Layer 4 (Transport Layer)

- : La couche 4, la couche de transport. Maintenant, la couche de transport est notre ligne de démarcation entre ce que nous appelons les couches supérieures du modèle OSI et les couches inférieures de ce modèle OSI. Maintenant, nous avons déjà couvert les couches inférieures lorsque nous avons parlé des couches physiques, de la liaison de données et du réseau. Et maintenant, nous allons passer aux couches supérieures, en commençant par cette couche, la couche de transport, la couche de session, la couche de présentation et la couche d'application. Maintenant, dans les deux prochaines leçons, nous allons couvrir chacun d'eux au fur et à mesure que nous avançons. Maintenant, segment est notre type de données ici lorsque nous traitons de la couche de transport. Lorsque nous traitons de segments et de datagrammes, nous parlons de la couche de transport. Maintenant, alors que nous parlons de datagrammes, nous allons les approfondir un peu plus tard. Mais pour l'instant, concentrons-nous sur les deux protocoles que nous avons à l'intérieur de la couche 4, qui sont les protocoles TCP et UDP. Et nous allons également introduire ici quelques fonctionnalités de fiabilité supplémentaires appelées fenêtrage et mise en mémoire tampon. Maintenant, qu'est-ce que TCP ? TCP est un protocole de contrôle de transmission. Il s'agit d'un protocole orienté connexion, ce qui signifie que c'est un moyen fiable de transporter des segments sur notre réseau. Désormais, si un segment est abandonné, le protocole demandera en fait un accusé de réception à chaque fois. S'il n'obtient pas cet accusé de réception, il renverra cette information. C'est pourquoi nous appelons cette connexion protocole complet car elle contient ce type d'informations bidirectionnelles où je vous envoie des informations et je vérifie que vous les avez bien reçues en écoutant que vous les avez reçues et que vous me donnez une réponse. Maintenant, regardons ce petit diagramme ici à l'écran pendant une seconde. Vous allez voir que j'ai un client à gauche et un serveur à droite. Maintenant, le client va envoyer ce qu'on appelle un paquet SYN ou un paquet de synchronisation au serveur. Maintenant, lorsque le serveur obtient cela, il va renvoyer un accusé de réception de synchronisation au client connu sous le nom de SYN-ACK. Maintenant, lorsque le client reçoit cet accusé de réception, il va renvoyer son propre accusé de réception au serveur. C'est ce qu'on appelle l'ACK. Maintenant, lorsque nous faisons ce SYN, SYN-ACK, ACK, c'est ce que nous appelons une poignée de main à trois. Essentiellement, c'est le client qui va, hé serveur, êtes-vous prêt à obtenir des informations ? Et puis le serveur dit, bien sûr, pourquoi pas ? Envoyez-moi des informations. Et le client dit, d'accord, voilà. Et puis, la transmission va commencer parce que nous avons établi cette poignée de main à trois et nous savons que les deux parties sont prêtes à communiquer. Maintenant, êtes-vous prêt ? Oui, je le suis, le voici. Maintenant, chaque fois que ces données, que nous appelons un segment, sont envoyées sur le réseau, il y aura un accusé de réception qu'elles ont été reçues et cela nous indiquera qu'il y a eu une communication bidirectionnelle réussie. Maintenant, si le serveur s'attend à recevoir 100 informations, mais qu'il n'en a reçu que 98, il va dire au client, hé, tu m'as dit que tu allais m'envoyer 100 choses mais tu ne m'en as envoyé que 98 . Envoyez-moi ces deux choses qui me manquent. Et puis une retransmission se produit. De cette façon, la communication peut se poursuivre et nous pouvons toujours nous assurer que nous obtenons ce que nous sommes censés obtenir car nous avons ce renvoi des paquets à travers le réseau. Désormais, il est utilisé pour toutes les données du réseau qui doivent être assurées pour atteindre leur destination finale. J'aime y penser comme un courrier certifié. Si je veux envoyer un message à l'IRS, par exemple, je veux m'assurer qu'ils le reçoivent et qu'il ne se perde pas dans le courrier. Donc, je pourrais payer un peu plus d'argent pour obtenir un reçu certifié que lorsqu'il arrive, ils doivent le signer et qui me sont renvoyés par la poste. De cette façon, quand je récupère ce reçu, je sais que l'IRS a reçu mon colis postal. C'est ainsi que TCP fonctionne. Maintenant, d'un autre côté, nous avons un autre protocole appelé UDP. UDP est ce que nous appelons un protocole sans connexion, ce qui signifie qu'il n'a pas à attendre les connexions. UDP signifie User Datagram Protocol et la raison pour laquelle nous l'appelons un datagramme est que si vous utilisez UDP, vous utilisez ce type de données, cela s'appelle un datagramme. Et donc, pour l'examen, je veux que vous vous rappeliez que la couche 4 est pour les segments presque exclusivement parce que nous l'utilisons avec TCP. Mais si vous utilisez UDP, cela s'appelle maintenant un datagramme. Donc, si vous avez un datagramme ou un segment, vous êtes dans la couche 4. Maintenant, lorsque nous parlons d'UDP, UDP n'est pas fiable et il transmet des segments appelés datagrammes et s'ils sont supprimés, l'expéditeur ne saura même jamais que cela s'est produit. Maintenant, pourquoi voudrais-je envoyer des choses dont l'expéditeur n'est pas au courant et que je ne reçois aucun type de reçu ? Eh bien, UDP est vraiment bon pour le streaming audio et visuel car vous envoyez beaucoup de données et il y a beaucoup moins de frais généraux lorsque vous utilisez UDP car nous n'avons pas cette poignée de main à trois voies constante pour l'établir et nous n'avons pas tout les freins et contrepoids qui sont associés à l'aide de TCP. Ainsi, en utilisant UDP, vous pouvez vraiment augmenter les performances de votre réseau car vous n'aurez aucune retransmission, vous finirez simplement par perdre des informations. N'est-ce pas une mauvaise chose ? Pourquoi voudrions-nous supprimer des informations ? Eh bien, pour certaines applications, cela n'a vraiment pas d'importance. Par exemple, vous diffusez cette vidéo en ce moment et si j'abandonnais pendant un centième de seconde, le remarqueriez-vous même ? Eh bien, vous ne le feriez probablement pas. Et c'est pourquoi UDP est si bon parce que nous pouvons laisser tomber un centième du temps ici et vous ne le remarquerez même jamais et il n'y aura pas de retransmission. Mais avec TCP, cela va conduire à beaucoup plus de mise en mémoire tampon parce que vous devez attendre, puis vous renvoyer le message, puis le mettre au bon endroit, puis le lire. Et donc, à cause de cette reconnaissance et de cette surcharge pour chaque seconde de cette vidéo, cela finira par devenir beaucoup plus gros et utiliser beaucoup plus de bande passante. Et c'est l'une des principales raisons pour lesquelles nous utilisons UDP pour le streaming vidéo et le streaming audio. Maintenant, faisons ici un petit résumé rapide de TCP par rapport à UDP car c'est un concept vraiment très important. En fait, si vous avez vos notes maintenant, j'écrirais ce tableau que je vais vous dire maintenant alors que nous parlons de TCP par rapport à UDP parce que c'est vraiment si important. Tout d'abord, TCP est fiable. Il a une poignée de main à trois voies où UDP n'est pas très fiable, c'est un protocole peu fiable car il n'y a pas de poignée de main à trois voies. TCP est ce que nous appelons un protocole orienté connexion ou un protocole de connexion complet, car nous avons cette poignée de main à trois voies dans les accusés de réception, mais UDP est sans connexion. C'est une méthode du feu et de l'oubli. Je viens juste de commencer à envoyer des informations et j'espère que vous allez les obtenir. TCP utilise la retransmission de segments et le contrôle de flux qui sont gérés via le fenêtrage, dont nous allons parler davantage dans une seconde. UDP, en revanche, il n'y a pas de retransmission et pas de fenêtrage. Avec TCP, nous avons une segmentation de notre séquençage de tous nos différents segments. Avec UDP, il n'y a pas de séquençage. Maintenant, ce que cela signifie, c'est que, comme j'envoie tout, je vais l'envoyer dans le bon ordre de un à 100. Je le ferai pour TCP et UDP. Maintenant, si vous manquez certaines de ces pièces, ou si elles arrivent dans un ordre différent parce qu'elles empruntent des chemins différents sur le réseau, avec TCP, elles séquencent afin qu'il sache que vous en avez une à 1 000 et qu'il les remet dans le bon sens. séquence. Avec UDP, quel qu'il soit, c'est comme ça qu'il va le diffuser. Et donc, ça peut arriver en 1, 50, 2, 500, 3, 4, 5, 6, 20, dans n'importe quel ordre aléatoire comme ça et c'est comme ça que vous allez l'entendre. Donc, si la vidéo, vous pouvez entendre un peu de sursaut, ou un peu de grincements aigus ou quelque chose comme ça parce que l'une de ces images peut être défectueuse. Maintenant, lorsque nous revenons à TCP, il reconnaîtra chacun de ces segments. Et donc, nous avons la reconnaissance. Si je ne l'obtiens pas, je sais que je ne l'ai pas reçu et je peux me le faire retransmettre et le recevoir à nouveau. Avec UDP, il n'y a pas d'accusé de réception. Donc, encore une fois, UDP a beaucoup moins de surcharge car il n'y a pas de connexion, pas de fenêtrage, pas de retransmission, pas de séquençage et pas d'accusé de réception. Maintenant, si vous devez obtenir quelque chose là-bas et que vous voulez vous assurer que la personne l'a obtenu, vous devez vraiment utiliser TCP comme protocole de choix. Et c'est pourquoi nous allons vraiment utiliser TCP pour des choses comme la banque et les sites Web et le commerce électronique et des choses comme ça. Mais si nous avons quelque chose qui contient beaucoup de données, comme le streaming audio ou vidéo, UDP s'en sort vraiment bien car nous n'avons pas besoin d'obtenir chaque élément de ce fichier. Nous pouvons sauter un peu ici et là et ce n'est pas grave. Maintenant, plus tôt dans la leçon, j'ai mentionné un concept connu sous le nom de fenêtrage et j'ai dit que nous y reviendrons plus tard. Eh bien, nous y sommes. Nous allons parler de fenêtrage. Maintenant, qu'est-ce que le fenêtrage ? Le fenêtrage va permettre aux clients d'ajuster la quantité de données dans chaque segment au fur et à mesure de la transmission. De cette façon, nous pouvons continuellement nous adapter pour envoyer plus ou moins de données pour chaque segment en cours de transmission. Donc, toute l'idée ici avec le fenêtrage est que si vous envoyez des données et que vous recevez beaucoup de retransmissions, eh bien, vous envoyez peut-être trop d'informations. Donc, vous devez reculer et fermer un peu la fenêtre. Ainsi, vous en enverrez moins à chaque fois. Maintenant, si vous n'obtenez aucune retransmission, cela signifie que vous n'allez probablement pas assez vite. Au lieu de cela, nous pouvons ouvrir cette fenêtre et envoyer plus de données avec chacun de ces segments. Et puis, si nous commençons à recevoir beaucoup plus de ces retransmissions, eh bien, nous commençons à fermer cette fenêtre. Et donc, nous ouvrons et fermons toujours la fenêtre pour maximiser notre débit et notre bande passante ici. Donc, si vous avez déjà copié un fichier sur un réseau sur une machine Windows, vous avez probablement vu où il commence ce fichier de film et il commence à dire, hé, il vous reste 20 minutes, puis il tombe à cinq minutes restantes, puis il saute jusqu'à 50 minutes restantes, puis 30 minutes restantes, puis une heure, et puis il descend à trois minutes. Et il a vraiment du mal à estimer combien de temps il faudra pour déplacer ce très gros fichier de votre lecteur partagé vers votre ordinateur Windows. Maintenant, pourquoi est-ce? Eh bien, c'est le fenêtrage au travail. Ce qui se passe ici, c'est que comme il y a des problèmes sur le réseau et qu'il y a beaucoup plus de retransmissions, la fenêtre diminue devient plus petite et cela signifie que nous devons envoyer plus de segments pour faire passer toutes ces données, ce qui prend plus de temps. Maintenant, à mesure que les choses s'améliorent et que le réseau recommence à circuler, cette fenêtre s'ouvre et nous pouvons envoyer moins de segments avec plus de données à chaque fois et cela finira par réduire le temps ou le faire ralentir. Donc, ce qui se passe ici, comme vous pouvez le voir à l'écran, disons que cette petite chose verte est ce que j'envoie et je commence à envoyer les informations mais ce rouge commence à ramper jusqu'à ce que nous commençons à ne pas pouvoir suivre avec ça. Donc, nous allons redescendre et ensuite le rouge peut remonter et puis, nous redescendrons et nous continuerons à faire ça. Espérons que le rouge et le vert finiront par correspondre à un niveau plus élevé qu'au départ. Dès que nous ouvrons cette fenêtre et que nous la fermons, nous pouvons commencer lentement et ensuite nous pouvons aller plus vite en ouvrant cette fenêtre et de plus en plus vite jusqu'à ce que nous ayons des problèmes, puis nous recommencerons à la fermer. Et nous continuerons à le faire encore et encore, jusqu'à ce que nous obtenions la meilleure bande passante possible, car nous essayons de pousser autant que nous le pouvons. Ainsi, par exemple, si je commence à compter des nombres pour vous, je vais commencer à ralentir. Un, deux, trois, c'est assez lent, non ? Tu diras d'accord, d'accord, j'ai compris, Jason. Vous pouvez aller plus vite. Alors, je commence à parler plus vite. Un, deux, trois, quatre, cinq, d'accord ? C'est toujours bon, essayons à nouveau. Un, deux, trois, quatre, cinq, oh, attends, attends, attends, attends, c'est trop rapide, Jason. D'accord, laisse-moi ralentir. Un, deux, trois, quatre, cinq, tu as compris ? D'accord, et nous continuons à le faire. C'est l'idée du fenêtrage. J'accélérerai et je ralentirai jusqu'à ce que vous n'ayez aucune erreur en copiant ce que je dis. C'est toute l'idée ici. Et nous voulons être en mesure de vous envoyer le plus d'informations possible le plus rapidement possible avec le moins de retransmissions tout en obtenant le débit maximal. Maintenant, le prochain concept dont nous voulons parler est la mise en mémoire tampon. Si vous avez déjà regardé une vidéo en ligne, vous avez probablement déjà eu affaire à la mise en mémoire tampon. Désormais, les périphériques tels que les routeurs contiennent une mémoire spéciale qui stockera des segments si la bande passante n'est pas facilement disponible. Maintenant, cela s'appelle le tampon. Ainsi, lorsqu'il sera disponible, il commencera à transmettre le contenu de ce tampon et s'effacera. La même chose se produit lorsque vous essayez de charger une vidéo. Si le réseau est encombré, il va d'abord absorber beaucoup d'informations en prévision du fait que vous allez le regarder plus rapidement, puis, vous allez pouvoir télécharger le reste de la vidéo. Et donc, c'est aussi l'idée de la mise en mémoire tampon de nos routeurs. Donc, si la mémoire tampon va déborder, et sur un routeur, vous n'avez que peu d'espace et vous commencez à y mettre trop d'informations parce que vous ne pouvez pas l'envoyer, alors que va-t-il se passer ? Vous manquez de mémoire. Et lorsque vous manquez de mémoire, le segment va tomber. Voyons donc un exemple de la façon dont la mise en mémoire tampon va fonctionner. Jetons un coup d'œil à la mémoire tampon du routeur et nous avons ici le routeur quatre dans notre schéma. Remarquez comment c'est en quelque sorte le point central de ce diagramme. Maintenant, j'ai des trucs qui viennent du routeur numéro six, et du routeur numéro un et du routeur numéro trois. Donc, si je regarde tout cela, il y a 100 mégabits, 100 mégabits et 10 mégabits. C'est une possibilité de 210 mégabits par seconde d'informations entrant dans le routeur quatre. Maintenant, s'il a besoin d'envoyer ces informations au routeur cinq, et qu'il n'y a qu'une connexion de 50 mégabits, vous pouvez voir assez rapidement qu'il va y avoir un goulot d'étranglement ici. Maintenant, ce qui va finir par se produire pour nous, c'est que le routeur quatre va devoir récupérer toutes ces informations supplémentaires dans sa mémoire tampon. Et quand il aura plus de disponibilité, il enverra ces informations au routeur cinq et effacera sa mémoire tampon. Vous vous demandez peut-être pourquoi concevons-nous un réseau de cette façon ? Eh bien, souvent, ce qui se passe ici, c'est qu'il n'y aura pas nécessairement 100 % d'utilisation du routeur quatre au routeur cinq. Peut-être que c'est notre connexion externe à Internet. En fait, le routeur un ne vous envoie peut-être que 10 ou 15 mégabits par seconde pour le moment. Et le routeur trois pourrait vous en envoyer 30. Et le routeur six pourrait vous en envoyer un qui est totalisé en moins de 50. Ainsi, aucune mise en mémoire tampon ne se produirait. Maintenant, il est également possible que le routeur un et le routeur trois nous envoient plus d'informations. Et cela peut provoquer une mise en mémoire tampon car le routeur quatre ne peut pas envoyer suffisamment de données au routeur cinq sur cette connexion de 50 mégabits par seconde. Donc, c'est l'idée, nous voulons mettre les choses en mémoire tampon et les conserver, puis comme nous avons de la place, nous pouvons envoyer ces informations, vider la mémoire tampon et continuer à avancer. Parce que lorsque nous examinons vos réseaux, il est probable que tous les appareils ne communiquent pas à 100 % de leurs capacités tout le temps. Et ainsi, en faisant cela, nous pouvons payer pour une connexion plus petite au monde extérieur qu'une connexion de 50 mégabits, au lieu de payer pour une connexion fibre optique importante et coûteuse d'un gigabit par seconde. Ainsi, nous pouvons réduire nos coûts en sachant quelle est notre utilisation sur notre réseau pendant une longue période. Maintenant, cela entre dans des concepts plus avancés que lorsque vous travaillez en tant qu'ingénieur réseau, vous commencerez à travailler sur ces conceptions et à mesure que la bande passante est de moins en moins chère, elle devient de moins en moins importante pour nous, du moins dans le petit bureau, à la maison environnement de bureau. Mais dans les grandes entreprises, c'est un gros problème. Maintenant, quels sont quelques exemples de périphériques de couche 4 ? Eh bien, nous avons TCP et UDP comme protocoles pour la couche 4. Donc, si vous voyez TCP et UDP, vous savez que vous avez affaire à la couche 4. Nous avons également des choses comme les accélérateurs WAN, où nous essayons d'ajouter de la compression à nos paquets IP, puis nous envoyons ces segments via ces accélérateurs WAN pour les faire traverser notre réseau plus rapidement. Nous avons également des équilibreurs de charge et des pare-feu qui peuvent fonctionner au niveau de la couche 4 en bloquant et en permettant à différents ports et protocoles de les traverser. Par exemple, si vous avez déjà utilisé votre pare-feu et bloqué un port comme le port 80 sur TCP, eh bien, c'est un bloc de couche 4 parce que vous bloquez le port, le port 80, qui est le trafic Web et le protocole TCP, qui est notre protocole à la couche 4.