Redes de Computadores

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1 Redes de Computadores Capítulo 2 Gustavo Reis gustavo.reis@ifsudestemg.edu.br

2 - Protocolos de Internet Mensagem M Aplicação HTTP, SMTP, FTP, DNS Segmento Ht M Transporte TCP, UDP Datagrama Hr Ht M Rede UDP Quadro He Hr Ht M Enlace Ethernet, PPP Física

3 - Protocolos de Internet Arquitetura cliente-servidor Servidor: Hospedeiro sempre ativo Endereço IP permanente Fornece serviços solicitados pelo cliente Clientes: Comunicam-se com o servidor Pode ser conectado intermitentemente Pode ter endereço IP dinâmico Não se comunicam diretamente uns com os outros

4 - Protocolos de Internet Arquitetura P2P pura Nem sempre no servidor Sistemas finais arbitrários comunicam-se diretamente Pares são intermitentemente conectados e trocam endereços IP Altamente escaláveis mas difíceis de gerenciar

5 - Protocolos de Internet Híbrida cliente-servidor e P2P Napster Transferência de arquivo P2P Busca centralizada de arquivos: Conteúdo de registro dos pares no servidor central Consulta de pares no mesmo servidor central para localizar o conteúdo Instant messaging Bate-papo entre dois usuários é P2P Detecção/localização centralizada de presença: Usuário registra seu endereço IP com o servidor central quando fica on-line Usuário contata o servidor central para encontrar endereços IP dos vizinhos

6 - Protocolos de Internet Processos de Endereçamento Para um processo receber mensagens, ele deve ter um identificador Um hospedeiro possui um único endereço IP de 32 bits P.: O endereço IP do hospedeiro onde o processo está executando é suficiente para identificar o processo? R.: Não, muitos processos podem estar em execução no mesmo hospedeiro. O identificador inclui o endereço IP e o número da porta associada ao processo no hospedeiro Exemplos de números de porta Servidor HTTP: 80 Servidor de Correio: 25

7 - Protocolos de Internet O protocolo da camada de aplicação define Tipo das mensagens trocadas, mensagens de requisição e resposta Sintaxe dos tipos de mensagem: os campos nas mensagens e como são delineados Semântica dos campos, ou seja, significado da informação nos campos Regras para quando e como os processos enviam e respondem às mensagens Protocolos de domínio público Definidos nas RFCs Recomendados para interoperabilidade Ex.: HTTP, SMTP Protocolos proprietários Ex.: KaZaA

8 - Protocolos de Internet De qual serviço de transporte uma aplicação necessita? Perda de dados Algumas aplicações (ex.: áudio) podem tolerar alguma perda Outras aplicações (ex.: transferência de arquivos, telnet) exigem transferência de dados 100% confiável Temporização Algumas aplicações (ex.: telefonia Internet, jogos interativos) exigem baixos atrasos para serem efetivos Banda passante Algumas aplicações (ex.: multimídia) exigem uma banda mínima para serem efetivas Outras aplicações ( aplicações elásticas ) melhoram quando a banda disponível aumenta

9 - Protocolos de Internet Aplicação Perdas Banda Sensível ao atraso file transfer Web documents real-time áudio/vídeo stored áudio/video jogos interativos e-business sem perdas sem perdas tolerante tolerante tolerante tolerante sem perda elástica elástica elástica aúdio: 5 Kb-1 Mb vídeo:10 Kb-5 Mb igual à anterior kbps elástica não não não sim, décimo de segundo sim, alguns segundos sim, décimo de segundo sim e não

10 - Protocolos de Internet Aplicação acesso de terminais remotos Web transferência de arquivos streaming multimídia servidor de arquivos remoto telefonia Internet Protocolo de aplicação smtp [RFC 821] telnet [RFC 854] http [RFC 2068] ftp [RFC 959] RTP ou proprietário (ex.: RealNetworks) NSF RTP ou proprietário (ex.: Vocaltec) Protocolo de transporte TCP TCP TCP TCP TCP ou UDP TCP ou UDP tipicamente UDP

11 Camada de Aplicação

12 - Web e HTTP Primeiro alguns jargões Página Web consiste de objetos Objeto pode ser arquivo HTML, imagem JPEG, Java applet, arquivo de áudio, A página Web consiste de arquivo-html base que inclui vários objetos referenciados Cada objeto é endereçado por uma URL (Uniform Resource Locator) Exemplo de URL: Nome do hospedeiro Nome do caminho

13 - Visão geral do HTTP HTTP: hypertext transfer protocol Protocolo da camada de aplicação da Web HTTP 1.0: RFC 1945 HTTP 1.1: RFC 2068 Modelo cliente/servidor Cliente: browser que solicita, recebe e apresenta objetos da Web Servidor: envia objetos em resposta a pedidos

14 - Visão geral do HTTP Utiliza TCP: Cliente inicia conexão TCP (cria socket canal de comunicação) para o servidor na porta 80 Servidor aceita uma conexão TCP do cliente mensagens HTTP (mensagens do protocolo de camada de aplicação) são trocadas entre o browser (cliente HTTP) e o servidor Web (servidor HTTP) A conexão TCP é fechada HTTP é stateless O servidor não mantém informação sobre os pedidos passados pelos clientes

15 - Conexões HTTP HTTP não persistente No máximo, um objeto é enviado sobre uma conexão TCP O HTTP/1.0 utiliza HTTP não persistente HTTP persistente Múltiplos objetos podem ser enviados sobre uma conexão TCP entre o cliente e o servidor O HTTP/1.1 utiliza conexões persistentes em seu modo padrão

16 - HTTP não persistente Usuário entra com a URL: (contém texto,referências a 10 imagens jpeg) Tempo 1a. Cliente HTTP inicia conexão TCP ao servidor HTTP em Porta 80 é a default para o servidor HTTP. 2. Cliente HTTP envia HTTP request message (contendo a URL) para o socket da conexão TCP 1b. Servidor HTTP no hospedeiro esperando pela conexão TCP na porta 80. Aceita conexão, notificando o cliente 3. Servidor HTTP recebe mensagem de pedido, forma response message contendo o objeto solicitado (somedepartment/home.index), envia mensagem para o socket

17 - HTTP não persistente 4. Servidor HTTP fecha conexão TCP. Tempo 5. Cliente HTTP recebe mensagem de resposta contendo o arquivo html, apresenta o conteúdo html. Analisando o arquivo html, encontra 10 objetos jpeg referenciados 6. Passos 1-5 são repetidos para cada um dos 10 objetos jpeg.

18 - Modelagem do tempo de resposta Definição de RTT (Round Trip Time): tempo para enviar um pequeno pacote que vai do cliente para o servidor e retorna. Tempo de resposta: Um RTT para iniciar a conenexão TCP Um RTT para requisição HTTP e primeiros bytes da resposta HTTP para retorno Tempo de transmissão de arquivo Total = 2RTT+ tempo de transmissão

19 - HTTP persistente Características do HTTP persistente: Requer 2 RTTs por objeto Os browsers freqüentemente abrem conexões TCP paralelas para buscar objetos referenciados HTTP persistente Servidor deixa a conexão aberta após enviar uma resposta Mensagens HTTP subseqüentes entre o mesmo cliente/servidor são enviadas pela conexão Persistente sem paralelismo (pipelining): O cliente emite novas requisições apenas quando a resposta anterior for recebida Um RTT para cada objeto referenciado Persistente com paralelismo: Padrão no HTTP/1.1 O cliente envia requisições assim que encontra um objeto referenciado

20 - Tipos de métodos HTTP/1.0 GET: principal método de requisição de documentos HEAD: pede para o servidor deixar o objeto requisitado fora da resposta POST: usado para fornecer alguma informação ao servidor HTTP/1.1 GET, POST, HEAD PUT: envia o arquivo no corpo da entidade para o caminho especificado no campo de URL DELETE: apaga o arquivo especificado no campo de URL do servidor

21 - Mensagem HTTP request HTTP request message: ASCII (formato legível para humanos) Linha de pedido (comandos GET, POST, HEAD ) Linhas de cabeçalho GET /somedir/page.html HTTP/1.0 User-agent: Mozilla/4.0 Accept: text/html, image/gif,image/jpeg Accept-language:fr Carriage return, line feed indica fim da mensagem (extra carriage return, line feed)

22 - Mensagem HTTP response Linha de status (protocolo código de status frase de status) Dados, ex.: arquivo html Linhas de cabeçalho HTTP/ OK Date: Thu, 06 Aug :00:15 GMT Server: Apache/1.3.0 Last-Modified: Mon, 22 Jun Content-Length: 6821 Content-Type: text/html data data data data data...

23 - Códigos de status de resposta Na primeira linha da mensagem de resposta (servidor cliente) Alguns exemplos de códigos: 200 OK: Requisição bem-sucedida, objeto requisitado a seguir nesta mensagem 301 Moved permanently: Objeto requisitado foi movido, nova localização no cabeçalho Location: da mensagem de resposta. O software do clinete recuperará automaticamente o novo URL. 400 Bad request Código genérico de erro: mensagem de requisição não compreendida pelo servidor 404 Not Found Documento requisitado não encontrado neste servidor 505 HTTP version not supported A versão do protocolo HTTP requisita não é suportada pelo servidor

24 - Correio eletrônico Três componentes principais: Agentes de usuário Servidores de correio Simple mail transfer protocol: SMTP Agente de usuário leitor de correio Composição, edição, leitura de mensagens de correio Ex.: Eudora, Outlook, Netscape Messenger Mensagens de entrada e de saída são armazenadas no servidor

25 - Correio eletrônico Servidores de correio Caixa postal contém mensagens que chegaram (ainda não lidas) para o usuário Fila de mensagens contém as mensagens de correio a serem enviadas Protocolo SMTP permite aos servidores de correio trocarem mensagens entre si Cliente: servidor de correio que envia servidor : servidor de correio que recebe

26 - Correio eletrônico Usa TCP para transferência confiável de mensagens de correio do cliente ao servidor, porta 25 Transferência direta: servidor que envia para o servidor que recebe Três fases de transferência Handshaking (apresentação) Transferência de mensagens Fechamento Interação comando/resposta Comandos: texto ASCII Resposta: código de status e frase Mensagens devem ser formatadas em código ASCII de 7 bits

27 - Cenário: Alice envia para Bob 1) Alice usa o agente de usuário (UA) para compor a mensagem e para bob@someschool.edu 2) O agente de usuário dela envia a mensagem para o seu servidor de correio; a mensagem é colocada na fila de mensagens. 3) O lado cliente do SMTP abre uma conexão TCP com o servidor de correio do Bob. 4) O cliente SMTP envia a mensagem de Alice pela conexão TCP. 5) O servidor de correio de Bob coloca a mensagem na caixa de correio de Bob. 6) Bob invoca seu agente de usuário para ler a mensagem.

28 - DNS: Domain Name System DNS: Domain Name System RFC: 1034 e 1035 Porta: 53 (normalmente UDP) Pessoas: muitos identificadores RG, nome, passaporte Nome x P.: Como relacionar nomes com endereços IP? Domain Name System: Base de dados distribuída implementada numa hierarquia de muitos servidores de nomes Protocolo de camada de aplicação hospedeiro, roteadores se comunicam com servidores de nomes para resolver nomes (translação nome/endereço) Nota: função interna da Internet, implementada como protocolo da camada de aplicação

29 - Base de dados distribuída e hierárquica Cliente quer o IP para Cliente consulta um servidor de raiz para encontrar o servidor DNS com Cliente consulta o servidor DNS com para obter o servidor DNS amazon.com Cliente consulta o servidor DNS amazon.com para obter o endereço IP para

30 - Servidores Raiz São contatados pelos servidores de nomes locais que não podem resolver um nome Servidores de nomes raiz: Buscam servidores de nomes autorizados se o mapeamento do nome não conhecido Conseguem o mapeamento Retornam o mapeamento para o servidor de nomes loca for Existem 13 servidores de nomes raiz no mundo

31 - Servidores TLD e autoritários Servidores top-level domain (TLD): responsáveis pelos domínios com, org, net, edu etc e todos os domínios top-level nacionais uk, fr, ca, jp. Network Solutions mantém servidores para o TLD com Educause para o TLD edu Servidores de nomes com autoridade: servidores DNS de organizações, provêm nome de hospedeiro autorizado para mapeamentos IP para servidores de organizações (ex.: Web e mail). Podem ser mantidos por uma organização ou provedor de serviços

32 - Servidores de nomes local Não pertence estritamente a uma hierarquia Cada ISP (ISP residencial, companhia, universidade) possui um Também chamado de servidor de nomes default Quando um hospedeiro faz uma pergunta a um DNS, a pergunta é enviada para seu servidor DNS local Age como um proxy, encaminhando as perguntas para dentro da hierarquia

33 - Exemplo O hospedeiro em cis.poly.edu quer o endereço IP para gaia.cs.umass.edu

34 - Resolvendo nomes Consulta recursiva: Transfere a tarefa de resolução do nome para o servidor de nomes consultado Consulta encadeada (iterativa): Servidor contatado responde com o nome de outro servidor de nomes para contato

35 - Resolução recursiva edu fh.edu csu.edu 1 6 Cliente

36 - Resolução Iterativa edu eu não sei isto, mas pergunte a este servidor 3 4 fh.edu csu.edu Cliente

37 - Exemplo Resolução recursiva ou iterativa? O hospedeiro em cis.poly.edu quer o endereço IP para gaia.cs.umass.edu

38 - DNS: protocolo e mensagem Protocolo DNS: mensagem de consulta e resposta, ambas com o mesmo formato de mensagem Cabeçalho da msg Identificação: número de 16 bits para consulta, resposta usa o mesmo número Flags: Consulta ou resposta Recursão desejada Recursão disponível Resposta é autorizada

39 Camada de Transporte

40 - Protocolos e serviços de transporte Fornecem comunicação lógica entre processos de aplicação em diferentes hospedeiros Os protocolos de transporte são executados nos sistemas finais Lado emissor: quebra as mensagens da aplicação em segmentos e envia para a camada de rede Lado receptor: remonta os segmentos em mensagens e passa para a camada de aplicação Há mais de um protocolo de transporte disponível para as aplicações Internet: TCP e UDP

41 - Camada de transporte vs camada de rede Camada de rede: comunicação lógica entre os hospedeiros Camada de transporte: comunicação lógica entre os processos Depende dos serviços da camada de rede Analogia com uma casa familiar: 12 crianças enviam cartas para 12 crianças Processos = crianças Mensagens da aplicação = cartas nos envelopes Hospedeiros = casas Protocolo de transporte = Anna e Bill Protocolo da camada de rede = Serviço Postal

42 - Protocolos da camada de transporte da Internet Confiável, garante ordem de entrega: TCP Controle de congestionamento Controle de fluxo Orientado à conexão Não confiável, sem ordem de entrega: UDP Extensão do melhor esforço do IP

43 - Mecanismo de endereçamento Aplicação HTTP DNS SMTP x n Transporte TCP / UDP TRANSPORTE VIRTUAL web ftp

44 - Mecanismo de endereçamento Número de porta Número de porta destino: identifica o endereço de entrega Número de porta origem: identifica o endereço de resposta Discrimina entre os muitos processos que podem rodar simultaneamente Identificado por números inteiros de 16-bits (0 a 65535) IANA (Internet Assigned Number Authority) Portas conhecidas ou permanentes: 0 a 1023 Portas registradas: 1024 a Portas dinâmicas: a Alguns portas bem conhecidas RFC 1700 HTTP: porta 80 SMTP: porta 25

45 - Mecanismo de endereçamento Identificado por números inteiros de 16-bits (0 a 65535) IANA (Internet Assigned Number Authority) Portas conhecidas ou permanentes: 0 a 1023 As portas com números bem conhecidos são atribuídas e controladas pelo IANA e são as portas públicas conhecidas. Portas registradas: 1024 a As portas registradas não são atribuídas ou controladas pelo IANA e podem ser registradas por empresas comerciais junto ao IANA para evitar duplicação. Portas dinâmicas: a As portas dinâmicas ou temporárias não são controladas nem registradas e podem ser utilizadas por qualquer processo.

46 - Exemplo de endereçamento SOCKET: portas pelas quais dados passam da rede para o processo e do processo para a rede (KUROSE, 2006). Este é o pedido Processo Socket Cliente Porta Fonte Porta destino 25 Servidor Porta Fonte 25 Porta destino

47 - UDP checksum Objetivo: detectar erros (ex.: bits trocados) no segmento transmitido Transmissor: Trata o conteúdo do segmento como seqüência de inteiros de 16 bits Checksum: soma (complemento de 1 da soma) do conteúdo do segmento Transmissor coloca o valor do checksum no campo de checksum do UDP Receptor: Computa o checksum do segmento recebido Verifica se o checksum calculado é igual ao valor do campo checksum: NÃO - erro detectado SIM - não há erros. Mas, talvez haja erros apesar disso?

48 - Soma de verificação UDP RFC 1071 Suponha 3 palavras de 16 bits (I) (II) (III) A soma das duas primeiras palavras de 16 bits é (I) (II) (IV) Adicionando a terceira palavra à soma (IV), temos: (IV) (III) (V)

49 - Soma de verificação UDP RFC 1071 Note que: Ao se adicionar números, um vai um do bit mais significativo deve ser acrescentado ao resultado (IV) (III) wraparound sum (V) checksum

50 - Tabela hexa vs binário Hexadecimal Binário A 1010 B 1011 C 1100 D 1101 E 1110 F 1111

51 - Exercício Qual a palavra a ser inserida no campo checksum, se o segmento contém as seguintes palavras: 4465, 7477, 6F72, 6B73

52 Camada de Rede

53 - A camada de rede - Transporta segmentos do hospedeiro transmissor para o receptor - No lado transmissor encapsula os segmentos em datagramas - No lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte - Protocolos da camada de rede em cada hospedeiro, roteador - Roteador examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele

54 - Funções-chave da camada de rede - Comutação: mover pacotes da entrada do roteador para a saída apropriada do roteador - Roteamento: determinar a rota a ser seguida pelos pacotes desde a origem até o destino - Algoritmos de roteamento Analogia: - Roteamento: processo de planejar a viagem da origem ao destino - Comutação: processo de passar por um determinado caminho

55 - Funções-chave da camada de rede Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros: Camada de Transporte: TCP, UDP Camada de rede protocolo de roteamento - Escolha de caminhos - RIP, OSPF, BGP Tabela de rotas protocolo IP - Endereçamento - Formato dos datagramas - Tratamento de pacotes protocolo ICMP - Aviso de erros - Sinalização de rotas Camada de enlace Camada física

56 - Funções-chave da camada de rede versão do protocolo IP tamanho do header (bytes) (Type of Service) classe de serviço número máximo de saltos protocolo da camada superior ver head. len 16-bit identifier TTL TOS protocol 32 bits flgs length fragment offset Internet checksum 32 bit endereço IP de origem 32 bit endereço IP de destino Opções (se houver) data (tamanho variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) tamanho total do datagrama (bytes) para fragmentação/ remontagem Fragment offset (múltiplo de 8 bytes) Soma de verificação do cabeçalho Ex.: marca de tempo,registro de rota lista de roteadores a visitar.

57 - Endereçamento IP - Endereço IP: identificador de 32 bits para interfaces de roteadores e hospedeiros - Interface: conexão entre roteador ou hospedeiro e enlace físico - Roteador tem tipicamente múltiplas interfaces - Hospedeiros podem ter múltiplas interfaces - Endereços IP são associados com interfaces, não com o hospedeiro ou com o roteador = Notação decimal separada por ponto

58 - Endereçamento IP Prefixo e sufixo Cada endereço IP de 32 bits é dividido em duas partes: prefixo e sufixo. - Prefixo: identifica a rede física (NetID) - Sufixo: identifica o computador da rede (HostID) Propriedades - a cada computador é atribuído um endereço único - o número de rede é coordenado globalmente - os sufixos poder ser atribuídos localmente

59 - Endereçamento IP - conhecido como endereçamento IP de classes (classfull IP Addressing) - convenção utilizada nos protocolos TCP/IP - Classe A - Classe B - Classe C - Classe D - Classe E Classes primárias Multicast Reservado Identificação de Classe 1o. 1o. bit? bit? o. 2o. bit? bit? 3o. 3o. bit? bit? 4o. 4o. bit? bit? Classe Classe A Classe Classe B Classe Classe C Classe Classe D Classe Classe E E

60 - Endereçamento IP Classe A: até Permite até de computadores em cada rede (máximo de 127 redes); Classe B: até Permite até computadores em uma rede (máximo de redes); Classe C: até Permite até 256 computadores em uma rede (máximo de redes); Classe D: até multicast Classe E: até multicast reservado