Centro Universitário Fundação Santo André. Disciplina Redes de Computadores. Módulo 04 TCP/IP

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1 Centro Universitário Fundação Santo André Disciplina Redes de Computadores Módulo V1.0 Introdução: Histórico O DoD (Department of Defense) criou a ARPANET (ARPA - Advanced Research Projects Agency) que era uma rede com 4 nós e foi o primeiro experimento que demonstrou a viabilidade de uma rede com tecnologia de chaveamento de pacotes O experimento foi publicamente demonstrado contando com a inclusão de várias universidades e centros de pesquisa. Neste ano foram iniciados os trabalhos de elaboração de uma segunda geração de protocolos baseados no conhecimento adquirido com o experimento realizado A família de novos protocolos foi especificada, implementada e submetida a exaustivos testes. Os dois primeiros membros desta família foram o Transmission Control Protocol (TCP) e o Internet Protocol (). O termo passou então a ser utilizado para referir-se a toda a família de protocolos o tornou-se o protocolo padrão utilizado pela DoD Internet o Brower Mosaic provoca uma tempestade na Internet. O WWW criado 2 anos antes prolifera numa taxa de crescimento anual de % em termos de tráfego. No final dos 90s o dominou o cenário das redes, sendo adotado além da Internet, nas redes dentro das empresas e das residências. Praticamente todas as outras arquiteturas desapareceram ou convergiram para. Em 2005 uma nova onda chamada de Triple Play está no foco das operadoras de telecomunicações para oferecer serviços de dados, voz e imagem sobre. É a convergência total para as comunicações sobre.

2 Introdução: Recordando o MR OSI Para estudarmos o devemos relembrar o modelo de referência OSI Data transport Application 7. Aplicação 6. Apresentação 5. Sessão 4. Transporte 3. Rede Fisica Aplicação: Fornece uma interface para que o programa aplicativo fale através da rede Apresentação: Cuida de aspectos como conversão de códigos, compressão e criptografia. Sessão: Estabelece e sincroniza o dialogo entre as maquinas participantes da comunicação Transporte: Garante que a mensagem chegue ao seu destino. Controla fluxo. Multiplexa conexões. Rede: Cuida do endereçamento e escolha do melhor caminho dentro da rede. Trata pacotes. : Manuseia a entrega da mensagem até o próximo nó através do enlace. Pode corrigir erros ocorridos na camada física. Trata frames. Física: Aspectos mecânicos, elétricos e funcionais da interface. Trata bits, transformando-os em pulsos no meio. Introdução: MR OSI x Arquitetura OSI 7. Aplicação 6. Apresentação 5. Sessão 4. Transporte 3. Rede Física Aplicação Transporte Internet Física As funções das camadas 5,6 e 7 do OSI são englobadas na camada de aplicação do As camadas 3 e 4 tem níveis funcionais semelhantes ao MR OSI. A arquitetura não define padrões para as camadas 1 (física) e 2 (enlace) como acontece no MR OSI. Inclusive alguns documentos tratam as duas conjuntamente como camada de subrede No nosso estudo continuaremos distinguindo as camadas 1(física) e 2 (enlace). Aqui comparamos a arquitetura OSI com a arquitetura, lembrando que o OSI não decolou mas passou a ser usada como referência para estudo

3 Introdução: Encapsulamento na transmissão HOST A Aplicação Application Data Application Segment Application Datagram Application Frame Frame Application Frame trailer Física Os dados da aplicação entram pela camada de aplicação onde ganham o da aplicação e posteriormente são enviados a camada de transporte onde ganham o de TCP ou UDP e passa a se chamar segmento Na camada após ganhar o desta camada passa a se chamar Datagrama ou pacote Na camada de enlace ganha o e o trailer e passa a se chamar quadro (frame) Na camada física os bits são transformados em pulsos elétricos, óticos ou de RF são enviados pelo meio físico Introdução: Desencapsulamento na recepção HOST B Data Application Aplicação Segment Application Datagram Application Frame Frame Application Frame trailer Física Os pulsos elétricos, óticos ou de RF chegam pelo meio físico e na camada física são transformados em bits e entregues a camada de enlace que recompõe o Frame Na camada de enlace os campos e trailer, do Frame, são lidos, tratados e retirados, enviando-se o Datagrama para a camada (rede) Na camada o do Datagrama é lido, tratado e retirado, enviando-se então o Segmento para a camada TCP ou UDP Na camada TCP ou UDP o do Segmento é lido, tratado e retirado, enviando-se então os dados da aplicação para a camada de aplicação Na camada de aplicação o de aplicação é retirado e o dado é passado ao aplicativo

4 Introdução: Relação client/server entre aplicações HOST A HOST B HOST C Aplicação X Client Aplicação X Server Aplicação Y Client Aplicação Y Server Física Física Física As aplicações em trabalham no modelo client-server. Exemplo: Para acessar um web server precisamos de um web client, o browser no caso. Um host pode rodar ao mesmo tempo algumas aplicações em modo client e outras em modo server. No exemplo acima o Host B esta rodando uma Aplicação X server para o Host A ao mesmo tempo que roda uma Aplicação Y client que acessa o Aplicação Y Server no Host C. Arquitetura protocolos básicos Aplicação WWW SMTP TELNET FTP DNS SNMP TFTP BOOTP RTP Transporte Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Rede Internet Protocol Física Ethernet Token Ring PPP Frame Relay

5 Apicações: WEB e protocolo HTTP Web Client (Browser) Rede Web Server HTTP Request (GET URL/Gif) HTTP Response (Página requerida) WWW utiliza o protocolo HTTP (HyperText Transfer Protocol) e provê uma interface gráfica que permite a transmissão de dados multimídia (texto, imagens, audio e vídeo). O WWW popularizou e impulsionou a explosão do uso da Internet. O Web client é o browser como Netscape, Firefox ou Internet Explorer para citar alguns exemplos. São exemplos de Web server: Apache e IIS (Internet Information Services) Abaixo um exemplo de um GET de HTTP: GET / HTTP/1.1 Accept: */* Accept-Language: pt-br Accept-Encoding: gzip, deflate User-Agent: Mozilla/4.0 (compatible; MSIE 6.0; Windows NT 5.0) Host: Connection: Keep-Alive e os protocolos SMTP e POP3/IMAP Empresa Alfa Server Server Empresa Beta João SMTP SMTP Server POP3 Server SMTP Rede SMTP SMTP Server POP3 Server POP 3 Maria SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) é um dos protocolos utilizados no sistema de correio eletrônico das redes. No exemplo acima, João envia um para maria@beta.com. Através do protocolo SMTP a estação de João se comunica com o SMTP Server no Server da empresa Alfa. Este por sua vez contacta via SMTP o server da empresa Beta e envia o . Dentro do Server de Beta o é repassado ao POP3 server. O enviado por João não é imediatamente entregue a Maria, mas fica a disposição para quando ela se conectar. Maria ativa o seu cliente de ao chegar ao trabalho e contacta o Server utilizando o protocolo POP3 e finalmente recebe a mensagem de João. Usando IMAP ao invés de POP3, o fica no Server. È possível organizar os s em pastas dentro do Server. Esta abordagem permite que um usuário recupere o seu de qualquer maquina, acessando inclusive suas pastas organizadas

6 Telnet Emulação de Terminal HOST A HOST B TELNET CLIENT Rede TELNET SERVER APLICAÇÃO TELNET Permite acessar um host remotamente se conectando a sua console através de um terminal virtual Telnet permite: Acessar a console de um servidor linux ou unix por exemplo. Acessar a console de um equipamento de rede como um roteador ou switch. O Telnet não é um protocolo seguro e alguém com um sniffer (analizador de dados) pode capturar o trafego entre o Host A e o Host B e descobrir as senhas de acesso. FTP File Transfer Protocol FILE A Rede FILE B FTP Client FTP Server FTP File Transfer Protocol É um protocolo de transferência de arquivos que permite: Transferir arquivos entre hosts. Renomear, apagar, criar diretórios e etc no host remoto Um comando PUT no Host A envia um arquivo para o Host B. Um comando Get no Host A, enquanto um comando de GET busca um arquivo no Host B. Assim como o Telnet o FTP não é um protocolo seguro porque os nomes de usuários e senhas passam em texto claro pela rede e podem ser monitorados e copiados.

7 SSH Secure Shell FILE A Rede FILE B SSH Client SSH Server SSH é um programa destina a permitir que usuários acessem outros computadores em um rede, executem comandos e façam transferência de arquivos. Efetivamente o SSH substitui o Telnet, o FTP e ainda outros utilitarios como rcp, rsh e remsh. A vantagem é que o SSH utiliza um esquema de autenticação forte e encripta os dados. Embora nenhum esquema de criptografia seja 100% seguro, conseguir exito em hackear uma conexão SSH demandaria muito esforço e recursos, o que desencoraja qualquer Hacker. São exemplos de programs freeware que utilizam SSH: Putty: para substituir Telnet Winscp: para substiruir FTP DNS Domain Name Server DNS Server Qual o de fsa.br? O de fsa.br é Home page da FSA Rede DNS Domain Name Server É um serviço que permite resolver nomes de domínios em endereços É muito mais fácil guardar fsa.br do que Quando fazemos qualquer tipo de acesso a um site na Internet e digitamos o nome de um domínio, o computador que estamos utilizando faz uma solicitação ao DNS para resolver o nome e informar qual o endereço As solicitações seguintes são destinados ao endereço informado pelo DNS

8 Outras aplicações e protocolos SNMP Utilizado em gerenciamento de redes. Define-se um componente gerente em um computador central e em cada host da rede pode haver um agente. Através de comandos snmp o gerente pode acessar um agente para ler variáveis da MIB que é um data base com informações sobre estatísticas de tráfego, erros e etc. O agente pode também enviar expontânemante TRAPs ao gerente, alertando sobre uma interface desconectada por exemplo. TFTP Trivial File Transfer Protocol Permite a transferência de arquivos, porém sem nenhum controle de usuario/password. Mais usado para atualização de firmwares e sotwares de equipamentos de rede BOOTP Utilizado em DHCP para atribuição de endereçamento dinâmico RTP Real Time Protocol Usado para transmissão de tráfego multimedia em Arquitetura Protocolos de Transporte TCP e UDP são os protocolos de transporte da arquitetura. Os dois provêem serviços de multiplexação para que múltiplas aplicações utilizem a rede. Porém os dois diferem quanto a outros aspectos: O TCP trabalha orientado a conexão e com garantia de entrega. É mais confiável porém menos eficiente. O UDP trabalha sem conexão e sem garantia de entrega. É mais eficiente porém não é confiável. WWW TELNET FTP DNS TFTP Transmission Control Protocol User Datagram Protocol Multiplexação através de ports no TCP e UDP

9 Protocolos de Transporte Numeração de s Os ports das aplicações geralmente são numerados de 0 a 1023, e são pré definidos e estabelecidos por normas. São os well known ports. Por exemplo: 80 TCP = HTTP server 21 TCP = Telnet server 69 UDP = TFTP server Os ports acima de 1024 e até podem ser usados por outras aplicações. Os processos clientes também podem assumir qualquer valor entre 1024 e TELNET Client TELNET Server HTTP Server PORT 1024 source TCP PORT 23 destination TCP PORT 80 UDP User Datagram Protocol FORMATO DO HEADER UDP Source port Message length Destination port Checksum Data UDP é um protocolo de transporte simples e eficiente realizando basicamente 3 funções: Transferência de dados Multiplexação Detecção de erros O UDP cuida da multiplexação através dos uso de ports. No layout acima vemos que o contém um source (origem) e um destination (destinatário) port. O UDP tem um campo de checksum usado somente para detecção de erro. A correção, através de retransmissão, não é de responsabilidade do UDP. Se o UDP percebe um pacote com checksum errado o pacote é descartado. O UDP não possui método de trabalho com conexão, por isso é chamado de conectionless O UDP não tem mecanismos para detectar se as mensagens estão duplicadas ou fora de ordem.

10 TCP Transmission Control Protocol O protocolo de transporte TCP é um protocolo completo e muito mais complexo que o UDP. Ele oferece os seguintes serviços: Transferência de dados Multiplexação Detecção e correção de erros Estabelecimento e liberação de conexão Segmentação Controle de fluxo Garantia de ordem das mensagens Priorização de dados urgentes A Multiplexação é feita com o uso de ports como no UDP Pacotes com CRC errados são descartados e transmissor retransmite após um time-out ou após receber um triple-ack do receptor. O TCP tem seqüências específicas para estabelecer e encerrar uma conexão. O TCP pode segmentar as mensagens recebidas da aplicação mantendo um controle seqüencial de cada segmento obtido. O controle de fluxo evita que o receptor transborde por receber excesso de dados. O TCP garante a entrega das mensagens na mesma ordem em que foram submetidas, sem perda ou duplicação e também sem erros. TCP Formato do Header Source port Destination port Sequence number Acknowledgement Number Data offset URP ACK PSH RST SYN FIN Window Checksun Options Urgent Pointer Padding Data Note os vários campos adicionais no do TCP, os quais permitem as várias funções adicionais desempenhados por este protocolo. Na página seguinte uma breve descrição de cada campo.

11 TCP Campos do Header Source : identifica o port de origem. Destination : identifica o port de destino. Sequence Number: número de seqüência do primeiro octeto do segmento. Acknowledgement: número do próximo ACK que o transmissor de um segmento está esperando receber. Aplicado apenas quando o control bit ACK estiver ligado. Data Offset: especifica o número de words de 32 bits do indicando, conseqüentemente, onde iniciam os dados no segmento. Este campo é necessário devido ao campo Options ser variável. Reserved: campo reservado e sempre preenchido com zeros. Control Bits: estabelecimento e término de conexões e outras importantes funções. Window: número de octetos (começando com o que está no campo acknowledgment) que podem ser aceitos pelo transmissor deste segmento. Checksum: verifica se o segmento foi transmitido sem erros. Urgent Pointer: este valor é um offset positivo a partir do campo Sequence Number e indica o final dos dados urgentes. Válido apenas se o control bit URG estiver ligado. Options: campo de tamanho variável disponível para indicar as opções do TCP. Este campo poderia ser utilizado, por exemplo, para indicar o tamanho máximo de segmento que o transmissor deseja receber. Padding: bits adicionais para garantir um de tamanho múltiplo de 32 bits. Arquitetura - Protocolo O (Internet Protocol) tem 3 funções básicas: Transfere pacotes chamados de datagramas (contendo dados + TCP ou UDP), mas faz isto de forma não confiável, ou seja não confirma se entregou ou não. Em função disso, os pacotes podem ser perdidos, duplicados ou entregue fora de ordem sem que a camada superior seja notificada. Trata endereçamento e conseqüentemente roteamento a nível de rede. O endereço é composto de 32 bits (V4) e um roteador é uma estação que tem pelo menos duas interfaces participando em redes com endereços diferentes. Fragmenta os datagramas para tamanhos compatíveis com os suportados pela subrede (enlace+física), por exemplo a rede Ethernet suporta pacotes de no máximo 1500 Bytes.

12 Formato do Header VERS HLEN Service Type Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum Source address Destination address Options (may be null) Padding Datagram Data (up to bytes) Campos do Header Version: indica o formato do. As versões mais conhecidas são a 4 e a 6. Hlen (Header Length): indica o tamanho do em palavras de 32 bits. Type of Service: especifica a precedência e o TOS solicitado pelo host origem. Total Length: indica o tamanho do datagrama em octetos incluindo e data. Identification: assinalado pela origem para auxiliar na montagem de fragmentos de datagrama. Flags: utilizadas para controlar a fragmentação de datagramas. BIT 1 ( 0 = pode fragmentar, 1 = não pode fragmentar) BIT 2 ( 0 = último fragmento, 1 = existem mais fragmentos) Fragment Offset: indica a posição (em octetos) deste fragmento no datagrama original. Time to Live (TTL): indica quantos roteadores, no máximo, queo datagrama poderá atravessar na rede. Protocol: indica o protocolo do próximo nível (TCP, UDP, ICMP, OSPF etc). Checksum: checksum apenas do. Source Address: endereço de 32 bits divididos em 4 octetos do host origem. Destination Address: endereço de 32 bits divididos em 4 octetos do host destino. Options: campo de tamanho variável que pode ou não aparecer no datagrama. Padding: bits adicionais para garantir um de tamanho múltiplo de 32 bits.

13 Endereçamento Classe Formato Range #Redes # Hosts Exemplos A R.H.H.H M , , B R.R.H.H K 65.K , , C R.R.R.H M , , s e A s0 s D s1 s B e s s0 C e1 s R = Usado p/ Rede H = Usado p/ Host 7 bits => 0 a bits => 0 a => reservado => reservado Endereçamento com Subnet Internet Vendas Admin Fabril No exemplo acima a empresa usou o terceiro octeto do seu endereço para designar suas redes internas. Note que a mascara natural é mas internamente usou-se Subnets são subdivisões lógicas de um determinado endereço de rede feitas através da utilização das máscaras. Por razões técnicas ou administrativas, muitas organizações dividem suas redes em várias redes diferentes. A utilização de subnets permite um melhor aproveitamento e prove uma maior flexibilidade de atribuição de endereços.

14 Roteamento Conceitos Forma Direta Na mesma subrede, no mesmo fio, não passa por um router Indireta Em outra subrede, em outro fio, tem que passar por um router e A s s0 s1 B e e Tipo Estático O administrador de rede insere entradas na tabela de roteamento atraves de comandos no router. Dinâmico Os routers, conversam entre si através de protocolos de roteamento, e constroem automáticamente a tabela de roteamento. X e0 10 Mbps (cost 1) Header do Roteamento - Funcionamento Routing table Network IF cost e s s s s s s s s1 101 A B A s s0 s0 2 Mbps (cost 50) 2 Mbps (cost 50) S= D= TCP DADOS S=source D=destination C Network = Rede conhecida por este router IF = Interface de saída para se atingir esta rede Cost = Custo para chegar nesta rede por esta interface s0 D s1 B s1 s0 1 Mbps (cost 100) s Mbps (cost 50) C e0 Cost depende da velocidade Y Mbps (cost 1) A) Router lê o address de destino no pacote B) Router lê a tabela de roteamento na sua memória C) Router faz envio pela Interface escolhida D) Escolheu enviar por s1 devido ao menor custo

15 Arquitetura protocolos auxiliares do Aplicação WWW SMTP TELNET FTP DNS SNMP TFTP BOOTP RTP Transporte Transmission Control Protocol User Datagram Protocol IGMP ICMP Rede Internet Protocol ARP Física Ethernet Token Ring PPP Frame Relay Arquitetura protocolos auxiliares do ARP resolve endereço em endereço de enlace. Para enviar o datagrama para o correto uma estação precisa saber antes para qual MAC address vai enviar, se estiver numa rede local Ethernet, por exemplo. HOST A Frame Frame source destination source destinat 02:00:7D:4C:21:F1 02:00:7D:4C:21:F1 02:00:7D:81:30:1F Subrede Fisica Frame trailer ARP CACHE =02:00:7D:81:30:1F Quem é o ? MAC 02:00:7D:4C:21:F1 Eu sou o ! 2 MAC 02:00:7D:81:30:1F

16 Arquitetura protocolos auxiliares do ICMP tem duas funcionalidade importantes: Notificar a estação transmissora que um nó não pode encaminhar um datagrama, uma vez que o não faz nenhum tipo de confirmação Permitir testes de conectividade entre estações. Os comandos PING e TRACERT utilizam o protocolo ICMP ICMP Echo Request ICMP Echo Reply Routing Table Datagrama para host ICMP Destination unreachable! IGMP é utilizado para tráfego Multicast. Isto permite que uma transmissão de pacotes seja feita simultaneamente para um grupo de estações economizando banda da rede. Por exemplo uma transmissão de um vídeo de treinamento para um grupo de funcionários de uma empresa. Arquitetura protocolos de roteamento Aplicação WWW SMTP TELNET FTP DNS SNMP TFTP BOOTP RTP Transporte Transmission Control Protocol R User Datagram Protocol IGMP OSPF ICMP Rede Internet Protocol ARP Física Ethernet Token Ring PPP Frame Relay

17 Para ativar um roteamento dinâmico na rede o administrador de rede deve: Planejar a estrutura dos protocolos em função da topologia. Ativar os protocolos de roteamento nos roteadores ou mesmo hosts da rede. Definir quais interfaces ou subredes nas quais os protocolos atuarão. São exemplos bastante utilizados de protocolos de roteamento: Arquitetura protocolos de roteamento R é um protocolo de roteamento simples baseado em um algorítimo distance vector que leva em consideração somente o número de roteadores a ser atravessado entre dois nós da rede. Pode portanto ser utilizado em redes pequenas ou quando um dispostivo precisa participar do roteamento mas não aceita outro protocolo. OSPF é um protoclo de roteamento avançado baseado em um algorítimo link state que leva em consideração outros aspectos como a banda passante existente entre dois nós da rede. Cada roteador da rede consegue saber a cada instante, todos os enlaces ativos da rede. Com estas informações as rotas são calculadas utilizando o algoritmo SPF (Shortes Path First) de Djikstra. Pode ser utilizado em redes pequenas ou grandes, tem segurança devido a autenticação etc. Arquitetura - O caminho de um pacote WWW TELNET FTP DNS TFTP TCP UDP 69 X PROTOCOL PROTOCOL 17 PROTOCOL 03FF PROTOCOL :00:5A:FD:FB:45 MAC Address Part trançado / Fibra ótica

18 FINAL DO MÓDULO 4