¶ Protocoles et modèles de communication
Les protocoles du réseau peuvent être modélisés et catégorisés selon divers critères. On trouvera dans ce premier chapitre les principes fondamentaux sur les modèles de communication et leurs protocoles : définition, catégorisation, rôles, mise en couches, encapsulation et désencapsulation. On évoquera aussi les modèles OSI et TCP/IP, les technologies LAN, WAN et dérivés sans fil ainsi que les modèles de conception.
¶ Définition d’un protocole de communication
Un protocole de communication est un ensemble de règles qui rendent les communications possibles, car les intervenants sont censés les respecter.
Les protocoles définissent une sorte de langage commun que les intervenants utilisent pour se trouver, se connecter l’un à l’autre et y transporter des informations.
Les protocoles peuvent définir toute une série de paramètres utiles à une communication :
- des paramètres physiques comme des modulations, des types de supports physiques, des connecteurs …
- le comportement d’un certain type de matériel,
- des commandes,
- des machines à état,
- des types de messages,
- des en-têtes qui comportent des informations utiles au transport.
¶ Standardisation, régulation et interopérabilité
¶ Organismes de standardisation
Les protocoles sont discutés et élaborés par des organismes de standardisation.
Les protocoles TCP/IP sont formalisés par l’Internet Engineering Task Force (IETF) dans des documents publics qui prennent le nom de RFC (“Requests For Comments”). On désigne ces documents par des numéros de références. Tous les RFCs ne sont pas nécessairement des standards. Leur statut au sein du processus de standardisation peut être : Informational, Experimental, Best Current Practice, Standards Track ou Historic L’IETF dépend de l’ISOC.
Les protocoles LAN / WAN / PAN sont par contre formalisés par d’autres organismes comme l’IEEE (IEEE 802), l’ITU, par l’ANSI,etc.
¶ Organismes de régulation et consortiums commerciaux
On prendra garde à distinguer ces organismes de standardisation de consortiums commerciaux comme la WiFi Alliance ou des organismes étatiques nationaux et internationaux de régulation comme le FCC, l’ETSI, l’IBPT, …
Les organismes de régulation donnent les conditions d’usage des ondes sur l’espace public. Ce sont des organismes sous l’autorité des États qui s’entendent au niveau de l’Institution Internationale des Communications (ITU).
Les consortiums commerciaux tels que la “Wi-Fi Alliance” assurent que des matériels de fournisseurs respectant un standard comme IEEE 802.11 soient compatibles entre eux.
¶ Nomenclature des protocoles
On peut catégoriser les protocoles sur base de différents critères comme la signalisation, la maintenance de la connexion, la fiabilité, selon les plans gestion, contrôle, donnée ou encore selon le type de technologie TCP/IP, LAN, WAN.
¶ Signalisation
On désigne ici par “signalisation” tout message qui comprend des commandes utiles du protocole.
Un protocole à signalisation In-Band embarque la signalisation avec les données dans un même canal (HTTP).
Un protocole à signalisation Out-of-Band utilise une signalisation dans un protocole distinct (en téléphonie IP les protocoles SIP/SDP/RTP) ou un canal dédié (FTP).
¶ Maintenance de la connexion
Un protocole Orienté Connexion est celui qui établit, maintient et ferme un canal au préalable de l’envoi des données (TCP, FTP).
Un protocole Non Orienté Connexion : Ethernet, IP, UDP, TFTP sont non orientés connexion et ne proposent aucun mécanisme de maintenance.
¶ Fiabilité
Un protocole Fiable met en oeuvre des mécanismes de fiabilité tel que la reprise sur erreur, des accusés de réception, du contrôle de flux, etc. (TCP).
Un protocole Non fiable : Ethernet, IP, UDP, TFTP sont non fiables et ne proposent aucun mécanisme de fiabilité.
Les caractéristiques fiabilité et maintenance sont souvent associées, mais les deux caractéristiques peuvent être dissociées.
¶ Plans
Les quatre plans “Data”, “Control”, “Management”, “Services” sont des concepts pour identifier le “plan” des opérations sur un routeur (L3) ou un commutateur (L2) ou dans une architecture.
Le plan Donnée (Data plane) fait référence aux fonctions et processus de transfert de paquets. On y trouve des protocoles transportant des données des utilisateurs (HTTPS, FTP, RTP), l’encapsulation de données. La qualité de service (QoS), le filtrage sont aussi sur ce plan.
Le plan Contrôle (Control plane) concerne toutes les fonctions de création des chemins comme les protocoles de routage (OSPF, EIGRP, BGP) ou les protocoles LAN IEEE 802.1 (Spanning-Tree, Etherchannel, VLANs), les protocoles de redondance du premier saut FHRP (HSRP, VRRP, GLBP), etc. Ils émanent de l’infrastructure. Les protocoles de gestion d’infrastructure comme la résolution de noms (DNS), d’attributions d’adresses (DHCP, RA, DHCPv6), de voisinage (ARP/ND) peuvent être classés dans cette catégorie.
Le plan Gestion (Management plane) est le plan des fonctions de gestion et de surveillance des périphériques. On y trouve des protocoles d’accès distant (AAA, RADIUS, SSH), de supervision (NTP, SYSLOG, SNMP), de transfert de fichier (FTP, TFTP, SSH/SCP/SFTP). On pensera aussi aux interfaces “API” Rest supportées par HTTP et/ou HTTPS qui permettent de contrôler du matériel et des solutions de type NFV / SDN.
Le plan Services (Services plane) est un cas spécifique du plan Données (Data plane) pour du trafic qui demande une transformation comme par exemple l’encapsulation en tunnels GRE, MPLS VPNs, le chiffrement/déchiffrement TLS/IPsec, le mécanisme QoS, etc.
¶ Modèles de communication
Un modèle de communication en couches organise les communications entre les hôtes sous forme d’enveloppement hiérarchique. Chaque couche remplit une fonction spécifique à la communication et dispose de caractéristiques propres. Chaque couche utilise un protocole, soit un ensemble de règles de communication.
La couche est enveloppée dans la couche sous-jacente. On parle alors d’encapsulation.
On utilisera principalement le modèle TCP/IP pour expliquer les communications au niveau logique. Le modèle OSI n’a plus d’intérêt que dans sa distinction entre la couche L1 et la couche L2 au niveau de la couche d’accès au réseau.
¶ Avantages d’un modèle de communication en couches
Un modèle de communication en couches dispose de plusieurs avantages :
- Il permet de mieux comprendre le véritable fonctionnement des communications. Il est utile à l’apprentissage.
- Il est utile au diagnostic et au dépannage.
- Il permet de développer ou d’adapter de nouvelles fonctionnalités sans à revoir l’ensemble du modèle. Les modifications peuvent intervenir uniquement sur le protocole de la couche concernée.
- Il favorise l’interopérabilité entre différents matériels, technologies et constructeurs. Il favorise la croissance du marché dans le secteur des infrastructures et de services IT.
¶ Modèles de communication utilisés dans ce document
On discutera dans ce document de quelques modèles de communication :
- Le modèle TCP/IP qui implémente les technologies les plus courantes.
- Le modèle OSI qui sert de référence académique et qui trouve des correspondances par rapport aux technologies TCP/IP, LAN et WAN.
- Les technologies LAN (Ethernet, Wi-Fi) et les technologies WAN (PPP, PPPoE, GRE, VPN) qui disposent de leur propre modélisation au niveau des couches dites “basses”, soit proches du signal physique dans les couches Physique (L1) et Liaison de données (L2).
¶ Protocoles TCP/IP
Les protocoles TCP/IP relèvent de la “logique”, du logiciel, où d’une part, l’Internet Protocol (IP) identifie les noeuds de communication à travers l’interréseau et les meilleurs chemins, et où d’autre part, TCP ou UDP assurent la fonction de transport de bout en bout alors qu’un protocole de couche application rend un service de communication.
C’est la technologie “Internet” qui utilise la pile des protocoles TCP/IP qui permet que des services comme Facebook, Google ou encore Amazon puissent fonctionner. C’est grâce à TCP/IP que nous pouvons tous les jours aller sur Internet.
IP pour Internet Protocol, dans sa version 4 ou sa version 6, est celui qui permet d’identifier l’interface de communication de n’importe quels ordinateurs dans le monde et d’acheminer des paquets de données d’une extrémité du globle à une autre. TCP (Transmission Control Protocol) est celui qui permet de maintenir un canal fiable entre deux points IP. Son équivalent sans fiabilité et sans connexion est UDP (User Datagram Protocol). TCP et UDP transportent des protocoles applicatifs comme HTTPS ou DNS. Ces protocoles applicatifs sont utilisés par nos logiciels pour transporter des pages Web, des images, du son, bref n’importe quel type de données.
¶ Protocoles LAN et WAN
Les technologies et protocoles LAN/WAN relèvent du matériel/physique. Elles assurent le **transport et la livraison physique **des données sur les liaisons locales avec les technologies :
- LAN : Technologies au sein des réseaux locaux (confinés localement, rapides et permanents) : Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, WiMax, etc.
- WAN : Technologies qui interconnectent les routeurs, points intermédiaires de connectivité, plus lentes et couvrant de longues distances : xDSL/PPPoE, Metro-Ethernet, DOCSIS, LTE, 3G/4G/5G, Satelite, HDLC, Frame-Relay, ATM, … mais aussi les connexions VPN.
Ces technologies disposent de leur qualification “Wireless” avec WPAN, WLAN, WWAN.
Les technologies LAN, WAN, PAN, WLAN, WPAN, WWAN sont dites des technologies d’accès, car elles permettent d’accéder aux réseaux qui autorisent des connexions de bout en bout d’une extrémité à l’autre du globe, a priori en TCP/IP.
Si cette distinction fondamentale LAN/WAN tient essentiellement à la portée des technologies ou à leur usage, ce sont aussi d’autres critères comme l’origine de leur standardisation qui les opposent dans les rôles ou leurs objectifs.
