Protocole réseau : la base de la diffusion de données élec­tro­niques

L’or­di­na­teur démarre, le na­vi­ga­teur est ouvert, mais au lieu de la page d’accueil souhaitée, une page d’erreur indique que la connexion Internet ne peut aboutir. Cela peut parfois arriver et vérifier alors le routeur et le câble Ethernet (LAN) ne pose pas de problème. C’est seulement lorsque vous exécutez un diag­nos­tic d’erreur qu’il est possible de trouver la source du problème : il doit manquer au moins un protocole réseau sur l’or­di­na­teur. Dans certains cas, il suffit d’exécuter la ré­pa­ra­tion et le re­dé­mar­rage au­to­ma­tique afin de corriger l’erreur. Mais il arrive souvent que le protocole soit également absent par la suite, ou bien que le message d’erreur réap­pa­raisse après un certain temps. Les causes possibles peuvent être par exemple des pilots obsolètes, mais aussi des com­pli­ca­tions avec le logiciel antivirus ou le pare-feu utilisé.

Mais pourquoi les pro­to­coles réseau jouent un rôle si important dans l’éta­blis­se­ment de la connexion Internet ? Pour mieux y répondre, il est né­ces­saire de s’attarder plus pré­ci­sé­ment sur les dif­fé­rents types de pro­to­coles réseau et leurs fonctions res­pec­tives.

Afin de relier des or­di­na­teurs à un réseau in­for­ma­tique, il semble à première vue suffisant d’utiliser un câble Ethernet. Cependant, sans as­sis­tance, les systèmes in­for­ma­tiques ne sont pas en mesure d’échanger des paquets de données et ne peuvent donc pas établir une connexion. Cette tâche est exécutée par les pro­to­coles réseau qui agissent dans le cadre de leurs familles de pro­to­coles res­pec­tives sur la couche dite de com­mu­ta­tion ou couche réseau (couche 3 selon le modèle OSI). Ils con­tien­nent des accords d’échange de données et règlent ainsi les con­di­tions préa­lables à l’échange, à l’adressage, au routage (chemin d’accès des paquets) et au contrôle des erreurs ul­té­rieurs. Pour que deux or­di­na­teurs puissent com­mu­ni­quer entre eux, ils doivent avoir les mêmes pro­to­coles réseau. Ils s’entendent sur les con­di­tions suivantes pour une trans­mis­sion, qui sont placées à l’avant du paquet respectif comme en-tête (header) ou bien attachés comme pos­tam­bule (trailer) :

• Taille du ou des paquets de données
• Type de paquet
• Ex­pé­di­teur et des­ti­na­taire
• Autres pro­to­coles con­cern­cés

Toutes les con­nexions entre les systèmes in­for­ma­tiques ne sont pas basées selon le même schéma. Ainsi, il est important de savoir si vous connectez deux or­di­na­teurs dans votre réseau do­mes­tique ou sur Internet dans le cadre d’un vaste réseau in­for­ma­tique et si vous envoyez des données à plusieurs des­ti­na­taires. Les hié­rar­chies jouent aussi un rôle essentiel dans la com­mu­ni­ca­tion. Par con­sé­quent, il existe aussi dif­fé­rents pro­to­coles réseau pour les dif­fé­rentes formes de com­mu­ni­ca­tion.  Ces pro­to­coles pré­sen­tent les scénarios d’ap­pli­ca­tion et les ca­rac­té­ris­tiques dis­tinc­tives suivantes : 

1. Nombre de par­ti­ci­pants à la com­mu­ni­ca­tion : les pro­to­coles réseau se dis­tin­guent par le nombre d’or­di­na­teurs qui peuvent être impliqués dans la connexion. Si les données trans­mises sont adressés à un des­ti­na­taire unique par exemple, il s’agit alors d’une trans­mis­sion unicast. S’il existe plus de deux par­te­naires de com­mu­ni­ca­tion qui échangent des in­for­ma­tions, on parle alors de connexion multicast. L’envoi de paquets de données à tous les par­ti­ci­pants au réseau se nomme Broad­cas­ting, le type de connexion le plus connu est la radio ou la té­lé­vi­sion.
   
   
2. Chemin du flux de données : la direction dans laquelle le flux de données circule est une autre ca­rac­té­ris­tique qui distingue les pro­to­coles réseau les uns des autres. Ainsi les pro­to­coles avec trans­mis­sion simplex sup­por­tent une com­mu­ni­ca­tion uni­la­té­rale, dans laquelle un or­di­na­teur ne fonc­tionne que comme émetteur et l’autre comme récepteur. En trans­mis­sion semi-duplex, les par­te­naires de com­mu­ni­ca­tion concernés échangent des paquets de données en al­ter­nance, en mode full duplex, les données peuvent être envoyées si­mul­ta­né­ment et dans les deux sens.
   
   
3. Hié­rar­chie des par­te­naires de com­mu­ni­ca­tion : certaines formes de connexion, comme le modèle client-serveur, sont basées sur des struc­tures hié­rar­chiques clai­re­ment définies. Dans ce cas, par exemple, dif­fé­rents clients initient la connexion à un seul serveur, qui traite alors les requêtes. Le contraire de cette com­mu­ni­ca­tion asy­mé­trique est la com­mu­ni­ca­tion sy­mé­trique plus connu sous le nom de connexion Peer to Peer ou pair à pair. Dans cette structure tous les or­di­na­teurs ont des droits égaux et peuvent donc à la fois offrir des services et les utiliser.
   
   
4. Syn­chro­ni­sa­tion de la com­mu­ni­ca­tion : le transfert de données peut également être dif­fé­ren­cié selon que les bits sont, entre l’émetteur et le récepteur, syn­chro­ni­sés ou pas (com­mu­ni­ca­tion asyn­chrone).
   
   
5. Type de connexion : en effet, les pro­to­coles réseau peuvent être divisés en pro­to­coles orientés connexion et sans connexion. Les premiers pré­sup­po­sent que la liaison entre l’ex­pé­di­teur et le des­ti­na­taire doit exister pendant toute la durée de la trans­mis­sion et doit faire en sorte que les paquets arrivent dans un certain ordre et soient, en cas de dé­fail­lance, re­trans­mis. Les pro­to­coles sans connexion ne né­ces­si­tent ni con­fi­gu­ra­tion ni sup­pres­sion de la connexion, c’est pourquoi les paquets envoyés con­tien­nent beaucoup moins d’in­for­ma­tions. Cependant, les données peuvent arriver au des­ti­na­taire dans un ordre aléatoire et ne sont pas au­to­ma­ti­que­ment re­trans­mis en cas de trans­mis­sion dé­fail­lante.

Outre le contexte technique, la diversité des pro­to­coles réseau résulte aussi du fait que de nombreux fa­bri­cants ont développé leurs propres pro­to­coles ou pile de protocole dans le passé pour leurs appareils.

Comme pour toutes les autres couches, il existe pour la couche réseau un certain nombre de pro­to­coles stan­dar­di­sés mais aussi pro­prié­taires qui con­vien­nent à dif­fé­rents domaines d’ap­pli­ca­tion et qui sont ou étaient limités à certains systèmes d’ex­ploi­ta­tion et pé­ri­phé­riques. Beaucoup de ces pro­to­coles ne sont aujourd’hui plus utilisés, ce qui est prin­ci­pa­le­ment dû à une dis­tri­bu­tion crois­sante de la famille des pro­to­coles Internet. Ces piles avec plus de 500 pro­to­coles con­tien­nent aussi le protocole réseau IP (Internet Protocol), le plus important et le plus connu, qui est à la base d’Internet.

La tâche du protocole Internet est de trans­por­ter des paquets de données d’un ex­pé­di­teur à un des­ti­na­taire via plusieurs réseaux. Il définit pour cela les lignes di­rec­trices pour l’adressage et le routage, ou la recherche de paquets de données. L’IP est le protocole réseau standard non seulement pour les réseaux WAN (Wide Area Networks), les réseaux in­di­vi­duels mondiaux qui relient l’Internet, mais aussi pour les réseaux locaux. Il est pris en charge par tous les fa­bri­cants et systèmes d’ex­ploi­ta­tion, mais nécessite aussi le savoir-faire né­ces­saire en matière de con­fi­gu­ra­tion ainsi que du matériel approprié (un routeur).

Le tableau suivant présente un aperçu des pro­to­coles réseau his­to­riques les plus im­por­tants :

Dès que les pro­to­coles de la couche de transfert ont établi la base de la com­mu­ni­ca­tion, d’autres pro­to­coles sont alors né­ces­saires pour s’assurer que les paquets de données at­teig­nent bien les ap­pli­ca­tions cor­res­pon­dantes. Dans le cadre du modèle OSI, ce transfert s’effectue sur la couche transport (couche 4). Chaque pile a pour cela ses propres pro­to­coles. Pour la famille des pro­to­coles Internet, il s’agit en par­ti­cu­lier de

• TCP (Trans­mis­sion Control Protocol pour protocole de contrôle de trans­mis­sions)
• et UDP (User Datagram Protocol pour protocole de da­ta­gramme uti­li­sa­teur).

Le TCP qui est mentionné en premier, a été un standard pour les con­nexions réseau depuis le succès immense d’Internet. Dans la plupart des cas, il est basé di­rec­te­ment sur l’IP, d’où le nom de réseaux TCP/IP. En tant que protocole orienté connexion, TCP nécessite une connexion existante entre les par­ti­ci­pants de com­mu­ni­ca­tion pour le transport des paquets de données. Il garantit le transport fiable des données et garantit ainsi que tous les colis arrivent bien au des­ti­na­taire dans leur in­té­gra­lité et dans le bon ordre. Pour cela, le protocole ajoute des in­for­ma­tions sup­plé­men­taires aux paquets de données comme un numéro de séquence et une somme de contrôle.

UDP est l’équi­valent TCP de la famille des pro­to­coles Internet pour la trans­mis­sion simple et rapide de petits paquets de données sans connexion. Bien que les con­nexions UDP ne ga­ran­tis­sent pas non plus qu’un paquet atteigne le des­ti­na­taire, grâce à la faible quantité de données d’ad­mi­nis­tra­tion (in­for­ma­tions sup­plé­men­taires dans l’en-tête ou header), elles offrent un avantage sig­ni­fi­ca­tif en termes de rapidité pour le transfert des données là où les erreurs de trans­mis­sion plus petites ne posent pas de problème. C’est la raison pour laquelle le protocole User Datagram Protocol est utilisé pour les con­nexions de streaming audio et vidéo, les requêtes DNS et les con­nexions VPN (Virtual Private Network).

Comme la famille des pro­to­coles internet, d’autres piles de pro­to­coles ont des pro­to­coles de trans­mis­sion spé­ci­fiques qui sont basés sur leurs pro­to­coles réseau et sont largement si­mi­laires au protocole TCP. Par exemple, les réseaux Novell utilisent le protocole SPX (Sequenced Packet Exchange) dans la couche transport. Avec la pile AppleTalk, les paquets de données sont trans­por­tés à l’aide du protocole ATP (AppleTalk Tran­sac­tion Protocol).