Ce document a été rédigé par Claude Sonnet 4.5 et Gemini 2.5 Pro à partir du cours ./cours-routage.md… c’est juste une expérience, je n’ai pas vraiment tout vérifié ni corrigé… Dites moi si vous preferez ça ou les videos…

Protocoles de routage — texte développé

Le programme

Ce document développe de façon rédigée et pédagogique les idées et le plan présentés dans la version support de projection. Il présente les notions essentielles du routage : adresses IP et sous-réseaux, tables de routage, routage statique et dynamique, puis les principes et le fonctionnement de deux protocoles classiques d’IGP (RIP et OSPF). Des exercices et ressources sont mentionnés pour s’entraîner.

Introduction

Dans un réseau informatique, les routeurs sont des équipements chargés d’acheminer des paquets de données entre différents réseaux. Quand un paquet doit traverser plusieurs segments pour atteindre sa destination, le routeur consulte sa table de routage et choisit, pour chaque paquet, la voie à suivre. Le routage repose sur des algorithmes et des protocoles qui permettent aux routeurs d’échanger des informations sur la topologie du réseau et de mettre à jour leurs tables.

Sur Internet et dans des réseaux locaux complexes, des pertes de paquets ou des réordonnancements peuvent se produire. Les protocoles de transport comme TCP compensent ces pertes via des accusés de réception et des retransmissions ; le routage, lui, s’occupe principalement de trouver des chemins efficaces et fiables entre émetteurs et destinataires.

Capacités attendues

Après étude de ce chapitre, vous devrez être capables :

En travaux pratiques hors-ligne, si les tables de routage sont erronées, on se limite souvent à des modèles simples (comme la métrique « nombre de sauts » de RIP) pour raisonner sur les choix de routes.

Préambule — révisions nécessaires

Avant d’aborder le routage, il est utile de maîtriser quelques notions de base :

Si ces notions vous semblent faibles, référez-vous au cours de 1ère NSI ou aux exercices de conversion de bases.

Adresses IP et sous-réseaux

Une adresse IPv4 est composée de 32 bits et s’écrit le plus souvent en notation dite “décimale pointée” : quatre octets séparés par des points (par exemple 192.168.1.1). Un sous-réseau (ou réseau) est une plage d’adresses contiguës définie par une adresse de réseau et un masque. Le masque peut s’exprimer en notation CIDR : adresse/longueur (par exemple 192.168.1.0/24 signifie que les 24 premiers bits définissent le réseau).

Les notions importantes liées aux sous-réseaux sont :

Méthode pour calculer la plage d’adresses d’un sous-réseau :

  1. convertir l’adresse IP et le masque en binaire ;
  2. appliquer un ET binaire pour obtenir l’adresse de réseau ;
  3. inverser le masque et appliquer un OU binaire avec l’adresse de réseau pour obtenir l’adresse de diffusion ;
  4. les adresses entre l’adresse de réseau et l’adresse de diffusion sont utilisables par les hôtes (en pratique, on retire souvent l’adresse réseau et l’adresse broadcast de la liste d’hôtes utilisables).

Exemples simples :

Pour des sous-réseaux non triviaux (par exemple /21, /13), la même méthode s’applique — il suffit de travailler sur les 32 bits et d’identifier les bits réseau et bits hôte.

Exercice : pour chaque sous-réseau ci-dessous, déterminer l’adresse de réseau, l’adresse de diffusion, et la plage d’adresses utilisables pour les hôtes.

Solution

Routage de l’information — principe

Le routage est le mécanisme qui sélectionne des chemins dans un réseau pour acheminer des données d’une source vers une ou plusieurs destinations. Chaque routeur conserve une table de routage qui lui indique, pour des plages d’adresses (préfixes), le prochain saut (next hop) à utiliser et une métrique qui permet de comparer plusieurs routes possibles.

Pour plus de détails, vous pouvez consulter la page Wikipedia sur le routage.

Le choix d’une route parmi plusieurs candidates se fait généralement en préférant la route correspondant au préfixe le plus long (meilleure précision de correspondance) puis, en cas d’égalité, en choisissant la route de plus faible métrique.

Techniques d’adressage et modes de diffusion

Selon le nombre et la manière de livrer les destinataires, on distingue :

Modes de diffusion

Ces modes influencent la façon dont les tables de routage et les mécanismes de transmission sont conçus.

Tables de routage

La table de routage est la structure centrale sur laquelle s’appuie un routeur pour décider de l’interface et du prochain saut à utiliser pour un paquet donné. Chaque entrée associe un préfixe (un réseau) à un next hop et à une métrique. Lorsqu’un paquet arrive, le routeur cherche dans sa table le préfixe qui correspond à l’adresse de destination ; si plusieurs préfixes correspondent, il choisit le plus spécifique (c’est-à-dire le préfixe le plus long) puis la route à métrique minimale.

Exemple de table et règle d’utilisation :

Destination Next hop / interface Métrique
10.0.0.0/24 10.0.0.254 via eth0 1
192.168.133.0/24 192.168.1.1 via eth2 2
192.168.0.0/16 192.168.0.1 via eth1 5
0.0.0.0/0 10.0.0.254 via eth0 1000

Pour déterminer la route choisie pour une adresse donnée, on sélectionne la ligne dont le préfixe correspond le mieux (longueur maximale), puis la métrique la plus faible si nécessaire.

Exercice simple : en utilisant la table ci-dessus, identifiez le next hop pour les adresses 10.1.2.3, 139.124.18.207, 192.168.1.44, et 192.168.133.22. (Méthode : tester l’appartenance au préfixe et choisir la meilleure correspondance.)

Solution

Routage statique et routage dynamique

Les routes dans une table peuvent être :

Les protocoles de routage dynamique rendent le réseau plus résilient et évolutif, mais ils ajoutent de la complexité et consomment des ressources (mise à jour, calculs d’algorithmes, bande passante pour les messages de contrôle).

Protocoles de routage — principe général

Un protocole de routage définit la manière dont les routeurs partagent entre eux les informations sur les réseaux qu’ils connaissent. Au démarrage, un routeur ne connaît que les réseaux directement connectés : le protocole permet de diffuser ces informations aux autres routeurs afin que chacun puisse construire une vision suffisante de la topologie pour prendre des décisions de routage.

Pour en savoir plus, vous pouvez consulter la page Wikipedia sur les protocoles de routage.

Les protocoles doivent aussi réagir aux changements : lorsqu’un lien tombe ou qu’un nouveau lien apparaît, l’information doit être propagée et les tables mise à jour jusqu’à convergence.

Autonomous System (AS)

Un Autonomous System (AS) est un ensemble de préfixes IP géré par une même entité administrative (par exemple un fournisseur d’accès ou une grande entreprise). À l’intérieur d’un AS, on utilise généralement des IGP (Interior Gateway Protocols) comme OSPF ou RIP. Entre AS, on utilise des EGP comme BGP (hors programme NSI).

Types de protocoles

Chaque protocole définit sa métrique et ses mécanismes d’échange. La métrique sert à comparer et choisir des routes (on choisit généralement la plus faible).

RIP (Routing Information Protocol)

RIP est un protocole de routage par vecteurs de distance. Son fonctionnement essentiel est le suivant :

  1. chaque routeur maintient une table de routage locale ;
  2. toutes les 30 secondes environ, chaque routeur envoie à ses voisins sa table de routage complète (liste de préfixes avec la distance en nombre de sauts) ;
  3. les voisins reçoivent ces tables et mettent à jour leurs propres routes en incrémentant la distance (nombre de sauts) ;
  4. ces échanges se répètent jusqu’à convergence, c’est-à-dire que les tables n’évoluent plus.

La métrique utilisée par RIP est le nombre de sauts (hops). RIP impose une limite maximale de 15 sauts : toute route nécessitant plus de 15 sauts est considérée comme inaccessible.

Comportement en cas de panne : si un routeur cesse d’envoyer ses mises à jour ou si une route disparaît, l’information est progressivement propagée — il peut s’écouler plusieurs dizaines de secondes (ou plus) avant que tous les routeurs aient éliminé définitivement la route : on parle de temps de convergence, qui est relativement lent dans RIP.

Avantages de RIP :

Inconvénients de RIP :

Des ressources pédagogiques et simulations existent pour étudier la convergence de RIP et observer son comportement dans des topologies simples.

Exercice

Routage RIP
Solution

Tables de routage RIP (après convergence)

La métrique RIP est le nombre de sauts.

R1 :

R2 :

R3 :

R4 :

R5 :

Chemin de 192.168.1.1 à 192.168.2.1

Avec RIP, plusieurs chemins ont le même nombre de sauts (3 sauts) :

Le routeur R1 choisira l’un de ces chemins selon l’ordre d’arrivée des mises à jour RIP.

Solution

Tables de routage RIP (après convergence)

La métrique est le nombre de sauts.

Chemin de 192.168.1.1 à 192.168.2.1

Le chemin avec le moins de sauts est R1 -> R2 -> R4 -> R5. Le paquet traverse 3 routeurs.

OSPF (Open Shortest Path First)

OSPF est un protocole de routage de type link-state. Son principe repose sur le partage d’informations sur l’état des liens (LSA — Link State Advertisements) et sur le calcul local de chemins optimaux par chaque routeur à l’aide d’un algorithme de plus court chemin (classiquement Dijkstra).

Fonctionnement résumé :

  1. les routeurs détectent leurs voisins immédiats en échangeant périodiquement des paquets HELLO ;
  2. lorsqu’un changement d’état est détecté (un lien tombe ou se rétablit), un message LSA est généré et diffusé (flooding) à tous les routeurs du domaine ;
  3. chaque routeur, disposant d’une copie de la topologie complète, exécute l’algorithme de Dijkstra pour calculer les plus courts chemins vers toutes les destinations et mettre à jour sa table de routage ;
  4. OSPF utilise une métrique additive (un entier) associée à chaque lien ; le coût total d’une route est la somme des coûts des liens qui la composent.

La métrique OSPF est purement additive et ne porte pas de signification fixe : on peut choisir que le coût reflète l’inverse de la bande passante, la latence, ou toute autre grandeur pertinente. Par exemple, Cisco propose une métrique par défaut proportionnelle à l’inverse de la bande passante : coût = BP_ref / BP_lien (avec BP_ref = 100 Mbit/s dans certains équipements).

OSPF converge en général plus rapidement et de manière plus stable que RIP, car il repose sur la connaissance complète de la topologie et sur des algorithmes efficaces de calcul de chemin. Toutefois, OSPF est plus complexe à configurer et exige plus de ressources (mémoire, CPU, bande passante pour les LSA) que RIP.

Exemples et ressources

Exercice

Routage OSPF
Solution

Tables de routage OSPF (après convergence)

La métrique OSPF est le coût cumulé des liens. Pour cet exercice, nous supposons :

Coûts des liens :

R1 :

R2 :

R3 :

R4 :

R5 :

Chemin de 192.168.1.1 à 192.168.2.1

Avec OSPF, le chemin avec le coût le plus faible est : R1 → R3 → R4 → R5 (coût total : 10 + 1 + 1 = 12)

Solution

Tables de routage OSPF (après convergence)

La métrique est le coût du lien (algorithme de Dijkstra pour trouver le chemin le moins coûteux).

Chemin de 192.168.1.1 à 192.168.2.1

Le chemin avec le coût le plus faible est R1 -> R2 -> R4 -> R5. Le coût total est de 30.

Entraînement et annales

Pour s’entraîner, il est recommandé de :

Quelques annales ou ressources utiles sont listées dans le support de cours original (exemples de sujets de bac et simulations). Elles permettent de mettre en pratique à la fois les aspects théoriques et la programmation liée au routage.

Annales de bac