Protocoles TCP/IP

 

Présentation de TCP/IP

TCP/IP est l'abréviation de Transmission Control Protocol/Internet Protocol. Ce protocole a été développé, en environnement UNIX, à la fin des années 1970 à l'issue d'un projet de recherche sur les interconnexions de réseaux mené par la DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) dépendant du DoD (Department of Defense) Américain.
TCP/IP ,devenu standard de fait, est actuellement la famille de protocoles réseaux qui gère le routage la plus répandue sur les systèmes informatiques (Unix/Linux, Windows, Netware...) et surtout, c'est le protocole de l'Internet.
Plusieurs facteurs ont contribué à sa popularité :
Maturité, Ouverture, Absence de propriétaire, Richesse (il fournit un vaste ensemble de fonctionnalités), Compatibilité (différents systèmes d'exploitation et différentes architectures matérielles), et le développement important d'Internet.
La famille des protocoles TCP/IP est appelée protocoles Internet, et a donné son nom au réseau du même nom. Leurs spécifications sont définies dans des documents du domaine public appelés RFC (Request For Comments - Appels à commentaires). Ils sont produits par l'IETF ( Internet Engineering Task Force) au sein de l'IAB (Internet Architecture Board).
La RFC 826, par exemple, définit le protocole ARP.

OSI et TCP/IP

Bien que le protocole TCP/IP ait été développé bien avant que le modèle OSI apparaisse, ils ne sont pas totalement incompatibles. L'architecture OSI est définie plus rigoureusement, mais ils disposent tous deux d'une architecture en couches.
Les protocoles TCP et IP ne sont que deux des membres de la suite de protocoles TCP/IP qui constituent le modèle DOD (modèle en 4 couches). Chaque couche du modèle TCP/IP correspond à une ou plusieurs couches du modèle OSI (Open Systems Interconnection) défini par l'ISO (International Standards Organization) :

Figure 1.1. OSI et TCP/IP

Des relations étroites peuvent être établies entre la couche réseau et IP, et la couche transport et TCP.
TCP/IP peut utiliser une grande variété de protocoles en couche de niveau inférieur, notamment X.25, Ethernet et Token Ring. En fait, TCP/IP a été explicitement conçu sans spécification de couche physique ou de liaison de données car le but était de faire un protocole adaptable à la plupart des supports.


Les protocoles TCP/IP se situent dans un modèle souvent nommé "famille de protocoles TCP/IP".
Les protocoles TCP et IP ne sont que deux des membres de la suite de protocoles IP.

IP (Internet Protocol, Protocole Internet)

IP est un protocole qui se charge de l'acheminement des paquets pour tous les autres protocoles de la famille TCP/IP. Il fournit un système de remise de données optimisé sans connexion. Le terme « optimisé » souligne le fait qu'il ne garantit pas que les paquets transportés parviennent à leur destination, ni qu'ils soient reçus dans leur ordre d'envoi. La fonctionnalité de somme de contrôle du protocole ne confirme que l'intégrité de l'en-tête IP. Ainsi, seuls les protocoles de niveau supérieur sont responsables des données contenues dans les paquets IP (et de leur ordre de réception).
Le protocole IP travaille en mode non connecté, c'est-à-dire que les paquets émis par le niveau 3 sont acheminés de manière autonome (datagrammes), sans garantie de livraison.
Le datagramme correspond au format de paquet défini par le protocole Internet. Les cinq ou six (sixième facultatif) premier mots de 32 bits représentent les informations de contrôle appelées en-tête.

Figure 1.2. datagramme IP

La longueur théorique maximale d'un datagramme IP est de 65535 octets. En pratique la taille maximale du datagramme est limitée par la longueur maximale des trames transportées sur le réseau physique. La fragmentation du datagramme (définie dans le 2ème mot de 32 bits) devient alors nécessaire dès que sa taille ne lui permet plus d'être directement transporté dans une seule trame physique. Les modules internet des équipements prennent en charge le découpage et le réassemblage des datagrammes.
Le protocole Internet transmet le datagramme en utilisant l'adresse de destination contenue dans le cinquième mot de l'en-tête. L'adresse de destination est une adresse IP standard de 32 bits permettant d'identifier le réseau de destination et la machine hôte connectée à ce réseau.
Dans un réseau TCP/IP, on assigne généralement une adresse IP à chaque hôte. Le terme d'hôte est pris dans son sens large, c'est à dire un "noeud de réseau". Une imprimante, un routeur, un serveur, un poste de travail sont des noeuds qui peuvent avoir également un nom d'hôte, s'ils ont une adresse IP.

TCP (Transmission Control Protocol,Protocole de contrôle de la transmission)

TCP est probablement le protocole IP de niveau supérieur le plus répandu. TCP fournit un service sécurisé de remise des paquets. TCP fournit un protocole fiable, orienté connexion, au-dessus d'IP (ou encapsulé à l'intérieur d'IP). TCP garantit l'ordre et la remise des paquets, il vérifie l'intégrité de l'en-tête des paquets et des données qu'ils contiennent. TCP est responsable de la retransmission des paquets altérés ou perdus par le réseau lors de leur transmission. Cette fiabilité fait de TCP/IP un protocole bien adapté pour la transmission de données basée sur la session, les applications client-serveur et les services critiques tels que le courrier électronique.
La fiabilité de TCP a son prix. Les en-têtes TCP requièrent l'utilisation de bits supplémentaires pour effectuer correctement la mise en séquence des informations, ainsi qu'un total de contrôle obligatoire pour assurer la fiabilité non seulement de l'en-tête TCP, mais aussi des données contenues dans le paquet. Pour garantir la réussite de la livraison des données, ce protocole exige également que le destinataire accuse réception des données.
Ces accusés de réception (ACK) génèrent une activité réseau supplémentaire qui diminue le débit de la transmission des données au profit de la fiabilité. Pour limiter l'impact de cette contrainte sur la performance, la plupart des hôtes n'envoient un accusé de réception que pour un segment sur deux ou lorsque le délai imparti pour un ACK expire.
Sur une connexion TCP entre deux machines du réseau, les messages (ou paquets TCP) sont acquittés et délivrés en séquence.

UDP (User Datagram Protocol)

UDP est un complément du protocole TCP qui offre un service de datagrammes sans connexion qui ne garantit ni la remise ni l'ordre des paquets délivrés. Les sommes de contrôle des données sont facultatives dans le protocole UDP. Ceci permet d'échanger des données sur des réseaux à fiabilité élevée sans utiliser inutilement des ressources réseau ou du temps de traitement. Les messages (ou paquets UDP) sont transmis de manière autonome (sans garantie de livraison.).
Le protocole UDP prend également en charge l'envoi de données d'un unique expéditeur vers plusieurs destinataires.
Ex: TFTP(trivial FTP) s'appuie sur UDP, DHCP également, Windows utilise UDP pour les Broadcast en TCP-IP

ICMP (Internet Control Message Protocol)

ICMP est un protocole de maintenance utilisé pour les tests et les diagnostics, qui véhicule des messages de contrôle. Il permet à deux systèmes d'un réseau IP de partager des informations d'état et d'erreur.
La commande ping utilise les paquets ICMP de demande d'écho et de réponse à un écho afin de déterminer si un système IP donné d'un réseau fonctionne. C'est pourquoi l'utilitaire ping est utilisé pour diagnostiquer les défaillances au niveau d'un réseau IP ou des routeurs.

RIP (Routing Information Protocol)

RIP est un protocole de routage dynamique qui permet l'échange d'informations de routage sur un inter-réseau. Chaque routeur fonctionnant avec RIP échange les identificateurs des réseaux qu'il peut atteindre, ainsi que la distance qui le sépare de ce réseau (nb de sauts=nb de routeurs à traverser). Ainsi chacun dispose de la liste des réseaux et peut proposer le meilleur chemin.

ARP (Address Resolution Protocol

Le protocole ARP permet de déterminer l'adresse physique (ou MAC) d'un noeud à partir de son adresse IP en effectuant une diffusion du type "qui est X2.X2.X2.X2 ? "

Figure 1.3. Protocoles TCP/IP et OSI

Fonctionnement général

Pour désigner les informations transmises et leur enveloppe, selon le niveau concerné, on parle de message(ou de flux) entre applications, de datagramme (ou segment) au niveau TCP, de paquet au niveau IP, et enfin, de trames au niveau de l'interface réseau (Ethernet ou Token Ring).
Les protocoles du niveau application les plus connus sont :

• HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) permet l'accès aux documents HTML et le transfert de fichiers depuis un site WWW
• FTP (File Transfer Protocol) pour le transfert de fichiers s'appuie sur TCP et établit une connexion sur un serveur FTP
• Telnet pour la connexion à distance en émulation terminal, à un hôte Unix/Linux.
• SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) pour la messagerie électronique (UDP et TCP)
• SNMP (Simple Network Management Protocol) pour l'administration du réseau
• NFS (Network File System) pour le partage des fichiers Unix/Linux.
  
  

  Les applications TCP-IP

  Modèle client/serveur

  Les applications réseaux fonctionnent sur le modèle client/serveur. Sur la machine serveur un processus serveur (daemon) traite les requêtes des clients. Client et serveur dialoguent en échangeant des messages qui contiennent des requêtes et des réponses.
  Prenons par exemple telnet.
  

  Figure 1.4. Exemple Telnet

  

  Figure 1.5. Modèle client/serveur

  

  L'adressage des applicatifs : les ports

  Une fois le datagramme transmis à l'hôte destinataire, il doit parvenir à l'utilisateur (si le système est multi-utilisateur) et à l'application visée (si le système est multi-tâches).
  

  • sur la machine cliente, l'utilisateur (usager ou programme) effectue une requête vers une machine IP serveur sur le réseau. (par exemple telnet host ou ftp host ). Cela se traduit par la réservation d'un port de sortie TCP ou UDP et l'envoi d'un paquet IP à la machine serveur. Ce paquet contient un message TCP ou UDP avec un numéro de port correspondant à l'application demandée sur le serveur.
  • sur le serveur, la requête est réceptionnée par le pilote IP, aiguillée vers TCP ou UDP puis vers le port demandé. Le processus serveur correspondant est à l'écoute des appels sur ce port (par ex: le daemon telnetd traite les requêtes telnet, le daemon ftpd traite les requêtes ftp).
  • processus client et processus serveur échangent ensuite des messages.

  Des numéros de port (entre 0 et 1023) sont réservés pour les applications « standards : les ports « bien connus » (Well Known Ports), ils ont été assignés par l'IANA. Sur la plupart des systèmes ils peuvent être seulement employés par des processus du système (ou root) ou par des programmes exécutés par les utilisateurs privilégiés (liste complète : http://www.iana.org/assignments/port-numbers ou dans le fichier /etc/services y compris sous Windows).
  D'autres numéros de port sont disponibles pour les applications développées par les utilisateurs (1024 à 65535).
  

  Figure 1.6. Ports applicatifs

  

  On identifie le protocole de communication entre applications par un numéro de protocole etl'application par un numéro de port.
  Par exemple, les serveurs HTTP dialoguent de manière traditionnelle par le port 80 :
  http ://www.sncf.com/index.htm <=> http :// www.sncf.com:80/index.htm
  Les numéros de protocole et de port sont inclus dans le datagramme.
  Une fois la connexion établie entre le client et le serveur, ceux-ci peuvent s'échanger des informations selon un protocole défini selon l'applicatif. Le client soumet des requêtes auxquelles répondra le serveur.
  Ce mode de communication s'appuie sur la couche "socket". Cette couche est une interface entre la couche présentation et transport. Elle permet la mise en place du canal de communication entre le client et le serveur. On peut schématiquement dire qu'un socket fournit un ensemble de fonctions. Ces fonctions permettent à une application client/serveur d'établir un canal de communication entre 2 ou plusieurs machines, qui utilisent un protocole de transport (TCP ou UDP) et un port de communication.

  Les ports prédéfinis à connaître

  Service réseau	N° de Port	Type	Commentaire
  ICMP	7	TCP/UDP	Commandes Ping
  Netstat	15	TCP/UDP	Etat du réseau
  FTP	21	TCP	Transfert de fichiers
  SSH	22	TCP/UDP	SSH Remote Login Protocol
  Telnet	23	TCP	Connexion via terminal réseau
  SMTP	25	TCP	Envoi de courrier
  DNS	53	TCP/UDP	Serveurs de noms de domaine
  HTTP	80	TCP	Serveur Web
  Pop3	110	TCP	Réception de courrier
  nntp	119	TCP	Service de news
  ntp	123	UDP	Protocole temps réseau
  nbname	137	TCP/UDP	Service de Nom Netbios
  netbios-ssn	139	TCP/UDP	Service de Session Netbios
  imap	143	TCP/UDP	Protocole d'accès messagerie Internet
  SNMP	161	UDP	Administration de réseau