Protocole du bit alterné

Contexte

  • Alice veut envoyer à Bob un message M, qu'elle a prédécoupé en sous-messages M0, M1, M2,...

  • Alice envoie ses sous-messages à une cadence Δt fixée (en pratique, les sous-messages partent quand leur acquittement a été reçu ou qu'on a attendu celui-ci trop longtemps : on parle alors de timeout)

Situation idéale

Dans cette situation, les sous-messages arrivent tous à destination dans le bon ordre. La transmission est correcte.

Situation réelle

Mais parfois, les choses ne se passent pas toujours aussi bien. Car si on maîtrise parfaitement le timing de l'envoi des sous-messages d'Alice, on ne sait pas combien de temps vont mettre ces sous-messages pour arriver, ni même (attention je vais passer dans un tunnel) s'ils ne vont pas être détruits en route.

Le sous-message M0 est arrivé après le M1, le message M2 n'est jamais arrivé...

Que faire ?

Écartons l'idée de numéroter les sous-messages, afin que Bob puisse remettre dans l'ordre les messages arrivés, ou même redemander spécifiquement des sous-messages perdus. C'est ce que réalise le protocole TCP (couche 4 — transport), c'est très efficace, mais cher en ressources. Essayons de trouver une solution plus basique.

Solution naïve

Pourquoi ne pas demander à Bob d'envoyer un signal pour dire à Alice qu'il vient bien de recevoir son sous-message ? Nous appellerons ce signal ACK (comme acknowledgement, traduisible par «accusé de réception»). Ce signal ACK permettra à Alice de renvoyer un message qu'elle considérera comme perdu :

N'ayant pas reçu le ACK consécutif à son message M1, Alice suppose (avec raison) que ce message n'est pas parvenu jusqu'à Bob, et donc renvoie le message M1.

Mais peu efficace...

Le deuxième ACK de Bob a mis trop de temps pour arriver (ou s'est perdu en route) et donc Alice a supposé que son sous-message M1 n'était pas arrivé. Elle l'a donc renvoyé, et Bob se retrouve avec deux fois le sous-message M1. La transmission est incorrecte. En faisant transiter un message entre Bob et Alice, nous multiplions par 2 la probabilité que des problèmes techniques de transmission interviennent. Et pour l'instant rien ne nous permet de les détecter.

Bob prend le contrôle

Bob va maintenant intégrer une méthode de validation du sous-message reçu. Il pourra décider de le garder ou de l'écarter. Le but est d'éviter les doublons.

Pour réaliser ceci, Alice va rajouter à chacun de ses sous-messages un bit de contrôle, que nous appellerons FLAG (drapeau). Au départ, ce FLAG vaut 0. Quand Bob reçoit un FLAG, il renvoie un ACK égal au FLAG reçu.

Alice va attendre ce ACK contenant le même bit que son dernier FLAG envoyé :

  • tant qu'elle ne l'aura pas reçu, elle continuera à envoyer le même sous-message, avec le même FLAG.

  • dès qu'elle l'a reçu, elle peut envoyer un nouveau sous-message en inversant («alternant») le bit de son dernier FLAG (d'où le nom de ce protocole).

Bob, de son côté, va contrôler la validité de ce qu'il reçoit : il ne gardera que les sous-messages dont le FLAG est égal à son dernier ACK. C'est cette méthode qui lui permettra d'écarter les doublons.

Observons ce protocole dans plusieurs cas :

Cas où le sous-message est perdu

Cas où le ACK est perdu

Le protocole a bien détecté le doublon du sous-message M1.

Cas où un sous-message est en retard

Le protocole a bien détecté le doublon du sous-message M1... mais que se passerait-il si notre premier sous-message M1 était encore plus en retard ?

Conclusion

Le protocole du bit alterné a longtemps été utilisé au sein de la couche 2 du modèle OSI (distribution des trames Ethernet). Simple et léger, il peut toutefois être facilement mis en défaut, ce qui explique qu'il ait été remplacé par des protocoles plus performants.