La couche Transport (OSI Layer 4) : Fonctions, Protocoles et Mécanismes
La couche Transport (Couche 4) est le cœur de la communication de bout en bout dans le modèle OSI. Elle se situe entre la couche Réseau (routage) et la couche Application (programmes utilisateurs), fournissant une communication logique entre des processus (pas seulement des hôtes) à travers un réseau.
Responsabilités principales
- Livraison processus-à-processus (Adressage par ports) : Utilise des numéros de port 16 bits pour identifier les applications émettrice/réceptrice (ex. : HTTP=80, HTTPS=443, DNS=53). Permet le multiplexage/démultiplexage.
- Segmentation et réassemblage : Coupe les données d'application en segments gérables (TCP) ou datagrammes (UDP) avec numéros de séquence pour réassemblage à destination.
- Gestion de connexion : Établit, maintient, termine les connexions logiques (TCP : handshake 3 voies SYN, SYN-ACK, ACK).
- Fiabilité (Contrôle d'erreur) : TCP fournit : sommes de contrôle, accusés de réception (ACK), retransmission (timeout/retransmission rapide), détection doublons, mise en tampon hors ordre.
- Contrôle de flux : Le récepteur annonce une taille de fenêtre (fenêtre glissante) pour éviter la saturation de l'émetteur. TCP utilise un contrôle de flux basé sur des crédits.
- Contrôle de congestion : L'émetteur déduit la congestion réseau (pertes, marques ECN) et réduit son débit. Algorithmes TCP : Tahoe, Reno, NewReno, CUBIC (défaut Linux), BBR (Google).
- Support Qualité de Service (QoS) : Marquage DSCP, ECN, files de priorité (DiffServ).
Protocoles clés
| Protocole | Type | Fiabilité | Ordre | Contrôle flux/congestion | Cas d'usage |
|---|---|---|---|---|---|
| TCP (Transmission Control Protocol) | Orienté connexion | Oui (ACK/retransmission) | Oui (numéro séquence) | Oui (fenêtre glissante, CUBIC/BBR) | Web, email, SSH, FTP, bases de données, la plupart apps |
| UDP (User Datagram Protocol) | Sans connexion | Non (best-effort) | Non | Non | DNS, VoIP, streaming vidéo, gaming, IoT, DHCP |
| SCTP (Stream Control Transmission Protocol) | Orienté connexion | Oui | Oui (par flux) | Oui | Télécom (SIGTRAN), multihoming, canaux data WebRTC |
| DCCP (Datagram Congestion Control Protocol) | Orienté connexion | Non | Non | Oui (congestion seulement) | Streaming média, apps temps réel nécessitant contrôle congestion |
| QUIC (Quick UDP Internet Connections) | Orienté connexion (sur UDP) | Oui (intégré) | Oui (flux) | Oui (modulaire, défaut CUBIC) | HTTP/3, web moderne, gRPC, apps faible latence |
Structure segment TCP (simplifiée)
0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Port Source | Port Destination | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Numéro de séquence | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Numéro d'acquittement | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Données |U|A|P|R|S|F| | Décalage| Réservé |R|C|S|S|Y|I| Fenêtre | | | | | | | | | | | | |G|K|H|T|N|N| | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Somme de contrôle | Pointeur urgent | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Options (MSS, WS, SACK, TS...) | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Données | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Datagramme UDP (overhead minimal)
0 7 8 15 16 23 24 31 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Port Source | Port Dest | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | Longueur | Somme de contrôle | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | | | Données | | | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
Plages de numéros de port
- 0–1023 : Bien connus (système/privilégiés)
- 1024–49151 : Enregistrés (assignés IANA)
- 49152–65535 : Éphémères (côté client dynamique)
Évolution moderne
- QUIC/HTTP/3 : Déplace la logique transport en user-space (UDP), intègre TLS 1.3, élimine le blocage head-of-line, handshake plus rapide (0-RTT).
- TCP BBR : Contrôle de congestion basé modèle (estimation bande passante/RTT) remplace CUBIC basé pertes.
- Multipath TCP (MPTCP) : Utilise plusieurs chemins (Wi-Fi + LTE) simultanément.
- API Transport Services (IETF) : Abstrait le choix du transport pour les applications.
La couche transport transforme une livraison de paquets hôte-à-hôte non fiable en communication processus-à-processus fiable (ou intentionnellement non fiable) — permettant tout l'écosystème applicatif.