.: TP 5 : TCP/UDP :. Séquence 1 Le protocole TCP...2 Séquence 2 Client/Serveur TCP...3

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1 .: TP 5 : TCP/UDP :. Copyright tv <t.vaira@free.fr> Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the Free Software Foundation; with no Invariant Sections, with no Front Cover Texts, and with no Back Cover. You can obtain a copy of the GNU General Public License : write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA USA Permission est accordée de copier, distribuer et/ou modifier ce document selon les termes de la Licence de Documentation Libre GNU (GNU Free Documentation License), version 1.1 ou toute version ultérieure publiée par la Free Software Foundation ; sans Sections Invariables ; sans Texte de Première de Couverture, et sans Texte de Quatrième de Couverture. Vous pouvez obtenir une copie de la GNU General Public License : écrire à la Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA USA Table des matières Séquence 1 Le protocole TCP...2 Séquence 2 Client/Serveur TCP...3 Séquence 3 Le protocole UDP...6 Séquence 4 Client/Serveur UDP...7 Séquence 5 Fonctions de service...7 Annexe: les modèles de référence...9 Annexe: la couche Transport...10 Annexe: le protocole TCP...11 Annexe: échange client/serveur TCP...12 Annexe: le protocole UDP...15 Documentation en ligne protocoles internet (http, smtp, pop, imap, ftp, mime, nntp, irc...) : protocoles internet (ip, arp, tcp, udp,...) : Travaux Pratiques 1 / tv

2 Séquence 1 Le protocole TCP.: TP 5 : TCP/UDP :. 1. Exécuter netcat en mode serveur TCP sur le port nc -l -p Utiliser telnet ou netcat comme client TCP. Remarque : telnet ou netcat sont des programmes capables d'ouvrir une socket TCP sur un port et de dialoguer en mode texte (ASCII). telnet localhost 5000 ou nc -vv localhost Réaliser une capture des échanges entre le serveur et le client et décoder le niveau TCP en utilisant l'annexe sur le protocole TCP et le cours Réseaux. Il est intéressant d'analyser les trois étapes : ouverture de connexion, dialogue et fermeture de connexion (les flags associés et les numéros de séquence seq et ack). 4. Exécuter un serveur TCP avec netcat sur un des ports compris entre 5000 et 5005 sur votre machine et détecter les ports ouverts acceptant des connexions TCP dans la plage , puis dans la plage 7 13, en utilisant l'outil nmap ou netcat. nmap -st -p localhost ou netcat -vv -z localhost Exécuter simultanément sur votre machine deux programmes serveur sur le même port. Que se passet il? Bilan 6. Comment le serveur connaît il le port utilisé par le client? Comment le client connaît il le port utilisé par le serveur? Travaux Pratiques 2 / tv

3 Séquence 2 - Client/Serveur TCP Remarques :.: TP 5 : TCP/UDP :. si vous commencez par écrire le serveur, testez le avec le client telnet pour le valider si vous commencez par écrire le client, testez le avec le serveur netcat pour le valider Pour quitter une session telnet, faire CTRL ], puis taper quit Pour le serveur, vous utiliserez un numéro de port compris dans la plage (vous pouvez utiliser l'étiquette prédéfinie IPPORT_USERRESERVED qui est égale à 5000). A partir du cours sur la programmation des sockets et des pages man : 1. Compléter le tableau ci dessous : Client TCP socket Appels Fichiers en tête à inclure Valeur renvoyée connect send/recv close memset inet_aton Client et Serveur TCP Structure(s) struct sockaddr_in Fichiers en tête à inclure Travaux Pratiques 3 / tv

4 Serveur TCP socket Appels Fichiers en tête à inclure Valeur renvoyée bind listen accept send/recv close memset inet_aton Remarque : il vous faut tester TOUTES les valeurs renvoyées par les appels systèmes if (bind(socketecoute, (struct sockaddr *)&pointderencontrelocal, longueur) < 0) { perror("bind"); /* affichera le message d'erreur correspondant */ exit(2); /* à quoi ça sert de continuer? */ } 1. Fournir le code source du serveur et du client TCP. 2. a. Tester le programme serveur TCP avec telnet. Donner la commande exacte. 2. b. Tester le programme client TCP avec netcat. Donner la commande exacte. 2. c. Tester le programme client TCP avec le serveur TCP. 3. Détecter les ports ouverts acceptant des connexions TCP dans la plage en utilisant l'outil nmap. Donner la commande exacte et le résultat obtenu. Votre serveur est il détecté par nmap? 4. Réaliser une capture avec wireshark des échanges effectués par les deux programmes client/serveur. Sauvegarder votre capture dans un fichier plain text l'échange capturé. Commenter. Travaux Pratiques 4 / tv

5 5. A partir de la capture réalisée, compléter le diagramme des échanges TCP ci dessous en précisant le rôle de chaque échange. Indiquer les données échangées par les deux programmes client/serveur. Client Num Port : Serveur Num Port : Remarque : indiquer sur chaque flèche les flags (SYN, ACK, ) ainsi que que les numéros de séquence (seq et ack). 6. Est il possible d'exécuter deux serveurs TCP sur le même port? Tester. Travaux Pratiques 5 / tv

6 Séquence 3 Le protocole UDP.: TP 5 : TCP/UDP :. 1. Exécuter netcat en mode serveur UDP sur le port nc -l -p u 2. Utiliser netcat comme client UDP. nc -vv -u localhost Réaliser une capture des échanges entre le serveur et le client et décoder le niveau UDP (utiliser l'annexe sur le protocole UDP). 4. Exécuter simultanément sur votre machine un serveur TCP et un serveur UDP sur le même port. Que se passe t il? Bilan 5. Comment le serveur connaît il le port utilisé par le client? Comment le client connaît il le port utilisé par le serveur? Travaux Pratiques 6 / tv

7 Séquence 4 - Client/Serveur UDP Remarques :.: TP 5 : TCP/UDP :. si vous commencez par écrire le serveur, testez le avec le client netcat pour le valider si vous commencez par écrire le client, testez le avec le serveur netcat pour le valider Remarque : Il vous faut utiliser l'option u de netcat pour le mode UDP. 1. Fournir le code source du serveur UDP et du client UDP. 2. a. Tester le programme serveur UDP avec netcat. Donner la commande exacte. 2. b. Tester le programme client UDP avec netcat. Donner la commande exacte. 2. c. Tester le programme client UDP avec le serveur UDP. 3. Votre serveur UDP est il détecté par nmap? 4. Réaliser une capture avec wireshark des échanges effectués par les deux programmes client/serveur. Compléter le diagramme des échanges ci dessous en précisant le rôle de chaque échange. Indiquer les données échangées par les deux programmes client/serveur. Client Num Port : Serveur Num Port : 5. Est il possible d'exécuter deux serveurs UDP sur le même port? Tester. Est il possible d'exécuter un serveur TCP et un serveur UDP sur le même port? Tester. Séquence 5 Fonctions de service 1. Récupérer le programme service.c sur le serveur de la section. Tester. 2. Reprendre les programmes précédents (client/serveur) et intégrer un affichage des informations suivantes : le nom de la machine locale et distante (si possible) l'adresse IP locale et distante le numéro de port local et distant 3. Client/Serveur TCP : écrire les fonctions readn() et writen() qui permettent de contrôler la réception et l'émission des données sur le réseau. Travaux Pratiques 7 / tv

8 Ces deux fonctions appelleront à leur tour les fonctions read/write (ou send/recv). Il vous faudra tenir compte des valeurs renvoyées par les fonctions read/write (ou send/recv). Ces fonctions read/write (ou send/recv) retournent le nombre réels d'octets reçus ou envoyés. Ces valeurs peuvent être différentes des celles passées en argument. De plus, elles renvoient 1 en cas d'erreur et 0 si le dialogue est terminé. Prototypes des fonctions à écrire : ssize_t readn(int sock, void *buffer, size_t nb); ssize_t writen(int sock, void *buffer, size_t nb); Exemple : int writen(int sock, const void *buffer, size_t nb) { ssize_t aecrire, ecrits; aecrire = nb; while ( aecrire > 0 ) { ecrits = write(sock, buffer, aecrire); if ( ecrits <= 0 ) return ecrits; /* erreur ou aucune écriture */ aecrire = ecrits; /* on décompte le nombre d'octets déjà écrits */ buffer += ecrits; /* on se déplace du nombre d'octets déjà écrits */ } } return ( nb aecrire ); Ecrire la fonction readn(). 4. Client/Serveur TCP : écrire les fonctions readln() et writeln() qui permettent de contrôler la réception et l'émission des données sur le réseau en tenant compte du délimiteur '\n'. Ces deux fonctions appelleront à leur tour les fonctions readn/writen. Prototypes des fonctions à écrire : int readln(int sock, void *buffer, size_t nb); int writeln(int sock, void *buffer, size_t nb); Exemple : int writeln(int sock, void *buffer, size_t nb) { ssize_t ecrits; ecrits = writen(sock, buffer, nb); if ( ecrits <= 0 ) return 0; /* erreur ou aucune écriture */ ecrits += writen(sock, "\n", 1); /* ou "\r\n" */ if ( ecrits <= 0 ) return 0; /* erreur ou aucune écriture */ } return 1; Ecrire la fonction readn(). Travaux Pratiques 8 / tv

9 Annexe: les modèles de référence La couche Application : cette couche est l'interface entre l'application utilisateur et le réseau. Elle va apporter à l'utilisateur les services de base offerts par le réseau, comme par exemple le transfert de fichier, la messagerie... Elle contient donc tous les protocoles de haut niveau, comme par exemple Telnet, TFTP (Trivial File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), HTTP (HyperText Transfer Protocol)... Le point important pour cette couche est le choix du protocole de transport à utiliser. Par exemple, TFTP (surtout utilisé sur réseaux locaux) utilisera UDP, car on part du principe que les liaisons physiques sont suffisamment fiables et les temps de transmission suffisamment courts pour qu'il n'y ait pas d'inversion de paquets à l'arrivée. Ce choix rend TFTP plus rapide que le protocole FTP qui utilise TCP. A l'inverse, SMTP utilise TCP, car pour la remise du courrier électronique, on veut que tous les messages parviennent intégralement et sans erreurs. La couche Session du modèle OSI établit une communication entre émetteur et récepteur en assurant l'ouverture et la fermeture des sessions (des communications) entre usagers, définit les règles d'organisation et de synchronisation du dialogue entre les abonnés. Exemple TCP/IP : RPC (Remote Procedure Call). La couche Présentation met en forme les informations échangées pour les rendre compatibles avec l'application destinatrice, dans le cas de dialogue entre systèmes hétérogènes. Elle peut comporter des fonctions de traduction, de compression, d'encryptage,... etc. Exemple TCP/IP : XDR (external Data Representation). Remarque : même s'il semble que les couches Session et Présentation du modèle OSI semblent inutiles dans le modèle TCP/IP, des protocoles équivalents existent et sont empilés dans la couche Application. Travaux Pratiques 9 / tv

10 Annexe: la couche Transport.: TP 5 : TCP/UDP :. Le protocole IP permet de mettre en correspondance deux machines grâce à leurs adresses. Ce mécanisme n est pas complet, puisque la communication s effectue au niveau des processus (programmes) qui s'exécutent sur ces machines. Il faudra donc identifier quels sont les processus des machines qui veulent communiquer. C est le rôle de la couche Transport d assurer la transmission de bout en bout. TCP/IP propose deux protocoles pour cette couche : UDP (User Datagram Protocol) et TCP (Transmission Control Protocol). UDP et TCP offrent un système de numéro de port pour permettre à deux processus distants d échanger des données. Actuellement, l interface la plus utilisée sous TCP/IP est l interface socket. Les sockets sont apparues au début des années 80 à l université de Berkeley dans le noyau de leur système d exploitation BSD Unix. Une socket est un point de communication par lequel un processus peut émettre et recevoir des informations. Ce point de communication devra être relié à une adresse IP et un numéro de port. TCP fournit un service de transfert : fiable (détection et correction d erreurs) avec élimination des paquets dupliqués; en mode connecté avec contrôle de flux et segmentation et séquencement des paquets ; UDP fournit un service de transfert: non fiable (détection mais pas de correction des erreurs) avec risque de duplication de paquets ; en mode non connecté sans segmentation des données et sans séquencement des paquets ; En résumé, on peut dire qu'udp fournit donc un service plus performant mais moins sûr que TCP. Remarque: le trafic UDP est prioritaire sur le trafic TCP. En effet, le protocole TCP possède un mécanisme de contrôle de congestion, dans le cas où l'acquittement d'un paquet arrive après un temps trop long. Ce mécanisme adapte la fréquence d'émission des paquets TCP. Le protocole UDP ne possède pas ce mécanisme et occupera toute la bande passante en cas de fort trafic n'en laissant qu'un infime partie à TCP. Travaux Pratiques 10 / tv

11 Annexe: le protocole TCP PORT SOURCE PORT DESTINATION NUMERO DE SEQUENCE (SEQ) NUMERO D'ACCUSE DE RECEPTION (ACK) offset Réservé U R G A C K P S H R S T S Y N F I N FENETRE (WINDOW) Checksum Pointeur de données urgentes Options Bourrage DONNEES Description Ports Source et Destination : correspond au port relatif à l'application (et à son protocole de couche application) en cours sur la machine source et destination, codés sur 16 bits (voir /etc/services) SEQ (SeQuence Number) (32 bits) : compte les octets du flux de transmission de manière à identifier la position du premier octet de données d'un segment dans le flot des données initiales ACK (ACKnowledgment number) (32 bits) : contient le n de séquence du prochain octet attendu Offset (ou longueur de l'en tête) (4 bits) : le déplacement en mots de 32 bits (4 octets) du début des données de l'application. Flags : URG (Urgent Pointer) : contient des données urgentes ACK (Acknowledge Field) : acquittement PSH (Push Flag) : passer immédiatement les données à la couche application RST (Reset Flag) : forcer la clôture d'une connexion après une erreur irrécupérable. SYN (Synchronize Flag) : synchroniser le démarrage d'une connexion FIN : pour terminer une connexion Window (Fenêtre) (16 bits) : annonce le nombre d'octet que le récepteur peut accepter (cf. contrôle de flux) Checksum (16 bits) : : contient une somme de contrôle de l'en tête (cf. IP) Urgent Pointer (Pointeur de données urgentes) (16 bits) : pointe à la fin d'un champ de données considéré comme urgent Options (longueur variable) : par exemple le MSS (Maximum Segment Size) désignant la taille maximum du segment à envoyer + Padding : habituellement rempli de 0 de manière à aligner le début des données sur un multiple de 32 bits. Travaux Pratiques 11 / tv

12 Annexe: échange client/serveur TCP La fiabilité de la transmission est assurée par un mécanisme baptisé Positive Acknowledgement with Retransmission (PAR). PAR envoie données sur données jusqu à ce qu il soit averti de la bonne arrivée des données. Ouverture d une connexion On appellera client la station qui demande l ouverture de la connexion et serveur la station qui répond à cette demande. Une ouverture active de connexion TCP est établie en trois temps (Three Way Handshake) : 1. Une machine A initialise la connexion en envoyant un segment incluant un SYN (Synchronize sequence numbers) et un numéro de séquence x. 2. La machine B lui répond par un segment avec les drapeaux SYN et ACK (Acknowledgement) avec un numéro d'acquittement x+1. Son numéro de séquence vaut y. 3. La machine A envoie alors les données en même temps que le flag ACK et le numéro d'acquittement y+1. Transfert de données Le protocole TCP comptabilise les octets transmis. Le champ seq indique la place du premier octet de données du paquet et ack le prochain octet attendu par l émetteur du paquet. 1. Une machine A envoie 30 octets et utilise le numéro de séquence x+1, qui correspond au numéro du paquet. Cette valeur permet de situer à quel endroit du flux de données le paquet doit se situer par rapport aux autres paquets. Elle indique aussi le numéro d'acquittement y+1, qui signale le prochain numéro de paquet attendu. 2. La machine B envoie 10 octets et acquitte les 30 octets reçus... etc... Contrôle de flux Le champ fenêtre (window) indique la largeur de la fenêtre de transmission ou le crédit accepté (volume de données) par le récepteur avant l'envoi d'un accusé de reception. Ce mécanisme porte aussi le nom de fenêtre coulissante (Sliding Windows). Chaque ordinateur comporte une fenêtre d'émission et une fenêtre de réception qu'il utilise pour buffériser les données en continu, sans devoir attendre un accusé de réception pour chaque paquet. Cela permet au récepteur de recevoir les paquets dans le désordre et de profiter des délais d'attente pour réorganiser les paquets. La fenêtre émettrice contrôle les données émises, si elle ne reçoit pas d'accusé de réception au bout d'un certain temps, elle retransmet le paquet. Travaux Pratiques 12 / tv

13 Fermeture d une connexion La fermeture normale d une connexion se fait quand le récepteur reçoit un message dont le bit FIN est positionné à 1. La connexion TCP est libérée en trois temps modifié. Il est possible de forcer une déconnexion en utilisant le bit RST (fermeture brutale de connexion) Modèle Client/Serveur Une machine proposant un service est dite serveur. Une machine utilisant ce service est dite cliente. Principe de base : Le serveur est toujours à l'écoute du service qu'il propose et le client fait une demande de service quand il en a besoin. Point de rencontre des deux machines > il regroupe les informations nécessaires à la reconnaissance mutuelle des deux machines (en fait des deux processus qui dialoguent) : protocole utilisé (TCP, UDP,...) adresse IP source et destination numéro de port pour la reconnaissance du processus sur les machines source et destination Travaux Pratiques 13 / tv

14 Client Serveur Demande d ouverture «Active open» Open ID nom local de la connexion Ouverture réussie «Open success» Envoi de 10 octets Envoi de 10 octets Indication de 22 octets, etc Demande de déconnexion SYN 55 ACK 56 SYN 202 ACK 203 PSH ACK seq : 56 acq : 203 ACK seq : 203 acq : 66 ACK seq : 66 acq : 223 PSH ACK seq : 223 acq : 76 FIN ACK accepte toutes les connexions «unspecified passive open» Open Id nom local de la connexion ACK 56 : indique le n de SEQ attendu du prochain segment SYN 202 : synchronisation des membres et indique la valeur initiale de SEQ Ouverture réussie «Open success» Envoi de 20 octets Indication de 10 octets Envoi de 2 octets Indication de 10 octets ACK Confirmation de déconnexion FIN ACK ACK Indication de déconnexion Travaux Pratiques 14 / tv

15 Annexe: le protocole UDP UDP permet à une application d envoyer des messages à une autre application avec un minimum de fonctionnalités (pas de garantie d arrivée, ni de contrôle de séquencement). UDP n accepte pas de datagramme de taille supérieure à 8KO. UDP permet simplement d utiliser les numéros de port. Format d un message UDP : port source port destinataire longueur checksum Données Travaux Pratiques 15 / tv