ROUTAGE IP (partie 1/2)

## Objectifs et prérequis **Objectifs** : À la fin de ce chapitre, l’élève sera capable de : 1. Décomposer une adresse IPv4 en partie réseau et partie hôte à l’aide d’un masque de sous‑réseau. 2. Calculer le nombre de sous‑réseaux et d’hôtes utilisables pour un masque donné. 3. Expliquer le rôle fonctionnel d’un routeur (table de routage, décision de transfert, encapsulation/décapsulation). 4. Décrire le principe des protocoles de routage IP (statique, dynamique, distance‑vector, état de lien) et citer les protocoles usuels (RIP, OSPF, BGP). 5. Configurer un routeur simple en mode CLI (Cisco‑like) pour un réseau d’entreprise camerounais typique. 6. Identifier les erreurs fréquentes d’adressage et de routage et appliquer les règles de sécurité de base. **Prérequis** : - Notions de base sur le modèle OSI/TCP‑IP (couches réseau et liaison). - Maîtrise de la numérotation binaire et de la conversion décimal‑binaire. - Connaissance des adresses MAC et du fonctionnement d’un commutateur Ethernet. - Familiarité avec l’environnement de ligne de commande d’un équipement réseau (terminal, privilèges d’accès). --- ## Introduction contextualisée Au Cameroun, la croissance rapide des réseaux d’entreprise, des administrations publiques et des fournisseurs d’accès à Internet nécessite une maîtrise solide de l’adressage IP et du routage. Un technicien supérieur en systèmes de réseaux doit pouvoir concevoir un plan d’adressage adapté à la taille d’un site (bureau, agence, centre de données), installer et configurer des routeurs qui assurent la connectivité entre les différents sous‑réseaux, et garantir la résilience du trafic en choisissant le protocole de routage le plus approprié. Ce chapitre fournit les connaissances théoriques et les procédés pratiques indispensables pour réussir l’épreuve pratique du Baccalauréat séries MIE et pour intervenir efficacement sur le terrain. --- ## I. Rappel adressage IP des sous‑réseaux ### 1. Notions fondamentales > **Adresse IPv4** : 32 bits représentés sous forme décimale pointée (ex. : 192.168.10.45). > **Masque de sous‑réseau** : suite de 32 bits où les bits à 1 définissent la partie réseau, les bits à 0 la partie hôte. > **Adresse réseau** : résultat du ET logique entre l’adresse IP et le masque (tous les bits hôte à 0). > **Adresse de diffusion** : résultat du OU logique entre l’adresse IP et le complément du masque (tous les bits hôte à 1). > **Adresse utilisable** : toutes les adresses entre l’adresse réseau +1 et l’adresse de diffusion –1. ### 2. Calcul du nombre de sous‑réseaux et d’hôtes Soit un masque /n (n bits à 1). - Nombre de bits hôtes = 32 − n. - Nombre d’adresses totales = 2^(32‑n). - Nombre d’adresses utilisables = 2^(32‑n) − 2 (on retire réseau et diffusion). - Si l’on emprunte s bits au champ hôte pour créer des sous‑réseaux : - Nombre de sous‑réseaux = 2^s. - Nouveau masque = /(n + s). - Nouveaux bits hôtes = 32 − (n + s). > **Exemple chiffré** : On dispose du réseau 172.16.0.0/16. On veut créer 4 sous‑réseaux égaux. > - s = log₂(4) = 2 bits empruntés. > - Nouveau masque = /(16 + 2) = /18 (255.255.192.0). > - Bits hôtes = 32 − 18 = 14 → 2^14 − 2 = 16 382 adresses utilisables par sous‑réseau. > - Sous‑réseaux : > 1. 172.16.0.0/18 (172.16.0.0 – 172.16.63.255) > 2. 172.16.64.0/18 (172.16.64.0 – 172.16.127.255) > 3. 172.16.128.0/18 (172.16.128.0 – 172.16.191.255) > 4. 172.16.192.0/18 (172.16.192.0 – 172.16.255.255) ### 3. Tableau récapitulatif des masques usuels | Préfixe | Masque décimal | Bits hôtes | Adresses totales | Utilisables | |---------|---------------------|------------|------------------|-------------| | /24 | 255.255.255.0 | 8 | 256 | 254 | | /25 | 255.255.255.128 | 7 | 128 | 126 | | /26 | 255.255.255.192 | 6 | 64 | 62 | | /27 | 255.255.255.224 | 5 | 32 | 30 | | /28 | 255.255.255.240 | 4 | 16 | 14 | | /29 | 255.255.255.248 | 3 | 8 | 6 | | /30 | 255.255.255.252 | 2 | 4 | 2 | | /31* | 255.255.255.254 | 1 | 2 | 2 (liaison point‑à‑point) | | /32 | 255.255.255.255 | 0 | 1 | 0 (hôte seul) | \*Le /31 est réservé aux liaisons point‑à‑point selon RFC 3021. ### 4. Méthode pas à pas pour déterminer l’adresse réseau 1. Écrire l’adresse IP en binaire. 2. Écrire le masque en binaire. 3. Appliquer ET bit à bit. 4. Convertir le résultat en décimal pointé. > **Exercice rapide** : IP = 10.5.20.13, masque = 255.255.240.0 (/20). > - IP binaire : 00001010.00000101.00010100.00001101 > - Masque binaire : 11111111.11111111.11110000.00000000 > - ET : 00001010.00000101.00010000.00000000 → 10.5.16.0/20 (adresse réseau). --- ## II. Principe de fonctionnement du routeur ### 1. Rôle général > **Routeur** : équipement de couche 3 qui relie deux ou plusieurs réseaux IP, décide du prochain saut en consultant sa table de routage, et effectue l’encapsulation/décapsulation des paquets entre les couches liaison et réseau. ### 2. Composants essentiels | Composant | Fonction | |-----------|----------| | **Interfaces physiques** (ex. : GigabitEthernet0/0) | Reçoivent/transmettent les trames Ethernet. | | **Processeur de routage** | Exécute les algorithmes de recherche dans la table de routage. | | **Mémoire** (RAM, Flash, NVRAM) | Stocke la table de routage, le système d’exploitation (IOS, Junos, etc.) et la configuration. | | **Table de routage** | Liste des entrées (préfixe, masque, prochain saut, métrique, interface de sortie). | | **Buffer de paquets** | Tampon temporaire en cas de congestion. | ### 3. Processus de transfert d’un paquet (pas à pas) 1. **Réception** : la trame arrive sur une interface, le contrôleur vérifie le CRC et lève la trame vers le processeur. 2. **Décapsulation couche 2** : l’en-tête Ethernet est retiré, on obtient le paquet IP. 3. **Vérification d’en‑tête IP** : contrôle du checksum, du TTL (décrementé de 1). 4. **Recherche de destination** : le routeur effectue une recherche longest‑prefix match (LPM) dans sa table de routage. 5. **Choix du prochain saut** : si une entrée correspond, on extrait l’adresse IP du prochain saut et l’interface de sortie. 6. **Résolution ARP** (si nécessaire) : on demande l’adresse MAC du prochain saut sur le réseau local. 7. **Encapsulation couche 2** : on construit une nouvelle trame Ethernet avec l’adresse MAC source (de l’interface sortante) et destination (du prochain saut). 8. **Transmission** : la trame est envoyée sur le support physique. > **Règle de métrique** : pour les protocoles à distance‑vector (RIP) la métrique est le nombre de sauts ; pour OSPF elle est basée sur le coût (coût = référence de bande passante / bande passante de l’interface). ### 4. Exemple de configuration CLI (Cisco‑like) pour un petit réseau d’entreprise au Cameroun Supposons un routeur R1 avec deux interfaces : - Gig0/0 → LAN 1 : 192.168.10.0/24 (adresse 192.168.10.1) - Gig0/1 → LAN 2 : 192.168.20.0/24 (adresse 192.168.20.1) ```text Router> enable Router# configure terminal Router(config)# interface GigabitEthernet0/0 Router(config-if)# ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 Router(config-if)# no shutdown Router(config-if)# exit Router(config)# interface GigabitEthernet0/1 Router(config-if)# ip address 192.168.20.1 255.255.255.0 Router(config-if)# no shutdown Router(config-if)# exit Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.10.254 ! route par défaut vers le FAI Router(config)# end Router# write memory ``` > **Point de sécurité** : toujours protéger l’accès privilégié (`enable secret`) et désactiver les services inutiles (telnet, HTTP) au profit de SSH et HTTPS. --- ## III. Protocoles de routage IP ### 1. Classification | Type | Exemple | Principe | Métrique | Convergence | |------|---------|----------|----------|--------------| | **Statique** | `ip route` | Administrateur définit manuellement les routes | Aucun (fixe) | Immédiate (mais nécessite intervention) | | **Distance‑vector** | RIPv1, RIPv2 | Chaque routeur envoie sa table complète à ses voisins périodiquement | Nombre de sauts (max 15) | Lent (hold‑down, split‑horizon) | | **État de lien** | OSPF, IS‑IS | Chaque routeur diffuse les états de ses liens (LSA) ; tous construisent une carte topologique identique | Coût basé sur la bande passante | Rapide (flooding LSA, algorithme de Dijkstra) | | **Path‑vector** | BGP | Échange de chemins complets entre systèmes autonomes (AS) | Attributs (AS‑path, LOCAL_PREF, MED, etc.) | Très lent (conçu pour la stabilité inter‑AS) | ### 2. RIP (Routing Information Protocol) – version 2 - **Port UDP** : 520. - **Métrique** : nombre de sauts, limite 15 (16 = inaccessible). - **Caractéristiques** : - Envoi périodique toutes les 30 s (mise à jour complète). - Support du masque de sous‑réseau (VLSM) et de l’authentification simple. - Utilise les mécanismes de **split‑horizon**, **poison reverse** et **hold‑down** pour éviter les boucles. > **Exemple de configuration RIPv2** sur un routeur R2 avec deux interfaces (10.0.0.0/24 et 10.0.1.0/24) : ```text Router> enable Router# configure terminal Router(config)# router rip Router(config-router)# version 2 Router(config-router)# no auto-summary ! indispensable pour VLSM Router(config-router)# network 10.0.0.0 Router(config-router)# network 10.0.1.0 Router(config-router)# exit Router(config)# end Router# write memory ``` ### 3. OSPF (Open Shortest Path First) – version 2 - **Protocol** : IP, numéro 89. - **Métrique** : coût = référence de bande passante (10⁸ bps) / bande passante de l’interface (en bps). - **Zones** : découpe hiérarchique (zone 0 = backbone). - **Types de LSA** : - Type 1 (Router LSA) – décrit les liens du routeur. - Type 2 (Network LSA) – décrit un réseau multi‑accès (ex. : LAN Ethernet). - Type 3 (Summary LSA) – résumé de routes inter‑zones. - Type 4/5 (ASBR Summary / External) – routes provenant d’un système autonome externe. > **Exemple de configuration OSPF** sur un routeur R3 connecté à deux LAN (172.16.5.0/24 et 172.16.6.0/24) appartenant à la zone 0 : ```text Router> enable Router# configure terminal Router(config)# router ospf 1 Router(config-router)# network 172.16.5.0 0.0.0.255 area 0 Router(config-router)# network 172.16.6.0 0.0.0.255 area 0 Router(config-router)# exit Router(config)# end Router# write memory ``` ### 4. BGP (Border Gateway Protocol) – version 4 - **Port TCP** : 179. - **Utilisation** : routage entre systèmes autonomes (AS) – cœur d’Internet et interconnexion d’opérateurs au Cameroun (ex. : Camtel, MTN, Orange). - **Attributs principaux** : - **AS_PATH** : liste des AS traversés (utilisée pour la détection de boucle). - **NEXT_HOP** : adresse IP du prochain saut. - **LOCAL_PREF** : préférence interne (valeur plus élevée = préféré). - **MED** : indicateur de sortie vers un voisin AS. - **COMMUNITY** : étiquettes pour appliquer des politiques. > **Exemple simplifié** : un AS 65001 (entreprise) peer avec l’AS 65002 (opérateur) pour annoncer son préfixe 203.0.113.0/24. ```text Router> enable Router# configure terminal Router(config)# router bgp 65001 Router(config-router)# neighbor 203.0.100.1 remote-as 65002 Router(config-router)# network 203.0.113.0 mask 255.255.255.0 Router(config-router)# exit Router(config)# end Router# write memory ``` ### 5. Choix du protocole en contexte camerounais | Situation | Protocole recommandé | Justification | |-----------|----------------------|---------------| | Petit bureau LAN (< 50 hôtes) avec un seul routeur d’accès | **Statique** ou **RIPv2** | Faible complexité, suffisante pour peu de changements. | | Réseau d’entreprise multisite avec plusieurs routeurs et besoin de VLSM | **OSPF** (zone unique ou hiérarchique) | Convergence rapide, support du VLSM, métrique basée sur la bande passante (adapté aux liaisons fibre/ADSL). | | Interconnexion avec un FAI ou entre plusieurs opérateurs | **BGP** | Politique de routage, contrôle des chemins, stabilité inter‑AS. | | Réseau de secours (liaison de secours) | **Statique** avec **tracking** ou **OSPF** avec coût élevé sur le lien principal | Permet bascule rapide lorsqu’une liaison tombe. | > **Règle de bonne pratique** : toujours documenter le plan d’adressage, la topologie logique et les protocoles utilisés dans un cahier de configuration conservé au service informatique. --- ## Synthèse du chapitre - **Adressage IPv4** : décomposition réseau/hôte via masque, calcul des sous‑réseaux (2^s) et des hôtes (2^(32‑n‑s) − 2). - **Table de routage** : entrée = préfixe/masque, prochain saut, métrique, interface. Recherche LPM (longest‑prefix match). - **Fonctionnement du routeur** : réception → décapsulation L2 → vérif. IP → recherche route → résolution ARP → encapsulation L2 → transmission. - **Protocoles de routage** : - Statique : configuration manuelle, aucune métrique. - RIPv2 : distance‑vector, métrique sauts, max 15, mises à jour périodiques. - OSPF : état de lien, métrique coût, hiérarchie par zones, convergence rapide. - BGP : path‑vector, attributs AS‑path, LOCAL_PREF, MED, utilisé inter‑AS. - **Choix protocole** : statique/RIP pour petits sites, OSPF pour entreprises multisites, BGP pour interconnexion opérateurs/FAI. - **Sécurité** : protéger l’accès privilégié, désactiver services non nécessaires, filtrer les routes publiques, utiliser l’authentification (RIPv2, OSPF, BGP). --- ## Glossaire | Terme | Définition | |-------|------------| | **Adresse réseau** | Résultat du ET logique entre une adresse IP et son masque ; identifie le sous‑réseau. | | **Masque de sous‑réseau** | Suite de 32 bits où les bits à 1 définissent la partie réseau. | | **VLSM** | Variable Length Subnet Masking – utilisation de différents masques au sein d’un même réseau pour optimiser l’espace d’adressage. | | **Table de routage** | Structure de données contenant les entrées (préfixe, masque, prochain saut, métrique, interface) utilisées pour décider du transfert d’un paquet. | | **Longest Prefix Match (LPM)** | Algorithme de recherche qui sélectionne l’entrée de table ayant le préfixe le plus long correspondant à l’adresse de destination. | | **Métrique** | Valeur utilisée par un protocole de routage pour comparer plusieurs chemins vers la même destination (ex. : nombre de sauts, coût). | | **Split‑horizon** | Technique qui empêche un routeur de ré‑annoncer une route sur l’interface d’où elle a été apprise, afin d’éviter les boucles. | | **Hold‑down** | Période pendant laquelle un routeur ignore les mises à jour pouvant rétablir une route récemment déclarée inaccessible. | | **LSA (Link‑State Advertisement)** | Message diffusé dans OSPF décrivant l’état d’un lien d’un routeur. | | **AS (Autonomous System)** | Ensemble de réseaux sous une même administration technique, identifié par un numéro AS. | | **AS_PATH** | Attribut BGP listant les AS traversés par une route ; utilisé pour la détection de boucle et la sélection de chemin. | | **LOCAL_PREF** | Attribut BGP indiquant le degré de préférence d’une route au sein d’un AS (valeur plus élevée = préféré). | | **MED** | Multi‑Exit Discriminator – indicateur suggérant à un voisin AS quel point d’entrée utiliser lorsqu’il existe plusieurs points de connexion. | | **Community** | Étiquette BGP permettant de regrouper des prefixes pour appliquer des politiques communes. | | **Redistribution** | Processus d’importation de routes provenant d’un autre protocole de routage (ex. : statique → OSPF). | --- ## Exercices d'application corrigés ### Exercice 1 – Calcul de sous‑réseaux **Énoncé** : Une entreprise dispose du réseau 10.0.0.0/16. Elle doit créer 6 sous‑réseaux de taille égale pour desservir six agences régionales. Déterminer le masque à utiliser, l’adresse de chaque sous‑réseau et le nombre d’hôtes utilisables par sous‑réseau. **Corrigé** : 1. Nombre de sous‑réseaux requis = 6 → il faut le plus petit puissance de 2 ≥ 6 → 2³ = 8 → on emprunte **s = 3** bits. 2. Nouveau masque = /(16 + 3) = /19 → 255.255.224.0. 3. Bits hôtes = 32 − 19 = 13 → adresses totales par sous‑réseau = 2¹³ = 8192 → utilisables = 8192 − 2 = **8190** hôtes. 4. Liste des sous‑réseaux (pas de 2¹³ = 8192 adresses) : | Sous‑réseau | Adresse réseau | Première adresse usable | Dernière adresse usable | Adresse de diffusion | |-------------|----------------|------------------------|--------------------------|----------------------| | 1 | 10.0.0.0/19 | 10.0.0.1 | 10.0.31.254 | 10.0.31.255 | | 2 | 10.0.32.0/19 | 10.0.32.1 | 10.0.63.254 | 10.0.63.255 | | 3 | 10.0.64.0/19 | 10.0.64.1 | 10.0.95.254 | 10.0.95.255 | | 4 | 10.0.96.0/19 | 10.0.96.1 | 10.0.127.254 | 10.0.127.255 | | 5 | 10.0.128.0/19 | 10.0.128.1 | 10.0.159.254 | 10.0.159.255 | | 6 | 10.0.160.0/19 | 10.0.160.1 | 10.0.191.254 | 10.0.191.255 | | 7 | 10.0.192.0/19 | (réservé) | … | … | | 8 | 10.0.224.0/19 | (réservé) | … | … | On utilise les six premiers sous‑réseaux (1 à 6) pour les agences ; les deux derniers peuvent être réservés pour une future expansion ou des liens point‑à‑point. --- ### Exercice 2 – Configuration OSPF avec authentication **Énoncé** : Configurer le routeur R4 (Cisco‑like) pour participer à l’area 0 d’OSPF avec authentification MD5 sur l’interface Gig0/0 reliée au LAN 172.16.100.0/24. La clé MD5 est `Cameroun2025`. **Corrigé** : ```text Router> enable Router# configure terminal Router(config)# interface GigabitEthernet0/0 Router(config-if)# ip address 172.16.100.1 255.255.255.0 Router(config-if)# ip ospf authentication message-digest Router(config-if)# ip ospf message-digest-key 1 md5 Cameroun2025 Router(config-if)# exit Router(config)# router ospf 1 Router(config-router)# network 172.16.100.0 0.0.0.255 area 0 Router(config-router)# exit Router(config)# end Router# write memory ``` **Vérification** : `show ip ospf interface Gig0/0` doit afficher `Authentication Type: Message Digest`. --- ### Exercice 3 – Choix du protocole de routage **Énoncé** : Une administration régionale possède trois sites : - Site A (ville principale) relié à deux liens vers le FAI (fibre 100 Mbps et ADSL 20 Mbps). - Site B (bureau secondaire) connecté uniquement par un lien ADSL 10 Mbps. - Site C (centre de données) connecté à la fibre 100 Mbps du site A et possède un lien de secours vers le FAI via un lien satellite 5 Mbps. Quel protocole de routage serait le plus adapté pour assurer une répartition de charge et une bascule rapide en cas de panne ? Justifiez votre réponse. **Corrigé** : - **OSPF** est le choix idéal. - Il prend en charge la **métrie basée sur la bande passante** (coût = référence/bw). Ainsi, les liens fibre auront un coût inférieur aux liens ADSL et satellite, ce qui entraîne naturellement une répartition de charge vers les chemins à plus grande capacité. - OSPF supporte le **load‑balancing égal‑cost** (ECMP) lorsqu’il existe plusieurs chemins de même coût ; on peut ajuster les références de coût pour obtenir un partage proportionnel si désiré. - En cas de défaillance d’un lien, OSPF reconverge en quelques secondes grâce au flooding des LSA et au recalcul de l’arbre de Dijkstra (SPF). - La hiérarchie par zones permet d’isoler le site C (zone 1) tout en restant rattaché au backbone (zone 0) si le réseau venait à s’étendre. Un protocole de type **RIP** serait inadéquat car sa métrique (nombre de sauts) ne reflète pas les différences de bande passante et sa convergence est trop lente (minutes). Le **statique** nécessiterait une intervention manuelle à chaque changement de lien, ce qui n’est pas réaliste pour une bascule automatique. --- ## Erreurs fréquentes et règles de sécurité | # | Erreur fréquente | Conséquence | Règle de bonne pratique / sécurité | |---|------------------|-------------|------------------------------------| | 1 | **Oublier de soustraire 2** (réseau et diffusion) lors du calcul d’hôtes utilisables. | On surestime la capacité d’adressage, pouvant conduire à un épuisement d’adresses en phase de déploiement. | Toujours appliquer la formule : 2^(bits hôtes) − 2. Vérifier avec un exemple concret avant de valider le plan d’adressage. | | 2 | **Configurer une adresse IP en double** sur deux interfaces différentes d’un même routeur. | Conflit d’ARP, perte de paquets, instabilité du réseau. | Utiliser un outil de détection d’adresse en double (ex. : `arp -a` ou `show ip arp`) avant d’appliquer la configuration. Effectuer une revue de pares par paire. | | 3 | **Ne pas spécifier `no auto-summary`** sous RIPv2 lorsqu’on utilise VLSM. | Le routeur agrège automatiquement les sous‑réseaux aux limites de classe, rendant inaccessibles certains sous‑réseaux. | Toujours ajouter `no auto-summary` dans la configuration RIPv2 lorsqu’on travaille avec des masques différents de /8, /16, /24. | | 4 | **Laisser les services telnet ou HTTP actifs** sur un équipement de production. | Exposition à des attaques de type sniffing ou brute‑force sur les mots de passe. | Désactiver telnet (`no transport input telnet`) et HTTP (`no ip http server`); privilégier SSH v2 et HTTPS avec authentification forte. | | 5 | **Ne pas mettre à jour le TTL** lors de tests de ping/traceroute à travers plusieurs routeurs, conduisant à des interprétations erronées de la topologie. | On peut croire qu’un lien est down alors que le paquet a été abandonné par dépassement du TTL. | Toujours utiliser un TTL suffisamment élevé (ex. : `ping -t 100` sous Windows ou `ping -M do -s 56 -c 5 <dest>` sous Linux) lorsqu’on teste la traversée de plusieurs sauts. | | 6 | **Oublier de sauvegarder la configuration** (`write memory` ou `copy running-config startup-config`) après une modification. | Après un redémarrage, les changements sont perdus, provoquant une interruption de service. | Instaurer une procédure de sauvegarde immédiate après chaque modification critique ; consigner la date et l’heure dans un registre de changements. | --- *Fin du cours.*