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@ -7,189 +7,129 @@ categories: ["Réseaux et protocoles", "Cours"]
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mathjax: true
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On parle ici des protocoles utilisé par les applications comme *SMTP*, *HTTP*,
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*DNS*, *IMAP*, etc. On se place au niveau **application** du modèle *TCP* ou de
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l'ensemble des couches 4 à 7 du modèle *OSI*. Ici il n;est pas question pour les
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dévellopeur de programmer pour le cœur de réseau, mais pour la périphérie.
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Nous parlons ici de la communication entre deux processus dans la couche 4 du
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OSI. Les messages sont découpés et insérés dans des **segments** . Le
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destinataire va ensuite réassemblé ces segments et pour les passer à la couche
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applicative.
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## Modèle client-serveur
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La couche transport ajoute les entêtes aux message qui lui sont transmis.
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Comme indique le titre, nous avons deux types d'acteur :
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Deux protocoles principaux compose cette couche : **TCP** pour *Transmission
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Control Protocol* et **UDP** pour *User Datagram Protocol*.
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* **le serveur**: il est toujours actif avec une adresse IP fixe. La plupart du
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temps il est dans un *datacenter*;
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* **le client**: il communique avec le serveur uniquement lorsqu'il en a
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besoin. Le client n'a pas besoin d'adresse IP fixe. C'est lui qui contacte le
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serveur qui en reponse lui répondra. Les clients n'échangent pas entre eux.
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UDP est un protocole simple, sans *overhdead* mais aussi sans contrôle et
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sans connexion.
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## Modèle P2P
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TCP est plus complexe, il intègre des contrôles (congestion, ordre des segments,
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flux). C'est aussi un protocole connecté.
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Ici les clients peuvent aussi faire office de serveurs. Les équipements
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terminaux sont aussi **connectés entre eux**. C'est une architecture
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*distribuée* et *auto-scalable*. La gestion des **peers** est complexe.
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## Multiplexage, démultiplexage
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Dans ce cas il y a deux processus (un serveur et un client) sur la même machine.
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## Communication inter-processus
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Dans le cadre de programmes qui s'exécutent sur un même équipement, on utilisera
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les mécanismes de communication inter-processus.
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Avec des processus répartis sur des machines differentes, les messages sont
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acheminées via le réseau. On utiliseta alors les mécanismes de *sockets*.
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## Les sockets
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C'est une passerelle entre les couches transport et applications. C'est une
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porte d'envoi / réception de données pour les processus.
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## Adressage
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La couche réseaux (3) esr représentée par une adresse IP 32 bis en v4 (et 128 en
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v6). Mais cette adresse ne suffit pas pour identifier le processus qui demande
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les données. Il faut alors le **numéro de port**.
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Ces numéros vont de 0 à 65535, les 1024 premiers sont normalement réservés pour
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les serveurs, le reste pour les clients.
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## Besoins spécifiques des applications
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Les applications n'ont pas toutes les mêmes besoins en ce qui concerne les
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données envoyées ou reçues via un réseau informatique
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La VoIP, ou encore le streaming audio / vidéopeuvent se passer des **contrôles
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d'intégrité** par exemple. mais la VoIP elle nécessite d'utiliser des
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communication **temps réel** (ou de s'en approcher) tout comme le jeu en ligne.
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## La couche transport
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Nous avons ici deux protocoles utilisés:
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### TCP
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C'est un protocole avec connexion qui vise avant tout **la fiabilité** :
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contrôle de flux, gestion de la congestion, réordonancement des paquets. Avant
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d'acheminer des données, il est nécessaire de lancer une connexion en 3 étapes
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(`SYN`, `SYN-ACK`, `ACK`). Il est aussi nécessaire de mettre fin explicitement
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à la connexion (`FIN`). Cependant il **n'y a pas de gestion du timing** ni de
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**sécurité**.
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#### La sécurité dans TCP
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Comme nous l'avons vu il n'y a pas de gestion de la sécurité dans *TCP*. Mais il
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existe une couche intermédiaires entre les couches *application* et *transport*
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: TLS pour **Transport Layer Security**.
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*TLS* se charge de l'authentification, du chiffrement, et du contrôle de
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l'intégrité.
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### UDP
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Ici il n'y a pas de gestion de fiabilité (ordre, sommes de contrôle,
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acquittement, etc.). En contrepartie il y a peu *d'overhead*, il est donc adapté
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our la VoIP par exemple. Il est aussi plus simple à implémenter et supporte le
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*multicast* et le *broadcast*.
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## Quelques protocoles
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### HTTP
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C'est le protocole utilisé pour le **web**, il se base sur *TCP* et les
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mécanismes de connexions sous-jacent. Il est de type client - serveur:
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* client: *User Agent*, le navigateur web;
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* serveur: serveur HTTP comme Apache ou Nginx.
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Le serveur stocke des objets (fichiers HTML, images, vidéos etc.)
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Il existe deux type de connexions HTTP :
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* persistente: 1 connexion pour transférer plusieurs objets;
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* non persistente: 1 connexion pour tranférer un objet.
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#### La requête
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Elle emmane du client à destination du serveur, la requête est formatée en
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ASCII, elle contient une requête suivi d'élément d'entête:
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Tous les segments passent par le même chemin, il faut donc passer par une
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opération de multiplexage (emetteur) et démultiplexage (recepteur).
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```
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GET https://ent.u-bordeaux.fr HTTP/2\r\n
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+-----------+ +------------------+ +---------------------+
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| processus | o==> | couche transport | o==> | process de l'entête | o=
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+-----------+ +------------------+ +---------------------+
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+-----------+
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=> | couche IP |
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+-----------+
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```
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Ici on demande `https://ent.u-bordeaux.fr` en HTTP version 2. Les entêtes peuven
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contenir les langies acceptés par le client par exemple.
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Le message envoyé par le processus passe par la couche transport qui y ajoute
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l'entête. Le segnemt qui en résulte est esuite envoyé à la couche IP
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#### La réponse
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Sur le système du destinataire, l'adresse IP et les ports sont utilisés pour
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déterminer la bonne socket à utiliser. Chaque socket est alors un tuple de 4
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éléments:
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Elle contient le code de retour, les entêtes de réponse ainsi que le contenu. La
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réponse peut être conditionnée à la modification de la ressource demandée via un
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*conditionnal GET*. L'entête de la demande contient le champs
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`If-Modified-Since`. Le serveur peut alors répondre avec un code `304`
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`Not-Modified` et le navigateur utilisera la version dans son cache.
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* IP source
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* IP destination
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* port source
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* port destination
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#### Amélioration du protocole
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## UDP dans le détail
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La verion 2 de HTTP permet de découper les ressources demandées en *chunk* et de
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réaliser des envois entrelacés. Ainsi les gros fichiers ne pénalisent pas le
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transfert des plus petits (mécanismes de `first come first served*.
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La version 3 propose d'utiliser les protocole UDP et QUIC. Il propose de gérer
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la réupération de paquets perdus (hé oui, il utlise UDP), il propose aussi la
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gestion de la congestion et plus de sécurité (QUIC).
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### DNS
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C'est le protocole chargé de la résolution des noms de domaines (et des
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résolutions inverses). Il fait le lien entre les adresses IP et les noms de
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domaines. C'est **une base de donnée distribuée** our éviter le *single point
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of failure*
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La base de données est hiérarchisée : `Root server` -> `Top level domain` ->
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`authoritative server` -> `recursive resolver`.
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Deux types de requêtes:
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* **itérative**: le résolveur a la charge de la requête et demande les
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informations du *root* jusqu'au serveur *authoritative*;
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* **recursive**: chaque serveur est responsable de sa réponse. La requête va
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ainsi passer de serveur en serveur et faire le chemin inverse jusqu'à revenir
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au client.
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#### Les enregistrement DNS et les messages
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Il sont au format RR *Ressource Record*:
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C'est un protocole non orienté connexion, en mode best effort. Il est donc moins
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fiable mais comme nous l'avons dit sans overhead. Les segments sont indépendants
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les un des autres. C'est un protocole particulièrement adapté pour le streaming,
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la VoIP, les jeux en ligne. Tout ces usage qui privilégient la vitesse de
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transmission. Il est aussi utilisé pour HTTP3 et d'autres protocoles tolérants à
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la panne. La fiabilité **est alors implementée dans la couche applicative**.
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```
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<nom> <valeur> <type> <TTL>
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0 32
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+-----------------+------------------+
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| source port | destination port |
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+-----------------+------------------+
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| checksum | lenght |
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+-----------------+------------------+
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| D A T A |
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| ... |
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```
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Les messages du serveur vers le client contiennent le nombre de question, le
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nombre de réponse et enfin les réponses.
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Le checksum est un contrôle élémentaire du paquet reçu afin de vérifier les
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paquets reçus. Cependant **une erreur peut être non détetée**.
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## Retour sur les sockets
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## TCP dans le détail
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Comme nous l'avons vu elle serve de point de liaisons entre les applications et
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la couche transport. Elle sont créees par le système.
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C'est un protocole point à point fiable, avec ordre (chaque paquet a un ordre
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précis dans la file), avec acquitement (`ACK`), avec gestion des flux et de ala
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congestion.
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Pour la création de socket UDP :
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```c
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mysock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM);
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mysock.rcevfrom();
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mysock.sendto();
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bind(mysock, &addr, sizeof(addr));
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C'est un protocole orenté connexion (`accept()`), l'établissement d'une
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connexion se fait au moyen d'une poignée de main en trois étapes `SYN` ->
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`SYN-ACK` -> `SYN`
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L'entête est aussi plus complexe:
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```
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0 15 32
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+-------------------------------+-------------------------------+
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| source port | destination port |
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+-------------------------------+-------------------------------+
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| numéro de séquence |
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+---------------------------------------------------------------+
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| numéro de d'acquitement |
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+---------------+-+-+-+-+-+-+-+-+-------------------------------+
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| header size | |E| |A| |R|S|F| receive window |
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+---------------+-+-+-+-+-+-+-+-+-------------------------------+
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| checksum | destination port |
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+-------------------------------+-------------------------------+
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| options (taille variable) |
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||||
+---------------------------------------------------------------+
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```
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C'est relativement simple car il n'y a pas de connexion.
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Le numéro d'acquitement contient le numéro de séquence reçue plus la taille su
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segment. Dans ce même paquet, le numéro de séquence est le numéro d'`ACK`.
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Pour TCP c'est un peu plus complexe:
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L'`ACK` est *cumulatif*, il couvre les acquitement précédents.
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```c
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mysock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM);
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mysock.listen();
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mysock.connect(addr, port);
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||||
Le *fast retransmit* permet la reduction du temps de retransmission. Le
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mécanisme de double aquitement permet d'accélérer lea retransmisison de segments
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perdus. Lorsque l'emmeteur reçoit le même acquitement en double, alors il
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renvoi le paquet suivant correpondant.
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// Accept connection result a new one!
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newsocks = mysock.accept();
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```
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### Contrôle de flux
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TCP dispose d'une **receive window** qui représente la quantité de données
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pouvant être reçue à un instant T. Ce mécanisme permet d'éviter que le réseaux
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n'envoie plus de données que la capacité de traitement du terminal.
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Les donnees reçues par la socket sont stockées dans une structure `rcvbuffer`,
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la *receive window** correspond à la qantité de données disponible dans ce
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buffer.
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### Contrôle de la congestion
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L'approche est simple: on augmente le taux d'envois jusqu'à constater de pertes
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de paquets, alors on le diminue. Le principe est le suivant:
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* **additive increase**: on agmente le taux de 1
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* **multiplicative decrease**: on divise le taux par 2 lorsque l'on reçoit
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trois fois le même numéro d'`ACK` (sinon on diminue de 1 la *Maximum Segment
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Size* en cas de détection de perte par timeout)
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