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The first and most popular organization of the network layer is the datagram organization. This organization is inspired by the organization of the postal service. Each host is identified by a `network layer address`. To send information to a remote host, a host creates a packet that contains:
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The main objective of the network layer is to allow hosts, connected to different networks, to exchange information through intermediate systems called :term:`router`. The unit of information in the network layer is called a :term:`packet`.
L'objectif principal de la couche réseau est de permettre aux hôtes, connectés à différents réseaux, d'échanger des informations à travers des systèmes intermédiaires appelés :term:`routeurs`. L'unité d'information de la couche réseau est appelée un :term:`paquet`.
Before explaining the operation of the network layer, it is useful to remember the characteristics of the service provided by the `datalink` layer. There are many variants of the datalink layer. Some provide a reliable service while others do not provide any guarantee of delivery. The reliable datalink layer services are popular in environments such as wireless networks where transmission errors are frequent. On the other hand, unreliable services are usually used when the physical layer provides an almost reliable service (i.e. only a negligible fraction of the frames are affected by transmission errors). Such `almost reliable` services are frequently used in wired and optical networks. In this chapter, we will assume that the datalink layer service provides an `almost reliable` service since this is both the most general one and also the most widely deployed one.
Avant d'expliquer le fonctionnement de la couche réseau, il est utile de se rappeler les caractéristiques du service fourni par la couche de `liaison des données`. Il y a plusieurs types de couche de liaison de données. Certains fournissent un service fiable alors que d'autres n'ont aucune garantie de livraison des données. Les couches de liaison de données fiables sont populaires dans des contextes où les erreurs de transmissions sont fréquentes, comme par exemple les réseaux sans fil. D'autre part, les services non fiables sont généralement utilisés là où la couche physique fourni un service quasi fiable (c-à-d. seulement une partie négligeable des frames souffrent d'erreurs de transmission). Ce genre de services `quasi fiables` sont fréquemment utilisés dans les réseaux filaires et optiques. Dans ce chapitre, on considère que les couches de liaison des données fournissent un service `quasi fiable` étant donné que c'est le cas le plus général mais aussi le plus largement déployé.
There are two main types of datalink layers. The simplest datalink layer is when there are only two communicating systems that are directly connected through the physical layer. Such a datalink layer is used when there is a point-to-point link between the two communicating systems. These two systems can be hosts or routers. PPP (Point-to-Point Protocol), defined in :rfc:`1661`, is an example of such a point-to-point datalink layer. Datalink layer entities exchange `frames`. A datalink :term:`frame` sent by a datalink layer entity on the left is transmitted through the physical layer, so that it can reach the datalink layer entity on the right. Point-to-point datalink layers can either provide an unreliable service (frames can be corrupted or lost) or a reliable service (in this case, the datalink layer includes retransmission mechanisms).
Il y a deux principaux types de couches de liaison de données. La couche de liaison de données la plus simple est celle en place lorsqu'il n'y a que deux systèmes communiquant entre eux qui sont directement connectés via la couche physique. Une telle couche de liaison de données est utilisée lorsqu'il y a une liaison point-to-point (point à point) entre les deux systèmes communicants. Ces deux systèmes peuvent être des hôtes ou des routeurs. Le PPP (Point-to-Point Protocol), défini dans le :rfc:`1661`, est un exemple d'une telle couche de liaison de données point-to-point. Les couches de liaison de données échangent des frames. Une :term:`frame` de la couche datalink envoyée par une couche de liaison de données à gauche est transmise à travers la couche physique, de sorte à ce qu'elle puisse atteindre la couche de liaison de données sur la droite. Les couches de liaison de données Point-to-point peuvent soit fournir un service non fiable (les frames pouvant être corrompues ou perdues), soit un service fiable (dans ce cas, la couche de liaison de données inclut des mécanismes de retransmission).
The second type of datalink layer is the one used in Local Area Networks (LAN). Conceptually, a LAN is a set of communicating devices such that any two devices can directly exchange frames through the datalink layer. Both hosts and routers can be connected to a LAN. Some LANs only connect a few devices, but there are LANs that can connect hundreds or even thousands of devices. In this chapter, we focus on the utilization of point-to-point datalink layers. We describe later the organization and the operation of Local Area Networks and their impact on the network layer.
Le second type de couche de liaison de données est celui utilisé dans les réseaux locaux (LAN). Fondamentalement, une LAN est un ensemble de périphériques qui communiquent ensemble de sorte à ce que n'importe quelle paire de périphériques puissent directement échanger des frames à travers la couche de liaison de données. Les hôtes et les routeurs peuvent tous deux être connectés à un réseau LAN. Certaines LAN peuvent accepter seulement quelques périphériques, mais il existe des lan qui peuvent connecter des centaines voire des milliers de périphériques. Dans ce chapitre, nous nous concentrons sur l'utilisation de couches de liaison de données point-to-point. Nous décrirons plus tard l'organisation et la maintenance des réseaux locaux ainsi que leur impact sur la couche réseau.
As a first step, let us assume that we only need to exchange a small amount of data. In this case, there is no issue with the maximum length of the frames. However, there are other more interesting problems that we need to tackle. To understand these problems, let us consider the network represented in the figure below.
Pour commencer, considérons que nous avons besoin d'échanger seulement une petite quantité de données. Dans ce cas, il n'y a pas de problème avec la taille maximale de la frame. Cependant, il y a des problèmes plus intéressants auxquels nous allons devoir nous confronter. Pour comprendre ces problèmes, considérons le réseau représenté dans la figure ci-dessous.
This network contains two types of devices. The hosts, represented with circles and the routers, represented as boxes. A host is a device which is able to send and receive data for its own usage in contrast with routers that most of the time simply forward data towards their final destination. Routers have multiple links to neighboring routers or hosts. Hosts are usually attached via a single link to the network. Nowadays, with the growth of wireless networks, more and more hosts are equipped with several physical interfaces. These hosts are often called `multihomed`. Still, using several interfaces at the same time often leads to practical issues that are beyond the scope of this document. For this reason, we only consider `single-homed` hosts in this e-book.
Ce réseau contient seulement deux types de périphériques. Les hôtes, représentés par des cercles, et les routeurs, représentés par des rectangles. Un hôte est un périphérique capable d'envoyer et recevoir des données pour son propre usage contrairement aux routeurs qui, la plupart du temps, ne se chargent que de relayer les données vers leur destination finale. Les routeurs ont plusieurs connexions à leurs voisins ou hôtes. Ces derniers sont habituellement connecté via une unique liaison au réseau. De nos jours, avec la croissance des réseaux sans fil, de plus en plus d'hôtes sont équipés de plusieurs interfaces de couche physique. Ces hôtes sont souvent appelés `multihomed`. Même si, utiliser plusieurs interfaces en même temps amène souvent en pratique des problèmes qui vont au-delà de ce qui est couvert dans ce document. Pour cette raison, nous ne considérons que des hôtes dits `single-homed` dans cet e-book.
To understand the key principles behind the operation of a network, let us analyze all the operations that need to be performed to allow host `A` in the above network to send one byte to host `B`. Thanks to the datalink layer used above the `A-R1` link, host `A` can easily send a byte to router `R1` inside a frame. However, upon reception of this frame, router `R1` needs to understand that this byte is destined to host `B` and not to itself. This is the objective of the network layer.
Pour comprendre les principes clés derrière la gestion d'un réseau, analysons toutes les opérations à effectuer pour permettre à l'hôte `A` dans le réseau ci-dessus d'envoyer un byte à l'hôte `B`. Grâce à la couche de liaison de données utilisée par-dessus la liaison `A-R1`, l'hôte `A` peut aisément envoyer un byte au routeur `R1` à l'intérieur d'une frame. Cependant, lors de la réception de cette frame, le routeur `R1` doit comprendre que ce byte est destiné à l'hôte `B` et non à lui-même. L'objectif de la couche réseau consiste à gérer cette situation.
To send one byte of information to host `B`, host `A` needs to place this information inside a `packet`. In addition to the data being transmitted, the packet also contains either the addresses of the source and the destination nodes or information that indicates the path that needs to be followed to reach the destination.
Pour envoyer un byte d'information vers l'hôte `B`, l'hôte `A` doit placer cette information à l'intérieur d'un `paquet`. En plus des données transmises, le paquet contient également soit l'adresse de la source et celle du noeud destinataire, soit des informations qui indiquent le chemin à prendre pour atteindre la destination.
There are two possible organizations for the network layer :
Il y a deux organisations possibles pour la couche réseau :
`datagram`
les `datagram`
`virtual circuits`
les `circuits virtuels`
The datagram organization
L'organisation `datagram`
The first and most popular organization of the network layer is the datagram organization. This organization is inspired by the organization of the postal service. Each host is identified by a `network layer address`. To send information to a remote host, a host creates a packet that contains:
La première organisation, et la plus populaire, de la couche réseau est l'organisation par `datagram`. Cette organisation s'inspire de l'organisation du service postal. Chaque hôte est identifié par une `adresse sur la couche réseau`. Afin d'envoyer de l'information à un hôte distant, un hôte crée un paquet qui contient  :
the network layer address of the destination host
l'adresse de l'hôte de destination sur la couche réseau
its own network layer address
sa propre adresse sur la couche réseau
the information to be sent
l'information à envoyer
To understand the datagram organization, let us consider the figure below. A network layer address, represented by a letter, has been assigned to each host and router. To send some information to host `J`, host `A` creates a packet containing its own address, the destination address and the information to be exchanged.
Pour comprendre l'organisation par datagram, considérons la figure ci-dessous. Une adresse sur la couche réseau, représentée par une lettre, a été assignée à chaque hôte et routeur. Pour envoyer de l'information à l'hôte `J`, l'hôte `A` crée un paquet contenant sa propre adresse, l'adresse de destination et l'information à échanger.
With the datagram organization, routers use `hop-by-hop forwarding`. This means that when a router receives a packet that is not destined to itself, it looks up the destination address of the packet in its `forwarding table`. A `forwarding table` is a data structure that maps each destination address (or set of destination addresses) to the outgoing interface over which a packet destined to this address must be forwarded to reach its final destination. The router consults its forwarding table to forward each packet that it handles.
Avec l'organisation datagram, les routeurs utilisent le `hop-by-hop forwarding`. Cela signifie que lorsqu'un routeur reçoit un paquet qui ne lui est pas destiné, il va chercher l'adresse de destination du paquet dans sa `table de forwarding`. Une `table de forwarding` (forwarding table) est une structure de données qui associe à chaque adresse de destination une interface de sortie qu'un paquet destiné à cette adresse doit suivre pour atteindre sa destination finale. Le retoueur consulte sa forwarding table pour transférer chaque paquet à traiter.
The figure illustrates some possible forwarding tables in this network. By inspecting the forwarding tables of the different routers, one can find the path followed by packets sent from a source to a particular destination. In the example above, host `A` sends its packet to router `R1`. `R1` consults its forwarding table and forwards the packet towards `R2`. Based on its own table, `R2` decides to forward the packet to `R5` that can deliver it to its destination. Thus, the path from `A` to `J` is `A -> R1 -> R2 -> R5 -> J`.
La figure illustre quelques forwarding tables possibles dans ce réseau. En inspectant les forwarding tables des différents routeurs, on peut trouver le chemin suivi par les paquets envoyés depuis une source vers une destination particulière. Dans l'exemple ci-dessus, l'hôte `A` envoie son paquet au routeur `R1`. `R1` consulte sa forwarding tables et transmet le paquet vers `R2`. En se basant sur sa propre table, `R2` décide de transmettre le paquet à `R5` qui peut le livrer à sa destination. Ainsi, le chemin de `A` à `J` est `A -> R1 -> R2 -> R5 -> J`.
In a network, a path can be defined as the list of all intermediate routers for a given source destination pair. For a given source/destination pair, the path can be derived by first consulting the forwarding table of the router attached to the source to determine the next router on the path towards the chosen destination. Then, the forwarding table of this router is queried for the same destination... The queries continue until the destination is reached. In a network that has valid forwarding tables, all the paths between all source/destination pairs contain a finite number of intermediate routers. However, if forwarding tables have not been correctly computed, two types of invalid paths can occur.
 
A path may lead to a `black hole`. In a network, a black hole is a router that receives packets for at least one given source/destination pair but does not have an entry inside its forwarding table for this destination. Since it does not know how to reach the destination, the router cannot forward the received packets and must discard them. Any centralized or distributed algorithm that computes forwarding tables must ensure that there are not black holes inside the network.
 
A second type of problem may exist in networks using the datagram organization. Consider a path that contains a cycle. For example, router `R1` sends all packets towards destination `D` via router `R2`. Router `R2` forwards these packets to router `R3` and finally router `R3`'s forwarding table uses router `R1` as its nexthop to reach destination `D`. In this case, if a packet destined to `D` is received by router `R1`, it will loop on the `R1 -> R2 -> R3 -> R1` cycle and will never reach its final destination. As in the black hole case, the destination is not reachable from all sources in the network. In practice the loop problem is more annoying than the black hole problem because when a packet is caught in a forwarding loop, it unnecessarily consumes bandwidth. In the black hole case, the problematic packet is quickly discarded. We will see later that network layer protocols include techniques to minimize the impact of such forwarding loops.
 
Any solution which is used to compute the forwarding tables of a network must ensure that all destinations are reachable from any source. This implies that it must guarantee the absence of black holes and forwarding loops.
 
The `forwarding tables` and the precise format of the packets that are exchanged inside the network are part of the `data plane` of the network. This `data plane` contains all the protocols and algorithms that are used by hosts and routers to create and process the packets that contain user data. On high-end routers, the data plane is often implemented in hardware for performance reasons.
 
Besides the `data plane`, a network is also characterized by its `control plane`. The control plane includes all the protocols and algorithms (often distributed) that compute the forwarding tables that are installed on all routers inside the network. While there is only one possible `data plane` for a given networking technology, different networks using the same technology may use different control planes.
 
The simplest `control plane` for a network is to manually compute the forwarding tables of all routers inside the network. This simple control plane is sufficient when the network is (very) small, usually up to a few routers.
 

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La première organisation, et la plus populaire, de la couche réseau est l'organisation par `datagram`. Cette organisation s'inspire de l'organisation du service postal. Chaque hôte est identifié par une `adresse sur la couche réseau`. Afin d'envoyer de l'information à un hôte distant, un hôte crée un paquet qui contient  :
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