TCP. Aperçu de TCP. Transfert de données TCP. transfert de données de base

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1 Aperçu de TCP transfert de données de base TCP gestion des erreurs contrôle de flux multiplexage gestion de connexions priorité et sécurité 14 TCP Transfert de données Service fiable de transmission de données en mode connecté entre 2 machines Utilise IP (non fiable) pour la transmission réseau TCP transporte environ 90% des octets sur Internet transfert flux continu en le découpant en segments (à cause MTU; pour ethernet 1500 octets). Variable Max. Seg. Size qui doit passer par le lien décide en général de lui-même les endroits où le flux de données doit être coupé les utilisateurs ont parfois besoin de savoir que toutes les données soumises à TCP ont bien été émises une fonction «push» force TCP à envoyer les données immédiatement un flag signale des données comme urgentes et force TCP à les transmettre rapidement 13 15

2 Gestion des erreurs Multiplexage considérations et traitement du cas des données perdues/erronées/dupliquées/désordonnées utilisation des n de séquence pour réordonner le flux original éliminer les segments dupliqués utilisation des acquittements (émis par le destinataire) retransmission segments perdus détection erreurs de transmission par CRC TCP permet à plusieurs processus d'une même machine de communiquer simultanément par sockets (point d'accès pour les services de transport) possède un type: quel protocole? pour quel mode? utilise un ensemble de primitives de service encapsule les données: descriptif, file d'attente des messages identifié par un couple unique (n connexion requiert mise en place 2 sockets socket peut être utilisé par plusieurs connexions Contrôle de flux/congestion Principes de TCP TCP fournit au destinataire un moyen de contrôler le débit des données envoyées par la source pour que l'émetteur n'émette pas trop vite par rapport au récepteur ou au canal une information de fenêtre (avec chaque acquittement) indique la capacité de réception instantanée Etablissement de connexion préalable au transfert des données ouverture de socket, réservation de buffer Récupération des pertes (perte erreur) avec acquittements (ACK) et lutte contre les déséquencements de segments. Pertes interprétées comme signal de congestion diminution débit Contrôle de flux: pour que l'émetteur n'émette pas trop vite par rapport au récepteur 17 19

3 Gestion des connexions Les mécanismes de fiabilité et contrôle de flux demandent initialisation et infos pour chaque communication Une connexion est la combinaison de ces infos les sockets les fenêtres les n de séquence Les entités TCP de processus voulant communiquer doivent d'abord négocier et établir une connexion de façon bilatérale Connexion fermée en fin de comm (libérer ressources) 20 Gestion des connexions Etablir connexion n séq. et (ack) pour réordonner les données n séq. pour source n ack pour destinataire tous segments reçus doivent être acquittés SYN (ISN=n séq.=x) SYN ACK(n séq.=y, ack=x+1) + infos taille fenêtre ACK(n séq.=x+1, ack=y+1) généré aléatoirement 2 n présents=piggybacking 22 Triple poignée de main 3 phases: établir connexion (SYN/SYN-ACK/ACK) transfert informations avec contrôle de flux/ contrôle de congestion libération de la connexion Suite de segments TCP vides avec des drapeaux spéciaux dans l en-tête: U,A,P,R,S,F ACK: pour les segments qui ne sont que des acquittements SYN, FIN: pour établir et clore la connexion RST (reset) URG (urgentes) PSH (push data now) Le signal ACK de l étape 3 peut contenir des données 21

4 Gestion connexion Les différents buffers 3 phases: établir connexion (SYN/SYN-ACK/ACK) transfert informations libération de la connexion bloqué Transfert 2Ko seq=0 ACK=2048 WIN=2048 2Ko seq=2048 ACK=4096 WIN=0 ACK=4096 WIN=2048 1Ko seq=4096 buffer de 4Ko appli lit 2 ko Les différents buffers Une socket contient un buffer pour l émission des données Application TCP et un pour la réception TCP Application 2 autres buffers entre couche TCP et couche réseau: Buffer émission : segments envoyés sont gardés en mémoire tant que l'émetteur n'est pas sûr qu'ils ont été reçus (acquittés) Buffer réception: si récepteur reçoit les segments 1,3 puis 2 : il donne 1 à l'application puis garde 3 en mémoire tant qu'il n'a pas reçu 2 car les données doivent être données dans l'ordre! 25 27

5 Utilisation des ack Fiabilité transmission Les données peuvent circuler dans les deux sens TCP transporte des octets et donc tous les numéros de séquence/ack sont en octets! Pour un sens donné: Le numéro de séquence correspond au premier octet porté par le segment Le numéro d'ack au numéro du prochain octet attendu dans l'autre sens. Comment l émetteur sait-il qu il y a eu une perte? TCP observe les numéros de séquence Principe: s il y a des trous, il renvoie N seq. et ack. Gestion connexion n seq: n ack: Numéro, dans le flux d octets, du premier octet transporté Numéro de seq. du prochain octet attendu par émetteur 3 phases: établir connexion (SYN/SYN-ACK/ACK) transfert informations libération de la connexion ACK cumulatifs 31

6 Déconnexion symétrique envoi + démarrage timer envoi ACK (FIN=1) ACK envoi + démarrage timer Déconnexion symétrique délai ACK Déconnexion symétrique envoi + démarrage timer envoi ACK ACK 33 envoi + démarrage timer délai après délai Déconnexion symétrique délai délai 35 délai

7 Déconnexion asymétrique Contrôle de flux CR ACK DATA fenêtre coulissante (sliding window) WIN=0, source ne peut émettre qu un octet pour: stopper l application distante demander au destinataire d annoncer prochain octet attendu taille fenêtre réception DATA 36 pas de données délivrées après requête de transmis et acquitté début transmis, non acquitté 38 non transmis non tranmissible fin Contrôle de flux Pour que l'émetteur n'émette pas trop vite par rapport au récepteur Pour éviter ce problème, on surveille le buffer TCP/ Application coté récepteur (au niveau socket) TCP envoie le nombre d octets restants dans le buffer dans un champ fenêtre de réception de l en-tête TCP taille fenêtre émission W=3 Emetteur Contrôle de flux taille fenêtre émission W=min(3,0)=0 Emetteur Ack S4, adv. win=0 Application S1 S2 S3 S4 Récepteur S1,...,S4 reçus; non consommés taille buffer socket = 4 récepteur anvoie ack avec fenêtre réception 0 39

8 Algos de contrôle Principe du contrôle de congestion Nagle: pour applis interactives (telnet, X); travail par caractère envoi 1 car. puis buffering jusqu à ack (sauf si remplissage segment entre temps) Silly window syndrome minimise ack attente possibilité réception MSS (buffer plein à moitié) complémentaire du précédent Se fait par le contrôle de la fenêtre d émission (ou de congestion) de taille cwnd débit=cwnd/rtt [octets/s] cwnd ajustée en fonction des pertes: si perte cwnd diminue sinon on augmente RTT cwnd octets ack(s) Congestion La congestion intervient lorsque trop de sources tentent d'envoyer trop de données trop vite pour que le réseau soit capable de les transmettre. entraîne la perte de paquets (signe de congestion) et augmente les délais. Les acquittements des données émises, ou l'absence d'acquittements, sont utilisés par les émetteurs pour interpréter de façon implicite l'état du réseau entre les systèmes terminaux. À l'aide de temporisations, les émetteurs et destinataires TCP peuvent modifier le comportement du flux de données. C'est ce qu'on appelle généralement le contrôle de congestion. Il existe une multitude d'algorithmes d'évitement de congestion pour TCP, comme autant de version de TCP. 42 Fenêtres émetteur buffer émission: données appli de taille cwnd= sous-fenêtre mobile fenêtre émission nb max paquets émetteur peut envoyer sans ACK débit = cwnd/rtt en bps Buffer réception: espace stockage des données (reçues ou pas) de taille rwnd: nb max de paquets que récepteur peut accepter à un instant (espace libre récepteur) ssthresh: estimation bande passante dispo 44 Sender Receiver

9 système de fenêtrage pour congestion nb octets transmissibles= moyenne 2 fenêtres détection congestion par pertes gestion congestion seulement par émetteur réparer congestion soit par: diminution débit réduction fenêtre à 1 segment réduction fenêtre congestion de moitié et doubler temporisation de retransmission Accusés de réception récepteur -> émetteur: n 1er octet attendu par récepteur TCP classique: les AR sont cumulatifs DupACK: ACK identique au précédent cas où paquet N arrive avant N-1; son ACK est identique ACK N-2 Delayed ACK: retarde AR après min{2è paquet reçu, tps fixe -500ms-} Timers Algos de base RTT= temps entre envoi paquet et réception ACK retransmission: démarré à chaque envoi paquet en attente ack et fonction RTT (eg. RTO=2*RTT): C est le RTO (retransmission timeout) persistance: pour débloquer situation après fenêtre émission=0 inactivité: vérifie présence correspondant : 2*TTL slow start cwnd<ssthresh après congestion pas remonter trop vite: init. fenêtre à 1 segment augmentation de 1 à chaque ack cwnd double à chaque RTT (exponentiel) atteinte ssthresh-> congestion avoidance perte: ssthresh=cwnd/2; cwnd=1->slow start congestion avoidance quand cwnd ssthresh pour stopper augmentation trop rapide à partir d un seuil (+1 segment par RTT) perte: ssthresh=cwnd/2; cwnd=1 ->slow start 46 48

10 Algos de base fast retransmit (détecte perte et retransmet) si 3 dupack ou pas ACK au timeout on retransmet paquet->slow start fast recovery si plusieurs dupack, 1 seule perte cwnd=ssthresh+3 (car 3 paquets aquités) pour chaque dupack, cwnd++ réception non dupack: dégonflement cwnd cwnd=ssthresh -> congestion avoidance Machine à états finis TCP : Tahoe géré par timer seuil initial nouveau seuil Modèle de base protocole orienté octet (préserve pas frontières de message) pas de contrôle sur les émissions (données envoyées immédiatement ou bufferisées) récupération de données urgentes Slow start + congestion avoidance + fast retransmit 50 52

11 Segments TCP entités TCP échangent des segments: en-tête 20 octets (+options) = IP Nb octets de données de taille variable taille segments décidée par TCP T max=max {65535o avec en-tête TCP, MTU} segment doit tenir dans MTU IPv4 MTU min = 556 octets N séquence associé à chaque octet sur 32 bits; correspond au n 1 er octet transmis permet de réordonner les paquets dans un flux pointeur urgence décalage en octets à partir du n séq. permettant de signaler les données urgentes En-tête TCP N port: entier sur 16 bits ports réservés ports connexion ports dynamiques acquittement: n d AR d un segment TCP est celui du prochain octet de données attendu SEQ=x N octets délivrés, ACK=x+N taille de fenêtre: nb d octets qu on peut envoyer à la suite de l octet acquitté 54 56

12 URG: pointeur de données urgentes significatif ACK: AR significatif PSH: fonction push RST: réinitialise cnx SYN: synchronisation n séq. FIN: fin de transmission Options ajoutent des possibilités non offertes dans en-tête spécifier + grande charge utile TCP modifie échelle fenêtre avec valeur sur 30 bits autorise réémission sélective avec notion NAK dernier mot sert pour bourrage (= 0 mod 32) checksum sur: en-tête, données et pseudo en-tête: mise à 0 du champ checksum ajout éventuel octet nul complément à 1 de la somme des compléments à 1 des mots de 16 bits UDP 58

13 User Data Protocol (RFC 768) Service UDP protocole de transport en mode déconnecté envoi direct paquets IP au niveau couche transport un seul paquet pour les transmissions (oneway handshake): création paquet et transmission immédiate service datagramme sans connexion peu overhead détection erreurs par checksum, pas de duplication, ni contrôle de congestion Exemple: applis locales: nfs En-tête UDP Checksum segment avec en-tête de 8 octets ports idem TCP longueur comprend en-tête checksum (opt.) utilise aussi pseudo en-tête 3 mots de 16 bits un vrai complément à 1=checksum destinataire fait la somme des 4 mots=