Principes de la superposition de protocoles

Un protocole définit le format et l'ordre des messages échangés entre deux ou plusieurs entités communicantes, ainsi que les actions prises sur la transmission et/ou la réception d'un message ou autre événement.

Internet, et les réseaux informatiques en général, font un usage intensif des protocoles. Différents protocoles sont utilisés pour accomplir différentes tâches de communication.

Dans la communication de données et la mise en réseau, un protocole définit les règles que l'expéditeur et le destinataire et tous les appareils intermédiaires doivent suivre pour pouvoir communiquer efficacement. Lorsque la communication est simple, nous n'avons peut-être besoin que d'un seul protocole simple ; lorsque la communication est complexe, nous pouvons avoir besoin de répartir la tâche entre différentes couches, auquel cas nous avons besoin d'un protocole à chaque couche, ou d'une superposition de protocoles.

Supposons que deux amis situés dans des villes différentes souhaitent échanger des idées sur un nouveau projet. Ils décident de poursuivre leur conversation en utilisant le courrier ordinaire via le bureau de poste. Cependant, ils ne veulent pas que leurs idées soient révélées par d'autres personnes si les lettres sont interceptées. Ils s'accordent sur une technique de cryptage/décryptage (nous discuterons de ces techniques plus tard). L'expéditeur de la lettre la crypte pour la rendre illisible par un intrus ; le destinataire de la lettre la décrypte pour obtenir la lettre originale.

Maintenant, nous pouvons dire que la communication entre Mostafa et Sara se déroule en trois couches, comme le montre la figure ci-dessous. Nous supposons que Mostafa et Sara ont chacun trois machines qui peuvent effectuer la tâche à chaque couche.

Supposons que Mostafa envoie la première lettre à Sara. Mostafa parle à la machine de la troisième couche comme si la machine était Sara et l'écoutait. La machine de troisième couche écoute ce que dit Mostafa et crée le texte en clair, qui est transmis à la machine de deuxième couche. La machine de la deuxième couche prend le texte en clair, le crypte et crée le texte chiffré, qui est transmis à la machine de la première couche. La machine de la première couche, vraisemblablement un robot, prend le texte chiffré, le met dans une enveloppe, ajoute les adresses de l'expéditeur et du destinataire et l'envoie par la poste.

Au côté de Sara, la machine de première couche récupère la lettre dans la boîte aux lettres de Sara, reconnaissant la lettre de Mostafa par l'adresse de l'expéditeur. La machine sort le texte chiffré de l'enveloppe et le délivre à la machine de deuxième couche. La machine de deuxième couche décrypte le message, crée le texte en clair et transmet le texte en clair à la machine de troisième couche. La machine de la troisième couche prend le texte en clair et le lit comme si Mostafa parlait.

L'un des avantages de la superposition de protocoles est qu'elle nous permet de séparer les services de l'implémentation. Une couche doit pouvoir recevoir un ensemble de services de la couche inférieure et fournir les services à la couche supérieure ; nous ne nous soucions pas de la façon dont la couche est implémentée. Par exemple, Mostafa peut décider de ne pas acheter la machine (robot) pour la première couche ; elle peut faire le travail elle-même. Tant que Mostafa peut effectuer les tâches fournies par la première couche, dans les deux sens, le système de communication fonctionne.

Un autre avantage de la superposition de protocoles, qui n'est pas visible dans notre exemple mais qui se révèle lorsque nous discutons de la superposition de protocoles sur Internet, est que la communication n'utilise pas toujours seulement deux systèmes d'extrémité ; il existe des systèmes intermédiaires qui n'ont besoin que de quelques couches, mais pas de toutes les couches. Si nous n'utilisions pas la superposition de protocoles, nous serions obligés de rendre chaque système intermédiaire aussi complexe que les systèmes finaux, ce qui rendrait l'ensemble du système plus coûteux.

Y a-t-il un inconvénient à la superposition de protocoles ? On peut affirmer qu'avoir une seule couche rend le travail plus facile. Il n'est pas nécessaire que chaque couche fournisse un service à la couche supérieure et fournisse un service à la couche inférieure. Par exemple, Sara et Mostafa pourraient trouver ou construire une machine capable d'effectuer les trois tâches. Cependant, si un jour ils découvraient que leur code était cassé, chacun devrait remplacer toute la machine par une nouvelle au lieu de simplement changer la machine de la deuxième couche.

Il existe deux principes de superposition de protocoles :

•  Premier principe dit que si nous voulons une communication bidirectionnelle, nous devons faire en sorte que chaque couche soit capable d'effectuer deux tâches opposées, une dans chaque direction. Par exemple, la tâche de la troisième couche consiste à écouter (dans un sens) et à parler (dans l'autre sens). La deuxième couche doit pouvoir crypter et décrypter. La première couche doit envoyer et recevoir du courrier.
•  Le deuxième principe que nous devons suivre dans la superposition de protocoles est que les deux objets sous chaque couche sur les deux sites doivent être identiques. Par exemple, l'objet sous la couche 3 sur les deux sites doit être une lettre en texte clair. L'objet sous la couche 2 sur les deux sites doit être une lettre de texte chiffré. L'objet sous la couche 1 sur les deux sites doit être un courrier.

Nous pouvons penser à une connexion logique entre chaque couche, comme le montre la figure ci-dessous. Cela signifie que nous avons une communication de couche à couche. Mostafa et Sara peuvent penser qu'il existe une connexion logique (imaginaire) à chaque couche à travers laquelle ils peuvent envoyer l'objet créé à partir de cette couche. Nous verrons que le concept de connexion logique nous aidera à mieux comprendre la tâche de superposition que nous rencontrons dans la communication de données et réseaux.