Protocoles Avancées

Ce document présente les protocoles avancés de la couche transport, à destination des étudiants en informatique et réseaux. Il couvre les propriétés générales de la couche transport, puis détaille les protocoles TCP et UDP, leurs caractéristiques, usages et mécanismes principaux.

Propriétés de la couche Transport

La couche transport assure la communication entre applications sur des machines différentes. Elle fournit des services essentiels tels que l'adressage par ports, le contrôle de flux, la gestion des connexions et la fiabilité de la transmission. Deux protocoles majeurs y sont utilisés : TCP (Transmission Control Protocol) et UDP (User Datagram Protocol).

Le protocole TCP

TCP est un protocole orienté connexion. Cela signifie qu'une connexion doit être établie avant l'échange de données. Il impose une surcharge plus importante pour garantir plusieurs fonctionnalités :

• Livraison des données dans l'ordre d'émission
• Acheminement fiable avec retransmission en cas de perte
• Contrôle du flux pour éviter la saturation du récepteur

Chaque segment TCP contient 20 octets d'en-tête en plus des données applicatives. Ce protocole est utilisé par des applications nécessitant une transmission fiable, telles que :

• Navigateurs Web
• Courriel
• Transfert de fichiers

Établissement et fin de connexion TCP

La connexion TCP est établie via un processus en trois étapes (handshake) permettant de synchroniser les numéros de séquence entre client et serveur. La fermeture de connexion implique un échange de messages pour terminer proprement la session.

Réordonnancement et fenêtrage

TCP assure le réordonnancement des segments reçus dans l'ordre de leur transmission. Le mécanisme de fenêtrage (windowing) permet de contrôler le volume de données envoyées avant d'attendre un accusé de réception, optimisant ainsi le débit et la gestion du flux.

Contrôle d'encombrement et contrôle de flux

TCP intègre des mécanismes pour éviter la congestion du réseau (contrôle d'encombrement) et pour adapter le rythme d'envoi des données à la capacité du récepteur (contrôle de flux).

Exemple simple d'établissement de connexion TCP

Client envoie SYN (demande de connexion)
Serveur répond SYN-ACK (acquittement + demande de connexion)
Client envoie ACK (confirmation)
Connexion établie, échanges de données peuvent commencer

Le protocole UDP

UDP est un protocole simple, sans connexion. Il impose très peu de surcharge, avec seulement 8 octets d'en-tête par datagramme. UDP ne garantit pas la livraison, l'ordre ou la retransmission des données. Il est donc plus rapide mais moins fiable que TCP.

Les applications utilisant UDP doivent gérer elles-mêmes la fiabilité si nécessaire, ou tolérer la perte de données. Par exemple :

• Les jeux en ligne et la voix sur IP (VoIP) peuvent accepter une certaine perte pour éviter les délais liés à la retransmission.
• Le système DNS répète simplement sa requête en cas d'absence de réponse, sans utiliser TCP.

UDP est utilisé par plusieurs protocoles de la couche application :

• DNS (Domain Name System)
• SNMP (Simple Network Management Protocol)
• DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
• RIP (Routing Information Protocol)
• TFTP (Trivial File Transfer Protocol)
• Jeux en ligne

Exemple d'échange UDP

Client envoie un datagramme UDP contenant une requête DNS
Serveur répond par un datagramme UDP contenant la réponse DNS
Pas d'établissement de connexion préalable, pas de garantie de réception

Adressage des ports

La couche transport utilise des numéros de ports pour identifier les applications sources et destinations sur les machines. Chaque segment TCP ou datagramme UDP contient ces numéros de ports dans son en-tête, permettant au système d'exploitation de diriger les données vers la bonne application.

Glossaire des termes clés

• Datagramme : unité de données envoyée par le protocole UDP, sans connexion ni garantie de livraison.
• Fenêtrage (windowing) : mécanisme TCP permettant de contrôler la quantité de données envoyées avant réception d'un accusé.
• Numéro de port : identifiant numérique permettant de distinguer les applications sur une machine.
• Protocole orienté connexion : protocole qui établit une connexion avant l'échange de données (exemple : TCP).
• Protocole sans connexion : protocole qui envoie les données sans établir de connexion préalable (exemple : UDP).
• Réordonnancement : processus de remise en ordre des segments reçus dans l'ordre d'émission.
• Retransmission : renvoi des données perdues détectées par le protocole.
• Contrôle de flux : mécanisme pour adapter le rythme d'envoi des données à la capacité du récepteur.
• Contrôle d'encombrement : mécanisme pour éviter la saturation du réseau par trop de données envoyées simultanément.

Points clés à retenir

• La couche transport fournit des services essentiels pour la communication entre applications, notamment via TCP et UDP.
• TCP est un protocole fiable, orienté connexion, avec contrôle de flux, retransmission et réordonnancement.
• UDP est un protocole simple, sans connexion, avec peu de surcharge, adapté aux applications tolérant la perte de données.
• Les applications choisissent TCP ou UDP selon leurs besoins en fiabilité et rapidité.
• Les numéros de ports permettent d'adresser correctement les données aux applications concernées.