Technologies de communication et Internet

Un protocole protocole est un ensemble de règles régissant la façon dont les appareils communiquent. Les deux extrémités doivent suivre les mêmes règles, sinon les signaux d'un côté sont sans sens pour l'autre. Les protocoles définissent le format des données (où se situent les adresses et le contenu utile), l'ordre des messages (qui parle en premier, quand accuser réception), le sens de chaque message, la temporisation (délais de temporisation, retransmissions) et que faire en cas d'erreur. Sans protocole convenu, la communication échoue — comme deux personnes parlant des langues différentes sans traducteur.

"Expliquer pourquoi les protocoles sont essentiels pour la communication entre ordinateurs" (trois points). (1) Un protocole est un ensemble de règles convenu par l'expéditeur et le récepteur ; (2) sans cela, les deux ordinateurs interpréteraient les données différemment (format, ordre, sens de chaque partie), donc le message ne pourrait pas être compris ; (3) il permet à des ordinateurs de types et fabricants différents de communiquer, car tout le monde implémente la même norme. Mentionner ce que couvrent les règles : le format des données, l'ordre des messages, la détection et la récupération d'erreurs, ainsi que la vitesse ou la temporisation.

Le réseautage est complexe, donc il est divisé en couches couches, chacune ayant une tâche focalisée, ne parlant qu'à la couche supérieure et inférieure. Avantages : modularité modularité (remplacer une couche — par exemple Ethernet par Wi-Fi — sans toucher aux autres), standardisation (interopérabilité des fournisseurs) et abstraction abstraction (vous ignorez les détails gérés ailleurs). Internet utilise la suite de protocoles TCP/IP suite de protocoles (4 couches).

La finalité de chaque couche, selon les termes du corrigé. Couche application : fournit les protocoles que les applications utilisateurs utilisent (HTTP pour le web, SMTP pour l'email) et l'interface entre l'application et le réseau ; elle produit les données à envoyer et les transmet à la couche transport. Couche transport : établit la connexion bout en bout, découpe les données en paquets (segments) et ajoute des numéros de port et des numéros de séquence ; à réception, elle réassemble les paquets dans l'ordre et demande ceux qui manquent (TCP), ou envoie sans ces garanties (UDP). Couche Internet : ajoute les adresses IP source et destination pour former des paquets IP (datagrammes) et les route à travers les réseaux via des routeurs ; elle ne garantit pas la livraison. Couche liaison : ajoute les adresses MAC et les bits de vérification d'erreur pour former une trame et transmet les bits sur le réseau local physique (Ethernet ou Wi-Fi) via la carte d'interface réseau. « Compléter la pile » signifie ces quatre couches, dans cet ordre, de haut en bas : Application, Transport, Internet, Liaison.

« Décrivez comment la suite TCP/IP est appliquée lors de l'envoi d'un message d'une hôte à une autre » (cinq points). Chez l'expéditeur, le message passe vers le bas de la pile : (1) la couche application produit les données en utilisant un protocole tel que HTTP ou SMTP ; (2) la couche transport le découpe en paquets et ajoute un en-tête avec les numéros de port et un numéro de séquence ; (3) la couche internet ajoute un en-tête avec les adresses IP source et destination et choisit le chemin ; (4) la couche liaison ajoute les adresses MAC du prochain appareil et envoie la trame sur le lien physique. Les routeurs沿途 lisent l'en-tête de la couche internet et acheminent chaque paquet. Chez le récepteur, la trame passe vers le haut de la pile : chaque couche retire et traite son propre en-tête, la couche transport réassemble les paquets dans l'ordre des numéros de séquence et demande ceux qui manquent, et la couche application présente le message. Le même protocole à chaque couche aux deux extrémités est ce qui rend l'échange possible.

Couche application

La couche application 应用层 offre des services aux programmes utilisateurs et définit les protocoles qu'ils utilisent (HTTP pour le web, SMTP pour l'email). C'est là qu'un programmeur travaille le plus souvent.

Couche transport

La couche transport 传输层 livre les données bout en bout entre les processus, identifiés par des numéros de port 端口号. Deux protocoles :

• TCP 传输控制协议 — orienté connexion 面向连接 : établit une connexion, s'assure que toutes les données arrivent dans l'ordre, retransmet les paquets 数据包 perdus, contrôle le débit. Fiable mais avec une charge. Utilisé par HTTP, HTTPS, SMTP, FTP.
• UDP 用户数据报协议 — sans connexion 无连接 : envoie et oublie, sans accusés de réception ni ordonnancement. Faible charge, aucune garantie. Utilisé pour le streaming, DNS et le gaming, où la vitesse prime sur la fiabilité.

Couche Internet

La couche Internet 网络层 transporte des paquets entre les hôtes en utilisant IP. Chaque paquet a une adresse IP source et une adresse IP destination IP地址, et des routeurs 路由器 le font avancer. Elle ne garantit pas la livraison — c'est le rôle de TCP.

Un routeur domestique assure cette fonction pour votre maison : il lit l'adresse de destination de chaque paquet et l'envoie vers l'internet, et retour vers le bon appareil.

Avant que le routeur n'accède à l'internet plus vaste, un modem 调制解调iroise relie la maison à l'opérateur internet via son câble ou sa ligne téléphonique. Ses voyants indiquent que le lien est actif et en ligne.

Couche liaison

La couche liaison 链路层 envoie des bits sur un lien physique (Ethernet, Wi-Fi). Elle ajoute un en-tête de trame avec des adresses MAC MAC地址 et gère l'accès au support (ex. CSMA/CD 载波侦听多路访问/冲突检测 sur Ethernet).

Sur un réseau local filaire, un interrupteur 交换机 relie plusieurs appareils. Chaque appareil se branche dans un port avec un câble Ethernet (connecteur RJ45), et le switch utilise les adresses MAC dans chaque trame pour l'envoyer uniquement au bon port.

Le lien physique peut être un fil cuivre, un signal radio (Wi-Fi) ou un câble à fibre optique 光纤. Dans un câble à fibre optique, les bits voyagent sous forme de flashes de lumière à travers de très fines tiges de verre, ce qui est rapide et permet de transporter des données sur de longues distances.

Un lien radio peut atteindre beaucoup plus loin. Un parabolique satellite 卫星天线 envoie et reçoit des signaux radio vers et depuis un satellite, transportant des données vers des endroits que les liens filaires ne peuvent pas facilement atteindre.

• HTTP 超文本传输协议 — les navigateurs récupèrent des pages web auprès de serveurs (via TCP, port 80). HTTPS est HTTP sur TLS — chiffré, port 443.
• FTP 文件传输协议 — transfère des fichiers entre client et serveur.
• SMTP 简单邮件传输协议 — envoie l'email entre client et serveur, et entre serveurs. La réception utilise POP3 ou IMAP.
• POP3 — télécharge l'email et le supprime généralement du serveur. IMAP — laisse l'email sur le serveur et le synchronise sur tous les appareils, afin que la même boîte de réception apparaisse partout.
• BitTorrent — un protocole pair-à-pair 对等网络 ; un fichier est divisé en morceaux téléchargés depuis de nombreux pairs en parallèle, de sorte qu'aucun serveur unique ne porte toute la charge.

La finalité de chaque protocole, selon les termes qui rapportent des points.

Interrogé sur les deux protocoles email, donnez SMTP pour l'envoi et POP3 ou IMAP pour la réception ; si on vous demande de décrire IMAP, précisez que les messages restent sur le serveur et sont synchronisés sur les appareils, ce qui diffère de POP3.

« Décrivez comment les fichiers sont partagés en utilisant le protocole BitTorrent » (quatre points). (1) Le fichier est découpé en morceaux (généralement 256 Ko chacun), et un petit fichier torrent les décrit (leurs hash) et nomme un traceur 追踪器. (2) Un pair voulant le fichier contacte le traceur, qui conserve une liste des pairs dans la grappe 群 partageant actuellement ce fichier. (3) Le pair télécharge différents morceaux de nombreux pairs en même temps, et dès qu'il détient un morceau, il l'envoie vers les autres ; un pair ayant le fichier entier est un seed 种子, un autre qui télécharge encore est un leecher. (4) Lorsque tous les morceaux sont réunis, ils sont réassemblés et vérifiés contre les hashes. « Expliquez ce que signifie le partage de fichiers pair-à-pair » : il n'y a pas de serveur central contenant le fichier ; chaque ordinateur est à la fois un client et un serveur, téléchargeant de et envoyant vers les autres, de sorte que la charge et la bande passante sont réparties sur la grappe et plus il y a de pairs, plus c'est rapide.

Commutation de circuit

Un chemin dédié est établi entre les deux extrémités avant tout envoi de données (commutation de circuit 电路交换), réservé pour toute la conversation, puis libéré. Il offre une bande passante réservée 带宽 et une livraison dans l'ordre, mais est inefficace pendant les silences et lent à mettre en place. Exemple classique : le réseau téléphonique traditionnel.

« Décrivez la commutation de circuit comme méthode de transmission de données » (trois points). (1) Un chemin dédié (circuit) est mis en place entre l'expéditeur et le récepteur avant l'envoi de toute donnée ; (2) le message entier est envoyé le long de ce chemin, dans l'ordre, sous forme de flux continu ; (3) le circuit est réservé pour la durée de la communication et libéré ensuite.

Avantages et inconvénients. Avantages : toute la bande passante du circuit est disponible et garantie ; les données arrivent dans l'ordre sans réassemblage ni délai une fois le circuit établi ; le trajet ne change pas, ce qui rend le timing prévisible (idéal pour la voix et la vidéo en temps réel). Inconvénients : un temps est consacré à l'établissement du circuit avant tout envoi ; le circuit est réservé même lorsque aucune donnée n'est transmise, donc la bande passante est gaspillée et d'autres utilisateurs ne peuvent pas la partager ; les deux extrémités doivent être libres simultanément ; une panne n'importe où sur le chemin coupe tout le appel, et il n'y a pas de route alternative automatique. Où il est approprié : un appel téléphonique ou un lien vidéo en direct, où un flux continu et ininterrompu prime sur l'efficacité.

Commutation par paquets

Les données sont découpées en paquets, chacun envoyé indépendamment (commutation par paquets 分组交换). Chaque paquet porte l'adresse de destination ; les routeurs prennent des décisions par paquet, donc les paquets peuvent emprunter des routes différentes et arriver dans un désordre, et la destination les réassemble. C'est efficace (un lien est multiplexé 多路复用 entre de nombreuses conversations), robuste (réacheminement autour d'une panne), mais présente une latence variable 延迟 et des pertes possibles (TCP gère la fiabilité). Utilisé par Internet.

"Décrivez comment la commutation par paquets est utilisée pour transmettre des messages sur un réseau (quatre points). (1) Le message est découpé en paquets d'une taille maximale fixe ; (2) chaque paquet reçoit un en-tête contenant les adresses source et destination, un numéro de séquence 序号 et une vérification d'erreur ; (3) chaque paquet est envoyé indépendamment et peut emprunter une route différente, choisie par les routeurs qu'il rencontre ; (4) à la destination, les paquets sont réassemblés dans l'ordre grâce aux numéros de séquence, et tout paquet manquant est demandé à nouveau. Si la question exclut la vérification et la réexpédition, omettez la dernière clause.

"Décrivez la fonction d'un routeur dans la commutation par paquets (trois points). Un routeur reçoit un paquet, lit l'adresse IP de destination dans son en-tête, et consulte sa table de routage 路由表 pour décider du prochain saut optimal vers cette destination, en tenant compte du trafic (congestion) et des liens défaillants ; il transmet ensuite le paquet vers ce lien. Les paquets d'un même message peuvent partir par des routes différentes ; le routeur met les paquets en file d'attente lorsqu'un lien est occupé.

"Décrivez deux façons dont la commutation par paquets garantit la réception complète du message." (1) Chaque paquet porte un numéro de séquence, afin que le récepteur puisse remettre les paquets dans l'ordre et identifier ceux qui sont manquants, et (2) le récepteur envoie une acquittement 确认 pour les paquets reçus ; un paquet non acquitté dans un délai imparti est réexpédié par l'expéditeur. Une somme de contrôle 校验和 dans chaque paquet permet au récepteur de détecter un paquet corrompu et de le rejeter, ce qui déclenche sa réexpédition.

Avantages et inconvénients. Avantages : pas de circuit à établir ; les liens du réseau sont partagés par de nombreux messages, donc la bande passante est utilisée efficacement ; les paquets peuvent être réacheminés autour d'un lien défaillant ou congestionné, rendant la transmission robuste ; un paquet perdu ou endommagé nécessite uniquement sa réexpédition, et non celle du message entier. Inconvénients : les paquets peuvent arriver hors ordre et doivent être réassemblés, certains peuvent être perdus ou retardés ; les en-têtes ajoutent une surcharge ; le délai variable le rend moins adapté à la voix et la vidéo en temps réel sans mesures supplémentaires ; un réseau surchargé perd des paquets. Où il est approprié : e-mail, pages web, téléchargements de fichiers et tout trafic « en rafales », et Internet en général.

Les réseaux modernes utilisent la commutation par paquets pour son efficacité et sa résilience.

Quatre différences, énoncées par paires. (1) La commutation par circuit établit un chemin dédié avant l'envoi ; la commutation par paquets envoie sans établir de chemin. (2) Dans la commutation par circuit, le message entier suit une seule route ; dans la commutation par paquets, les paquets peuvent emprunter des routes différentes. (3) La commutation par circuit livre les données dans l'ordre sans réassemblage ; la commutation par paquets nécessite des numéros de séquence pour le réassembler. (4) La commutation par circuit réserve la bande passante pour une conversation même au repos ; la commutation par paquets partage les liens entre de nombreux messages. (Également acceptable : un lien défaillant coupe un circuit mais les paquets sont réacheminés ; la commutation par circuit convient aux flux en temps réel, la commutation par paquets aux données en rafales.) Écrivez chaque différence comme les deux moitiés ; un seul côté ne rapporte rien.

Décrire la commutation par paquets en quelques phrases

Une bonne réponse d'examen : "Le message est découpé en petits paquets. Chaque paquet porte les adresses de destination et source ainsi qu'un numéro de séquence. Chaque paquet traverse le réseau indépendamment, avec des routeurs choisissant le prochain saut par paquet. Les paquets peuvent emprunter des chemins différents et arriver dans un désordre. La destination utilise les numéros de séquence pour réassembler le message, et les paquets manquants peuvent être demandés à nouveau."

Exemple corrigé. Un appel téléphonique et un gros téléchargement de fichier partagent un réseau. Quelle méthode de commutation convient à chacun, et pourquoi ? Un appel téléphonique a besoin d'un flux régulier avec faible latence, et il souffrirait gravement si des fragments arrivaient tard ou hors ordre - donc la commutation par circuit lui convient : un chemin dédié est établi pour tout l'appel et sa capacité est réservée pendant toute la durée. Un téléchargement de fichier ne se soucie pas du timing ou de l'ordre d'arrivée, car le récepteur le réassemble, et il tire profit de la capacité disponible - donc la commutation par paquets lui convient : le fichier est découpé en paquets qui voyagent indépendamment, chacun portant des adresses source et destination et un numéro de séquence, avec des routeurs choisissant un prochain saut par paquet. Nommez la propriété du trafic qui dicte cela : capacité réservée et faible latence pour l'appel, efficacité et résilience pour le téléchargement.

Une question de définition est notée selon un libellé fixe. Apprenez-les exactement et ne donnez qu'une seule réponse.

• Pourquoi les protocoles : règles partagées, même interprétation, quel que soit le type d'ordinateur. Pourquoi les couches : chaque couche a une tâche unique et peut être modifiée indépendamment.
• Les quatre couches dans l'ordre, de haut en bas : Application, Transport, Internet, Liaison. Donnez la tâche de chaque couche en une phrase, et la réponse "message d'hôte à hôte" comme une descente puis une remontée de la pile.
• Les objectifs des protocoles sont des phrases courtes : HTTP pages web, FTP fichiers, SMTP envoi d'e-mail, POP3 téléchargement d'e-mail, IMAP e-mail conservé sur le serveur, BitTorrent pièces pair-à-pair depuis un essaim.
• Commutation par circuit : chemin dédié d'abord, message entier, maintenu pendant la durée. Commutation par paquets : découpé, en-tête avec adresses et numéro de séquence, routes indépendantes, réassemblage. Avantages et inconvénients viennent par paires opposées.
• Un routeur lit l'adresse de destination, consulte sa table de routage, transmet le long du meilleur chemin ; c'est la question sur la commutation par paquets que l'examen pose le plus souvent.
• "Où il est approprié" : commutation par circuit pour un appel téléphonique ou une vidéo en direct ; commutation par paquets pour l'e-mail, le web et les téléchargements.

Erreurs courantes

• Définir un protocole comme un "langage" ou un "logiciel" ; c'est un ensemble de règles.
• Placer les couches dans le mauvais ordre, ou donner les sept couches OSI au lieu des quatre de TCP/IP.
• Décrire la couche transport comme "routage" ou la couche internet comme "découpage en paquets" ; les ports et le découpage appartiennent au transport, les adresses IP et le routage appartiennent à Internet.
• Confondre POP3 avec IMAP, ou dire que SMTP reçoit des e-mails.
• Décrire la commutation par paquets sans l'en-tête (adresses et numéro de séquence) ou sans réassemblage.
• Dire qu'un routeur "envoie le paquet partout" ; il choisit un seul prochain saut depuis sa table de routage.
• Donner un avantage de la commutation par paquets comme un inconvénient de la commutation par circuit sans énoncer le côté commutation par circuit ; chaque différence nécessite les deux moitiés.
• Prétendre que la commutation par paquets garantit la livraison d'elle-même ; ce sont les numéros de séquence et les acquittements de la couche transport qui le font.