Téléinformatique et Réseaux Séance 1 : Principes de transfert de données fiable

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1 Téléinformatique et Réseaux Séance 1 : Principes de transfert de données fiable Gille Gomand - ggo@info.fundp.ac.be - Bureau Introduction Ce TP vise à familiariser l étudiant avec les principes de base du protocole de transport. La section 2 fournit d abord quelques rappels théoriques (Go-back-N, Selective Repeat,...) avant d attaquer la résolution des exercices de la section 3. 2 Rappels théoriques 2.1 Transfert de données En utilisant un protocole de transport, deux hôtes peuvent s échanger des données. Le protocole de transport que nous illustrerons au cours de ce TP se veut fiable. Donc, lorsqu une extrémité C reçoit correctement un segment de la part de l autre extrémité S de la connexion, elle émet un acquittement 1 afin de prévenir S de la bonne réception du segment. La figure 1 présente cet échange simple de segments (alternating-bit protocol). Segment 1 DATA, seq=0 ACK(0) Segment 2 Segment 3 DATA, seq=1 ACK(1) Segment 4 Segment 5 Segment 6 Figure 1 Protocole 1 bit. Lorsque la destination reçoit un segment erroné (qui se manifeste par un checksum incorrect), elle envoie à la source un ACK(X) correspondant au dernier segment reçu correctement. Cela signifie alors pour l émetteur que le receveur n a pas reçu correctement le segment X + 1. Le problème avec cette technique est que la transmission de donnée est fort lente dû au fait que l émetteur doit suspendre la transmission et attendre un acquittement à chaque fois qu un paquet est envoyé. Le protocole à fenêtre glissante (pipelining) permet à l émetteur de transmettre plusieurs paquets avant de stopper et d attendre un acquittement. Le nombre de segments qu un émetteur 1. Un acquittement ACK(X) signifie que le receveur a bien reçu le segment dont le numéro de séquence est X. 1

2 peut envoyer avant de recevoir un acquittement de la part du receveur est appelé la fenêtre d émission (swin). De manière similaire, le buffer du receveur est appelé la fenêtre de réception (rwin). Les valeurs de ces fenêtres doivent être choisies intelligemment : swin rwin, et swin + rwin espace d adressage des paquets. Dans l exemple de la figure 2, la valeur de swin est visiblement égale à 3 ; rwin est donc au moins égale à 3. Segment 1 (DATA, seq=x) Segment 2 (DATA, seq=x+1) Segment 3 (DATA, seq=x+2) Segment 4 (ACK(X)) Segment 7 (DATA, seq=x+3) Segment 5 (ACK(X+1)) Segment 6 (ACK(X+2)) Segment 8 (DATA, seq=x+4) Segment 9 (DATA, seq=x+5) Segment 10 (ACK(X+3)) Segment 11 (ACK(X+4)) Segment 12 (ACK(X+5)) Figure 2 Protocole de fenêtre glissante. Cette nouvelle technique a l énorme avantage de mieux utiliser le réseau, mais il faut faire face au problème de la retransmission de segment. En effet, avec le protocol 1 bit, la retransmission n est pas un problème : si on reçoit l ACK d un segment, on envoie le segment suivant et si on reçoit un ACK dupliqué, on réémet le segment. Mais avec le protocole à fenêtre glissante, il faut prendre d autres dispositions. 2.2 Mécanisme de retransmission La couche réseau (IP) n est pas fiable. Dans ce TP, nous considérerons que les segments émis ne peuvent être qu erronés. Face à ce problème, le protocole de transport est doté de deux techniques de retransmission de segments : Go-back-N Si la source se rend compte qu un segment fait l objet d une perturbation, elle retransmet tous les segments déjà envoyés, à partir du premier non encore acquitté. Cette technique est illustrée dans la figure Selective Repeat L autre technique de retransmission de paquets ne réémet que le segment erroné sans devoir réémettre tous les suivants. Cette technique est illustrée dans la figure 4. Le Go-back-N a pour principal objectif de simplifier le receveur tandis que le Selective Repeat augmente la complexité du receveur en espérant gagner en performance, par une réduction du nombre de retransmissions superflues. 2

3 Timeout DATA(X) DATA(X+1) DATA(X+2) ACK(X) ACK(X+1) ACK(X+2) Segment reçu erroné --> rejeté Segment reçu n est pas celui attendu --> rejeté Segment reçu n est pas celui attendu --> rejeté ACK(X+3) Figure 3 Retransmission via Go-back-N. DATA(X) DATA(X+1) DATA(X+2) ACK(X) ACK(X+1) ACK(X+2) Timeout Segment erroné --> rejeté ACK(X+4) (Data(X+4) mis en buffer) ACK(X+5) (Data(X+5) mis en buffer) ACK(X+3) DATA(X+6) DATA(X+7) DATA(X+8) Figure 4 Retransmission via Selective Repeat. 3

4 2.3 Mots-clés Afin de profiter au mieux de ce TP et d en tirer le maximum d enseignement, il est conseillé de connaître la signification des concepts suivants : RTT Go-back-N Selective Repeat Protocole à fenêtre glissante ACK 3 Exercices Tout au long de ces exercices, nous considérons deux hôtes directement connectés avec : une ligne de débit D bits/s dans les deux sens, un délai aller-retour de RT T secondes, une taille d ACK de A bits (entête comprise), une taille de segment S bits, une taille d en-tête de H bits. Question 1 Supposons en plus que la connexion entre ces deux hôtes est totalement fiable. Construisez une expression analytique permettant de calculer l efficacité du protocole 1 bit dans ce scénario (indice : calculez le temps de transmission totale et le débit utile). Question 2 Même question que la précédente, mais posons maintenant que : a) D = 100 kbits/s, RT T = 0, 5 s, A et H = 40 bytes et S = 1420 bytes. b) D = 100 Mbits/s, RT T = 0, 5 s, A et H = 40 bytes et S = 1420 bytes. c) D = 100 kbits/s, RT T = 0, 2 s, A et H = 40 bytes et S = 1420 bytes. Comparez ces différents résultats, qu en tirez-vous comme conclusion 2 Question 3 Utilisons maintenant le protocole à fenêtre glissante et supposons que le temps d émission d un ACK est négligeable. Quelle est la taille de swin (en bits) permettant d utiliser complètement la ligne entre les deux hôtes? Question 4 Posons maintenant que : D = 100 kbits/sec, RT T = 0, 2 s, swin a une taille de bits, S = 1420 bytes, H = 40 bytes. Que peut-on observer? Question 5 Même question que la précédente, mais avec une taille de swin de bits. 2. Ne confondez pas bits et bytes, 1 byte= 8 bits. 4

5 Question 6 Supposons maintenant : la technique de retransmission Go-back-N, une swin composée de 3 segments, une erreur périodique des segments de donnée (un segment sur cinq est perturbé), pas d erreur sur les segments de contrôle (ACK). Dessinez le diagramme temporel et calculez le temps et le débit utile de la transmission correcte de 10 segments. Question 7 Même question que la précédente, mais en utilisant la technique de retransmission Selective Repeat. Comparez les deux techniques. Question 8 Prenons le même contexte que la question 6, mais en supposant maintenant que les erreurs n affectent plus les segments de données mais les segments de contrôle (ACK) et eux seuls. Dessinez le diagramme temporel et calculez le temps et le débit utile de la transmission correcte de 10 segments Il faut savoir que lorsqu une source ne reçoit pas de ACK pour un certain segment de donnée endéans un certain temps qui suit son envoi, la source considère ce segment comme perdu. 5