Redes TCP/IP. Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo. INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO Campus Cachoeiro de Itapemirim

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1 Redes TCP/IP

2 Camada de Aplicação 2

3 Camada de Aplicação Algumas aplicações de rede Web Mensagem instantânea Login remoto P2P file sharing Jogos de rede multiusuário Telefonia via Internet Videoconferência em tempo real 3

4 Criando uma nova aplicação de rede Escrever programas que Executem sobre diferentes sistemas finais e Se comuniquem através de uma rede. Ex.: Web software de servidor Web se comunicando com software do browser Nenhum software é escrito para dispositivos no núcleo da rede Dispositivos do núcleo da rede não trabalham na camada de aplicação. Esta estrutura permite um rápido desenvolvimento de aplicação. 4

5 Arquiteturas de aplicação Cliente-servidor Peer-to-peer (P2P) Híbrida de cliente-servidor e P2P 5

6 Arquitetura cliente-servidor Servidor: Hospedeiro sempre ativo Endereço IP permanente Fornece serviços solicitados pelo cliente Clientes: Comunicam-se com o servidor Podem ser conectados intermitentemente Podem ter endereço IP dinâmico Não se comunicam diretamente uns com os outros 6

7 Arquitetura P2P pura Nem sempre existirá um servidor Sistemas finais arbitrários comunicam-se diretamente Pares são intermitentemente conectados e trocam endereços IP Altamente escaláveis mas difíceis de gerenciar. 7

8 Híbrida de cliente-servidor e P2P Compartilhadores de arquivos Transferência de arquivo P2P Busca centralizada de arquivos: Conteúdo de registro dos pares no servidor central Consulta de pares no mesmo servidor central para localizar o conteúdo Instant messaging Bate-papo entre dois usuários é P2P Detecção/localização centralizada de presença: Usuário registra seu endereço IP com o servidor central quando fica on-line Usuário contata o servidor central para encontrar endereços IP dos vizinhos 8

9 Web e o Protocolo HTTP Primeiro alguns jargões Página Web consiste de objetos Objeto pode ser arquivo HTML, imagem JPEG, Java applet, arquivo de áudio, A página Web consiste de arquivo-html base, que inclui vários objetos referenciados Cada objeto é endereçado por uma URL Exemplo de URL: Nome do hospedeiro Nome do caminho 9

10 Visão geral do HTTP HTTP: hypertext transfer protocol Protocolo da camada de aplicação da Internet Modelo cliente/servidor Cliente: browser que solicita, recebe e apresenta objetos da Web Servidor: envia objetos em resposta a pedidos HTTP 1.1: RFC

11 Visão geral do HTTP O HTTP é implementado em dois programas: Um programa cliente (Browser) e outro servidor (Apache, IIS e outros) Os dois programas se comunicam através de mensagens HTTP. O HTTP define a estrutura dessas mensagens e o modo como o cliente e o sevidor as trocam. 11

12 Visão geral do HTTP O HTTP utiliza o protocolo TCP para transporte: Cliente inicia conexão TCP para o servidor na porta 80. O Servidor aceita uma conexão TCP do cliente. Mensagens HTTP (mensagens do protocolo de camada de aplicação) são trocadas entre o browser (cliente HTTP) e o servidor Web (servidor HTTP) A conexão TCP é fechada 12

13 Modelagem do tempo de resposta Definição de RTT: tempo para enviar um pequeno pacote que vai do cliente para o servidor e retorna Tempo de resposta: Um RTT para iniciar a conexão TCP Um RTT para requisição HTTP e primeiros bytes da resposta HTTP para retorno. Tempo de transmissão de arquivo Total = 2RTT+ tempo de transmissão 13

14 Mensagem HTTP request Dois tipos de mensagens HTTP: request, response HTTP request message: ASCII (formato legível para humanos) Linha de pedido (comandos GET, POST, HEAD ) Linhas de cabeçalho Carriage return, line feed indica fim da mensagem GET /somedir/page.html HTTP/1.0 User-agent: Mozilla/4.0 Accept: text/html, image/gif,image/jpeg Accept-language:fr (extra carriage return, line feed) 14

15 Mensagem HTTP request: formato geral 15

16 Mensagem HTTP response Linha de status (protocolo código de status frase de status) Linhas de cabeçalho HTTP/ OK Date: Thu, 06 Aug :00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 (Unix) Last-Modified: Mon, 22 Jun Content-Length: 6821 Content-Type: text/html data data data data data... Dados, ex.: arquivo html 16

17 Códigos de status das respostas Na primeira linha da mensagem de resposta servidor cliente. Alguns exemplos de códigos: 200 OK Requisição bem-sucedida, objeto requisitado a seguir nesta mensagem 301 Moved permanently Objeto requisitado foi movido, nova localização especificada a seguir nesta mensagem (Location:) 400 Bad request Mensagem de requisição não compreendida pelo servidor 404 Not Found Documento requisitado não encontrado neste servidor 505 HTTP version not supported 17

18 Cookies HTTP é stateless O servidor não mantém informação sobre os pedidos passados pelos clientes Protocolos que mantêm informações de estado são complexos! Histórico do passado (estado) deve ser mantido 18

19 Estado usuário-servidor: cookies A maioria dos grandes sites Web utiliza cookies Quatro componentes: 1) Linha de cabeçalho do cookie na mensagem HTTP response 2) Linha de cabeçalho de cookie na mensagem HTTP request 3) Arquivo de cookie mantido no hospedeiro do usuário e manipulado pelo browser do usuário 4) Banco de dados backend no site Web Exemplo: Susan acessa a Internet sempre do mesmo PC Ela visita um site específico de e-commerce pela primeira vez Quando a requisição HTTP inicial chega ao site, este cria um ID único e uma entrada no banco de dados backend para este ID 2-19

20 Cookies: mantendo estado Cookie file ebay: 8734 Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 Uma semana depois: Cookie file amazon: 1678 ebay: 8734 Cliente usual HTTP request msg usual HTTP response + Set-cookie: 1678 usual HTTP request msg cookie: 1678 usual HTTP response msg usual HTTP request msg cookie: 1678 usual HTTP response msg Servidor servidor cria o ID 1678 para o usuário especificação do cookie especificação do cookie

21 Cookies O que os cookies podem trazer: Autorização Cartões de compra Recomendações Estado de sessão do usuário (Web ) ASIDE Cookies e privacidade: Cookies permitem que sites saibam muito sobre você Você pode fornecer nome e para os sites Mecanismos de busca usam redirecionamento e cookies para saberem mais sobre você Companhias de propaganda obtêm informações por meio dos sites 2-21

22 Web caches (proxy server) Objetivo: atender o cliente sem envolver o servidor Web originador da informação Usuário configura o browser: acesso Web é feito por meio de um proxy Cliente envia todos os pedidos HTTP para o Web cache Se o objeto existe no Web cache: Web cache retorna o objeto Ou o Web cache solicita objeto do servidor original e então envia o objeto ao cliente 22

23 Web caches (proxy server) O cache atua tanto no servidor como no cliente Tipicamente, o cache é instalado pelo ISP (universidade, empresa, ISP residencial) Por que Web caching? Reduz o tempo de resposta para a requisição do cliente Reduz o tráfego num enlace de acesso de uma instituição 23

24 Web caches (proxy server) Exemplo 24

25 GET condicional Razão: não enviar objeto se a versão que o cliente já possui está atualizada Cliente: especifica data da versão armazenada no pedido HTTP If-modified-since: <date> Servidor: resposta não contém objeto se a cópia é atualizada: HTTP/ Not Modified Cliente HTTP request msg If-modified-since: <date> HTTP response HTTP/ Not Modified HTTP request msg If-modified-since: <date> HTTP response HTTP/ OK <data> Servidor Objeto não modificado Objeto modificado 25

26 FTP: o protocolo de transferência de arquivos Transferência de arquivos de e para o computador remoto Modelo cliente servidor Cliente: lado que inicia a transferência (seja de ou para o lado remoto) Servidor: hospedeiro remoto FTP: RFC 959 FTP servidor: porta 21 26

27 FTP: o protocolo de transferência de arquivos Cliente FTP contata o servidor FTP na porta 21 especificando o TCP como protocolo de transporte Cliente obtém autorização pela conexão de controle Cliente procura o diretório remoto enviando comandos pela conexão de controle Quando o servidor recebe um comando para uma transferência de arquivo, ele abre uma conexão de dados TCP para o cliente 27

28 FTP: o protocolo de transferência de arquivos Após a transferência de um arquivo, o servidor fecha a conexão Servidor abre uma segunda conexão de dados TCP para transferir outro arquivo Conexão de controle: fora da banda Servidor FTP mantém estado : diretório atual, autenticação anterior 28

29 FTP: comandos, respostas Exemplos de comandos: Envie um texto ASCII sobre canal de controle USER username PASS password LIST retorna listagem do arquivo no diretório atual RETR filename recupera (obtém) o arquivo STOR filename armazena o arquivo no hospedeiro remoto Exemplos de códigos de retorno Código de status e frase (como no HTTP) 331 Username OK, password required 125 data connection already open; transfer starting 425 Can t open data connection 452 Error writing file 29

30 Correio eletrônico Podemos destacar três elementos básicos no envio de um e- mail: Agentes de usuário Leitor de s (outlook, outros...); Servidores de ; Protocolo SMTP (Simple Mail Tranfer Protocol Protocolo de Transferência de Correio Simples). Já no recebimento de , podemos destacar três elementos também: Os agentes de usuário Leitor de s (outlook, outros...); Servidores de ; Um protocolo de recebimento de , como o POP3 (Post Office Protocol versão 3) ou IMAP (Internet Mail Access Protocol). 30

31 Correio eletrônico 31

32 Correio eletrônico Protocolo SMTP permite aos servidores de correio trocarem mensagens entre si Cliente: servidor de correio que envia; Servidor : servidor de correio que recebe. Transferência direta: servidor que envia para o servidor que recebe Três fases de transferência Handshaking (apresentação) Transferência de mensagens Fechamento 32

33 Cenário: Alice envia mensagem para Bob 1) Alice usa o agente de usuário (UA) para compor a mensagem e para 2) O agente de usuário dela envia a mensagem para o seu servidor de correio; a mensagem é colocada na fila de mensagens. 3) O lado cliente do SMTP abre uma conexão TCP com o servidor de correio do Bob. 4) O cliente SMTP envia a mensagem de Alice pela conexão TCP. 5) O servidor de correio de Bob coloca a mensagem na caixa de correio de Bob. 6) Bob invoca seu agente de usuário para ler a mensagem. 33

34 Protocolos de acesso ao correio SMTP: entrega e armazena no servidor do destino Protocolo de acesso: recupera mensagens do servidor POP: Post Office Protocol [RFC 1939] Autorização (agente <-->servidor) e download IMAP: Internet Mail Access Protocol [RFC 1730] Mais recursos (mais complexo) Manipulação de mensagens armazenadas no servidor HTTP: Hotmail, Yahoo! Mail etc. 34

35 DNS: Dominain Name System DNS significa Domain Name System (sistema de nomes de domínio). Usado em redes TCP/IP para mapear nomes simbólicos em endereços IP. Um mapeamento é simplesmente uma associação entre duas coisas, neste caso um nome de computador, como e o endereço IP desta máquina (ou endereços) como

36 DNS: Dominain Name System O DNS foi criado com o objetivo de tornar as coisas mais fáceis para o usuário, permitindo assim, a identificação de computadores na Internet ou redes locais através de nomes (é como se tivéssemos apenas que decorar o nome da pessoa ao invés de um número de telefone). A parte responsável por traduzir os nomes como em um endereço IP é chamada de resolvedor de nomes. 36

37 DNS: Dominain Name System O resolvedor de nomes(domínios) pode ser um banco de dados local (controlado por um arquivo ou programa) que converte automaticamente os nomes em endereços IP ou através de servidores DNS que fazem a busca em um banco de dados na Internet e retornam o endereço IP do computador desejado. 37

38 DNS Domínios Alguns exemplos de domínios principais comuns são: COM - Organizações Comerciais EDU - Organizações Educacionais GOV - Organizações Governamentais MIL - Organizações Militares ORG - Outras Organizações NET - Organizações relacionadas com a Internet Identificador do País - São duas letras que representam um país em particular. 38

39 DNS Domínios Cada um dos domínios principais tem sub-domínios. Os domínios principais baseados no nome do país são freqüentemente divididos em sub-domínios baseado nos domínios.com,.edu,.gov,.mil e.org. Assim, por exemplo, você pode finaliza-lo com: com.au e gov.au para organizações comerciais e governamentais na Austrália; 39

40 DNS Domínios Isto não é uma regra geral, as organizações de domínio atuais dependem da autoridade na escolha de nomes de cada domínio. Quando o endereço não especifica o domínio principal, como o endereço isto quer dizer que é uma organização acadêmica. O próximo nível da divisão representa o nome da organização. Subdomínios futuros variam em natureza, freqüentemente o próximo nível do sub-domínio é baseado na estrutura departamental da organização mas ela pode ser baseada em qualquer critério considerado razoável e significantes pelos administradores de rede para a organização. 40

41 DNS Domínios Usando o computador como exemplo: br - País onde o computador se encontra org - Domínio principal debian - Nome de Domínio www - Nome do computador 41

42 42

43 DNS Consultas Podemos classificar as consultas realizadas em um servidor DNS em dois tipos: consultas recursivas e consultas interativas. As consultas interativas acontecem quando o servidor consulta um outro servidor e recebe a resposta diretamente. A consulta recursiva acontece quando o cliente pergunta o endereço IP de um site a um servidor e este pergunta a vários servidores em nome do cliente até obter a resposta e entregá-la ao cliente. Qual método de consulta pode ser considerado mais rápido? 43

44 DNS: armazenando e atualizando registros Uma vez que um servidor de nomes apreende um mapeamento, ele armazena o mapeamento num registro do tipo cache Registros do cache tornam-se obsoletos (desaparecem) depois de um certo tempo. Mecanismos de atualização e notificação estão sendo projetados pelo IETF RFC

45 Protocolo DHCP DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol Protocolo de Configuração Dinâmica de Computadores. Parâmetros como IP, máscara de sub-rede, gateway padrão e servidor DNS são passados automaticamente pelo servidor DHCP da rede quando a máquina é ligada. Geralmente um servidor DHCP roda dentro de roteadores e modem ADSL, mas também podem ser encontrados configurados em compudadores servidores 45

46 Protocolo DHCP O computador ao ser ligado, ainda não possui endereço IP, ele apenas o recebe quando entra em contato com um servidor DHCP na rede. Quando um computador é configurado para receber um endereço IP automaticamente do servidor DHCP, ele manda uma mensagem chamada de DCHP DISCOVER para o endereço de broadcast da rede, o endereço

47 Protocolo DHCP Como esta mensagem DHCP DISCOVER é enviada para todos os computadores da rede, ela inevitavelmente chegará a um servidor DHCP, caso exista algum ativo na rede. Este servidor, ao receber a mensagem, responderá com uma mensagem DHCP OFFER a qual contém uma oferta de endereço IP a ser emprestado para este computador. Este IP ofertado é retirado de uma faixa de IPs que o servidor tem disponível para oferecer para as máquinas da rede. 47

48 Protocolo DHCP Ao receber esta mensagem, o computador responde com uma mensagem DHCP REQUEST, requisitando formalmente a configuração que lhe foi oferecida, para que ele possa participar da rede. A esta mensagem (DHCP REQUEST), o servidor DHCP responde com a mensagem DHCP ACK, confirmando o empréstimo e enviando as demais configurações. Após receber a mensagem DHCP ACK, o cliente se configurará com os parâmetros passados pelo servidor e estará pronto para participar da rede como qualquer outro computador. 48

49 Protocolo DHCP O protocolo DHCP usa a porta 67 do protocolo UDP. Resumo das mensagens trocadas: DCHP DISCOVER DHCP OFFER DHCP REQUEST DHCP ACK 49

50 Protocolo SSH SSH Secure Shell. (prompt de comando seguro) Principal aplicação: Envio e recebimento de comandos e dados de forma segura, sendo a execução de comandos realizados na máquina de destino. Ele permite administrar máquinas remotamente, executando inclusive aplicativos gráficos e permite transferir arquivos de várias formas diferentes. 50

51 Protocolo SSH - Funcionamento A grande vantagem do SSH sobre outras ferramentas de acesso remoto é a grande ênfase na segurança. Um servidor SSH bem configurado é virtualmente impenetrável e você pode acessá-lo de forma segura, mesmo que a sua rede local esteja comprometida. Ele utiliza um conjunto de técnicas de criptografia para assegurar que apenas as pessoas autorizadas terão acesso ao servidor, que todos os dados transmitidos sejam impossíveis de decifrar e que a integridade da conexão seja mantida. 51

52 Protocolo SSH - Funcionamento O SSH utiliza chaves assimétricas para fazer a autenticação. As chaves assimétricas são um sistema muito interessante, onde temos um par de chaves. Uma (a chave pública), permite apenas encriptar dados, enquanto a segunda (a chave privada) permite desencriptar as informações embaralhadas pela primeira. 52

53 Protocolo SSH - Funcionamento Texto original Chave Secreta Compartilhada Texto Chave Secreta Compartilhada Algoritmo de Cifragem cifrado Texto Algoritmo de original Decifragem (inverso do algo. de cifragem) Quando você se conecta a um servidor SSH, seu micro e o servidor trocam suas chaves públicas, permitindo que um envie informações para o outro de forma segura. Através deste canal inicial é feita a autenticação, seja utilizando login e senha, seja utilizando chave e passphrase.

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