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1. Observation de la commande talk Faites un change de caract res entre deux machines l aide de l utilitaire talk talk P Sicard TP 4 R seaux 10 lt nom utilisateur gt lt nom de machine officiel gt Capturez sur une troisi me machine les messages chang s lors de ce dialogue Analysez les paquets captur s Expliquez ce qu il se passe au niveau du r seau pro tocole transport utilis ouverture de connexion change des caract res fermeture de connexion Observation de la commande rlogin Comme pr c demment sur une des machines capturez les paquets circulant sur le r seau Faites ensuite un rlogin d une deuxi me machine sur une troisi me compte guest mot de passe guest e Puis proc dez une ou deux commandes Unix travers ce login e Enum rez les messages chang s lors de cette manipulation et expliquez ce qui se passe au niveau du r seau e Comment les commandes sont elles envoy es destination e Pourquoi les caract res des commandes sont ils renvoy s la source Regardez le contenu du fichier etc services et retrouvez les num ros de port des serveurs talk et rlogin R f rences Bibliographiques e RESEAUX 4 me Edition Andrew Tanenbaum InterEditions e R seaux locaux et Internet des protocoles l interconnexion Laurent Toutain 2 me Edition HERMES Analyse strutur e des R seaux Des Applications de l Internet aux infrastruc
2. TP N 4 de R seaux Etude des protocoles de la couche transport d Internet UDP et TCP Pascal Sicard 1 INTRODUCTION L objectif de ce TP est d observer et de commencer comprendre le fonctionnement des protocoles de la couche transport d Internet UDP User Datagram Protocol et TCP Transmission Control Protocol Avant d entamer les manipulations voici quelques rappels 1 1 Architecture des r seaux protocoles et services Pour communiquer sur un r seau les machines utilisent un ensemble de r gles et de conventions appel es PROTOCOLES Partant du principe de modularit et compte tenu de leurs complexit s les protocoles ont t structur s en couches dans le but de faciliter et de contr ler leurs impl mentations L un des avantages de cette structuration est d isoler les diff rents protocoles pour que tout changement introduit sur l un d eux n affecte pas les fonctionnalit s des autres Ce mod le offre des interfaces entre les diff rentes couches afin de permettre aux pro tocoles d une couche donn e d interagir avec ceux des couches qui lui sont directement adjacents En effet chacune des couches s appuie sur des services offerts par une couche inf rieure et vise offrir ses services la couche qui lui est sup rieure 1 2 Pr sentation des protocoles tudi s La famille de protocoles TCP IP est devenu un standard de fait de part son utilisation d s le d but d Internet La fig
3. port locaux et connect requ te de connexion sur cette socket e Pourquoi la premi re socket cr e est dite passive et la seconde active e Quels sont les r les respectifs de ces deux sockets dans l tablissement de la connexion e Analysez les paquets g n r s lors de l tablissement de la connexion e D composez les tapes de cette connexion encha nement dans le temps des demandes de services TCP et des messages chang s e Quel est le r le du flag SYN e Quelles sont les informations chang es durant ces tapes A quoi servent les num ros de s quence et d acquittement attention les num ros donn s par Wireshark sont relatifs voir les vrais dans l hexad cimal A quoi servent chacune des options utilis es ici par TCP Expliquez ce qu il se passe au moment de l accept Essayez de le faire avant et apr s le connect Regardez la liste des sockets commande status Ouvrez plusieurs connexions d une machine vers un m me port destinataire Observez les connexions sous socklab l aide de la commande status sur le serveur et sur le client e Qu est ce qui identifie r ellement une connexion c est dire comment TCP associe les messages re us aux diff rentes connexions en cours e Faites une demande de connexion Connect vers un port inexistant Expliquez ce qu il se passe 2 2 2 Etude du s quencement et de la r cup ration d erreur e E
4. socklab taper 5000 la place du message envoyer Vous pouvez conna tre la taille du buffer de r ception l aide de la commande options de Socklab e Envoyez un paquet UDP vers un port inexistant e Observez les paquets qui sont alors chang s entre les machines Quel protocole est utilis alors Expliquez ce qui se passe entre les diff rents protocoles sur la machine r ceptrice lors de la r ception du paquet UDP Expliquez toutes ces observations crivez un r sum sur le fonctionnement du protocole UDP 2 2 Le protocole TCP Rappel La figure 4 donne le format de l ent te TCP Signification des diff rents champs P Sicard TP 4 R seaux 6 32 1 4 10 16 Hlen Unused Code Bits Window CheckSum Urgent Pointer TCP options Padding F1G 4 Format de l ent te TCP e Source port et destination port ont le m me sens que dans les paquets UDP e SEQUENCE NUMBER et ACK NUMBER sont utilis s pour le s quencement et la r cup ration d erreurs des donn es le flag ACK indique si le champ ACK NUM BER contient une valeur valide e HLEN indique la taille de l ent te TCP en mots de 4 octets la taille de l ent te TCP est variable elle peut tre compl t e par une ou plusieurs options de 4 octets chacune e CHECKSUM a le m me sens que dans les paquets UDP e URGENT POINTER est utilis pour le transport de donn es urgentes le flag URG indique si le champ URGENT POINT
5. ER contient une valeur valide e Le champ Code bits est compos des six flags suivants URG ACK PSH RST SYN FIN o Les flags SYN et FIN sont utilis s pour l tablissement et la fermeture des connexions virtuelles o Le flag RST est utilis pour signaler au destinataire une demande de re initialisation des connexions qui sont dans un tat incertain SYN dupliqu s fermeture anormale panne o Le flag PSH ne sera pas tudi e Le champ WINDOW est utilis pour le contr le de flux 2 2 1 Etablissement d une connexion Sur deux machines lancez socklab en pr cisant que vous d sirez uniquement travailler avec le protocole TCP socklab tcp P Sicard TP 4 R seaux 7 e Sur la premi re machine cr ez une socket passive Notez le num ro de port de la socket ainsi cr e puis mettez la en attente de connexion socklab tcp gt passive Equivalent des commandes en mode standard sock tcp cr ation de socket bind af fectation d adresse IP et de num ro de port et listen attente sur cette socket socklab tcp gt accept e Sur la deuxi me machine cr ez une socket active et connectez la sur la machine et le port de la socket passive pr c demment cr e Ceci peut se faire gr ce la commande socklab tcp gt connect lt nom de machine gt lt numero de port gt Equivalent des commandes en mode standard sock tcp cr ation de socket bind affectation d adresse IP et de num ro de
6. aire Alors que TCP v hicule un flux d octets entre les applications UDP v hicule un flux de paquets de donn es applicatives si un premier processus envoie 5 puis 15 caract res par UDP le processus distant ne pourra pas les lire en une seule fois il devra lire les deux paquets s par ment Avec TCP l unit d information est l octet avec UDP c est le message En r sum deux applications peuvent communiquer en utilisant le protocole TCP ou UDP Quels peuvent tre les crit res permettant de choisir l un plut t que l autre Les crit res les plus vidents sont directement li s aux qualit s de services de TCP et UDP Par exemple si l on veut absolument une communication fiable 100 par exemple transfert de fichier on choisira TCP 1 4 Probl me de l adressage au niveau transport Dans le TP pr c dent vous avez vu qu une machine tait identifi e par une adresse INTERNET C est cette adresse que TCP indique IP quand il veut envoyer un message elle se retrouve ensuite dans l ent te IP Mais au niveau transport cette adresse de niveau r seau n est pas suffisante que vous vouliez utiliser TCP ou UDP A un instant donn plusieurs applications utilsant TCP ou UDP peuvent tourner en m me temps sur une machine donc plusieurs connexions ont t ouvertes par plusieurs processus sur une m me machine l adresse INTERNET de la machine ne permet pas elle seule de distinguer ces co
7. captures de paquets l aide de croquis temporel faisant appara tre les paquets et les champs int ressants des ent tes Vous utiliserez le logiciel socklab voir documentation fournie dont le but est de vous proposer une interface sur les primitives de manipulation des sockets 2 1 Le protocole UDP Rappel La figure 3 donne le format de l ent te UDP Message length CheckSum F1G 3 Format de l ent te UDP e Sur deux stations diff rentes lancez socklab en pr cisant que vous d sirez uniquement travailler avec le protocole UDP socklab udp e Sur chacune des deux stations cr ez une socket UDP Ces deux sockets seront utilis es pour changer des messages entre les deux stations socklab udp gt sock Equivalent des commandes en mode standard sock udp cr ation de socket udp et bind affectation d adresse IP et de num ro de port Voir documentation sur Socklab Notez bien le num ro de port qui vous est retourn il identifie de facon unique la socket sur la machine e Sur une des deux machines demandez mettre un paquet de donn es vers l autre machine en pr cisant son nom et le num ro de port de la socket pr c demment cr e socklab udp gt sendto lt Id de Socket gt lt nom de machine gt lt num ro de port gt e Tapez et validez la cha ne de caract res qui doit tre transmise vers la machine distante A quoi sert l identificateur de socket Conna t on le num ro de la socket distan
8. nnexions la notion de port a t introduite pour faire ces distinctions On peut parler d adressage de niveau transport Un num ro de port est un entier de 16 bits qui sert identifier un point d acc s aux protocoles de la couche 4 A nsi une connexion TCP peut tre identifi e de fa on unique par deux couples adresse INTERNET num ro de port source et desti nation Quand un processus veut envoyer un paquet vers un autre processus d une ma chine distante il doit indiquer l adresse INTERNET de cette machine et un num ro de port particulier sur celle ci La figure 2 r sume ces notions pour un petit exemple elle repr sente deux connexions de deux clients sur la machine 2 vers un m me serveur sur la machine 1 P Sicard TP 4 R seaux 3 Machine 1 Machine 2 onnexion port z Ad 1 port y Ad 2 Connexion port z Ad 1 port x Ad 2 F1G 2 Connexions TCP 1 5 Interface logicielle sur les protocoles TCP et UDP Jusqu ici nous vous avons pr sent les aspects th oriques de TCP et UDP Comme ces deux protocoles sont directement accessibles par n importe quel processus utilisateur ou applicatif cela signifie que le syst me met la disposition de l utilisateur un certain nombre de primitives permettant d envoyer et recevoir des donn es par TCP ou UDP Toutes ces primitives constituent une interface APT Application Program Interface Il existe plusieurs interfaces possibles selon le type de sy
9. on des donn es De plus si les donn es sont envoy es dans un certain ordre elles seront r ceptionn es dans le m me ordre Le service propos par TCP poss de aussi la caract ristique d tre de type byte stream flux d octets Ainsi si un premier processus envoie 5 puis 15 caract res ceux ci peuvent tre r cup r s de diff rentes mani res par le processus distant en une lecture de 20 ca ract res deux lectures de 10 caract res deux lectures de 7 et une lecture de 6 caract res Autrement dit il n y a pas de d coupage fix au niveau applicatif dans le flux de donn es v hicul es par les paquets TCP P Sicard TP 4 R seaux 2 1 3 Le protocole UDP Le service offert par le protocole UDP peut tre compar celui offert par la poste quand vous postez une lettre et si vous demandez le tarif habituel il peut arriver que cette lettre se perde Par ailleurs il se peut qu elle arrive destination apr s une autre lettre qui avait pourtant t post e apr s elle De la m me mani re deux processus peuvent aussi utiliser le protocole UDP pour s en voyer des donn es Avec UDP aucune connexion pr alable n est n cessaire mais l inverse de TCP UDP ne donne aucune garantie quant la qualit du service propos des donn es peuvent tre perdues arriv es dans le d sordre ventuellement modifi es C est l utilisateur d effectuer ces contr les si cela est n cess
10. onctionnalit du buffer d mission de TCP Or 0 10 Ou Donnez de fa on informelle l algorithme de mise jour de ces deux champs On fera bien attention distinguer le cas o l on re oit un paquet et le cas ou l on doit mettre un paquet On pensera aux cas de pertes 2 2 3 Contr le de flux Ouvrez une connexion TCP Emettez sur cette connexion un message de taille sup rieure celle du buffer de r ception voir les options de la socket Remarque On peut changer la taille du buffer de r ception mais seulement avant louverture de la connexion c t serveur sur la socket passive Analysez les paquets chang s Regardez en particulier le champ Window de l ent te TCP Faites ensuite des read successifs cot r cepteur de 5000 octets Analysez les derniers paquets chang s Regardez en particulier le champ Window de l ent te TCP Expliquez Refa tes l exp rience en lib rant le buffer du r cepteur par des reads de peu d octets A partir de quel moment l metteur est il d bloqu Pourquoi P Sicard TP 4 R seaux 9 2 2 4 Lib ration d une connexion e Apr s ouverture d une connexion entre deux machines fermez la connexion close e Analysez les paquets g n r s lors de la fermeture de la connexion de chaque c t D composez les tapes de cette fermeture Quel est le r le du flag FIN e R sumez les changes de messages en sp cifiant la valeur des cham
11. ps sp cifiques cette phase de la communication e Apr s fermeture d un seul des deux c t s essayez de continuer mettre de l autre c t par un write Que se passe t il observez les paquets chang s Si vous refaites un write que se passe t il pourquoi e Essayez diff rents sc narios de fermeture l aide de la commande shutdown voir documentation Socklab Par exemple r aliser une fermeture en sortie shutdown out sur une machine puis une mission de donn es depuis l autre Peut on continuer lire les donn es envoy es Peut on continuer faire un write apr s un shutdown out Faites de m me pour le shutdown in et both e Expliquez les avantages et inconv nients de ces diff rents types de fermeture close et shutdown e R sumez le fonctionnement de TCP en ce qui concerne louverture et la fermeture de connexion gr ce un automate dont les entr es sont les commandes des sockets CONNECT WRITE ou l arriv e de messages particuliers DATA SYN ACK et les sorties sont les envois de messages Un automate de Mealy semble plus appropri voir l bauche sur la figure 5 Socket Connect Syn FIG 5 Automate ouverture de connexion TCP pour une socket active Dessinez le graphe de l automate pour une socket active et un pour une socket dite passive Commentez cet automate en rappelant les exp rimentations effectu es 2 3 Exercices de synth se A faire attentivement
12. st me d exploitation et le langage de programmation utilis Sous les syst mes UNIX les deux interfaces les plus utilis es sont e les sockets BSD Berkeley Software Distribution e Systeme V TLI Transport Layer Interface Dans ce TP nous utilisons les sockets Le langage de programmation utiliser est l origine le C mais dans un premier temps vous ne serez pas amen s d velopper en C Pour tudier les protocoles TCP et UDP vous utiliserez un utilitaire vous proposant une interface souple et simplifi e sur les sockets socklab Ce laboratoire socket vous permet en fait d appeler de fa on interactive les primitives de base de manipulation des sockets Une socket d finit aussi un point d acc s que vous devez cr er pour envoyer ou recevoir des donn es par le protocole UDP ou TCP P Sicard TP 4 R seaux 4 2 D ROULEMENT DU TP Dans ce TP au moins 2 stations doivent tre connect es sur un m me r seau e Les captures et les analyses des paquets g n r s par les manipulations se feront l aide de l utilitaire Wireshark cf documentation e Ces captures pourront se faire sur l une quelconques des 2 machines e Vous pouvez sauvegarder vos captures en format Wireshark ou format ASCII voir le mode d emploi dans la documentation Outils e Une option int ressante de Wireshark pour vous aider se trouve dans le menu statis tics flow graph On r sumera les
13. tablissez une connexion par sockets TCP entre deux machines gr ce aux commandes vues pr c demment e Echangez des donn es entre les deux machines gr ce aux deux commandes read et write la place d un message normal vous pouvez utiliser la notation nnn pour envoyer un message de nnn octets Essayez en particulier avec une taille de donn e importante 5000 octets par exemple P Sicard TP 4 R seaux 8 Analysez les paquets engendr s par le transport des donn es Expliquez le r le des champs SEQUENCE NUMBER et ACK NUMBER dans l ent te des paquets TCP e Il y t il toujours un acquittement par paquet de donn e Pourquoi e Envoyez un message vers une machine que vous aurez au pr alable d branch e du r seau Observez ce qui se passe en capturant les paquets sur la machine mettrice Expliquez en d tail les m canismes utilis s dans ce genre de cas perte d un message comparez avec le protocole UDP Buffer d mission de la r cup ration d erreur o Modifiez la taille du buffer d mission 1000 octets sur une machine sur laquelle vous avez cr une socket passive commande socklab option sur la socket avant l ouverture d une connexion Ouvrez une connexion vers cette socket Envoyez 10 000 octets depuis la machine sur laquelle le buffer d mission a t r duit Observez les paquets circulant ce moment l Quelle influence la taille du buffer d mission a t elle Rappelez la f
14. te P Sicard TP 4 R seaux 5 e Sur la deuxi me machine demandez recevoir un paquet de donn es sur la socket pr c demment cr e en pr cisant le nombre maximum d octets lire socklab udp gt recvfrom lt Id de Socket gt lt nb d octets gt e Capturez et analysez le ou les paquets engendr s par l mission du message pr c dent e Pr cisez le r le de chaque champ de l ent te UDP Quelles sont les informations pass es IP par UDP l mission d un paquet donn es param tres de service Effectuez les variantes suivantes lors de l change de donn es l aide d UDP e Demandez la r ception avant l mission des donn es e Envoyez plusieurs paquets avant de demander leur r ception e Croisez l mission des paquets sur chacune des stations demandez d envoyer un pa quet puis demandez de lire le paquet envoy par la station distante e Notez ce qu il se passe quand vous demandez recevoir plus ou moins d octets que la station distante en envoie e Envoyez un paquets vers une machine que vous aurez au pr alable d branch e du r seau Observez ce qui se passe sur le r seau l aide d une troisi me machine ou sur la machine mettrice e Envoyez plusieurs paquets de taille importante vers une machine de fa on saturer le r cepteur remplir son buffer de r ception Par exemple envoyer 6 paquets de 5000 octets puis essayez de les r ceptionner Sous
15. tures de t l communication James Kurose et Keith Ross 2 Edition Pearson Education TCP IP Architecture protocoles applications Douglas COMER InterEditions 1992 Tr s techniques sur les protocoles TCP IP Principles Protocols and Architecture Volume I Design Implementation and Internals Douglas E Comer David L Stevens Internetworking with TCP IP Volume II Design Implementation and Internals Douglas E Comer David L Stevens P Sicard TP 4 R seaux 11
16. ure 1 montre les diverses interactions qui existent entre les principaux protocoles de la famille de protocoles d Internet P Sicard TP 4 R seaux 1 Application Pr sentation Session Transport R seau Liaison Physique Mod le OSI F1G 1 Principaux protocoles Dans la famille de protocoles d Internet la couche de niveau transport est la couche la plus haute avec laquelle les processus communiquent pour envoyer ou recevoir des donn es Deux protocoles de niveau transport sont d finis TCP et UDP Du point de vue de l utilisateur les qualit s de services propos s par ces deux protocoles sont tr s diff rentes 1 2 1 Le protocole TCP Le service offert par TCP peut tre compar celui offert par le t l phone Quand vous t l phonez quelqu un le dialogue ne peut s instaurer qu a partir du moment ou votre interlocuteur d croche son combine et dit ALLO ce qui correspond a l tablissement de la connexion vous pouvez alors dialoguer Un protocole offrant un tel service en l occurrence TCP est dit un protocole orient connexion cela signifie que si deux processus veulent s changer des donn es par TCP ils doivent pr alablement tablir une connexion dite virtuelle Une fois la connexion tablie TCP garantit que toutes les donn es envoy es par le premier processus seront re ues sans la moindre erreur par le deuxi me il n y aura ni perte ni modificati

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