Mise sur pied et exploitation d’un réseau informatique

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de - identifier la classe d’une adresse IPv4 et déterminer le masque par défaut associé ; - calculer le nombre d’hôtes utilisables et le nombre de sous‑réseaux possibles pour un masque donné ; - appliquer les modes d’adressage (unicast, multicast, broadcast) à des situations concrètes ; - représenter sur papier un réseau de quatre ordinateurs, attribuer des adresses IP cohérentes et vérifier la connectivité théorique. **Prérequis** : notions de base en numérotation binaire, connaissance des termes *adresse IP*, *masque de sous‑réseau*, *passerelle* et *hôte* ; capacité à réaliser des conversions décimal‑binaire et à manipuler des puissances de 2. > **À retenir** : Une adresse IPv4 est composée de 32 bits répartis en deux parties : la partie réseau (identifie le sous‑réseau) et la partie hôte (identifie chaque machine). ## Introduction contextualisée Dans les établissements scolaires camerounais, la mise en place d’un petit réseau local (laboratoire informatique, salle de classe) permet aux élèves de partager des ressources (imprimantes, serveurs de fichiers) et de travailler en collaboration. Avant de passer à la configuration matérielle, il est essentiel de maîtriser l’adressage logique : choisir des adresses IP adaptées, définir le masque approprié et anticiper les besoins en sous‑réseaux. Ce chapitre propose d’abord une activité d’intégration qui replace l’élève dans une situation réelle, puis détaille les classes d’adresses IP et les modes d’adressage, enfin il guide la simulation papier d’un réseau de quatre postes. ## I. Activités d’intégration n°2 **Mise en situation** : Le proviseur souhaite équiper la salle de TP de quatre ordinateurs reliés à une imprimante réseau. Chaque poste doit pouvoir accéder à Internet via un routeur qui fournit une adresse privée. **Étapes de l’activité** 1. **Recenser les besoins** : déterminer le nombre d’hôtes (4 PC + 1 imprimante = 5) et prévoir une marge de croissance (au moins 2 postes supplémentaires). 2. **Choisir une classe d’adresse** : avec moins de 256 hôtes nécessaires, la classe C (masque par défaut 255.255.255.0) est suffisante. 3. **Définir le masque** : on pourra utiliser un masque /24 (255.255.255.0) ou, pour économiser des adresses, un masque /26 (255.255.255.192) qui donne 62 hôtes utilisables. 4. **Attribuer les adresses** : ex. 192.168.10.1 (routeur), 192.168.10.2‑192.168.10.6 (PC et imprimante). 5. **Vérifier la cohérence** : s’assurer que aucune adresse ne dépasse la plage du sous‑réseau et que l’adresse de broadcast (192.168.10.63 pour /26) n’est pas attribuée à un hôte. > **À retenir** : Le masque détermine la taille du sous‑réseau ; plus le masque est grand (plus de bits à 1), moins il y d’hôtes possibles. **Exemple 1** : On veut un réseau pouvant accueillir exactement 14 hôtes. - Nombre de bits d’hôte nécessaires : $2^{h} - 2 \ge 14 \Rightarrow h = 4$ (puisque $2^{4} - 2 = 14$). - Le masque comporte donc $32 - h = 28$ bits à 1 : $/28$ → $255.255.255.240$. - Plage d’adresses utilisables : si l’adresse réseau est $192.168.5.0$, les hôtes vont de $192.168.5.1$ à $192.168.5.14$ ; le broadcast est $192.168.5.15$. **Exemple 2** : On dispose d’un bloc $172.16.0.0/16$ et on souhaite créer 4 sous‑réseaux égaux. - Chaque sous‑réseau doit contenir $2^{14} = 16384$ adresses (puisque on emprunte 2 bits pour le sous‑réseau : $16+2 = 18$ bits réseau). - Nouveau masque : $/18$ → $255.255.192.0$. - Les sous‑réseaux sont : 1. $172.16.0.0/18$ (0‑63) 2. $172.16.64.0/18$ (64‑127) 3. $172.16.128.0/18$ (128‑191) 4. $172.16.192.0/18$ (192‑255) ## II. Leçon 12 : Les classes d’adresses IP et modes d’adressage ### 1. Les classes d’adresses IPv4 Les cinq classes historiques (A à E) sont définies par les premiers bits de l’adresse. | Classe | Premiers bits | Plage d’adresse (premier octet) | Masque par défaut | Nombre de réseaux | Nombre d’hôtes par réseau | |--------|----------------|--------------------------------|-------------------|-------------------|---------------------------| | A | 0 | 1 – 126 | 255.0.0.0 (/8) | $2^{7}=128$ | $2^{24}-2=16\,777\,214$ | | B | 10 | 128 – 191 | 255.255.0.0 (/16) | $2^{14}=16\,384$ | $2^{16}-2=65\,534$ | | C | 110 | 192 – 223 | 255.255.255.0 (/24)| $2^{21}=2\,097\,152$| $2^{8}-2=254$ | | D | 1110 | 224 – 239 | — (multicast) | — | — | | E | 1111 | 240 – 255 | — (réservé) | — | — | > **À retenir** : La classe d’une adresse IP se lit directement sur le premier octet ; elle détermine le masque par défaut et la taille du champ réseau/hôte. **Démonstration** : Pour une adresse de classe B, les deux premiers bits sont fixés à 10, laissant 14 bits pour le réseau (puisque les 16 bits du deuxième octet sont libres) et 16 bits pour l’hôte. **Exemple 1** : Déterminer la classe de $150.45.200.10$. - Premier octet = 150 → entre 128 et 191 → classe B. - Masque par défaut = 255.255.0.0. - Partie réseau = 150.45.0.0, partie hôte = 0.0.200.10. **Exemple 2** : Trouver la classe et le masque de $225.1.2.3$. - Premier octet = 225 → entre 224 et 239 → classe D (multicast). - Pas de masque par défaut défini ; l’adresse désigne un groupe de diffusion. ### 2. Masques de sous‑réseau et notation CIDR Le masque indique quels bits appartiennent au réseau. En notation CIDR, on écrit $adresse/prefixe$ où le prefixe est le nombre de bits à 1 du masque. > **À retenir** : Le nombre d’hôtes utilisables d’un sous‑réseau de prefixe $p$ est $2^{32-p} - 2$. **Formule** : $$ \text{Hôtes utilisables} = 2^{(32-p)} - 2 $$ **Exemple 1** : Masque $255.255.255.240$ (/28). - $p = 28$ → $32-p = 4$ bits d’hôte. - $2^{4} - 2 = 14$ hôtes utilisables. **Exemple 2** : Masque $255.255.252.0$ (/22). - $p = 22$ → $32-p = 10$ bits d’hôte. - $2^{10} - 2 = 1022$ hôtes utilisables. ### 3. Modes d’adressage - **Unicast** : adresse destinée à un seul hôte (ex. $192.168.1.10$). - **Multicast** : adresse destinée à un groupe d’hôtes qui ont rejoint le même groupe (classe D, ex. $224.0.0.5$ pour OSPF). - **Broadcast** : adresse qui atteint tous les hôtes du sous‑réseau (adresse où tous les bits d’hôte sont à 1). > **À retenir** : Dans un sous‑réseau $x.y.z.0/24$, l’adresse de broadcast est $x.y.z.255$ ; aucune machine ne doit l’utiliser comme adresse unicast. **Exemple 1** : Pour le sous‑réseau $10.0.0.0/16$, quelle est l’adresse de broadcast ? - Bits d’hôte = 16 → tous à 1 donne $10.0.255.255$. **Exemple 2** : Un groupe multicast utilise l’adresse $224.1.2.3$. Quel est le type d’adressage ? - Premier octet = 224 → classe D → adressage multicast. ## III. Leçon 13 : Simulation d’un réseau de quatre ordinateurs sur papier ### 1. Objectif de la simulation Représenter schématiquement un petit réseau, attribuer des adresses IP cohérentes, vérifier que chaque hôte peut communiquer avec les autres et avec la passerelle, et anticiper les besoins en sous‑réseaux. ### 2. Étapes de la simulation | Étape | Action | Détails | |-------|--------|---------| | a) Dessin de la topologie | Tracer quatre PC (PC1‑PC4) reliés à un switch central, le switch relié à un routeur qui fournit l’accès à Internet. | Utiliser des rectangles pour les PC, un losange pour le switch, un triangle pour le routeur. | | b) Choix du schéma d’adressage | Décider d’un masque adapté (ex. /26) pour prévoir une marge. | Avec /26, on dispose de 62 hôtes utilisables, largement suffisant. | | c) Attribution des adresses | - Routeur : $192.168.10.1$ <br> - PC1 : $192.168.10.2$ <br> - PC2 : $192.168.10.3$ <br> - PC3 : $192.168.10.4$ <br> - PC4 : $192.168.10.5$ <br> - Imprimante (optionnelle) : $192.168.10.6$ | Toutes adresses dans le même sous‑réseau $192.168.10.0/26$. | | d) Vérification de la cohérence | S’assurer que aucune adresse ne soit l’adresse de réseau ($192.168.10.0$) ni l’adresse de broadcast ($192.168.10.63$). | Toutes les adresses attribuées sont comprises entre 2 et 62. | | e) Test de connectivité théorique | - Chaque PC peut envoyer un paquet à l’adresse du routeur (passerelle) → ARP résout l’adresse MAC du routeur. <br> - Le routeur transfert le paquet vers Internet (NAT). <br> - Deux PC peuvent communiquer directement via le switch (couche 2) sans passer par le routeur. | Aucun conflit d’IP, masque identique, donc même sous‑réseau. | | f) Documentation | Légender le schéma : indiquer pour chaque équipement son nom, son adresse IP, son masque, et indiquer la passerelle et le DNS éventuel. | Permet de relire facilement la configuration. | > **À retenir** : Dans une simulation papier, le masque doit être identique pour tous les hôtes du même segment de couche 2 afin qu’ils soient dans le même domaine de diffusion. ### 3. Exemple complet de simulation **Consigne** : Simuler un réseau de quatre ordinateurs (PC A, B, C, D) connectés à un switch, le switch relié à un routeur qui fournit l’accès à Internet. Utiliser un masque /24. **Solution** 1. **Topologie** : ``` [PC A] [PC B] [PC C] [PC D] \ | | / \ | | / \ | | / [Switch] | [Routeur] ---> Internet ``` 2. **Adressage** : - Masque choisi : $255.255.255.0$ (/24). - Adresse réseau : $192.168.20.0$. - Adresse de broadcast : $192.168.20.255$. - Attribution : * Routeur : $192.168.20.1$ * PC A : $192.168.20.10$ * PC B : $192.168.20.20$ * PC C : $192.168.20.30$ * PC D : $192.168.20.40$ 3. **Vérification** : - Aucune adresse n’est égale à $192.168.20.0$ (réseau) ni à $192.168.20.255$ (broadcast). - Tous les hôtes partagent les 24 premiers bits → même sous‑réseau. - Passerelle par défaut pour chaque PC : $192.168.20.1$. 4. **Communication** : - PC A → PC B : trame Ethernet directement via le switch (couche 2). - PC A → Internet : paquet IP destiné à une adresse extérieure → envoyé à la passerelle ($192.168.20.1$) qui effectue le NAT. > **À retenir** : La passerelle doit appartenir au même sous‑réseau que les hôtes ; sinon, les paquets ne seront pas routés correctement. ## Synthèse du chapitre - Les adresses IPv4 sont réparties en cinq classes (A‑E) définies par les premiers bits ; chaque classe possède un masque par défaut. - Le masque (ou prefixe CIDR) détermine la taille du sous‑réseau : nombre d’hôtes utilisables $=2^{(32-p)}-2$. - Les modes d’adressage sont unicast (un destinataire), multicast (groupe de destinataires, classe D) et broadcast (tous les hôtes du sous‑réseau). - Pour simuler un réseau sur papier : dessiner la topologie, choisir un masque adapté, attribuer des adresses IP cohérentes (éviter réseau et broadcast), définir une passerelle commune, vérifier qu’aucun conflit n’existe. - Les calculs de sous‑réseaux et d’hôtes reposent sur les puissances de 2 ; il faut toujours soustraire 2 pour exclure les adresses de réseau et de broadcast. > **À retenir** : Toujours vérifier que l’adresse attribuée ne soit ni l’adresse de réseau ni celle de broadcast du sous‑réseau considéré. ## Glossaire - **Adresse IP** : identificateur logique de 32 bits permettant de localiser un hôte sur un réseau IP. - **Masque de sous‑réseau** : séquence de 32 bits indiquant quels bits de l’adresse IP représentent le réseau. - **CIDR** (Classless Inter‑Domain Routing) : notation $adresse/prefixe$ qui remplace les classes traditionnelles. - **Broadcast** : adresse où tous les bits d’hôte sont à 1 ; destinée à tous les hôtes du sous‑réseau. - **Unicast** : transmission d’un paquet d’une source à une seule destination. - **Multicast** : transmission d’un paquet à un groupe de destinataires ayant rejoint le même groupe multicast. - **Passerelle** (gateway) : équipement qui route les paquets vers d’autres réseaux, souvent l’adresse .1 d’un sous‑réseau. - **Switch** : dispositif de couche 2 qui crée un domaine de collision unique et permet la communication directe entre hôtes du même sous‑réseau. - **Sous‑réseau** : subdivision logique d’un réseau IP définie par un masque commun. - **ARP** (Address Resolution Protocol) : protocole qui traduit une adresse IP en adresse MAC sur un réseau local. ## Erreurs fréquentes 1. **Confondre adresse de réseau et adresse utilisable** : penser que $192.168.1.0$ peut être attribuée à un hôte. *Astuce* : rappeler que l’adresse de réseau a tous les bits d’hôte à 0 ; elle est réservée. 2. **Oublier de soustraire 2 dans le calcul d’hôtes** : utiliser $2^{h}$ au lieu de $2^{h}-2$. *Astuce* : systématiquement écrire la formule complète $2^{(32-p)}-2$. 3. **Attribuer une adresse de broadcast à un hôte** : ex. donner $10.0.0.255$ dans un /24. *Astuce* : vérifier que l’adresse ne possède pas tous les bits d’hôte à 1. 4. **Utiliser un masque différent sur le même segment de couche 2** : cela crée des sous‑réseaux superposés et des pertes de paquets. *Astuce* : s’assurer que tous les équipements d’un même switch partagent le même masque. 5. **Ne pas définir de passerelle ou mettre une passerelle hors du sous‑réseau** : les paquets ne sortiront jamais du réseau local. *Astuce* : la passerelle doit être une adresse valide du même sous‑réseau (souvent .1 ou .254). 6. **Interpréter mal la classe d’une adresse** : croire que $192.168.0.5$ est de classe B parce que le deuxième octet est 168. *Astuce* : ne regarder que le premier octet pour déterminer la classe. ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 Déterminer la classe, le masque par défaut et l’adresse de réseau de l’adresse IP $172.16.45.78$. **Corrigé** - Premier octet = 172 → entre 128 et 191 → classe B. - Masque par défaut = 255.255.0.0 (/16). - Adresse de réseau : on met à zéro les bits d’hôte (les deux derniers octets) → $172.16.0.0$. ### Exercice 2 Un réseau doit accueillir exactement 60 hôtes. Quel masque CIDR convient-il le mieux ? Calculer le nombre d’hôtes utilisables et l’adresse de broadcast si l’adresse de réseau est $10.5.0.0$. **Corrigé** - On cherche le plus petit $h$ tel que $2^{h}-2 \ge 60$. $2^{6}-2 = 62$ → $h=6$ bits d’hôte suffisent. - Nombre de bits réseau $p = 32 - h = 26$. - Masque = $/26$ → $255.255.255.192$. - Adresse de réseau donnée : $10.5.0.0/26$. - Bits d’hôte = 6 → l’adresse de broadcast a les 6 bits de poids faible à 1 : $10.5.0.0$ + $00111111_{2}$ dans le dernier octet = $10.5.0.63$. - Nombre d’hôtes utilisables = $2^{6}-2 = 62$. ### Exercice 3 On dispose du bloc $192.168.12.0/24$. On veut le diviser en 8 sous‑réseaux égaux. Quel est le nouveau masque ? Donner l’adresse de réseau et l’adresse de broadcast du troisième sous‑réseau. **Corrigé** - Pour créer 8 sous‑réseaux, on emprunte $\log_{2}8 = 3$ bits au champ hôte. - Nouveau masque = $/24 + 3 = /27$ → $255.255.255.224$. - Chaque sous‑réseau possède $2^{(32-27)} = 2^{5}=32$ adresses dont $30$ utilisables. - Les sous‑réseaux se succèdent de 32 en 32 dans le quatrième octet. - Sous‑réseau 0 : $192.168.12.0/27$ (0‑31) - Sous‑réseau 1 : $192.168.12.32/27$ (32‑63) - Sous‑réseau 2 : $192.168.12.64/27$ (64‑95) ← troisième (en commençant à 0). - Adresse de réseau du troisième sous‑réseau : $192.168.12.64$. - Adresse de broadcast : mettre tous les bits d’hôte à 1 → $192.168.12.95$. ### Exercice 4 Dans un réseau $192.168.3.0/24$, attribuez des adresses IP aux éléments suivants : routeur, trois PC et une imprimante, en respectant la règle selon laquelle la passerelle doit être la première adresse utilisable du sous‑réseau. **Corrigé** - Sous‑réseau : $192.168.3.0/24$ → adresses utilisables de $192.168.3.1$ à $192.168.3.254$. - Passerelle (routeur) = première adresse utilisable = $192.168.3.1$. - On attribue ensuite les adresses suivantes : * PC1 : $192.168.3.10$ * PC2 : $192.168.3.20$ * PC3 : $192.168.3.30$ * Imprimante : $192.168.3.40$ Toutes sont comprises entre 2 et 254, donc valides. ### Exercice 5 Un administrateur veut créer un sous‑réseau pouvant accueillir au maximum 1000 hôtes. Quel est le plus petit masque CIDR qu’il peut utiliser ? **Corrigé** - On cherche le plus petit $h$ tel que $2^{h}-2 \ge 1000$. $2^{10}-2 = 1022$ → $h=10$ bits d’hôte suffisent. - Donc $p = 32 - h = 22$. - Masque = $/22$ → $255.255.252.0$. - Nombre d’hôtes utilisables = $2^{10}-2 = 1022$. ### Exercice 6 Sur le schéma ci‑dessous (à imaginer), quatre PC sont reliés à un switch, le switch relié à un routeur. Le routeur utilise l’adresse $10.0.0.1/24$. Attribuez des adresses IP aux PC de façon à ce que chaque PC soit dans un sous‑réseau différent de taille /30 (deux hôtes utilisables chacun) et que le routeur puisse atteindre chaque sous‑réseau via une interface dédiée. **Corrigé** - Un sous‑réseau /30 possède $2^{2}=4$ adresses dont $2$ utilisables. - On besoin de 4 sous‑réseaux /30, donc on emprunte 2 bits au champ hôte du réseau $10.0.0.0/24$ → nouveau masque = $/24+2 = /26$ pour l’ensemble, puis on le subdivise. - Cependant, plus simple : on considère que chaque lien routeur‑PC est un point‑à‑point ; on attribue donc des adresses /30 sur chaque lien. - On part de $10.0.0.0/30$ pour le premier lien, puis on incrémente de 4 à chaque fois. - Lien 1 (routeur‑PC A) : $10.0.0.0/30$ * Adresse réseau : $10.0.0.0$ * Adresse routeur : $10.0.0.1$ * Adresse PC A : $10.0.0.2$ * Broadcast : $10.0.0.3$ - Lien 2 (routeur‑PC B) : $10.0.0.4/30$ * Routeur : $10.0.0.5$ * PC B : $10.0.0.6$ * Broadcast : $10.0.0.7$ - Lien 3 (routeur‑PC C) : $10.0.0.8/30$ * Routeur : $10.0.0.9$ * PC C : $10.0.0.10$ * Broadcast : $10.0.0.11$ - Lien 4 (routeur‑PC D) : $10.0.0.12/30$ * Routeur : $10.0.0.13$ * PC D : $10.0.0.14$ * Broadcast : $10.0.0.15$ - Le routeur possède donc quatre interfaces, chacune avec une adresse différente (1,5,9,13) dans le même espace $10.0.0.0/24$. - Chaque PC ne voit que son lien point‑à‑point ; il peut communiquer avec le routeur et, via celui‑ci, avec les autres PC. --- Fin du cours.