Examen de Réseaux Informatique

Exercice 1 - Gestion des fragments et congestion

Question 1 - Perte d'un fragment IP au niveau du destinataire

Lorsqu'un fragment IP est perdu en cours de route, la couche IP du destinataire ne possède aucun mécanisme pour redemander spécifiquement ce fragment manquant. Par conséquent, le destinataire attend l'expiration d'un délai de réassemblage, puis supprime purement et simplement tous les autres fragments déjà reçus appartenant au même paquet.

La reprise de l'erreur dépend exclusivement de la couche supérieure :

• Si le protocole de transport est TCP, ce dernier constatera la perte du segment (via l'absence d'acquittement) et gérera lui-même la retransmission du paquet entier.
• Si le protocole de transport est UDP, il n'y a pas de mécanisme de retransmission. L'information est donc définitivement perdue pour l'application.

Question 2 - Modèle du seau percé et congestion du routeur

Il s'agit d'analyser si le routeur peut absorber une rafale (burst) de données compte tenu de sa configuration.

Définitions issues de l'énoncé :

• C : capacité maximale de la file d'attente (le "seau") = 500 kB
• ρ : vitesse de génération des jetons = 1 MB/s
• M : débit maximum en sortie = 20 MB/s
• Trafic entrant (rafale) = 2 MB. L'énoncé utilise implicitement la conversion 1 MB = 1000 kB. La rafale représente donc 2000 kB.

1. Calcul du temps maximal d'écoulement de la rafale (S) : La condition limite avant congestion est atteinte lorsque le trafic entrant maximal est égal au trafic sortant maximal. Trafic entrant = C + ρ × S Trafic sortant = M × S En égalisant les deux : C + ρ × S = M × S S = C / (M - ρ) S = 500 kB / (20 MB/s - 1 MB/s) S = 500 / 19 ≈ 26,3157 ms (arrondi à 4 décimales).

2. Évaluation de la congestion : Le volume maximal de données que le routeur est capable d'écouler avant que la file ne déborde est : Trafic maximum écoulé = M × S Trafic maximum écoulé = 20 MB/s × 26,3157 ms = 526,314 kB.

La rafale totale étant de 2000 kB, et le routeur ne pouvant écouler que 526,314 kB avant débordement, le routeur entrera en congestion.

3. Quantité de données perdue : En utilisant la valeur arrondie précédente : Données perdues = Trafic total entrant - Trafic maximum écoulé Données perdues = 2000 kB - 526,314 kB = 1473,686 kB. Le routeur rejette environ les deux tiers du trafic entrant.

Exercice 2 - Protocole TCP

Question 1 - Nécessité d'UDP face à IP brut

UDP existe car il fournit un service essentiel que la couche réseau (IP) n'offre pas : le démultiplexage. Les paquets IP bruts identifient uniquement la machine de destination. UDP ajoute la notion de numéro de port, ce qui permet au système d'exploitation d'identifier précisément à quelle application (ou processus) les données reçues doivent être délivrées.

Question 2 - Mécanismes de fiabilité de TCP

Pour garantir des communications de bout en bout fiables, TCP met en œuvre les éléments suivants :

• Les numéros de séquence (pour ordonner les paquets et détecter les pertes).
• Les acquittements (ACK, pour confirmer la bonne réception).
• La retransmission (sur expiration d'un temporisateur ou réception d'ACKs dupliqués).

Si le réseau sous-jacent (IP) devenait subitement 100 % fiable (aucune perte ni corruption), les numéros de séquence, les acquittements et les retransmissions deviendraient inutiles pour la correction d'erreurs. Cependant, TCP conserverait toute son utilité pour le contrôle de flux (éviter qu'un émetteur rapide ne submerge un récepteur lent) et le contrôle de congestion (éviter de saturer les routeurs intermédiaires).

Question 3 - Calcul du débit et de la fenêtre optimale

Note : Le document source laisse cette réponse incomplète (mentionnant uniquement "W=RTTC"). L'énoncé indique une taille de fenêtre de "216octets", ce qui est une erreur typographique liée à l'extraction ; il faut lire 2¹⁶ octets, soit la limite classique de la fenêtre TCP non redimensionnée.*

Données :

• Fenêtre maximale (W) = 2¹⁶ octets = 65 536 octets.
• Capacité du canal (C) = 45 Mb/s = 45 000 000 bits/s.
• Délai aller-retour (RTT) = 50 ms = 0,050 s.

Débit maximum atteignable : Le débit maximal est limité par le volume de données que l'émetteur peut envoyer pendant un RTT. Débit max = W / RTT Il faut d'abord convertir la fenêtre en bits : 65 536 × 8 = 524 288 bits. Débit max = 524 288 bits / 0,050 s = 10 485 760 bits/s (soit environ 10,48 Mb/s).

Utilisation de la liaison : Utilisation = Débit max / Capacité du canal Utilisation = 10 485 760 / 45 000 000 ≈ 0,233 (soit 23,3 %).

Taille de fenêtre pour une utilisation à 100 % : Pour exploiter le lien à 100 %, la fenêtre doit être égale au produit délai-bande passante. W(idéale) = RTT × C W(idéale) = 0,050 s × 45 000 000 bits/s = 2 250 000 bits. En octets : 2 250 000 / 8 = 281 250 octets.

Question 4 - Événements provoquant une retransmission

Un émetteur TCP détecte la perte d'un segment et procède à sa retransmission dans deux cas :

1. L'expiration du temporisateur de retransmission (Timeout) : le délai imparti pour recevoir l'acquittement est écoulé.
2. La réception de trois acquittements dupliqués (Fast Retransmit) : indique la perte probable d'un paquet au milieu d'une série.

Question 5 - La règle des trois acquittements dupliqués

Le réseau peut parfois livrer des paquets dans le désordre. Lorsqu'un paquet arrive hors séquence (par exemple, le paquet N+1 arrive avant le paquet N), le récepteur envoie un acquittement dupliqué pour réclamer le paquet N.

Si TCP retransmettait dès le premier acquittement dupliqué, il réagirait excessivement à un simple désordre temporaire. En attendant de recevoir trois acquittements dupliqués consécutifs, l'émetteur s'assure avec une forte probabilité que le paquet N a véritablement été perdu, et non simplement dépassé par d'autres paquets sur le réseau.

Question 6 - Timeouts longs malgré le Fast Retransmit

Le mécanisme de "Fast Retransmit" exige que le récepteur continue de recevoir des paquets ultérieurs afin de pouvoir générer les acquittements dupliqués.

En cas de congestion sévère, un grand nombre de paquets (voire toute une fenêtre) peuvent être détruits consécutivement. Dans ce scénario, le récepteur ne reçoit plus rien, ne génère plus d'acquittements dupliqués, et l'émetteur reste silencieux jusqu'à l'expiration de son temporisateur classique (Timeout), ce qui engendre un délai d'attente significatif.

Exercice 3 - Automate du protocole TCP

Note : Les figures d'origine requises par le sujet pour les questions 1 et 2 sont absentes du document extrait. Les réponses ci-dessous décrivent textuellement le contenu attendu de ces schémas.

Question 1 - Échanges de messages (Client - Serveur)

Ouverture de connexion (Three-way handshake) :

1. Le CLIENT envoie un message SYN au SERVEUR.
2. Le SERVEUR répond avec un message SYN + ACK au CLIENT.
3. Le CLIENT confirme avec un message ACK au SERVEUR. La connexion est établie.

Libération de la connexion (fermeture normale) :

1. Le CLIENT envoie un message FIN au SERVEUR (il indique qu'il n'a plus de données à émettre).
2. Le SERVEUR acquitte avec un ACK.
3. Lorsque le SERVEUR a également terminé, il envoie son propre message FIN au CLIENT.
4. Le CLIENT acquitte avec un message ACK et passe en attente temporisée.

Question 2 - Transitions d'états de l'automate

Sur la base du diagramme d'états classique de TCP (où TIME_WAIT correspond à l'ATTENTE TEMPORISÉE de l'énoncé), voici les chemins empruntés :

Pour le Client :

• Ouverture : CLOSED → SYN_SENT → ESTABLISHED
• Fermeture active : ESTABLISHED → FIN_WAIT_1 → FIN_WAIT_2 → TIME_WAIT → CLOSED

Pour le Serveur :

• Ouverture : CLOSED → LISTEN → SYN_RCVD → ESTABLISHED
• Fermeture passive : ESTABLISHED → CLOSE_WAIT → LAST_ACK → CLOSED

Méthode

Pour aborder un examen de réseaux informatiques de ce type :

1. Vérifiez vos unités : Les confusions entre bits (b) et octets (B ou Bytes), ou entre kilo (1000) et kibi (1024), coûtent beaucoup de points dans les exercices de dimensionnement (Exercice 1 et 2.3). Si un énoncé utilise une base 1000 (comme ici dans le corrigé d'origine pour les MB), suivez sa logique tout en écrivant le postulat.
2. Mémorisez les diagrammes d'état : Le chronogramme d'échange (SYN, SYN-ACK, ACK) et l'automate des états TCP (SYN_SENT, ESTABLISHED, TIME_WAIT...) sont des classiques incontournables. Vous devez être capable de les redessiner de mémoire.
3. Apprenez les justifications, pas seulement les mécanismes : Savoir que TCP utilise 3 ACKs dupliqués est bien ; savoir pourquoi 3 et pas 1 (pour absorber le désordre) montre que vous avez compris les contraintes physiques d'un réseau IP.