Composição de um protocolo de rede Quase todo o protocolo de rede é composto de duas partes: Um cabeçalho (Header); Um área de dados (Payload).
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP O cabeçalho IP possui 32 bits de largura Como cada byte tem 8 bits podemos dizer que o cabeçalho IP tem 4 bytes de largura
Calculo do Header Checksum O campo Header Checksum é responsável por garantir que os cabeçalhos Ethernet IP, TCP, UDP transitarão íntegros. Ele t Sua forma de calculo é comum a todos os protocolos da rede. Vamos ver realizar o calculo do checksum para um cabeçalho IP:
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP Todos os elementos das 5 primeiras linhas do cabeçalho IP são obrigatórias, ou seja, o mínimo de linhas de um cabeçalho IP deverá ser 5 Então o tamanho mínimo de um cabeçalho IP será 20 bytes (4 bytes x 5 linhas) O campo IHL (Internet Header Length) é responsável por informar quantas linhas há no cabeçalho IP, antes do seu Payload, Estes campo tem tamanho de 4 bits e seu valor máximo será 1111, que, em decimal representa 15. Então o tamanho máximo de um cabeçalho IP será de 15 linhas vezes 4 bytes, que será igual a 60 bytes. Esta variação existe por causa do campo OPTIONS que tem seu conteúdo variável (informações sobre QOS, roteadores transpostos, segurança,etc) Relação completa das funcionalidades possíveis para o campo Options: http://www.iana.org/assignments/ip-parameters/ip-parameters.xhtml; Para o campo Options seja processado os equipamentos pelos quais o pacote passará deverão estar preparado para interpretar esse campo.
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP O campo TTL permite estimar o sistema operacional oposto e a quantidade de roteadores entre o host oposto e o local. Por default, sistemas operacionais utilizam valores iniciais de TTL que podem ser alterados. Unix e derivados diretos = 255, MS Windows = 128 e GNU/Linux = 64. Protocolos IP: são os protocolos que sãoencapsulados pelo IP. São listados pela IANA e um resumo poderá ser encontrado em /etc/protocols. Exemplos: ICMP, TCP e UDP.
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP O campo Source Address refere-se ao endereço IP da maquina de origem do pacote IP O campo Destination IP Address contém o endereo IP da máquina de destino que receberá o pacote IP O endereço IP possui 4 bytes de largura
Usando o TTL para Elencar os roteadores da origem até o destino O roteador que levar o valor do TTL a zero deverá destruir o pacote Após isso ele deverá informar a origem através de uma mensagem ICMP (mensagem de controle) que destruiu o pacote. Então os comandos Traceroute e Mtr enviam um pacote da origem até o destino com TTL = 1, esse pacote será destruído no primeiro roteador, que irá se identificar. A seguir, será enviado um novo pacote com TTL = 1, esse pacote será destruído pelo segundo roteador, que irá se identificar; E assim por diante.
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP O IP é utilizado para transportar outros protocolos. Então, sempre haverá um protocolo IP no seu payload. O campo Protocol Indica o que será encontrado no Payload IP.
O protocolo IP Informações Importantes do Protocolo IP No Payload de um protocolo IP só poderá existir outro protocolo. Chamados Protocolos IP. Uma lista protocolos IP listados pela IANA no site http://www.iana.org/assignments/protocol-numbers/protocolnumbers.xhtml, são: ICMP, TCP, UDP. O tamanho de um payload IP irá variar de acordo com a quantidade de informações que nele será colocada. É importante ressaltar que o menor cabeçalho IP possível tem 20 Bytes e que o maior pacote IP possível (Incluindo cabeçalho) tem 65535 bytes. Assim, o maior payload IP possível terá 65535 20 = 65515 bytes
O protocolo IP O que trafega na rede? Segue um pacote IP pronto para trafegar na rede (agrupado em dois em dois bytes para facilitar a visualização): 4500 0054 0000 4000 4001 b640 c0a8 01b4 c0a8 0164 0800 d666 33bb 0001 8375 4351 0000 0000 6343 0500 0000 0000 1011 1213 1415 16171819 1a1b 1c1d 1e1f 2021 2223 2425 2627 2829 2a2b 2c2d 2e2f 3031 3233 3435 3637 Inicialmente temos os bytes 4500, se convertemos para binário teremos 01000101(8 bits) Então 0100 = ao campo version e 0101 = ao campo IHL Se convertemos 0101 para decimal, teremos o número 5, que é o valor do IHL que quer dizer que o cabeçalho contém 5 linhas o que corresponde a 20 bytes (5 linhas x 4 bytes) Assim por diante, experimente pegar alguns campos do cabeçalho IP
O protocolo IP O que trafega na rede? Segue um pacote IP pronto para trafegar na rede (agrupado em dois em dois bytes para facilitar a visualização): 4500 0054 0000 4000 4001 b640 c0a8 01b4 c0a8 0164 0800 d666 33bb 0001 8375 4351 0000 0000 6343 0500 0000 0000 1011 1213 1415 16171819 1a1b 1c1d 1e1f 2021 2223 2425 2627 2829 2a2b 2c2d 2e2f 3031 3233 3435 3637 O Byte que representa o TTL e o Byte 9 O byte 9 é o 40h que convertido em Decimal equivale a 64 Então o TTL deste pacote é 64
O protocolo IP O que trafega na rede? Segue um pacote IP pronto para trafegar na rede (agrupado em dois em dois bytes para facilitar a visualização): 4500 0054 0000 4000 4001 b640 c0a8 01b4 c0a8 0164 0800 d666 33bb 0001 8375 4351 0000 0000 6343 0500 0000 0000 1011 1213 1415 16171819 1a1b 1c1d 1e1f 2021 2223 2425 2627 2829 2a2b 2c2d 2e2f 3031 3233 3435 3637 O IP de Origem do esta representado do Byte 13 ao byte 16 e o destino do Byte de 17 ao byte 20 IP de Origem = c0a8 01b4; Ip de Destino = c0a8 0164 IP de Origem: c0 = 192, a8=168, 01= 1 b4 = 180 (192.168.1.180) IP de Destino: c0 = 192, a8=168, 01= 1 64 = 100 (192.168.1.100)
Acabando com a confusão!!!!! Segmento TCP ou UDP! Pacote ou Datagrama IP! Frame ou Quadro Ethernet!
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP O cabeçalho TCP possui 32 bits de largura (como o IP) Como cada byte tem 8 bits podemos dizer que o cabeçalho TCP tem 4 bytes de largura (Como o IP)
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP Não existem Pacotes TCP e sim Segmentos TCP O campo Source Port server para informar qual será a porta de origem Porta que utilizada pelo host para estabelecer uma conexão com o servidor. O campo Destination Port se refere à porta de destino A porta da máquina que irá receber o segmento TCP
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP O campo Sequence Number é um número gerado pelo emissor que serve para identificar o segmento TCP que foi enviado O campo Acknowledgment é usado para que um host-a possa declarar que sabe o qual será o próximo número de sequência a ser enviado pelo Host-B. Mas para isso ele terá que ter recebido anteriormente um segmento do Host-B e ter calculado qual será o número de sequência do próximo segmento TCP a ser recebido.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (portas) 1) um host envia um pacote IP; 2)ao chegar ao host de destino o pacote adentra e abre o seu payload, e nesse momento surge o protocolo TCP(aqui o pacote IP já foi aberto e descartado); 3) o seguimento TCP se conecta a porta de destino.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP O TCP (e também o UDP) é utilizado para transportar protocolos de uso específico dos usuários e das suas aplicações. Ex.: http, smtp, pop3, ftp, msn, ssh, telnet, irc etc.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP O protocolo TCP é orientado à conexão e a garante por intermédio do threeway handshake. É um protocolo full duplex. Em uma rede, independente do protocolo, é sempre o cliente quem inicia a conexão. Não há rede sem servidor.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP Flags TCP: Syn (synchronize): inicia conexões. Fin (finish): finaliza conexões. Psh (push): envia dados. Ack (acknowledgment): confirmação de que é conhecido o número de sequência do próximo segmento a ser enviado pelo lado oposto. Rst (reset): não entendi. IMPORTANTE: as flags TCP são disparadas contra portas e somente a flag push possui payload.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP Three-way Handshake:
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP Three-way Handshake:
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (1) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [S], seq 1191277933, win 14600, options [mss 1460,sackOK,TS val 3008493 ecr 0,nop,wscale 7], length 0 O host 192.168.1.180 através da sua porta 49952 enviou uma flag SYN ([S]) para o host 64.90.49.112 indicando que quer iniciar uma conexão na porta 80 do host. Observe que foi gerado um número de sequencia do Cliente ( seq 1191277933 ) (2) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [S.], seq 1685449251, ack 1191277934, win 5840, options [mss 1460,nop,nop,sackOK,nop,wscale 9], length 0 O host 64.90.49.112 envia uma flag SYN ([S}) indicando que aceita a conexão e também quer abrir uma conexão com o host 192.168.1.180, o servidor gera seu próprio número de sequência (seq 1685449251). No mesmo pacote através da flag ACT ([.]) o host 64.90.49.112 informa que reconheceu o número de sequência enviado, informando ao solicitante o próximo número de sequencia esperado (ack 1191277934)
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (3) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685449252, win 115, length 0 O host 192.168.1.180 enviou uma flag ACK ([.]) para o host 64.90.49.112 informando que também reconheceu o número de sequencia do servidor, e que sabe o número de sequência do próximo pacote que será enviado finalizando o Three-way Handshake {AQUI O SERVIDOR ESPERA RECEBER PACOTE COM NÚMERO DE SEQUÊNCIA: 1191277934 E O CLIENTE ESPERA RECEBER UM PACOTE COM O NÙMERO DE SEQUENCIA: 1685449252 } (4) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [P.], seq 1191277934:1191278263, ack 1685449252, win 115, length 329 O host 192.168.1.180 enviou uma flag PUSH ([P]) para o host 64.90.49.112 informando que este segmento TCP tem payload, informa também que este segmento TCP tem o número de sequencia 1191277934 e o próximo será 1191278263 (1191277934 + 329), e também informa que ainda espera o segmento (vindo do servidor de número 1685449252) (cliente solicita uma página HTML) (5) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [.], ack 1191278263, win 14, length 0 O host 64.90.49.112 uma flag ACK ([.}) para o host 192.168.1.180 indicado que recebeu todos os seguimentos.
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (6) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [P.], seq 1685449252:1685449957, ack 1191278263, win 14, length 705 Servidor envia dados ao cliente e confirma novamente que espera o segmento de número : 1191278263 (servidor entrega a página) (7) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685449957, win 126, length 0 O cliente confirma o recebimento do segmento da linha 6 e informa que espera o segmento de número: 1685449957 (8) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [P.], seq 1191278263:1191278573, ack 1685449957, win 126, length 310 O cliente solicita envia mais dados ao servidor e informa o próximo número de sequência (Cliente solicita o favincon.ico) (9) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [.], ack 1191278573, win 16, length 0 O servidor confirma o recebimento do segmento enviado na linha 8. (10) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [P.], seq 1685449957:1685451417, ack 1191278573, win 16, length 1460 O servidor envia a resposta a requisição ao cliente (favicon.ico). (11) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685451417, win 148, length 0
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (12) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [P.], seq 1685451417:1685452877, ack 1191278573, win 16, length 1460 Servidor envia a continuação da resposta da requisição (favicon.ico) (13) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685452877, win 171, length 0 O cliente confirma o recebimento do segmento enviado na linha 12. (14) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [P.], seq 1685452877:1685454337, ack 1191278573, win 16, length 1460 Servidor envia a continuação da resposta da requisição (favicon.ico) (15) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685454337, win 194, length 0 O cliente confirma o recebimento do segmento enviado na linha 14 (16) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [P.], seq 1685454337:1685455214, ack 1191278573, win 16, length 877 Servidor envia o resto da resposta da requisição (favicon.ico) (17) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685455214, win 217, length 0
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo TCP (18) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [F.], seq 1191278573, ack 1685455214, win 217, length 0 O cliente envia uma solicitação de termino da conexão com o servidor. (19) IP 64.90.49.112.80 > 192.168.1.180.49952: Flags [F.], seq 1685455214, ack 1191278574, win 16, length 0 O servidor envia uma solicitação de termino de conexão com o cliente (20) IP 192.168.1.180.49952 > 64.90.49.112.80: Flags [.], ack 1685455215, win 217, length 0 O cliente informa que recebeu o o segmento enviado na linha 19 A Conexão é encerrada sem problemas.
O protocolo TCP Encerrando uma conexão
O protocolo TCP Tentando estabelecer uma conexão para um servidor Inativo Server Client SYN seq =X
O protocolo TCP Tentando estabelecer uma conexão para um servidor Ativo em uma porta não ativa Server Client SY N Ka C A T RS s eq= X q=y e s 1 ck=x_
O protocolo UDP Informações Importantes do Protocolo UDP O cabeçalho TCP possui 32 bits de largura (como o IP) Como cada byte tem 8 bits podemos dizer que o cabeçalho TCP tem 4 bytes de largura (Como o IP) Tem um tamanho fixo 8 bytes. O campo Length define o tamanho total do pacote UDP o maior tamanho de um pacote UDP é de 65535. No entanto o cabeçalho de 8 bytes fixos.
O protocolo UDP Informações Importantes do Protocolo UDP Não existem Pacotes UDP e sim Segmentos UDP O campo Source Port server para informar qual será a porta de origem Porta que utilizada pelo host para estabelecer uma conexão com o servidor. O campo Destination Port se refere à porta de destino A porta da máquina que irá receber o segmento TCP O Tamanho de todo o segmento UDP é de 65535, como o cabeçalho de 8 bytes é obrigatório, o tamanho do maior pacote UDP é 65535-8 = 65527 bytes
O protocolo TCP Informações Importantes do Protocolo Exemplo de tráfego UDP
O protocolo Ethernet Informações Importantes os Protocolo Ethernet Atualmente utilizamos o frame Ethernet tipo II, projetado em 1982 e também conhecido com DIX Ethernet (DIX = Dell, Intel e Xerrox)
O protocolo Ethernet Informações Importantes os Protocolo Ethernet Campo MAC Destino: com 6 bytes define o endereço MAC (Media Access Control) da placa de rede de destino. Campo MAC Origem: com 6 bytes define o endereço MAC (Media Access Control) da placa de rede de origem. O campo Tipo com 2 bytes define o tipo de protocolo que estará no payload. Alguns exemplos 0800h para IPV4, 0806h para ARP. O campo Payload com 46 a 1500 bytes de tamanho, conterá dados (um protocolo encapsulado) a serem enviados. Se o tamanho do payload for menor que 46, a técnica de padding (Adicionar o carácter \0) será utilizada para completar o espaço final até que o tamanho mínimo seja alcançado.
O protocolo Ethernet Informações Importantes os Protocolo Ethernet Preambulo: é um conjunto de 8 bytes que antecede cada frame Ethernet Se objetivo é avisar ao sobre a chegada do frame e também sincronizar o clock para receber e enviar dados. Formato do Preâmbulo: 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101011 Os dois últimos bits são o SDF (Start Frame Delimiter)
O protocolo Ethernet Informações Importantes os Protocolo Ethernet Jumbo Frames Representa uma implementação, não oficial, que alguns fabricantes de equipamentos de rede adotam. Só poderão ser utilizados em links gigabit ou superior. A ideia do jumbo frame é ultrapassar a barreira dos 1500 bytes. Alguns fabricantes, por consenso, convencionaram um valor máximo de 9000 bytes para os seus jumbo frames ( 6x1500bytes). Jumbo frames causam menos processamento por parte do hardware da rede, aumentando a velocidade de transmissao. Menos sinalizações de frames (preâmbulo) e menos quebra de pacotes são exemplos dos benefícios dos jumbo frames. Ha também os superjumbo frames que podem chegar a 65535 bytes. Alguns equipamentos da cisco (como o switch 2960) suporta jumbo frame em suas portas gigabit (9000 bytes para a gigabit e 1998 para as fast ethernet) A adoção de jumbo frames não é recomendada porque não há padronização para eles. Então, os fabricantes poderão realizar implementações diferentes.
O protocolo Ethernet Informações Importantes os Protocolo Ethernet Segmento Ethernet Similar ao segmento de rede, Ambos são contidos por um roteador. Ou seja, temos máquinas agrupadas, antes de um roteador, formando o segmento Ethernet ( e também segmento de rede).
Calculo do Header Checksum O campo Header Checksum é responsável por garantir que os cabeçalhos IP, TCP, UDP transitarão íntegros. Ele tem 16 bits (0 a 65535, em decimal) Sua forma de calculo é comum a todos os protocolos da rede. Vamos ver realizar o calculo do checksum para um cabeçalho IP: 45 00 05 dc 89 9b 20 00 40 01 49 d0 C0 a8 00 64 C0 a8 00 01 45h = Campos Version e IHL = 01000101 Version = 0100 = 4 decimal IHL = 0101 = 5 Decimal (indicando que o cabeçalho tem 20 bytes ( 5x4 Bytes = 20 Bytes)
Calculo do Header Checksum O campo Header Checksum é responsável por garantir que os cabeçalhos IP, TCP, UDP transitarão íntegros. Ele tem 16 bits (0 a 65535, em decimal) Sua forma de calculo é comum a todos os protocolos da rede. Vamos ver realizar o calculo do checksum para um cabeçalho IP: 45 00 05 dc 89 9b 20 00 40 01 49 d0 C0 a8 00 64 C0 a8 00 01
Calculo do Header Checksum Cabeçalho IP 45 00 05 dc 89 9b 20 00 40 01 49 d0 C0 a8 00 64 C0 a8 00 01 1. Identificar os bytes do checksum, que são os bytes 11 e 12 (49 e d0) e alteramos seus valores para zero 45 00 05 dc 89 9b 20 00 40 01 00 00 C0 a8 00 64 C0 a8 00 01
Calculo do Header Checksum 2. Agora, somandos os valores de 2 em 2 Bytes 4500 + 05dc + 899b + 2000 + 4001 + 00 00 + C0a8 + 0064 + C0a8 + 0001 = 0002b62d (117.709 em decimal) 3. somar o resultado de 2 em 2 bytes novamente: 0002 + b62d = b62f 4. a seguir, converteremos o resultado para binário, tomando o cuidado de manter os zeros à esquerda quantos forem necessários para completar 16 bits. Depois trocamos todos os bits 1 por 0 e todos os bits 0 por 1. isso é a mesma coisa que pegar o resultado anterior em hexadecimal (b62f) e subtraí-lo de ffff, veja: Ffff-b62f = 49d0 <= este é o checksum. Qualquer mudança no cabeçalho irá alterar o valor do checksum. Exemplo, a cada roteador que o pacote passa, com o decremento do TTL, o checksum terá que ser recalculado pelo roteador.
Enfim, o Modelo OSI Vimos o protocolo de rede IP Vimos os protocolos de rede TCP e UDP Vimos o protocolo de rede Ethernet
O Modelo OSI O pobre tende a ser abominado pelos estudantes da graduação e pós-graduação por se ensinado no estilo decoreba. OSI é abreviatura de Open Systems Interconection. Trata-se da norma ISO/IEC 7498-1 de 1994, criada pela ISO (International Orgnization for Standardization) juntamente com a IEC (International Electrotechinical Commission) A norma se encontra disponível : http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=20 269 (é paga) Sua finalidade é ser um modelo de referência que provê um padrão para o desenvolvedores de software e fabricantes de
O Modelo OSI Mas o que é o Modelo OSI??? Base do Modelo OSI: um protocolo sendo encapsulado pelo outro.
O Modelo OSI Como muitos devem saber o Modelo OSI é composto de 7 camadas São nas camadas do Modelo OSI que os protocolos de rede se posiciona.
O Modelo OSI
O Modelo OSI Repare que os elementos gerados na camada 7 são encapsulados pelo payload da camanda 4. A seguir, a camada 4 é encapsulada pela 3, e esta, pela 2. No fim temos o meio físico onde os dados serão transmitidos. Não há como entender o Modelo OSI sem antes saber que um protocolo encapsula outro.
O Modelo OSI as Camadas Camada Física: Nesta camanda encontramos tudo que é físico. Nela, estarão elementos como: cabos de rede, placas eletrônicas, ondas eletromagnéticas de dispositivos wireless, entre outros. Camada Enlace: Em Inglês Link Layer, esta é a primeira camada que possui protocolos de rede (Protocolos são algoritmos capazes de realizar, inclusive, cálculos metemáticos ). Nesta camanda, encontramos equipamentos como switches de rede e brigdes. Nesta camada, há protocolos de rede como o Ethernet, o ATM, o PPP, e o Frame Relay.
O Modelo OSI as Camadas Camada Rede: Esta é a camanda mais nobre, pois estabelece a rede. É nela que encontraremos o IP e todos os seus protrocolos Efetivamente, é nessa camada que começa a atuar o TCP/IP, uma vez que este não tem nenhuma relação com as camadas física e de enlace. Camada transporte: Na cama de transporte, poderemos encontrar os protocolos TCP e UDP. É nessa camada que ocorre o estabelecimento da sessão TCP (three-way handshake)
O Modelo OSI as Camadas Camada Sessão: Esta camada não trabalha como protocolos de rede e sim com APIs (Aplication Program Interface). É na camada de sessão que ocorre o estabelecimento de sessões entre aplicações do usuário Nesta camada as aplicações trocam informações sobre coo deverão trafegar dados entre si Camada Apresentação: Também não possui protocolos de rede e é responsável por trẽs ações sobre os dados: Compressão e descompressão (se for o caso). Criptografia e descriptografia (se for o caso ) (HTTPS). Conversão de padrões (se for o caso)
O Modelo OSI as Camadas Camada aplicação Nesta camada, teremos as aplicações utilizadas por usuários e seus respectivos protocolos de aplicação Todos os protocolos que o usuário venha a ter contato direto estarão nesta camada., exemplo: Usuários navegam na Intenet e usam, para isso, o HTTP. Também enviam e-mails e usam, para isso, o SMTP. Uma relação oficial de protocolos de aplicação poderá ser obtida na IANA, em : http://www.iana.org/assignments/service-names-port-numbers/servicenames-port-numbers.xhtml
Há 45 anos, nossa vida é transformar a sua. Obrigado.