Informatique au lycée Faustin Fleret

Pour aborder cette notion, il est important de bien maîtriser le niveau seconde et première sur le même thème.

Vocabulaire

Vocabulaire :

Switch :

Routeur :

Passerelle :

Adresse IP :

Protocole :

Protocole TCP/IP :

Masque de sous réseau :

Adresse MAC :

Réseau :

Paquet de données :

Réseau LAN,WAN et INTERNET :

DNS :

Encapsulage :

L'adressage

Un réseau informatique est une infrastructure composée d'équipements interconnectés qui permettent l'échange d'informations. Chaque équipement sur un réseau, que ce soit un ordinateur, une imprimante ou autre, est identifié par une adresse IP (Internet Protocol). Cette adresse IPv4 est une séquence de quatre nombres compris entre 0 et 255 (donc sur 4 octets = 32 bits), par exemple, 174.12.240.2.

Le nombre d'adresses IPv4 possibles est de 256⁴ = 4 294 967 296.

En réponse à l'épuisement des adresses IPv4, le système d'adressage évolue vers IPv6. Les adresses IPv6 sont codées sur 128 bits (par rapport aux 32 bits d'IPv4), offrant un espace d'adressage considérablement plus grand. Une adresse IPv6 ressemble à ceci : 2001:0db8:0000:85a3:0000:0000:ac1f:8001.

Nous avons vu qu'une adresse IP n'est jamais donnée seule, elle est toujours accompagnée d'un masque de sous-réseau, dont le rôle est de différencier l'adresse du réseau de celle de la machine.Pour déterminer le numéro de réseau d'une machine, une opération logique ET est effectuée bit à bit entre l'IP et le masque.

Exemple :

Supposons que nous ayons une adresse IP de 192.168.1.100 avec un masque de sous-réseau de 255.255.255.0 (ou 192.168.1.100/24).

Opération logique
11000000.10101000.00000001.01100100   (IP : 192.168.1.100)
11111111.11111111.11111111.00000000   (Masque : 255.255.255.0 )
------------------------------------------------------   ET 
11000000.10101000.00000001.00000000   (Résultat : 192.168.1.0 )

Le résultat de cette opération est 192.168.1.0. C'est le numéro de réseau auquel appartient l'adresse IP 192.168.1.100 avec ce masque de sous-réseau.

Les commandes ping et tracert ou traceroute sous Linux permettent d'avoir des indications sur les IP du réseau.

Réseau d'entreprise

Intéressons nous maintenant à la figure ci-dessus représentant le schéma d’un réseau d’entreprise. Il y figure deux réseaux locaux L1 et L2. Ces deux réseaux locaux sont interconnectés par les routeurs R2, R3, R4 et R5. Le réseau local L1 est constitué des PC portables P1 et P2 connectés à la passerelle R1 par le switch Sw1. Les serveurs S1 et S2 sont connectés à la passerelle R6 par le switch Sw2. Le tableau suivant indique les adresses IPv4 des machines constituants le réseau de l’entreprise.

Une adresse IP est composée de 4 octets, soit 32 bits. Elle est notée X1.X2.X3.X4, où X1, X2, X3 et X4 sont les valeurs des 4 octets. Dans le tableau, les valeurs des 4 octets ont été converties en notation décimale.

La notation X1.X2.X3.X4/n signifie que les n premiers bits de poids forts de l’adresse IP représentent la partie « réseau », les bits suivants de poids faibles représentent la partie « machine ».

Toutes les adresses des machines connectées à un réseau local ont la même partie réseau. L’adresse IP dont tous les bits de la partie « machine » sont à 0 est appelée « adresse du réseau ». L’adresse IP dont tous les bits de la partie « machine » sont à 1 est appelée « adresse de diffusion ».

Le routage

Le routage est le mécanisme par lequel des chemins sont sélectionnés dans un réseau pour acheminer les données d'un expéditeur jusqu'à un ou plusieurs destinataires.

L'efficacité du routage passe par des algorithmes qui utilisent des tables de routage indiquant quelle route prendre pour acheminer un paquet vers une adresse donnée.

Le réseau internet (qui est en fait un « réseau de réseaux ») étant décentralisé, pour communiquer entre elles les machines doivent passer par l'intermédiaire d'autres machines: les routeurs.

Un réseau de réseaux comportant des routeurs peut être modélisé par un graphe (si nécessaire revoir le cours sur les graphes): chaque routeur est un sommet et chaque liaison entre les routeurs ou entre un routeur et un switch est une arête. Les algorithmes utilisés par les protocoles de routages sont donc des algorithmes issus de la théorie de graphes.

Deux types de routage existent, le routage statique et le routage dynamique :

• Le routage statique est un routage où chaque route a été saisie manuellement par l’administrateur. Il est utilisé dans les tous petits réseaux. Il est facile à gérer lorsque le nombre de routes reste limité. Lorsqu’une route est en panne, l’intervention de l’administrateur est obligatoire pour saisir une route de secours.
• Le routage dynamique est un routage où les routes sont calculées et saisies grâce à un protocole de routage. Il est utilisé dans les plus gros réseaux. Il est plus difficile à mettre en place, mais plus facile à maintenir. Lorsqu’une route est en panne, il recalcule automatiquement un autre chemin.

En terminale,nous allons étudier le protocole RIP (Routing Information Protocol) et le protocole OSPF (Open Shortest Path First).

Protocole RIP (Routing Information Protocol)

Le protocole RIP (Routing Information Protocol) repose sur l'algorithme de Bellman-Ford, qui permet de calculer les plus courts chemins dans un graphe. Bien que simple à mettre en place, le RIP n'est pas très efficace car il ne prend pas en compte la vitesse des connexions telles que la bande passante. La métrique utilisée est le nombre de sauts, avec une métrique à 0 indiquant que le réseau de destination est connecté au routeur, et une métrique égale à 16 signifiant qu'il n'est pas joignable.

Toutes les trente secondes, chaque routeur envoie les tables de routage aux routeurs voisins, et ces informations sont utilisées pour mettre à jour la table de routage du routeur émetteur. Les nouvelles destinations accessibles en au plus 15 sauts sont ajoutées, et les routes des destinations existantes sont modifiées si une solution en moins de sauts est détectée.

Le protocole RIP est un protocole de routage interne à vecteur de distance, utilisant une technique de diffusion périodique toutes les 30 secondes. Chaque routeur envoie le contenu de sa table de routage aux routeurs voisins via des datagrammes UDP (User Datagram Protocol). Bien que le RIP ne soit plus largement utilisé aujourd'hui, il reste étudié en classe terminale pour sa simplicité. La métrique utilisée est le nombre de sauts, un entier variant de 1 à 15, avec la valeur 16 correspondant à l'infini. Cette valeur est attribuée si une route n'est pas annoncée par les autres routeurs au moins une fois en 3 minutes.

Protocole OSPF (Open Shortest Path First)

Le protocole OSPF (Open Shortest Path First) se base sur la rapidité des sauts pour établir des chemins optimisés.

Il permet d'évaluer le coût de chaque liaison entre routeurs, permettant ainsi de déterminer le coût total d'une route en additionnant les coûts des liaisons traversées.

Le fonctionnement de l'OSPF repose sur l'algorithme de Dijkstra, qui est utilisé pour calculer le chemin le plus rapide dans un graphe.

Chaque route dans l'OSPF est associée à une métrique prenant en compte divers critères. . Le coût utilisé pour chaque lien doit être inversement proportionnel à la bande passante du lien en question. Ce coût peut être défini manuellement ou calculé avec la formule suivante :
Coût = (108)/(bande passante du lien en bit/s).
Par la suite, chaque routeur utilise l'algorithme de Dijkstra, également connu sous le nom de Shortest Path First (SPF), pour déterminer la route la plus rapide vers chacun des réseaux.

Table de routage

Chaque routeur possède une table de routage. Une table de routage peut être vue comme un tableau qui va contenir des informations permettant au routeur d'envoyer le paquet de données dans la "bonne direction".

Il existe 2 méthodes :

• le routage statique : chaque ligne doit être renseignée "à la main". Cette solution est seulement envisageable pour des très petits réseaux de réseaux car en cas de panne le réseau est incapable de réagir aux événements.
• le routage dynamique : tout se fait "automatiquement", on utilise des protocoles qui vont permettre de "découvrir" les différentes routes automatiquement afin de pouvoir remplir la table de routage tout aussi automatiquement.

Un réseau peut être schématisé sous forme de graphe.

Chaque sommet, désigné par une lettre, représente un routeur ou un hôte. Les arêtes entre les sommets correspondent aux sous-réseaux du graphe. On a de plus indiqué sur chaque arête un coût correspondant à la métrique choisie pour le protocole OSPF.
Ce graphe est non orienté (les liens sont à double-sens) et pondéré (un poids est affecté à chaque lien).

Table de routage selon le protocole RIP

Table de routage selon le protocole OSPF

On applique d’abord l’algorithme de Dijkstra pour déterminer les routes les plus rapides (selon la métrique utilisée) pour atteindre chaque destination. On peut ensuite faire la table de routage.

Connaître la table de routage d'un ordinateur

Un ordinateur contient une table de routage accessible par la commande route.

• La première ligne établit qu'en vue d'accéder à l'ordinateur lui-même (avec un masque de 255.255.255.255), le trafic doit être dirigé vers l'interface 127.0.0.1 (aussi appelée localhost). Cela demeure possible même en l'absence d'une carte réseau, car cette interface est logicielle et non matérielle.
• Quant à la deuxième ligne, elle indique que pour atteindre les ordinateurs du réseau 192.168.1.x (avec un masque de 255.255.255.0), le passage se fait par l'interface 192.168.1.11, correspondant à la carte réseau ayant cette adresse IP.
• La troisième ligne stipule qu'accéder au réseau interne de l'ordinateur, désigné par 127.0.0.0, implique le passage par l'interface 127.0.0.1. (Les adresses commençant par 127.x.x.x sont réservées pour cela.)
• Enfin, la dernière ligne spécifie que pour accéder à toutes les adresses non spécifiées ci-dessus, l'interface d'adresse IP 192.168.1.11 est utilisée pour transmettre une requête à la passerelle ayant pour adresse IP 192.168.1.250. La passerelle facilite la sortie du réseau local afin d'atteindre d'autres réseaux.

Entraînement 4 :

Dans un réseau le noeud A reçoit les paquets d'information d'état des liens de chaque noeud ; il connaît donc les voisins de chaque noeud ainsi que les coûts associés :

1. Reconstruire le réseau.
2. Calculer les tables de routage de A et D en utilsant l'algorithme de Dijkstra

Entraînement 5 :

Le réseau suivant est constitué de routeurs interconnectés avec liaisons associé à un coût.

1. En utilisant l'algorithme de dijkstra déterminer le chemin le plus court entre A et tous les autres noeuds du réseau.
2. Établir la table de routage de A.

Entraînement 6 : IP

Les adresses IPv4 sont données sous la forme de 4 nombres en base 10 compris entre 0 et 255. On considère la machine suivante d'IP : 172.16.0.5/16

1. Donner l'adresse de votre machine en binaire.
2. Quel est le masque de votre réseau (en notation décimale et binaire) ?
3. La machine d’adresse 172.16.122.3 fait-elle partie du même réseau que votre ordinateur ?

Vous envisagez de séparer le réseau du lycée en plusieurs sous-réseaux dont les adresses seront de la forme 172.16.x.0/24.

1. Combien de sous-réseaux pouvez-vous créer ?
2. Combien de machines chaque sous-réseau pourra-t-il accueillir ?

Entraînement 7 : débit

On peut calculer le coût de chaque liaison dans un réseau avec la formule : coût = 10⁸ / d.

Le débit d est exprimé en bits/s. On rappelle que le préfixe M correspond à Mega de valeur 10⁶ et le préfixe G correspond à giga de valeur 10⁹.

1. Calculer avec cette convention, le coût d'une route entre deux routeurs reliés en Fast Ethernet (100 Mbits/s).
2. Calculer avec cette convention, le coût d'une route entre deux routeurs reliés par une liaison satellite de 20 Mbits/s.
3. Donner le débit d'une liaison 5G sachant que le coût de cette liaison est de 0.005.