Noções básicas de redes

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1 Noções básicas de redes Bits Pacotes Largura de banda pac/seg, bit/seg Tempo de transmissão Congestionamento Exercícios... Taxa de bits/seg para pac/seg e vice-versa Tempo de transmissão de pacotes com taxa de trasmissão x numa ligação com lb y Probabilidade de bloqueio e excesso de largura de banda e percentagem de perda de pacotes

2 Camada de ligação lógica Tecnologia Ethernet, métodos de acesso ao meio, SLIP, PPP, interface de loopback, MTU, MTU de um caminho.

3 Camada de ligação lógica Utiliza os serviços do nível físico para o envio de pacotes de dados ou tramas entre duas máquinas ligadas à mesma rede física; Encapsulamento dos dados dos níveis superiores numa trama: Delimitadores que permitem reconhecê-lo como um pacote de dados; Endereço destino (do próximo nó de comutação); Informação de controlo; Detecção de erros.

4 Funções da camada de nível 2 Controlo da multipexagem do meio de transmissão; Envio dos dados correctamente sem serem adulterados por falhas do meio físico: Enviado na trama um código detector de erros (checksum), calculado com base nos dados; Receptor calcula o código através dos dados recebidos e compara-o com o enviado no pacote.

5 Técnicas de acesso ao meio de transmissão para transmitir informação Método de acesso é um conjunto de regras que definem a forma como um terminal coloca informação num cabo de rede. Quando existe transmissão de informação na rede, os métodos de acesso ajudam a regular o fluxo de tráfego da rede Vários terminais têm de partilhar o acesso ao cabo que os liga. Se dois terminais colocarem informação no cabo ao mesmo tempo, os pacotes de dados podem colidir, e ambos são destruídos.

6 Técnicas de acesso ao meio Os métodos de acesso impedem que vários terminais tenham acesso simultâneo ao cabo de rede: Envio e recepção de informação é um processo ordenado. Exemplos de métodos de acesso: CSMA (Carrier-Sense Multiple-Access): Collision Detection (com detecção da colisão) - Ethernet Collision Avoidance (evitar a colisão) Wireless Ethernet Token passing redes em anel; Prioridade do pedido 100 Mbps Ethernet.

7 CSMA-CD Envio de informação para a rede apenas quando se verifica que não existe tráfego no cabo de rede; Cada terminal escuta para detectar possíveis colisões; Se dois ou mais terminais enviam informação ao mesmo tempo colisão: Os dois param de transmitir; Esperam um período de tempo aleatório para verificarem se podem retransmitir. A detecção da colisão funciona apenas a uma distância inferior a 2500 metros.

8 CSMA-CD Carrier Sense with Multiple Access with Collision Detection Estação pronta para enviar (medição do sinal da rede) Nova tentativa Esperar período de tempo aleatório Portadora presente? Canal ocupado Canal livre Transmissão completa Sem colisões Transmitir dados e verificar o canal Colisão Transmitir sinal de colisão Número elevado de terminais muitas colisões, muitas retransmissões a transmissão torna-se muito lenta.

9 CSMA-CA Cada terminal sinaliza a sua intenção de transmitir informação, antes de efectivamente transmitir; Desta forma, cada terminal consegue saber se poderá haver colisão evita colisões na transmissão; O envio broadcast da intenção de transmitir aumenta a quantidade de tráfego no cabo de rede, diminuindo o desempenho da rede.

10 Token Passing Um pacote especial, token, circula ao longo do cabo do anel; Quando um terminal quer enviar informação, tem de esperar por um token livre; Quando é detectado um token livre, o terminal ganha o seu acesso e pode iniciar o envio de informação; Quando o token está a ser utilizado por um terminal, os outros terminais não podem transmitir informação; Não existe contenção nem colisões - não há desperdício de tempo.

11 Prioridade do pedido 100-Mbps Ethernet; Os hubs gerem o acesso à rede através de pesquisas round-robin; Se o hub recebe dois pedidos ao mesmo tempo, o pedido com maior prioridade é servido primeiro; Se os dois pedidos têm a mesma prioridade, são servidos os dois em alternância; Neste método existe apenas comunicação entre o terminal emissor, o hub e o terminal receptor; em CSMA/CD havia broadcasts para toda a rede.

12 Tecnologia Ethernet /IEEE 802 TCP/IP Ethernet IEEE 802 Aplicação LLC (Logical Link Control) Transporte Internet Interface rede Interface rede Física Física Ethernet CSMA/CD CSMA/CD Token Bus Token Ring DQDB (MAN) ANSI FDDI / FDDI-II LLC Protocolo de ligação de dados com várias classes Serviço datagrama sem confirmação Serviço datagrama com confirmação Serviço orientado à ligação

13 Tramas Ethernet e IEEE / Preâmbulo SFD End. dest. End. orig. Tipo Dados FCS Trama Ethernet Preâmbulo SFD End. dest. End. orig. Tamanho PDU LLC FCS Trama MAC a 1500 código DSAP SSAP cntl Tipo Dados org. PDU LLC Tipo Datagrama IP 0800 Tipo 0806 Pedido/resposta ARP PAD Tipo 0806 Pedido/resposta RARP PAD 46 a 1500

14 Captura de uma trama Ethernet (ARP Request)

15 Captura de uma trama Ethernet (ARP Reply)

16 Captura de uma trama Ethernet (ICMP Echo)

17 Ethernet partilhada e comutada Ethernet partilhada Fast Ethernet partilhada Ethernet comutada Nx10

18 Configuração típica de VLANs (Campus) O Router X é o único ponto capaz de reconhecer serviços L3 e interligar as VLANs

19 SLIP (Serial Line IP) Forma simples de encapsulamento de pacotes IP numa ligação série; Ligação de PCs à Internet através da porta série RS-232; Regras que especificam as tramas com SLIP: O datagrama IP é terminado pelo caracter 0xc0 (END); Se um byte do datagrama IP é igual a 0xc0, é transmitida a sequência 0xdb (ESC), 0xdc em vez de 0xc0; Se um byte do datagrama IP é igual a 0xdb (ESC), é transmitida a sequência 0xdb (ESC), 0xdd em vez de 0xdb.

20 Desvantagens do SLIP Cada extremo da comunicação tem de conhecer previamente o endereço IP do outro; Não existe o campo Tipo; Não existe o campo de controle de erros (esta função tem de ficar a cargo das camadas de nível superior).

21 Compressed SLIP Capacidade máxima: 19.2 Kb/seg; Objectivo de CSLIP: Melhor aproveitamento da capacidade de transmissão; Redução do tamanho dos cabeçalhos IP e TCP de 40 bytes para 3 a 5 bytes.

22 PPP (Point-to-Point Protocol) Protocolo de encapsulamento para o transporte de datagramas IP sobre ligações ponto-a-ponto; Utilizado para ligações dial-up e ligações entre routers, sobre canais físicos ou virtuais; Composto por 3 componentes: Método de encapsulamento de datagramas sobre ligações série; LCP (Link Control Protocol) - estabelecimento, configuração e teste da ligação de dados (nível 2); NCP (Network Control Protocol) - suporte específico ao estabelecimento e configuração do protocolo de rede utilizado (geralmente IP).

23 PPP LCP (1) O LCP baseia-se numa lógica de estados: Estabelecimento da Ligação (LCP - Establish) Cada um dos extremos PPP envia pacotes LCP para negociar os parâmetros da ligação de dados, tais como o tamanho máximo do pacote de dados, a compressão de alguns campos do protocolo e os protocolos de autenticação da ligação.

24 PPP LCP (2) Fase de autenticação (LCP - Authenticate) Autenticação dos extremos da comunicação: protocolos PAP (Password Authentication Protocol) ou CHAP (Challenge Handshake Protocol). Fase do protocolo de rede (LCP - Network) Os extremos da comunicação trocam pacotes NCP de modo a configurar o transporte de um ou mais protocolos de rede (IP, IPX, AppleTalk). No caso IP, os parâmetros trocados são os endereços IP, servidores DNS, etc. Fim da terminação da ligação (LCP - Terminate) Qualquer extremo pode pedir o fim da ligação, utilizando os serviços do NCP/LCP.

25 Formato das tramas PPP Trama PPP até 1500 bytes Flag 7E Endereço FF Controlo 03 Protocolo Dados CRC Protocolo 0021 Datagrama IP Protocolo c021 Dados LCP Protocolo 8021 Dados NCP

26 PPP Procedimento típico de uma ligação dial-up à Internet Ligação telefónica em modo terminal entre um PC e um servidor de acessos PPP (router de acesso ou NAS Network Access Server); O cliente (PC) troca uma série de pacotes LCP com o NAS, para efeitos de: Selecção de parâmetros do nível da ligação de dados do protocolo PPP (ex. compressão); Autenticação. O cliente (PC) troca uma série de pacotes NCP com o NAS, para: Selecção de parâmetros da rede (ex. negociação de endereços IP, DNS, etc). Estabelecimento da trama PPP; Comunicação TCP/IP normal entre o PC e a Internet.

27 PPP Cenários típicos de utilização Cenário 1 Cenário 2 Cenário 3

28 Interface de loopback (1) Endereço IP da interface do próprio terminal; Permite a comunicação entre o cliente e o servidor num mesmo terminal; Permite a realização de testes de comunicação com um terminal; Endereços da classe A com rede 127 A maior parte dos sistemas associa o endereço a esta interface; O nome associado é localhost.

29 Interface de loopback (2) O destino dos pacotes enviados por esta interface é igual à origem; Qualquer pacote enviado para um dos endereços IP do próprio utilizador é enviado para a interface de loopback.

30 MTU Maximum Transmission Unit Ethernet 1500 bytes; IEEE bytes; SLIP 296 bytes limite lógico para permitir um tempo de resposta adequado quando existe interactividade na comunicação; Se o datagrama IP é maior que o MTU fragmentação.

31 MTU MTU de um caminho é o menor dos MTUs dos caminhos entre o emissor e receptor Dependente do encaminhamento; Pode ser diferente nos dois sentidos; Forma de descobrir o MTU de um caminho.

32 MTU numa ligação série SLIP Taxa de transmissão 9.6 Kb/seg; Cada byte 8+2bits (1 de início e 1 de fim); Tempo de transmissão de um pacote de 1024 bytes 1066 mseg; Comunicação interactiva tempo de espera médio para enviar um pacote mseg (máximo admissível é de mseg); MTU de 266 bytes 266/2=133 mseg (dentro do máximo admissível).

33 Aula prática 3 (1) Servidor indica na saída-padrão (stdout) o número IP da máquina cliente que o está a tentar contactar: Utilizar o segundo e o terceiro argumentos da função accept connfd = Accept(listenfd, (SA *) NULL, NULL) connfd = Accept(listenfd, (SA *) endereço_cliente, tamanho_endereço) Valores retornados estão em formato binário em ordem de rede - funções de conversão para obter representação ASCII desses endereços inet_ntop converte uma estrutura de endereço de rede do tipo AF_x numa string de caracteres inet_pton - converte uma string de caracteres numa estrutura de endereço de rede do tipo AF_x

34 Aula prática 3 (2) Servidor indica o conjunto de endereços IP que aceita; se a lista for vazia, aceita apenas o endereço de loopback Gravar numa lista ligada os endereços que são aceites pelo servidor Quando é realizado o accept, é necessário ver se o endereço pertence à lista de endereços permitida pelo servidor Se não pertencer, é enviada mensagem de erro Entrega deste trabalho na aula da semana de 20 de Outubro

35 Servidor concorrente Aula prática 3 (3) pid_ pid; int listenfd, connfd; Função fork criar um novo processo listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); Listen(listenfd, LISTENQ); for ( ; ; ) { connfd = Accept(listenfd, (SA *) NULL, NULL); } if ((pid = Fork()) ==0) { close(listenfd); // processa o pedido close(connfd); exit(0); } Close(connfd); // Socket do processo //filho que está à escuta //Termina este cliente //Termina cliente filho

36 Servidor concorrente Aula prática 3 (3) pid_ pid; int listenfd, connfd; Função fork criar um novo processo listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)); Listen(listenfd, LISTENQ); for ( ; ; ) { connfd = Accept(listenfd, (SA *) NULL, NULL); } if ((pid = Fork()) ==0) { close(listenfd); // processa o pedido close(connfd); exit(0); } Close(connfd); // Socket do processo //filho que está à escuta //Termina este cliente //Termina cliente filho