Adresse IPv4 : binaire, classes et adresses privées

Une adresse IPv4 est un nombre de 32 bits, écrit sous forme de quatre octets en décimal séparés par des points (par exemple 192.168.10.75), qui identifie une interface réseau et le réseau auquel elle appartient. Ce chapitre explique comment lire une adresse en binaire, ce que sont les classes A, B et C, la différence entre adresse publique et adresse privée, et les adresses spéciales à reconnaître du premier coup d'œil.

32 bits en quatre octets

Une adresse IPv4 mesure 32 bits. Pour la rendre lisible, on la coupe en quatre octets de 8 bits, et on écrit chaque octet en décimal : c'est la notation décimale pointée.

Décimal :  192      . 168      . 10       . 75
Binaire :  11000000 . 10101000 . 00001010 . 01001011

Un octet de 8 bits prend 2⁸ = 256 valeurs, de 0 à 255. Une adresse comme 192.168.10.256 ou 300.1.1.1 est donc invalide. Au total, IPv4 offre 2³² = 4 294 967 296 adresses, un peu moins de 4,3 milliards : beaucoup moins que le nombre d'appareils connectés dans le monde, d'où les adresses privées, la traduction d'adresses et IPv6.

Une adresse IP n'est pas attachée à une machine mais à une interface : un PC avec une carte Ethernet et une carte Wi-Fi peut avoir deux adresses, un routeur en a une par interface, et un serveur peut en avoir plusieurs sur la même carte.

Convertir un octet entre décimal et binaire

Tout le calcul d'adresses repose sur cette conversion. Chaque bit d'un octet a un poids, du plus fort (à gauche) au plus faible (à droite) :

Du binaire vers le décimal, additionne les poids des bits à 1. 01001011 = 64 + 8 + 2 + 1 = 75.

Du décimal vers le binaire, parcours les poids de gauche à droite : si le poids tient dans ce qui reste, écris 1 et soustrais-le ; sinon écris 0.

168 :  128 tient → 1, reste 40
        64 ne tient pas → 0
        32 tient → 1, reste 8
        16 ne tient pas → 0
         8 tient → 1, reste 0
         4, 2, 1 → 0 0 0
168 = 10101000

L'hexadécimal (base 16) apparaît dans les adresses MAC, dans IPv6 et dans les captures Wireshark. Un chiffre hexadécimal vaut 4 bits : un octet s'écrit avec deux chiffres, de 00 à ff. c0 = 1100 0000 = 192 ; a8 = 1010 1000 = 168. La méthode détaillée des changements de base est dans le cours d'arithmétique (conversions entre décimal, binaire et hexadécimal).

Partie réseau et partie hôte

Une adresse IP contient deux informations collées l'une à l'autre :

• la partie réseau (les bits de gauche) désigne le réseau, comme le nom d'une rue ;
• la partie hôte (les bits de droite) désigne l'interface dans ce réseau, comme le numéro dans la rue.

C'est le masque de sous-réseau (ou la longueur de préfixe, notée /24 par exemple) qui dit où passe la frontière. 192.168.10.75/24 signifie : les 24 premiers bits (192.168.10) désignent le réseau, les 8 derniers (75) l'hôte. Le chapitre 6 détaille les calculs.

Dans chaque réseau, deux adresses sont réservées :

• l'adresse de réseau, avec tous les bits d'hôte à 0 (192.168.10.0 pour /24), qui désigne le réseau lui-même ;
• l'adresse de diffusion (broadcast), avec tous les bits d'hôte à 1 (192.168.10.255), qui désigne toutes les machines du réseau.

Aucune des deux ne peut être donnée à une machine. Un réseau /24 offre donc 256 − 2 = 254 adresses utilisables.

Les classes d'adresses : un système historique

À l'origine (norme IP de 1981), la taille du réseau dépendait des premiers bits de l'adresse : c'était l'adressage par classes.

Ce système gaspillait énormément d'adresses : une entreprise de 300 machines devait recevoir une classe B de 65 534 adresses. Depuis 1993, Internet utilise le CIDR (Classless Inter-Domain Routing) : n'importe quelle longueur de préfixe est possible (/22, /27…) et c'est le masque, et non plus le premier octet, qui définit la taille du réseau.

Adresses publiques et adresses privées

Une adresse publique est unique sur Internet et routée par les opérateurs. Elle est attribuée par une chaîne d'organismes : l'IANA répartit les blocs entre cinq registres régionaux (le RIPE NCC pour l'Europe et le Moyen-Orient), qui les attribuent aux opérateurs, qui les louent à leurs clients. L'IANA a distribué ses derniers blocs en 2011, et le RIPE NCC a épuisé son stock en novembre 2019 : une adresse IPv4 publique s'achète désormais sur un marché secondaire.

Une adresse privée (RFC 1918) peut être utilisée librement dans n'importe quel réseau interne, mais elle n'est pas routée sur Internet. Des millions de réseaux utilisent 192.168.1.0/24 en même temps sans se gêner.

Pour qu'une machine en adresse privée accède à Internet, le routeur de sortie remplace son adresse privée par une adresse publique : c'est la traduction d'adresses, ou NAT (chapitre 9). C'est pourquoi ton PC affiche 192.168.1.23 avec ipconfig, alors qu'un site « quelle est mon adresse IP » affiche l'adresse publique de ta box.

Les adresses spéciales

Dans ce cours, l'adresse publique de Sorbier Logistique est 203.0.113.17 : une adresse de documentation, qui ne risque d'appartenir à personne.

Adresse fixe ou adresse dynamique

Une interface obtient son adresse de deux façons.

• Configuration statique : l'administrateur saisit l'adresse, le masque, la passerelle et les serveurs DNS. On la réserve aux équipements que tout le monde doit trouver au même endroit : routeurs, pare-feu, switchs administrables, serveurs, imprimantes réseau.
• Configuration dynamique : un serveur DHCP distribue automatiquement une adresse libre, avec le masque, la passerelle et le DNS (chapitre 11). C'est la règle pour les postes, les téléphones et les visiteurs.

Une réservation DHCP combine les deux : le serveur donne toujours la même adresse à une adresse MAC précise. On garde l'administration centralisée et une adresse stable.

Exercices