TNSI : Routeurs & Routage

Routeurs / Relais

Qu'est-ce qu'un Routeur / Relais ?

Routeurs

Un Routeur / Relais / Router / Relay est un matériel réseau (une sorte d'ordinateur), qui a vocation a relayer / router les paquets d'information reçus en entrée, vers leur prochaine destination (le prochain routeur), voire leur destination finale (lorsqu'ils sont arrivés). Un routeur dispose de (au moins) \(2\) ports / Interfaces (réseau) / NIC - Network Interface Card / Cartes Réseau :

• Chaque interface réseau (NIC) d'un routeur dispose d'une adresse IP distincte
• Chaque interface réseau (NIC) d'un routeur définit un réseau différent

A quoi sert un Routeur / Relais ?

A quoi sert un Routeur ?

• Un routeur sert d'intermédiaire dans la transmission d'un message.
• Plus précisément, son rôle est de relayer / router des informations entre des hôtes distincts situés dans des réseaux différents (càd dans un inter-réseau).
• Chaque routeur reçoit des données et c'est lui qui décide/calcule à qui les transmettre, en déterminant la meilleure route, grâce à des protocoles/algorithmes de routage qu'il contient.
• Lorsqu'il joue le rôle de passerelle (c'est le cas usuellement au sens réseau), un routeur détermine les limites d'un réseau.

Qu'est-ce que le Routage?

Routage

Le Routage / Routing est le mécanisme général qui implémente la communication (par commutation de paquets) dans un inter-réseau, entre un hôte source (émetteur, dans un réseau) et un (ou plusieurs) hôtes de destination (récepteur, dans un autre réseau). Le routage est basé sur:

• un ensemble de matériels : les routeurs, qui correspondent aux noeuds/nodes de l'inter-réseau. (Les commutateurs/switchs sont utilisés dans un même réseau local).
• un ensemble de logiciels : les protocoles/algorithmes (de routage), contenus dans chaque routeur

C'est cet ensemble matériel et logiciel qui permet d'acheminer / relayer / router les paquets de données depuis l'hôte source (expéditeur) vers le ou les hôtes de destination.

CC-BY-SA 3.0 Wikipedia

Exemples de Routeurs

Votre Box : un routeur domestique

Votre box domestique est également un routeur qui possède plusieurs interfaces réseau :

• une interface est connectée au réseau de votre opérateur / Fournisseur d'Accès (FAI) (ici WAN - Wide Area Network: en rouge)
• une ou plusieurs interfaces filaires (ethernet) connectées à votre réseau local
• une interface Wifi

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Bbox Fibre

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Bbox Fibre - Arrière

En fait, une box familiale joue plusieurs rôles:

• Le rôle de routeur pour déterminer les meilleurs routes par lesquelles acheminer/router les paquets de données
• Le rôle de passerelle / gateway pour sortir du réseau local (ici : l'interface filaire ethernet rouge)
• le rôle de commutateur/switch pour permettre la communication entre eux des hôtes d'un même réseau (ici: les interfaces filaires ethernet jaunes, et l'interface wifi)

Routeurs Professionels

Un routeur sur internet est un peu plus sophistiqué, possède souvent plus de ports et ressemble d'extérieur à un switch. Il dispose d'un logiciel interne bien plus sophistiqué afin de lui permettre de communiquer avec ses routeurs voisins pour l'aider à déterminer les meilleures routes à emprunter pour acheminer ses paquets.

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Routeur Cisco - WS-C2960X-48FPD-L - Catalyst 2960-X

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Routeur Cisco - Arrière - WS-C2960X-48FPD-L - Catalyst 2960-X

Rôle d'un Routeur

Essentiellement, le rôle d'un routeur est de:

Relayer / Router les paquets de données

Chaque routeur reçoit des données en entrée, sous forme de paquets, et doit décider à qui les relayer / rediriger / router :

• vers le prochain routeur / passerelle / gateway, également surnommé le saut suivant / next hop . En pratique, de manière équivalente, le routeur doit déterminer vers laquelle de ses propres interfaces de sortie / ports il doit relayer / router / rediriger le paquet.
  Pour prendre une telle décision, le routeur dispose de :
  • tables de routage qui sont des tableaux d'informations stockés sur chaque routeur, composés de plusieurs lignes / entrées, comprenant classiquement, a minima:
    • les adresses IP des réseaux connus (les destinations possibles),
    • les adresses IP des passerelles / gateways correspondant au saut suivant (instructions pour rejoindre ces destinations)
    • le Port / Interface de sortie (qui mène vers le saut suivant)
    • quelquefois d'autres indications (variables selon les protocoles implémentés par le routeur: distance des prochains sauts, coût de la route, etc.)
  • des protocoles de routage, qui sont des algorithmes d'aide à la décision : en charge de déterminer le saut suivant sur chaque routeur
• vers la machine de destination, si le paquet est arrivé au routeur final, directement connecté réseau de destination

Maintenir à jour ses Tables de Routage

Les réseaux sont soumis à des évolutions constantes, prévues ou pas, souhaitées ou pas, ce qui oblige la mise à jour/le maintien réguliers des tables de routage dans les routeurs:

• ajout de nouveaux matériels
• suppression de matériels
• remplacement de matériel (vieillissant, défectueux, etc.)
• pannes imprévues
• etc.

Plusieurs méthodes pour maintenir à jour les tables de routage existent, et dépendent des protocoles de routage choisis. On distignue deux grandes familles de protocoles de routage:

• statiques ou centralisés (par un humain): on parle dans ce cas de (protocoles de) routage statique
• dynamiques (par un programme): on parle dans ce cas de (protocoles de) routage dynamique

Routeurs et Modèle OSI

Modèle OSI vs Modèle TCP/IP

La communication entre deux hôtes, qu'elle se fasse par connexion directe, ou bien à distance via un réseau, est soumise aux modèles de communications par couches. Il en existe principalement deux :

• Le modèle OSI - Open Systems Interconnection, est une norme ISO - International Standards Organisation ou Organisation Internationale de Normalisation. C'est un modèle Académique et Abstrait (sans implémentation pratique), mais qui admet néanmoins une utilité réelle. Le modèle OSI contient \(7\) couches.
• Le modèle TCP/IP est une implémentation pratique, et un standard qui s'est imposé de fait. c'est ce modèle qui est utilisé en pratique. Le modèle TCP/IP contient \(4\) couches.

Modèle OSI vs Modèle TCP/IP

Aller Plus Loin : Relire le Cours de 1ère NSI - Réseaux

Communication par Couches, via un inter-Réseau

Routeurs & Modèle OSI

Les routeurs sont des matériels de niveau 3 du Modèle OSI.
En particulier:

• Les routeurs manipulent uniquement des identifiants de la couche \(3\) (des adresses IP),
• Les routeurs ne manipulent jamais aucun identifiant de la couche \(2\) (PAS d'adresse MAC)

Switchs & Modèle OSI

Les switchs, par contre, sont des matériels de niveau \(2\) du Modèle OSI (à l'exception notable des switchs dits administrables qui, par défnition, sont de niveau 3). Les switchs sont donc utilisés dans le cadre d'un même réseau local (LAN).

SW1=Switch Numéro 1, SW2 = Switch Numéro 2
R1 = Routeur Numéro 1

Traversée des Couches OSI dans un Routeur

Traversée des couches d'un Routeur

• Une trame arrive sur la Couche \(1\) du routeur
• elle est traduite logiquement sous la forme d'une trame de Couche \(2\) :

MAC dest	MAC source	.	IP source	IP dest	Données	.

• Le routeur lit l'adresse MAC du destinataire :

  • Si ce n'est pas la sienne, il rejette la trame,
  • sinon, la trame lui est destinée, donc il envoie le paquet IP à sa couche \(3\). Le protocole IP lit alors l'adresse IP du destinataire :
    • Si elle est dans son réseau local, il l'envoie à la machine concernée,
    • sinon, il regarde dans sa table de routage à quel nouveau routeur il va l'adresser (passerelle - gateway en anglais).

Notes et Références

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1. Zeste de Savoir, Les réseaux de Zéro, Dans les basses couches du modèle OSI: la couche 3 - Le Réseau ↩