La technologie TCP/IP

Historique
Principes de fonctionnement
Le protocole IPv4
Nom de domaine : le DNS
Le protocole IPv6

Historique

Il faut remonter en 1957 pour trouver le berceau de ce qui sera bien plus tard l'Internet. Cette année là aux USA est créée l'ARPA (Advanced Research Project Agency), à l'origine de la NASA. En son sein, Robert Taylor propose en février 1966, la création d'un réseau informatique permettant la communication entre les ordinateurs, notamment en cas d'attaque nucléaire. Il fallait donc construire un protocole de communication commun sur un réseau fiable où les informations envoyées parviennent sans perte au destinataire, quelles que soient les pannes et les accidents rencontrés en cours de route.

Quelques années auparavant, à partir d'une théorie avancée par le MIT (Massachussets Institute of Technology), l'Américain Paul Baran de la Rand Corporation et l'Anglais Donald Davis avaient déjà imaginé la réponse, la commutation de paquets : le message à envoyer est découpé en paquets, paquets qui empruntent des routes différentes sur le réseau et sont reclassés à l'arrivée pour reconstituer le message initial. C'est donc suivant ce principe que quatre ordinateurs des universités de Californie (Los Angeles, Santa Barbara, Stanford) et de l'Utah (Salt Lake City) échangent des informations à la fin 1969 et forment un embryon de réseau.

Au cours des années suivantes, d'autres noeuds (ordinateurs) s'ajouteront à cet embryon pour finalement constituer le réseau ARPANET qui comptera une trentaine de noeuds à la mi-1972, puis une cinquantaine en 1975. Le réseau passera sous l'administration du Département de la Défense américaine (Department of Defense ou DOD) dont il supportera, entre autres, le réseau opérationnel.

Deux Américains sont à l'origine de TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) :

- Vinton Cerf, diplômé de l'Université de Californie (UCLA), aujourd'hui président de l'International Network Working Group (INWG),

- Robert Kahn, le père en 1970 du premier protocole de communication par paquet.

A la demande de la DARPA, ils élaborent en 1972 les principes de l'architecture et des protocoles de base (TCP/IP) du futur réseau Internet.

Leurs travaux ont valu aux deux hommes de recevoir la médaille Graham Bell décernée par l'institut des ingénieurs électriques et électroniques (IEEE).

TCP/IP est officiellement retenu par le DoD en 1978 et généralisé dans ARPANET en 1983. Protocole ouvert par excellence, les spécifications sont consignées dans des RFC (Request For Comment), il permet l'interconnexion de nombreux systèmes hétérogènes et sonne le glas des protocoles propriétaires.

C'est à une société de conseil, BBN, que revient le mérite de l'IMP, ordinateur intermédiaire pour se connecter sur le futur réseau, le Net.

Principes de fonctionnement

Le protocole TCP/IP définit un ensemble de règles qui permettent la bonne communication entre deux ordinateurs à travers un ou plusieurs sous-réseaux interconnectés par des noeuds grâce à des passerelles ou routeurs.

Le protocole TCP, protocole de niveau 4 de l'OSI, segmente l'information à envoyer en petits paquets et la reconstitue à l'arrivée en remettant les paquets dans le bon ordre. C'est un service de transport fiable, il définit la structure des données et des acquittements échangés. Il spécifie comment distinguer plusieurs connexions sur un même ordinateur et comment détecter et corriger une perte ou une duplication de paquets. Enfin, il définit comment établir une connexion et comment la terminer. Contrairement à IP, TCP agit en mode connecté.

Pour des applications moins critiques en sécurité, on peut lui substituer le protocole UDP (User Datagram Protocol) beaucoup plus léger et qui agit à ce niveau 4 de l'OSI en mode non connecté. La description exhaustive de TCP se trouve dans la RFC 793.

Le protocole IP, protocole de niveau 3 de l'OSI, implémente deux fonctions de base : l'adressage et la fragmentation.

Les modules Internet exploiteront les adresses inscrites dans l'en-tête Internet pour acheminer le datagramme vers sa destination. La sélection d'un chemin partant de la source vers la destination est appelée le routage. Il s'effectue à travers les différents noeuds du réseau. Les routeurs déterminent pour chaque paquet la meilleure route à suivre. Le noeud émetteur ne contacte pas au préalable le noeud récepteur. IP fonctionne en mode non connecté ou mode datagramme, chaque paquet est traité independemment des autres. Un envoi de paquet d'un ordinateur à l'autre peut utiliser des routes différentes, certains paquets peuvent se perdre et les autres arriver à destination.

Dans Internet, l'unité de base à transférer est le datagramme qui est divisé en un en-tête et une partie données. Contrairement aux paquets rencontrés sur des réseaux du type X25 ou ATM, les datagrammes sont manipulés par le logiciel. Ils peuvent être de longueur quelconque. Néanmoins, comme ils sont toujours transportés dans des trames physiques, ils doivent être encapsulés. Parfois, le datagramme est contenu dans une seule trame, ce qui rend la transmisison plus performante. L'internet ne limite pas les les datagrammes à une taille fixe, mais recommande que les réseaux et passerelles puissent supporter ceux de 576 octets sans les fragmenter. Dès qu'un datagramme a été fragmenté, les fragments sont envoyés à leur destination indépendemment les uns des autres. Ils sont ensuite réassemblés. Si un des fragments est perdu, le datagramme ne peut pas être réassemblé et les autres fragments doivent être éventuellement détruis sans être détruis. La description exhaustive de IP se trouve dans la RFC 791.

En fait, la difficulté induite par ce type de routage est le synchronisme car le temps de traversée d'un datagramme est lié à un moment donné à la charge du réseau. Ce point est particulièrement sensible dès qu'il faut établir une communication téléphonique pour laquelle le temps de latence est d'environ 300 ms.

Au-dessus de la couche TCP et UDP, on trouve différents protocoles spécialisés correspondant au niveau application :

- Telnet : application de connexion à distance,
- FTP (File Transfer Protocol) : protocole de transfert de fichiers,
- SMTP (Simple Mail Transport Protocol) : protocole de messagerie électronique,
- NFS (Network File System) : système permettant d'assurer un accès transparent à des ressources distantes sur un réseau.

Le protocole IPv4

Le protocole IPv4, dit de première génération, définit en particulier un adressage qui permet d'identifier les ordinateurs de l'Internet. L'adresse est représentée par un entier de 32 bits répartis en 3 champs (classe A, B, C) ou 2 champs (classe D), ce qui augmente le nombre de possibilités.

Les adresses IP sont attribuées indépendemment des adresses matérielles des ordinateurs. C'est le protocole Address Resolution Protocol (ARP) qui effectue cette traduction en permettant aux ordinateurs de résoudre les adresses sans utiliser une table statique. Inversement, le protocole Reverse ARP (RARP) permet à un ordinateur d'utiliser son adresse physique pour déterminer son adresse logique dans Internet.

Pour assurer l'unicité des numéros de réseaux, les adresses Internet sont attribuées par un organismme central, le NIC.

Nom de domaine : le DNS

Les structures d'adresses étant fastidieuses à manipuler par groupe de chiffres décimaux, il a été retenu une structure hiérarchique, totalement différente, beaucoup plus simple à gérer. C'est le but de DNS (Domain Name Service) de permettre la mise en correspondance des adresses physiques dans le réseau et des adresses logiques.

La structure logique utilise au plus haut niveau :

- des domaines caractérisant principalement les pays qui sont indiqués par 2 lettres, par exemple, fr pour la France, uk pour l'Angleterre, ch pour la Suisse :
- des domaines fonctionnels tels que :

* les organisations commerciales (com),
* les institutions accadémiques (edu),
* les organisations institutionnelles ou non (org),
* le gouvernement américain (gov),
* les organisations militaires américaines (mil),
* les opérateurs de réseaux (net),
* les entités internationales (int).

Le protocole IPv6

Le protocole IPv6 représente la nouvelle génération du protocole IP, d'où le nom IPNG (Internet Protocol Next Generation). Le format du paquet IPv6 est donné ci-dessous :

Au-delà de l'extension considérable du nombre d'adresses possibles dans le réseau (10 puissance 23), la principale nouveauté consiste en l'introduction d'un champ "priorité" qui permettra de traiter les paquets plus ou moins rapidement dans les noeuds du réseau.

Autre point remarquable, le champ "longueur des données" est codé sur 2 octets. Comme il indique la longueur totale du datagramme en octets, sans tenir compte de l'en-tête, cela signifie que la longueur maximale du datagramme transmis est de 64 Koctets.

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