique des Presses. </ref> La première conclusion que nous pouvons tirer de la mise en place de cette solution à base de traduction d'adresse est que le principe fondateur de l'Internet et non respecté ayant pour conséquence d'empêcher son évolution.
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L'autre effet de ce nouveau mode d'attribution des adresses est la complexité pour pouvoir joindre un système d'extrémité qui n'a pas d'adresse propre (on parle d'adresse publique).
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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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Traditionnellement l'interaction des applications communicantes se fait à l'initiative d'un client. Ce dernier contacte un serveur.  Un client peut s'accommoder de ne pas avoir une adresse publique. Il en est tout différemment  pour un serveur. Pour être contacté par le client, il doit avoir une adresse qui l'identifie sans ambiguité. Il lui faut donc une adresse publique qui lui est propre.  Le nouveau dispositif de partage d'adresse n'est pas utilisable pour un serveur. Il s'ensuit que les systèmes d'extrémités ne sont plus équivalents vis à vis de l'adressage.
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La conséquence c'est selon la connectivité à Internet, le système d'extrémité est limité dans son rôle.  Soit il ne peut être que client ou soit  il  peut avoir un rôle de client ou serveur.
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Avec le développement de la domotique, de l'internet des objets, des applications de téléphonie ou de visio conférences, il est nécessaire d'avoir des adresses propres.  L'utilisation de ces services dans le contexte des dispositif de partage de l'adresse public, rend énormément compliqué leur accès et leur utilisation depuis un téléphone portable (Ceux qui ont installé une caméra IP dans leur domicile peuvent en témoigner). La seconde conclusion de l'introduction d'une connectivité à base d'un dispositif de traduction à l'impossibilité d'héberger simplement des serveurs  avec des adresses privées.
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{{Note|Pascal| tout semble marcher en IPv4 mais ce n'est pas suffisant trop de limitation, à développer}}
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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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== La bonne solution à  la pénurie ==
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[[Image:02-fig2-paquet.png|200px|center|thumb|Figure 2: Le format du paquet IP.
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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. Cette séparation créée entre réseaux privés et réseaux publics pénalise la capacité de communiquer entre n'importe quel équipement connecté à l'Internet  qui était à l'origine une propriété importante de l'Internet.  Elle limite aussi l'introduction des nouvelles applications ou d'installer des serveurs simplement.
 
  
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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. Il est donc possible grâce à la capacité d'IPv6 de déployer des nouveaux réseaux sans avoir besoin des dispositifs de translation d'adresses. La capacité d'adressage d'IPv6 permet d'attribuer aux équipements des adresses joignables directement, rendant ainsi de nouveau possibles les communications de bout-en-bout. Le rétablissement de cette propriété est indispensables pour les nouveaux usages de l'Internet que sont les objets communiquant, la santé ou l'agriculture connectée et les villes intelligentes.
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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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== La bonne solution n'est pas simple à déployer ==
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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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Cependant, par conception, le protocole IPv6 n’est pas compatible avec IPv4 et ces deux versions de protocole devront cohabiter le temps de la transition de l’ensemble de l’Internet vers IPv6. 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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Nous reviendrons sur ce problème de la cohabitation entre les 2 versions du protocole IP dans la suite de ce cours.
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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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{{Note| PA|Il manque une conclusion qui résumé et qui soit positive}}
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== Conclusion : points clés d'IP==
  
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== Références bibliographiques ==
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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.
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== Pour aller plus loin ==
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RFC et leur analyse par S. Bortzmeyer :
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* RFC 1918 Address Allocation for Private Internets [https://www.bortzmeyer.org/1918.html Analyse]
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Latest revision as of 16:28, 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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