S2C3 - Routage basique

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Introduction

Dans cette partie, nous allons aborder les notions de route, de table de routage, etc. nécessaire pour passer d'un réseau à un autre.
Nous parlerons aussi de passerelle (en. gateway) dans son principe de fonctionnement, sans aborder sa nécessité technique (couche liaison).
Mais commençons par des analogies pour comprendre le routage.

Rond-point et autres aiguillages

scrabble des panneaux, 22 lettres sur 26 ... Parmi les analogies les plus proche du routage, on trouvera les ronds-points routier qui sont de vrais aiguillages.
Imaginez, vous sortez de Strasbourg et arrivez à un rond-point. Quelle sont les informations dont on dispose sur la destination et les indications données par les panneaux ?

  • Informations connues sur la destination
    • La destination (Saverne),
    • La direction (Paris),
  • Indications (sur les panneaux)
    • La direction (Kehl, Paris, Obernai ou Bâle, etc..)
    • Éventuellement le nom de la prochaine agglomération (/ex. : Brumath, Molsheim ou Colmar, etc...)
    • La sortie du rond-point indiquée par chaque panneau de direction (sortie 1, 2, 3 ou 4, ...) .

Chaque panneau de direction installé dans le rond-point indique une ou deux directions, voire "Toutes Directions" et est placé devant une sortie de l'anneau du rond-point.
C'est grâce à l'égalité de votre information de "direction" et celle affichée par les panneaux que vous saurez quelle sortie il faut prendre.

Résumé : le rond-point me donne la route vers ma destination en indiquant la direction à prendre

Voyage, voyage

table de routage Seconde analogie : la SNCF. Soit un panneau désignant les trains et voies.
Celui-ci indique une direction (la fin de la ligne, comme dans le métro), une voie et éventuellement la prochaine gare.
Si je souhaite aller à Tromsø (cherchez voir où c'est), mais aucun train n'y mène. Je vais donc choisir un train par défaut, au bout duquel j'aurais des chances de trouver la suite de ma route.
Je prends donc le train pour Paris ?
Pas de chance, il n'est pas sur le tableau des trains. Donc, je prends le prochain pour Strasbourg. J'y trouverais bien une correspondance !

Donc : Strasbourg, est ma route par défaut. Le train partira Voie A, mon interface avec le service de la SNCF sur le réseau Grand-est (Grand-est de quoi ?).

Couche OSI n°4 réseau

Le routage est le mécanisme utilisé par les routeur pour déterminer le réseau de destination des paquets reçus. Un routeur est un centre d'aiguillage, un centre de tri pour des paquets IP.

Le modèle OSI comprend 7 couches mais, en infrastructure des réseaux, seules les quatres les plus basses nous intéressent :

Couche OSI Nom Adressage Principaux protocoles Unité de transfert Description
5 et + Données HTTP, SMTP, ... Données diverses Charge utile de la transmission
4 Transport PORT TCP, UDP Segment, Datagramme Assure la connexion ou l'acheminement, contrôle de flux
3 Réseau @IP IP Paquet Couche internet, détermine le parcours des messages
2 Liaison MAC et LLC ARP Trame Assure la liaison entre les cartes réseau, accès au média, adressage physique
1 Physique Ethernet Bits Transmission physique des données, technologie du média (cuivre, fibre, radio, ...)
Encapsulation

Réseaux découpés
Une transmission contient une trame (vert) qui contient elle même un paquet IP qui porte un segment TCP dont la charge est composé de données.
Les données de la couche supérieure sont emballées dans le conteneur de la couche inférieure qui ajoute un système d'adressage et une somme de contrôle. C'est l'encapsulation.

Pour analyser une trame, un switch extrait les données L2 du transfert Ethernet, lit les adresses MAC et fait son travail de commutation entre ses ports physiques.
Pour analyser un paquet IP, un routeur extrait les données L3 de la trame L2, lit les adresses IP et fait son travail de routage.

Notions de 1ère année

Le routage concerne la couche 4, Réseau.
Les notions abordées sont : le routage et la table de routage, le filtrage, les ACL.
Les services de bloc 3 concernés par le routage sont : le firewall, l'IDS/IPS.
On revoit ici la notion de passerelle, d'adressage IP et de masque, de segmentation.

En seconde année, on aborde les protocoles de routage dynamique OSPF et RIP.

Principes du routage (de base)

Réseaux découpés Un routeur est une boite qui possède autant d'interfaces (de "portes", cartes réseau) que de réseaux connectés.
S'il reçoit un paquet IP (emballé/encapsulé dans une trame) par une interface, il décide vers quelle autre interface l'envoyer ou éventuellement le mettre à la poubelle.

Cependant, le plus intéressant est ce qui se passe à l'intérieur ... on se met DANS la boite !

Réseaux découpés

  • Une trame (en vert) arrive par une interface (une porte),
  • Le routeur décompose la trame pour désencapsuler (et pas décapsuler ...) le paquet IP (en bleu) contenu dans la trame (entête IP + entête transport + données).
  • Le routeur lit les adresses IP et utilise une table de routage (les panneaux indicateurs du rond-point) pour savoir quelle est la meilleure interface de sortie à choisir.
  • Ensuite, il définit les nouvelles adresses MAC :
    • source = la sienne,
    • destination = cible (hôte visé) ou prochaine passerelle (le prochain HOP)
  • Il ré-encapsule le paquet IP dans une trame avec les nouvelles adresses MAC.
  • Enfin, il place la trame reconstituée sur l'interface (la "porte") vers du réseau suivant.

Voilà, c'est reparti pour un petit tour sur le nouveau réseau.

La table de routage

La table de routage est l'élément essentiel au routage.
Elle permet de choisir une route en fonction du réseau de destination du paquet.
Une route est définie selon la phrase suivante :
"Pour aller vers le réseau IPXX avec le masque MXX, Aller vers la passerelle GWYY en sortant par l'interface YY"

La démarche de choix de la route est de :

  • Appliquer le masque sur l'adresse de destination,
  • Comparer le résultat à l'adresse de destination de la Route

On choisi la route qui correspond le mieux à l'adresse IP de destination du paquet à envoyer.

Une route contient quatre informations :

  • d'une adresse de comparaison et
  • le masque (de sélection),
  • la passerelle pour le prochain saut, si besoin,
  • l'interface de sortie vers le nouveau réseau cible, repérentée par son identifiant physique (/ex : Gi0/1) ou par son adresse IP.

On en a une autre, en plus, qui sert aux protocoles de routage automatique (OSPF et RIP, vue en seconde année) : la métrique ou la valeur du saut.

L'adresse de routage et son masque sert à sélectionner la meilleure route.
Ce n'est pas une adresse de réseau ou d'hôte. Meêm si ça y ressemble.


Exemple de table de routage basique pour un routeur de TP :

Type destination masque passerelle interface Commentaire
C 172.16.0.0 255.255.0.0 172.16.0.1 Gi0/0/0 Adresse d'interface physique, directement connectée
S 172.30.0.0 255.255.0.0 172.16.0.2 Gi0/0/0 Route vers un autre réseau en passant par le précédent
C 192.168.10.0 255.255.255.0 192.168.10.1 Gi0/0/1 Autre réseau, directement connecté à l'interface physique
S* 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.0.2 Gi0/0/0 Route par défaut qui désigne le prochain routeur, passerelle de ce routeur

Les routes ne sont pas ordonnées, le routeur utilisera celle qui correspond le mieux à l'adresse de destination trouvée dans le paquet reçu.

Le type des routes est :

  • C = directement Connectée : elle correspond à un réseau auquel le routeur est connecté et est automatiquement ajoutée,
  • S = Statique, ajoutée à la main,
  • O = trouvée par l'un des protocoles de routage automatique (ici, OSPF).
  • * = route candidate pour être la route par défaut, quand on n'arrive pas à déterminer de route avec les autres règles. Il vaut mieux qu'elle existe, c'est l'équivalent de la passerelle du routeur.

Il en existe d'autres sans importance pour l'instant.

Comment ça marche ?

Soit une trame arrivant dans le routeur.

  • Le routeur desencapsule le paquet IP de la trame reçue
  • Il extrait l'adresse IP de destination du paquet,
  • Puis compare cette IP aux destinations de chaque route de la table,
    • On applique le masque de la route à l'adresse IP de destination,
    • On choisit la route dont le résultat correspond le mieux à l'IP de destination de la route,
  • On place le paquet IP sur l'interface de la route où il est ré-encapsulé dans une trame pour le nouveau réseau,
    • L'adresse MAC cible prend l'adresse MAC de la passerelle de la route,
    • L'adresse MAC source prend l'adresse MAC de l'interface du routeur. Comme d'hab'

Exemple (simplifié)

Soit deux PC ayant la configuration suivante :

  • PC0 : MAC=MAC_PC0, IP = 172.16.0.10,
  • PC1 : MAC=MAC_PC1, IP = 192.168.10.10

Avec la table de routage précédente, les étapes du traitement de routage sera le suivant :

Étape MAC cible MAC source IP origine IP destination Commentaire
1 MAC_Gi0/0/0 MAC_PC0 172.16.0.10 192.168.10.10 La trame arrive au routeur, à l'interface Gi0/0/0 et est désencapsulée.
2 192.168.10.10 Chercher la meilleure route correspondant à l'IP de destination
3 192.168.10. 0 Grâce au masque de la route testée, on trouve que la meilleure est celle vers 192.168.10.0/24
4 MAC_Gi0/0/1 172.16.0.10 192.168.10.10 On ré-encapsule le paquet avec l'adresse MAC source correspondant à l'interface Gi0/0/1.1 de la route
5 MAC_PC1 MAC_Gi0/0/1 172.16.0.10 192.168.10.10 Et l'adresse MAC cible du bon PC de destination, trouvé dans la table ARP de l'interface

La trame reconstituée est alors envoyée sur le réseau de l'interface de sortie du routeur : Gi0/0/1.

Remarque : Routage de base, les adresses IP n'ont pas changé. Le routeur accepte de router des adresses de réseaux privés.

Bon ! C'est fini

Et ensuite ?

Ensuite ? Il faut faire des exercices de routage pour bien comprendre et définir les bonnes routes.
A suive : Le routage multi-routeurs.