Protocolos de Interligação de Redes Locais e a Distância Protocolos de Rede. Thiago Leite

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1 Protocolos de Interligação de Redes Locais e a Distância Protocolos de Rede Thiago Leite thiago.leite@udf.edu.br 1

2 Falha de Conexão 2

3 Funções da camada de rede transmissão fim-a-fim precisa conhecer a topologia de rede determina a escolha de caminhos 3

4 Rede de computadores sob o ponto de vista da camada de rede 4

5 Serviços oferecidos pela camada de rede utilizando TCP/IP Endereçamento uniforme (válido em LANs e WANs) Comunicação sem conexões 5

6 Serviços não orientados a conexão Pacotes são chamados datagramas Rede de datagramas Cada pacote é transporte independentemente sem ordenação ou fluxo 6

7 Serviços não orientados a conexão Roteadores possuem tabelas apenas conferem o destino e indicam a interface de saída condições do enlaces podem influenciar as decisões as interfaces são as diretamente conectadas 7

8 Roteamento para datagramas Uma decisão a cada pacote Condições do enlaces 8

9 Vídeo Internet Exchange Point Internet revelada: um filme sobre Pontos de Troca de Tráfego (IXP - Internet Exchange Point) 9

10 IXP - Internet Exchange Point 10

11 Interconexão de Redes na Camada de Rede Diferentes tipos de redes Como conectar redes diferentes Roteamento entre redes Fragmentação de pacotes 11

12 Pacotes transmitidos em diferentes redes 12

13 Transmissão por diferentes redes Fragmentação dos pacotes por vezes é necessária MTU (Maximum Transmission Unit) Pode ser realizada a descoberta do MTU no momento da transmissão 13

14 Descoberta do MTU 14

15 A camada de rede na Internet Conjunto de sub-redes ou sistemas autônomos (AS - Autonomous Systems) Rede dividida em níveis rede de nível 1 é o maior dos backbones da Internet conectados aos backbones estão os ISPs 15

16 Camada de Rede na Internet 16

17 Uso de Endereços IP 17

18 Cabos Submarinos 18

19 A Internet é mantida graças ao IP (Internet Protocol) parte fixa de 20 bytes no cabeçalho parte opcional variável 19

20 Análise do Protocolo IP 20

21 Cabeçalho IPv4 21

22 Campos IPv4 Versão - 4 bits Primeiro campo do cabeçalho Possui valor 4 (0100) no IPv4 22

23 Campos IPv4 Internet Header Length (IHL) - 4 bits Número de palavras de 32 bits do cabeçalho Define o tamanho variável do IP Valor mínimo 5 (5x32 = 160 bits = 20 bytes) Valor máximo 15 (15x32 = 480 bits = 60 bytes) 23

24 Campos IPv4 Serviços diferenciados (DiffServ) - 8 bits Originalmente conhecido como Type of Service Priorização de tráfego para novas tecnologias VoIP por exemplo 24

25 Campos IPv4 Tamanho total - 16 bits Tamanho do datagrama, incluindo cabeçalhos e dados, em bytes Tamanho mínimo é 20 bytes (20 bytes de header + 0 de dados) Tamanho máximo é bytes (tamanho máximo em 16 bits) 25

26 Campos IPv4 Identificação - 16 bits Identificação de fragmentos de um datagrama original Experimentos sugerem utilizar o campo para rastreamento da origem dos pacotes auxílio na detecção da origem de endereços spoofing 26

27 Campos IPv4 DF (Don t Fragment) e MF (More Fragments) - 3 bits Controlar a identidade dos fragmentos bit 0 - deve ser zero (1º de Abril - Evil bit) bit 1 - Don't Fragment (DF) bit 2 - More Fragments (MF) 27

28 Campos IPv4 Deslocamento de fragmento - 13 bits Deslocamento de bytes desde o primeiro no datagrama original Possui valor zero quando é o primeiro datagrama ou se esse não é fragmentável Contado sempre em múltiplos de 8 ex: 1480 bytes de deslocamento, o valor no campo será 185 (1480/8=185) 28

29 Campos IPv4 Tempo de vida (TTL - Time To Live) - 8 bits Previne que pacotes perdidos persistam na Internet Limita o tempo de vida de um datagrama Antigamente contava segundos de vida restantes Atualmente conta número de hops restantes Cada roteador no caminho decrementa o TTL Se um roteador decrementa a zero, o datagrama é descartado 29

30 Campos IPv4 Protocolo - 8 bits Protocolo que o IP carrega na porção de dados (camadas acima) TCP e UDP são possíveis exemplos 30

31 Valores possíveis do campo protocolo do cabeçalho IP 1 (0x01) protocolo ICMP 4 (0x04) IP sobre IP 6 (0x06) protocolo TCP 41 (0x29) protocolo IPv6 17 (0x11) protocolo UDP 31

32 Campos IPv4 Checksum do cabeçalho - 16 bits Verificação de erros no cabeçalho Verificado a cada hop Se identificado falha na integridade o pacote será descartado Erros devem ser identificados em cada protocolo UDP e TCP possuem seus próprios campos de Checksum Devido a modificação do TTL a cada hop, um novo Checksum deve ser computado toda vez 32

33 Campos IPv4 Endereço de origem - 32 bits Endereço de destino - 32 bits 33

34 Endereço IP 32 bits separados em quatro octetos Endereços variam de até Uma porção dos bits identifica a rede e outra porção dos bits identifica o host na rede

35 Máscara IPv4 35

36 Endereço IP é composto de cinco classes de endereços determinam a finalidade do endereço antigamente determinavam a qual era a porção de endereço de rede e endereço de host endereços que não respeitam a classe para definir a classe são chamados de CIDR (Class Less InterDomain Routing) 36

37 A 0 Id. da rede Id. do host B 1 0 Id. da rede Id. do host C Id. da rede Id. do host D Endereço multicast E Endereço reservado Classes de Endereços IP 37

38 Intervalos de endereços por classe 38

39 Número de redes e hosts por classe 39

40 Endereços IP Especiais 40

41 Cada rede possui um esquema de endereçamento A rede pode ser dividida em redes menores chamadas sub-redes Ex: sub-rede do Departamento de Informática na rede da universidade 41

42 Rede Economia Engenharia Informática Sub-redes Letras Medicina Rede com sub-redes 42

43 Porção do endereço pode ser utilizada para sub-endereçamento (a) Id. da rede Id. do host (b) Id. da rede Id. da sub-rede Id. do host 43

44 Exemplo de sub-endereçamento 44

45 Qual a máscara de rede CIDR do exemplo anterior? Qual o endereço de rede e broadcast da rede /26? 45

46 NAT (Network Address Translation) tradução de um endereço por outro associar mais de um host a um mesmo endereço os endereços são concedidos por demanda no acesso à rede externa o endereço é concedido a um computador 46

47 Endereços privados, restrito apenas a redes locais e não-roteáveis / hosts / hosts / hosts 47

48 Exemplo de NAT 48

49 E como ocorre a volta dos pacotes que foram transmitidos para fora da rede local? normalmente o IP carrega os protocolos TCP ou UDP na camada de transporte TCP e UDP utilizam portas de 16 bits (0 a 65535) para endereçamento de origem e destino de serviço realizar processo análogo a uma empresa com apenas um número de telefone externo e ramais 49

50 Utilizar a porta de origem e o endereço privado de origem como associação a qual computador interno foi realizado o NAT : : src: :3410 dst: :443 src: :2500 dst: :443 50

51 Protocolos de gerência de redes ARP ICMP 51

52 Apesar dos hosts na Internet possuírem um IP (ou vários) o hardware da camada de enlace não reconhece o endereço IP A comunicação no nível de enlace utiliza apenas o endereçamento MAC É necessário mapear os endereços lógicos (IP) em endereços físicos (MAC) não há um mapeamento pré-definido entre endereço IP e endereço MAC 52

53 ARP (Address Resolution Protocol) RFC 826 mapeia endereços IP em endereços MAC pode ser utilizada para converter endereços de qualquer natureza em IP utiliza o princípio da difusão (broadcast) para questionar aos demais hosts da rede sempre que encontra o resultado de uma conversão, os dados são armazenados em cache 53

54 Broadcast ARP ARP Broadcast Who has IP address ? Host ARP Response I do! Solicitação ARP 54

55 ARP Request ARP Request/ Reply O ARP Request faz uso de broadcast, enquanto o ARP Reply realiza a comunicação por meio de unicast. ARP Reply 55

56 Os endereços que já foram mapeados são armazenados em cache Antes de uma nova transmissão verifica-se se já há o mapeamento em cache Evitar tráfego desnecessário na rede As entradas em cache possuem um tempo para expirarem O cache ARP é chamado de Tabela ARP 56

57 IP Address Ethernet Address f-c a-21-a a ac-54 Exemplo de Tabela ARP 57

58 Resolução de endereços locais 1. O IP verifica se trata-se de um endereço da mesma rede 2. Verifica-se na Tabela ARP se já existe o mapeamento entre endereço lógico e físico 3. Não existindo o mapeamento, cria-se um ARP Request com destino Broadcast 4. O ARP Request possui os dados da estação de origem (endereços IP e MAC) 58

59 Example ARP Request IP Address (32 bits) Ethernet Address (48 bits) Sender f-c3 Receiver Example ARP Response IP Address (32 bits) Ethernet Address (48 bits) Sender A-21-a7-22 Receiver f-c3 ARP Request e ARP Response 59

60 Resolução de endereços locais (continuação) 5. cada máquina que receber o ARP Request compara o endereço IP da pergunta com seu próprio endereço IP. Se for diferente o host ignora o ARP Request 6. a estação que possuir o IP questionado no ARP Request irá responder diretamente com um ARP Response informando seu endereço físico 7. a estação de destino que respondeu também atualiza sua Tabela ARP com as informações do solicitante 8. a estação de origem recebe o ARP Response e atualiza sua Tabela ARP 60

61 Resolução de endereços remotos 1. o IP verifica que trata-se de um endereço remoto (externo à rede local) 2. a tabela de rotas é consultada para a rota até o destino 3. procura-se na Tabela ARP o mapeamento para o endereço físico do roteador que irá encaminhar o pacote 4. se não houver, um ARP Request é enviado com o endereço do roteador 5. o roteador responde com um ARP Response com seu endereço físico 61

62 Resolução de endereços remotos (continuação) 6. o pacote é montado com o endereço físico do roteador e encaminhado para a rede 7. no roteador, o IP verifica se trata-se de um endereço local ou remoto 8. se for remoto, repete-se os passos anteriores 9. se for local realiza-se os passos referentes a resolução de endereços locais 62

63 O ARP é encapsulado tal como o IP, dentro de um frame Ethernet O campo Type do MAC, quando carregando o ARP, apresenta o valor 0x806 63

64 32 bits Formato do Pacote ARP 64

65 Hardware Type (16 bits) tipo de interface física. Ex: 1 para Ethernet Protocol Type (16 bits) especifica o protocolo que está sendo mapeado. Ex: 0x0800 se for IPv4 65

66 HLEN (8 bits) Tamanho em bytes do endereço físico. Ex: 6 se for Ethernet PLEN (8 bits) Tamanho em bytes do endereço lógico. Ex: 4 se for IPv4 66

67 Operation (16 bits) Tipo de mensagem. Ex: 1 = request, 2 = response SenderHA (48 bits) Endereço de hardware da origem. 67

68 SenderIP (32 bits) Endereço IP da origem TargetHA (48 bits) Endereço de hardware do destino TargetIP (32 bits) endereço IP do destino 68

69 IP = NIC = WstDig488C11 IP = NIC = WstDigEE8C11 IP = NIC = WstDigE38C11 A B C ARP Request From Client A is Broadcast to All Nodes D E Protocol Analyzer IP = NIC = WstDigE38C11 IP = NIC = WstDigE58C11 Quais os dados obtidos na análise? 69

70 ARP: ARP: Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) ARP: Protocol type = 0800 (IP) ARP: Length of hardware address = 6 bytes ARP: Length of protocol address = 4 bytes ARP: Opcode 1 (ARP request) ARP: Sender's hardware address = WstDig488C11 ARP: Sender's protocol address = [ ] ARP: Target hardware address = ARP: Target protocol address = [ ] ARP Capturado 70

71 IP = NIC = WstDig488C11 IP = NIC = WstDigEE8C11 IP = NIC = WstDigE38C11 A B C ARP Response From Client E is sent back to Node A D E Protocol Analyzer IP = NIC = WstDigE38C11 IP = NIC = WstDigE58C11 Quais os dados obtidos na análise? 71

72 ARP: ARP/RARP frame ARP: Hardware type = 1 (10Mb Ethernet) ARP: Protocol type = 0800 (IP) ARP: Length of hardware address = 6 bytes ARP: Length of protocol address = 4 bytes ARP: Opcode 2 (ARP reply) ARP: Sender's hardware address = WstDigE58C11 ARP: Sender's protocol address = [ ] ARP: Target hardware address = WstDig488C11 ARP: Target protocol address = [ ] ARP: ARP Capturado 72

73 Observações sobre o ARP origem e destino se alternam na resposta do ARP o ARP não é exclusivo do TCP/IP, já que há campos para identificar quais protocolos estão sendo mapeados o ARP Request, por ser um broadcast, pode auxiliar outras estações a atualizarem suas Tabelas ARP as entradas na Tabela ARP podem ser estáticas (permanentes) e dinâmicas (obtidas por meio de ARP Responses) 73

74 ICMP (Internet Control Message Protocol) RFC 792 definido no conjunto de protocolos TCP/IP realiza o envio de mensagens com diversos propósitos não realiza o envio de dados tipos de ICMP são definidos em assignments/icmp-parameters/icmp-parameters.xhtml 74

75 Exemplos de uso do ICMP roteadores podem avisar que um destino está inalcançável testar conectividade entre dois hosts indicar que um pacote foi descartado por ter alcançado um TTL de 0 roteadores indicarem que um pacote foi roteado incorretamente 75

76 Cabeçalho ICMP 76

77 Tipo (8 bits - 1 byte) determina o propósito do datagrama ICMP ex: testar conectividade ou indicar um destino inalcançável 77

78 Código (8 bits - 1 byte) proporcionar um comportamento específico de um tipo de mensagem ICMP ex: especificar que o destino inalcançável trata-se de um host ou uma rede, ou que o bit DF está setado sendo que é necessário percorrer uma rede com MTU menor 78

79 Checksum (16 bits - 2 bytes) cálculo do checksum do cabeçalho e dados mesmo algoritmo utilizado no Checksum do protocolo IP 79

80 Conteúdo ICMP (variável) campo utilizado para passar maiores informações sobre a mensagem o tamanho variável do campo permitiu o surgimento de ataques com o Ping da Morte ex: quando utilizado com o tipo 0 (echo reply) pode indicar um número de identificação e sequência 80

81 Código do Tipo Tipo de mensagem Descrição 3 Destination unreachable 11 Time exceeded 8 Echo Não foi possível entregar o pacote O campo Time to live chegou a 0 Pergunta a uma máquina se ela está ativa 0 Echo reply Sim, estou ativa 5 Redirect Mensagem encaminhada incorretamente Exemplos de Mensagens ICMP 81

82 DESTINATION UNREACHABLE é usada quando a sub-rede ou um roteador não consegue localizar o destino, ou quando um pacote com o bit DF não pode ser entregue, porque há uma rede de "pacotes pequenos" no caminho. 82

83 TIME EXCEEDED enviada quando um pacote é descartado porque seu contador chegou a zero. Esse evento é um sintoma de que os pacotes estão entrando em loop, de que há um congestionamento ou de que estão sendo definidos valores muito baixos para o TTL. 83

84 REDIRECT usada quando um roteador percebe que o pacote pode ter sido roteado incorretamente. Ela é usada pelo roteador para informar ao host transmissor o provável erro. 84

85 s ECHO e ECHO REPLY usadas para verificar se um determinado destino está ativo e acessível. Ao receber a mensagem ECHO, o destino deve enviar de volta uma mensagem ECHO REPLY. 85

86 Revisão ISP, roteadores e linhas de transmissão Serviços oferecidos à camada de transporte Serviço orientado à conexão Serviço não orientado à conexão Rede de datagramas Rede de circuitos virtuais Pacotes IP em diferentes redes MTU Fragmentação de pacotes Protocolo IP Cabeçalho IP NAT ARP Cabeçalho ARP ICMP Tipos de ICMP 86

87 ENADE Considerando o mecanismo de tradução de endereços e portas (network address port translation NAPT), para redes que utilizam os endereços IP privados ( /8, /12 e /16), analise as asserções a seguir. Ao passar por um roteador com NAPT, os endereços de origem nos pacotes originados pelas estações da rede privada são substituídos pelo endereço externo desse roteador porque não há rotas na Internet para o encaminhamento de pacotes destinados a endereços IP privados, de forma que pacotes destinados a esses endereços são descartados ou rejeitados. Em relação às asserções acima, assinale a opção correta. 87

88 (continuação) a) As duas asserções são proposições verdadeiras, e a segunda é uma justificativa correta da primeira. b) As duas asserções são proposições verdadeiras, e a segunda não é uma justificativa correta da primeira. c) A primeira asserção é uma proposição verdadeira, e a segunda é uma proposição falsa. d) A primeira asserção é uma proposição falsa, e a segunda é uma proposição verdadeira. e) As duas asserções são proposições falsas. 88

89 Comentário Os endereços /8, /12 e /16 são endereços não roteáveis na internet, portanto esses endereços são usados normalmente para endereçar as redes internas (ou privadas). Contudo, para que mensagens enviadas por essas máquinas para a internet possam retornar à rede interna, o roteador com NAPT substitui os endereços internos pelo seu endereço externo. 89

90 ENADE Considere que a figura ao lado ilustre o cenário de NAPT em uma empresa cujos equipamentos de rede interna (LAN) usam endereços IP privados. Considere, ainda, que haja apenas um endereço IP válido nas redes dessa empresa, que é atribuído à interface externa do roteador. Considerando que os computadores A e B façam acessos simultâneos a um servidor WWW externo ( por exemplo), quais deverão ser os endereços IP de origem contidos nos pacotes de A e B, respectivamente, que chegarão a esse servidor? 90

91 (continuação) 91

92 (continuação) a) e b) e c) e d) e e) e

93 Comentário A reposta certa é a letra C. Os pacotes enviados ao servidor WWW externo pelos computadores A e B têm, ambos, endereço de origem Os pacotes enviados pelos computadores A e B possuem como endereço de origem o endereço dos computadores na rede interna ( e ), porém os endereços de origem e porta são modificados ao passar pelo roteador NAPT. O roteador NAPT cria uma tabela de mapeamento do endereço IP e porta internos para uma nova porta no roteador e é atribuído o endereço da interface externa do roteador NAPT ( ) como novo endereço de origem dos pacotes. Logo, o endereço de origem recebido no servidor WWW para ambos os pacotes é

94 Comissão de Valores Imobiliários (ESAF - adaptada) Assinale a alternativa correta: a) O datagrama IP é encapsulado fora do quadro de camada de enlace para ser transportado de um roteador até o roteador seguinte. b) O datagrama IP não pode ser fragmentado em datagramas IP menores. c) O datagrama IP é encapsulado dentro do quadro de camada de enlace para ser transportado de um roteador até o roteador seguinte. d) Uma rede onde existam datagramas IP é chamada uma rede de circuitos virtuais. e) O datagrama IP possui tamanho fixo de cabeçalho de 16 bytes. 94

95 Tribunal de Justiça do Espírito Santo (CESPE) No datagrama IPv4, o campo TTL indica o tempo máximo de vida do datagrama; o campo protocolo especifica, por meio de código numérico, o protocolo que pediu o envio do datagrama; e o checksum é um campo usado para verificar se o datagrama está ou não corrompido, tendo como base os valores presentes no cabeçalho e no campo de dados. a) Certo b) Errado 95

96 Infraero (FCC - adaptada) Em CIDR, para se quebrar uma rede /16 em 6 sub-redes, a máscara resultante possivelmente será a) Certo b) Errado 96

97 CEFET-RJ (CESGRANRIO) Em uma rede Ethernet (IEEE 802.3) implementada com um Hub simples (que funciona como um repetidor), o IPv4 realiza o mapeamento de endereços em endereços MAC, usando o protocolo ARP. Sabe-se que há 10 estações ligadas ao Hub, e que: a estação X tem endereço IP e endereço MAC 0A E4.02 a estação Y tem endereço IP e endereço MAC F0.12.0B Em um determinado instante, a estação X tem pacotes a enviar ao endereço , mas sua tabela ARP não contém informações sobre o mapeamento desse endereço. Nessa situação, a estação X enviará um ARP Request, que fará com que: (continua ) 97

98 a) apenas a estação Y envie um ARP Reply, que fará com que todas as outras 9 estações da rede registrem, em suas tabelas ARP, o mapeamento (IP: , MAC: F0.12.0B). b) apenas a estação Y registre, em sua tabela ARP, o mapeamento (IP: , MAC: 0A E4.02) e que, em resposta, a própria estação Y envie um ARP Reply, que fará com que apenas a estação X registre, em sua tabela ARP, o mapeamento (IP: , MAC: F0.12.0B). c) apenas a estação Y registre, em sua tabela ARP, o mapeamento (IP: , MAC: 0A E4.02) e que, em resposta, a própria estação Y envie um ARP Reply, que fará com que todas as outras 9 estações da rede registrem, em suas tabelas ARP, o mapeamento (IP: , MAC: F0.12.0B). d) todas as outras 9 estações da rede registrem, em suas tabelas ARP, o mapeamento (IP: , MAC: 0A E4.02) e que, em resposta, a estação Y envie um ARP Reply, que fará com que apenas a estação X registre, em sua tabela ARP, o mapeamento (IP: , MAC: F0.12.0B). e) todas as outras 9 estações da rede registrem, em suas tabelas ARP, o mapeamento (IP: , MAC: 0A E4.02) e que, em resposta, a estação Y envie um ARP Reply, que fará com que todas as estações registrem, em suas tabelas ARP, o mapeamento (IP: , MAC: F0.12.0B). 98

99 JUCESC (FEPESE) O protocolo de redes ICMP é utilizado de forma intensiva, principalmente pelo utilitário: a) FTP. b) SSH c) PING. d) TELNET e) NSLOOKUP. 99

100 TRF (FCC) No datagrama ICMP, é INCORRETO afirmar que: a) a mensagem DESTINATION UNREACHABLE é usada quando a sub-rede, ou um roteador, não consegue localizar o destino. b) o campo Código é usado para identificar uma condição mais específica de alguns tipos de mensagens ICMP. c) Checksum utiliza o mesmo algoritmo do IP. d) Checksum é um código de verificação de consistência que engloba toda a mensagem. e) a mensagem TIME EXCEEDED é enviada quando um pacote é descartado porque seu contador chegou ao limite de 64 hops. 100

101 IBGE (CESGRANRIO) Após enviar um datagrama para um servidor na Internet, uma estação recebeu uma mensagem ICMP TIME EXCEEDED. Significa que a) a taxa de transmissão da estação deve ser diminuída. b) o campo TTL (Time do Live) do datagrama assumiu o valor 0. c) o servidor de destino não foi localizado na rede. d) os datagramas enviados como retorno pelo servidor estão corrompidos. e) os datagramas estão sendo gerados com erro porque existe um bug no software da estação. 101