Introduction et services fournis par la couche réseau

La couche réseau de modèle TCP/IP est responsable de la livraison d'hôte à hôte des datagrammes. Elle fournit des services à la couche transport et reçoit des services de la couche liaison de données.

Contrairement aux couches de transport et d'application, il existe une partie de la couche réseau dans chaque hôte et routeur du réseau. Pour cette raison, les protocoles de couche réseau sont parmi les plus difficiles (et donc parmi les plus intéressants !) dans la pile de protocoles.

La figure ci-dessous montre la communication entre Mostafa et Sara au niveau de la couche réseau.

La figure montre qu'Internet est constitué de nombreux réseaux (ou liens) connectés via les périphériques de connexion. En d'autres termes, Internet est un inter-réseau, une combinaison de LAN et de WAN. Pour mieux comprendre le rôle de la couche réseau (ou de la couche inter-réseau), nous devons penser aux périphériques de connexion (routeurs ou commutateurs) qui relient les LAN et les WAN.

Comme le montre la figure, la couche réseau est impliquée au niveau de l'hôte source, de l'hôte de destination et de tous les routeurs du chemin (R1, R2 et R3). Au niveau de l'hôte source (Mostafa), la couche réseau accepte un paquet d'une couche transport, encapsule le paquet dans un datagramme et délivre le paquet à la couche liaison de données. Au niveau de l'hôte de destination (Sara), le datagramme est décapsulé et le paquet est extrait et livré à la couche de transport correspondante. Bien que les hôtes source et de destination soient impliqués dans les cinq couches du modèle TCP/IP, les routeurs utilisent trois couches s'ils acheminent uniquement des paquets ; cependant, ils peuvent avoir besoin des couches de transport et d'application à des fins de contrôle. Un routeur dans le chemin est normalement représenté avec deux couches de liaison de données et deux couches physiques car il reçoit un paquet d'un réseau et le transmet à un autre réseau.

Mise en paquets

Le premier service essentiel de la couche réseau est sans aucun doute la mise en paquets : encapsulation de la charge utile (données reçues de la couche supérieure) dans un paquet de la couche réseau à la source et décapsule la charge utile du paquet de la couche réseau à la destination. En d'autres termes, la couche réseau transporte une charge utile de la source à la destination sans la modifier ni l'utiliser. La couche réseau fait le service d'un transporteur tel que le bureau de poste, qui est responsable de la livraison des colis d'un expéditeur à un destinataire sans modifier ou utiliser le contenu.

L'hôte source reçoit la charge utile d'un protocole de couche supérieure, ajoute un en-tête contenant les adresses source et de destination et d'autres informations requises par le protocole de couche réseau et transmet le paquet à la couche de liaison de données. La source n'est pas autorisée à modifier le contenu de la charge utile, sauf si elle est trop volumineuse pour la livraison et doit être fragmentée.

L'hôte de destination reçoit le paquet de couche réseau de sa couche de liaison de données, décapsule le paquet et transmet la charge utile au protocole de couche supérieure correspondant. Si le paquet est fragmenté à la source ou aux routeurs le long du chemin, la couche réseau est chargée d'attendre que tous les fragments arrivent, de les réassembler et de les transmettre au protocole de couche supérieure.

Les routeurs du chemin ne sont pas autorisés à décapsuler les paquets qu'ils ont reçus, sauf si les paquets doivent être fragmentés. Les routeurs ne sont pas non plus autorisés à modifier les adresses source et de destination. Ils inspectent simplement les adresses dans le but de transmettre le paquet au prochain réseau sur le chemin. Cependant, si un paquet est fragmenté, l'en-tête doit être copié dans tous les fragments et certaines modifications sont nécessaires.

Routage et transmission

D'autres fonctions de la couche réseau, qui sont aussi importantes que la première, sont le routage et la transmission, qui sont directement liés les uns aux autres.

Routage

La couche réseau est responsable du routage du paquet de sa source à sa destination. Un réseau physique est une combinaison de réseaux (LAN et WAN) et de routeurs qui les connectent. Cela signifie qu'il existe plusieurs itinéraires de la source à la destination. La couche réseau est chargée de trouver la meilleure parmi ces routes possibles. La couche réseau doit avoir des stratégies spécifiques pour définir le meilleur itinéraire. Dans Internet aujourd'hui, cela se fait en exécutant certains protocoles de routage pour aider les routeurs à coordonner leurs connaissances sur le voisinage et à proposer des tables cohérentes à utiliser lorsqu'un paquet arrive. Les protocoles de routage doivent être exécutés avant toute communication.

Transmission

Si le routage consiste à appliquer des stratégies et à exécuter certains protocoles de routage pour créer les tables de décision de chaque routeur, la transmission peut être définie comme l'action appliquée par chaque routeur lorsqu'un paquet arrive sur l'une de ses interfaces. La table de décision qu'un routeur utilise normalement pour appliquer cette action est parfois appelée table de transmission et parfois table de routage. Lorsqu'un routeur reçoit un paquet de l'un de ses réseaux attachés, il doit transférer le paquet à un autre réseau attaché (dans le cas d'un routage unicast) ou à certains réseaux attachés (dans le cas d'un routage multicast). Pour prendre cette décision, le routeur utilise un élément d'information dans l'en-tête du paquet, qui peut être l'adresse de destination ou une étiquette, pour trouver le numéro d'interface de sortie correspondant dans la table de transmission.