REDES DE COMPUTADORES

Transcrição

1 REDES DE COMPUTADORES Prof. Esp. Fabiano Taguchi Arquitetura TCP/IP Exercícios AULA 08 1

2 SERVIÇO UNIVERSAL SISTEMA TELEFÔNICO Comunicação entre quaisquer dois telefones; É um serviço universal REDES DE COMPUTADORES Comunicação entre quaisquer computadores Serviço universal Interconexão de diferentes tecnologias Arquitetura TCP/IP 2

3 MODELO DE INTERCONEXÃO Originalmente o TCP/IP foi desenvolvido pelo DoD para resolver o problema de interconexão de computadores heterogêneos > Diversas empresas como a IBM e UNISYS começaram a disponibilizar módulos TCP/IP em seus computadores. MODELO DE INTERCONEXÃO O padrão histórico e técnico da Internet é o modelo TCP/IP. Departamento de defesa norte americano queria uma rede que pudesse sobreviver a qualquer condição, mesmo a uma guerra nuclear. O desejo era a transmissão de pacotes a qualquer hora e em qualquer condição. 3

4 DESCRIÇÃO DO PROTOCOLO InterNIC Internet Network Information Center Tratamento da documentação RFC para o protocolo TCP/IP IANA Internet Assigned Numbers Authority Agência que atribui números IP e de portas para protocolos ARQUITETURA TCP/IP Conjunto de padrões de redes que permitem a interconexão de redes e sistemas heterogêneos. Redes físicas com diferentes tecnologias; Equipamentos desenvolvidos por diferentes fabricantes com diferentes arquiteturas de hardwares e que executam em diferentes sistemas operacionais. 4

5 ARQUITETURA TCP/IP O objetivo da arquitetura TCP/IP é o mesmo do modelo OSI, entretanto são quatro camadas. A arquitetura tem como características: Flexibilidade Definição de protocolos por camadas Robustez e eficiência ARQUITETURA TCP/IP Características da arquitetura TCP/IP: Entrega imediata Heterogeneidade das sub-redes 5

6 ARQUITETURA TCP/IP Características da arquitetura TCP/IP: Melhor esforço Transparência sintática ARQUITETURA TCP/IP Características da arquitetura TCP/IP: Endereçamento global Dependência mínima 6

7 PRINCÍPIOS DE INTERNET A conectividade é o requisito principal da Internet, a ferramenta utilizada para isso é o protocolo de rede IP. E a inteligência está nos terminais. 7

8 INTERFACES IMPORTANTES Camada de interface de rede - TCP/IP 8

9 INTERFACE DE REDE É a camada menos uniforme da arquitetura; Faz o gerenciamento de todos os serviços e funções para preparar os dados para a rede física; Responsabilidades: Interface com o adaptador de rede Verificar erros nos frames Coordenação da transmissão dos dados Conversão dos frames em pulsos elétricos para o envio. Camada de rede - TCP/IP 9

10 REDE Descreve as tecnologias para interligação de redes; Administra o fluxo de pacotes na sub-rede; Função: Endereçamento de pacotes Roteamento de pacotes Controle de envio e recepção (Erros, buffer, fragmentação e sequencia) REDE Protocolos da camada = IP, ARP e ICMP Protocolos menos usados = RARP e IGMP A comunicação acontece por meio de datagramas, portanto é não orientado à conexão. 10

11 ENDEREÇO IP O protocolo IP não fornece um serviço confiável, pois simplesmente interconecta as redes. O protocolo atua sobre diferentes tamanhos de pacotes, o limite de um pacote é chamado de Maximum Transfer Unit (MTU). DATAGRAMA IP Um datagrama IP possui um cabeçalho e um corpo. Onde o cabeçalho consta as informações de controle (Endereço de destino) e no corpo estão os dados propriamente que serão transportados. cabeçalho corpo 11

12 ARP Realizam a resolução dos endereços IP, criando uma situação em que uma determinada máquina dentro de uma rede saiba tanto o endereço físico e lógico das outras máquinas pertencentes a esta rede. São realizadas consultas dentro da rede para obtenção do endereço físico MAC a partir de um endereço lógico (IP) DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Este protocolo permite a obtenção dinâmica de parâmetros de configuração para as máquinas da rede. O fluxo para funcionamento deste protocolo para do usuário cliente através de uma requisição. 12

13 DHCP 1. Estação envia uma mensagem DHCP discover 2. Servidor DHCP se identifica com mensagem DHCP offer 3. Estação pede um endereço IP com mensagem DHCP request 4. Servidor DHCP envia endereço com a mensagem DHCP ack ICMP Um datagrama segue uma rota passando por uma sequencia de roteadores, e caso um roteador não consiga dar segmento à entrega, é necessário um mecanismo para que a comunicação de erros seja realizada. Fontes: Falha no enlace ou no roteador; Host não encontrado; Congestionamento. 13

14 ICMP - CARACTERÍSTICAS Protocolo ICMP pode ser usado tanto por estações como por roteadores; As mensagens são transportados pelo protocolo IP; ICMP comunica apenas relatórios sobre erros, e não soluções para erros; O erro é comunicado apenas para origem. ICMP - CABEÇALHO CÓDIGO MENSAGEM 0 Resposta de echo 3 Destino inalcançável 5 Redirecionamento de rota 8 Pedido de echo 11 TTL expirado 12 Erro de parâmetro de endereço IP 13 e 14 Timestamp (Pedido reposta) 17 e 18 Máscara de endereço (Pedido resposta) 14

15 ICMP - MENSAGEM DESTINO INALCANÇÁVEL Tipo=3 código checksum Internet header + 8 bytes de dados do datagrama original ICMP DESTINO INALCANÇÁVEL CÓDIGO MENSAGEM 0 Rede inalcançável 1 Estação inalcançável 2 Protocolo inalcançável 3 Porta inalcançável 6 Rede de destino desconhecida 7 Estação de destino desconhecida 9 Rede de destino administrativa inalcançável 10 Estação de destino administrativa inalcançável 15

16 ICMP - MENSAGEM SELECIONAR ROTA Tipo=5 código checksum Endereço do router a ser usado Internet header + 8 bytes de dados do datagrama original ICMP - APLICAÇÕES Echo Testar conectividade TTL Rastrear uma rota, eliminar pacotes perdidos Source Quench Conter congestionamento Time Stamp Sincronizar relógios 16

17 Camada de transporte - TCP/IP CAMADA DE TRANSPORTE Apresentar a capacidade de apontar os dados não apenas para um determinado host, mas para uma aplicação. Um mecanismo de multiplexação é usado nesta camada para aceitar os dados de várias aplicações e direcioná-las todas para uma única saída: Camada de Rede. 17

18 MULTIPLEXAÇÃO Camada de Aplicação AP1 AP2 AP3 AP4 Portas Camada de Transporte TCP / UDP Camada de Rede Camada de Interface de Rede DEMULTIPLEXAÇÃO Camada de Aplicação AP1 AP2 AP3 AP4 Portas Camada Transporte TCP / UDP Camada de Rede Camada de Interface de Rede 18

19 CONTROLE DE ERRO E FLUXO Entidades fazem uso do espaço de armazenamento e da velocidade do envio dos dados; Alocação de buffer é feita por conexão; Controle de fluxo não deve levar em conta apenas a capacidade da entidade receptora, mas também a capacidade da sub-rede. CAMADA DE TRANSPORTE Fornecem uma comunicação fim-a-fim entre as aplicações fazendo o uso de serviços confiáveis ou não. TCP Serviço confiável UDP Serviço não confiável 19

20 TCP Orientado à conexão (Circuito virtual); Conserva sequencialmente integridade dados; Estabelece e mantém uma conexão; Monitora estado da conexão na transmissão; Confirma o recebimento de pacotes; Encerra a conexão. TCP O fluxo de dados deve apresentar: Confiabilidade; Controle de fluxo; Controle de erro; Multiplexação entre as aplicações. 20

21 TCP FUNÇÃO = Transferir um fluxo de bytes em segmentos. Tratando questões como: Perda, duplicação e reordenação de pacotes; Diferenças de velocidades; Congestionamento ao longo do caminho dos pacotes. MECANISMO TCP Confiabilidade envolve o uso de reconhecimento e retransmissão; Sequencialmente envolve numeração de mensagens; Faz o uso de conceito de janelas deslizantes (Fluxo); Otimizar o desempenho e evitar congestionamento envolve o controle dinâmico. 21

22 JANELAS DESLIZANTES O tamanho da janela é regulado para manter a rede completamente saturada de pacotes, mantendo a eficiência da rede Envia pacotes 1, 2 e 3 Recebe ACK 1 Desliza janela e envia pacote 4 CABEÇALHO TCP 22

23 ESTABELECIMENTO CONEXÃO Antes de uma conexão ser estabelecida, é necessário que exista uma apresentação entre as conexões. Esse apresentação é realizada com o envio de três mensagens chamada de 3-way handshake. Para estabelecer a conexão é enviada mensagem SYN O receptor checa se pode receber a conexão, e então aloca recursos computacionais devolvendo uma mensagem chamada SYN ACK ESTABELECIMENTO CONEXÃO Quando o remetente recebe o SYN ACK o remetente também deve alocar recursos computacionais e então envia uma última mensagem ACK para confirmar o recebimento de SYN ACK A partir do estabelecimento da conexão, ambos os computadores podem trocar dados de forma confiável. 23

24 ENCERRANDO CONEXÃO A primeira mensagem a ser enviada é um FIN, por vez o computador que enviou espera por uma mensagem ACK. A troca de mensagens FIN e ACK fazem com que a conexão se encerre. 24

25 NETSTAT 25

26 UDP Serviço não confiável (Datagrama); Acrescenta ao endereço IP o endereçamento das aplicações; Envia um datagrama unidirecional; Não implementa mecanismo de recuperação erros; Não confirma a recepção de pacotes; Não ordena as mensagens de entrada. CABEÇALHO UDP 26

27 UDP Pode ocorrer perda da mensagem, duplicação, retardo, transmissão defeituosa e perda de conectividade. O protocolo UDP funciona bem em redes locais, pois os problemas de congestionamento e atrasos são menos intensos. Exemplos: DNS RPC SNMP PORTAS TCP ou UDP Portas Bem conhecidas Função padronizada pela IANA (The Internet Assigned Numbers Authority) Geralmente usada pelos servidores de serviços padronizados Portas livres: Usadas pelos clientes e pelos serviços não padronizados. 27

28 TCP OU UDP TCP - e transferência de arquivos Realiza troca de mensagens antes da conexão; Cabeçalho extenso (20 bytes); Estabelece recursos (Conexão); UDP Vídeos on line Conexão mais rápida; Cabeçalho de apenas 8 bytes; Estabelece mais clientes; Portas bem conhecidas Dados armazenados FTP Porta 21 programa servidor de transferência de arquivos TELNET Porta 23 programa servidor de terminal remoto Porta 1024 Porta Cliente SMTP HTTP NNTP Porta 25 Porta 80 programa servidor de correio eletrônico programa servidor de hipertexto e outros serviços WWW IRC Porta 119 programa servidor de notícias Portas livres Porta 194 programa servidor de serviços chat 28

29 SOQUETE É um endereço formado pela concatenação do endereço IP com o número de uma porta. Exemplo: Soquete = :23 Porta = 23 Endereço IP = Host: TCP Conexão 1 Origem :2000 Conexão 3 Origem :25 Destino :23 Destino :2600 Conexão 2 Conexão 4 Origem :2000 Origem :25 Destino :23 Destino :

30 Camada de aplicação - TCP/IP CAMADA DE APLICAÇÃO Descreve todas as tecnologias usadas para fornecer serviços especializados para usuários finais e administra os detalhes de uma aplicação. File Transfer Protocol FTP Serviço de troca de arquivos Telecommunications Networks Telnet Serviço de terminal virtual 30

31 CAMADA DE APLICAÇÃO Simple Network Management Protocol SNMP Serviços de gerência de redes Domain Name Server DNS Serviços de nomes e diretórios Simple Mail Transfer Protocol SMTP Serviço de correio eletrônico Hypertext Transfer Protocol HTTP Transferência de informações multimídia Modelo OSI X Arquitetura TCP/IP 31

32 CARACTERÍSTICAS SIMILARES Baseados no conceito de uma pilha; Semelhança na funcionalidade das camadas; Possuem provedor de transporte; MODELO OSI Descreve apenas os serviços prestados em cada camada, não definindo os protocolos que atuam nela, isto acaba levando que dois sistemas que sigam o modelo não se comunicarem. Trata-se de um modelo conceitual, e não a arquitetura de uma implementação real de protocolos de rede. 32

33 ARQUITETURA TCP/IP A arquitetura TCP/IP foi desenvolvido com o objetivo de interligar redes com tecnologias distintas. Parece ser mais simples por ter menos camadas. Os sistemas operacionais implementam a pilha de protocolos TCP/IP para funcionamento. MODELO OSI X TCP/IP MODELO OSI Principais contribuições: Serviço Interface Protocolo ARQUITETURA TCP/IP Protocolos vieram antes e o modelo foi concebido para se adaptar a esses protocolos. 33

34 Exercícios EXERCÍCIOS 01 Qual a utilidade do protocolo ARP? 02 Qual a função do protocolo ICMP na camada de rede? 03 Quais são as principais diferenças entre o protocolo TCP e UDP. 04 Use o comando tracert para um determinado site duas vezes e cole as telas da saída do comando no arquivo desta atividade. Responda: Houve alguma mudança na rota entre uma tentativa e a outra? 34

35 EXERCÍCIOS 05 Descreva como é o processo de abertura e fechamento de uma conexão TCP. Use o comando netstat -n e cole as telas da saída do comando no arquivo desta atividade. Após isto, vá ao campo Endereço Externo e pesquise à qual aplicação pertence cada uma das portas às quais seu computador está se conectando em outros computadores. 06 Explique como funciona o controle de congestionamento e fluxo no protocolo TCP. EXERCÍCIOS 08 Use o comando ping para um determinado site e cole a tela de saída do comando no arquivo da atividade. Após isto, informe o tempo máximo, mínimo e médio de resposta dos pacotes e informe por quantos roteadores os pacotes de resposta passaram para voltarem até ao seu computador. 09 Qual a função da multiplexação/demultiplexação no contexto da camada de transporte? 35

36 EXERCÍCIOS 10 Se tivermos um computador com sistema operacional Windows em rede, usando protocolo TCP/IP para navegar na Internet, onde estariam implementadas as partes componentes da comunicação análogas às camadas do modelo OSI. 11 Defina o que são Sockets EXERCÍCIOS 12 Indique quais afirmativas são verdadeiras I. O protocolo IP inclui informações de endereçamento que indicam que um dado pacote deve ser processado pelo protocolo TCP ou UDP de um dado computador. II. Os protocolos TCP ou UDP incluem informações de endereçamento que indicam que um pacote deve ser processado por um determinado processo (programa) sendo executado pelo sistema operacional de um computador 36

37 EXERCÍCIOS 13 Indique quais afirmativas são verdadeiras I. Os endereços usados pelo TCP e UDP são denominados portas, e correspondem a números inteiros de 8 bits, cujo valor pode variar entre 0 e II. Todos as mensagens enviadas utilizando o protocolo IP, incluem ou o protocolo TCP ou o UDP, pois sem esses protocolos seria impossível endereçar um processo específico rodando em um computador. EXERCÍCIOS 14 Numere a ordem dos pacotes (deixe em branco os pacotes que não corresponderem a uma comunicação TCP). A conexão é encerrada pelo cliente. ( ) O cliente envia um pacote com ACK=1, SYN=0, FIN=0 ( ) O cliente envia um pacote com ACK=1, SYN=0, FIN=1 ( ) O cliente envia um pacote com ACK=0, SYN=0, FIN=0 ( ) O cliente envia um pacote com ACK=0, SYN=1, FIN=0 ( ) O cliente envia um pacote com ACK=1, SYN=0, FIN=0 ( ) O servidor envia um pacote com ACK=1, SYN=0, FIN=1 ( ) O servidor envia um pacote com ACK=1, SYN=0, FIN=0 ( ) O servidor envia um pacote com ACK=1, SYN=1, FIN=0 ( ) O servidor envia um pacote com ACK=0, SYN=1, FIN=1 ( ) O servidor envia um pacote com ACK=0, SYN=1, FIN=0 ( ) Cliente e Servidor trocam pacotes de dados com ACK=1, SYN=0, FIN=0 ( ) Cliente e Servidor trocam pacotes de dados com ACK=1, SYN=1, FIN=0 37