Protocole TCP/IP et paquets : cours de Seconde SNT

Quand tu envoies une photo à un ami, ton ordinateur ou ton téléphone ne la pousse pas d'un seul bloc dans un « tuyau » jusqu'à l'autre machine. Deux appareils qui ne se sont jamais vus doivent pourtant se comprendre : savoir où commence un message, où il finit, à qui il s'adresse, et ce qu'il faut faire si un morceau se perd en route. Tout cela demande des règles communes, comme deux personnes qui doivent parler la même langue et respecter un tour de parole.

Internet n'est pas un seul protocole mais une famille. Deux d'entre eux sont si importants qu'ils donnent leur nom à l'ensemble : TCP (en anglais Transmission Control Protocol) et IP (Internet Protocol).³ On parle donc de la suite TCP/IP.³ Dans ce cours, tu vas voir le rôle de chacun, ce qu'est un paquet, comment un fichier est découpé puis reconstitué, et en quoi un autre protocole, UDP, se distingue de TCP.

TCP et IP ont été conçus par deux ingénieurs américains, Vinton Cerf et Robert Kahn, qui travaillaient alors pour la DARPA, une agence de recherche du ministère américain de la Défense.³ Leur idée de départ : disposer d'un moyen de relier entre eux des réseaux différents.³ Le protocole que l'on utilisait auparavant sur l'ARPANET ne leur convenait pas, notamment parce qu'il ne contrôlait pas les erreurs.³

Le premier texte de référence du protocole TCP, un document technique appelé RFC 793, a été publié en 1981.² Même si des améliorations importantes sont venues ensuite, son fonctionnement de base a peu changé depuis.² Le réseau ARPANET a adopté la suite TCP/IP le 1er janvier 1983, et cette suite est devenue la base d'Internet.³

Prenons une photo de plusieurs millions d'octets. Elle ne voyage pas en un seul morceau : ses données sont découpées en une multitude de petits paquets.¹ Chaque paquet est ensuite pris en charge par les protocoles, puis envoyé sur le réseau. Cette façon de procéder a un avantage concret : si un petit morceau se perd, on n'a pas à tout renvoyer, seulement ce morceau.

Les paquets ont une taille limitée. Sur le papier, un paquet TCP pourrait atteindre 65 535 octets, mais sur les réseaux Ethernet courants, la taille maximale est en pratique de 1 460 octets.² Pour une photo lourde, cela fait donc un très grand nombre de paquets. Tu feras ce calcul dans les exercices.

Pour transférer des données entre deux ordinateurs, le protocole TCP les encapsule.¹ Ensuite, les données issues de cette encapsulation sont à leur tour encapsulées par le protocole IP, ce qui donne un paquet IP prêt à être envoyé.¹ Chaque petit paquet de la photo subit ce traitement avant de voyager.¹

Une comparaison avec le courrier aide à comprendre. Tu écris une lettre (les données). Tu la glisses dans une première enveloppe sur laquelle tu notes des consignes de lecture : c'est le rôle de TCP. Tu places cette enveloppe dans une grande enveloppe portant l'adresse du destinataire : c'est le rôle de IP. À l'arrivée, on ouvre d'abord la grande enveloppe, puis la petite, et la lettre apparaît.

Pour que cet acheminement fonctionne, chaque paquet doit porter l'indication de l'endroit d'où il vient et de l'endroit où il va. C'est précisément le sujet de la notion suivante, les adresses IP. Retiens pour l'instant que IP s'occupe du voyage, mais ne s'occupe pas de la qualité du voyage : un paquet IP peut se perdre sans que IP ne le détecte ou ne le répare.

IP fonctionne aussi avec d'autres protocoles qui l'accompagnent. Par exemple, le protocole ICMP sert à transporter des messages de diagnostic liés aux transmissions IP.³ On le mentionne ici seulement pour te montrer que IP n'est pas seul sur le réseau.

Sous IP se trouve une couche plus proche du matériel, la couche de liaison. Elle précise comment les paquets sont transportés sur le support physique, avec un découpage en trames qui marquent le début et la fin des paquets.³ Les trames Ethernet, par exemple, contiennent des champs qui indiquent à quelle machine du réseau un paquet est destiné.³ Ethernet est donc un exemple de protocole de cette couche.³

« Fiable » veut dire que TCP cherche à s'assurer que les données sont bien arrivées à destination, et qu'elles arrivent dans le bon ordre.³ « Mode connecté » signifie que les deux machines établissent d'abord une connexion avant de se transmettre des données, au lieu d'envoyer directement sans prévenir.

Pour vérifier l'arrivée, TCP s'appuie sur les accusés de réception.¹ Le principe est celui d'un recommandé avec accusé : la machine destinataire répond « bien reçu ». L'émetteur sait ainsi que le message est passé. Dans l'en-tête TCP, un indicateur nommé ACK signale justement qu'un paquet est un accusé de réception.²

Un réseau a une capacité limitée. Quand trop de machines envoient trop de données trop vite, le réseau n'arrive plus à tout transmettre : c'est la congestion.² Elle provoque la perte de nombreux paquets et de longs délais.²

TCP ne se contente pas de renvoyer ce qui manque : des règles ont été prévues dans ce protocole pour éviter la congestion, et d'autres textes techniques ont ajouté, au fil des années, des mécanismes pour la signaler.² Pour ton niveau, retiens la conséquence : un paquet perdu n'est pas une catastrophe pour TCP, car il peut être renvoyé, mais trop de pertes ralentissent la transmission.

TCP n'est pas le seul protocole de transport. Le protocole UDP lui ressemble beaucoup ; la différence notable est qu'il ne gère pas les accusés de réception.¹ Il est décrit comme simple, sans connexion et « non fiable » : il ne vérifie pas que les paquets sont arrivés et ne garantit pas leur ordre d'arrivée.³ Pour la curiosité : dans l'en-tête d'un paquet IP, UDP est désigné par le numéro de protocole 17.³

« Non fiable » ne veut pas dire « mauvais ». Cela veut dire que le protocole ne promet rien sur l'arrivée. Pour certains usages, cette simplicité est un avantage : sans attente d'accusés, l'envoi est plus direct, au prix de pertes possibles. Un échange où une image perdue se remplace aussitôt par la suivante supporte mieux ce risque qu'un téléchargement de fichier.

TCP et UDP appartiennent à la couche de transport. Ces protocoles peuvent résoudre des problèmes comme la fiabilité des échanges (« les données sont-elles arrivées ? ») et veiller à ce que les données arrivent dans le bon ordre.³ Ils déterminent aussi à quelle application chaque paquet doit être remis.³ Cela explique qu'un même ordinateur puisse, en même temps, charger une page web, recevoir un courriel et diffuser de la musique : les paquets arrivent mélangés, mais chacun est remis au bon programme.