Communiquer sur des chemins multiples - Atouts du protocole MPTCP

Le protocole de transport TCP (Transmission Control Protocol) occupe une position hégémonique au sein des communications Internet, compte tenu notamment de la prédominance des connexions HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) utilisées pour accéder aux contenus des serveurs web. Toutefois, le protocole TCP ne permet d'établir une connexion entre deux terminaux que via un seul chemin, quel que soit le nombre de chemins effectivement disponibles pour permettre à ces terminaux de communiquer entre eux.

Avec le développement de gammes de terminaux multi-interfaces capables d'exploiter plusieurs interfaces logiques associées à une ou plusieurs interfaces physiques, plusieurs adresses IP peuvent être attribuées à ces interfaces de sorte que ces terminaux peuvent se connecter de manière simultanée ou non, selon qu'ils sont en mouvement ou pas, à différents types de réseaux (par exemple, réseau fixe, réseau mobile, réseau sans fil dont les réseaux WLAN, etc.). Ces adresses IP peuvent appartenir à la même famille ou à des familles distinctes (IPv4, IPv6 ou les deux). Elles peuvent avoir des durées de vie et des portées différentes (par exemple, adresse IPv4 privée, adresse IPv6 unique locale (ULA, Unique Local Address), adresse IPv6 de portée globale (GUA, Global Unique Address). Ces adresses peuvent également être affectées à la même interface réseau logique ou à différentes interfaces.

Malgré la disponibilité de ces nouvelles ressources capables d'exploiter différents réseaux et par conséquent différents chemins pour communiquer avec un terminal distant, une connexion TCP, caractéristique de la consultation d'un site web par exemple, sera toujours établie sur un seul et unique chemin.

L'émergence de ces terminaux multi-interfaces disposant de plusieurs interfaces de raccordement à différents réseaux introduit ainsi une certaine frustration quant à la possibilité d'optimiser l'usage des ressources disponibles pour établir une communication entre deux terminaux. En effet, puisque les connexions TCP sont identifiées par une adresse IP et un numéro de port, toute modification de ces informations d'identification est de nature à pénaliser le fonctionnement d'une connexion TCP en cours, au risque d'interrompre brutalement le service de communication reposant sur la connexion TCP.

Ainsi, un changement d'adresse (ou de numéro de port) est particulièrement préjudiciable lorsque le terminal se voit attribuer une nouvelle adresse IP, ou parce qu'il se connecte à un autre réseau, ou encore lorsque l'interface à laquelle l'adresse IP est associée n'est plus disponible (par exemple à cause d'un bail expiré). Des moyens pour informer le correspondant TCP distant qu'une adresse IP n'est plus valide sont alors nécessaires pour assurer le maintien d'une connexion existante (par exemple, dans le cas de sessions TCP de longue durée).

Il est important de noter que le support de plusieurs interfaces par un terminal est volatile, car la capacité d'utiliser ces interfaces dépend en particulier des conditions de raccordement au(x) réseau(x) de la localisation du terminal, et selon que ce terminal est en mouvement ou pas. Un terminal pourrait devenir un terminal multi-interfaces en cours d'établissement d'une connexion TCP, voire après l'établissement de la connexion TCP. De plus, un dispositif mono-interface ne sait pas a priori s'il lui est possible d'utiliser plusieurs chemins distincts pour établir une communication avec un correspondant. En effet, il n'acquiert cette information qu'à l'issue de la phase d'échange de messages relatifs à la connexion à chemins multiples établie avec son correspondant.

De nouveaux protocoles de transport ont été conçus pour répondre à ces contraintes, comme SCTP (Stream Control Transmission Protocol). Néanmoins, SCTP n'est pas massivement adopté, en raison de la prolifération des middleboxes (boîtiers intermédiaires dans une chaîne de communication), comme les NAT (Network Address Translator) et pare-feux, de nature à compromettre le bon fonctionnement des protocoles de transport, et notamment celui de SCTP.

Compte tenu de la position dominante du protocole TCP, il a paru naturel d'en développer une extension pour permettre à des terminaux d'établir une communication capable d'exploiter les ressources de plusieurs chemins, afin notamment d'optimiser l'usage des terminaux multi-interfaces. Des mesures ont été effectuées pour démontrer qu'il est encore possible d'ajouter de nouvelles extensions TCP à large échelle. C'est ainsi qu'est né le protocole Multi-Path Transmission Control Protocol (MPTCP).

Cet article a pour objectif de présenter les principales motivations qui ont conduit à la spécification du protocole MPTCP (§ 1), il énumère ensuite une liste de cas d'usage pour illustrer l'apport de MPTCP (§ 2). L'article décrit également les concepts, ainsi que le fonctionnement de ce protocole (§ 3). Il présente aussi une liste des implémentations MPTCP connues à ce jour (§ 4), ainsi qu'une analyse des défauts de la spécification MPTCP (§ 5.1). Enfin, des extensions au protocole MPTCP sont présentées afin d'en améliorer les performances et la robustesse (§ 5.3).