Transmission Control Protocol

Transmission Control Protocol
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir TCP.
Pile de protocoles
7.  Application
6.  Présentation
5.  Session
4.  Transport
3.  Réseau
2.  Liaison
1.  Physique
Modèle Internet
Modèle OSI

Transmission Control Protocol (littéralement, « protocole de contrôle de transmissions ») abrégé TCP, est un protocole de transport fiable, en mode connecté, documenté dans la RFC 793 de l' IETF.

Dans le modèle TCP/IP, TCP est situé au niveau de la couche de transport (entre la couche de réseau et la couche application). Les applications transmettent des flux de données sur une connexion réseau, et TCP découpe le flux d'octets en segments, dont la taille dépend de la MTU du réseau sous-jacent (couche liaison de données).

TCP a été développé en 1973, puis adopté pour Arpanet en 1976 par le DARPA.

Sommaire

Fonctionnement

Une session TCP fonctionne en trois phases :

  • l'établissement de la connexion ;
  • les transferts de données ;
  • la fin de la connexion.

L'établissement de la connexion se fait par une poignée de main en trois temps (handshaking). La rupture de connexion, elle, utilise une poignée de main en quatre temps. Pendant la phase d'établissement de la connexion, des paramètres comme le numéro de séquence sont initialisés afin d'assurer la transmission fiable (sans perte et dans l'ordre) des données.

Structure d'un segment TCP

En bits

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
Port Source 2 octets
Port destination 2 octets
Numéro de séquence
Numéro d'acquittement
Taille de l'en-tête
réservé
ECN
URG
ACK
PSH
RST
SYN
FIN
Fenêtre
Somme de contrôle
Pointeur de données urgentes
Options
Remplissage
Données


Signification des champs :

  • Port source : Numéro du port source
  • Port destination : Numéro du port destination
  • Numéro de séquence : Numéro de séquence du premier octet de ce segment
  • Numéro d'acquittement : Numéro de séquence du prochain octet attendu
  • Taille de l'en-tête : Longueur de l'en-tête en mots de 32 bits (les options font partie de l'en-tête)
  • Réservé : Réservé pour un usage futur
  • ECN : signale la présence de congestion, voir RFC 3168
  • Drapeaux
    • URG : Signale la présence de données URGentes
    • ACK : Signale que le paquet est un accusé de réception (ACKnowledgement)
    • PSH : Données à envoyer tout de suite (PuSH)
    • RST : Rupture anormale de la connexion (ReSeT)
    • SYN : Demande de synchronisation (SYN) ou établissement de connexion
    • FIN : Demande la FIN de la connexion
  • Fenêtre : Taille de fenêtre demandée, c'est-à-dire le nombre d'octets que le récepteur souhaite recevoir sans accusé de réception
  • Checksum : Somme de contrôle calculée sur l'ensemble de l'en-tête TCP et des données, mais aussi sur un pseudo en-tête (extrait de l'en-tête IP)
  • Pointeur de données urgentes : Position relative des dernières données urgentes
  • Options : Facultatives
  • Remplissage : Zéros ajoutés pour aligner les champs suivants du paquet sur 32 bits, si nécessaire
  • Données : Séquences d'octets transmis par l'application (par exemple : +OK POP3 server ready...)

Établissement d'une connexion

Tcp connect.svg

Même s'il est possible pour deux systèmes d'établir une connexion entre eux simultanément, dans le cas général, un système ouvre une 'socket' (point d'accès à une connexion TCP) et se met en attente passive de demandes de connexion d'un autre système. Ce fonctionnement est communément appelé ouverture passive, et est utilisé par le côté serveur de la connexion. Le côté client de la connexion effectue une ouverture active en 3 temps (poignée de mains en trois temps) :

  1. Le client envoie un segment SYN au serveur,
  2. Le serveur lui répond par un segment SYN/ACK,
  3. Le client confirme par un segment ACK.

Durant cet échange initial, les numéros de séquence des deux parties sont synchronisés :

  1. Le client utilise son numéro de séquence initial dans le champ "Numéro de séquence" du segment SYN (x par exemple),
  2. Le serveur utilise son numéro de séquence initial dans le champ "Numéro de séquence" du segment SYN/ACK (y par exemple) et ajoute le numéro de séquence du client plus un (x+1) dans le champ "Numéro d'acquittement" du segment,
  3. Le client confirme en envoyant un ACK avec un numéro de séquence augmenté de un (x+1) et un numéro d'acquittement correspondant au numéro de séquence du serveur plus un (y+1).

Transferts de données

Tcp talk.svg

Pendant la phase de transferts de données, certains mécanismes clefs permettent d'assurer la robustesse et la fiabilité de TCP. En particulier, les numéros de séquence sont utilisés afin d'ordonner les segments TCP reçus et de détecter les données perdues, les sommes de contrôle permettent la détection d'erreurs, et les acquittements ainsi que les temporisations permettent la détection des segments perdus ou retardés.

Numéros de séquence et d'acquittement

Grâce aux numéros de séquence et d'acquittement, les systèmes terminaux peuvent remettre les données reçues dans l'ordre à l'application destinataire.

Les numéros de séquence sont utilisés pour décompter les données dans le flux d'octets. On trouve toujours deux de ces nombres dans chaque segment TCP, qui sont le numéro de séquence et le numéro d'acquittement. Le numéro de séquence représente le propre numéro de séquence de l'émetteur TCP, tandis que le numéro d'acquittement représente le numéro de séquence du destinataire. Afin d'assurer la fiabilité de TCP, le destinataire doit acquitter les segments reçus en indiquant qu'il a reçu toutes les données du flux d'octets jusqu'à un certain numéro de séquence.

Le numéro de séquence indique le premier octet des données.

Par exemple, dans le cas d'un échange de segments par Telnet :

  1. L'hôte A envoie un segment à l'hôte B contenant un octet de données, un numéro de séquence égal à 42 (Seq = 42) et un numéro d'acquittement égal à 79 (Ack = 79),
  2. L'hôte B envoie un segment ACK à l'hôte A. Le numéro de séquence de ce segment correspond au numéro d'acquittement de l'hôte A (Seq = 79) et le numéro d'acquittement au numéro de séquence de A tel que reçu par B, augmenté de la quantité de données en bytes reçue (Ack = 42 + 1 = 43),
  3. L'hôte A confirme la réception du segment en envoyant un ACK à l'hôte B, avec comme numéro de séquence son nouveau numéro de séquence, à savoir 43 (Seq = 43) et comme numéro d'acquittement le numéro de séquence du segment précédemment reçu, augmenté de la quantité de données reçue (Ack = 79 + 1 = 80).

Les numéros de séquence sont des nombres entiers non signés sur 32 bits, qui reviennent à zéro après avoir atteint 2^32-1. Le choix du numéro de séquence initial est une des clefs de la robustesse et de la sécurité des connexions TCP.

Une amélioration de TCP, nommée acquittement sélectif (selective acknowledgement ou SACK), autorise le destinataire TCP à acquitter des blocs de données reçus dans le désordre.

Somme de contrôle

Une somme de contrôle sur 16 bits, constituée par le complément à un de la somme complémentée à un de tous les éléments d'un segment TCP (en-tête et données), est calculée par l'émetteur, et incluse dans le segment émis. Le destinataire recalcule la somme de contrôle du segment reçu, et si elle correspond à la somme de contrôle reçue, on considère que le segment a été reçu intact et sans erreur.

Temporisation

La perte d'un segment est gérée par TCP en utilisant un mécanisme de temporisation et de retransmission. Après l'envoi d'un segment, TCP va attendre un certain temps la réception du ACK correspondant. Un temps trop court entraîne un grand nombre de retransmissions inutiles et un temps trop long ralentit la réaction en cas de perte d'un segment.

Dans les faits, le délai avant retransmission doit être supérieur au RTT moyen d'un segment, c'est-à-dire au temps que prend un segment pour effectuer l'aller-retour entre le client et le serveur. Comme cette valeur peut varier dans le temps, on "prélève" des échantillons à intervalle régulier et on en calcule une moyenne pondérée :

RTT moyen = (1-α) * RTT moyen + α * RTT échantillon

Une valeur typique pour α est 0.125. L'influence des échantillons diminue de manière exponentielle dans le temps.

Le délai à utiliser est obtenu à partir de cette estimation du RTT moyen et en y ajoutant une marge de sécurité. Plus la différence entre un échantillon et la moyenne est grande, plus la marge de sécurité à prévoir est importante. Le calcul se fait à partir de la variance pondérée entre l'échantillon et la moyenne :

Variance RTT = (1-β) * Variance RTT + β * |RTT échantillon - RTT moyen|

Une valeur typique pour β est 0.25. Le délai à utiliser est finalement donné par la formule suivante :

Délai = RTT moyen + 4 * Variance RTT

Parfois, quand le délai est trop long, il est avantageux de ne pas attendre avant de retransmettre un segment. Si un hôte reçoit 3 ACKs pour le même segment, alors il considère que tous les segments transmis après le segment acquitté ont été perdus et les retransmet donc immédiatement (Fast retransmit).

Contrôle de flux

Chaque partenaire dans une connexion TCP dispose d'un tampon de réception dont la taille n'est pas illimitée. Afin d'éviter qu'un hôte ne surcharge l'autre, TCP prévoit plusieurs mécanismes de contrôle de flux. Ainsi, chaque segment TCP contient la taille disponible dans le tampon de réception de l'hôte qui l'a envoyé. En réponse, l'hôte distant va limiter la taille de la fenêtre d'envoi afin de ne pas le surcharger.

D'autres algorithmes comme Nagle ou Clarck facilitent également le contrôle du flux.

Contrôle de 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. Ceci entraîne la perte de nombreux paquets et de longs 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 finaux. 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.

Autres

TCP utilise un certain nombre de mécanismes afin d'obtenir une bonne robustesse et des performances élevées. Ces mécanismes comprennent l'utilisation d'une fenêtre glissante, l'algorithme de démarrage lent (slow start), l'algorithme d'évitement de congestion (congestion avoidance), les algorithmes de retransmission rapide (fast retransmit) et de récupération rapide (fast recovery), etc. Des recherches sont menées actuellement afin d'améliorer TCP pour traiter efficacement les pertes, minimiser les erreurs, gérer la congestion et être rapide dans des environnements très haut débit.

Terminaison d'une connexion

Tcp close.svg

La phase de terminaison d'une connexion utilise une poignée de main en quatre temps, chaque extrémité de la connexion effectuant sa terminaison de manière indépendante. Ainsi, la fin d'une connexion nécessite une paire de segments FIN et ACK pour chaque extrémité.

Ports TCP

TCP (tout comme UDP) utilise la notion de numéro de port pour identifier les applications. À chaque extrémité (client / serveur) de la connexion TCP est associé un numéro de port sur 16 bits (de 1 à 65535) assigné à l'application émettrice ou réceptrice. Ces ports sont classés en trois catégories :

  • Les ports bien connus sont assignés par l'IANA (Internet Assigned Numbers Authority) dans la plage 1-1024, et sont souvent utilisés par des processus système ou ayant des droits privilégiés. Les applications bien connues qui fonctionnent en tant que serveur et sont en attente de connexions utilisent généralement ces types de ports. Exemples : FTP (21), Telnet (23), SMTP (25), HTTP (80).
  • Les ports enregistrés sont généralement utilisés par des applications utilisateur comme ports sources éphémères pour se connecter à un serveur, mais ils peuvent aussi identifier des services non enregistrés par l'IANA.
  • Les ports dynamiques/privés peuvent aussi être utilisés par des applications utilisateur, mais plus rarement. Ils n'ont pas de sens en dehors d'une connexion TCP particulière.

Développement de TCP

C'est le ministère américain de la Défense (DoD) qui à l'origine a développé le modèle de référence TCP/IP, car il avait besoin d'un réseau pouvant résister à toutes les situations[1].

TCP est un protocole assez complexe, et en évolution. Même si des améliorations significatives ont été apportées au cours des années, son fonctionnement de base a peu changé depuis le RFC 793, publié en 1981. Le RFC 1122 (Host Requirements for Internet Hosts), a clarifié un certain nombre de pré-requis pour l'implémentation du protocole TCP. Le RFC 2581 (TCP Congestion Control), l'un des plus importants de ces dernières années, décrit de nouveaux algorithmes utilisés par TCP pour éviter les congestions. En 2001, le RFC 3168 a été écrit afin de présenter un mécanisme de signalisation des congestions (explicit congestion notification ou ECN), et s'ajoute à la liste des RFCs importants qui complètent la spécification originale. Au début du XXIe siècle, TCP est utilisé approximativement pour 95% de tout le trafic Internet. Les applications les plus courantes qui utilisent TCP sont HTTP/HTTPS (World Wide Web), SMTP/POP3/IMAP (messagerie) et FTP (transfert de fichiers).

Alternatives à TCP

De nombreuses applications en temps réel n'ont pas besoin, et peuvent même souffrir, des mécanismes complexes de transport fiable de TCP : applications de diffusion multimédia (audio, vidéo), certains jeux multi-joueurs en temps réel, échanges de fichiers, etc. Dans ce type d'applications, il est souvent préférable de gérer les pertes, erreurs ou congestions, plutôt que d'essayer de les éviter.

Pour ces besoins particuliers, d'autres protocoles de transport ont été créés et déployés.

  • UDP (User datagram protocol) est souvent utilisé lorsque le temps-réel est privilégié sur la fiabilité. Tout comme TCP, ce protocole propose un multiplexage applicatif à travers la notion de ports, mais fonctionne en mode non connecté.
  • SCTP (Stream Control Transmission Protocol), protocole fournissant des services similaires à TCP (fiabilité, remise en ordre des séquences, et contrôle de congestion), tout en offrant la possibilité de communications multi-cibles comme avec UDP.

Voir aussi

Liens internes

Liens externes

Références

  1. DARPA / ARPA -- Defense / Advanced Research Project Agency, livinginternet.com. Consulté le 19 janvier 2011


Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Transmission Control Protocol de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Поможем написать реферат

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Transmission control protocol — Pour les articles homonymes, voir TCP. Pile de protocoles 7 • Application 6 • …   Wikipédia en Français

  • transmission control protocol — (TCP) The use of common protocols enables different computer systems to exchange information over the internet. (Protocols are a set of network communication procedures that are hardware and operating system independent.) Two of the most… …   Law dictionary

  • Transmission Control Protocol — Transmission Control Protocol,   TCP/IP …   Universal-Lexikon

  • Transmission Control Protocol — The Transmission Control Protocol (TCP) is one of the core protocols of the Internet Protocol Suite. TCP is so central that the entire suite is often referred to as TCP/IP. Whereas IP handles lower level transmissions from computer to computer as …   Wikipedia

  • Transmission Control Protocol — TCP (Transmission Control Protocol) Familie: Internetprotokollfamilie Einsatzgebiet: Zuverlässiger bidirektionaler Datentransport TCP im TCP/IP‑Protokollstapel: Anwendung HTTP SMTP …   Deutsch Wikipedia

  • Transmission Control Protocol — Para otros usos de este término, véase TCP (desambiguación). Transmission Control Protocol (TCP) Familia: Familia de protocolos de Internet Función: Transporte confiable y bidireccional de datos. Ubicación en la pila de protocolos Aplicación …   Wikipedia Español

  • Transmission Control Protocol — TCP Название: Transmission Control Protocol Уровень (по модели OSI): Транспортный Семейство: TCP/IP Порт/ID: 6/IP Спецификация: RFC 793 / STD 7 Основные реализации: Linux, Windows Расширяемость …   Википедия

  • transmission control protocol — noun a protocol developed for the internet to get data from one network device to another TCP uses a retransmission strategy to insure that data will not be lost in transmission • Syn: ↑TCP • Hypernyms: ↑protocol, ↑communications protocol • Part… …   Useful english dictionary

  • Transmission Control Protocol —    Abbreviated TCP. The transport level protocol used in the TCP/IP suite of protocols. It works above IP in the protocol stack and provides reliable data delivery over connection oriented links.    TCP adds a header to the datagram that contains …   Dictionary of networking

  • Transmission Control Protocol — El Protocolo de Control de Transmisión (TCP en sus siglas en inglés, Transmission Control Protocol) es uno de los protocolos fundamentales en Internet. Muchos programas dentro de una red de ordenadores pueden usar TCP para crear conexiones entre… …   Enciclopedia Universal

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”