La théorie des réseaux locaux et étendus


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XVII. Les adresses IP

XVII-A. L'espace d'adressage

L'espace d'adressage est défini en fonction du nombre de bits nécessaires pour exprimer une adresse IP. Plus le nombre de bits est important, et plus le nombre de possibilités est important.
Il existe deux espaces d'adressage pour les adresses IP :

  • L'espace d'adressage de 32 bits qui correspond au système d'adresses IP actuelles (Ipv4).
  • L'espace d'adressage de 128 bits qui correspond au prochain système d'adresses IP qui est en train d'être élaboré (Ipv6 pour IP version 6 ou IPNG pour IP New Generation).

XVII-B. L'espace d'adressage 32 bits

L'espace d'adressage 32 bits est constitué de 4 octets de 8 bits chacun (4x8 = 32). Chaque octet est constitué de huit bits, et chaque bit peut prendre la valeur binaire 1 ou 0. Ainsi, la valeur décimale de chaque octet peut être comprise en 0 et 255 (256 possibilités = 2 à la puissance 8), et l'espace d'adressage est compris entre 1 et 4 294 967 296 (2 à la puissance 32 moins 1).

Les adresses IP sont généralement exprimées dans la « notation décimale pointée » (c'est-à-dire que chaque octet est séparé par un point).

L'espace d'adressage IP

 

IPV4

IPV6

Espace d'adressage

Une adresse sur 32 bits

Une adresse sur 128 bits

Structure de l'adresse

4 mots (x.x.x.x)

8 mots (x.x.x.x.x.x.x.x)

Notation

Décimale pointée

Hexadécimale pointée

Définition d'un mot

Un mot = 1 octet= 8 bits

Un mot = 4 hexadécimales = 16 bits

Dimension pour un mot

0 à 255 (en base 10)

0000 à FFFF (en base 16)

Possibilité par mot

2 puissance 8 = 256

16 puissance 4 = 65 536
2 puissance 16 = 65 536

Possibilité d'adresse

256 puissance 4 = 2^32 = 4 294 967 296

65 536 puissance 8 = 2^128
2^128 = un nombre très grand

XVII-C. Le masque de sous-réseau

Une adresse IP permet d'identifier une station sur le réseau Internet. Les stations présentent sur Internet possèdent au moins une adresse IP unique afin de pouvoir être reconnue par les autres stations.

Le réseau Internet est le réseau des réseaux, c'est-à-dire qu'il est constitué d'un ensemble de réseaux qui sont connectés entre eux, et à l'intérieur desquels se trouvent les stations qui ont accès à Internet. Afin de pouvoir contacter une autre station sur Internet, il faut connaître le réseau auquel elle appartient (c'est la partie réseau de l'adresse IP) et son identification personnelle à l'intérieur de ce réseau (c'est la partie station de l'adresse IP).

Une adresse IP est constituée de 4 octets, c'est-à-dire de 32 bits. Sur les 32 bits, une partie (plus ou moins grande) sera utilisée pour identifier le réseau et une autre partie (le complément) sera utilisée pour identifier la station à l'intérieur de ce réseau.

L'adresse IP est composée de deux parties :

  • La partie réseau
  • La partie station

Le masque de sous-réseau permet de savoir qu'elle est la partie des 32 bits qui est utilisée pour identifier le réseau. Les bits du masque de sous-réseau sont à 1 pour indiquer « la partie réseau » et sont à 0 pour indiquer « la partie station ». Les bits de « la partie station » n'utilisent jamais les valeurs extrêmes, 0 et 255 pour ne pas être confondus avec « la partie réseau ».

Pour identifier une station sur le réseau Internet, il faut connaître deux adresses IP :

  • Le masque de sous-réseau
  • L'adresse IP

Par exemple:

L'adresse IP : 198.64.32.1
Le masque de sous-réseau : 255.255.0.0
La partie réseau : 198.64.0.0
La partie station : 0.0.32.1

L'adresse du réseau dans Internet est 198.64.0.0 et l'adresse de la première station à l'intérieur de ce réseau est 198.64.32.1.

C'est un organisme international, l'IEEE aux États-Unis et l'INRIA en France qui se charge d'octroyer les adresses de réseau, afin d'en assurer l'unicité sur Internet. Les adresses internes des stations sont gérées par l'administrateur réseau.

XVII-D. Le sous-adressage

Le sous-adressage consiste à utiliser une partie de « la partie station » pour l'incorporer à « la partie réseau » et ainsi agrandir celle-ci. Le nombre de sous-réseau sera plus important, mais le nombre de stations par sous-réseau le sera moins.

XVII-E. Les classes d'adresse IP

La partie réseau de l'espace d'adressage 32 bits est divisé en classes.

  • Les adresses de classe A
  • Les adresses de classe B
  • Les adresses de classe C
  • Les adresses de classe D
  • Les adresses de classe E

À chaque classe correspond un nombre maximum de réseaux pouvant appartenir à cette classe, et à chaque réseau d'une certaine classe, correspond un nombre maximum d'adresses, c'est-à-dire un nombre maximum de stations pouvant bénéficier d'une adresse fixe à l'intérieur de ce réseau.

Les classes des adresses IP

 

Classe A

Classe B

Classe C

Classe D

Classe E

Fonction

Multinationales

Grandes entreprises

Petites entreprises

Multicasting

Recherche expérimentale

Réseau

Sur 1 octet

Sur 2 octets

Sur 3 octets

   

Station

Sur 3 octets

Sur 2 octets

Sur 1 octet

   

Structure de la partie réseau

1.0.0.0 à 126.0.0.0

128.1.0.0 à 191.254.0.0

192.0.1.0 à 223.254.254.0

   

Valeur du 1er octet en binaire

00000001 à 01111110

10000000 à 10111111

11000000 à 11011111

   

Nombre de machines par réseau

16 millions

65 536

256

   

XVII-F. Les adresses IP conventionnelles

Certaines adresses sont réservées pour une utilisation conventionnelle :

  • 0.0.0.0 est utilisée par les machines pendant la procédure de démarrage de l'ordinateur (le BOOT).
  • 127.0.0.0 est utilisée pour tester une adresse IP.
  • 192.168.0.0 n'existe pas sur Internet, afin d'être réservée pour les réseaux locaux sous TCP/IP
  • 255.255.255.255 est utilisée comme adresse de broadcast générale.

XVII-G. Le routage inter domaine sans classe

Le routage inter domaine sans classe (Classeless InterDomain Routing ou CIDR) est une méthode permettant de contourner la limitation de l'allocation des adresses IP par classe, et de pallier la pénurie des adresses IP version 4 des classes B et C. Le CIDR est décrit dans la RFC 1519 (Request For Comment). Les entreprises disposant d'une classe B alors qu'elles n'ont qu'un petit nombre de stations « gaspillent » des adresses IP potentielles. Par ailleurs, le saut d'une classe à une autre est très important, à la fois en terme de coût et en terme de nombre d'adresse.

Le CIDR permet essentiellement de combiner deux adresses de réseaux de classe C pour ne former qu'un seul réseau.

Par exemple, une entreprise a besoin de 300 adresses IP pour son réseau. Cette entreprise choisit de ne pas utiliser d'adresses de réseau de classe B (avec 65 536 adresses IP possibles), soit parce qu'elle ne peut se l'offrir, soit parce qu'il n'existe plus d'adresses de réseau de classe B disponibles. L'entreprise décide alors d'acheter deux adresses de réseau de classe C (avec 256 adresses IP pour chaque adresse de réseau, soit un total de 512, ce qui est largement suffisant).

Le CIDR permet de gérer plus efficacement un pool d'adresse IP, sans perte ni gaspillage. Le CIDR représente une couche de complexité supplémentaire pour les tables de routage. Avant d'acheter un routeur, il convient de déterminer si celui-ci doit posséder les fonctionnalités de CIDR.

En attendant la nouvelle version d'Ipv6 (avec un adressage sur 128 bits), le système CIDR prend une place de plus en plus importante dans les réseaux IP.

XVII-H. L'adresse de broadcast d'un réseau local

L'adresse de broadcast d'un réseau local est l'adresse de diffusion générale à toutes les stations du réseau. L'adresse de broadcast est en général la dernière adresse du réseau.

L'adresse IP se compose de « la partie réseau » qui identifie le réseau, et de « la partie machine » qui identifie une station à l'intérieur de ce réseau. Par exemple, 192.155.87.0 pour la partie réseau, et 192.155.87.x avec x allant de 1 à 255 pour la partie machine. Ainsi, l'adresse de broadcast d'un tel réseau serait 192.155.87.255.

XVII-I. Ipv6

Ipv6 (pour IP version 6 ou IPNG pour IP New Generation), sera fondée sur un espace d'adressage de 128 bits.
Ipv6 disposera de fonctionnalités natives d'authentification et de cryptage.

XVII-J. Un exemple d'adressage réseau

Voici le schéma d'un petit réseau comprenant 4 sous-réseaux locaux reliés par 3 routeurs, et avec une ouverture vers Internet.
L'organisme d'attribution des classes réseaux octroie les coordonnées de classe B suivantes :

  • Le masque principal de réseau : 255.255.0.0
  • L'adresse IP du réseau : 152.80.0.0 (ou la valeur x.y.0.0)

Les deux premiers octets (16 bits) du masque principal de réseau sont à 1. Pour constituer 4 sous-réseaux à l'intérieur de celui-ci, il faut un masque de sous-réseau qui comporte plus de bits à 1, mais pas trop, car sinon, chaque sous-réseau ne pourra disposer de suffisamment d'adresses pour les stations. Le choix du nombre de bits supplémentaires à 1 constituant le masque de sous-réseau doit tenir compte des besoins futurs, de l'évolution du réseau, en terme de nombre de sous-réseaux et de nombre de stations pour chacun des sous-réseaux.

Il reste 2 octets (16 bits) pour constituer le masque de sous-réseau. Si le réseau ne devait pas comporter de sous-réseaux, il y aurait 2 à la puissance 16 = 65 536 stations ou adresses IP différentes sur ce réseau. Si le masque de sous-réseau avait tous les 64 bits à 1, il y aurait autant de sous-réseaux que de stations, chaque station aurait son propre sous-réseau, et chaque sous-réseau n'aurait qu'une seule station. Mais combien y aurait-il de sous-réseaux ?

Un masque de sous-réseau de 1 bit à 1 supplémentaire (10000000 = 128 en décimale) se présente ainsi : 255.255.128.0, mais n'offre que 2 sous-réseaux (2 à la puissance 1 = 2) :

00000000 = 0 en décimal pour le 3e octet :
Les adresses IP des stations de ce premier sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.0.1 jusqu'à x.y.127.255(en enlevant l'adresse réseau 152.80.0.0).
10000000 = 128 en décimale pour le 3e octet :
Les adresses IP des stations de ce deuxième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.128.0 jusqu'à x.y.255.255

Toutefois, chacun de ces sous-réseaux peut contenir un très grand nombre de stations. Il reste en effet 15 bits pour identifier les stations de chaque sous-réseau (2 à la puissance 15 = 32768 stations ou adresses IP différentes)

Un masque de sous-réseau de 2 bits à 1 supplémentaires (11000000 = 192 en décimal) se présente ainsi : 255.255.192.0, mais n'offre que 4 sous-réseaux. Le calcul est le suivant : 2 à la puissance {2 bits} = 4 sous-réseaux :

00000000 = 0 en décimale pour le 3e octet
Les adresses IP des stations de ce premier sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.0.1 jusqu'à x.y.63.255 (en enlevant la première adresse réseau x.y.0.0).
01000000 = 64 en décimale
Les adresses IP des stations de ce deuxième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.64.0 jusqu'à x.y.127.255
10000000 = 128 en décimale
Les adresses IP des stations de ce troisième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.128.0 jusqu'à x.y.191.255
11000000 = 192 en décimale
Les adresses IP des stations de ce quatrième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.192.0 jusqu'à x.y.255.255

Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 14 = 16384 stations. Ainsi, ce masque de sous-réseau (255.255.192.0) conviendrait pour constituer 4 sous-réseaux , avec un pas de 64 entre chaque sous-réseau. Mais ne serait-il pas prudent de pouvoir disposer de sous-réseaux supplémentaires dans l'avenir ?

Un masque de sous-réseau de 3 bits à 1 supplémentaire (11100000 = 224 en décimale) se présente ainsi : 255.255.224.0 et offre 8 sous-réseaux (2 à la puissance 3 = 8 sous-réseaux) :

00000000 = 0 en décimale pour le 3e octet
Les adresses IP des stations de ce premier sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.0.1 jusqu'à x.y.31.255 (en enlevant la première adresse réseau x.y.0.0).
00100000 = 32 en décimale
Les adresses IP des stations de ce deuxième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.32.0 jusqu'à x.y.63.255
01000000 = 64 en décimale
Les adresses IP des stations de ce troisième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.64.0 jusqu'à x.y.95.255
01100000 = 96 en décimale
Les adresses IP des stations de ce quatrième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.96.0 jusqu'à x.y.127.255
10000000 = 128 en décimale
Les adresses IP des stations de ce cinquième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.128.0 jusqu'à x.y.159.255
10100000 = 160 en décimale
Les adresses IP des stations de ce sixième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.160.0 jusqu'à x.y.191.255
11000000 = 192 en décimale
Les adresses IP des stations de ce septième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.192.0 jusqu'à x.y.223.255
11100000 = 224 en décimale
Les adresses IP des stations de ce huitième sous-réseau ont des valeurs allant de x.y.224.0 jusqu'à x.y.255.255

Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 13 = 8192 stations ou adresse IP différentes. Il y a un pas de 32 entre chaque sous-réseau.

Un masque de sous-réseau de 4 bits à 1 supplémentaire (11110000 = 240 en décimale) se présente ainsi : 255.255.240.0 et offre 16 sous-réseaux (2 à la puissance 4 = 16 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 12 = 4096 stations ou adresse IP différentes. Il y a un pas de 16 entre chaque sous-réseau.

00000000 = 0 en décimale
00010000 = 16 en décimale
00100000 = 32 en décimale
00110000 = 48 en décimale
01000000 = 64 en décimale
01010000 = 80 en décimale
01100000 = 96 en décimale
01110000 = 112 en décimale
10000000 = 128 en décimale
10010000 = 144 en décimale
10100000 = 160 en décimale
10110000 = 176 en décimale
11000000 = 192 en décimale
11010000 = 208 en décimale
11100000 = 224 en décimale
11110000 = 240 en décimale

Un masque de sous-réseau de 5 bits à 1 supplémentaire (11111000 = 248 en décimale) se présente ainsi : 255.255.248.0 et offre 32 sous-réseaux (2 à la puissance 5 = 32 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 11 = 2048 stations ou adresse IP différentes. Avec un pas de 8 entre chaque sous-réseau.

Un masque de sous-réseau de 6 bits à 1 supplémentaire (11111100 = 252 en décimale) se présente ainsi : 255.255.252.0 et offre 64 sous-réseaux (2 à la puissance 6 = 64 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 10 = 1024 stations ou adresse IP différentes. Avec un pas de 4 entre chaque sous-réseau.

Un masque de sous-réseau de 8 bits à 1 supplémentaire reviendrait à utiliser le troisième octet pour différencier les sous-réseaux. Le masque de sous-réseau (11111111 = 255 en décimale) se présente ainsi : 255.255.255.0 et offre 256 sous-réseaux (2 à la puissance 8 = 256 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 8 = 256 stations ou adresse IP différentes. Les adresses IP seraient toutes entièrement définies par le 4e octet.

Un masque de sous-réseau de15 bits à 1 supplémentaire (11111111 = 255 pour le 3e octet et 11111110 = 254 en décimale pour le 4e octet) se présente ainsi : 255.255.255.254 et offre 32768 sous-réseaux (2 à la puissance 15 = 32768 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux peut contenir 2 à la puissance 1 = 2 stations ou adresse IP différentes. Avec un pas de 2 entre chaque sous-réseaux.

Un masque de sous-réseau de16 bits à 1 supplémentaire (11111111 = 255 pour le 3e octet et 11111110 = 255 en décimale pour le 4e octet) se présente ainsi : 255.255.255.255. Un tel masque ne serait pas utilisé dans la pratique puisqu'il correspond par convention à l'adresse de broadcast générale. Toutefois, en en écartant cette convention, et en utilisant les valeurs extrêmes, il y aurait une valeur théorique de 65536 sous-réseaux (2 à la puissance 16 = 65 536 sous-réseaux). Chacun de ces sous-réseaux pourrait contenir une seule station par sous-réseau (2 à la puissance 0 = 1)!

On constate qu'à chaque bit supplémentaire à 1 pour le masque de sous-réseau, il y a deux fois plus de sous-réseaux, mais deux fois moins de stations dans chaque sous-réseau. Il y a bien un arbitrage à faire entre le nombre de sous-réseau et le nombre d'adresses IP disponibles dans chaque sous-réseau…


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