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1 Introdução Inst tituto de Info ormátic ca - UF FRGS Redes de Computadores Nível de Transporte Serviços orientados a conexão ula 21 Entidades da camada de transporte disponibilizam serviços para a camada de nível superior No modelo de referência MR-OSI é para a camada de sessão, na arquitetura t TCP/IP é para a camada de aplicação Modelos de serviços Não orientados a conexão Orientados a conexão Garantia de entrega, de ordem, não duplicação e sem erros Conceito fundamental: conexão Redes de Computadores 2 Serviço orientado a conexão Conexão: estabelecimento Conexão é composta por três fases Estabelecimento Transferência Encerramento Provê um serviço confiável Garantia de entrega, de ordem, não duplicação e sem erros Conexão é bidirecional Modelado por uma máquina de estado finito T-PDUs de controle são os eventos que fazem passar de um estado a outro Estados básicos: closed, active open, passive open, established, wait close, fin close Estabelecimento da conexão Garante que entidade de transporte correspondente existe Negocia parâmetros (ex.: Tamanho T-PDUs, capacidade d de recepção, número de sequência, QoS etc) Reserva recursos nas entidades de transportes envolvidas (ex.: buffers, identificadores de conexão) Pode ser de dois tipos ssimétrica (modelo cliente-servidor) Uma entidade (cliente) solicita o estabelecimento da conexão (ativo) Uma entidade (servidor) espera por pedidos de estabelecimento de conexão (passivo) Simétrica s entidades podem podem iniciar ou receber pedidos de conexão Redes de Computadores 3 Redes de Computadores 4

2 Estabelecimento de conexões: two-way handshake Fase de transferência de dados Modelo cliente-servidor (assimétrico) T-PDU de controle funciona como solicitação de abertura de tivo Passivo conexão e como confirmação de um pedido de conexão ctive open Passive open (listen) Simétrico ctive open Estabelecim mento o belecimento Esta ctive open Estados associados ctive open Passive open (listen) Corresponde ao estado estabelecido (established) Fase que realiza o controle de fluxo e o controle de erros aseado no envio e recebimentos de T-PDUs com números de sequência Confirmações positivas e negativas (possível) Estados associados Established transferên ncia SN = 1 SN=1, CK SN = 101, CK CK em piggybacking Redes de Computadores 5 Redes de Computadores 6 Encerramento de uma conexão Estratégias para encerramento de conexão Objetivo é liberar os recursos alocados para a conexão Qualquer lado pode pedir o encerramento Duas formas: Simétrico: entidade ao encerrar a conexão indica apenas que não tem mais dados a enviar, mas ainda está aceitando dados do outro Conexão só é encerrada se ambos os lados concordarem Não há perda de dados Encerramento gracioso (graceful) ssimétrico: entidade encerra a conexão independentemente do outro lado Pode haver perdas de dados ssociados com estados close wait, fin wait, closed T-PDU de controle para encerrar a conexão reset dados time eout. Ca arissimi -19-junimplícito Estados associados Close wait Fin wait Perda dados Fim ssimétrico (pode provocar perda de dados) Handshake 2 mensagens Simétrico (se há dados, d antes de aceitar desconexão, envia os dados) Redes de Computadores 7 Redes de Computadores 8

3 Diagrama de estados de conexão Conexão na presença de erros: problemas UFRGS rmática - U Problemas possíveis Transferência de dados: T-PDUs de dados de conexões anteriores chegam atrasadas Estabelecimento da conexão: perda ou atraso de T-PDUs Encerramento da conexão: T-PDU de dados chega após pedido de encerramento (atraso) Lembrando que: Números de sequência auxiliam no controle de erro e fluxo Questão associada: como definir o número de sequência inicial? Proposta inicial: começar sempre com o valor 1 Redes de Computadores 9 Redes de Computadores 10 Problema I: T-PDU de dados de conexões anteriores Problema II: atraso na T-PDU de controle Problema: T-PDU de uma conexão i chega em uma conexão j (posterior a i) T-PDU que chega atrasado é um T-PDU i ceita antigo Descarta novo Consequência: T-PDU da conexão i pode ser aceita como uma T-PU da conexão j por ter um número de sequência que pode ser aceito. T-PDU correta (conexão j) é descartada Solução: Iniciar cada conexão com um número de sequência a partir do último da conexão mais recente TPDUs incluem números de sequência i Visão do k j Conexão com números de sequência k e j Visão do i j Conexão com números de sequência k e j pensa que está abrindo conexão que espera números de sequência a partir de i e responde a partir de j. considera que a conexão é com k e j. o chegar T-PDU com k, descarta como erro por não pertencer a conexão negociada OU se houver uma sobreposição pode aceitar como recebimento fora de ordem. Redes de Computadores 11 Redes de Computadores 12

4 Three-way handshake Three Way Handshake: Exemplos Solução para problema do two-way handshake Formalmente provado que a troca de 3 mensagens é condição necessária e suficiente para assegurar um acordo não ambíguo entre duas partes Mesmo considerando perdas, duplicação e atrasos i Chegada de requisição abertura conexão aceita pedido de conexão confirma conexão e inicia transmissão Consiste em cada lado confirmar o recebimento da T-PDU de abertura de conexão e seu número de sequência. envia seq=x recebe seq=y, CK x+1 envia SEQ x+1, CK y+1 recebe envia seq=y, CK x+1 recebe SEQ=x+1, CK y+1 i Chegada de requisição +CK obsoleta que se confunde como resposta a abertura de conexão ( i). Chegada de requisição obsoleta acredita que é novo pedido e aceita rejeita e reseta pedido conexão Redes de Computadores 13 Redes de Computadores 14 Problema III: encerramento de conexão Four way handshake: encerramento de conexão simétrico aseado em duas T-PDUs (two way handshake) presenta problemas similares ao estabelecimento da conexão Perdas de T-PDUs e T-PDUs atrasadas SN i (i até m) Solução: numerar T-PDUs Espera dados chegarem antes de encerrar a conexão. PERD!!! SN i (de i até m) ( m+1) ) Posterga encerramento! Redes de Computadores 15 ntes de receber a confirmação do encerramento (T-PDU da outra entidade) ainda recebe T-PDUs de dados Four-way handshake seq =x Recebe CK = x + 1 SN n até y-1 Recebe seq=y CK=x+1 Envia CK=y+1 x CK x+1 Dados... y CK y+1 Recebe seq = x Envia CK = x+1 Envia seq = y CK = x+1 Recebe CK=y+1 Pode ser feito piggybacking ( + CK) se não houver dados Redes de Computadores 16

5 Estudo de caso: Transmission Control Protocol (TCP) abertura e encerramento de conexão Segmento TCP (relembrando...) Protocolo orientado a conexão da Internet Descrito nas RFCs 793, 1122, 1323, 2018 e 2581 PDU do TCP é denominada de segmento Mensagens geradas por processos são fragmentadas em segmentos TCP bordagem baseada em fluxo de dados (data stream) Trata os dados como uma cadeia continua de bytes Decide como agrupar os bytes em segmentos Fornece comunicação confiável ponto a ponto entre dois processos Cada conexão TCP envolve exatamente duas extremidades Envio pode ocorrer entre uma ou outra direção de uma mesma conexão TCP Controle de erro e fluxo 32 bits IP Header Garantia de entrega e de ordem Urgent pointer Gerenciamento da conexão ck Source Port Destination Port Push Sequence Number Rst cknowledgment Number Syn Hlen Flags Window Cabeçalho Fin Checksum Urgent Pointer Cabeçalho IP Options+padding Cabeçalho TCP Área de dados TCP Área de dados IP Área de dados d Data PDU Protocol Data Unit Redes de Computadores 17 Redes de Computadores 18 Os campos hlen, flags......checksum, options e padding Hlen Fornece o tamanho do cabeçalho TCP em múltiplos de 4 bytes (palavra) Tipicamente i assume o valor 5 (20 bytes), exceto quando há options Flags Indica o propósito e o tipo do segmento URG: segmento transporta dados urgentes CK: segmento transporta uma confirmação positiva PSH: mecanismo push foi adotado no envio do segmento ( flush buffer) RST: a conexão deve ser imediatamente abortada (reset) : segmento transporta requisição de abertura de conexão : segmento transporta requisição de encerramento da conexão Checksum Verificação da integridade dos dados (complemento de 1 em 16 bits) Calculado l sobre um pseudo-cabeçalho (IP destino, IP fonte, campo protocolo, tamanho da T-PDU e a constante zero), o cabeçalho TCP e os dados Options Lista variável de informações e parâmetros para o TCP Usado principalmente para definir o tamanho máximo de um segmento (MSS) Padding Usado para arrendondar o número de bytes do cabeçalho para este ter sempre um número inteiro de palavras de 32 bits. Redes de Computadores 19 Redes de Computadores 20

6 Estabelecimento da conexão Campo window Emprega o conceito de threeway handshake Idêntico ao visto anteriormente Negocia parâmetros para a conexão Maximum Segment Size (MSS) Tamanho da janela de recepção (campo window) Lembrando... após abertura da conexão, segue a fase de transferência onde são feitos os controles de fluxo e de erro (aula passada) envia seq=x recebe seq=y, CK x+1 envia SEQ x+1, CK y+1 Segue exatamente o comportamente visto anteriormente recebe envia seq=y, CK x+1 recebe SEQ=x+1, CK y+1 Redes de Computadores 21 Define a capacidade do buffer de recepção Tamanho da janela, i.e., quantidade de créditos Controle de fluxo do TCP ajusta as janelas de transmissão e recepção Janela de recepção fecha a medida que bytes são recebidos e abre quando os dados são lidos pela aplicação (modelo PULL) Janela de transmissão abre de acordo com as confirmações do receptor Reajustada ainda com o controle de congestionamento (aula passada) O tamanho da janela pode ser renegociado durante a fase de transferência de dados Redes de Computadores 22 Encerramento de conexões TCP TCP: Recuperação de falhas (crash recovery) Encerramento completo Estratégia three-way handshake Sequência ; +CK; x y CK=x+1 CK y+1 Em caso de falhas as informações de estado de uma conexão são perdidas por um lado, o outro mantém meia-conexão Necessário limpar e liberar os descritores internos do sistema operacional Semifechamento Estratégia four-way handshake Sequência ; CK; ; CK entidade que iniciou o encerramento, fecha a conexão para o envio de novos dados, mas aceita dados que porventura ainda estejam em trânsito x CK x+1 Dados SN n até y-1 Segue exatamente t o comportamente t visto anteriormente t CK y+1... y CK=x+1 CRSH CRSH Time-out (SN=i, m) (SN=i, m) Time-out REOOT Time-out (SN=i, m) (SN=i, m) Time-out (SN=i, m) (RST i) 1 Reseta a meia conexão por excesso de 2 Reseta a meia conexão por receber retransmissões comando de reset (RST) Redes de Computadores 23 Redes de Computadores 24

7 Exemplos de conexão TCP com wireshark Exemplo 1: navegação web (protocolo HTTP) bertura da conexão: linhas 1, 2 e 3 Transferência (requisição i e resposta HTTP) : linhas 4, 5 e 7 Encerramento da conexão: linhas 6 e 17 Exemplo 2: sessão FTP bertura linhas 1, 2 e 3 Transferências requisições FTP: usuário, password (em claro!!!), etc UFRGS rmática - U Redes de Computadores 25 Redes de Computadores 26 Dissecando a sessão FTP Cliente Servidor x.y.11.3 UFRGS rmática - U Janela de recepção bytes ssimi -19-jui. Caris (1) (3) (5) (6) [] seq=0 MSS=1460 [, CK] seq=0, ack=1, W=5840, MSS=1460 [CK] seq=1, ack=1 220 FTP server ready... (23 bytes) [CK] seq=1, ack=24 USER asc.. (10 bytes) [CK] seq=24, ack=11 (n) : n é o número da linha da sessão de wireshark da página anterior (2) (4) (7) Segmento TCP com PDU do protocolo ftp, que são strings Redes de Computadores 27 Redes de Computadores 28

8 Leituras complementares Stallings, W. Data and Computer Communications (6 th edition), Prentice Hall Capítulo 17, seção 17.2 Tanenbaum,. Redes de Computadores (4 a edição), Campus, Capítulo 6, seções 6.1., 6.2, 6.4 e 6.5 (até 6.5.8) Carissimi,.; Rochol, J; Granville, L.Z; Redes de Computadores. Série Livros Didáticos. ookman Capítulo 6, seções 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 e 6.6 Redes de Computadores 29

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