Arquitetura TCP/IP Internet

Transcrição

1 epartamento de Ciência da Computação - UFF isciplina: rquitetura TCP/ - Internet Protocolo Protocolo ICMP rquitetura TCP/ Internet Profa. ébora Christina Muchaluat Saade debora@midiacom.uff.br 2 Conceito de rquitetura Internet rquitetura Internet ede 1 ede 2 ede 4 ede 3 ede rquitetura Internet rquitetura Internet rquitetura OSI rquitetura Internet rquitetura OSI rquitetura Internet presentação presentação Sessão Sessão ede ede Enlace Físico Enlace Físico

2 rquitetura Internet rquitetura TCP/ (TCP/ Internet Protocol Suite) rquitetura OSI rquitetura Internet presentação Sessão ede Enlace Físico Interface de Serviço de Nível 2 Endereços de alto nível Endereços de baixo nível Mensagens da aplicação Pacotes da inter-rede (datagramas) ost Quadro idêntico Nós intermediários na rquitetura TCP/ atagrama idêntico Mensagem idêntica Pacote idêntico oteador atagrama idêntico Quadro idêntico ede Física 1 ede Física 2 ost Int. de adaptação Camada Infraestrutura específica de transmissão ecebe pacotes da camada interrede Utiliza padrões e tecnologias existentes atualmente Interfaces para LNs, MNs e WNs Interfaces para enlaces ponto a ponto: LPs, Ls, Camada Camada Int. de adaptação Permite a comunicação entre dois hosts quaisquer conectados à interrede (Internet Protocol) Serviço mais simples possível: entrega não confiável de datagramas efine formato do identificador único de cada host na inter-rede Endereço (ex: ) Encapsula as mensagens da camada de transporte em datagramas Int. de adaptação Implementa algoritmos e políticas de roteamento entre redes Implementa mecanismo para divulgação de informações de controle e erro ICMP (Internet Control Message Protocol) Qualquer tecnologia de intra-rede é tratada de maneira idêntica pelos protocolos da camada inter-rede

3 Interface de daptação Camada de Int. de adaptação Permite o uso da camada intrarede pela camada inter-rede. Exs: Conversão entre endereços lógicos e endereços físicos de interface de rede Mapeamento entre o serviço de entrega provido pela rede física e o serviço de entrega não confiável de datagramas provido pelo Int. de adaptação Comunicação entre duas aplicações (processos) em hosts ligados à interrede Comunicação Fim-a-Fim Multiplexação/emultiplexação por meio de portas UP (User atagram Protocol) TCP (Transmission Control Protocol) Controle de Fluxo Controle de Erro Sequenciação Camada de elacionamentos entre Int. de adaptação Conjunto de aplicações distribuídas utilizadas pelos usuários da inter-rede específicos por aplicação FTP (File Transfer Protocol) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) TTP (ypertext Transfer Protocol) Esquema de endereçamento opcional baseado em nomes (ex: NS (omain Name System) Interfaces para programação de aplicações TCP/ plicações Interface de daptação P User Process ICMP TMP Interface de rede TCP User Process Interface de rede User Process UP Interface de rede Protocolo (Internet Protocol) - Internet Protocol Serviço mais simples possível atagrama não confiável Confiabilidade fornecida pelas camadas superiores Melhor esforço (besteffort) Sem conexão

4 Protocolo (Internet Protocol) oteadores efinição de uma rede virtual Endereçamento independente da infraestrutura ou do endereçamento de cada intra-rede Formato de pacote específico para a inter-rede Função interna de roteamento (encaminhamento) ealizam a função de interligação de redes Podem ser baseados em um sistema operacional de uso genérico (ex. PC, ISC, Mainframe) ou um software e hardware especializado Modelos de diversos tipos e tamanhos ( ) Endereços Endereços Endereços são números de 32 bits (4 bytes) Um endereço identifica um host em uma determinada rede física Endereçamento hierárquico composto de parte de rede e parte de host ede ost Parte comum a todas as estações em uma mesma rede ede End. na ede End na ede ede Endereçamento hierárquico composto de parte de rede e parte de host ede ost Parte comum a todas as Estações em uma mesma rede Se uma máquina troca de rede então seu endereço muda Endereços não têm relação com os endereços das estações dentro de cada uma das redes (endereçamento ). ede End. na ede End na ede ede Órgãos que distribuem endereços istribuição de Endereços na Internet ICNN - Internet Corporation for ssigned Names and Numbers IN - merican egistry for Internet Numbers ipe - ipe Network Coordination Centre PNIC - sian Pacific Network Information Centre LCNIC - Latin merican and Caribean Network Information Center (responsabilidade do Comitê estor da Internet no rasil - frinic - frican Network Information Centre Estrutura de distribuição dos endereços é hierárquica ISPs (Internet Service Providers) distribuem endereços para seus usuários, que podem ser outros provedores No rasil Top level Ss: IM, lobal-one, Embratel, NP, rasil é 3 o mundial em número de hosts 26,5 Milhões (CI World Factbook ), atrás de EU e Japão ICNN LCNIC ISP ISP ISP ISP ISP

5 Endereços : Notação de Ponto Endereços : Primeiro com Classes Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 Classe 0 netid hostid Classe 1 0 netid hostid Classe C netid hostid Classe Classe E Endereço Multicast eservado para uso futuro Classe : Classe : Classe C: Classe : Classe E: NETI 34 OSTI Endereço da rede roadcast direto roadcast limitado Loopback geralmente Endereços especiais Exemplo eterminação da Classe: CLSSE C netid hostid osts estão na mesma ede? Na classe C, os 3 primeiros bytes são o end. de rede. Logo, os dois endereços estão na mesma rede, sendo um do host 37 () e outro do host 148 () Formato de um datagrama Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 VES LEN SEVICE TYPE TOTL LENT IENTIFICTION FLS FMENT OFFSET TIME TO LIVE POTOCOL EE CECKSUM SOUCE ESS ESTINTION ESS OPTIONS (IF NY) T PIN

6 Campos do datagrama Campos do datagrama Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 VES LEN SEVICE TYPE TOTL LENT IENTIFICTION FLS FMENT OFFSET TIME TO LIVE POTOCOL EE CECKSUM SOUCE ESS ESTINTION ESS OPTIONS (IF NY) T PIN VES LEN SEVICE TYPE TOTL LENT IENTIFICTION FLS FMENT OFFSET TIME TO LIVE POTOCOL EE CECKSUM SOUCE ESS ESTINTION ESS OPTIONS (IF NY) T PIN PECEENCE T C UNUSE VES = 4 LEN = N x 4 octetos (20 a 64 bytes) TLEN = até octetos aixo Custo (Low Monetary Cost) lta Confiabilidade (igh eliability) lta Vazão (igh Throughput) aixo etardo (Low elay) Prioridade do atagrama: VES Campos do datagrama LEN IENTIFICTION SEVICE TYPE TOTL LENT FMENT OFFSET TIME TO LIVE POTOCOL EE CECKSUM SOUCE ESS ESTINTION ESS OPTIONS (IF NY) TTL decrementado em cada roteador de 1 ou mais T FLS TCP = 6 UP = 17 ICMP = 1 EP = 8 OSPF= 89 (FC 1700) PIN lterado a cada roteador : Entrega de Pacotes ede ( ) oteador ede : Y Entrega de Pacotes Entrega de Pacotes Endereçamento Intra-ede, lgumas vezes chamado de Endereço Físico ou também Endereço MC Ex. Ethernet: Ex. TM: c c ( ) ede oteador ede ede

7 Entrega de Pacotes Entrega de Pacotes Endereços e Origem e destino ede ede Entrega de Pacotes Entrega de Pacotes Endereçamento de Origem e destino ede É necessário um mecanismo de mapeamento entre End. e End. Intra-ede ede Entrega de Pacotes P (ddress esolution Protocol) O Encaminhamento dentro de cada rede é feito com base no endereçamento próprio daquela rede. ede ealiza o mapeamento entre Endereço e Endereço Intra-ede Mapeamento de endereços em endereços MC Ethernet, Token-ing, FI, TM, etc Efetuado por meio de uma tabela P em cada máquina que é construída dinamicamente É um protocolo que faz a interface entre a camada Inter-ede e a camada Intra-ede Interface de daptação

8 P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) destino = F P (ddress esolution Protocol) F estino está na mesma rede ( ) Como enviar para esta máquina? Qual o MC estino? mensagem fica esperando e o protocolo P é acionado P (ddress esolution Protocol) P eq F P (ddress esolution Protocol) F P eq estino End. Físico roadcast Origem P ados (P equest) FCS

9 P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) F P eq P eq P (ddress esolution Protocol) P eq F P (ddress esolution Protocol) F P eq P eq P (ddress esolution Protocol) P eq 1F P (ddress esolution Protocol) P eq F

10 P (ddress esolution Protocol) P eply 1F P (ddress esolution Protocol) F P eply estino Origem 1F P ados (P eply) FCS P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) F P eply P eply P (ddress esolution Protocol) P eply F P (ddress esolution Protocol) F Tabela P F

11 P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) F Note que Tabela P e que Tabela P P (ddress esolution Protocol) F P (ddress esolution Protocol) F Finalmente aquele pacote pode ser transmitido carregando uma mensagem TCP que, por sua vez, carrega um comando da 1F TCP FCS oteamento oteamento C F oteador F ede ede Y C F oteador F ede ede Y deseja enviar pacotes para Y O protocolo percebe que Y não pertence à mesma rede O host consulta tabela de rotas escobre rota: roteador O do host aciona P para resolver endereço do roteador 0C TCP pl FCS esultado: 0C

12 oteamento oteamento C F oteador F ede ede Y C F oteador F ede ede Y O protocolo percebe que ESTINO pertence à mesma rede aciona P para resolver endereço do ESTINO esultado: 1F TCP pl oteamento Tabela de otas C F oteador F ede ede Y de ivulgação de otas (, 2, OSPF, P-4) Tabela de otas Internet Protocol 1F F TCP pl FCS Tamanho dos datagramas Fragmentação e emontagem Caso ideal: tamanho do datagrama tamanho máximo da área de dados do quadro intra-rede (MTU - Maximum Transmission Unit) Existem vários tipos de redes com diferentes MTUs FI = max 4470 bytes Ethernet = max 1500 bytes Token-ing = max 4500 bytes Como fazer para transmitir um datagrama em uma rede com MTU menor? ede 1 ede 2 ede

13 Fragmentação e emontagem Fragmentação e emontagem ede 1 ede 2 ede 3 ede 1 ede 2 ede Fragmentação e emontagem Fragmentação e emontagem ede 1 ede 2 ede 3 ede 1 ede 2 ede Fragmentação e emontagem Fragmentação e emontagem ede 1 ede 2 ede 3 ede 1 ede 2 ede

14 Fragmentação e emontagem Fragmentação e emontagem ede 1 ede 2 ede 3 ede 1 ede 2 ede Fragmentação e emontagem Fragmentação e emontagem ede 1 ede 2 ede 3 ede 1 ede 2 ede Campo FLS do datagrama Exemplo de fragmentação VES LEN IENTIFICTION SEVICE TYPE TOTL LENT FMENT OFFSET TIME TO LIVE POTOCOL EE CECKSUM SOUCE ESS ESTINTION ESS OPTIONS (IF NY) Identificador da Mensagem (não do datagrama) T FLS NU NF MF PIN More Fragments it 13 bits Múltiplos de 8 octetos TLEN informa tamanho do fragmento. Só último fragmento determina tamanho do datagrama original, através de TLEN e FMENT OFFSET. o Not Fragment it (datagrama descartado e erro enviado para origem) Não utilizado quer transmitir datagrama de 4000 octetos de dados para Quantos fragmentos serão gerados na ede 2? ede 1 MTU=4500 Tam. datagrama = 4020 ede 2 ede 3 MTU=

15 UP OCTETOS 4000 OCTETOS UP 01F V98344K432VIVV FVNEOFVNOEF9345F J FJJFV Fragmento 1 Fragmento 2 Fragmento UP 0F Múltiplos de 8 octetos UP 4FF eneralidade: Fragmentação e emontagem Vantagens Permite datagramas de tamanho variado Eficiência: Fragmentos são roteados independentemente Possibilidade de rotas alternativas esvantagens Confiabilidade: se algum fragmento é perdido o datagrama deve ser retransmitido integralmente Eficiência: atagramas só são remontados no destino umento do número de pacotes circulando pelas redes Primeiros 1480 octetos Próximos 1480 octetos Últimos 1040 octetos 92 Problema com Endereçamento por Classes CI - Classless Interdomain outing Número de edes Número de Estações Classe Classe Classe C edução rápida dos endereços livres Fim da divisão em classes o invés da classe determinar a parte de rede e de máquina do endereço é usada uma máscara de bits Máscara determina quais bits são utilizados para identificar a rede e a máquina (hostid) epresentada por número de 32 bits com 1 para parte de rede e 0 para parte de host Máscara de ede Máscara de ede End. porção de bits 1 da máscara indica a parte correspondente a rede. parte de bits 0 indica hosts Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto Equivalente de máscara para classes: = = C= Mask

16 CI (Classless Interdomain outing) locos CI Um bloco CI é um conjunto contíguo de endereços expresso por meio de um endereço inicial (prefixo ) e uma máscara que indica o número de endereços desse conjunto Ex.: ( , ) é um bloco CI com 256 endereços (variando entre e ). Os conjuntos de destinos associados a blocos CI podem exibir um relacionamento de subconjunto Ex.: ( , ) e ( , ) são subconjuntos de ( , ) englobando endereços a englobando a englobando a oteamento em sub-redes lgoritmo de roteamento e estrutura da tabela de rotas devem ser alterados Para o algoritmo de roteamento verificar qual a parte de rede, não olha p/ a classe do endereço de destino do datagrama. É aplicado um N lógico deste endereço com a máscara. O resultado é o endereço da sub-rede. Tabelas de rotas devem incluir coluna identificando a máscara de bits associada à sub-rede atagrama não precisa carregar informação sobre máscara dest esto da Internet oteamento em sub-redes Pref. Máscara ot. Int Todo tráfego p/ (classe ) 1 2 Sub-rede Sub-rede mask = mask = End destino Escolha da rota Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto End destino Escolha da rota Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto Mask (N) End da sub-rede NÃO! (é diferente) Pref. Máscara ot. Int Mask (N) End da sub-rede 139. OK! (é igual) Pref. Máscara ot. Int

17 dest esto da Internet oteamento em sub-redes Pref. Máscara ot. Int Todo tráfego p/ (classe ) 1 2 Sub-rede Sub-rede mask = mask = oteamento em sub-redes Mask = Pref. Mask oteador Int Pref. Mask oteador Int oteamento em sub-redes Internet Mask = Pref. Mask oteador Pref. Mask oteador epresentação da rota default Int. Int. ICMP Internet Control Message Protocol 111 Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) - transmissão não confiável de datagramas Necessidade de feedback a respeito de problemas na interrede (host de destino indisponível, rotas circulares, etc.) ICMP - usado para comunicar mensagens de erro e outras condições inesperadas que mereçam atenção ICMP não torna confiável o serviço provido pelo superiores devem implementar seus próprios procedimentos se for necessário um serviço confiável ICMP deve sempre ser implementado junto com o FCs 792, 1191, 1256 Erro em um roteador Mensagem ICMP gerada pelo roteador e enviada ao transmissor do datagrama original Cabeçalho Mensagens ICMP Cabeçalho ICMP Possui identificador do protocolo Cabeçalho Campo de ados Cabeçalho Campo de ados ICMP Campo de ados Possui identificador da aplicação Campo de ados Se um dgram encapsulando uma msg ICMP gerar um erro, NÃO é gerada uma nova msg ICMP. O mesmo vale para dgrams cujo dest seja broadcast ou cujo Fragment Offset >

18 Mensagem ICMP estination Unreachable (Net Unreachable) Mensagem ICMP estination Unreachable (Net Unreachable) dest S P p/ Tabela de otas S S Msg ICMP Type 3; Code 0 dest Não há entrada na tabela de rotas p/ (nem rota default) Configuração de tabela de rotas em hosts Mensagem ICMP edirect Tabela com um roteador default: Todos os datagramas são enviados para ele otas melhores aprendidas por meio de ICMP edirect dest S Tabela de otas S ota p/ Mensagem ICMP edirect Mensagem ICMP edirect S S Msg ICMP Type 5; Code 1 roteador destino dest dest Tabela de otas

19 S Mensagem ICMP edirect Tabela de otas S Limitações do ICMP edirect Tabela de rotas é preenchida com rota para cada host (ICMP edirect não trata másc. de sub-rede) Somente para interação entre um roteador e um host ligados na mesma rede física. Não serve para otimizar a rota entre roteadores (função dos protocolos de roteamento) Mensagem ICMP Time Exceeded (Tracing - descoberta de caminhos na Internet) traceroute e tracert traceroute (Unix) e tracert (Windows) são implementados com base na mensagem ICMP Time Exceeded dest TTL 1 S OT P/ 20081? traceroute e tracert (time exceeded) traceroute e tracert S Msg ICMP Type 11, Code dest TTL dest TTL 2 S OT P/ 20081? Passa por 20087; OT P/ 20081? Passa por 20087;

20 traceroute e tracert traceroute e tracert (time exceeded) S dest TTL S Msg ICMP Type 11, Code OT P/ 20081? Passa por 20087; dest TTL prosseguindo até alcançar o destino Questões em ICMP ICMP só é enviado ao host origem do datagrama Não há como relatar problemas entre roteadores intermediários Ex: rota inválida no meio do caminho ICMP não possui mensagem para erro no datagrama etecção e correção de erros delegada aos protocolos superiores