QRQVB : Protocole TCP (1/2)

Nouvelle QRQVB et pas des moindres, le protocole TCP (Transmission Control Protocol, Protocole de Contrôle de Transmission).  Comme son petit frère UDP, TCP se situe en couche 4 du modèle OSI.

Caractéristique de TCP

TCP est bien plus compliqué qu’UDP examiné au chapitre précédent. Il apporte en contrepartie des services beaucoup plus élaborés.

• TCP contient un mécanisme pour assurer le bon acheminement des données. Cette possibilité est absolument indispensable dès lors que les applications doivent transmettre de gros volumes de données de façon fiable. Cette fonction est assurée par un mécanisme d’acquittement (ou accusé de réception). Les paquets de données sont acquittés de bout en bout et non de point à point. C’est à dire que ce sont les machines sources et machines de destinations qui s’occupent de cela et non les routeurs qui se situent entre les 2.
• Le protocole TCP permet l’établissement d’un circuit virtuel entre les 2 machines qui échangent de l’information (Voir a ce propos le commentaire de Guizmo.7). On dit aussi que TCP  fonctionne en mode connecté (par opposition à UDP qui est en mode non connecté). En pratique, l’une des 2 machine doit effectuer un appel que l’autre doit accepter. S’en suit une discutions afin d’établir certains paramètres de communication. Une fois les préliminaires terminés, les protocoles informent les applications respectives que la connexion est établie et que le transfert peut débuter. Durant le transfert, le dialogue entre les protocoles continue, pour vérifier le bon acheminement des données.
• TCP a la capacité de mémoriser les données. Les paquets pouvant prendre chacun un chemin différent pour arriver à destination, il arrive que ceux ci n’arrivent pas dans le bon ordre. Grâce à cette capacité de mémorisation, TCP garde les paquets un certains temps et les reconstitue lorsqu’ils sont tous arrivés afin de présenter les données à l’application.
• TCP simule une connexion en « full duplex ». Pour chacune des 2 machines en connexion, l’opération qui consiste à lire des données peut s’effectuer indépendamment de celle qui consiste à en écrire.

Entête TCP

L’entête TCP est codé sur 20 octets hors options.

• Port Source (16 bits): Port utilisé par l’application sur la machine source.
• Port Destination (16 bits): Port de destination.
• Numéro d’ordre (32 bits): Correspond au numéro du paquet. Cette valeur permet de situer à quel endroit du flux de données le paquet, qui est arrivé, doit se situer par rapport aux autres paquets.
• Numéro d’accusé de réception (32 bits): Acquittement pour les paquets reçus. Cette valeur signale le prochain numéro de paquet attendu. Par exemple, si il vaut 1500, cela signifie que tous les datagrammes <1500 ont été reçus
• Offset (4 bits): Le champ Offset est codé sur 4 bits et définit le nombre de mots de 32 bits dans l’entête TCP. Ce champ indique donc où les données commencent.
• Réservé (6 bits): Champ inutilisé actuellement. Il était à l’origine prévu pour l’avenir. On peut dire aujourd’hui que ce champ restera vide.
• Drapeaux (flags) (6×1 bit): Les drapeaux représentent des informations supplémentaires :
  URG: si ce drapeau est à 1 le paquet doit être traité de façon urgente.
  ACK: si ce drapeau est à 1 le paquet est un accusé de réception.
  PSH (PUSH): si ce drapeau est à 1, le paquet fonctionne suivant la méthode PUSH.
  RST: si ce drapeau est à 1, la connexion est réinitialisée.
  SYN: Le Flag TCP SYN indique une demande d’établissement de connexion.
  FIN: si ce drapeau est à 1 la connexion s’interrompt.
• Fenêtre (16 bits): Champ permettant de connaître le nombre d’octets que le récepteur souhaite recevoir sans envoyer d’accusé de réception.
• Somme de contrôle (Checksum ou CRC): La somme de contrôle est réalisée en faisant la somme des champs de données de l’en-tête, afin de pouvoir vérifier l’intégrité de l’en-tête
• Pointeur d’urgence (16 bits): Indique le numéro d’ordre à partir duquel l’information devient urgente.

Établissement d’une connexion

Une ouverture de connexion TCP s’effectue en 3 temps.

L’émetteur du premier paquet doit avoir connaissance du couple IP : Port de l’application de la machine réceptrice (par exemple, on contact un serveur HTTP sur le port 80 qui lui est dédié). L’émetteur de ce premier paquet est à l’origine de l’établissement du circuit virtuel. C’est une attitude qualifiée de « cliente« .

Le récepteur du premier paquet accepte l’établissement de la connexion, ce qui suppose qu’il était prêt à le faire avant que le client en prenne l’initiative. C’est une attitude de « serveur« .

Le client envoie un segment comportant le drapeau SYN à 1. Le serveur répond avec sa propre séquence (SYN = 1) mais il doit aussi acquitter le paquet précédent, ce qu’il fait avec ACK. Le client répond alors avec un acquittement de la séquence du serveur (ACK = 1).

Une fois achevée cette phase appelée « Three-way handshake », les 2 applications sont en mesure d’échanger des données.

Conclusion

Voilà pour une première partie sur TCP. La seconde partie permettra de voir comment fonctionne la clôture d’une connexion ainsi que l’acquittement des paquets durant les transferts de données.  TCP est bien plus compliquer à aborder qu’UDP et c’est pourquoi je préfère le faire en 2 parties. J’essaierai d’ajouter dans la seconde partie quelques captures de trames afin d’illustrer ceci plus clairement. N’hésitez pas à laisser des commentaires si certaines notions vous paraissent mal expliquées ou trop survolées dans ce billet.