Pilha TCP/IP. Walter Fetter Lages

Transcrição

1 Pilha TCP/IP Walter Fetter Lages Universidade Federal do Rio Grande do Sul Escola de Engenharia Departamento de Engenharia Elétrica Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica ELE00002 Sistemas de Automação Copyright (c) Walter Fetter Lages p.1

2 Modelo OSI TCP/IP Usualmente as camadas físicas e enlace são implementadas através de uma rede Ethernet (IEEE-802.3) Camada de rede: IP Camada de transporte: TCP ou UDP TCP: Serviço com conexão UDP: Serviço sem conexão Copyright (c) Walter Fetter Lages p.2

3 Conjunto de Protocolos TCP/IP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.3

4 Protocolos IP: Protocolo de rede TCP: Protocolo de transporte com conexão UDP: Protocolo de transporte sem conexão ICMP: Protocolo de controle IGMP: Protocolo de gerencimanto de multicasting ARP: Protocolo de mapeamento de IP em MAC RARP: Protocolo de mapeamento de MAC em IP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.4

5 Outros Protocolos Aplicativo ICMP UDP TCP Ping Traceroute RIP BGP BOOTP DHCP NTP SMTP FTP HTTP DNS NFS RPC Copyright (c) Walter Fetter Lages p.5

6 Conexão Three-way-handshake Copyright (c) Walter Fetter Lages p.6

7 Desconexão Copyright (c) Walter Fetter Lages p.7

8 Troca de Dados Copyright (c) Walter Fetter Lages p.8

9 Endereçamento Na camada IP, cada interface possui um endereço 32 bits, na versão bits, na versão 6 Normalmente escrito na forma QDN Nas camadas TCP ou UDP, os endereços são denominados portas 32 bits Socket Ponto inicial e final da troca de dados Par de endereços IP e TCP ou IP e UDP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.9

10 Retidores, Pontes e Roteadores Copyright (c) Walter Fetter Lages p.10

11 Protocolo IP Serviço de datagrama não confiável Endereçamento Hierárquico Facilidade de Fragmentação e Remontagem de pacotes Identificação da importância do datagrama e do nível de confiabilidade exigido Identificação da urgência do datagrama Roteamento adaptativo Descarte e controle do tempo de vida dos pacotes Copyright (c) Walter Fetter Lages p.11

12 Endereços IP Números com 32 bits (IPv6 tem 128 bits) Normalmente escritos como 4 octetos (em decimal) Podem identificar uma rede ou um host Endereços de rede tem o campo de identificação do host = 0 Difusão para todos os hosts de uma sub-rede: todos os bits do campo de host = 1 Copyright (c) Walter Fetter Lages p.12

13 Endereços IP Endereço com todos os bits = 1 corresponde a um endereço por difusão para a rede do host origem Endereço é reservado para teste (loopback) e comunicação entre processos na mesma máquina Copyright (c) Walter Fetter Lages p.13

14 Classes de Endereços Classe A 0 rede (7 bits) host (24 bits) Bit mais significativo é 0 e os outros 7 bits identificam a rede (primeiro campo varia de 0 a 127) 24 bits restantes identificam o endereço local 126 redes, 16 M hosts Classe B 10 rede (14 bits) host (16 bits) Dois octetos para o número da rede e dois para endereços de host Endereços de rede de a (16 K redes e 64 K hosts) Copyright (c) Walter Fetter Lages p.14

15 Classes de Endereços Classe C 110 rede (21 bits) host (8 bits) Três octetos para identificação da rede e um para host Redes de a (endereços acima de 223 foram reservados para uso futuro), ou seja, 2M redes e até 254 hosts Copyright (c) Walter Fetter Lages p.15

16 Endereços IP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.16

17 Endereços IP especiais Copyright (c) Walter Fetter Lages p.17

18 Exemplo Computador A terá endereço IP e também endereço Ethernet (6 bytes, ex: 02:FE:87:4A:8C:A9) Copyright (c) Walter Fetter Lages p.18

19 Endereços IP: sub-redes Uso de máscaras (ex: ) Copyright (c) Walter Fetter Lages p.19

20 Problemas Número de endereços de estações é muito diferente entre endereços classe C e B: 254 estações na classe C e estações na classe C Como fazer com redes médias? Copyright (c) Walter Fetter Lages p.20

21 Sub-Redes Copyright (c) Walter Fetter Lages p.21

22 Mapeamento de Endereços Resolução através de vinculação dinâmica usando protocolo ARP (Address Resolution Protocol) Permite obter o endereço de rede de outro host na mesma sub-rede Ex: obtenção de endereço Ethernet a partir do endereço IP Protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol): permite a descoberta de endereços IP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.22

23 Formato do Datagrama IP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.23

24 Formato do Datagrama IP vers: Versão do protocolo IP hlen: Tamanho do cabeçalho IP service type: Qualidade do serviço total length: Tamanho do datagrama time to live: Limita o tempo de transmissão protocol: Protocolo de transporte header checksum: CRC do cabeçalho source: IP de origem destination: IP de destino IP options: Informações de segurança, roteamento na origem, relatórios de erro, depuração, etc. Copyright (c) Walter Fetter Lages p.24

25 Fragmentação e Remontagem Tamanho máximo permitido para pacotes pode variar de uma tecnologia de rede para outra ex: Ethernet 1500 bytes, Arpanet 1000 bytes Campo flags Bits DF (don t fragment) e MF (more fragments) Quando DF=1 roteadores não podem fragmentar Copyright (c) Walter Fetter Lages p.25

26 Roteamento Roteamento inter-redes é a principal função do protocolo IP Roteamento é usualmente feito por gateways (roteadores) Cada computador possui tabela com entradas do tipo endereço de rede/endereço de roteador Roteador default: recebe as mensagens quando rota específica não é encontrada Copyright (c) Walter Fetter Lages p.26

27 Roteamento Copyright (c) Walter Fetter Lages p.27

28 User Datagram Protocol Basicamente uma interface para o IP Source Port Length Destination Port Checksum Data Copyright (c) Walter Fetter Lages p.28

29 Transmission Control Protocol Projetado para funcionar com base em um serviço de rede com conexão e com confirmação Interface de processos de aplicação com TCP: chamadas semelhantes a funções de sistemas operacionais TCP é capaz de transmitir uma cadeia de octetos nas duas direções, entre seus usuários Normalmente o TCP decide o momento de parar de agrupar os octetos e transmitir o segmento formado. Isto pode ser influenciado pelo usuário com comando push Copyright (c) Walter Fetter Lages p.29

30 Transmission Control Protocol Cada octeto é transmitido associado a um número de seqüência Cada octeto transmitido carrega o número de seqüência esperado no sentido inverso Segmentos transmitidos são armazenados para eventual retransmissão (caso recepção seja reconhecida, segmento é descartado) Copyright (c) Walter Fetter Lages p.30

31 Transmission Control Protocol Receptor pode determinar janela de transmissão (baseada na janela de recepção do receptor) TCP receptor usa numeração para ordenar os quadros recebidos TCP utiliza o conceito de porta. Processos de aplicação sendo atendidos possuem porta associadas Copyright (c) Walter Fetter Lages p.31

32 Transmission Control Protocol Para identificação unívoca um endereço TCP: porta + IP = socket Associação de portas a processos pode ser dinâmica, porém processos servidores que são muito usados (ftp, telnet) possuem portas fixas. Conexão é identificada pelo par de sockets de suas extremidades Copyright (c) Walter Fetter Lages p.32

33 Transmission Control Protocol TCP assume que opera como módulo do sistema operacional e assume que interface com rede é controlada por device driver Interface oferecida baseia-se em funções (open, close, send, receive,...) Copyright (c) Walter Fetter Lages p.33

34 Socket Primitiva SOCKET BIND LISTEN ACCEPT CONNECT SEND RECEIVE CLOSE Significado Cria um novo ponto final de comunicação Associa um endereço local à um soquete Anuncia a intenção de aceitar conexões; determina o tamanho da fila Bloqueia até que uma conexão chegue Tenta estabelecer uma conexão Envia dados Recebe dados Libera a conexão Copyright (c) Walter Fetter Lages p.34

35 Socket Copyright (c) Walter Fetter Lages p.35

36 Quadro TCP Copyright (c) Walter Fetter Lages p.36

37 Quadro TCP Número de seqüência e confirmação de piggyback : numerar quadros e confirmar recebimento Tamanho do cabeçalho: indica o número de palavras de 32 bits contidas no cabeçalho URG: ponteiro urgente SYN: conexões pedido: SYN=1 e ACK= 0 resposta: SYN=1 e ACK=1 Copyright (c) Walter Fetter Lages p.37

38 Quadro TCP FIN: liberação conexão RST: reiniciar conexão EOM: fim de mensagem Soma de verificação Tamanho da janela: TCP usa janela deslizante Opções: informar tamanho dos buffers Copyright (c) Walter Fetter Lages p.38

39 Servidor Exemplo Aguarda conexão na porta passada como argumento Aguarda recepção Imprime a string Devolve a string passada como argumento Encerra a conexão Cliente Conecta-se ao servidor e portas passados como argumento Envia string passada como argumento Aguarda resposta Imprime resposta Encerra a conexão Copyright (c) Walter Fetter Lages p.39

40 Servidor #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> int main(int argc,char *argv[]) { int listenfd; struct sockaddr_in serveraddr; int connectfd; struct sockaddr_in clientaddr; int len; char buffer[128]; socklen_t clientlen; Copyright (c) Walter Fetter Lages p.40

41 Servidor if(argc!= 3) { printf("tcp server\n"); printf("usage: %s tcp_port reply_message\n", argv[0]); return -1; } listenfd=socket(af_inet,sock_stream,0); bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family=af_inet; serveraddr.sin_addr.s_addr=htonl(inaddr_any); serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); bind(listenfd,(struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr)); Copyright (c) Walter Fetter Lages p.41

42 Servidor listen(listenfd,1024); clientlen=sizeof(clientaddr); connectfd=accept(listenfd, (struct sockaddr *)&clientaddr,&clientlen); len=read(connectfd,&buffer,sizeof(buffer)); printf("%.*s\n",len,buffer); write(connectfd,argv[2],strlen(argv[2])); close(connectfd); close(listenfd); return 0; } Copyright (c) Walter Fetter Lages p.42

43 Cliente #include <errno.h> #include <netdb.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> int main(int argc,char *argv[]) { int socketfd; struct sockaddr_in serveraddr; struct hostent *serverent; char buffer[128]; Copyright (c) Walter Fetter Lages p.43

44 Cliente if(argc!= 4) { printf("tcp client\n"); printf("usage: %s servername tcpport message\n", argv[0]); return -1; } socketfd=socket(af_inet,sock_stream,0); bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr)); serveraddr.sin_family=af_inet; serverent=gethostbyname(argv[1]); inet_pton(af_inet,serverent->h_addr, &serveraddr.sin_addr); serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2])); Copyright (c) Walter Fetter Lages p.44

45 Cliente if(connect(socketfd,(struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr))) { perror(argv[1]); return -errno; } write(socketfd,argv[3],strlen(argv[3])); read(socketfd,buffer,sizeof(buffer)); printf("%.*s\n",(int)sizeof(buffer),buffer); close(socketfd); return 0; } Copyright (c) Walter Fetter Lages p.45

46 Referências [1] W. Buchanan. Computer Busses. Arnold, London, [2] W. R. Stevens. UNIX Network Programming, volume 1. Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ, second edition, Copyright (c) Walter Fetter Lages p.46