Couche transport TCP

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1 Couche transport TCP Sébastien Jean IUT de Valence Département Informatique v3.1, 30 avril 2012

2 TCP, en bref Généralités TCP? TCP (Transmission Control Protocol, RFC 793) fournit un service de transfert fiable de flux d octets, en mode connecté Flux (Stream) = séquence ordonnée (habituellement finie) d octets TCP repose sur un protocole de type client/serveur, où le transfert de données s effectue en full duplex Client et serveur sont à la fois émetteur et récepteur de données Une session TCP (de la connexion à la déconnexion) isole une conversation formée du flux de données dans le sens client/serveur et du flux de données dans le sens serveur/client TCP ne permet pas le multicast Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

3 TCP Vs UDP Généralités TCP? TCP se distingue d UDP par l ajout de mécanismes de contrôle des données perte, altération,... de contrôle de flux et de congestion ne pas envoyer plus de données que le récepteur ne peut en recevoir et que le réseau ne peut en acheminer L adresse de niveau processus est un quadruplet source, port destination, port destination} Il peut coexister plusieurs sockets partageant la même partie locale (un même serveur peut être connecté simultanément à plusieurs clients) Il ne peut pas coexister plusieurs sockets partageant la même partie locale et la même partie distante Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

4 Socket, session Généralités TCP? L interface de connexion TCP se compose de tampons d émission et de réception = consommation de ressources Ne peuvent sortir du tampon de réception (à la demande du processus) que des «morceaux» de flux intègres et respectant l ordre d émission Si des données arrivent hors séquence, elles sont conservées dans le tampon s il y a de la place disponible = fenêtre d anticipation Une session TCP = 2 demi-connexions (2 sens de communication) Il est possible de fermer une demi-connexion inutile Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

5 Format du segment TCP Généralités Unité de protocole Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

6 Format du segment TCP Généralités Unité de protocole Déplacement Longueur en mots de 32 bits de l en-tête Checksum Somme de contrôle (méthode de calcul similaire à UDP) Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

7 Format du segment TCP Généralités Unité de protocole Options Négociation de paramètres de communication, lors de la connexion Notamment le MSS (Maximum Segment Size), taille maximum acceptable (pour le récepteur) de la partie données d un segment TCP MSS = MTU - (en-tête IP) - (en-tête TCP), minimum de 536 octets En réseau local Ethernet : MSS = 1460 octets Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

8 Format du segment TCP Généralités Unité de protocole Numéro de séquence Identifie la position dans le flux d émission du premier octet des données du segment Numérotation par rapport à une référence négociée à la connexion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

9 Format du segment TCP Généralités Unité de protocole Numéro d acquittement Identifie la position dans le flux de réception du prochain octet attendu, en respectant l ordre d émission Numérotation par rapport à une référence négociée à la connexion N est interprété par le récepteur que si le flag ACK est à 1 Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

10 Format du segment TCP Généralités Encapsulation, services Flag RST Signifie une terminaison anormale de la connexion Flag PSH Signifie que les données du segment (et celles en tampon de réception) doivent être immédiatement délivrées au processus Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

11 Généralités Encapsulation TCP dans IP Encapsulation, services Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

12 Services réseaux et TCP Généralités Encapsulation, services Services usuels bâtis au dessus de TCP FTP (ports 20 et 21) : transfert de fichiers SSH (port 22) : shell sécurisé TELNET (port 23) : shell non sécurisé HTTP (port 80 : transfert de documents HTML et associés POP (port 110) : obtention de mails SMTP (port 25) : envoi de mails Remarque : l outil en ligne de commande telnet est un client TCP universel en mode texte voir aussi netcat, permettant d envoyer des données TCP/UDP brutes Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

13 Communication Etablissement de la connexion Connexion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

14 Communication Libération de la connexion Connexion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

15 Communication Connexion Libération simultanée de la connexion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

16 Diagramme d états Communication Connexion Très simplifié (voir RFC) Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

17 Communication Déroulement d une session Session 1 Ouverture de la connexion Ici, le client n annonce pas de MSS (= valeur par défaut), le serveur annonce un MSS à 1460 En confirmant la connexion, le client envoie (x+1, x+1460) A chaque émission, l émetteur déclenche un timer (RTO, Retransmission TimeOut), les données non acquittées dans ce délai devant être retransmises Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

18 Communication Déroulement d une session Session 2 Acquittement normal Le serveur reçoit correctement les données et les acquitte dans le délai imparti Le client reçoit l acquittement à temps, et supprime les données du tampon d émission (et il peut y accueillir d autres données en provenance de l application) Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

19 Communication Déroulement d une session Session 2 Perte d acquittement Si l acquittement se perd, l émetteur renvoie les données après expiration du RTO Lorsque le récepteur reçoit de nouveau les données, il les ignore mais les acquitte de nouveau Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

20 Communication Déroulement d une session Session 2 Acquittement en retard Si l acquittement arrive en retard, on se retrouve dans le cas précédent, si ce n est que l émetteur peut dès réception de l acquittement tardif supprimer les données du tampon Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

21 Communication Déroulement d une session Session 3 Envois successifs L émetteur n est pas forcé d attendre l acquittement d un segment pour envoyer le suivant, si la fenêtre du récepteur le permet Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

22 Communication Déroulement d une session Session 4 Acquittements cumulés Le récepteur n est pas obligé d acquitter les segments un par un. Il peut décider d attendre un peu et d acquitter plusieurs segments à la fois, à condition de respecter le délai le plus bref Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

23 Communication Déroulement d une session Session 5 Fenêtre vide L émetteur doit stopper l envoi de données quand la fenêtre du récepteur est vide, en attendant que le récepteur renvoie un segment annonçant une fenêtre non vide. Il peut cependant envoyer un segment avec des données urgentes ou un segment d un octet pour forcer l annonce de fenêtre Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

24 Communication Déroulement d une session Session 5 Silly window syndrome Risque de saturation et surtout mauvaise utilisation de la bande passante lorsque le récepteur réannonce systématiquement une fenêtre trop petite Le récepteur doit obligatoirement réannoncer une fenêtre dont la taille est raisonnable (par ex. le minimum observé entre le MSS et la moitié de la taille du tampon de réception) Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

25 RTT Communication RTO, RTT, optimisations Round Trip Time Intervalle de temps séparant le début de transmission d un segment et la fin de réception de l acquittement (envoyé immédiatement) Variable au cours du temps Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

26 Choix du RTO Communication RTO, RTT, optimisations Choix du RTO important RTO trop petit retransmission abusives RTO trop grand retransmission trop tardives Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

27 Communication RTO, RTT, optimisations Algorithme de Karn et Van Jacobson Réestimation d un RTT moyen à chaque acquittement normal RTT moy = α RTT moy + (1 α) RTT α facteur de pondération (en général égal à 7/8) lissant l évolution Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

28 Communication RTO, RTT, optimisations Algorithme de Karn et Van Jacobson (suite) Réestimation d un écart moyen à chaque acquittement normal D moy = α D moy + (1 α) D D = RTT, écart entre deux mesures successives du RTT Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

29 Communication RTO, RTT, optimisations Algorithme de Karn et Van Jacobson (fin) Réestimation du RTO, à chaque transmission Segment acquitté avant expiration Mise à jour de RTT moy et de D moy RTO = RTT moy + 4 D moy Segment non acquitté avant expiration Pas de mise à jour de RTT moy ni de D moy Doublement du RTO jusqu à acquittement Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

30 Limitation du traffic Communication RTO, RTT, optimisations Acquittement retardé Exemple dans le cas de TELNET, où chaque commande est renvoyée en écho sur le terminal du client Optimisation retarder l envoi de l acquittement pour le glisser dans un segment de données Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

31 Limitation du traffic Communication RTO, RTT, optimisations Algorithme de Nagle Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

32 Risque de congestion Communication Contrôle de congestion Quand le volume de données que peut acheminer sans probème le réseau pour le récepteur est inférieur à la place disponible dans le tampon du récepteur, il y a risque de congestion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

33 Fenêtre de congestion Communication Contrôle de congestion Estimation côté émetteur de la capacité du réseau Quantité max de données «en vol» = Min(F congestion, F reception ) Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

34 Slow start Communication Contrôle de congestion Estimation de la fenêtre de congestion Evolution exponentielle/logarithmique En cas de réussite, doublement En cas de retransmission, division par deux Optimisation seuil de croissance/décroissance linéaire Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

35 Fin! Communication Contrôle de congestion Sébastien Jean (IUT Valence) Réseaux, TCP v3.1, 30 avril / 34

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