Introducao ao Modelo de Referencia OSI

6 de abril de 2015

Conteudo

Conteudo da especificacao do OSI

Definicoes

Arquitetura em camadas

Modelo de Referencia Basico – Parte 2: Arquitetura deSeguranca

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O modelo OSI

I A ISO foi criada em 1947I ISO = International Organization for Standardization1

I ABNT e membro da ISO

I Modelo de Referencia OSI: inıcio na decada de 1970I OSI = Open Systems Interconnection2

I Modelagem de um sistema de comunicacoes em camadas

I ISO/IEC 7498-1: 1994I International Electrotechnical Commission (IEC)I Comite Brasileiro de Eletricidade, Eletronica, Iluminacao e

Telecomunicacoes (Cobei) e membro do IEC

1http://www.iso.org2http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=20269

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Princıpio de redes em camadas

Artigo: OSI Reference Model – The ISO Model of Architecture forOpen Systems Interconnection. H. Zimmermann

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Princıpio de redes em camadas

I Cada camada agrega valor aos servicos fornecidos pelascamadas inferiores

I O uso de camadas divide o problema em pequenos pedacos

I Garantia de independencia de cada camada ao definir servicosprovidos por uma camada para a camada mais alta,independentemente de como esses servicos sao realizados.

I Permite mudancas na camada dado que ainda oferecem osmesmos servicos para a camada superior

I Tecnica similar ao uso de modulos e bibliotecas de funcoes emprogramacao estruturada

I Um camada somente se comunica com camadas adjacentes

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Ideia geral do Modelo OSI

I Problemas: caos em redesI Checagem de errosI Envio de mensagensI AplicacoesI CriptografiaI Codificacao no meio fısicoI Como chegar ao servidor

certo

I OSI simplifica entendimentoe implementacao

7

6

5

4

3

2

1

Aplicacao - Funcoes ePrograma de Usuarios

Apresentacao - Dados co-dificados - forma utilizavel

Sessao - Ligacao logica:especıfico a sistemas

Transporte - Ligacao logica:independente de sistemas

Rede - Enderecamento e roteamento

Enlace - Transmissao sem erros

Fısica - Modo de conexao

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Camada 1 - Fısica

Patch Pannel

HubRepetidor Walljack

Conector deparede

NetworkInterfaceCard (NIC)

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Camada 1 - Fısica

I ConectoresI RJ*I Atribuicoes de pinos em conectoresI Adaptadores para a interface

I InterfacesI Network Interface Card (NIC)I Repetidores

I Meio (exemplo: tipo de cabo)I Especificacoes eletricas/mecanicas procedimentais e funcionaisI Transmissao de bitsI Ethernet

Figura: Conector do padrao X.21ITU-T, ate 2Mbps (anos 1970).

Figura: Pinagem do conector dopadrao RJ45, o 8P8C IEC 60603-7. 8/70

Camada 2 - Enlace

A8-14-2C-55-AE-DD5B-2B-14-C0-68-4198-8E-DE-F3-D0-8A

Ponte nıvel 2 (bridging)

I Endereco MAC na camada de enlace 98-8E-DE-F3-D0-8A

I MAC = Media Access Control

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Camada 2 - Enlace

I Permite dispositivo enviar e receber mensagens

I Atribui um endereco fısico para identificar o dispositivo

I Deteccao e recuperacao de erros de transmissao

I Orientados a bits (HDLC) ou orientados a caracteres (PPP)I Transmissao de Bit/Quadro (Frame)

I Ethernet: 1500 octetos

I Protocolo High-Level Data Link Control (HDLC) - ISO13239(2002)

I FCS = x16 + x12 + x5 + 1

Flag Address Control Data FCS Flag

8 bits 8+ bits 8/16 bits 0+ 16/32 bits 8 bits

Figura: Formato do quadro do protocolo HDLC.

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Camada 3 - Rede

Roteador

Internet

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Camada 3 - Rede

sub-rede1LAN

WAN

sub-rede3LAN

camada de rede permite hostsda sub-rede1 conversarem comhosts da sub-rede3

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Camada 3 - Rede

I Permite um sistema de transmissao entre diferentes redes

I Controla o caminho que pacotes percorrem

I Responsavel por fragmentacao de pacotes para transmissao nacamada 2

I Verifica erros e decarta pacotes se necessario

I User Datagram Protocol (UDP)

I Transmissao de Pacote/Datagrama

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Camada 4 - Transporte

Cliente

Rede

Servidor

I Abstracao da rede

I Conexao ponto-a-ponto (aplicacao cliente e aplicacao servidor)

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Camada 4 - Transporte

I Permite comunicacao fim-a-fim entre aplicacoes emdispositivos na rede.

I Identificacao da aplicacao (porta)

I Identificacao da entidade do lado do cliente

I Deteccao e correcao de erros

I Garante sequencia dos dados e detecta duplicatas

I Confirmacao da chegada de dados

I Oferece servicos orientados a conexao

I Transmissao de segmentosI Transport Control Protocol (TCP)

I 1976 - IFIP-WG 6.1 Proposal for an internetwork end-to-endtransport protocol.

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Camada 5 - Sessao

Dispositivodo usuario(PDA)

OK recebi 47 bytes.

Enviei 47 bytes.

Servidor dearquivos

Rede

I Personal Digital Assistant (PDA)

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Camada 5 - Sessao

I Sessao: permite aplicacoes manter conhecimento entreconexoes em dispositivos

I Uma sessao = um dialogo entre aplicacoes: inıcio, controle efim de conversas

I Negociacao e gerenciamento de parametros de conexoesI Procedimentos de gerenciamento de conexoes

I Terminacao e reinicializacaoI Checkpoint e recuperacao

I Conexoes virtuais entre diferentes aplicacoesI Na epoca da proposta (1980), a camada de sessao fazia parte

de outras camadas: Virtual Terminal e File TransferI “A standard Session Layer Protocol can easily be extraced

from existing higher layer protocols.”

I ExemploI Zone Information Protocol (ZIP) do AppleTalk

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Camada 6 - Apresentacao

PC

Criptografia

Supercomputador

Rede

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Camada 6 - Apresentacao

I Permite aplicacoes a ler e “entender” dados

I Criptografia

I Compressao

I Formato de imagens

I Traducao de textos

I Reduz custos para interface devido a variabilidade etransformacoes necessarias

I Virtual Terminal Protocols e Virtual File (FileTransfer Protocols)

I Permite a iteracao entre hosts por meio de terminaisI Exemplos: PuTTY, SSH

I Extended Control Characters for I/O Imaging

Devices

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Camada 7 - Aplicacao

I E-mail, Transmissao de Arquivos, Navegador Web

I Interface para usuario

I Iniciar, manter, terminar e registrar dados entre aplicacoes

I Outras camadas somente existem para fornecer servicos a esta

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Escopo do Modelo de Referencia OSI

I Promover padronizacao

I Definir o que sao sistema “abertos” para comunicacao entre si

I Identificar oportunidades de padronizacao e melhorias

I Prove arcabouco conceitual e funcional para odesenvolvimento de funcionalidades de comunicacao

I Nao especifica, nem detalha, implementacao ou tipo detecnologia

I Focado em terminais, computadores e dispositivos similares

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OSI: Foco na comunicacao entre sistemas abertos

Figura: Modelo OSI e dedicado apenas a interconexao de sistemas.Outros aspectos nao relacionados com interconexao nao estao no escopodo modelo OSI. Fonte: OSI (1994)

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Conteudo

Conteudo da especificacao do OSI

Definicoes

Arquitetura em camadas

Modelo de Referencia Basico – Parte 2: Arquitetura deSeguranca

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OSI

I OSI – Numero de referencia ISO/IEC 7498-1 : 1994(E)

I Modelo de Referencia Basico para a interconexao de sistemasabertos (OSI): O modelo basico

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O que e estar conectado segundo OSI?

I O que e conexao, escopo de interconexao, princıpios demodelagem

I Natureza em camadas, o que sao camadas e princıpios paradescrever camadas

I Apresentacao e descricao das camadas

I Administracao das camadas

I Aderencia a norma e consistencia

I Como as camadas OSI foram definidas

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Conteudo

Conteudo da especificacao do OSI

Definicoes

Arquitetura em camadas

Modelo de Referencia Basico – Parte 2: Arquitetura deSeguranca

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Notacao (N)−, (N + 1)− e (N − 1)−

I Serve para referenciar elementos do modeloI camadasI protocolosI servicosI entidadesI pontos de acesso a servicos

I Exemplo:I Camada (N)−: qualquer camadaI Camada (N + 1)−: camada logo acima de (N)−I Camada (N − 1)−: camada logo abaixo de (N)−

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Definicoes gerais

I Cooperacao entre (N)-entidades e governada por(N)-protocolos

I (N)-protocolos definem como (N)-entidades usam(N)-servicos

I (N)-servicos definem (N)-funcionalidades

I Juntos, as (N)-agregam valor a (N − 1)-camada para fornecerservicos a (N + 1)-camada

I (N)-servicos sao oferecidos as (N + 1)-entidades em(N)-pontos de acesso a servicos

I Os (N)-pontos de acesso a servicos formam a interface logicaentre (N)-entidades e (N + 1)-entidades

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Introducao ao OSI

I OSI = Open Systems Interconnection = Interconexao deSistemas Abertos

I Sistema Real: conjunto de um ou mais computadores,software associado, perifericos, terminais, operadoreshumanos, processos fısicos e meios de transmissao deinformacao capaz de processar e/ou transferir informacao

I Sistema Real Aberto: um sistema real que atende aosrequisitos OSI em comunicacoes

I Sistema Aberto: a representacao aspectos de um sistemareal aberto pertinentes a modelo OSI

Objetivo do OSI

Definir conjunto de padroes para capacitar sistemas reais abertos acooperarem.

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OSI: aspectos de cooperacao

I OSI nao trata somente transmissao de informacao.I OSI trata tambem de aspectos de interconexao para

cooperacao entre sistemas.I Atividades de cooperacao:

I Comunicacao interprocessosI Troca de informacao e sincronizacao de atividades entre

processos de aplicativos

I Representacao de dadosI Criacao e manutencao de descricoes e transformacoes de

dados para troca entre sistemas abertos

I Armazenamento de dadosI Acesso a dados, modo de armazenamento, sistemas de

arquivos e bancos de dados

I Gerenciamento de processos e recursosI Meio que processos de aplicativos OSI sao declarados,

inicializados, controlados e como eles obtem recuros OSI

I Integridade e segurancaI Relacionado as restricoes e condicoes que devem ser

preservadas ou asseguradas

I Suporte a programasI Definicao, compilacao, teste, armazenamento, transferencia e

acesso de aplicacoes executadas por processos de aplicativosOSI

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Definicoes: aplicacao

I Processo de aplicativo: elemento em um sistema real abertoque realiza processamento de informacao para um aplicacaoespecıfica

I OSI environment (OSIE): ambiente OSI – representacaoabstrata do conjunto de conceitos, elementos, funcoes,servicos, protocolos conforme define no modelo OSI

I Local System Environment (LSE): ambiente de sistemalocal – representacao abstracao da parte do sistema real quenao e pertinente ao OSI

I Invocao de processo de aplicativo: utilizacao especıfica decapacidades de um processo de aplicativo em processamentode informacao

I Tipo de processo de aplicativo: descricao de uma classe deaplicacoes-processos em termos em um conjunto decapacidades de processamento de informacao

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Exemplo de processos de aplicativos

Processo de aplicativo: elemento em um sistema real aberto querealiza processamento de informacao para uma aplicacao especıfica

I Uma pessoa operando um terminal bancario e um processo deaplicativo manual.

I Um programa FORTRAN executando em um computadorcentral e acessando um bando de dados remoto e um processode aplicativo computadorizado.

I Um programa de controle de processos executando em umcomputador dedicado e anexo a um equipamento industrial eligado a um sistema de controle industrial e um processo deaplicativo fısico

Um processo de aplicativo representa recursos em um sistema realaberto que podem ser usados em uma aplicacao.

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Modelagem do ambiente OSI

I Uso de modelos abstratos

I Cada sistema real e substituıdo funcionalmento por ummodelo abstrato no sistema aberto

I Somente aspectos de interconnexao sao incluıdos nos modelosabstrato

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Modelagem do ambiente OSI

I Modelagem e feita em dois passos:

1. Elementos basicos de sistemas abertos e decisoes chavesrelacionadas a organizacao e ao funcionamento sao definidos.Esta parte constitue o Modelo de Referencia Basico do OSI

2. Descricao detalhada e precisa do funcionamento do sistemaaberto e definida segundo o Modelo de Referencia Basico

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Elementos basicos do OSI

Figura: Aspectos considerados no Modelo de Referencia Basico OSI.Fonte: OSI (1994)

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Conteudo

Conteudo da especificacao do OSI

Definicoes

Arquitetura em camadas

Modelo de Referencia Basico – Parte 2: Arquitetura deSeguranca

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Arquitetura em camadas

I Conceitos: Clausula 5I Estabelece conceitos arquiteturais aplicados no

desenvolvimento do Modelo OSII Define o conceito de uma arquitetura em camadasI Apresenta entidades, pontos de acesso a servico, conexoes

e unidades de dadosI Descreve elementos de operacoes de camadas como conexoes,

transmissao de dados e funcoes de erro.I Apresenta aspectos de roteamento e gerenciamento

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Elementos basicos do Modelo de Referencia

I Sistemas abertos

I Entidades-aplicacoes que existem no ambiente OSI

I Associacoes que unem entidades-aplicacoes e permitem atroca de informacoes

I Meio fısico do OSI

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Princıpios de sistemas em camadas

I Cada sistema aberto e composto por um conjunto de(N)-subsistemas

Figura: Camadas em sistemas abertos em cooperacao.

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Relacionamentos entre camadas

I (N)-subsistemas do mesmo nıvel N formam a camada (N) doModelo OSI

I Existe apenas um (N)−subsistema em um sistema abertopara a camada N

I Um (N)-subsistema consiste de uma ou varias (N)-entidades

Figura: (N + 1)-Entidades na camada (N + 1) comunicam por meio da(N)-camada.

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I A comunicacao entre (N)-entidades e governada por(N)-protocolos

Figura: (N)-Protocolos entre (N)-entidades.

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Modos de comunicacao

I Comunicacao por conexao

I Conexao e uma associacao para transferencia de dados entreduas ou mais (N)-entidades-pares

I Tres fases

1. Estabelecimento da conexao2. Transferencia de dados3. Encerramento da conexao

I Para estabelecer uma conexao entre entidades ocorre umanegociacao de parametros e opcoes

I Em uma conexao, mantem-se uma sequencia

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Modos de comunicacao

I Comunicacao sem conexao

I Transmissao de apenas uma unidade de dados

I Nao ha duracao estabelecida

I Nao ha acordo pre-definido

I Nao ha qualidade garantida (sequencia ou entrega)

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Comunicacao com conexao vs. sem conexao

Funcao Com conexao Sem ConexaoEstabelecimento de dialogo Sim Nao

Suspensao Sim NaoContinuacao Sim Nao

Bloqueio Sim NaoSegmentacao Sim Sim

Sequenciamento Sim IndiretoReset Sim Nao

Roteamento Sim SimDeteccao de erros Sim Parcial

Qualidade de servico Sim Parcial

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Comunicacao entre entidades-pares: Definicoes

I Entidades-pares sao (N)-entidades da mesma (N)-camada.I (N)-associacao: relacao de cooperacao entre (N)-entidades.I (N)-conexao: uma conexao requisitada entre uma

(N + 1)-entidade para transferencia de dados entre duas oumais (N + 1)-entidades.

I (N)-relay: uma funcao por meio da qual uma (N)-entidaderedireciona dados recebidos entre (N)-entidades-pares

I Para transmitir informacao entre duas (N)-entidades enecessario estabelecer uma (N)-associacao entre elas na(N)-camada e com um (N)-protocolo.

Figura: Comunicacao por um relay (retransmissor).45/70

Figura: Entidades, pontos de acesso a servicos e identificadores

I (N)-entity-title (em portugues, nome de entidade) e a formade referenciar uma determinada entidade definida em umdiretorio

I (N)-connection-endpoint-identifier e o identificador do pontode conexao entre entidades em camadas subsequentes

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Um (N)-diretorio de entity-titles

(N)-title (N-1)-enderecoA 352B 237B 015C 015

I Existem tıtulos globais e tıtulos locais

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CEP = Connection Endpoint

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Figura: Relacionamentos entre unidades de dados

Controle Dados Combinado

(N)-(N)-entidades-pares

(N)-informacao decontrole do proto-colo

(N)-dados-usuario

(N)-unidades dedados do protocolo

I Protocol-control-information = PCI

I Protocol-data-unit = PDU

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Figura: Um exemplo de mapeamento entre unidades de dados emcamadas adjacentes.

I Cabecalho de uma camada: PCI - Protocol ControlInformation

I Dados recebidos: SDU - Service Data Unit

I PDU - Protocol Data Unit

I PDU = PCI + SDU

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Exemplo relacionamento entre unidades de dados

7. Aplicacao

6. Apresentacao

Encapsulamentode dados

Extracao dedados

I Quando mudar para camada (N − 1), e necessario encapsulardados da camada (N)

I Quando mudar para camada (N), e necessario extrair osdados da camada (N)

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7 Aplicacao

6 Apresentacao

5 Sessao

4 Transporte

3 Rede

2 Enlace

1 Fısica

D dados

PDU da camada 7 SDU da camada 7

7 D

6 7 D

5 6 7 D

4 5 6 7 D

3 4 5 6 7 D

2 3 4 5 6 7 D 2

1 2 3 4 5 6 7 D 2 1

Encapsulamento

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Figura: Fonte: livro Computer Networks, 5ed. Tanembaum.

Layer

Presentation

Application

Session

Transport

Network

Data link

Physical

7

6

5

4

3

2

1

Interface

Host A

Name of unit

exchanged

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

Packet

Frame

Bit

Presentation

Application

Session

Transport

Network

Data link

Physical

Host B

Network Network

Data link Data link

Physical Physical

Router Router

Internal subnet protocol

Application protocol

Presentation protocol

Transport protocol

Session protocol

Communication subnet boundary

Network layer host-router protocol

Data link layer host-router protocol

Physical layer host-router protocol

Figure 1-20. The OSI reference model.

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Link Ethernet802.11SONETDSL

IP ICMP

HTTP RTPSMTP DNS

TCP UDP

Internet

Transport

Layers

Application

5 Application

4 Transport

3 Network

2 Link

1 Physical

Figura: Figura adaptada do livro Computer Networks, 5ed. Tanembaum.

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Aspectos de gerenciamento

Funcoes de gerenciamentosao aplicaveis da ultimacamada para todas asoutras por meio de umainterface especial.

I informacao sobreconfiguracao da rede

I inicializacao edesligamento deequipamentos

I monitoramento

I diagnostico

I reconfiguracao56/70

Sistemas abertos com retransmissores em camadas baixas

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Crıtica do modelo OSI e seus protocolos

I Por um tempo acreditou-se que OSI seria a solucao para redesI Problemas surgiram

I Ciclo de pesquisa, definicao de padroes e industrializacaoI TCP/IP apareceu antes, durante pesquisaI Industria nao quis investir em dobro: OSI e TCP/IP

I Tecnologia OSI foram mal escolhidas/projetadasI Camadas de sessao e apresentacao pouco uteisI Difıcil implementar e complexo demaisI Repeticao de questoes como enderecamento, controle de erro

e fluxo

I Implementacoes iniciais de tecnologias OSI foram ruinsI Questoes polıticas

I Proximidade grande entre Unix e TCP/IPI OSI era visto como algo burocratico

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ISO7498: parte 2

I Cobre aspectos de seguranca de elementos arquiteturais deprotocolos de comunicacao

I Estabelecer controles de seguranca para proteger dadostrocados

I Custo de obter ou modificar dados de maneira nao autorizadadeve ser maior que as vantagens obtidas disso

I Fazer com que tempo para obter/modificar dados seja alta deforma a inviabilizar a atividade

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O que deve ser protegido

I Dados e informacoes

I Software e senhas (meta-dados)

I Servicos de comunicacao e processamento de dados

I Equipamentos e instalacoes

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Ameacas

I Destruicao de informacao e outros recursos

I Copia nao autorizada, remocao e alteracao de dados

I Publicacao nao autorizada de dados

I Interrupcao de servicos

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Tipos de ameacas

I IncidentaisI sem premeditacao: bugs, erros operacionais

I IntencionaisI MonitoracaoI Uso de brechas: ataques

I PassivasI Nao resultam em modificacoes dos dadosI Nao interferem no funcionamento do sistema

I AtivasI Alteram dadosI Interferem no funcionamento do sistema

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Tipos de ataques

I Masquerade: uma entidade finge ser outraI em geral para obter privilegiosI Spoofing: IP, ARP, GPS, E-mail

I Replay: parte de mensagem/comunicacao e repetidaI repeticao de parte da mensagem de comunicacao para fazer

masquerade

I Modificacao de mensagensI “permitir que Joao N, acesse banco de contas” para “permitir

que J. Sparrow acesso banco de contas”

I Negacao de servicosI Impossibilitar um entidade fornecer seus servicos

63/70

Tipos de ataques

I Ataques internosI Usuarios legıtimos realizam ataques

I Ataques externosI Monitoramento em meio fısico (wiretapping)I Interceptacao de comunicacaoI MasqueradeI Ataques a mecanismos de autenticacao

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Monitoramento

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Tipos de ataques

I TrapdoorI Uma entidade e modificada por um atacante para produzir

uma serie de efeitosI A validacao de senha e modificada para aceitar a autenticacao

do atacante

I Cavalo de Troia (Trojan)I Um sistema com funcoes adicionais nao autorizadas alem de

uma funcao autorizada

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Avaliacao de ameacas, riscos e contra-medidas

I Medidas de seguranca aumentam custo e complexidade de umsistema

I Avaliacao de ameacas e risco servem para identificar quaismedidas de seguranca sao necessarias

I identificar de vulnerabilidadesI avaliar a chance de ameacas explorarem essas vulnerabilidadesI avaliar as consequencias se cada ameaca se concretizadaI estimar o custo de execucao de cada ameacaI estimar o custo de contra-medidasI selecionar e implementar mecanismos de seguranca justificaveis

I Seguranca perfeita nao existe.

Objetivo da seguranca

“fazer o custo de um ataque alto o suficiente para reduzir o risco anıveis aceitaveis”

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Polıtica de seguranca

I Uma polıtica de seguranca define o que e e o que nao epermitido na operacao de um sistema.

I Polıtica de seguranca sao genericas e devem ser refinadas pararegras que devem ser aplicadas.

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Conclusoes

I ISO 7498-1 – Modelo BasicoI 7 camadas do modelo OSII Servicos, enderecos e funcionalidades

I ISO 7498-2 – Aspectos de Seguranca

I ISO 7498-3 – Nomes e enderecamento

I ISO 7498-4 – Arcabouco de gerenciamento

I Proximas aulasI Protocolos de comunicacaoI Aspectos de cada camada

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Referencias

I H. Zimmermann. OSI Reference Model – The ISO Model ofArchitecture for Open Systems Interconnection, IEEETransactions on Communications, 1980.

I Basic Reference Model – Part 2: Security Architecture –Aspectos de seguranca que sao elementos arquiteturais deprotocolos sao discutidos em ISO 7498-2:19893

I Basic Reference Model: Naming and addressing ISO/IEC7498-3:19974

I Basic Reference Model – Part 4: Management framework –ISO/IEC 7498-4:19895

3http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_

detail.htm?csnumber=142564http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_

detail.htm?csnumber=250225http://www.iso.org/iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_

detail.htm?csnumber=1425870/70