Ce videoclip produit par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne fait partie de son cours d’introduction à l’information, à la communication, et au calcul. Il s’inscrit dans le 3e module de ce cours qui porte sur le fonctionnement et la sécurité des systèmes informatiques.

Plan de la leçon Le besoin de structure dans la transmission des données Types de structures: protocoles, messages, couches, encapsulation Structures d’Internet: topologie, interfaces, commutation, routage, protocoles Évolution des paradigmes de réseaux Après que le clip précédent ait survolé la topologie et les interfaces d’Internet implémentant ses couches de protocoles 1 et 2, les 3 clips suivants portent sur la couche 3: le routage d’Internet. Avant d’aborder ce sujet plus en détail, il convient de faire dans le présent clip un petit retour en arrière sur le concept de commutation (switching en anglais).

Couche 3: Commutation par circuits Le cas de la téléphonie, radio, TV Le débit est quasiment constant débit Au début des télécommunications le terme désignait des technologies aujourd’hui disparues telles que télégraphe ou télex. Aujourd’hui le terme englobe encore téléphonie, radio, et télévision. La commutation de toutes ces applications, c.à.d. leur routage à travers leur réseaux, se faisait par ce qu’on appelle des circuits. Toutes ces applications étaient caractérisées par une propriété commune: la constance des débits d’information qu’elles transportent. Télégraphie, télex, téléphone, radio, TV, et d’autres applications sont en effet telles que le débit des informations qu’elles transmettent est quasi constant. La TV requiert certes de beaucoup plus gros débits que la radio ou la téléphonie mais au sein de chaque application le débit de signaux, de sons, et/ou d’images est quasiment constant. Même en téléphonie ou deux interlocuteurs conversent, le flux d’informations s’inverse selon qui parle mais le débit de paroles de tous les interlocuteurs se situe toujours dans des limites comparables. temps

Couche 3: Commutation par circuits Le cas de la téléphonie, radio, TV On établit et on réserve une connexion électronique dédiée entre émetteur et récepteur(s) La connexion est “occupée” pendant tout le temps de la transmission, y compris les silences débit circuit avec un débit D réservé Pour de telles applications, établir et réserver une connexion via un circuit électrique (ou électromagnétique) de débit et donc de bande passante constante a un sens. Et pendant qu’un émetteur communique avec un (ou plusieurs) récepteur ce circuit est OCCUPÉ. Emetteur et récepteur(s) de peuvent pas écouter ou regarder plusieurs choses à la fois. Un circuit leur est réservé et est occupé (bloqué) pour cela. D temps

Couche 3: Commutation par circuits Le cas de la téléphonie, radio, TV SDM = circuit physique (téléphonie) TDM = canal temporel (GSM / Natel) FDM = canal de fréquence (radio, TV) Sur base du numéro de téléphone formé par un abonné un central téléphonique établissait littéralement un circuit électrique de bout en bout, connectant l’abonné appelant à l’abonné appelé par le travers d’un ou plusieurs centraux intermédiaires. Pendant toute la durée de la conversation, les lignes des deux abonnés ainsi que toutes les lignes intermédiaires étaient bloquées (occupées) par le circuit commuté de bout en bout. C’est ce qu’on appelle la commutation par circuits dans l’espace physique (SDM = space-division multiplexing). Plus tard ces circuits ont été virtualisés, soit sous forme de petites fenêtres temporelles se répétant régulièrement sur les lignes physiques (TDM – time-division multiplexing ), soit sous forme de bandes de fréquence allouées sur les lignes physiques (FDM = frequency-division multiplexing) en diffusion radiophonique et TV. Mais dans tous les cas le circuit est occupé pendant tout le temps de la transmission. Dans tous les cas la réservation du circuit le bloque (ligne occupée)

Couche 3: Commutation Le cas de l’informatique Le débit est saccadé, comportant des rafales à haut débit séparées par des “silences” débit Dans le cas des réseaux informatiques la situation est tout à fait différente. En effet, à un bout des connexions se trouvent des utilisateurs qui ne peuvent taper ou exprimer que quelques mots par seconde alors qu’a l’autre bout se trouvent des ordinateurs capables d’envoyer des fichiers entiers en une fraction de seconde, c.à.d. ultra-rapides par rapport aux utilisateurs. temps

Couche 3: Commutation par paquets Le cas de l’informatique Réserver des circuits à haut débit serait inefficace Réserver des circuits à faible débit serait lent On ne réserve pas de circuits mais on transmet les messages (= paquets) avec haut débit Et les lignes et commutateurs restent disponibles pour d’autres paquets pendant les “silences” débit Quel débit choisir? En tout cas, inefficace Devant de telles disparités de débit, comment savoir quelle bande passante allouer à une connexion homme-machine? Réserver des circuits à haut débit serait inefficace car ils seraient sous-exploités par les utilisateurs. Mais réserver des circuits à faible débit serait aussi inefficace car ils freineraient les ordinateurs. En réalité on ne réserve donc PAS de circuits mais on transmet les données sous forme de paquets, sur des lignes de communication à haut débit mais qui restent disponibles pendant les “silences” des utilisateurs pour laisser passer des paquets appartenant à d’autres connexions. temps

Couche 3: Commutation par paquets Le cas de l’informatique C’est le modèle de la poste et non de la téléphonie => Des envois peuvent se perdre ou arriver en désordre Les protocoles (ex. retransmission) sont là pour accomoder ces “hoquets” et cela marche même en téléphonie (Skype) B A Une telle commutation par paquets évoque le comportement de tris postaux, plus que celui de centraux téléphoniques. Au lieu qu’une communication de bout en bout monopolise un circuit (réel ou virtuel), elle est divisée en une succession de paquets (des lettres ou paquets dans le cas postal) qui portent chacun une adresse de destination et sont acheminés tant bien que mal par les centres de tri appelés routeurs intermédiaires vers ladite destination. Comme illustré ici, il se peut donc qu’un paquet adressé à C (le jaune) lui soit délivré en retard, après un paquet (le noir) originalement envoyé après lui. Il est même possible qu’un paquet soit complétement perdu, comme cela arrive à la poste. Au vu de la capacité des lignes et des routeurs modernes, il s’avère contre toute intuition que ce mode de commutation par paquets est tellement plus efficace que la commutation par circuits, que tout le trafic téléphonique moderne est aujourd’hui acheminé par les réseaux informatiques. Des lignes téléphoniques locales installées depuis des années existent encore et sont évidemment toujours bloquées pendant une conversation mais dès le premier routeur, le contenu des conversations est converti en paquets et acheminé par un réseau informatique vers leur destination, où les paquets sont réassemblés quitte à être délivrés de nouveau par une ligne physique bloquante. Les réseaux informatiques pouvant retarder ou perdre des paquets, il arrive que des conversations soient hachées ou coupées mais c’est suffisamment rare pour être acceptable. Les lignes téléphoniques bloquantes sont en voie de disparition partout dans le monde. A B C C B B B C D C D B