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.

Qu’est-ce qu’un protocole réseau ?

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

Pourquoi existe ’il différents protocoles réseau ?

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.

Quels sont les types de protocoles réseau ?

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 :

Protocole réseau

Licence

Plateforme

Description

Fonction

Points faibles

IP (Internet Protocol)

Libre (RFC 791 / 2460)

multiplateforme

Sans connexion ; longueur de l’adresse : 128 Bit (IPv6) / 32 Bit (IPv4)

Routage, adressage

Pile de protocoles très étendue; fonctions de sécurité non implémentées depuis le début (IPv4)

ARP (Address Resolution Protocol)

Libre (RFC 826)

multiplateforme

Liaison entre la couche 3 et la couche 2 avec sa propre fonction de cache

Mapping des adresses (attribution d’Adresses MAC aux adresses IP) pour IPv4

Impossible de vérifier la bonne affectation, du coup risque d’ARP spoofing (usurpation).

NDP (Neighbor Discovery Protocol)

Libre (RFC 4861)

multiplateforme

Liaison entre la couche 3 et la couche 2 avec sa propre fonction de cache

Mapping des adresses pour IPv6; détection des adresses IP dupliquées

Protection contre le spoofing non intégrée (nécessite l‘extension SEND)

ICMP (Internet Control Message Protocol)

Libre (RFC 792)

multiplateforme

Composant autonome de l‘IPv4

Echange d’informations et de messages d‘erreur

Peut être utilisé pour réaliser des attaques DoS/DDos sur un périphérique

SNA (Systems Network Architecture)

propriétaire (IBM)

Appareils IBM

Ancienne architecture de réseau hiérarchique avec différents protocoles

Connecte les ordinateurs et leurs ressources dans les réseaux SCN

La connexion À des réseaux non SCN était très compliqué; coûts relativement élevés

NBF (NetBIOS Frames Protocol)

Propriétaire (Microsoft)

Windows (jusqu‘a 2000)

Ancien protocole pour les systèmes Windows

Communication entre la couche de présentation (NetBIOS) et la couche de liaison (LLC)

Non routable; convient uniquement aux petits réseaux (jusqu’à 20 ordinateurs)

IPX (Internetwork Packet Exchange)

Propriétaire (Novell)

NetWare (système d’exploitation réseau non supporté), Linux, Windows

Protocole sans connexion

Routage, adressage

Ne convient pas aux grands réseaux WAN

DDP (Datagram Delivery Protocol)

propriétaire (Apple)

AppleTalk, dispositifs de soutien (jusqu‘à Mac OS X 10.6)

Composant de la pile de protocoles AppleTalk qui n’est plus pris en charge ; sans connexion ; longueur d’adresse

Routage, adresssage

Risque de spoofing AppleTalk; faible débit de données en raison de la petite taille des paquets

OSPF (Open Shortest Path First)

Libre (RFC 2328)

multiplateforme

Protocole réseau basé sur l’algorithme Djikstra et particulièrement adapté aux grands réseaux d’entreprise

Optimise le routage par rapport aux coûts de transmission ; partage dynamique de la charge

Besoins élevés en termes d’utilisation du processeur et de la mémoire ; configuration et maintenance étendues

Les protocoles de transmission assurent le transport des paquets de données

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).