PhilippeLatu inetdoc.net Enseignant - Chargé de mission Systèmes & Réseaux IUT - Université Toulouse III - Paul Sabatier

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Le système d'adressage défini avec le protocole réseau du modèle TCP/IP est incontournable dans la mise en œuvre des réseaux actuels. L'objet de cet article est de décrire succinctement le fonctionnement et les possibilités de l'adressage IP. GNU Linux address adressage exercices inet ip interdomaine internet internetworking nat network rfc950 rfc1918 rfc1631 subnetting cidr Copyright (c) 2000,2012 Philippe Latu. Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled "GNU Free Documentation License". Copyright (c) 2000,2012 Philippe Latu. Permission est accordée de copier, distribuer et/ou modifier ce document selon les termes de la Licence de Documentation Libre GNU (GNU Free Documentation License), version 1.3 ou toute version ultérieure publiée par la Free Software Foundation ; sans Sections Invariables ; sans Texte de Première de Couverture, et sans Texte de Quatrième de Couverture. Une copie de la présente Licence est incluse dans la section intitulée « Licence de Documentation Libre GNU ». Cet article est écrit avec DocBook XML sur un système Debian GNU/Linux. Il est disponible en version imprimable au format PDF : adressage.ipv4.pdf. Tous les exemples d'exécution des commandes sont précédés d'une invite utilisateur ou prompt spécifique au niveau des droits utilisateurs nécessaires sur le système. Toute commande précédée de l'invite $ ne nécessite aucun privilège particulier et peut être utilisée au niveau utilisateur simple. Toute commande précédée de l'invite # nécessite les privilèges du super utilisateur. Le rôle fondamental de la couche réseau (niveau 3 du modèle OSI) est de déterminer la route que doivent emprunter les paquets. Cette fonction de recherche de chemin nécessite une identification de tous les hôtes connectés au réseau. De la même façon que l'on repère l'adresse postale d'un bâtiment à partir de la ville, la rue et un numéro dans cette rue, on identifie un hôte réseau par une adresse qui englobe les mêmes informations. Le modèle TCP/IP utilise un système particulier d'adressage qui porte le nom de la couche réseau de ce modèle : l'adressage IP. Le but de cet article est de présenter le fonctionnement de cet adressage dans sa version la plus utilisée IPv4. De façon très académique, on débute avec le format des adresses IP. On définit ensuite les classes d'adresses IP, le premier mode de découpage de l'espace d'adressage. Comme ce mode de découpage ne convenait pas du tout au développement de l'Internet, on passe en revue la chronologie des améliorations apportées depuis 1980 : les sous-réseaux ou subnetting, la traduction d'adresses ou Native Address Translation (NAT) et enfin le routage interdomaine sans classe. Les adresses IP sont composées de 4 octets. Par convention, on note ces adresses sous forme de 4 nombres décimaux de 0 à 255 séparés par des points. L'originalité de ce format d'adressage réside dans l'association de l'identification du réseau avec l'identification de l'hôte. La partie réseau est commune à l'ensemble des hôtes d'un même réseau, La partie hôte est unique à l'intérieur d'un même réseau. Prenons un exemple d'adresse IP pour en identifier les différentes parties : Adresse complète 192.168. 1. 1 Masque de réseau 255.255.255. 0 Partie réseau 192.168. 1. Partie hôte 1 Adresse Réseau 192.168. 1. 0 Adresse de diffusion 192.168. 1.255 Le masque de réseau Le masque de réseau sert à séparer les parties réseau et hôte d'une adresse. On retrouve l'adresse du réseau en effectuant un ET logique bit à bit entre une adresse complète et le masque de réseau. L'adresse de diffusion Chaque réseau possède une adresse particulière dite de diffusion. Tous les paquets avec cette adresse de destination sont traités par tous les hôtes du réseau local. Certaines informations telles que les annonces de service ou les messages d'alerte sont utiles à l'ensemble des hôtes du réseau. Voici le même exemple obtenu avec l'affichage de la configuration des interfaces réseau d'un hôte avec un système GNU/Linux : # ifconfig eth0 Lien encap:Ethernet HWaddr 00:04:75:FD:13:CD inet adr:192.168.1.1 Bcast:192.168.1.255 Masque:255.255.255.0 adr inet6: fe80::204:75ff:fefd:13cd/64 Scope:Lien UP BROADCAST MULTICAST MTU:1500 Metric:1 RX packets:0 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:158 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:158 collisions:0 lg file transmission:1000 RX bytes:0 (0.0 b) TX bytes:9558 (9.3 KiB) Interruption:5 Adresse de base:0xe800 lo Lien encap:Boucle locale inet adr:127.0.0.1 Masque:255.0.0.0 adr inet6: ::1/128 Scope:Hôte UP LOOPBACK RUNNING MTU:16436 Metric:1 RX packets:4649 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:4649 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 lg file transmission:0 RX bytes:1728470 (1.6 MiB) TX bytes:1728470 (1.6 MiB) Les informations qui nous intéressent sont placées sur cette ligne. L'adresse 192.168.1.1 est l'adresse IP affectée à l'interface Ethernet eth0. L'adresse de diffusion est 192.168.1.255 compte tenu du masque réseau. Le masque réseau à pour valeur : 255.255.255.0. L'interface de boucle locale lo joue un rôle très particulier. Elle est utilisée pour les communications réseau entre les processus locaux exécutés sur le système. Ces communications ne nécessitant aucun «contact» avec l'extérieur, aucune interface réseau physique ne doit être sollicitée. Pour plus d'informations voir . À l'origine, plusieurs groupes d'adresses ont été définis dans le but d'optimiser le cheminement (ou le routage) des paquets entre les différents réseaux. Ces groupes ont été baptisés classes d'adresses IP. Ces classes correspondent à des regroupements en réseaux de même taille. Les réseaux de la même classe ont le même nombre d'hôtes maximum. Classes d'adresses IPv4 Classe A Le premier octet a une valeur comprise entre 1 et 126 ; soit un bit de poids fort égal à 0. Ce premier octet désigne le numéro de réseau et les 3 autres correspondent à l'adresse de l'hôte. L'adresse réseau 127.0.0.0 est réservée pour les communications en boucle locale. Classe B Le premier octet a une valeur comprise entre 128 et 191 ; soit 2 bits de poids fort égaux à 10. Les 2 premiers octets désignent le numéro de réseau et les 2 autres correspondent à l'adresse de l'hôte. Classe C Le premier octet a une valeur comprise entre 192 et 223 ; soit 3 bits de poids fort égaux à 110. Les 3 premiers octets désignent le numéro de réseau et le dernier correspond à l'adresse de l'hôte. Classe D Le premier octet a une valeur comprise entre 224 et 239 ; soit 3 bits de poids fort égux à 111. Il s'agit d'une zone d'adresses dédiées aux services de multidiffusion vers des groupes d'hôtes (host groups). Classe E Le premier octet a une valeur comprise entre 240 et 255. Il s'agit d'une zone d'adresses réservées aux expérimentations. Ces adresses ne doivent pas être utilisées pour adresser des hôtes ou des groupes d'hôtes. Classe Masque réseau Adresses réseau Nombre de réseaux Nombre d'hôtes par réseau A 255.0.0.0 1.0.0.0 - 126.255.255.255 126 16777214 B 255.255.0.0 128.0.0.0 - 191.255.255.255 16384 65534 C 255.255.255.0 192.0.0.0 - 223.255.255.255 2097152 254 D 240.0.0.0 224.0.0.0 - 239.255.255.255 adresses uniques adresses uniques Le tableau ci-dessus montre que la distribution de l'espace d'adressage est mal répartie. On ne dispose pas de classe intermédiaire entre A et B alors que l'écart entre les valeurs du nombre d'hôte par réseau est énorme. La répartition en pourcentages de l'espace total d'adressage IP est : Classes A - 50% Classes B - 25% Classes C - 12.5% Classes D - 12.5% À cette mauvaise distribution de l'espace d'adressage, il faut ajouter les nombreuses critiques sur la façon dont les attributions de classes IP ont été gérées dans les premières années de l'Internet. Comme les classes ont souvent été attribuées sur demande sans corrélation avec les besoins effectifs, on parle d'un grand «gaspillage». Au cours des années, plusieurs générations de solutions ont été apportées pour tenter de compenser les problèmes de distribution de l'espace d'adressage. Les sections suivantes présentent ces solutions dans l'ordre chronologique. Pour compenser les problèmes de distribution de l'espace d'adressage IP, la première solution utilisée a consisté à découper une classe d'adresses IP A, B ou C en sous-réseaux. Cette technique appelée subnetting a été formalisée en 1985 avec le document RFC950. Si cette technique est ancienne, elle n'en est pas moins efficace face aux problèmes d'exploitation des réseaux contemporains. Il ne faut jamais oublier que le découpage en réseaux ou sous-réseaux permet de cloisonner les domaines de diffusion. Les avantages de ce cloisonnement de la diffusion réseau sont multiples. Au quotidien, on évite l'engorgement des liens en limitant géographiquement les annonces de services faites par les serveurs de fichiers. Les services Micro$oft basés sur netBT sont particulièrement gourmands en diffusion réseau. En effet, bon nombre de tâches transparentes pour les utilisateurs supposent que les services travaillent à partir d'annonces générales sur le réseau. Sans ces annonces par diffusion, l'utilisateur doit désigner explicitement le service à utiliser. Le service d'impression est un bon exemple. Il existe quantité de vers et|ou virus dont les mécanismes de propagation se basent sur une reconnaissance des cibles par diffusion. Le ver Sasser en est un exemple caractéristique. En segmentant un réseau en plusieurs domaines de diffusion, on limite naturellement la propagation de code malveillant. Le subnetting devient alors un élément de la panoplie des outils de sécurité. Pour illustrer le fonctionnement du découpage en sous-réseaux, on utilise un exemple pratique. On reprend l'exemple de la classe C 192.168.1.0 dont le masque réseau est par définition 255.255.255.0. Sans découpage, le nombre d'hôtes maximum de ce réseau est de 254. Considérant qu'un domaine de diffusion unique pour 254 hôtes est trop important, on choisit de diviser l'espace d'adressage de cette adresse de classe C. On réserve 3 bits supplémentaires du 4ème octet en complétant le masque réseau. De cette façon on augmente la partie réseau de l'adresse IP et on diminue la partie hôte. Découpage en sous-réseaux d'une adresse de classe C avec un masque étendu à 3 bits supplémentaires Adresse réseau 192.168. 1. 0 Plage d'adresses utilisables Adresse de diffusion Masque de réseau 255.255.255.224 Sous-réseau 0 192.168. 1. 0 192.168.1. 1 - 192.168.1. 30 192.168.1. 31 Sous-réseau 1 192.168. 1. 32 192.168.1. 33 - 192.168.1. 62 192.168.1. 63 Sous-réseau 2 192.168. 1. 64 192.168.1. 65 - 192.168.1. 94 192.168.1. 95 Sous-réseau 3 192.168. 1. 96 192.168.1. 97 - 192.168.1.126 192.168.1.127 Sous-réseau 4 192.168. 1.128 192.168.1.129 - 192.168.1.158 192.168.1.159 Sous-réseau 5 192.168. 1.160 192.168.1.161 - 192.168.1.190 192.168.1.191 Sous-réseau 6 192.168. 1.192 192.168.1.193 - 192.168.1.222 192.168.1.223 Sous-réseau 7 192.168. 1.224 192.168.1.225 - 192.168.1.254 192.168.1.255 Selon les termes du document RFC950, les sous-réseaux dont les bits de masque sont tous à 0 ou tous à 1 ne devaient pas être utilisés pour éviter les erreurs d'interprétation par les protocoles de routage dits classful comme RIPv1. En effet, ces protocoles de routages de «première génération» ne véhiculaient aucune information sur le masque sachant que celui-ci était déterminé à partir de l'octet le plus à gauche. Dans notre exemple ci-dessus, il y avait confusion aux niveaux de l'adresse de réseau et de diffusion. L'adresse du sous-réseau 192.168.1.0 peut être considérée comme l'adresse réseau de 2 réseaux différents : celui avec le masque de classe C (255.255.255.0) et celui avec le masque complet après découpage en sous-réseaux (255.255.255.224). De la même façon, l'adresse de diffusion 192.168.1.255 est la même pour 2 réseaux différents : 192.168.1.0 ou 192.168.100.224. Depuis la publication du document RFC950, en 1985, les protocoles de routage qui servent à échanger les tables d'adresses de réseaux connectés entre routeurs ont évolué. Tous les protocoles contemporains sont conformes aux règles de routage interdomaine sans classe (CIDR). Les protocoles tels que RIPv2, OSPF et BGP intègrent le traitement des masques de sous-réseaux. Ils peuvent même regrouper ces sous-réseaux pour optimiser le nombre des entrées des tables de routage. Pour appuyer cet argument, le document RFC1878 de 1995 spécifie clairement que la pratique d'exclusion des sous-réseaux all-zeros et all-ones est obsolète. Le routage interdomaine sans classe ou Classless Inter-Domain Routing (CIDR L'acronyme CIDR se prononce comme le «cidre» en anglais : cider. ) a été discuté par l'IETF à partir de 1992. Certaines projections de croissance de l'Internet prévoyaient une saturation complète de l'espace d'adressage IP pour 1994 ou 1995. L'utilisation de cette technique a débuté en 1994 après la publication de 4 documents RFC : RFC1517, RFC1518, RFC1519 et RFC1520. Le principale proposition du document RFC1519 publié en Septembre 1993 était de s'affranchir de la notion de classe en s'appuyant sur la notion de masque réseau dont l'utilisation était déjà très répandue à l'époque. Le document RFC1519 permet aux administrateurs réseau d'aller au delà du simple subnetting en donnant la capacité de faire du supernetting. En utilisant n'importe quel masque de sous-réseau ou masque de super-réseau possible, on ne se limite plus aux masques classiques des classes : 255.0.0.0, 255.255.0.0 et 255.255.255.0. Cette technique de supernetting associée au masque réseau de longueur variable (Variable Length Subnet Mask ou VLSM) a résolu les problèmes d'attribution de l'espace d'adressage IPv4 et d'accroissement des tables de routage de l'Internet. Le problème d'attribution de l'espace d'adressage IPv4 a été diminué parce que l' n'a plus été contraint au déploiement d'espaces adresses «pleins» (classful). Au lieu d'avoir la moitié de l'espace d'adressage IPv4 réservé pour les gros réseaux massifs de classe A, cet espace a été découpé en tranches de plus petites tailles, plus faciles à utiliser. Le routage interdomaine sans classe (CIDR), associé à la traduction d'adresses de réseau (NAT, document RFC1631 de 1994), a permis au protocole IPv4 de survivre bien au delà de la limite annoncée. Le problème des tailles de table de routage a été également résolu à l'aide des techniques CIDR et VLSM. Le supernetting fournit aux administrateurs un masque unique pour représenter des réseaux multiples en une seule entrée de table de routage. Par exemple, un fournisseur d'accès Internet (FAI) à qui on a assigné le réseau 94.20.0.0/16, peut attribuer des sous-réseaux à ses clients (94.20.1.0/24 à la société A, 94.20.2.0/24 à la société B, etc.) et publier l'adresse 94.20.0.0/16 dans les tables de routage pour représenter tous ses réseaux. La technique de masque réseau de longueur variable (VLSM) permet à un client de n'acquérir que la moitié de cet espace ; par exemple le réseau 94.20.0.0/23 attribue la plage d'adresses allant de 94.20.0.0 à 94.20.127.0. La plage 94.20.128.0 - 94.20.254.0 peut être vendue à une autre société. La capacité de synthétiser (summarize) de multiples sous-réseaux en une adresse et un masque de super réseau réduit significativement les tailles des tables de routage. Bien que ces tailles de tables augmentent encore, les capacités (mémoire et traitement) des équipements d'interconnexion modernes sont largement suffisantes pour gérer cette croissance. Le fait de réduire le nombre de bits à 1 du masque réseau permet d'optimiser le nombre des entrées dans une table de routage. Même si cette utilisation du routage interdomaine sans classe dépasse le cadre de ce document, voici un exemple simplifié qui permet de regrouper les 4 réseaux de la liste ci-dessous en une seule entrée avec un masque réseau réduit. 172.16.12.0/24 10101100.00010000.000011 00. 00000000 172.16.13.0/24 10101100.00010000.000011 01. 00000000 172.16.14.0/24 10101100.00010000.000011 10. 00000000 172.16.15.0/24 10101100.00010000.000011 11. 00000000 La technique du supernetting est basée sur l'identification des bits communs à toutes les adresses de réseau à synthétiser. Dans la liste des 4 réseaux ci-dessus les 22 premiers bits ne varient pas. L'adresse de réseau qui «synthétise» ces 4 entrées est donc : Address: 172.16.12.0 10101100.00010000.000011 00.00000000 Netmask: 255.255.252.0 = 22 11111111.11111111.111111 00.00000000 La technique VLSM n'est pas seulement utile aux principaux fournisseurs d'accès Internet (Internet Service Provider ou ISP). Un administrateur possédant plus d'un sous-réseau peut utiliser cette technique pour utiliser son espace assigné plus efficacement. Considérons l'exemple ci-dessous : Classes d'adresses IPv4 Le fournisseur d'accès a attribué le réseau 120.1.50.0 avec le masque 255.255.255.128 ; soit l'adresse réseau 120.1.50.0/25. On dispose donc de la moitié du réseau 120.1.50.0/24. Suivant les contraintes issues du graphique ci-dessus, on peut découper ce réseau de la façon suivante : Nom Sous-réseau Notation CIDR Masque Plage d'adresses Nombre d'hôtes Liaison ISP1 120.1.50.0 /30 255.255.255.252 120.1.50.1 - 120.1.50.2 2 Liaison ISP2 120.1.50.4 /30 255.255.255.252 120.1.50.5 - 120.1.50.6 2 Services Internet 120.1.50.16 /28 255.255.255.240 120.1.50.17 - 120.1.50.30 14 Administration 120.1.50.32 /27 255.255.255.224 120.1.50.33 - 120.1.50.62 30 Ingénierie 120.1.50.64 /27 255.255.255.224 120.1.50.65 - 120.1.50.94 30 Fabrication 120.1.50.96 /27 255.255.255.224 120.1.50.97 - 120.1.50.126 30 On note que le nombre maximum d'adresses d'hôtes disponibles correspond à l'espace d'adressage du sous-réseau moins deux. C'est parce que la première adresse désigne le réseau et que la dernière est l'adresse spéciale de diffusion vers tous les hôtes du sous-réseau. Lorsque l'on planifie les espaces d'adressage VLSM, il est préférable de doubler le nombre d'adresses disponibles de chaque sous-réseau pour prévoir les évolutions futures. Pour s'affranchir des masques des classes d'adresses IP, une nouvelle notation a été introduite. Elle consiste à noter le nombre de bits à 1 du masque après le caractère '/' à la suite de l'adresse. En reprenant l'exemple précédent de découpage d'une adresse de classe C en sous-réseaux, on peut noter le troisième sous-réseau sous la forme : 120.1.50.32/27. La notation /27 correspond à 27 bits de masque réseau à 1 ; soit un masque complet de 255.255.255.224. Les techniques de routage interdomaine sans classe (CIDR) et de masque réseau de longueur variable (VLSM) n'ont pas seulement sauvé l'Internet (temporairement) de la catastrophe ; elles sont aussi un outil très utile pour l'optimisation de l'utilisation de l'espace d'adressage IPv4. Pour configurer l'interface d'un hôte qui doit se connecter à un réseau existant, on nous donne l'adresse 172.16.19.40/21 : Quel est le masque réseau de cette adresse ? La notation condensée /21 indique que le la partie réseau de l'adresse occupe 21 bits. On décompose ces 21 bits en 8 bits . 8 bits . 5 bits ; ce qui donne : 255.255.248.0. Combien de bits ont été réservés pour les sous-réseaux privés ? La valeur du premier octet de l'adresse étant comprise entre 128 et 192, il s'agit d'une adresse de classe B. Le masque réseau d'une classe B étant 255.255.0.0, 5 bits ont été réservés sur le troisième octet pour constituer des sous-réseaux. Combien de sous-réseaux privés sont disponibles ? Le nombre de valeurs codées sur 5 bits est de 2^5 soit 32. Suivant la génération du protocole de routage utilisé, on applique deux règles différentes. Historiquement, on devait exclure le premier (all-zeros) et le dernier (all-ones) sous-réseau conformément au document RFC950 de 1985. Cette règle suppose que les protocoles de routage utilisent uniquement la classe du réseau routé sans tenir compte de son masque et donc de sa longueur variable. Dans ce cas, le nombre de sous-réseaux utilisables est 30. Dans les réseaux contemporains, on peut retenir l'ensemble des sous-réseaux sachant que les protocoles de routage véhiculent les masques de longueurs variables dans chaque entrée de table de routage. Cette règle est applicable depuis la publication des documents standard relatifs au routage interdomaine sans classe (CIDR) notamment le RFC1878 de 1995. Dans ce cas, le nombre de sous-réseaux utilisables est 32. Combien d'hôtes peut contenir chaque sous-réseau ? Les adresses des hôtes sont codées sur les bits à 0 du masque réseau. Avec le masque /21, il reste : 32 - 21 = 11 bits. Le nombre de valeurs codées sur 11 bits est de 2^11 soit 2048. Chaque sous-réseau peut contenir 2046 hôtes. On a retiré la valeur 0 puisqu'elle sert à identifier l'adresse du réseau et non celle d'un hôte ainsi que la valeur avec les 11 bits à 1 qui sert à la diffusion sur le sous-réseau. Quelle est l'adresse du sous-réseau de l'exemple ? Les deux premiers octets étant compris dans la partie réseau, ils restent inchangés. Le quatrième octet (40) étant compris dans la partie hôte, il suffit de le remplacer par 0. Le troisième octet (19) est partagé entre partie réseau et partie hôte. Si on le convertit en binaire, on obtient : 00010011. En faisant un ET logique avec la valeur binaire correspondant 5 bits réseau (11111000) on obtient : 00010000 ; soit 16 en décimal. L'adresse du sous-réseau est donc 172.16.16.0. Quelle est l'adresse de diffusion du sous-réseau de l'exemple ? Les deux premiers octets étant compris dans la partie réseau, ils restent inchangés. Le quatrième octet (40) étant compris dans la partie hôte, il suffit de le remplacer par 255. Le troisième octet (19) est partagé entre partie réseau et partie hôte. Si on le convertit en binaire, on obtient : 00010011. On effectue cette fois-ci un OU logique avec la valeur binaire correspondant aux 3 bits d'hôtes à un (00000111). On obtient : 00010111 ; soit 23 en décimal. L'adresse de diffusion du sous-réseau est donc 172.16.23.255. Les réseaux privés se sont développés en «réaction» à deux évolutions de l'Internet : la mauvaise utilisation de l'espace d'adressage IPv4 et les besoins de sécurisation des réseaux d'entreprises. Ces évolutions on conduit à la conception de réseaux dits privés n'ayant que peu ou pas d'interfaces exposées sur le réseau public l'Internet. Pour planifier l'adressage d'un réseau privé, il faut distinguer deux cas de figure : Si le réseau privé n'est jamais interconnecté avec d'autres réseaux (notamment l'Internet), on peut utiliser n'importe quelle adresse. Si le réseau privé peut être interconnecté avec d'autres réseaux via un routeur, on doit utiliser les adresses réservées à cet usage. Ces adresses sont données dans le document RFC1918. Dans la pratique, c'est le second cas de figure que l'on retrouve le plus souvent. Classe Masque réseau Adresses réseau Notation CIDR A 255.0.0.0 10.0.0.0 - 10.255.255.255 10.0.0.0/8 B 255.240.0.0 172.16.0.0 - 172.31.255.255 172.16.0.0/12 C 255.255.0.0 192.168.0.0 - 192.168.255.255 192.168.0.0/16 Aujourd'hui, un fournisseur d'accès Internet (FAI) attribue dynamiquement une ou plusieurs adresses IP à l'interface de l'équipement qui réalise la connexion (modem dans le cas d'une connexion téléphonique ou ADSL). Il est possible, avec ce type de configuration, de partager la connexion Internet entre tous les hôtes du réseau privé et|ou de mettre à disposition un serveur sur le réseau public. C'est grâce à la traduction d'adresses que ces fonctions sont réalisées. Dans le monde GNU/Linux, les mécanismes de traduction d'adresses sont inclus dans la partie filtrage, appelée netfilter, des fonctions réseau du noyau Linux. La conception des fonctions de traduction d'adresses introduites dans le noyau Linux est très intéressante sur le plan pédagogique. On distingue très bien les deux usages de ces fonctions : partager une interface unique du réseau public Internet entre tous les hôtes du réseau privé, rendre un serveur situé dans le réseau privé accessible depuis l'Internet avec un bon niveau de sécurité. Dans le premier cas, on parle de traduction d'adresses source (S-NAT). Ce sont les adresses sources des paquets IP émis par les hôtes du réseau privé qui sont réécrites avec une adresse IP publique. Dans le second cas, on parle de traduction d'adresses destination (D-NAT). Une adresse IP destination publique est réécrite avec une adresse IP privée en fonction du service Internet demandé. Ces usages des fonctions de traduction d'adresses avec Linux ont été décrits pour la première fois dans le document de référence . Le mécanisme général de «réutilisation d'adresses IP» a été décrit dans le document standard RFC1631. Traduction d'adresses IPv4 Les adresses des hôtes du réseau privé sont traduites avec l'adresse de l'interface connectée à Internet. Les appels de services (HTTP, DNS, courrier, etc.) sont traduites avec l'adresse du serveur concerné dans le réseau privé. Voici quelques exercices très classiques sur l'adressage IPv4. Ils sont tous basés sur le fait que la partie réseau d'une adresse définit un groupe logique dont tous les hôtes partagent un même domaine de diffusion. Toutes les questions sont relatives aux limites de ces groupes logiques. Soit l'adresse 192.16.5.133/29. Combien de bits sont utilisés pour identifier la partie réseau ? Combien de bits sont utilisés pour identifier la partie hôte ? Correction : Address: 192.16.5.133 11000000.00010000.00000101.10000 101 Netmask: 255.255.255.248 = 29 11111111.11111111.11111111.11111 000 Partie réseau : 29 bits - partie hôte : 3bits Soit l'adresse 172.16.5.10/28. Quel est le masque réseau correspondant ? Correction : Address: 172.16.5.10 10101100.00010000.00000101.0000 1010 Netmask: 255.255.255.240 = 28 11111111.11111111.11111111.1111 0000 Masque réseau : 255.255.255.240 On attribue le réseau 132.45.0.0/16. Il faut redécouper ce réseaux en 8 sous-réseaux. Combien de bits supplémentaires sont nécessaires pour définir huit sous-réseaux ? Quel est le masque réseau qui permet la création de huit sous-réseaux ? Quelle est l'adresse réseau de chacun des huit sous-réseaux ainsi définis ? Quelle est la plage des adresses utilisables du sous-réseau numéro 3 ? Quelle est l'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 4 ? Correction : Address: 132.45.0.0 10000100.00101101. 00000000.00000000 Netmask: 255.255.0.0 = 16 11111111.11111111. 00000000.00000000 Pour découper l'adresse réseau de départ en huit sous-réseaux, 3 bits supplémentaires sont nécessaires (2^3 = 8). Le nouveau masque réseau est 255.255.224.0 Address: 132.45.0.0 10000100.00101101.000 00000.00000000 Netmask: 255.255.224.0 = 19 11111111.11111111.111 00000.00000000 Pour obtenir la liste des huit adresses de sous-réseaux, on construit la table des combinaisons binaires sur les 3 bits supplémentaires du masque réseau. Numéro 0 : 10000100.00101101.000 00000.00000000 soit 132.45.0.0 Numéro 1 : 10000100.00101101.001 00000.00000000 soit 132.45.32.0 Numéro 2 : 10000100.00101101.010 00000.00000000 soit 132.45.64.0 Numéro 3 : 10000100.00101101.011 00000.00000000 soit 132.45.96.0 Numéro 4 : 10000100.00101101.100 00000.00000000 soit 132.45.128.0 Numéro 5 : 10000100.00101101.101 00000.00000000 soit 132.45.160.0 Numéro 6 : 10000100.00101101.110 00000.00000000 soit 132.45.192.0 Numéro 7 : 10000100.00101101.111 00000.00000000 soit 132.45.224.0 Adresse du sous-réseau numéro 3 : 132.45.96.0 Network: 132.45.96.0/19 10000100.00101101.011 00000.00000000 HostMin: 132.45.96.1 10000100.00101101.011 00000.00000001 HostMax: 132.45.127.254 10000100.00101101.011 11111.11111110 Adresse de diffusion du sous-réseau numéro 4 : 132.45.159.255 Network: 132.45.128.0/19 10000100.00101101.100 00000.00000000 HostMin: 132.45.128.1 10000100.00101101.100 00000.00000001 HostMax: 132.45.159.254 10000100.00101101.100 11111.11111110 Broadcast: 132.45.159.255 10000100.00101101.100 11111.11111111 On attribue le réseau 200.35.1.0/24. Il faut définir un masque réseau étendu qui permette de placer 20 hôtes dans chaque sous-réseau. Combien de bits sont nécessaires sur la partie hôte de l'adresse attribuée pour accueillir au moins 20 hôtes ? Quel est le nombre maximum d'adresses d'hôte utilisables dans chaque sous-réseau ? Quel est le nombre maximum de sous-réseaux définis ? Quelles sont les adresses de tous les sous-réseaux définis ? Quelle est l'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 2 ? Correction : Il est nécessaire de réserver un minimum de 5 bits pour pouvoir définir au moins 20 adresses d'hôte. Sachant que l'espace total d'adressage occupe 32 bits, il reste 27 bits pour la partie réseau (32 - 5 = 27). La relation entre le nombre de bits (n) de la partie hôte d'une adresse IPv4 et le nombre d'adresses utilisables est : 2^n - 2. Les deux combinaisons retirées sont l'adresse de réseau (tous les bits de la partie hôte à 0) et l'adresse de diffusion (tous les bits de la partie hôte à 1). Dans le cas présent, avec 5 bits d'adresses pour la partie hôte, le nombre d'adresses utilisables est 30 (2^5 - 2 = 30). Le masque du réseau attribué occupe 24 bits et le masque étendu 27 bits (voir question précédente). Le codage des adresses de sous-réseau utilise donc 3 bits. Avec 3 bits, on peut coder 8 (2^3) combinaisons binaires soit 8 sous-réseaux. Pour obtenir la liste des huit adresses de sous-réseaux, on construit la table des combinaisons binaires sur les 3 bits supplémentaires du masque réseau. Numéro 0 : 11001000.00100011.00000001.000 00000 soit 200.35.1.0 Numéro 1 : 11001000.00100011.00000001.001 00000 soit 200.35.1.32 Numéro 2 : 11001000.00100011.00000001.010 00000 soit 200.35.1.64 Numéro 3 : 11001000.00100011.00000001.011 00000 soit 200.35.1.96 Numéro 4 : 11001000.00100011.00000001.100 00000 soit 200.35.1.128 Numéro 5 : 11001000.00100011.00000001.101 00000 soit 200.35.1.160 Numéro 6 : 11001000.00100011.00000001.110 00000 soit 200.35.1.192 Numéro 7 : 11001000.00100011.00000001.111 00000 soit 200.35.1.224 L'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 2 correspond à la combinaison binaire pour laquelle tous les bits de la partie hôte sont à 1 et l'adresse réseau 200.35.1.64. Address: 200.35.1.64 11001000.00100011.00000001.010 00000 Netmask: 255.255.255.224 = 27 11111111.11111111.11111111.111 00000 Broadcast: 200.35.1.95 11001000.00100011.00000001.010 11111 Cette adresse de diffusion correspond à l'adresse du sous-réseau suivant moins 1. Partant de l'adresse du sous-réseau numéro 3 : 200.35.1.96 on enlève 1 pour obtenir l'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 2 : 200.35.1.95. On attribue le réseau 140.25.0.0/16 et on étudie le déploiement de sous-réseaux avec des masques réseau de longueur variable ou Variable Length Subnet Mask (VLSM). Voici le schéma de découpage de ces sous-réseaux. Exercice VLSM Pour aboutir à ce découpage en sous-réseaux, le premier travail consiste à diviser le préfixe réseau initial en 8 sous-réseaux de même taille. Parmi ces 8 sous-réseaux, le réseau numéro 1 est à nouveau découpé en 32 sous-réseaux et le réseau numéro 6 en 16 sous-réseaux. Enfin, le sous-réseau numéro 14 du dernier sous-ensemble est lui même découpé en 8 sous-réseaux. Quelle est la liste des adresses des 8 sous-réseaux issus du découpage de premier niveau ? Quelle est la plage des adresses utilisables pour le sous-réseau numéro 3 ? Quelle est la liste des adresses des 16 sous-réseaux obtenus à partir du sous-réseau numéro 6 ? Quelle est la plage des adresses utilisables pour le sous-réseau numéro 6 - 3 ? Quelle est l'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 6 - 5 ? Quelle est la plage des adresses utilisables pour le sous-réseau numéro 6 - 14 - 2 ? Quelle est l'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 6 - 14 - 5 ? Correction : La masque du réseau attribué occupe 16 bits et il faut utiliser 3 bits supplémentaires pour définir 8 sous-réseaux. On liste donc les adresses des réseaux obtenus avec un masque sur 19 bits. Numéro 0 : 10001100.00011001.000 00000.0000000 soit 140.25.0.0 Numéro 1 : 10001100.00011001.001 00000.0000000 soit 140.25.32.0 Numéro 2 : 10001100.00011001.010 00000.0000000 soit 140.25.64.0 Numéro 3 : 10001100.00011001.011 00000.0000000 soit 140.25.96.0 Numéro 4 : 10001100.00011001.100 00000.0000000 soit 140.25.128.0 Numéro 5 : 10001100.00011001.101 00000.0000000 soit 140.25.160.0 Numéro 6 : 10001100.00011001.110 00000.0000000 soit 140.25.192.0 Numéro 7 : 10001100.00011001.111 00000.0000000 soit 140.25.224.0 La plage des adresses utilisables pour le sous-réseau numéro 3 (140.25.96.0/19 est obtenue en ajoutant 1 à l'adresse de ce réseau et en soustrayant 2 à l'adresse du réseau suivant. Network: 140.25.96.0/19 10001100.00011001.011 00000.00000000 HostMin: 140.25.96.1 10001100.00011001.011 00000.00000001 HostMax: 140.25.127.254 10001100.00011001.011 11111.11111110 La masque du sous-réseau numéro 6 occupe 19 bits et il faut utiliser 4 bits supplémentaires pour définir 16 sous-réseaux. On liste donc les adresses des réseaux obtenus avec un masque sur 23 bits. Numéro 00 : 10001100.00011001.1100000 0.00000000 soit 140.25.192.0 Numéro 01 : 10001100.00011001.1100001 0.00000000 soit 140.25.194.0 Numéro 02 : 10001100.00011001.1100010 0.00000000 soit 140.25.196.0 Numéro 03 : 10001100.00011001.1100011 0.00000000 soit 140.25.198.0 Numéro 04 : 10001100.00011001.1100100 0.00000000 soit 140.25.200.0 Numéro 05 : 10001100.00011001.1100101 0.00000000 soit 140.25.202.0 Numéro 06 : 10001100.00011001.1100110 0.00000000 soit 140.25.204.0 Numéro 07 : 10001100.00011001.1100111 0.00000000 soit 140.25.206.0 Numéro 08 : 10001100.00011001.1101000 0.00000000 soit 140.25.208.0 Numéro 09 : 10001100.00011001.1101001 0.00000000 soit 140.25.210.0 Numéro 10 : 10001100.00011001.1101010 0.00000000 soit 140.25.212.0 Numéro 11 : 10001100.00011001.1101011 0.00000000 soit 140.25.214.0 Numéro 12 : 10001100.00011001.1101100 0.00000000 soit 140.25.216.0 Numéro 13 : 10001100.00011001.1101101 0.00000000 soit 140.25.218.0 Numéro 14 : 10001100.00011001.1101110 0.00000000 soit 140.25.220.0 Numéro 15 : 10001100.00011001.1101111 0.00000000 soit 140.25.222.0 La plage des adresses utilisables pour le sous-réseau numéro 6 - 3 (140.25.198.0/23 est obtenue en ajoutant 1 à l'adresse de ce réseau et en soustrayant 2 à l'adresse du réseau suivant. Network: 140.25.198.0/23 10001100.00011001.1100011 0.00000000 HostMin: 140.25.198.1 10001100.00011001.1100011 0.00000001 HostMax: 140.25.199.254 10001100.00011001.1100011 1.11111110 L'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 6 - 5 est obtenue en soustrayant 1 à l'adresse du sous-réseau numéro 6 - 6. Network: 140.25.202.0/23 10001100.00011001.1100101 0.00000000 Broadcast: 140.25.203.255 10001100.00011001.1100101 1.11111111 L'adresse du sous-réseau numéro 6 - 14 est donnée dans la liste ci-dessus : 140.25.220.0/23. Comme ce sous-réseau est lui même découpé en 8 nouveau sous-réseaux, le masque occupe 26 bits. En suivant la même méthode que dans les cas précédents, on obtient l'adresse du sous-réseau numéro 6 - 14 - 2 : 140.25.220.128/26. On en déduit la plage des adresses utilisables. Network: 140.25.220.128/26 10001100.00011001.11011100.10 000000 HostMin: 140.25.220.129 10001100.00011001.11011100.10 000001 HostMax: 140.25.220.190 10001100.00011001.11011100.10 111110 L'adresse de diffusion du sous-réseau numéro 6 - 5 est obtenue en soustrayant 1 à l'adresse du sous-réseau numéro 6 - 14 - 6. Network: 140.25.221.64/26 10001100.00011001.11011101.01 000000 Broadcast: 140.25.221.127 10001100.00011001.11011101.01 111111 Alice est au bord de la crise de nerfs ! Aucun des messages envoyés à Bob n'est arrivé à destination. Bob est lui aussi sur le point de craquer ! Il essaie désespérément d'envoyer des messages à Alice sans succès. Il faut absolument faire quelque chose pour les aider. Alice et Bob veulent communiquer Quelle erreur a été commise dans l'affectation des adresses (et|ou) des masques réseau ? Proposer une solution pour rendre les communications possibles. Correction : On étudie les plages d'adresses utilisables pour chacun des réseaux : le LAN d'Alice, la liaison WAN et le LAN de Bob. L'espace d'adressage du LAN d'Alice a les limites suivantes. Network: 172.16.68.192/27 10101100.00010000.01000100.110 00000 HostMin: 172.16.68.193 10101100.00010000.01000100.110 00001 HostMax: 172.16.68.222 10101100.00010000.01000100.110 11110 Les adresses affectées aux interfaces du poste de travail et du routeur sont bien comprises dans les limites du réseau 172.16.68.192/27. Le problème ne vient pas de ce réseau. L'espace d'adressage de la liaison WAN a les limites suivantes. Network: 172.16.68.224/28 10101100.00010000.01000100.1110 0000 HostMin: 172.16.68.225 10101100.00010000.01000100.1110 0001 HostMax: 172.16.68.238 10101100.00010000.01000100.1110 1110 Les adresses affectées aux interfaces WAN des deux routeurs sont bien comprises dans les limites du réseau 172.16.68.224/28. Les adresses de réseau du LAN d'Alice et de la liaison WAN ne se recouvrent pas. Le problème ne vient pas non plus de ce réseau. L'espace d'adressage du LAN de Bob a les limites suivantes. Network: 172.16.68.224/27 10101100.00010000.01000100.111 00000 HostMin: 172.16.68.225 10101100.00010000.01000100.111 00001 HostMax: 172.16.68.254 10101100.00010000.01000100.111 11110 Si les adresses affectées aux interfaces du poste de travail et du routeur de Bob sont bien comprises dans les limites du réseau 172.16.68.224/27, le LAN de Bob et la liaison WAN partagent le même espace d'adressage. Le routeur de Bob est donc bien incapable de prendre une décision d'acheminement des paquets d'un réseau vers l'autre. Le problème vient donc de ce dernier réseau. Une solution simple consiste à compléter le masque réseau du LAN de Bob de façon à ce qu'il n'y ait plus chevauchement avec la liaison WAN. Avec un masque sur 29 bits on aurait les caractéristiques suivantes. Alice et Bob pourraient enfin échanger des messages. Network: 172.16.68.248/29 10101100.00010000.01000100.11111 000 HostMin: 172.16.68.249 10101100.00010000.01000100.11111 001 HostMax: 172.16.68.254 10101100.00010000.01000100.11111 110 Cette présentation étant limitée à l'adressage du protocole de couche réseau IP en version 4, elle doit être complétée par une étude des mécanismes de fonctionnement du protocole et de l'intégration de ce protocole dans la pile des protocoles du modèle Internet TCP/IP. Voici donc quelques pistes pour avancer dans la compréhension du fonctionnement des technologies réseau utilisées sur l'Internet. Modélisations réseau Le document Modélisations réseau compare les deux principaux modèles : OSI et TCP/IP puis présente une synthèse baptisée «modèle contemporain» associant les avantages de chacun. Understanding IP addressing Pour aller plus loin dans l'étude de l'adressage IP, n'oubliez pas de lire l'article Comprendre l'adressage IP signé Chuck Semeria. Les exemples de problèmes d'adressage IP donnés dans les annexes B, C, D et E sont d'excellents exercices d'entraînement sur l'étude des plans d'adressage. Internet Assigned Numbers Authority IANA L' Internet Assigned Numbers Authority est l'organisme, situé au sommet de l'Internet, chargé de l'attribution des plages d'adresses IP, de l'enregistrement des numéros de ports des protocoles et des serveurs de noms de domaines de niveau haut. Guide Pratique du NAT sous Linux Guide Pratique du NAT : ce document décrit comment réaliser du camouflage d'adresse IP, un serveur mandataire transparent, de la redirection de ports ou d'autres formes de traduction d'adresse Réseau (Network Address Translation ou NAT) avec le noyau Linux. Configuration d'une interface réseau Le support Configuration d'une interface de réseau local décrit pas à pas les étapes de configuration d'une interface réseau sur un système GNU/Linux. Documents standards RFC sur le découpage en sous-réseaux Ces documents standard sont référencés dans la section . RFC950 Internet Standard Subnetting Procedure : ce document traite de l'utilité des sous-réseaux (subnets). Ce sont des sous-ensembles logiques d'un réseau Internet unique. À l'époque de la publication de ce document, les protocoles de routage tels que RIPv1 utilisaient la classe du réseau routé dans les mécanismes d'acheminement des paquets IP. L'usage du premier sous-réseau all-zeros était exclu sachant qu'il était impossible de distinguer l'adresse réseau du réseau complet de l'adresse de ce premier sous-réseau. L'usage du dernier sous-réseau (all-ones) était aussi exclu sachant qu'il était impossible de distinguer l'adresse de diffusion du réseau de l'adresse de ce dernier sous-réseau. RFC1878 Variable Length Subnet Table For IPv4 : ce document apporte une clarification sur les difficultés relatives au découpage en sous-réseaux des réseaux IP. Il fournit une table standard de sous-réseaux. Depuis la publication de ce document, il est possible d'utiliser l'ensemble des sous-réseaux sachant que les protocoles de routage véhiculent le masque que chaque entrée de réseau. Documents standards RFC sur le routage interdomaine sans classe Ces documents standard sont référencés dans la . RFC1517 Applicability Statement for the Implementation of Classless Inter-Domain Routing (CIDR) : point de départ des discussions au sein de l'IETF sur une réforme de la gestion de l'espace d'adressage IP à partir des 3 arguments avancés au début des années 90 : épuisement de l'espace d'adressage de classe B du fait de l'absence de classe de taille intermédiaire entre classe B et classe A, surcharge des tables de routage des routeurs de l'Internet et épuisement de l'espace d'adressage IP sur 32 bits.. RFC1518 An Architecture for IP Address Allocation with CIDR : cet article fournit une architecture et un plan d'affectation des adresses IP sur l'Internet. Cette architecture et le plan sont prévus pour jouer un rôle important en orientant l'Internet vers l'affectation d'adresses avec une stratégie d'agrégation. RFC1519 Classless Inter-Domain Routing (CIDR): an Address Assignment and Aggregation Strategy : cette note discute des stratégies d'affectation d'adresses IP de l'espace existant dans le but de préserver l'espace d'adressage et de limiter la croissance explosive des tables de routage dans les routeurs «sans route par défaut». RFC1520 Exchanging Routing Information Across Provider Boundaries in the CIDR Environment : le but de ce document est double. D'abord, il décrit diverses solutions pour échanger l'information de routage interdomaine à travers les limites d'un domaine dans le cas où un du domaine est CIDR-capable et l'autre pas. Ensuite, il traite des conséquences de l'utilisation des protocoles de routage interdomaine (BGP-4, IDRP) dans le routage intra domaine. Documents standards RFC sur la traduction d'adresses Ces documents standard sont référencés dans la . RFC1631 The IP Network Address Translator (NAT) : ce document propose une autre solution à court terme (ndt. Pour répondre au problème de saturation de l'espace d'adressage IPv4 en 1994), la réutilisation d'adresse, qui complète le routage interdomaine sans classe (CIDR) ou même le rend inutile. La solution de réutilisation d'adresse consiste à placerdes traducteurs d'adresse de réseau (NAT) aux frontières des réseaux d'extrémités (stub networks). RFC1918 Address Allocation for Private Internets : ce document décrit l'attribution d'adresse pour les réseaux privés. L'attribution permet la pleine connectivité de couche réseau parmi tous les centres serveurs à l'intérieur d'une entreprise aussi bien que parmi tous les centres serveurs publics de différentes entreprises.