Redes de Computadores. Trabalho de Laboratório Nº7

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1 Redes de Computadores Curso de Eng. Informática Curso de Eng. de Electrónica e Computadores Trabalho de Laboratório Nº7 Análise do tráfego na rede Protocolos TCP e UDP

2 Objectivo Usar o Ethereal para visualizar operações do TCP (Transmission Control Protocol) dinâmicas. Usar o Ethereal para visualizar operações do UDP (User Datagram Protocol) dinâmicas. 1 Introdução 1.1 Protocolo TCP O TCP (Transmissiont Control Protocol) é um protocolo orientado à ligação. Antes da transmissão dos dados, os dois hosts entram num processo de sincronização para estabelecer uma ligação virtual. O processo de sincronização garante que os dois lados estão prontos para a transmissão dos dados e permite que os dispositivos determinem os números da sequência inicial. Esse processo é conhecido por handshake triplo. É um processo em três etapas, que estabelece a ligação virtual entre os dois dispositivos. O handshake triplo é iniciado pelo cliente. Para estabelecer uma sessão TCP, o cliente usa um número de porta conhecido que corresponde ao serviço que ele deseja contactar no servidor. A troca de mensagens neste processo de handshake triplo é a seguinte (ver figura): O primeiro segmento pode ser identificado porque tem o bit SYN igual a 1. A segunda mensagem tem o bit SYN e ACK activos indicando que se trata de uma confirmação do segmento SYN. A mensagem final é só uma mensagem de confirmação que indica ao destinatário que ambos os lados concordam que foi estabelecida uma ligação. É importante entender que os números de sequência iniciais são parte do início da comunicação entre os dois dispositivos. Eles actuam como números iniciais de referência entre os dois dispositivos. Os números de sequência disponibilizam a cada host uma forma de confirmação, para que o receptor saiba que o emissor está respondendo à solicitação de ligação adequada. Após o estabelecimento da ligação virtual, o TCP aplica números de sequência aos segmentos de dados que está a transmitir, para que o receptor seja capaz de colocar adequadamente os bytes na ordem original. Se os segmentos do TCP chegarem fora de ordem poderiam ser entregues de 2006/2007 2

3 maneira incorrecta. Os números de sequência indicam ao dispositivo de destino a ordem correcta em que os bytes devem ser colocados quando forem recebidos. O TCP utiliza um mecanismo de janelas para efectuar a função de controlo de fluxo. Este mecanismo permite determinar dinamicamente o tamanho da transmissão. Os equipamentos negoceiam o tamanho da janela para permitir que um número específico de bytes seja transmitido antes da confirmação. Este processo de variar dinamicamente o tamanho da janela aumenta a fiabilidade da comunicação. O tamanho da janela pode variar dependendo das confirmações. Depois de um host transmitir o número de bytes do tamanho da janela, precisa receber uma confirmação de que os dados foram recebidos, antes de poder enviar mais dados. Por exemplo, se o tamanho da janela for 1, cada byte precisa ser confirmado antes do próximo byte ser enviado. O TCP utiliza confirmação positiva e retransmissão para controlar o fluxo de dados e confirmar a entrega dis dados. Confirmação positiva e retransmissão (PAR Positive Acknowledge and Retransmission) é uma técnica comum usada por muitos protocolos para fornecer fiabilidade. Com a PAR, a origem envia um pacote, acciona um temporizador e espera por uma confirmação antes de enviar o próximo pacote da sessão. Se o temporizador expirar antes que a origem receba uma confirmação, a origem retransmite o pacote e inicia novamente o temporizador. A confirmação é obtida através do valor do Número de Confirmação e da flag ACK activada, no cabeçalho TCP. O TCP usa confirmações esperadas, nas quais o número da confirmação refere-se ao próximo octeto esperado como parte da sessão TCP. 1.2 Protocolo UDP O Protocolo UDP (User Datagram Protocol) é o protocolo de transporte não orientado À ligação da pilha de protocolos TCP/IP. O UDP é um protocolo simples que troca datagramas, sem confirmações ou entrega garantida. O processamento de erros e a retransmissão devem ser tratados por protocolos de camada superior. O UDP não usa mecanismo de janelas nem confirmações. Assim, a fiabilidade, se necessária, tem de ser fornecida por protocolos da camada de aplicação. O UDP foi criado para aplicações que não precisam juntar sequências de segmentos. O UDP, definido na [RFC 768], faz apenas o mínimo que um protocolo de transporte pode fazer. Além da função de multiplexagem/demultiplexagem e alguma verificação de erros, ele não adiciona nada ao IP. De facto, se no desenvolvimento de uma aplicação se opta por usar UDP em vez de TCP, então a aplicação está quase directamente a comunicar sobre IP. O UDP recebe as mensagens do processo de aplicação, junta-lhe os campos de número de porto de origem e destino para o serviço de multiplexagem/demultiplexagem, adiciona dois outros campos, e passa o segmento resultante à camada de rede. A camada de rede encapsula o segmento num datagrama IP e faz uma tentativa de melhor esforço (best-effort) para entregar o segmento ao host de destino. Se o segmento chegar ao host de destino, o UDP usa os números de porto e os endereços de origem e destino para entregar os dados do segmento para o processo de aplicação correcto. De notar que com o UDP não existe confirmação (handshaking) entre a camada de transporte do emissor e do receptor antes do envio do segmento. Por esta razão, o UDP diz-se não orientado à ligação. 2006/2007 3

4 Os protocolos que utilizam o UDP incluem: TFTP (Trivial File Transfer Protocol) SNMP (Simple Network Management Protocol) DHCP (Dynamic Host Control Protocol) DNS (Domain Names System) Os campos existentes num segmento UDP são os seguintes: Porto de origem: Número de porto de origem. Porto de destino: Número de porto de destino Comprimento: Número de bytes que inclui cabeçalho e dados Checksum: Cálculo de verificação feito a partir de campos do cabeçalho e dos dados Dados: Dados de protocolo de camada superior Pode questionar-se porque se opta por desenvolver uma aplicação sobre UDP e não sobre TCP. Não será sempre preferível o TCP em relação ao UDP, uma vez que o TCP fornece um serviço de transferência de dados fiável e UDP não? A resposta é não, pois existem muitas aplicações em que o UDP é mais apropriado. As razões são as seguintes: Não há estabelecimento de ligação o TCP usa handshake triplo antes do início de transferência de dados. O UDP apenas inicia a transferência de dados sem quaisquer preliminares formais. Assim o UDP não introduz qualquer atraso para estabelecer uma ligação. Esta é provavelmente a principal razão porque o DNS funciona sobre UDP e não sobre TCP -- DNS seria muito mais lento se utilizasse TCP. HTTP uses TCP em vez de UDP, uma vez que a fiabilidade é crítica para páginas Web com texto. Mas o atraso provocado pelo estabelecimento de uma ligação TCP em HTTP é uma importante contribuição para o "world wide wait". Não existe estado da ligação o TCP mantém o estado da ligação nos seus extremos. Este estado da ligação inclui o estado dos buffers de origem e destino, os parâmetros de controlo de congestão e, a sequência e os parâmetros dos números de confirmação. Esta informação é necessária para implementar a fiabilidade do serviço de transferência de dados e para fornecer controlo de congestão. O UDP, por outro lado, não mantém o estado da ligação nem faz seguimento de nenhum destes parâmetros. Por esta razão, um servidor dedicado a uma aplicação particular pode suportar, tipicamente, muito mais clientes quando corre uma aplicação sobre UDP que sobre TCP. Baixo overhead no cabeçalho o segmento TCP tem 20 bytes de overhead no cabeçalho em todos os segmentos, enquanto o UDP apenas tem 8 bytes de overhead. Não há regulação do ritmo de emissão o TCP tem um mecanismo de controlo de congestão que regula o emissor quando uma ou mais ligações entre o emissor e o receptor ficam excessivamente congestionadas. Esta regulação pode ter um impacto severo em aplicações de tempo real, que pode tolerar algumas perdas de pacotes mas exige uma débito mínimo. Por outro lado, a velocidade a o UDP envia dados só tem como constrangimento o ritmo a que aplicação gera 2006/2007 4

5 os dados, as capacidades do emissor (CPU, clock rate, etc.) e a largura de banda de acesso à Internet. No entanto, deve-se ter em conta que o host de recepção não recebe necessariamente todos os dados enviados quando a rede está congestionada, uma fracção significativa dos dados transmitidos sobre UDP pode ser perdida devido a overflow nos buffers dos routers. Assim, o ritmo de recepção está limitado pela congestão da rede mesmo que a taxa de emissão não tenha constrangimentos. 2 Realização experimental Ligue o seu computador à rede de alunos da escola e configure as propriedades do TCP/IP para obtenção de endereço IP automaticamente. 2.1 Análise do protocolo TCP a. Inicie o Ethereal b. Inicie uma captura de tráfego na rede. c. Aceda a uma página da Web. d. Pare a captura do Ethereal. e. Aplique um filtro aos pacotes capturados de forma a visualizar apenas os pacotes TCP. f. Explique o funcionamento do protocolo TCP na secção referente à questões finais. 2.2 Análise do protocolo UDP a. Inicie uma captura de tráfego na rede. b. Faça um ping a um endereço de um servidor de Internet conhecido. c. Pare a captura do Ethereal. d. Aplique um filtro aos pacotes capturados de forma a visualizar apenas os pacotes UDP. e. Explique o funcionamento do protocolo TCP na secção referente à questões finais. 2006/2007 5

6 3 Questões finais a. Explique o funcionamento do handshake triplo com base nos tráfego que analisou na captura efectuada. b. Apresente nos segmentos TCP que capturou: os números de sequência; as janelas móveis; as confirmações. Explique qual a função de cada um destes parâmetros. c. Quais os campos existentes no cabeçalho de um segmento UDP? Apresente os resultados observados na captura. d. Como processados os erros no UDP? e. Indique as razões para a utilização do UDP em vez de TCP? f. Indique duas aplicações que usem TCP? Quais as razões principais para a sua utilização? 2006/2007 6

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