Redes de Computadores

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1 Introdução Inst tituto de Info ormátic ca - UF FRGS s de Computadores NAT/NAPT User Datagram Protocol UDP Introdução a protocolos de aplicação (sockets) Trabalho sob a Licença Atribuição-SemDerivações-SemDerivados 3.0 Brasil Creative Commons. Para visualizar uma cópia desta licença, visite Aula 22 Entidades da camada de transporte também podem oferecer serviços não orientados a conexão Mesmo sem ter garantias de entrega, de ordem e de não duplicação eles tem o seu valor. Na arquitetura TCP/IP corresponde ao protocolo UDP Funcionamento do NAPT (vulgarmente conhecido como NAT) Envolve itens da camada de rede e da camada de transporte Os serviços das entidades de transporte são disponibilizados para a camada de nível superior Na arquitetura TCP/IP isso é feito através da interface de sockets 3 assuntos s de Computadores 2 User Datagram Protocol (UDP) Formato do datagrama UDP (relembrando...) Descrito na RFC 768 PDU do UDP é denominada datagrama Orientado a mensagem Encapsula uma mensagem da aplicação sem realizar fragmentação Controle é do próprio processo usuário Protocolo de transporte da família TCP/IP não orientado à conexão Por não fazer controle de fluxo e de erro possui baixo custo de processamento Em relação ao IP agrega funcionalidade de multiplexação e demultiplexação entre processos Processos origem e destino são identificados através de portas s de Computadores 3 32 bits IP Header DATA Source Port Destination Port DATA length Checksum DATA Cabeçalho Cabeçalho IP Data Cabeçalho UDP Área de dados UDP PDU Protocol Data Unit Área de dados IP Área de dados s de Computadores 4 Tra asnferência a

2 Campos do datagrama UDP Razões para usar UDP Porta fonte Associada ao processo de origem (multiplexação) Permite ao destino retornar mensagens ao processo de origem Porta destino Usada para demultiplexação das mensagens encapsuladas nos datagramas Tamanho Tamanho total do datagrama UDP (inclui cabeçalho + dados) Checksum Verificação da integridade dos dados (complemento de 1 em 16 bits) Calculado sobre um pseudo-cabeçalho (IP destino, IP fonte, campo protocolo, tamanho TPDU e a constante zero), o cabeçalho UDP e os dados Dados Menor custo computacional Não há estabelecimento de conexão, nem estados a monitorar e gerenciar Não faz controle de perda, repetição, ordenamento e congestionamento t Usado em aplicativos que toleram erros de entrega (ex. DNS) Cabeçalho simplificado Melhor controle dos dados enviados pela aplicação Dados da aplicação são empacotados pelo UDP e enviados ao IP Cada mensagem aplicação deve caber em um datagrama UDP Desejável que caiba em um datagrama IP para evitar fragmentação Emprego de broadcast ou multicast s de Computadores 5 s de Computadores 6 NAT- Network Address Translation (relembrando...) Funcionamento do NAT Endereços IPs devem ser únicos Constatação: nem toda máquina precisa ter endereço Internet válido Para que desperdiçar endereços IP válidos? Endereços IP reservados para redes não conectadas (RFC 1918) Bloco/Classe A: /8 ( IPs) Bloco/Faixa de classe B: /12 ( IPs) Bloco/Faixa de classe C: / /16 ( IPs) Endereço interno Atenção: endereços especiais Servidor NAT Segurança efeito colateral positivo Internet s de Computadores interna IP: externa End. origem IP: Dispositivo NAT requisição IP: IP: End. origem QUESTÃO: para quem direcionar a resposta? End. destino resposta IP: s de Computadores 8

3 Funcionamento do NAPT (Cont.) Traduções de endereços, portas e protocolos src: dst: src: dst: Dispositivo NAPT src: dst: Tradução de Portas (Network Address and Port Translation) Tbl Tabela mapeamento :1456 : :1456 : src: dst: s de Computadores 9 NAT (RFC 1631) Mapeamento de um endereço IP em outro Existem variedades: d N:1, M:N; 1:11 NAPT (RFC 3022) Mapeamento de endereços e portas em outros endereços e portas Denominado corriqueiramente de NAT (ou NAT tradicional) NAT-PT (RFC 2766) Mapeamento de endereços e portas em outros endereços e portas Capacidade de traduzir protocolos da camada de rede (Protocol Translation) Um dos mecanismos previstos para a transição IPv4-IPv6 s de Computadores 10 Críticas ao NAT/NAPT Nível de aplicação Viola regra do endereço IP ser único Viola a independência de camadas Mistura informações nível 3 (end. IP) com informações do nível 4 (porta) Só funciona com protocolos TCP e UDP (porta) Transforma a Internet (rede orientada a pacotes) em uma rede orientada a conexão (circuito virtual) Necessidade d de manter estado A-B; B-C BC para comunicação A-C Aplicações que inserem o IP, ou porta, no corpo de suas mensagens podem apresentar disfunção com o NAT Ex.: FTP, H.323 e IPsec Aplicação Apresentação Sessão Transporte Enlace Físico Protocolo nível de aplicação Protocolo nível de apresentação Protocolo nivel de sessão Protocolo nivel de transporte Protocolo nível de rede Protocolo nível de enlace Protocolo nível de físico Aplicação Apresentação Sessão Transporte Enlace Físico s de Computadores 11 s de Computadores 12

4 Visão da camada de transporte pela camada aplicação Modelo cliente-servidor Interface de sockets Interface entre a aplicação e as entidades de transporte Conjunto de primitivas para definir portas, estabelecer conexão (ou não), enviar e receber dados Originalmente proposta para ambientes Unix e linguagem C Adotada em várias plataformas e linguagens (java, C#,...) Concebido para ser genérico A Internet corresponde a família AF_INET Construída sobre a abstração de socket Na Internet um endpoint é representado pelo par (endereço IP e porta) No TCP, cada conexão é identificada por um par de endpoints (socket pair) Paradigma empregado na implementação de serviços na Internet Cliente: envia requisição a um servidor Servidor: recebe requisição, i executa serviço, responde ao cliente Serviços baseados em TCP: multiplexação e demultiplexação é feita com base na conexão Um buffer para cada conexão estabelecida Servidor possui um socket em modo passivo (listen) e um socket para cada conexão estabelecida com cliente (established) Cliente possui um socket ativo que passa para established (por conexão) UDP: multiplexação l e demultiplexação l é feita apenas com base nas portas Uma fila única para cada porta ( vala comum ) Sockets de cliente e servidores não possuem estados associados s de Computadores 13 s de Computadores 14 Socket no lado cliente Socket no lado servidor Configuração default do endpoint Local: IP especial e porta arbitrária definida pelo sistema operacional Remoto: IP especial e porta especial ANY (*) Podem ser atribuídos valores específicos via programação Local: não se modifica Remoto: define IP e porta no servidor Configuração default do endpoint Local: IP especial e porta arbitrária definida pelo sistema operacional Remoto: IP especial e porta especial ANY (*) Podem ser atribuídos valores específicos via programação Local: IP específico: define qual interface de rede recebe as 4-PDUs Endereço significa qualquer q uma das interfaces Porta específica: define a porta do processo que atende o serviço Remoto: define de quem receberá dados Associação default: de qualquer IP, qualquer Porta Configuração usual do socket de listen (protocolo TCP) IP e porta específicos: define que só recebe de dado IP e/ou porta s de Computadores 15 s de Computadores 16

5 Interface de sockets Clientes e servidores UDP Socket é um descritor de arquivo Paradigma abrir-ler-escrever-fechar As primitivas básicas são: socket( ): cria novo socket (cliente e servidor) bind( (): associa IP e porta ao endpoint local (servidor, típico) Cliente não faz bind porque é o sisop que inicializa listen( ): coloca socket a receber pedidos conexão (servidor TCP) accept( ): bloqueia até receber pedidos conexão (servidor TCP) Select(): permite esperar por pedidos em vários sockets connect( ): estabelece conexão endpoint remoto (cliente TCP) write( (), sendto( (): envia dados d para socket TCP/UDP read( ), recvfrom( ): lê dados de socket TCP/UDP close( (): destroi socket (cliente e servidor) ) Servidor UDP socket bind recvfrom sendto close Comunicação socket sendto recvfrom close Cliente UDP Não há estados em sockets UDP (serviço sem conexão) Fonte: Arquitetura e protocolos de TCP-IP, 2ª edição. G. Elias, Lobato, L.C. Escola Superior de s. RNP s de Computadores 17 s de Computadores 18 Clientes e servidores TCP Exemplo sockets (lado servidor TCP) Servidor TCP socket bind listen accept read write close Cliente TCP Sincronização Comunicação socket connect write read close Socket original (listen) Socket conectado (criado no accept) Fonte: Arquitetura e protocolos de TCP-IP, 2ª edição. G. Elias, Lobato, L.C. Escola Superior de s. RNP main() { int cont,create_socket,new_socket,addrlen; int bufsize = 1024; char *buffer = malloc(buffsize); a struct sockaddr_in address; printf("\x1b[2j"); if ((create_socket = socket(af_inet,sock_stream,0)) > 0) printf("the socket was created\n"); } address.sin_family = AF_INET; address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; address.sin_port = htons(15000); if (bind(create_socket,(struct (struct sockaddr *)&address,sizeof(address)) sizeof(address)) == 0) printf("binding Socket\n"); listen(create_socket,3); addrlen = sizeof(struct sockaddr_in); new_socket = accept(create_socket,(struct (struct sockaddr *)&address,&addrlen);&addrlen); if (new_socket > 0){ printf("the Client %s is connected...\n",inet_ntoa(address.sin_addr)); for(cont=1;cont<5000;cont++) printf("\x7"); } do{ recv(new_socket,buffer,bufsize,0); // do service... send(new_socket,buffer,bufsize,0);... }while(strcmp(buffer,"/q")) close(new_socket); close(create_socket); s de Computadores 19 s de Computadores 20

6 Exemplo sockets (lado cliente) Servidor iterativo (single g threaded) ) main(int argc,char char *argv[]) { int create_socket, buffsize = 1024; char *buffer = malloc(buffsize); struct sockaddr_in address; Adequado para serviços com reduzida taxa de requisições e serviços cujas requisições possuem baixa carga de processamento if ((create_socket = socket(af_inet,sock_stream,0)) > 0) printf("the Socket was created\n"); address.sin_family = AF_INET; address.sin_port sin = htons(15000); inet_pton(af_inet,argv[1],&address.sin_addr); if (connect(create_socket,(struct sockaddr *)&address,sizeof(address)) == 0) printf("the connection was accepted with the server %s...\n",inet_ntoa(address.sin_addr)); ntoa(address sin addr)); do{ gets(buffer); send(cria_socket,buffer,bufsize,0); recv(create_socket,buffer,bufsize,0); bufsize printf("message recieved: %s\n",buffer); if (strcmp(buffer,"/q")) printf("message to send: "); }while (strcmp(buffer,"/q")); close(create_socket); } s de Computadores 21 Servidor TCP socket bind listen accept read write close Socket original (listen) Novo socket (conectado) Fonte: Arquitetura e protocolos de TCP-IP, 2ª edição. G. Elias, Lobato, L.C. Escola Superior de s. RNP s de Computadores 22 Servidor concorrente (multithreaded) Funcionamento de sockets: lado servidor Serviços com elevada taxa de requisições e serviços cujas requisições possuem alta carga de processamento Implementado com várias threads ou processos independentes > netstat -uan Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State udp : :* udp : * :* udp : :* Servidor TCP socket bind listen Socket original (listen) Novo socket (conectado) accept read write close read write close Fonte: Arquitetura e protocolos de TCP-IP, 2ª edição. G. Elias, Lobato, L.C. Escola Superior de s. RNP > netstat -tan Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State tcp : :* LISTEN Tcp : :* LISTEN tcp : :57568 ESTABLISHED tcp :251 1: : ESTABLISHED tcp : :60496 ESTABLISHED Fonte: Arquitetura e protocolos de TCP-IP, 2ª edição. G. Elias, Lobato, L.C. Escola Superior de s. RNP Na demultiplexação, a associação default só é usada se não houver outro socket mais específco s de Computadores 23 s de Computadores 24

7 Situação de portas e sockets no servidor Leituras complementares Servidores TCP Socket inicial (estado de LISTEN) Endpoint local possui endereço IP e porta específica do servidor Endpoint remoto possui endereço IP e porta ANY Socket escravo (estado ESTABLISHED) Endpoint local possui endereço IP e porta específica do servidor Endpoint remoto possui endereço IP e porta do cliente Servidores interativos tem 1 socket em listen e no máximo um em established Servidores concorrentes tem 1 socket em listen e n em established Servidores UDP Há sempre um socket no servidor por associação IP/Porta Não há estados Tanenbaum, A. s de Computadores (4 a edição), Campus, Capítulo 5, seção (NAT) Capítulo 6, seção 6.1 Carissimi, A; A.; Rochol, J; Granville, L.Z; s de Computadores. Série Livros Didáticos. Bookman Capítulo 5, seção Capítulo 7, seção 7.2 s de Computadores 25 s de Computadores 26