Commutation de paquets

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La commutation de paquets, ou commutation par paquets, aussi appelée commutation d'étiquettes, est une technique de commutation utilisée pour le transfert de données dans les réseaux informatiques[1], une autre technique étant la commutation de circuits.

La commutation par paquets est une méthode de regroupement de données qui sont transmises sur un réseau numérique sous forme de paquets composés d'un en-tête et d'une charge utile. Les données de l'en-tête sont utilisées par le matériel de mise en réseau pour diriger le paquet vers sa destination où la charge utile est extraite et utilisée par le logiciel d'application. La commutation par paquets est la base première des communications de données dans les réseaux informatiques du monde entier.

Au début des années 1960, l'informaticien américain Paul Baran a développé le concept "Distributed Adaptive Message Block Switching" dans le but de fournir une méthode de routage efficace et tolérante aux pannes pour les messages de télécommunication dans le cadre d'un programme de recherche de la RAND Corporation, financé par le Département de la Défense des États-Unis. Ce concept contrastait et contredisait les principes alors établis de pré-attribution de la largeur de bande d'un réseau, largement renforcée par le développement des télécommunications dans le système Bell aux États-Unis. Le nouveau concept a trouvé peu de résonance chez les personnes chargées de la mise en œuvre des réseaux jusqu'au travail indépendant de l'informaticien britannique Donald Davies au National Physical Laboratory (Royaume-Uni) en 1965. Davies est crédité d'avoir inventé le nom moderne de « commutation par paquets » et d'avoir inspiré de nombreux réseaux de commutation par paquets dans la décennie suivante, y compris l'incorporation du concept au début d'ARPANET aux États-Unis.

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Cette technique de commutation est fondée sur le découpage des données pour permettre une utilisation rationnelle du réseau. En effet, contrairement à la commutation de circuits les ressources ne sont réservées que durant leur utilisation effective (par exemple: le temps de transfert d'un paquet). Chaque paquet est composé d'un en-tête contenant des informations sur son contenu et sa destination, qui permet au commutateur d'aiguiller le paquet sur le réseau vers son point final[2].

La décision de commutation repose donc sur un des champs de la PDU (Protocol Data Unit, terme générique d'origine ISO désignant une trame, une cellule, un paquet, un datagramme, un segment, etc.), appelé étiquette, à acheminer : le commutateur qui reçoit une PDU extrait l'étiquette et va rechercher dans sa table de commutation l'entrée qui correspond à l'interface sur laquelle il a reçu la PDU et à la valeur de l'étiquette. Ceci permet au commutateur de trouver le numéro de l'interface sur laquelle il va transmettre la PDU et, éventuellement, la nouvelle valeur de l'étiquette :

  • dans un routeur, l'étiquette en question est l'adresse de destination contenue dans l'en-tête IP, et elle ne change pas en cours de route. Il en va de même dans un commutateur ethernet où l'étiquette est l'adresse MAC de destination ;
  • dans un commutateur X.25, FR, ATM, MPLS, il s'agit de mode connecté et l'étiquette correspond à une connexion, mais sa valeur change à chaque traversée de commutateur.

Concept[modifier | modifier le code]

Une définition simple de la commutation de paquets est :

« Le routage et le transfert de données au moyen de paquets adressés de sorte qu'un canal est occupé pendant la transmission du paquet seulement, et une fois la transmission terminée, le canal est mis à disposition pour le transfert d'autres trafics. » 

La commutation par paquets permet de fournir des flux de données à débit binaire variable, réalisés sous forme de séquences de paquets, sur un réseau informatique qui alloue les ressources de transmission selon les besoins à l'aide de techniques de multiplexage statistique ou d'allocation dynamique de bande passante. Lorsqu'ils traversent les nœuds du réseau, tels que les commutateurs et les routeurs, les paquets sont reçus, mis en mémoire tampon, mis en file d'attente et transmis (stockés et transférés), ce qui entraîne une latence et un débit variables en fonction de la capacité de la liaison et de la charge de trafic sur le réseau.

La commutation par paquets contraste avec un autre paradigme de réseau principal, la commutation de circuits, une méthode qui pré-alloue de la bande passante du réseau, dédiée spécifiquement à chaque session de communication ; chacune ayant un débit binaire constant et une latence garantie entre les nœuds. Dans le cas des services facturables, comme les services de communication cellulaire de premières générations, la commutation de circuits était caractérisée par une redevance par unité de temps de connexion, même lorsque aucune donnée n'est transférée, tandis que la commutation par paquets peut être caractérisée par une redevance par unité d'information transmise, comme les caractères, les paquets ou les messages.

La communication en mode paquet peut être mise en œuvre avec ou sans nœuds de transfert intermédiaires (commutateurs de paquets ou routeurs). Les paquets sont normalement acheminés par les nœuds de réseau intermédiaires de manière asynchrone en utilisant la méthode du premier entré, premier sorti, mais ils peuvent être acheminés selon une certaine discipline de planification pour une file d'attente équitable, la mise en forme du trafic ou pour une qualité de service différenciée ou garantie, comme une file d'attente équitable pondérée ou un seau qui fuit. Dans le cas d'un support physique partagé tels que la radio (Wi-Fi par exemple) ou l'Ethernet 10BASE5, les paquets peuvent être livrés selon un schéma de multiplexage à accès multiple.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]