Arquitetura TCP/IP e aplicações em Redes de Computadores. Icmp, arp e rarp. Protocolos icmp, arp e rarp e comandos de diagnóstico de redes

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1 Icmp, arp e rarp Protocolos icmp, arp e rarp e comandos de diagnóstico de redes Versão 1.2 Setembro de 2018 Prof. Jairo jairo@uninove.br professor@jairo.pro.br Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

2 O icmp é um protocolo de camada 3 do RM-OSI. Os protocolos arp e rarp estão na camada 2 do RM-OSI. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

3 1 Protocolo icmp (internet control message protocol) 1.1 Descrição O icmp (internet control message protocol, protocolo de controle de mensagem da internet), é um protocolo de camada 3. Funcionalmente, a mensagem do icmp é encapsulada num datagrama IP, e por isso não oferece garantia de entrega. É semelhante ao UDP (mas cabe lembrar que o UDP é um protocolo de camada 4). O icmp não é usado para transportar dados. Tem como finalidade relatar erros no processamento de datagramas IP e prover mecanismos de investigação das características de redes TCP/IP, portanto é usado também como ferramenta para fazer diagnósticos de redes. É importante notar que o icmp apenas relata e não especifica nenhuma ação para corrigir os erros encontrados. O funcionamento do icmp é peerto-peer (par a par). Como exemplo, um par envia um request (requisição) e o que recebe a mensagem responde com um replay. Isto é diferente do modelo cliente-servidor, que envolve uso de portas de serviço e de cliente, como ocorre com DHCP. Requisição (request) e resposta (replay) peer-to-peer (par a par). Mas também poderia ser o caso de informar problemas na entrega de datagramas IP, como por exemplo quando um par não está respondendo, quando a rede não está acessível, quando um nó está sobrecarregado, quando encontra um erro no cabeçalho do datagrama IP, etc. Mensagem icmp para informar o descarte do datagrama IP. As mensagens de retorno icmp usam tipos (types) e códigos (codes) para informar ao remetente do datagrama o erro que ocorreu. Alguns exemplos de tipos (types) de mensagem icmp seguem abaixo: Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

4 Tipo Código Descrição Explicação 0 0 Resposta eco (echo replay) 3 0 a 15 Destino inacessível 5 0 a 3 Redirecionamento 11 0 ou 1 Tempo excedido 12 0 ou 1 Problema de parâmetro É a resposta gerada para uma requisição eco (echo request). O echo request é usado pelo comando ping, e a sua resposta é mandatória para todos os hosts e roteadores. Notifica que o datagrama IP não teve como ser encaminhado e por isso foi destruído (dropped). O campo código tem a explicação para este descarte. Informa que existe uma rota alternativa para o datagrama e por isso deveria ser atualizada a tabela de rotas. O campo código explica a razão para a mudança da rota. É enviado quando o campo TTL 1 atinge contagem zero (código 0) ou quando ocorre timeout (expiração de tempo) para remontagem de segmentos (código 1). É enviado quando o cabeçalho IP é inválido (código 0) ou quando está faltando alguma opção obrigatória do cabeçalho IP (código 1). Alguns exemplos de códigos para o tipo 3 (Destino inacessível) segue abaixo: Código Descrição 0 Rede de destino inalcançável (destination network unreachable). 1 Host de destino inalcançável (destination host unreachable). 2 Protocolo de destino inalcançável (destination protocol unreachable). 3 Porta de destino inalcançável (destination port unreachable). 6 Rede de destino desconhecida (destination network unknown). 7 Host de destino desconhecido (destination host unknown). 1.2 Comandos de diagnóstico Como foi dito, o protocolo icmp não é usado apenas para informar problemas na entrega do datagrama IP, mas também para o administrador da rede fazer diagnóstico de problemas. Para este diagnóstico existem comandos padronizados como o ping, traceroute (tracert, no Windows) ou mtr. O comando ping ajuda no diagnóstico de conectividade na rede. É usado tanto para verificar se determinada máquina está acessível na rede quanto verificar se o sistema de onde está sendo 1 TTL: Time To Live (tempo de vida) é um valor numérico no datagrama IP (por exemplo, 64), que é subtraído de uma unidade toda vez que este chegar a um roteador. Se depois desta subtração permanecer maior que zero, o reteador encaminha o datagrama, se não, descarta. O objetivo é impedir a perpetuação de datagramas em loop devido a problemas em tabelas de roteamento. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

5 dado o comando ping está na rede. Alguns exemplos de ping seguem abaixo: Comando ping com envio de 3 pacotes. Notar que o TTL padrão (default) é 58. Comando ping6 (ipv6) com envio de 3 pacotes. Notar que o TTL padrão (default) é 55. O comando traceroute é uma ferramenta para diagnóstico da rota e também medida de demora no trânsito de pacotes desde a origem até o destino. O traceroute funciona enviando pacotes icmp com incremento gradual no valor TTL: o primeiro pacote tem valor TTL 1, o segundo tem TTL 2 e assim por diante. O primeiro roteador recebe o pacote, decrementa o valor TTL, destrói (drop) este pacote pois passou a ter valor TTL zero e então envia uma mensagem icmp Tempo excedido de volta para o remetente. Seguindo este procedimento, traceroute engenhosamente usa a mensagem de retorno icmp Tempo excedido para construir uma lista de roteadores por onde o datagrama segue desde a origem até o destino. Ao chegar finalmente no destino, recebe como retorno uma mensagem icmp resposta eco (echo replay). Comando traceroute com a opção -I para usar icmp echo. A opção -n é para não resolver os nomes dos hosts. NOTA: O comando traceroute também pode usar protocolos TCP ou UDP, ao invés de icmp. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

6 Comando traceroute com a opção -6 para usar ipv6 e não ipv4 (que é o default). Nos saltos 6, 7 e 8 os asteriscos retornados indicam timeout (expiração) no retorno do pacote. O comando mtr é semelhante ao traceroute, porém tem funcionalidades adicionais. Nos exemplos abaixo, foi feito um trace e gerado um relatório (report) com envio (snt) de 3 pacotes para cada salto. Comando mtr com a opção -n para não resolver os nomes dos hosts, opção -4 para usar ipv4 e não ipv6, opção -r para gerar um relatório e opção -3 para enviar 3 pacotes em cada salto. Comando mtr com a opção -n para não resolver os nomes dos hosts, opção -6 para usar ipv6, opção -r para gerar um relatório e opção -3 para enviar 3 pacotes em cada salto. Nos saltos 6, 7 e 8 as interrogações indicam timeout (expiração) no retorno do pacote. O comando mtr também pode usar protocolos TCP ou UDP, ao invés de icmp. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

7 2 Protocolo arp (address resolution protocol) 2.1 Descrição Na LAN, cada datagrama (camada 3) enviado para a rede local é encapsulado num frame (camada 2), então além do endereço IP de destino também é necessário saber o endereço MAC do destinatário. É necessário os dois endereços de destino, pois o esquema de endereçamento ipv4 é independente do endereçamento físico. O arp (address resolution protocol, protocolo de resolução de endereço), é o protocolo usado para obter o endereço do hardware MAC (Media Access Control), quando se dispõem do endereço lógico (endereço IP). Uma vez determinado o endereço físico, o arp mantém em cache (tabela arp) o mapa dos endereços MAC relacionados aos endereços IP. Embora opere em camada 2 (camada de linque, link layer), o quadro gerado pelo arp transporta informações de camada 3. Por ser de camada 2, arp não é roteável. Para entender o funcionamento do arp, considerar o caso abaixo: i) a estação de trabalho A com IP quer enviar uma mensagem para a estação C, que tem IP As duas máquinas estão na mesma rede, porém A não sabe o endereço físico (MAC) de C; ii) a estação A envia um broadcast ARP perguntando quem tem endereço IP (ARP "who-has" request); iii) todas as estações da rede recebem o broadcast, porém apenas C responde com ARP replay enviando seu endereço físico para A; iv) a estação A recebe o ARP replay e armazena o par IP:MacAddress na sua tabela ARP para que, da próxima vez que precisar se comunicar com C, não necessite fazer outro broadcast. A B C A B C Broadcast ARP who-has request para o endereço FF:FF:FF:FF:FF:FF Quem tem o IP ? Resposta ARP replay da Estação C para A Eu tenho MAC 51:54:00:6d:d1:13 Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

8 Nesta rede, o tráfego ARP para a requisição e resposta pode ser observado, por exemplo, com o comando tcpdump: Comando tcpdump com opções para observar o tráfego ARP na rede. 2.2 Comando arp Para visualizar o conteúdo da tabela ARP (cache ARP), usar o comando arp: Comando arp com a opção -n para não resolver os nomes dos hosts. O comando arp também permite deletar e incluir entradas do cache ARP. No exemplo acima, a flag CM para o endereço indica que foi criada manualmente, portanto é estática e nunca expira. As demais entradas são dinâmicas, pois foram criadas ao final das resoluções ARP com sucesso. Estas últimas expiram após algum período de tempo. A duração típica do cache ARP é de 60 minutos num Linux. Se neste intervalo não for reusado, expira e é removido do cache. 2.3 ARP Gratuito (Gratuitous ARP) Normalmente, a resposta ARP is-at (está em) é enviada em resposta a uma requisição ARP who-has (quem tem), resposta esta que causa a atualização da tabela ARP do requisitante. Mas caso haja alteração do MAC, por exemplo pela substituição da interface de rede da estação B do exemplo acima, as outras máquinas desta rede vão manter no cache ARP o valor antigo por algum tempo, e isto vai impedi-las de acessar a estação B enquanto não renovarem o cache. Neste caso, a estação B pode enviar um broadcast ARP replay para todas as outras máquinas da rede local para atualizarem as suas tabelas ARP. Este ARP replay não é resposta a uma requisição específica, por isso é chamado de ARP gratuito. O ARP gratuito pode ser enviado com o comando arping. Por exemplo, se a estação B acessa a rede pela interface ethernet eth0 e nela for rodado o comando: Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

9 arping -A -I eth então será enviando um broadcast ARP replay para todas máquinas nesta rede, que atualizarão suas tabelas ARP para retratar o novo endereço MAC da estação B. O comando arping acima continua enviando o broadcast até que seja encerrado com um Control-C. O tráfego ARP para este broadcast pode ser observado, por exemplo, com o comando tcpdump: Comando tcpdump para observar o broadcast ARP na rede criado pelo arping na estação B. 2.4 Proxy ARP Um caso incomum, mas que pode ser útil eventualmente, é o proxy ARP. A tradução de proxy é representante, portanto proxy ARP pode ser entendido como alguém que responde ao broadcast ARP no lugar de outro. Para entender o funcionamento, vamos considerar o caso abaixo para duas LANs, LAN 1 e LAN 2, conectadas por um roteador. Neste caso, se o host B na LAN 1 quiser enviar uma mensagem para o host C na LAN 2, a máscara de rede em host B vai mostrar que o endereço de destino está em outro segmento da rede, portanto o pacote será enviado para o default gateway, que está no IP do roteador. O roteador então roteia o pacote para o host C, desde que haja rota para a LAN 2. Mas se o host A na LAN 1 também quiser enviar uma mensagem para o host C, a situação é diferente. A máscara de rede em host A mostra que o endereço de destino está no mesmo segmento de rede, e por isso a tabela ARP deve ser consultada. Não havendo a entrada para host C no cache ARP de host A, este faz um broadcast (ARP "who-has" request) para atualizar a sua tabela ARP. Porém, este broadcast ARP não prossegue através do roteador, então falharia a atualização da tabela ARP caso a funcionalidade proxy ARP não estivesse habilitada no roteador. Esta funcionalidade não costuma estar habilitada por default (por padrão). Estando habilitado proxy ARP no roteador, este agora responde ao host A (ARP replay) com o MAC de sua interface de rede na LAN 1. E após isso, a mensagem do host A para o host C será roteada pelo proxy ARP. Proxy ARP é uma técnica pela qual um dispositivo (por exemplo, o roteador) responde à requisição do broadcast ARP para um endereço MAC que não está naquele segmento de rede. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

10 Naturalmente, neste caso, o roteador sabe que o host C não está na LAN 1 mas está na LAN 2. Proxy ARP habilitado no roteador para permitir ao host A se comunicar com os hosts da LAN 2. Normalmente, quando se usa proxy ARP não é configurado default gateway nos hosts. Em ipv6, a funcionalidade do arp é obtida com o NDP (Neighbor Discovery Protocol). Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11

11 3 Protocolo rarp (reverse address resolution protocol) O rarp (reverse address resolution protocol, protocolo reverso de resolução de endereço), é um protocolo obsoleto que era usado para obter o endereço IP quando se dispunha do endereço MAC. O funcionamento do rarp é semelhante ao caso descrito para arp. O objetivo do rarp era obter endereço IP dinamicamente. Mas devido às deficiências do rarp em suprir um endereço IP, este foi substituído pelo bootp 2 (bootstrap protocol, protocolo de inicialização). Algumas deficiências que levaram à obsolescência do rarp, são: havia a necessidade do servidor rarp estar no mesmo segmento de rede que o cliente que solicitava o endereço IP; como os endereços de hardware (MAC) precisavam estar cadastrados num database do servidor rarp, não podia ser usado em redes onde o endereço de hardware era alocado dinamicamente nos clientes (como é o caso da virtualização atual); fornecia apenas o endereço IP e não outras informações importantes como máscara de rede, default gateway e endereços IP dos servidores de nomes (DNS). 2 O bootp (bootstrap protocol, protocolo de inicialização), é usado para atribuir automaticamente um endereço IP à máquina na rede que solicite um IP a um servidor bootp. Opera na camada de aplicação e usa protocolo de transporte UDP, com porta de serviço 67. A porta de cliente é a 68, usada para receber as respostas do servidor. Atualmente o serviço bootp está superado pelo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol), porém quase tudo que existe no DHCP veio do bootp. Icmp, arp e rarp - setembro/ Prof. Jairo - professor@jairo.pro.br / 11