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L’acronyme IP, qui signifie « Internet Protocol », désigne un ensemble de normes et contraintes qui s’appliquent à la création et à la transmission sur les réseaux de paquets de données, aussi appelés datagrammes. Le protocole IP fait partie de la couche Internet de la suite de protocoles Internet. Dans le modèle OSI, IP appartiendrait à la couche réseau. Le protocole est la plupart du temps associé à un protocole de niveau supérieur, généralement TCP. La norme IP est décrite dans la RFC 791.

Comment fonctionne l’IP

Le protocole IP est conçu pour fonctionner sur un réseau dynamique. Cela veut dire qu’il doit se passer d’annuaire central ou de moniteur, et qu’il ne peut pas reposer sur des liens spécifiques ou des nœuds existants. L’IP est un protocole sans connexion construit autour des datagrammes, ce qui signifie que chaque paquet doit contenir l’adresse IP source, l’adresse IP de destination, ainsi que d’autres données dans l’en-tête afin d’être correctement acheminé.

L’association de ces facteurs fait d’IP un protocole « d’acheminement au mieux » (best-effort delivery) qui manque de fiabilité. La correction des erreurs est assurée par des protocoles de niveau supérieur, notamment TCP, un protocole orienté connexion, et UDP, un protocole sans connexion.

Le gros du trafic internet se fait par le biais du protocole TCP/IP.

Deux versions d’IP sont utilisées à l’heure actuelle : IPv4 et IPv6. Le protocole originel, IPv4, est toujours aussi répandu, que ce soit sur le web ou sur une multitude de réseaux d’entreprise. Cependant, cette version permet de créer seulement 2³² adresses. Cette limite, associée au mode d’allocation des adresses, a conduit à une situation où il n’y aurait pas suffisamment d’adresses uniques pour tous les appareils connectés à internet.

Développée par l’Internet Engineering Task Force (IETF), l’IPv6 a été officialisée en 1998. Grâce à cette mise à niveau, le protocole a nettement étendu son espace d’adressage, qui permet désormais la création de 2¹²⁸ numéros uniques. Il a aussi renforcé l’efficacité des en-têtes de paquets IP, et amélioré le routage et la sécurité.

Les adresses IPv4 sont en fait des nombres binaires de 32 bits composés de deux sous-adresses (identifiants) évoquées ci-dessous. L’une identifie le réseau, l’autre son hôte, avec une frontière imaginaire séparant les deux. Une adresse IP est, à ce titre, généralement représentée sous la forme de 4 octets de nombres allant de 0 à 255 et écrite sous forme décimale plutôt que sous forme binaire.

Par exemple, l’adresse 168.212.226.204 est version décimale du nombre binaire de 32 bits suivant : 10101000.11010100.11100010.11001100.

Le nombre binaire a son importance, car il permet de connaître la classe de réseau à laquelle l’adresse IP appartient.

Une adresse IPv4 s’écrit généralement à l’aide de la notation décimale à point, une convention par laquelle les différents groupes de huit bits (octet) sont représentés par un nombre allant de 1 à 255, et sont séparés par un point. Une adresse IPv4 prendra donc la forme suivante :

192.168.17.43

Les adresses IPv4 se composent de deux parties. Les premiers nombres spécifient le type de réseau, tandis que les derniers permettent de déterminer l’hôte de façon précise. Un masque de sous-réseau spécifie la partie de l’adresse qui correspond au réseau, et celle qui désigne un hôte spécifique.

Un paquet dont l’adresse de destination ne se trouve pas sur le même réseau que l’adresse source sera transféré, ou plus précisément routé, au réseau approprié. Une fois arrivé sur le bon réseau, la partie hôte de l’adresse détermine à quelle interface le paquet doit être acheminé.

Masques de sous-réseau

Une seule et même adresse IP identifie à la fois le réseau et une interface unique sur celui-ci. Le masque de sous-réseau, qui peut également être écrit en notation décimale à point, détermine l’endroit auquel la partie d’une adresse correspondant au réseau se termine, et donc l’endroit où la portion correspond à l’hôte commence.

En binaire, un bit de 1 signifie que le bit correspondant dans l’adresse IP fait partie de l’adresse du réseau. Tous les bits définis sur 0 sont ceux qui, dans l’adresse IP, correspondent à l’adresse de l’hôte.

Les bits constituant le masque de sous-réseau doivent être consécutifs. La majorité des masques de sous-réseau commencent par « 255. » et continuent ainsi jusqu’à la fin du masque. Un masque de sous-réseau de classe C sera ainsi 255.255.255.0.

Les classes d’adresses IP

Avant que les masques de sous-réseau variables ne permettent la configuration de réseaux de toute taille, l’espace d’adressage IPv4 était divisé en cinq classes.

Classe A 

Dans un réseau de classe A, les huit premiers bits, c'est-à-dire les décimales qui précèdent le premier point, désignent la partie réseau de l’adresse, l’autre partie de l’adresse permettant pour sa part d’identifier l’hôte. Il peut y avoir au total 128 réseaux de classe A.

De 0.0.0.0 à 127.0.0.0

Soulignons toutefois que toute adresse débutant par « 127. » est considérée comme une adresse de bouclage.

Exemple d’adresse IP de classe A :

2.134.213.2

Classe B

Dans un réseau de classe B, les 16 premiers bits constituent la partie « réseau » de l’adresse. Tous les réseaux de cette catégorie commencent par un bit de 1, suivi d’un bit de 0. En notation décimale à point, cela signifie que les adresses allant de 128.0.0.0 à 191.255.0.0 correspondent à des réseaux de classe B. Il y a donc 16 384 possibilités de réseaux de classe B.

Exemple d’adresse IP de classe B :

135.58.24.17

Classe C

Dans un réseau de classe C, les deux premiers bits sont des 1, et le troisième est un 0. Ainsi, les 24 premiers bits de l’adresse correspondent à l’ID de réseau, le reste à l’ID hôte. Les réseaux disponibles en classe C vont de 192.0.0.0 à 223.255.255.0. L'adresse IP de classe C autorise près de 2 millions de réseaux.

Exemple d’adresse IP de classe C :

192.168.178.1

Classe D

Les adresses de classe D sont dévolues aux applications de multicast. Contrairement aux classes antérieures, la classe D n’est pas destinée aux opérations réseau « normales ». Les adresses de ce type commencent toujours par la séquence de bits 1110. Il s’agit d’adresses de 32 bits, ce qui signifie que toutes les valeurs allant de 224.0.0.0 à 239.255.255.255 sont utilisées pour identifier de manière unique des groupes de multidiffusion. L’espace d’adressage de la classe D ne comporte pas d’ID hôte, puisque tous les hôtes d’un groupe partagent l’adresse IP du groupe afin de pouvoir les paquets de données.

Exemple d’adresse IP de classe D :

227.21.6.173

Classe E

Les réseaux de classe E se reconnaissent à leurs adresses qui commencent par un quadruple 1 en binaire. Cela englobe les adresses comprises entre 240.0.0.0 et 255.255.255.255. Bien que cette classe soit réservée, la finalité de son usage n’a jamais été précisée. Ainsi, la plupart des réseaux sont configurés pour rejeter ces adresses, considérées comme interdites ou inconnues. Seule exception, l’adresse 255.255.255.255, qui est utilisée à des fins de transmission (broadcast).

Exemple d’adresse IP de classe E :

243.164.89.28

Synthèse : les classes d’adresses IP et leur correspondance en bits

Classe A
  0.  0.  0.  0 = 00000000.00000000.00000000.00000000
127.255.255.255 = 01111111.11111111.11111111.11111111
                  0nnnnnnn.HHHHHHHH.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Classe B
128.  0.  0.  0 = 10000000.00000000.00000000.00000000
191.255.255.255 = 10111111.11111111.11111111.11111111
                  10nnnnnn.nnnnnnnn.HHHHHHHH.HHHHHHHH

Classe C
192.  0.  0.  0 = 11000000.00000000.00000000.00000000
223.255.255.255 = 11011111.11111111.11111111.11111111
                  110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.HHHHHHHH

Classe D
224.  0.  0.  0 = 11100000.00000000.00000000.00000000
239.255.255.255 = 11101111.11111111.11111111.11111111
                  1110XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Classe E
240.  0.  0.  0 = 11110000.00000000.00000000.00000000
255.255.255.255 = 11111111.11111111.11111111.11111111
                  1111XXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX.XXXXXXXX

Adresses privées

Au sein de l’espace d’adressage, certains réseaux sont réservés aux réseaux privés. Les paquets issus de ces réseaux ne sont pas routés sur l’internet public. Ainsi, les réseaux privés peuvent utiliser des adresses IP internes sans courir le risque d’interférer avec d’autres réseaux. Les réseaux privés sont :

10.0.0.1 - 10.255.255.255

172.16.0.0 - 172.31.255.255

192.168.0.0 - 192.168.255.255

Adresses spéciales

Certaines adresses IPv4 sont réservées à des usages particuliers :

Épuisement des adresses IPv4

La spécification IPv4 fut, dans un premier temps, conçue pour l’ARPANET, qui deviendra plus tard l’internet. Ce réseau se destinait initialement à des fins expérimentales, si bien que personne n’avait réfléchi au nombre d’adresses qu’il faudrait à l’avenir. À l’époque, les 232 adresses (4,3 milliards) disponibles semblaient amplement suffisantes. Au fil du temps, cependant, il s’est avéré que l’espace d’adressage d’IPv4 ne serait, tel qu’il avait été imaginé, pas assez grand pour un internet ouvert au monde entier et une multitude d’appareils connectés par personne. Les derniers blocs d’adresses ont été attribués en 2011. 

Pour éviter de rencontrer le même problème en attribuant à une spécification des limites jugées suffisantes, mais peut-être destinées à devenir insuffisantes, les concepteurs d’IPv6 l’ont doté d’un immense espace d’adressage. La taille des adresses est ainsi passée de 32 bits en IPv4 à 128 bits en IPv6.

L’IPv6 a une limite théorique de 3,4 x 10³⁸ adresses. Cela équivaut à plus de 340 millions de décillions d’adresses, un nombre jugé suffisant pour en attribuer une à tous les atomes présents sur Terre.

Les adresses IPv6 sont représentées par huit séries de quatre valeurs hexadécimales séparées les unes des autres par un point. Une adresse IPv6 ressemble ainsi à cela :

2DAB:FFFF:0000:3EAE:01AA:00FF:DD72:2C4A

Abréviation des adresses IPv6

Les adresses IPv6 étant excessivement longues, des conventions ont été mises en place pour les raccourcir. Tout d’abord, les zéros qui précèdent les différents groupes de nombres peuvent être éliminés. Ainsi, « :0033: » peut s’écrire « :33: »

Ensuite, les champs successifs de zéros peuvent être représentés par « :: ». Notons toutefois que cette abréviation ne peut être utilisée qu’une seule fois par adresse, pour éviter toute ambiguïté. Le nombre de sections supprimées ainsi correspond au nombre requis pour ramener l’adresse à ses huit sections d’origine. Par exemple, l’adresse 2DAB::DD72:2C4A devra, dans sa version longue, intégrer cinq sections de zéros à la place du double « : ».

(2DAB:0000:0000:0000:0000:0000:DD72:2C4A)

L’adresse de bouclage

0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0001

peut ainsi être abrégée en « ::1 ».

Adresses privées IPv6

Comme c’est le cas pour IPv4, certains blocs d’adresses sont réservés à des réseaux privés. Ces adresses ne sont pas routées sur l’internet public. En IPv6, les adresses privées sont qualifiées d’adresses locales uniques (ULA). Les adresses du bloc FC00::/7 sont ignorées et ne sont pas routées par défaut.

Que ce soit en IPv4 ou en IPv6, il est impossible de garder en mémoire l’adresse IP de chaque appareil, hormis sur les réseaux les plus petits. La résolution de noms offre donc une solution pour rechercher une adresse IP à partir d’un nom plus simple à utiliser. 

Sur internet, la résolution de noms est assurée par le Domain Name System (DNS). Avec DNS, un nom au format hôte.domaine peut être utilisé en lieu et place de l’adresse IP de la destination. Quand la connexion est initiée, l’hôte source interroge un serveur DNS pour obtenir l’adresse IP de l’hôte de destination. Le serveur DNS lui transmet alors cette adresse IP de destination. Celle-ci servira ensuite à toutes les communications adressées à ce nom.