Reseaux - Ecole supérieure d`art d`Aix-en

RESEAUX IP
Comment ils fonctionnent.....
1ére partie ARCHITECTURE
A l'heure ou l'internet et les réseaux prennent de plus en plus de place dans notre vie
quotidienne, il est primordial de comprendre comment sont gérés les échanges d'informations.
Comment fonctionne un routeur ? Quelle est la différence entre un switch et un hub ?
Comment communiquer facilement entre deux PC ? Autant de questions que nous nous posons
et qui n'ont pas souvent de réponses.
Cet article se propose de vous initier au fonctionnement des réseaux et de vous faire découvrir
les outils qui vous permettront d'aller plus loin dans ce domaine. C'est le résultat de recherches
effectuées dans le cadre du projet PicoIP qui est l'implémentation d'une pile TCP/IP sur PIC.
ARCHITECTURE D'UN RESEAU
architecture.jpg
Voici l'architecture typique d'un réseau 'domestique'. Le routeur qui associe souvent la fonction
de modem permet d'accéder au réseau via votre fournisseur d'accés. Le switch permet
d'orienter les trames vers les destinataires. Les PC sont des clients du réseau et dialoguent
avec le réseau extérieur via le routeur.
On peut comparer un réseau à l'acheminement du courrier dans une ville, le routeur est la
poste centrale, le switch constitue les diverses postes de quartiers, les PC sont les destinataires
du courrier. D'un point de vue fonctionnel, les PC déposent leur courrier ( data ) dans les
postes de quartier ( switch ) qui les envoie sous forme de sacs postaux ( paquets ) vers la
poste centrale qui les achemine vers le centre de tri départemental. Le courrier entrant suit le
même chemin en sens inverse.
Pour que ce système fonctionne correctement, il est indispensable que chaque élément du
réseau soit identifié de manière individuelle, nous allons voir comment chaque élément du
réseau est reconnu par les autres sans qu'il ne puisse y avoir d'erreur sur l'acheminement des
trames ( courrier ).
L'ADRESSAGE IP
Pour que chaque client puisse être identifié, il a été mis en oeuvre la technique des adresses
IP. Les adresses IP sont constituée de quatres octets séparés par des points. Par exemple,
192.168.0.1 est l'adresse généralement donnée au routeur sur un réseau. L'adresse IP
constitue l'équivalent de l'adresse postale dans un système d'acheminement de courrier. On
peut la comparer au 10 boulevard de la république. Cette adresse donne l'indication du
destinataire dans une ville ( réseau ) et peut être identique à celle d'un autre destinataire dans
une autre ville, mais le fait qu'elle ait d'abord transitée par la poste centrale ( routeur ) évite
qu'elle arrive au mauvais destinataire. Il reste ensuite, pour être sur qu'il n'y a pas d'erreur, à
identifier de manière précise le destinataire: pour cela on doit lui donner un identifiant unique
( son nom ), dans notre réseau IP il s'agit de l'adresse MAC. L'adresse MAC est constituée de 6
octets est est unique pour tous les périphériques réseau. Ces adresses sont attribuées au
niveau mondial à tous les constructeurs de matériel réseau. Pour regarder quelle est l'adresse
MAC de votre carte réseau par exemple, ouvrez une fenêtre d'éxécution DOS puis tapez
ipconfig /all, vous obtiendrez l'écran suivant:
ipconfig.jpg
L'adresse MAC de la carte réseau ou adresse physique est 00-10-DC-A2-56-42, l'adresse IP est
192.168.0.30 et l'adresse du routeur ( poste centrale ) est 192.168.0.1.
On sait maintenant, à l'intérieur de notre réseau ( ville ) determiner de manière précise ou les
trames ( courrier ) doivent être acheminées à partir du routeur ( poste centrale ). Le switch ne
fait que reorienter vers le bon destinataire des paquets de données ( sacs postaux ) . Il reste
quand même à s'intéresser à la distribution du trames au niveau national et même mondial. Si
l'on revient vers l'analogie avec la distribution du courrier, le courrier dans chaque poste
centrale est distribué depuis des centres departementaux, qui eux mêmes sont distribués
depuis des centres nationaux, qui eux mêmes sont distribués depuis des centres de distribution
mondiaux. Il en est de même pour les réseaux, notre routeur va s'adresser à un routeur de
niveau supérieur, qui va faire de même avec un autre routeur et ainsi de suite jusqu'à trouver
le bon destinataire. Pour illustrer ce propos, nous allons tracer le chemin d'une trame jusqu'à
un destinataire en faisant un PING vers un serveur. L'instruction PING permet de demander un
écho à un destinataire sur le réseau, elle permet par exemple de savoir si le destinataire existe
et quel est le temps d'achemenement d'une trame vers celui-ci.
Ouvrez une fenêtre DOS puis tapez ping www.electroniquepratique.com
ping.jpg
On voit que l'adresse IP du serveur d'électronique pratique est 212.37.203.19 et que le temps
d'acheminement d'une trame vers le serveur est de 50 mS. Ce temps peut être différent
suivant l'endroit ou vous vous trouvez, il est fonction du nombre de routeur sur le réseau qui
vont rediriger votre trame de données.
Nous allons maintenant voir par où est passée notre trame pour aller jusqu'au serveur
d'électronique pratique. Pour cela, toujours dans la fenêtre DOS, tapez:
tracert www.electroniquepratique.com
Voici le type d'écran que vous obtiendrez:
traceroute.jpg
Tracert est l'abréviation de TraceRoute et vous permet de tracer la route de votre trame de
données jusqu'à son destinataire. On voit que cette trame, avant d'arriver à son destinataire a
transité par un certain nombre de routeurs au niveau national. Pour arriver jusqu'à Paris
depuis Marseille, notre trame est passée par Lyon, Aubervilliers plus d'autres routeurs qui ne
sont pas localisés géographiquement.Il s'agit la des centres départementaux et nationaux si
l'on fait l'analogie avec la distribution du courrier.
Le routeur est donc vu par le réseau depuis l'extérieur comme le centralisateur de tous les
destinataires de notre réseau interne. Il doit donc avoir également une adresse IP qui l'identifie
au niveau national comme destinataire de données ( courrier ). Cette adresse ne peut pas être
déterminée de l'intérieur du réseau sauf si votre routeur dispose d'une fonction
d'administration. Nous avons écrit un utilitaire en PHP qui vous permettra de connaître votre
adresse IP vue de l'extérieur. Pour connaître cette adresse, ouvrez votre navigateur puis sur le
site de pictec, ouvrez la page suivante:
www.pictec.org/reseaux/myip.php
Vous obtiendrez l'écran suivant qui indiquera votre adresse IP courante, vue de l'extérieur.
Myip.jpg
On voit que le routeur a deux adresses:
–
–
une adresse IP vue de l'extérieur,
une adresse IP vue de l'intérieur.
Les PC eux n'ont qu'une seule adresse IP.
A la fin de ce chapitre, on peut conclure que nos PC sur le réseau peuvent chacun être
reconnus de manière unique et que nos données vont pouvoir transiter de manière organisée
soit à l'intérieur du réseau, soit à l'extérieur du réseau via le routeur. Ils disposent pour cela,
comme pour le courrier papier d'une adresse complète constituée:
–
–
d'une adresse MAC équivalent du nom du destinataire pour un courrier et donc unique,
d'une adresse IP équivalent de l'adresse du destinataire dans la ville.
A l'intérieur d'un même réseau, les données circuleront entre machine. Dés qu'il est fait appel
à des adresses IP de l'extérieur, les données vont transiter par le routeur.
LE SWITCH
Un switch ou répartiteur en français permet de distribuer les paquets de données. Il reçoit les
paquets sur ses différentes voies et les redistribue de manière organisée vers le bon
destinataire. Contrairement à un HUB ( ou concentrateur ) qui distribue les paquets qu'il reçoit
sur l 'ensemble de ses voies, le switch est doté d'une intelligence, il mémorise la « route » de
chaque paquet dans un buffer à l'aide de l'adresse MAC. Le trafic se trouve donc optimisé
puisque chaque voie ne reçoit que les données qui la concerne.
Voyons ci-dessous comment le switch va gérer l'échange de paquets de données au sein de
deux machines d'un même sous réseau.
Trame intra.jpg
Dans ce même cas, un hub aurait envoyé le paquet de données sur toutes ses voies, générant
donc un trafic beaucoup plus important pour le transfert de la même quantité de données.
Dans le cas du transfert de données vers une machine située hors du sous réseau, le paquet de
données sera envoyé vers le routeur.
On voit ici tous les avantages d'utiliser un switch plutot qu'un hub dans l'installation d'un
réseau pour diminuer la charge. Il y a tout de même un cas dans lequel le hub est plus
intéressant et, particulièrement pour le dépannage. Comme le switch ne distribue pas les
paquets de données sur l'ensemble de ses voies, il est impossible d'analyser tous les paquets
de données qui passent. Lorsque le réseau est surchargé, il est indispensable de trouver la
machine qui crée cette surcharge. Cette surcharge peut avoir plusieurs origines, problème sur
une carte réseau, mauvaise adresse IP, téléchargement excessif. Avec un hub il est possible de
mettre un PC sur n'importe quelle voie et, moyennant l'utilisation d'un logiciel approprié de
voir passer l'ensemble des trames et de diagnostiquer le problème. Avec un switch, cette
manipulation est impossible puisque la branche du réseau sur laquelle est installée le PC de
diagnostic ne recoit que les trames qui lui sont destinées.
Sur les switch professionnels, il existent des fonctions d'administration permettant de
transformer momentanémment le switch en hub pour faire des diagnostics.
LE ROUTEUR
Le routeur ou routeur/modem dans la plupart des installations domestiques est l'interface avec
l'extérieur. Il assure le routage des trames vers l'extérieur et la redistribution vers l'intérieur.
Généralement il assure également la fonction de FireWall ou pare-feu pour éviter l'intrusion de
paquets de données de l'extérieur. Dans cet article, nous ne nous intéresserons pas à la
fonction pare-feu qui est plus du domaine des protocoles, celle-ci sera évoquée dans un article
spécifique.
Nous allons voir comment est formé un paquet de données destiné à l'extérieur du réseau.
Trame extra.jpg
Le PC3 veut transférer des données vers le serveur d'électronique pratique. Nous avons vu
grace à traceroute que l'adresse IP du serveur est 212.37.203.19. Le PC voyant que cette
adresse n'est pas dans son domaine 192.168.0.XX, il décide d'envoyer ce paquet de données
au routeur qui en assurera l'acheminement. Comme une trame doit toujours être constituée
par l'adresse IP et l'adresse MAC de l'émetteur et l'adresse IP et l'adresse MAC du destinataire,
il va falloir utiliser une astuce réseau pour que la trame aille vers le routeur tout en indiquant à
celui-ci que le destinataire est electronique pratique. Il faut pour cela mettre dans la trame
l'adresse IP d'electronique pratique soit 212.37.203.19 et l'adresse MAC du routeur soit 2028-33-55-A7-F6. Le switch saura trouver le chemin vers le routeur puisqu'il dispose de son
adresse MAC et le routeur saura que cette trame ne lui est pas destinée mais qu'elle est
destinée à une machine sur le réseau. Pour acheminer cette trame, le routeur va utiliser la
même technique avec le routeur de niveau supérieur auquel il est raccordé et ainsi de suite
jusqu'à ce qu'un routeur ait dans son domaine le serveur d'electronique pratique.
Cette technique est appelée la translation d'adresses. C'est la fonction principale d'un routeur.
RESEAUX DOMESTIQUES
La plupart des réseaux domestiques sont organisés autour d'un PC et d'un modem ADSL.
Lorsqu'un deuxiéme PC est raccordé sur le premier et que le partage de connexion internet de
windows est activé, la configuration peut être comparée à celle que nous avons décrite cidessus. Le PC sur lequel est raccordé le modem fait office de routeur, le deuxième PC fait office
de client du premier. Le routage est effectué au niveau de windows qui assure la translation
d'adresses.
Tous les mécanssmes d'addressage IP que nous avons décrits restent identiques.
CONCLUSION
Ce premier article fait un tour d'horizon des matériels qui sont mis en oeuvre dans les réseaux
IP, dans un prochain article, nous décrirons les protocoles utilisés pour le transfert de données
ainsi que ceux propres à la gestion du réseau. Il sera ainsi possible de découvrir dans quel cas
un routeur doit être configuré en DHCP, ce que sont les serveurs virtuels ou de comprendre
dans quel cas le protocole UDP est préférable à TCP.
Pour ceux qui souhaitent aller plus loin dans la comprehension des réseaux et des
équipements, nous conseillons la lecture du livre TCP/IP expert paru chez Micro Applcation.
Sur le web, de nombreux cours sont disponibles, ils vous permettront d'approfondir le rapide
tour d'horizon que nous vous avons présenté ici. Parmi ceux-ci on peut citer:
www.laissus.fr/cours/cours.html