Introdução Modelo TCP/IP Protocolo TCP/IP Material Extra Finalizando. Arquitetura TCP/IP

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1 Arquitetura TCP/IP Material desenvolvido para Prova de desempenho Câmpus Sapiranga/Novo Hamburgo Edital 202/ Área:31 IFSul Câmpus Sapiranga / Novo Hamburgo Avenida Carlos Gilberto Weis, Sapiranga - RS - Brasil marcelojtelles@gmail.com 7 de abril de 2015 IFSul(1/30)

2 Introdução Objetivos Aplicação Relações com outras disciplinas Modelo TCP/IP Conceitos básicos Camadas do modelo TCP/IP Protocolo TCP/IP Conexão TCP/IP Segmento TCP Material Extra Exercícios Bibliografia Finalizando Concluindo IFSul(2/30)

3 Objetivos Ao final desta aula: Identificar órgãos relacionados a padronização internacional de redes locais e metropolitanas; Ter uma visão conceitual do Modelo OSI (Open Systems Interconnection = Interconexão de Sistemas Abertos); Compreender o funcionamento do protocolo de transporte TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Protocolo de Controle de Transmissão/Protocolo de Internet); Conhecer a arquitetura TCP/IP; Identificar camadas e aplicações TCP/IP; Compreender o funcionamento de uma conexão TCP/IP; IFSul(3/30)

4 Objetivos Pré-requisitos: Conceitos básicos sobre rede e hardware; Softwares, serviços e protocolos de redes; Topologias de rede (Estrela, Anel, Barra); Elementos básicos do modelo de referência OSI; IFSul(4/30)

5 Aplicação Situações onde podemos aplicar os conhecimentos desta aula Especificar e conceituar as camadas do modelo OSI e da arquitetura TCP/IP; Caracterizar elementos da camada de Transporte e Rede do modelo OSI; Caracterizar elementos da camada de Transporte do TPC/IP Identificar o funcionamento utilizado para troca de informações em redes de computadores; IFSul(5/30)

6 Relações com outras disciplinas Arquitetura TCP/IP é um tema útil para as seguintes disciplinas: Laboratório de Informática; Montagem e Manutenção de Computadores; Redes de Computadores; Implementação de Serviços de Rede; Escrita de Relatórios Técnicos; IFSul(6/30)

7 Conceitos básicos Organizações e Padrões internacionais ISO (International Organization for Standardization). No Brasil ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas); IEC (International Electrotechnical Commission); ISO + IEC = JTC 1 (Joint Technical Committee 1); IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers), define no padrão do grupo 802, normas para redes locais (LANs) e metropolitanas (MANs); IFSul(7/30)

8 Conceitos básicos Modelos Modelo OSI: Modelo OSI/ISO, modelo de referência internacional que define as redes de computadores; Proposto por [Day and Zimmermann, 1983] e revisado por [Day, 1995]; Objetivo é facilitar o entendimento de como as redes funcionam; Modelo TCP/IP: Modelo TCP/IP, modelo que surgiu da necessidade em unificar diversas redes [Cerf and Kahn, 1974]; Este modelo também foi projetado para manter o funcionamento das redes, mesmo que alguns elementos, tais como computadores intermediários e linhas de transmissão deixassem de operar, oferecendo flexibilidade; IFSul(8/30)

9 Conceitos básicos Modelos Modelo OSI: Modelo OSI/ISO, modelo de referência internacional que define as redes de computadores; Proposto por [Day and Zimmermann, 1983] e revisado por [Day, 1995]; Objetivo é facilitar o entendimento de como as redes funcionam; Modelo TCP/IP: Modelo TCP/IP, modelo que surgiu da necessidade em unificar diversas redes [Cerf and Kahn, 1974]; Este modelo também foi projetado para manter o funcionamento das redes, mesmo que alguns elementos, tais como computadores intermediários e linhas de transmissão deixassem de operar, oferecendo flexibilidade; IFSul(8/30)

10 Conceitos básicos Relações entre padrões IEEE 802 e Modelo OSI Fonte [Soares et al., 1995] IFSul(9/30)

11 Conceitos básicos Padrões IEEE 802 IEEE é um conjunto de padrões que definem as camadas física e a sub-camada MAC da camada de ligação de dados do Modelo OSI para o protocolo Ethernet, tipicamente uma tecnologia LAN com algumas aplicações WAN. As ligações físicas são estabelecidas entre nodos e/ou dispositivos da infraestrutura (concentradores, comutadores e routers). IEEE define padrões para redes em barra para banda larga... [Soares et al., 1995] pag. 222 IEEE define padrões para redes em anel... [Soares et al., 1995] pag. 231 IEEE define padrões de comunicação de dados via satélite, para transporte de dados em alta velocidade... [Soares et al., 1995] pag.251. IFSul(10/30)

12 Conceitos básicos Fonte [KUROSE and ROOS, 2006] IFSul(11/30)

13 Conceitos básicos Camadas do modelo OSI e TCP/IP Fonte: Adaptado de [TANENBAUM, 2003] IFSul(12/30)

14 Conceitos básicos Identificando os protocolos e suas classificações Nomes no modelo OSI TELNET, FTP, SMTP, DNS Aplicação Protocolos TCP, UDP Transporte IP Rede Redes ARPANET, SATNET, Packet Radio, LAN Física + Enlace de dados Fonte: Adaptado de [TANENBAUM, 2003] Fonte: Adaptado de [KUROSE and ROOS, 2006] IFSul(13/30)

15 Camadas do modelo TCP/IP Resumo O modelo TCP/IP trabalha, em etapas. Basicamente o protocolo é utilizado para a transmissão de dados pela rede; A camada de aplicação gera as informações, estas são empacotadas (pela camada de transporte) para o formato da rede. Por fim, os dados são endereçados (Inter-redes) e enviados (Host/rede); A arquitetura TCP/IP é a base da Internet atual; Oferece robustez e escalabilidade; 4) Aplicação 3) Transporte 2) Inter-redes 1) Host/rede IFSul(14/30)

16 Camadas do modelo TCP/IP Camadas conceituais da arquitetura Internet TCP/IP Fonte: Adaptado de [Soares et al., 1995] IFSul(15/30)

17 Camadas do modelo TCP/IP Aplicações Internet TCP/IP Fonte: Adaptado de [Soares et al., 1995] IFSul(16/30)

18 Camadas do modelo TCP/IP Host/rede Camada 1 Usa padrões para conexão à rede física (V.21, X.24, X.25, Frame-Relay, ATM, PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, SLIP); Contempla protocolos de conversão entre endereços físicos e lógicos: ARP (Address Resolution Protocol) e o RARP (Reverse ARP); Protocolos de barramento de alta velocidade (SCSI, HIPPI); Inter-redes Camada 2 Protocolo de transporte de dados: IP - Internet Protocol; Protocolo de controle e erro: ICMP - Internet Control Message Protocol; Protocolo de controle de grupo de endereços: IGMP - Internet Group Management Protocol; Protocolos de controle de informações de roteamento; IFSul(17/30)

19 Camadas do modelo TCP/IP Host/rede Camada 1 Usa padrões para conexão à rede física (V.21, X.24, X.25, Frame-Relay, ATM, PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, SLIP); Contempla protocolos de conversão entre endereços físicos e lógicos: ARP (Address Resolution Protocol) e o RARP (Reverse ARP); Protocolos de barramento de alta velocidade (SCSI, HIPPI); Inter-redes Camada 2 Protocolo de transporte de dados: IP - Internet Protocol; Protocolo de controle e erro: ICMP - Internet Control Message Protocol; Protocolo de controle de grupo de endereços: IGMP - Internet Group Management Protocol; Protocolos de controle de informações de roteamento; IFSul(17/30)

20 Camadas do modelo TCP/IP Transporte Camada 3 Estabelece protocolos para transporte orientados a conexão (TCP/IP - Transfer Control Protocol/IP) e não orientados a conexão (UDP - User Datagram Protocol); UDP realiza apenas a multiplexação, o TCP, além da multiplexação, realiza funções para tornar a mais confiável; Utiliza portas, um nível de endereço adicional que identifica a aplicação na máquina; Interfaces socket (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções padrão; Aplicação Camada 4 Esta camada, de maior nível de abstração, define o conjunto de serviços; Algumas portas pré-definidas (portas notáveis): 7 - echo; 21 - ftp; 23 - telnet; 25 - smtp; 80 - HTTP etc.; IFSul(18/30)

21 Camadas do modelo TCP/IP Transporte Camada 3 Estabelece protocolos para transporte orientados a conexão (TCP/IP - Transfer Control Protocol/IP) e não orientados a conexão (UDP - User Datagram Protocol); UDP realiza apenas a multiplexação, o TCP, além da multiplexação, realiza funções para tornar a mais confiável; Utiliza portas, um nível de endereço adicional que identifica a aplicação na máquina; Interfaces socket (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções padrão; Aplicação Camada 4 Esta camada, de maior nível de abstração, define o conjunto de serviços; Algumas portas pré-definidas (portas notáveis): 7 - echo; 21 - ftp; 23 - telnet; 25 - smtp; 80 - HTTP etc.; IFSul(18/30)

22 Conexão TCP/IP Protocolo TCP Protocolo orientado à conexão (entre dois pontos); A aplicação envia um pedido de conexão para o destino que deve enviar uma resposta; A conexão é utilizada para transferir os dados; Permite a recuperação de pacotes perdidos/corrompido e eliminação de pacotes duplicados; É Full-duplex (transferência simultânea em ambas direções, cliente-servidor); IFSul(19/30)

23 Segmento TCP Fonte [TANENBAUM, 2003] A comunicação em uma conexão TCP/IP é feita utilizando segmentos (pacotes) de dados. Um segmento TCP consiste em um cabeçalho de, seguido do espaço necessário para os dados. IFSul(20/30)

24 Segmento TCP Exemplo de uma conexão TCP/IP, usuário requisitando um arquivo via HTTP. Fonte [KUROSE and ROOS, 2006] IFSul(21/30)

25 Segmento TCP Funcionamento do protocolo O protocolo TCP especifica três fases durante uma conexão: 1) estabelecimento da ligação, 2) transferência e 3) término de ligação; A fase 1) estabelecimento da ligação é feita em três passos, enquanto que a fase 3) término de ligação é feita em quatro passos; Exemplo de conexão (3 fases) A abertura é realizada enviando um pacote SYN pelo cliente. Este define um número de sequência como um valor aleatório A. O servidor responde com um SYN-ACK. O número de reconhecimento (acknowledment) é definido como sendo um a mais que o número de sequência recebido (A+1), e o número de sequência que o servidor escolhe para o pacote é outro número aleatório B. Finalmente, o cliente envia um ACK de volta ao servidor. O número de sequência é definido ao valor de reconhecimento recebido (A+1), e o número de reconhecimento é definido como um a mais que o número de sequência recebido (B+1). Cliente e servidor estão conectados. As etapas 1 e 2 estabelecem o parâmetro (cliente-servidor). As etapas 2 e 3 estabelecem (servidor-cliente). Com isto, uma comunicação full-duplex é estabelecida. IFSul(22/30)

26 Segmento TCP Funcionamento do protocolo O protocolo TCP especifica três fases durante uma conexão: 1) estabelecimento da ligação, 2) transferência e 3) término de ligação; A fase 1) estabelecimento da ligação é feita em três passos, enquanto que a fase 3) término de ligação é feita em quatro passos; Exemplo de conexão (3 fases) A abertura é realizada enviando um pacote SYN pelo cliente. Este define um número de sequência como um valor aleatório A. O servidor responde com um SYN-ACK. O número de reconhecimento (acknowledment) é definido como sendo um a mais que o número de sequência recebido (A+1), e o número de sequência que o servidor escolhe para o pacote é outro número aleatório B. Finalmente, o cliente envia um ACK de volta ao servidor. O número de sequência é definido ao valor de reconhecimento recebido (A+1), e o número de reconhecimento é definido como um a mais que o número de sequência recebido (B+1). Cliente e servidor estão conectados. As etapas 1 e 2 estabelecem o parâmetro (cliente-servidor). As etapas 2 e 3 estabelecem (servidor-cliente). Com isto, uma comunicação full-duplex é estabelecida. IFSul(22/30)

27 Segmento TCP Término da ligação A fase de encerramento da sessão TCP é um processo de quatro fases, em que cada ponto responsabiliza-se pelo encerramento do seu lado da ligação. Quando um deles pretende finalizar a sessão, envia um pacote com a flag FIN (fase 1) ativa, ao qual deverá receber uma resposta ACK (fase 2). Por sua vez, o outro interlocutor irá proceder da mesma forma, enviando um FIN (fase 3) ao qual deverá ser respondido um ACK (fase 4). IFSul(23/30)

28 Exercícios Exercício em duplas e individual Em Duplas: 1) Completar o conceitos sobre os padrões IEEE e IEEE 802.5; 2) Identificar o conceito do padrão IEEE 802.1, IEEE e IEEE 802.9; 3) Identificar o conceito, bem como tipo de conexão do padrão IEEE ; Individual: 1) Qual principal objetivo do modelo de refrência OSI? 2) Qual motivo do surgimento da arquitetura TCP/IP? 3) Cite as camadas do modelo OSI. 4) Cite as camadas do modelo TCP/IP, relacionando com as camadas do modelo OSI. 5) Caracterize as fases de abertura de conexão TCP/IP; 6) Caracterize as fases de fechamento de conexão TCP/IP; IFSul(24/30)

29 Bibliografia Livros Recomendados [KUROSE and ROOS, 2006] [TANENBAUM, 2003] [de Sousa, 1999] [Soares et al., 1995] Livros complementares [Day and Zimmermann, 1983] [Day, 1995] [Cerf and Kahn, 1974] Sites Material Online do livro [KUROSE and ROOS, 2006] Network-tools Centralops Redes Windows Redes Windows Redes Linux Redes Linux IFSul(25/30)

30 Concluindo Finalizando a aula Síntese final da aula Nesta aula vimos uma série de conceitos relacionados ao modelo OSI, TCP/IP e também sobre o protocolo de comunicação mais utilizado na internet o TCP/IP; Os conceitos são fundamentais para compreensão de outros protocolos; Também se aplicam ao conceito de tratamento e roteamento de pacotes na rede; IFSul(26/30)

31 Concluindo Revisando os principais conceitos O modelo TCP/IP foi uma iniciativa para unificar varias redes de maneira uniforme; O protocolo TCP/IP é o protocolo para oferecer fluxo de bytes um uma rede; Foi projetado para ser robusto mesmo diante de falhas; IFSul(27/30)

32 Concluindo The End... Obrigado! Coordenação IFSul Sapiranga Alunos do curso técnico em informática IFSul, professores e colegas L A T E X Google marcelojtelles@gmail.com IFSul(28/30)

33 Concluindo Cerf, V. G. and Kahn, R. E. (1974). A protocol for packet network intercommunication. IEEE Transaction on Communicationss, 22(5): Day, J. (1995). The (un)revised osi reference model. SIGCOMM Comput. Commun. Rev., 25(5): Day, J. and Zimmermann, H. (1983). The osi reference model. Proceedings of the IEEE, 71(12): de Sousa, L. B. (1999). Redes de computadores: dados, voz e imagem. Érica, São Paulo, 8 edition. IFSul(29/30)

34 Concluindo KUROSE, J. F. and ROOS, K. W. (2006). Redes de computadores e a internet. Uma abordagem Top-Down. Pearson, São Paulo, 3 edition. Soares, L., DE SOUZA FILHO, G., and Colcher, S. (1995). Redes de computadores: das LANs, MANs, e WANs às redes ATM. Campus. TANENBAUM, A. S. (2003). Redes de computadores. Elsevier, Rio de Janeiro, 5 edition. IFSul(30/30)