Eléments d'architecture
réseau Internet

INTRODUCTION

INFRASTRUCTURE
MATERIELLE
Sous-réseau
Interconnexion
de sous-réseaux

INFRASTRUCTURE
LOGICIELLE
NetBEUI
TCP/IP
  Paramètres généraux
  Paramètres DNS
  Paramètres WINS
  Filtrage IP
  DHCP

COMMANDES
TCP/IP
  ipconfig
  ping
  nslookup
  tracert

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Internet : Réseau mondial d'inter-connexion de réseaux.

Toute machine connectée au réseau Internet peut "théoriquement" communiquer avec tout autre machine elle-même connectée. Dans la pratique, c'est loin d'être systématiquement le cas à cause de limitations techniques souhaitées ou non.

Un message envoyé d'une machine à une autre machine est segmenté en un ensemble de morceaux appelés paquets. Chacun de ces paquets est marqué par la machine source avec, entre autres informaions de signalisation, son nom et le nom de la machine cible et est émis sur le réseau à destination de cette machine.
Rien n'interdit qu'un paquet se perde en cours de route. Suivant la technique de gestion de la communication, ces pertes peuvent être tolérées ou interdites. Dans le second cas, la perte est détectée et le paquet est envoyé de nouveau.

Le transfert de ces paquets requière la présence d'une infrastructure matérielle gérée au moyen d'une infrastructure logicielle.

Infrastructure matérielle

Réseau physique

Un réseau physique est caractérisé par le fait que chaque machine peut communiquer directement avec toute autre machine du même réseau physique.

Dans le cas des réseaux ethernet sur double paires torsadées (technologie filaire la plus courante actuellement), les machines sont interconnectées via des concentrateurs (hubs) ou des commutateurs (switchs).

Concentrateur (hub)

Un concentrateur relie les machines en étoile. Il duplique et transmet tout paquet à toutes les machines qui lui sont directement connectées. Une machine cible conservera et exploitera les paquets qui lui sont destinés et oubliera les autres.
Du fait de la duplication des paquets, la somme des bandes passantes instantanées sur l'ensemble des machines connectée est limitée à la bande passante du concentrateur (généralement 100 Mbits/s).
La capacité de transfert est donc partagée entre les machines connectées et est limitée à celle du concentrateur.

Trajet des paquets en cas d'utilisation d'un concentrateur

Commutateur (switch)

Un commutateur relie les machines en étoile et transmet un paquet à la seule machine à laquelle il est destiné.
-> Une machine reçoit les seuls paquets qui lui sont destinés.
Chaque machine possède une bande passante potentielle vers les autres machines qui lui sont connectées égale à celle de son interface réseau (10, 100 ou 1000 Mbits/s).
La bande passante globale du sous-réseau est toutefois limitée par la vitesse de commutation du fond de panier du commutateur (matrice de commutation).

Trajet des paquets en cas d'utilisation d'un commutateur

Un sous-réseau peut être constitué par une étoile (éventuellement une étoile à plusieurs niveaux) de commutateurs ou concentrateurs sur lesquels viennent se connecter en étoile les machines. Quoi qu'il en soit, il ne doit exister qu'un seul chemin entre tout couple de machines.

Inter-connexion des réseaux

Toujours pour les réseaux ethernet, deux ou plusieurs réseaux physiques séparés peuvent être connectés entre eux via un routeur. Un tel matériel est capable de "router" les paquets entre les réseaux qui contiennent respectivement les machines source et cible.

Dans les cas simples, les réseaux sont directement connectés sur un routeur unique qui après configuration semble agir comme un commutateur.

Construction d'un réseau global
par inter-connexion de (sous-)réseaux
au moyen d'un routeur

Dans les cas plus complexes (réseaux d'entreprise, Internet), un seul routeur ne permet pas l'inter-connexion de l'ensemble des réseaux. Plusieurs routeurs reliés entre eux consécutivement sont alors utilisés sur le chemin des paquets.

Construction d'un réseau global
par inter-connexion de (sous-)réseaux
au moyen d'un graphe de routeurs

Pour des raisons de pérennité de fonctionnement et capacité de transfert d'information, le réseau de routeurs, au lieu d'être construit en étoile, pourra être construit en graphe (voir ci-dessus). Plusieurs chemins pourront exister pour relier un réseau et un autre réseau. Pour un même message, les paquets peuvent transiter par des chemins différents et même arriver dans un ordre différent de celui de départ. Le matériel actif du réseau se contente d'assurer le transfert de l'information. Ce sont les machines cibles qui reconstituent la cohérence des messages à l'arrivée.

Construction d'un réseau global
par inter-connexion de (sous-)réseaux
au moyen d'un graphe de routeurs

Les routeurs ont une "connaissance" (statique ou dynamique) de la topographie globale du réseau permettant ainsi de résoudre le problème du choix et de l'optimisation des liens de transit.

Remarque: Tel que présenté ci-dessus, l'ensemble des machines reliées en étoile par une suite de concentrateurs ou de commutateurs peut être interprété comme constituant un réseau. Dans la pratique, l'infrastructure logicielle (voir ci-dessous) qui est greffée sur l'infrastructure matérielle permet de constituer "logiquement" des "sous-réseaux" moins étendus. Il est ainsi possible de gérer 2 (ou plusieurs) sous-réseaux logiques indépendants en utilisant un seul concentratreur ou commutateur. S'il est souhaité d'interconnecter ces sous-réseaux, il faudra en plus faire appel à un appareil (routeur ou ordinateur assurant une fonction de routage) assurant le routage.

Infrastructure logicielle

L'infrastructure logicielle d'un réseau informatique est basée sur l'utilisation de un ou plusieurs protocoles de communication (i.e. langage de communication d'informations entre ordinateurs).

Les protocoles les plus courants sont TCP/IP, NetBEUI et IPX/SPX. TCP/IP est le protocole de l'Internet et tend à se généraliser.

Une différence essentielle entre ces trois protocoles tient à la routabilité. En effet, TCP/IP est assez facilement "routable" (i.e. est géré par les routeurs) et permet donc d'interconnecter des sous-réseaux. NetBEUI ne l'est pas. IPX/SPX l'est moins facilement que TCP/IP. Cette caractéristique ainsi que sa relative simplicité et sa capacité à supporter des réseaux de tailles importantes explique son adoption pour le réseau Internet.

L'infrastructure logicielle comprend pour chaque protocole:

• Les logiciels de configuration, de gestion et d'audit du fonctionnement des matériels du réseau (concentrateurs, commutateurs, routeurs, ...) (non abordés ici).

• Les logiciels de configuration, de gestion et d'audit du fonctionnement local des machines permettant en particulier de donner un nom à chaque machine pour autoriser les communications machine source <-> machine cible.

• Les services réseau implantés pour utiliser ou faciliter l'utilisation d'un protocole de communication dans le cadre de fonctionnalités précises.

NetBEUI

Le protocole NetBEUI possède le gros avantage d'être simple à installer et configurer. Cette simplicité est principalement une conséquence du fait qu'il n'a pas été conçu dans le but d'être routé et qu'il n'intègre donc pas les paramètres qui pourraient être nécessaires à la gestion du routage.

Les machines sont désignées par des noms alphanumériques sur 15 caractères.

Toutes les machines placées sur le même concentrateur, sur le même commutateur ou liées par une suite de concentrateurs ou commutateurs peuvent communiquer directement entre elles.

Un certain nombre de services réseau ont été développés originellement pour NetBEUI. En particulier SMB (Server Message Block) et Lan Manager proposent les services:

• de gestion d'utilisateurs,
• de gestion de répertoires partagés,
• de gestion d'imprimantes partagées,
• ...

NetBEUI et les services qui lui sont associés sont disponibles sous les différentes versions de Windows et d'Unix (Linux, FreeBSD et Unix propriétaires (Samba)).

Outre sa non routabilité, NetBEUI, utilisé sous Windows, possède l'inconvénient de mettre en œuvre un processus d'exploration du réseau à la recherche des machines qui y sont présentes. Le but est d'en dresser la liste pour qu'il soit possible d'aider un processus de recherche d'un ordinateur précis.
Dans le cas le plus défavorable, chaque machine émet régulièrement un "broadcast" (i.e. un message destiné à toutes les machines de son sous-réseau) destiné à susciter une réponse contenant le nom de la machine répondant. Si n machines génèrent un broadcast entraînant n réponses, on obtient de l'ordre de n² messages échangés régulièrement.
-> A partir d'un certain nombre de machines, une part importante du trafic réseau (voire jusqu'à 100%) peut être consacrée à ce processus d'exploration.

Pour éviter ce problème, dans une version plus élaborée (en particulier depuis Windows NT), un "maître explorateur" est "élu" automatiquement sur chaque réseau NetBEUI. Cette machine sera la seule à assurer l'exploration. Elle sera contactée par toute machine souhaitant connaître la liste des machines du réseau.

TCP/IP

Plus complexe que NetBEUI, TCP/IP intègre, outre des paramètres permettant de nommer les machines et de les placer dans des sous-réseaux, un ensemble de paramètres destinés au routage.

Paramètres TCP/IP généraux:

• Adresse IP : Une machine est nommée de manière unique sur son réseau par son "adresse IP" formée de 4 nombres compris entre 0 et 255. Exemple: 172.20.128.23

• Masque de sous-réseau (Subnet Mask) : Formé de 4 nombres compris entre 0 et 255, le masque de sous-réseau permet d'indiquer à une machine quelles sont les adresses IP des machines qui font partie de son sous-réseau logique (i.e. les machines avec lesquelles elle peut communiquer sans routage).
  Comme son nom l'indique, le masque de sous-réseau est un masque numérique. Il est géré en arithmétique binaire. Si les "et binaire" entre les adresses IP de deux machines et le masque sont égaux alors les deux machines appartiennent au même sous-réseau TCP/IP.
  Exemple: Soient le masque M = 255.255.255.128 et les machines d'adresses IP I1 = 172.20.128.164 et I2 = 172.20.128.213.
  En binaire, le masque est
  M = 11111111.11111111.11111111.10000000
  et les adresses
  I1 = 10101100.00010100.10000000.10100100
  et
  I2 = 10101100.00010100.10000000.11010101
  Si (M & I1) == (M & I2) alors les machines font partie du même sous réseau TCP/IP. Le signe & désigne le "et binaire".
  M & I1 = 10101100.00010100.10000000.10000000
  M & I2 = 10101100.00010100.10000000.10000000
  (M & I1) est égal à (M & I2)
  -> Ces deux machines sont sur le même sous-réseau. Elles pourront communiquer directement si elles sont interconnectées par un concentrateur ou un commutateur.
  Les masques de sous-réseau ne peuvent pas être considérés arbitrairement. Ils sont construits de gauche à droite au moyen d'une suite de bits à 1 suivie d'une suite de bits à 0.
  Les masques de sous-réseau classiques sont :
  255.255.255.0 -> 256 adresses dans le même sous-réseau (si les trois premiers entiers de deux adresses IP sont les mêmes, les deux adresses sont dans le même sous-réseau) (ce masque correspond à ce que l'on appelle usuellement abusivement une classe C),
  255.255.255.128 -> 128 adresses (2 sous-réseaux sur une classe C : de 0 à 127 et de 128 à 255),
  255.255.255.192 -> 64 adresses (4 sous-réseaux sur une classe C : de 0 à 63, de 64 à 127, de 128 à 191 et de 192 à 255),
  255.255.255.224 -> 32 adresses (8 sous-réseaux sur une classe C),
  255.255.255.240 -> 16 adresses (16 sous-réseaux sur une classe C),
  255.255.255.248 -> 8 adresses (32 sous-réseaux sur une classe C),
  255.255.255.252 -> 4 adresses (64 sous-réseaux sur une classe C).

Définition des différentes classes IP

• Passerelle par défaut (Gateway) : Il s'agit de l'adresse IP vers laquelle seront envoyés tous les paquets non destinés à une machine du même sous-réseau que la machine source. Un routeur ou un ordinateur assurant le routage sera installé à cette adresse pour les réceptionner et assurer la transmission (routage) vers le sous-réseau destination.

Paramètres de configuration DNS

La technique de dénomination par adresse IP (liste de 4 nombres) est pratique pour les ordinateurs car facilement manipulée par eux. En revanche, la mémorisation est difficile pour les individus.

Convention de dénomination supplémentaire:
Désignation de chaque machine par un ou plusieurs noms IP alphanumériques.

Une machine porte un nom et appartient à un domaine TCP/IP qui peut lui-même être le sous-domaine d'un autre domaine TCP/IP,... Un domaine peut ainsi posséder plusieurs sous-domaines, qui eux-mêmes peuvent posséder des sous-domaines,... créant ainsi une organisation arborescente.

Les parties alphanumériques du nom IP sont délimitées par des points avec, de gauche à droite, le nom de la machine, puis les différentes parties du nom de domaine du plus particulier au plus général.

Exemple: 172.20.128.99 <=> bunny.edu-info.univ-fcomte.fr (machine bunny du sous-domaine edu-info.univ-fcomte.fr du sous-domaine univ-fcomte.fr du domaine fr).

Les listes de couples (adresse TCP/IP, nom TCP/IP) peuvent être gérées de deux manières:

• localement sur chaque machine au moyen de fichiers "hosts" (sous \Windows\System32\drivers\etc sous Windows, sous /etc sous Unix),
• globalement sur un ensemble de machines reliées en réseau au moyen d'un serveur DNS (Domain Name Server) qui gère la liste associée à un domaine et peut être interrogé via une connexion réseau normalisée.
  La configuration TCP/IP de la machine cliente inclut alors une référence à ce serveur.

Les serveurs DNS sont généralement organisés sous une forme arborescente calquée sur l'arborescence des domaines TCP/IP qu'ils représentent. Chaque serveur gérera tout ou partie des noms de machine associés au nom de domaine dont il est le nœud.
Il peut y avoir plusieurs serveurs DNS pour un même nom de domaine. On pourra répliquer les bases de données DNS et ainsi garantir une redondance permettant une meilleure pérennité ou bien encore permettre un équilibrage de charge pour les domaine très consultés.

Un serveur DNS réalise les tâches suivantes:

• Gérer sa base de données de noms.
• Résoudre un nom pour les machines qui le lui demandent quand il connaît le nom (i.e. il appartient au(x) domaine(s) qu'il gère).
  Répondre que le nom n'existe pas, s'il est certain qu'il n'existe pas (i.e. il n'est pas défini dans le(s) domaine(s) qu'il gère).
• Propager la demande de résolution vers le ou les serveurs DNS du domaine concerné s'il s'agit d'un nom associé à l'un des domaines pour lesquels il connait un serveur DNS (on parle de redirecteur).
  Il connait généralement les serveurs DNS de chacun de ses sous-domaines et leur transmet les requètes qu'ils devraient savoir résoudre. Il connait aussi généralement le serveur DNS de son domaine père et lui transmet toutes les requètes qu'il n'a pas transmises aux DNS de ses sous-domaines. Il peut aussi connaître les adresses de serveurs DNS root.

• Nom d'hôte : Nom donné à la machine. Généralement identique au nom qui lui est donné sur le DNS dont elle dépend s'il y en a un.

• Suffixes DNS : Nom du ou des domaines auxquels appartient la machine. Lorsque cette machine spécifie des noms IP sans indiquer explicitement de nom de domaine, les suffixes sont testés les uns après les autres comme domaines implicites.

• DNS : Un ou plusieurs serveurs DNS désignés pour être joints lorsqu'une résolution de nom DNS doit être réalisée pour obtenir l'adresse IP correspondant au nom IP (ou réciproque).

Paramètres de configuration WINS

Un problème spécifique aux machines Windows est qu'elles peuvent devoir répondre à la convention de nommage NetBEUI même si le protocole NetBEUI n'est pas utilisé (par exemple pour assurer la compatibilité avec d'anciennes applications).
Or, la non routabilité de ce protocole fait qu'il est impossible de l'utiliser pour des réseaux comportant un nombre important de machines.
Via une "Interface NetBIOS", il est possible de faire transiter des informations au moyen du protocole TCP/IP en utilisant les conventions de nom NetBEUI et donc d'autoriser le routage.
Le problème est de rendre compatibles les nommages par adresse IP et les noms NetBEUI. Windows Internet Name Service (WINS) est l'une des solutions possibles.
WINS est un service réseau pouvant être implanté sur un serveur pour lui permettre de gérer une base de données d'associations adresse IP <=> nom NetBEUI. Ce serveur sera à même d'effectuer des résolutions de nom via requêtes réseau normalisées. Il s'agit de l'équivalent résolution nom NetBEUI <-> adresse IP de ce qu'est DNS pour les résolutions nom TCP/IP <-> adresse IP.
Par rapport à DNS, WINS apporte quelques possibilités supplémentaires:

• L'apprentissage est dynamique (i.e. tous les clients d'un serveur WINS s'enregistrent automatiquement sur ce serveur).
• Les serveurs WINS peuvent enregistrer d'autres informations: des noms d'utilisateurs, des noms de machines, des noms de domaine,  ...
• Des serveurs WINS peuvent être configurés pour s'échanger leurs bases de données et offrir ainsi des redondances et des possibilités d'administration plus élaborées.
• ...

• WINS primaire : Adresse IP du serveur WINS qui doit être joint lorsqu'une résolution WINS doit être réalisée. Le client WINS s'enregistre par la même occasion.
• WINS secondaire : Adresse IP du serveur WINS qui doit être joint lorsqu'une résolution WINS doit être réalisée et que le serveur primaire ne donne pas de réponse soit car il ne fonctionne pas, soit car il ne connaît pas l'association souhaitée.

Filtrage IP

Le protocole TCP/IP permet généralement l'implantation de fonctions de filtrage tant du point de vue des paquets sortants que du point de vue des paquets entrants.
Ces fonctions de filtrage pourront généralement être configurées soit en fonction de l'adresse IP du client, soit en fonction du port TCP/IP utilisé par l'ordinateur client.

DHCP

Tous les paramètres nécessaires à la configuration de l'infrastructure TCP/IP d'un parc de machines pourront être renseignés soit directement sur chaque ordinateur hôte, soit sur un serveur DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) qui sera contacté par l'intermédiaire du réseau par l'hôte au moment de son démarrage.

L'intérêt de l'utilisation de DHCP réside dans les points suivants:

• La configuration des postes clients est centralisée et peut être réalisée clients éteints.
• L'affectation des paramètres pourra être réalisée dynamiquement ou statiquement.
  Dans le cas de l'affectation dynamique, on pourra par exemple ne disposer que d'un pool restreint d'adresses IP permettant d'accéder à Internet et affecter ces adresses aux seules machines en fonctionnement.
• Cela facilite l'accueil de postes invités.
• ...

De plus en plus, on constate une convergence entre DNS, DHCP et WINS permettant, via une base de données unique, d'assurer la cohérence des informations transmises. C'est le cas sous Windows 2000 et ses successeurs.

Commandes texte liées à TCP/IP

ipconfig

La commande ipconfig permet de visualiser la configuration TCP/IP des différentes cartes réseau présentes dans la machine. la syntaxe est
ipconfig pour obtenir un résumé et
ipconfig -all pour obtenir une description complète.

ipconfig

ipconfig -all

ping

La commande ping permet de tester la présence d'une machine sur le réseau. la syntaxe est
ping nom_IP
ou
ping adresse_IP

ping

nslookup

La commande nslookup permet d'interroger son serveur DNS pour obtenir les adresses IP correspondant à un nom IP (résolution directe), ou les noms IP correspondant à une adresse IP (résolution inverse). La syntaxe est
nslookup nom_IP
ou
nslookup adresse_IP

nslookup

tracert

La commande tracert permet d'obtenir la liste des matériels réseau (routeurs) traversés pour joindre une autre machine.
La syntaxe est
tracert nom_IP
ou
tracert adresse_IP

tracert

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