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Cours - Quelques notions de réseau

en 60 slides !​

Objectifs​

  • Comprendre et savoir se représenter les différentes couches
  • Savoir faire quelques des tests "de base"
  • ... et les commandes associées

Notions essentielles à acquérir​

  • Comprendre ce qu'est une IP
  • Comprendre ce qu'est un port
  • Comprendre ce qu'est un client et un serveur (au sens logiciel)
  • Comprendre ce qu'est un nom de domaine
  • Comprendre ce qu'il se passe sous le capot lorsque vous visitez une url web

Autres cours en ligne plutôt bien faits​

Teh interntez​

Modele OSI​

  • Un empilement de couches
  • Est là pour structurer la complexité du réseau
  • Similaire au système : créer des abstractions
    • pour ne pas avoir à se soucier de ce qui se passe dans les couches "basses"
    • pour l'interopérabilité
  • Chaque parti sur Internet implémente ces couches

Modele OSI "simplifié": le modèle TCP/IP​

  • Application
  • Transport (TCP)
  • Internet (IP)
  • Accès réseau (Ethernet, cables, ondes, ...)

Encapsulation des données​

Exemple de réseau​

Couche 1 : cable RJ45 / paires torsadées​

  • Différentes catégories de cable : CAT 5, 6, 7, (8)

Couche 1 : WiFi​

  • 2.4 GHz vs. 5 GHz
    • 2.4 GHz : meilleure portée, mais moins rapide, peu de canaux
    • 5 GHz : moins bonne portée, mais plus rapide, plus de canaux

Couche 1 : 4G/5G​

Couche 1 : fibre optique​

Couche 1 : liaisons intercontinentales​

Couche 2 : Ethernet​

  • Protocole pour transmettre l'information sur le médium physique
  • Adresse MAC, par ex. 4c:96:0b:7d:d3:1a
  • Les ordinateurs disposent de cartes d'interface ethernet (filaire, wifi)
  • (Ethernet s'applique aussi au WiFi)

  • Les switch permettent de connecter plusieurs machines pour créer segment
  • Un switch est "conscient" de la notion d'adresse ethernet

  • Un bridge permet de "fusionner" plusieurs LAN ensemble

Qu'est-ce qu'un VLAN ?

Un réseau local virtuel, est un réseau informatique logique indépendant. De nombreux VLAN peuvent coexister sur un même commutateur réseau ou « switch ».

Couche 2 : les interfaces dans Linux​

  • Les interfaces sont configurées grâce aux fichiers /etc/network/interfaces et /etc/network/interfaces.d/*
  • ip a permet d'obtenir des informations sur les interfaces
    • Historiquement, les noms étaient "simple" : eth0, eth1, wlan0, ...
    • Aujourd'hui les noms sont un peu plus complexes / arbitraires
    • Il existe toujours une interface lo (loopback, la boucle locale - 127.0.0.1)
    • Il peut y'avoir d'autres interfaces ou bridges "virtuelles" (contexte de conteneur, etc..)
$ ip a
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP>
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: enp0s25: <NO-CARRIER,BROADCAST,MULTICAST,UP>
    link/ether 33:0e:d8:3f:65:7e
3: wlp3s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
    link/ether 68:a6:2d:9f:ad:07

Couche 3 : IP​

  • IP pour Internet Protocol
  • IP fait parler des machines !
    • .. et permet de relier plusieurs réseaux, qui potentiellement ont des fonctionnements différents
  • Protocole de routage des paquets
    • "Best-effort", non fiable !
  • Les routeurs, les facteurs d'internet
    • par ex. votre box internet
    • Routeur != Switch, un routeur "comprends" les adresses et protocole IP
    • Capable de discuter entre eux pour optimiser l'acheminement (BGP)
  • Internet, c'est avant-tout une INTERconnexion d'opérateurs réseaux (NET)
  • Ex: le réseau de l'opérateur Proxad

  • Les opérateurs (AS) s'interconnectent (peering) dans des IXP
  • Croissance "organique" du réseau

Couche 3 : IP : système d'adressage (IPv4)​

  • addresses codées sur 32 bits (4 nombres entre 0 et 255)
  • par exemple 92.93.127.10
  • "seulement" 4.3 milliards d'adresses ! (pénurie)

Couche 3 : IP : IPv4 frame / paquet​

  • Distribution des addresses IP gérées par des ONG (IANA, RIR, LIR, ISP, ...)

  • Notion de plage d'IP, réseau, masques de sous-réseau, notation CIDR
    • une adresse IP est composée d'une partie "réseau" (préfixe) et d'une partie "hote"
    • par exemple 192.65.196.0/23 est un bloc de 512 IP attribué au CERN
    • /23 signifie que les 23 premiers bits constituent la partie réseau
    • Il reste donc 32-23=9 bits pour la partie hote, soit 2^9 = 512 IP
    • Les masques "typiques" sont /8, /16, /24 et /32
  • Certains blocs d'IP sont réservés à certains usages

Couche 3 : Et l'IPv6 ?​

  • Addresses codées sur 128 bits (soit 2^94 fois plus d'adresses que IPv4 -> 10^38 addresses)
    • Par exemple, 2a04:7260:9088:6c00:0044:0000:0000:0001
    • En IPv6, on peut simplifier les 0 et juste écrire: 2a04:7260:9088:6c00:44::1
    • L'équivalent de 127.0.0.1 est ::1
    • L'équivalent de 192.168.0.0/16 est fc00::/10
    • Les masques vont jusqu'à /128
  • Beaucoup plus commun d'avoir directement un IP "globale" pour chaque machine, "directement" exposée sur le "vrai" internet
    • ... voir même un préfixe, comme par exemple un /56
  • Certains commandes ont un équivalent "v6" (par ex. ping6) et/ou une option -6 (par ex. ping -6)
    • pour les URLs, le : conflicte avec la notation des ports, il faut alors écrire l'IP entre crochet
    • par ex: https://[2001:db8:85a3:8d3:1319:8a2e:370:7348]:443/
  • Existe depuis 1998 (sigh)
  • Incompatible avec IPv4
    • période de transition "dual-stack"
    • problème d'oeuf et la poule / pas d'offre = pas de demande, etc

Couche 3 : commandes essentielles​

ip a affiche les interfaces (et IPv4 et v6 associées)

$ ip a
enp3s0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>
 link/ether 40:8d:5c:f3:3e:35
 inet 91.225.41.29/32 scope global enp3s0
 inet6 2a04:7202:8008:60c0::1/56 scope global

Voir aussi : ifconfig (deprecated) et ipconfig (sous windows!)

Couche 3 : commandes essentielles​

ping teste la connexion entre deux machines

$ ping 91.198.174.192
PING 91.198.174.192 (91.198.174.192) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 91.198.174.192: icmp_seq=1 ttl=58 time=51.5 ms
64 bytes from 91.198.174.192: icmp_seq=2 ttl=58 time=65.3 ms
^C
--- 91.198.174.192 ping statistics ---
2 packets transmitted, 2 received, 0% packet loss, time 3ms
rtt min/avg/max/mdev = 51.475/58.394/65.313/6.919 ms

Note: ping utilise le protocole ICMP qui a lieu au niveau de la couche 3 (ou 4 ?)

whois pour obtenir des infos sur le(s) proprio(s) d'une ip

$ whois 91.198.174.192
[...]
organisation:   ORG-WFI2-RIPE
org-name:       Wikimedia Foundation, Inc
[...]
mnt-by:         RIPE-NCC-HM-MNT
mnt-by:         WIKIMEDIA-MNT

traceroute permet d'étudier la route prise par les paquets

$ traceroute 91.198.174.192
 1  _gateway (192.168.0.1)  4.212 ms  6.449 ms  6.482 ms
 2  * 10.13.25.1 (10.13.25.1)  248.615 ms *
 3  211-282-253-24.rev.numericable.fr (211.282.253.24)  251.263 ms  251.332 ms  251.408 ms
 4  172.19.132.146 (172.19.132.146)  251.493 ms ip-65.net-80-236-3.static.numericable.fr (80.236.3.65)  251.569 ms  251.619 ms
 5  prs-b7-link.telia.net (62.115.55.45)  251.692 ms  251.769 ms  251.979 ms
 6  prs-bb4-link.telia.net (62.115.120.30)  252.026 ms prs-bb3-link.telia.net (62.115.121.96)  17.989 ms prs-bb4-link.telia.net (213.155.134.228)  1069.536 ms
 7  adm-bb4-link.telia.net (213.155.136.167)  1070.116 ms  1242.772 ms adm-bb3-link.telia.net (213.155.136.20)  1242.839 ms
 8  adm-b3-link.telia.net (62.115.122.179)  1243.006 ms adm-b3-link.telia.net (62.115.122.191)  1242.879 ms  1243.082 ms
[...]

Couche 4 : TCP​

  • TCP pour Transmission Control Protocol (1/2)
  • TCP est un protocole parmis d'autres qui ont lieu sur la couche 4
    • typiquement, il y a aussi UDP ...
  • TCP fait communiquer des programmes
    • il y a une mise en place explicite d'un tuyau de communication
  • Découpage des messages en petits paquets pour IP
  • Fiabilité avec des accusés de réception / renvois

Couche 4 : Notion de port​

  • TCP fourni un "tuyau de communication" entre deux programmes
  • Notion de 'port' : un nombre entre 1 et 65536 (2^16)
    • Analogie avec les différents "departement" à l'intérieur d'une entreprise
    • plusieurs programmes sur une même machine peuvent vouloir communiquer avec un même programme sur une machine distante, donc l'addresse IP ne suffit pas pour spécifier l'expéditeur / destinataire
  • Une connexion entre deux programme est caractérisé par deux couples (IP:port)
  • Par exemple : votre navigateur web (port 56723) qui discute qui discute avec le serveur web (port 80)
    • côté A : 183.92.18.6:56723 (un navigateur web)
    • côté B : 91.198.174.192:80 (un serveur web)

Couche 4 : commandes essentielles​

lsof -i pour lister les connexions active

$ lsof -i
ssh        3231 alex IPv4 shadow.local:34658->142.114.82.73.rev.sfr.net:ssh (ESTABLISHED)
thunderbi  3475 alex IPv4 shadow.local:59424->tic.mailoo.org:imap (ESTABLISHED)
thunderbi  3475 alex IPv4 shadow.local:57312->tic.mailoo.org:imap (ESTABLISHED)
waterfox  12193 alex IPv4 shadow.local:54606->cybre.space:https (ESTABLISHED)
waterfox  12193 alex IPv4 shadow.local:32580->cybre.space:https (ESTABLISHED)

ACHTUNG : ne pas abuser de cela..

$ nc -zv 44.112.42.13 22
Connection to 44.112.42.13 22 port [tcp/ssh] succeeded!

tcpdump pour regarder l'activité sur le réseau

wireshark, similaire à tcpdump, mais beaucoup plus puissant, et en interface graphique

Couche 5+ : Modèle client/serveur​

Un serveur (au sens logiciel) est un programme. Comme un serveur dans un bar (!) :

  • il écoute et attends qu'on lui demande un service en suivant un protocole
  • par exemple : fournir la page d'acceuil d'un site
  • le serveur écoute sur un port : par exemple : 80

Le client est celui qui demande le service selon le protocole

  • il toque à la bonne porte
  • explique sa demande
  • le serveur lui réponds (on espère)

Couche 5+ : netstat​

netstat -tulpn permet de lister les programmes qui écoutent et attendent

 > netstat -tulpn | grep LISTEN | grep "80\|25"
tcp     0.0.0.0:80  LISTEN   28634/nginx: master
tcp     0.0.0.0:25  LISTEN   1331/master # <- postfix, un serveur mail
tcp6    :::80       LISTEN   28634/nginx: master
tcp6    :::25       LISTEN   1331/master # <- postfix, un serveur mail

Couche 5+ : notion de protocole​

  • Un protocole = une façon de discuter entre programmes
  • Conçus pour une finalité particulière
  • Ont généralement un port "par défaut" / conventionnel (c.f. /etc/services)
    • 80/http : le web (des "vitrines" pour montrer et naviguer dans du contenu)
    • 443/https : le web (mais en chiffré)
    • 25/smtp : le mail (pour relayer les courriers électroniques)
    • 993/imap : le mail (synchroniser des boites de receptions)
    • 587/smtps : le mail (soumettre un courrier à envoyer)
    • 22/ssh : lancer des commandes à distance
    • 53/dns : transformer des noms en ip
    • 5222/xmpp : messagerie instantannée
    • 6667/irc : salons de chat

Couche 5+ : HTTP​

  • On ouvre un socket TCP avec le serveur distant
  • On envoie GET / et on reçoit 200 + la page d'acceuil
  • On envoie GET /chaton.jpg et on reçoit 200 + une image (si elle existe)
  • On envoie GET /meaningoflife.txt et on reçoit 404 (si la page n'existe pas)
  • On peut ajouter des Headers aux requetes et réponses (c.f. debugger firefox)
  • Il existe d'autres requetes : POST, PUT, DELETE, ...

Couche 5+ : Le web​

  • Le web, ce n'est par Internet

  • Le web est construit grace au language HTML, généralement transporté par HTTP

  • "Web" désigne la "toile" créée par les liens hypertextes, une fonctionnalité introduite par HTML

  • Dans le modèle OSI:

    • 7 Application: votre onglet dans le navigateur, une application web
    • 6 Présentation: HTML, CSS, JS, PNG, ...
    • 5 Session: HTTP / HTTPs
    • 4 TCP
    • 3 IP
    • 2 (liaison)
    • 1 (physique)

DNS : Domain name server​

  • Retenir cinquante numéros de telephone (ou coordonées GPS) par coeur, c'est pas facile
  • On invente l'annuaire et les adresses postales
  • wikipedia.org -> 91.198.174.192
  • On peut acheter des noms chez des registrars (OVH, Gandi, ...)
  • Composant critique d'Internet (en terme fonctionnel)
  • Fonctionne en UDP et (et pas en TCP)
  • Il existe des résolveurs DNS à qui on peut demander de résoudre un nom via le protocole DNS (port 53)
  • Par exemple :
    • 8.8.8.8, le resolveur de Google
    • 9.9.9.9, un nouveau service qui "respecte la vie privée"
    • 89.234.141.66, le resolveur de ARN
    • 208.67.222.222, OpenDNS
  • Choix critique pour la vie privée !!
  • Generalement, vous utilisez (malgré vous) le resolveur de votre FAI, ou bien celui de Google
  • Sous Linux, le resolveur DNS se configure via un fichier /etc/resolv.conf
$ cat /etc/resolv.conf
nameserver 89.234.141.66

ping fonctionne aussi avec noms de domaine

host permet sinon de connaître l'ip associée

$ host wikipedia.org
wikipedia.org has address 91.198.174.192
wikipedia.org has IPv6 address 2620:0:862:ed1a::1
wikipedia.org mail is handled by 50 mx2001.wikimedia.org.
wikipedia.org mail is handled by 10 mx1001.wikimedia.org.
  • On peut outrepasser / forcer la résolution DNS de certains domaine avec le fichier /etc/hosts
 > cat /etc/hosts
127.0.0.1   localhost
127.0.1.1   shadow
::1 localhost ip6-localhost ip6-loopback
ff02::1 ip6-allnodes
ff02::2 ip6-allrouters

127.0.0.1 google.com
127.0.0.1 google.fr
127.0.0.1 www.google.com
127.0.0.1 www.google.fr
127.0.0.1 facebook.com
127.0.0.1 facebook.fr

Réseau local, DHCP, NAT (1/6)​

  • En pratique, on est peu souvent "directement" connecté à internet
    • MachinBox
    • Routeur de l'entreprise
  • Pas assez d'IPv4 pour tout le monde
    • nécessité de sous-réseaux "domestique" / des réseau "local"
    • basé sur les NAT (network address translation)
  • Quand je me connecte au réseau:
    • mon appareil demande au routeur une IP, suivant le protocole DHCP (dynamic host configuration protocol)
    • le routeur a un range d'IP qu'il peut attribuer, typiquement quelque chose comme 192.168.0.0/24
    • DHCP permet aussi de configurer certains paramètres, comme le résolveur DNS à utiliser

  • Le routeur agit comme "gateway" (la "passerelle" vers les internets)
    • (c.f. ip route, et la route par défaut)
  • Depuis l'extérieur du réseau local, il n'est pas possible de parler "simplement" à une machine
  • Example : Je ne peux apriori pas parler à la machine 192.168.0.12 de mon réseau local chez moi depuis le centre de formation...
  • Egalement : Difficulté de connaître sa vraie IP "globale" ! Il faut forcément demander à une autre machine ... c.f whatsmyip.com

La situation se complexifie avec Virtualbox :

  • Typiquement Virtualbox créé un NAT à l'intérieur de votre machine
  • Les différentes VM ont alors des adresses en 10.0.x.y

Et les VPNs, késaco ?​

  • Virtual Private Network
  • Il s'agit de faire "comme si" on était connecté depuis un autre endroit

Plusieurs utilités possibles:

  • accéder à des services accessibles seulement au sein d'un réseau privé (par ex. entreprise)
  • forcer une communication à être chiffrée
  • "anonymiser" ses requêtes (partager une IP commune avec pleins de gens)
  • contourner des géo-restrictions
  • ...

Autres notions : proxys, firewall​