Lorsque vous envoyez un e-mail ou chargez une page Web, vous n’envoyez pas un seul fichier volumineux à travers le monde. Vous envoyez un désordre fragmenté. Cela fonctionne grâce au réseau à commutation de paquets, une infrastructure numérique qui divise les données en morceaux plus petits appelés paquets. Ces morceaux traversent une série de commutateurs, sont acheminés vers leur destination, puis réassemblés par l’ordinateur récepteur. Ce processus est connu sous le nom de stockage et retransmission.
Si Internet ou votre réseau local est en panne, vous êtes probablement confronté à une défaillance de ce mécanisme précis.
Pourquoi la commutation de paquets bat la commutation de circuits
Les réseaux traditionnels utilisent la commutation de circuits. Pensez-y comme à une ligne téléphonique dédiée. Un seul chemin physique est ouvert avec une bande passante fixe et les données circulent séquentiellement sur cette ligne jusqu’à la fin de la conversation. Cela maintient le chemin ouvert, que quelqu’un parle ou non.
La commutation de paquets est différente. Il ne se soucie pas d’un seul chemin dédié. Au lieu de cela, il dirige les paquets vers plusieurs routes disponibles. Chaque commutateur prend une décision basée sur l’efficacité actuelle du réseau. Si un chemin est encombré ou interrompu, les paquets sont simplement redirigés.
Cette conception offre deux avantages majeurs :
* Capacité de canal optimisée.
* Amélioration de la tolérance aux pannes.
Mais il y a un piège. La commutation de paquets est compliquée. Cela nécessite une puissance de traitement importante et de grandes quantités de RAM pour gérer les décisions de routage. Cela peut également introduire des retards. Les paquets peuvent arriver dans le désordre ou certains peuvent être entièrement perdus. En raison de cette complexité, la commutation de paquets est préférable pour les petits fichiers. La commutation de circuits est toujours utilisée pour les transferts importants en temps réel où la latence compte plus que l’efficacité.
L’anatomie d’un paquet de données
Un réseau à commutation de paquets comporte deux composants principaux : les cœurs et les périphéries.
Le noyau est constitué de routeurs et de systèmes de contrôle connectés par des canaux à large bande passante. La périphérie est l’endroit où se trouve votre appareil. Votre système hôte (votre PC, téléphone ou tablette) envoie et reçoit ces paquets.
La communication au sein du noyau repose sur des protocoles. Ce sont des procédures que les expéditeurs et les destinataires utilisent pour communiquer efficacement. L’ensemble collectif de protocoles est appelé pile de protocoles.
Chaque paquet qui traverse le noyau est un datagramme. Il comporte deux parties :
1. En-tête : informations de contrôle, y compris les adresses de l’expéditeur et du destinataire.
2. Payload : les données réelles fournies.
Parfois, ces paquets sont encore plus divisés en unités plus petites. C’est la fragmentation des paquets. Cela se produit lorsque les données sont trop volumineuses pour qu’un lien réseau spécifique puisse les gérer en une seule fois.
Réseaux sans connexion ou orientés connexion
Tous les réseaux paquets ne fonctionnent pas de la même manière. Ils se répartissent généralement en deux catégories : sans connexion et orientés connexion.
Les réseaux sans connexion, également appelés réseaux datagrammes, fonctionnent comme décrit ci-dessus. Les données sont partitionnées, les en-têtes sont attachés et chaque datagramme trouve son propre meilleur itinéraire de la source à la destination. Aucun arrangement préalable n’est nécessaire.
Les réseaux orientés connexion imitent la commutation de circuits. Ils établissent une route dédiée entre l’expéditeur et le destinataire avant que les données ne soient transférées. Cette approche bénéficie des avantages de la commutation de circuits tout en restant sur un réseau numérique. C’est plus structuré mais moins flexible.
L’histoire de la décomposition des données
L’idée n’est pas née avec l’Internet moderne. Tout a commencé avec Paul Baran, ingénieur chez RAND Corporation. Au début des années 1960, l’US Air Force lui a posé une question effrayante : comment un réseau de communications informatiques pourrait-il survivre à une attaque nucléaire ?
Baran a proposé un « routage de la patate chaude ». L’idée était de diviser de grandes unités de données en blocs plus petits. Il a publié sa théorie dans une série d’études entre 1960 et 1962. Il l’a ensuite développée dans une analyse en 11 volumes intitulée Sur les communications distribuées en août 1964.
Le gouvernement et les entreprises privées l’ont ignoré. Ils n’étaient pas encore intéressés par les communications distribuées.
Indépendamment, Donald Davies, informaticien au National Physical Laboratory du Royaume-Uni, est arrivé au même concept. Il a commencé à construire un réseau pour tester l’idée. Baran appelait ses unités des « blocs de messages ». Davies les appelait des « paquets ».
Le terme est resté à cause de Lawrence Roberts. Roberts était directeur chez ARPA (maintenant DARPA). En octobre 1967, lors d’un symposium à Gatlinburg, Tennessee, il découvre le travail de Davies. Roberts a adopté le terme commutation de paquets pour ARPANET. Ce projet finirait par évoluer vers l’Internet que nous connaissons aujourd’hui.
“La commutation de paquets est donc privilégiée pour transmettre des fichiers relativement petits, tandis que la commutation de circuits est toujours utilisée pour les transferts plus importants.”
L’héritage de ces premiers ingénieurs est toujours dans les onglets de votre navigateur. Chaque fois que vous diffusez une vidéo ou téléchargez un fichier, vous comptez sur la logique de stockage et de retransmission imaginée par Baran et Davies pour survivre à la fin du monde. Ou du moins, pour empêcher votre Netflix de se mettre en mémoire tampon lorsque le serveur est occupé.
La guerre froide de la commutation de paquets
Les débuts d’ARPANET ont été définis par une révolution tranquille. Bolt Beranek et Newman, connus sous le nom de BBN, ont construit l’infrastructure en seulement un an. Ils ont repris les concepts abstraits de Paul Baran et Donald Davies et les ont mis en pratique. Le premier test réussi a eu lieu en octobre 1969. Ce n’était pas tape-à-l’œil. Il reliait quatre nœuds : UCLA, Stanford Research Institute, UCSB et l’Université de l’Utah. En 1975, ce nombre était passé à 57.
L’intérêt du public était cependant tiède. Lorsque ARPANET a été présenté à la Conférence internationale sur les communications informatiques en octobre 1972, la réaction a été décevante. L’industrie américaine des communications n’en voyait pas l’intérêt. Certains étaient hostiles. D’autres s’en fichaient.
BBN et Robert Kahn ont vu une ouverture. Ils ont fondé Telenet, un réseau commercial à commutation de paquets. L’idée était simple. Si les grands opérateurs de télécommunications ne le construiraient pas, une entreprise privée le ferait.
Scepticisme mondial et projets nationaux
Les États-Unis n’étaient pas les seuls à expérimenter la commutation de paquets. D’autres pays ont progressé plus rapidement. En novembre 1973, la Poste française annonce TRANSPAC. Le système téléphonique transcanadien suivit avec DATAPAC en octobre 1974. La société japonaise NTT avait également des projets.
La plupart des prestataires sont restés à l’écart. Ils ont regardé. Ils ont attendu. Ils voulaient voir si ces premiers réseaux allaient s’effondrer ou survivre.
Pendant que les gouvernements construisaient leurs propres systèmes isolés, les chercheurs affinaient la technologie de base. Colin Davies a terminé le réseau Mark II en 1973. Il a influencé le Royaume-Uni et une grande partie de l’Europe. Louis Pouzin termine CYCLADES la même année.
“Le réseau CYCLADES de Pouzin a créé des hôtes, plutôt que des cœurs de réseau, responsables de la correction des erreurs.”
Ce changement était crucial. Cela a décentralisé le contrôle. Cela faisait peser la charge de la fiabilité sur les ordinateurs eux-mêmes, et non sur l’infrastructure.
Standardiser le chaos
Cinq pays ont mené la charge : le Canada, la France, le Japon, le Royaume-Uni et les États-Unis. Ils ont été confrontés à un problème de fragmentation. Chaque réseau utilisait des règles différentes. Ils ne pouvaient pas se parler.
Les pourparlers ont commencé en 1975. L’objectif était une interface hôte-réseau standard. Le résultat fut la recommandation X.25 du CCITT. Adoptée en mars 1976, elle unifiait ces systèmes disparates. Elle a marqué l’essor des réseaux de services publics interconnectés.
X.75 a suivi peu de temps après. Il a standardisé la façon dont les réseaux internationaux se connectaient. C’était le précurseur du Web mondial que nous utilisons aujourd’hui. Mais ce n’était pas suffisant.
La percée TCP/IP
En 1979, Bob Kahn dirigeait le Bureau des techniques de traitement de l’information de la DARPA. Le département américain de la Défense disposait de plusieurs réseaux à commutation de paquets. Aucun n’était compatible. C’était une faiblesse stratégique.
Kahn l’a résolu. Il a poussé pour TCP/IP. Cette norme protocolaire avait été imaginée dans un article de 1974 rédigé avec Vincent Cerf. Il a été conçu pour connecter des réseaux incompatibles.
La DARPA l’a adopté. D’autres laboratoires de recherche ont suivi. Le public a fini par l’utiliser. TCP/IP est devenu le fondement d’Internet.
Ce n’était pas inévitable. C’était un choix. Un choix fait alors que personne d’autre ne regardait.
