Protocoles de communication

a) Un protocole de communication est un ensemble de règles communes (format des messages, ordre des échanges, traitement des erreurs) que deux machines appliquent pour pouvoir échanger des données.

b) IP est chargé d'acheminer les paquets : les tâches (2) et (4) relèvent donc d'IP. TCP contrôle l'échange de bout en bout : remettre dans l'ordre grâce aux numéros (1) et faire renvoyer les paquets sans accusé de réception (3) relèvent de TCP.

c) Par exemple : une même liaison peut être partagée entre de nombreux utilisateurs, car les paquets des uns et des autres s'intercalent ; en cas de perte, on ne renvoie que le paquet perdu, pas tout le fichier. (Autre réponse acceptée : les paquets peuvent contourner une panne en changeant de chemin.)

a) 7 250 ÷ 1 200 ≈ 6,04. Six paquets pleins ne transportent que 6 × 1 200 = 7 200 octets : il reste des données, donc il faut un paquet de plus. Il faut 7 paquets.

b) Le dernier paquet contient 7 250 − 7 200 = 50 octets de données.

c) Chacun des 7 paquets a un en-tête de 56 octets : 7 × 56 = 392 octets d'en-têtes. Total transmis : 7 250 + 392 = 7 642 octets.

a) 3 Mo = 3 × 10⁶ octets, et 1 octet = 8 bits : 3 × 10⁶ × 8 = 24 × 10⁶ bits, soit 24 Mbit.

b) $t=\frac{24\text{ Mbit}}{16\text{ Mbit/s}}=1,5$ s. Durée minimale : 1,5 s.

c) $t=\frac{24}{48}=0,5$ s : 0,5 s. Le débit est trois fois plus grand, la durée trois fois plus courte.

d) Le calcul ignore les en-têtes ajoutés à chaque paquet, le temps de trajet des paquets (latence), les retransmissions des paquets perdus et le partage de la connexion avec d'autres utilisateurs.

a) Classés par numéro croissant : 1 « Chaque », 2 « paquet », 3 « peut », 5 « un », 6 « chemin », 7 « différent ». Le numéro 4 est absent : le paquet n° 4 manque (le message complet est « Chaque paquet peut … un chemin différent »).

b) C'est TCP. Les paquets sont numérotés ; le destinataire n'envoie pas d'accusé de réception pour le n° 4, qu'il n'a pas reçu.

c) L'expéditeur attend l'accusé de réception du paquet n° 4. Le délai d'attente écoulé sans accusé, il renvoie le paquet n° 4. Le destinataire ne transmet le message à l'application qu'une fois les 7 paquets réunis et remis dans l'ordre.

d) Chaque paquet est routé indépendamment par IP : le n° 2 a pu emprunter un chemin plus long ou attendre dans la file d'un routeur encombré, tandis que le n° 6 passait par une route plus rapide.

a) Dans l'ordre : application, transport, internet (réseau), accès au réseau.

b) Chaque couche ajoute son en-tête devant ce qu'elle reçoit. Segment TCP : 900 + 20 = 920 octets. Paquet IP : 920 + 20 = 940 octets. Trame Ethernet : 940 + 18 = 958 octets. La trame fait donc bien 958 octets.

c) $\frac{900}{958}\approx 0,9395$, soit 93,9 % de données utiles ; environ 6,1 % du volume sert aux en-têtes.

d) À la réception, les en-têtes sont retirés dans l'ordre inverse de l'envoi : la couche d'accès reçoit la trame la première, elle retire l'en-tête Ethernet, puis IP retire le sien, puis TCP, et l'application reçoit les 900 octets.

a) 2,7 Go = 2,7 × 8 = 21,6 Gbit = 21 600 Mbit.

b) On applique $t=\frac{\text{taille}}{\text{débit}}$ avec des Mbit et des Mbit/s :

ADSL : $\frac{21600}{15}=1440$ s, soit 24 min.
Fibre : 2 Gbit/s = 2 000 Mbit/s, $\frac{21600}{2000}=10,8$ s, soit 10,8 s.
4G : $\frac{21600}{45}=480$ s, soit 8 min.
Satellite : $\frac{21600}{50}=432$ s, soit 7 min 12 s.

c) Une conversation exige que chaque paquet arrive vite : c'est la latence qui compte, plus que le débit. Le satellite géostationnaire, avec 600 ms d'aller-retour (plus d'une demi-seconde), crée des décalages gênants dans le dialogue, alors que son débit dépasse celui de la 4G.

a) Chaque routeur retire 1 : 64 − 11 = 53.

b) Le TTL empêche un paquet de tourner indéfiniment dans le réseau à cause d'une erreur de routage : sans lui, les paquets en boucle s'accumuleraient et satureraient les routeurs.

c) Après 9 routeurs, son TTL vaut 64 − 9 = 55. Chaque passage dans la boucle le diminue de 1 : le routeur qui le fait passer de 1 à 0 est le 55^e routeur supplémentaire. Il traverse donc 55 routeurs de plus, le dernier le détruisant.

d) Le destinataire ne reçoit rien, donc n'envoie pas d'accusé de réception : TCP chez l'expéditeur renvoie le paquet au bout du délai d'attente. Mais tant que la boucle n'est pas corrigée, le paquet renvoyé suit la même route et se perd à son tour : TCP ne peut pas réparer une erreur de routage, ce qui illustre une limite du routage.

a) Taux de perte = paquets perdus ÷ paquets envoyés.
B : $\frac{27}{1800}=0,015$, soit 1,5 %.
C : $\frac{162}{1800}=0,09$, soit 9 %.

b) 180 − 162 = 18 renvois de plus que de pertes initiales. Première explication : des paquets renvoyés ont eux-mêmes été perdus et ont dû être renvoyés une nouvelle fois. Seconde explication : certains paquets sont bien arrivés mais leur accusé de réception s'est perdu ; l'expéditeur, sans confirmation, les a renvoyés inutilement (le destinataire reconnaît le doublon à son numéro et l'écarte).

c) Oui : TCP renvoie chaque paquet non confirmé jusqu'à réception, donc la vidéo arrive complète dans les trois cas. En revanche, la durée passe de 2,1 s à 6,8 s, plus du triple : la transmission est fiable mais sans garantie de délai.

d) En direct, une image doit être affichée au bon moment ; une image renvoyée arriverait trop tard pour servir et retarderait les suivantes, d'où des arrêts. UDP ne renvoie rien : on accepte quelques images dégradées plutôt que des interruptions, ce que décrit le document 2.

a) Les étapes 1, 2, 3, 5 et 6 sont identiques, mais à l'étape 4 les paquets passent par le routeur de Lyon lors de la mesure 1 et par celui de Bordeaux lors de la mesure 2 : le chemin a changé.

b) Le routage relève d'IP : les routeurs choisissent le voisin suivant d'après leurs tables, qui évoluent. Une panne ou un encombrement de la liaison vers Lyon a pu conduire le routeur central de Marseille à envoyer les paquets par Bordeaux. Le réseau a contourné l'obstacle, ce qui est l'un des avantages de la commutation de paquets.

c) Augmentation : 27,0 − 18,1 = 8,9 ms. En pourcentage : $\frac{8,9}{18,1}\approx 0,492$, soit une hausse d'environ 49 %. Le détour par Bordeaux est plus long et la liaison est peut-être plus chargée.

d) Une mesure n'est valable qu'à un instant donné. IP achemine les paquets « au mieux » et TCP garantit seulement que les données arrivent : aucun protocole ne garantit de délai. Le document le prouve : cinq minutes plus tard, le temps est passé à 27,0 ms.

a) Les en-têtes TCP et IP restent les mêmes de bout en bout (seul le TTL de l'en-tête IP diminue à chaque routeur ; en IPv4, la box remplace aussi l'adresse privée de l'ordinateur par son adresse publique) : ils concernent l'échange entre les deux machines extrêmes. L'en-tête de la couche d'accès au réseau change à chaque tronçon : trame Wi-Fi, puis trame adaptée à la fibre, puis trame Ethernet. Chaque équipement retire l'en-tête du support d'arrivée et ajoute celui du support de départ.

b) Paquet IP : 1 348 + 52 = 1 400 octets. Trame Wi-Fi : 1 400 + 34 = 1 434 octets.

c) $\frac{1348}{1434}\approx 0,940$, soit 94,0 % de données utiles.

d) Le navigateur travaille dans la couche application et confie ses données à TCP, puis à IP, qui sont les mêmes quel que soit le support. Seule la couche la plus basse change entre Wi-Fi et câble. C'est l'indépendance d'Internet vis-à-vis du réseau physique : les couches hautes ignorent le support utilisé.