Protocoles TCP/IP et routage des paquets

Introduction

Quand vous envoyez un message ou ouvrez une page web, votre donnée ne voyage pas d'un seul tenant sur le câble. Elle est d'abord découpée en petits morceaux, puis chaque morceau prend la route, traverse une dizaine de routeurs intermédiaires, et arrive — souvent dans le désordre — au destinataire, où l'ensemble est reconstitué. Deux protocoles orchestrent cette opération sans faille apparente : IP pour l'adressage et le routage, TCP pour la fiabilité de la transmission.

Qu'est-ce qu'un protocole ?

Un protocole est un ensemble de règles partagées qui permet à deux machines de se comprendre. Sans protocole commun, deux ordinateurs sont comme deux personnes parlant chacune une langue différente : aucun échange n'est possible. TCP et IP sont les deux protocoles fondamentaux d'Internet — si fondamentaux qu'ils sont souvent évoqués d'un seul bloc, TCP/IP.

Le rôle d'IP : adresser et router

Le protocole IP (Internet Protocol) s'occupe de deux choses :

1. Adresser chaque machine sur Internet par une adresse IP unique.
2. Acheminer les paquets de l'expéditeur au destinataire en passant par les routeurs intermédiaires.

Chaque morceau de donnée à envoyer est emballé dans un paquet IP qui ressemble à une enveloppe :

Le rôle de TCP : garantir l'arrivée

Le protocole TCP (Transmission Control Protocol) s'occupe de la fiabilité :

• Il découpe le message en paquets numérotés.
• Il réassemble les paquets dans le bon ordre à l'arrivée.
• Il vérifie que chaque paquet est bien arrivé grâce à un système d'accusé de réception : pour chaque paquet reçu, le destinataire renvoie un signal du type « OK, reçu ». Si l'expéditeur ne reçoit pas cet accusé après un certain délai, il renvoie le paquet.

TCP et IP, en équipe

Quand vous envoyez un fichier, voici ce qui se passe en simplifié :

1. TCP découpe le fichier en morceaux et les numérote.
2. Chaque morceau est emballé par IP dans un paquet portant les adresses IP source et destination.
3. Les paquets partent vers le réseau, chacun cherchant son chemin.
4. À l'arrivée, IP livre les paquets à la bonne machine.
5. TCP vérifie les numéros, réassemble dans l'ordre, demande à renvoyer les éventuels paquets manquants.
6. Le fichier original est reconstitué.

fichier → [TCP découpe] → morceaux numérotés
                          → [IP emballe + adresse] → paquets
                                                     → routage Internet
                                                       → [IP livre]
                                                         → [TCP réassemble]
                                                           → fichier reconstitué

Le routage : trouver un chemin

Entre deux machines distantes, il y a en général plusieurs routeurs intermédiaires. Le routage désigne le mécanisme par lequel chaque routeur décide vers quel voisin transmettre un paquet pour qu'il se rapproche de sa destination.

Une analogie : imaginez un sac postal qui passe de bureau de poste en bureau de poste. Chaque bureau lit l'adresse de destination, choisit le bureau voisin dans la bonne direction, et transmet sans savoir le trajet complet. C'est exactement le principe du routage IP.

Plusieurs propriétés découlent de ce fonctionnement :

• Plusieurs chemins sont en général possibles entre deux machines.
• Les paquets d'un même message peuvent emprunter des trajets différents.
• Si une liaison tombe, les paquets sont automatiquement déviés par les routeurs vers un autre chemin. C'est ce qui rend Internet résilient.

Fiable, mais pas en temps garanti

TCP garantit que vos données arrivent toutes et dans l'ordre. Il ne garantit pas quand elles arriveront. Cette distinction est importante :

Pour aller plus loin

L'adresse IPv4 (a.b.c.d avec chaque nombre de 0 à 255) permet environ $4{,}3$ milliards d'adresses uniques — un nombre désormais insuffisant pour adresser tous les appareils connectés. C'est pour cela qu'a été créé l'IPv6, qui propose un espace d'adressage astronomiquement plus grand, suffisant pour attribuer une adresse unique à chaque grain de sable de la planète.