Redes de Computadores II - 1.Arquitetura TCP-IP

8/3/2019 Redes de Computadores II - 1.Arquitetura TCP-IP

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Arquitetura deProtocolos TCP/IP

Prof. Mauro Tapajs


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Protocolo IP

A tnica dos protocolos TCP/IP era compor um conjunto queviabilizasse uma rede que fosse robusta e automaticamentese recuperasse de falhas em ns ou links

Protocolo usado na Internet para unir todos os tiposheterogneos de redes que a compem

Esta opo permite a construo de redes de grande portecom pouco gerenciamento centralizado - interconexo

Pacotes e datagramas possuem o mesmo sentido no mbitodo IP. uma rede best-effort (melhor esforo): podemocorrer atrasos, pacotes fora de ordem, danificao e perdade pacotes. Camadas de protocolos superiores devem tratar

destes problemas


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Protocolo IP

Os roteadores encaminham pacotes da origem aodestino dentro da rede toda (global) e no s dentroda tecnologia de rede

Entrega de pacotes de tamanhos variados de umhost para outro, mesmo se estiverem em redesdiferentes

Realiza fragmentao e remontagem, define

formato dos pacotes e algoritmos deencaminhamento de pacotes

Existe uma tendncia a se rodar tudo sobre IP

IMPs numa rede IP so roteadores e operam em

modo datagrama (sem conexo)


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Operao a Nvel deCamada de Rede IP


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MTU - Maximum TransmissionUnit

Cada tecnologia de rede que implementa a subrede possui oseu prprio MTUEthernet: 1518 bytes

FDDI: 4500 bytesToken Ring: 2 to 4 kB

Cada subrede tem um tamanho mximo de datagrama IP

(cabealho + payload) = MTU

O DRede 1

MTU=1500

Rede 2

MTU=1000R


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Protocolo IP

Prev um esquema de endereamento hierrquico

Executa procedimentos de fragmentao eremontagem

Define um algoritmo de encaminhamento depacotes

uma rede best-effort (melhor esforo): podem

ocorrer atrasos, pacotes fora de ordem, danificao eperda de pacotes. Camadas de protocolos devemtratar destes problemas

Cabe ao protocolo IP definir um nvel de

encaminhamento rpido e flexvel de pacotes


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Arquitetura TCP/IP


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Exemplos de Aplicaes na

InternetCorreio Eletrnico

Terminal Remoto

Transferncia de Arquivos

Newsgroups

Compartilhamento de Arquivos

Distribuio de Recursos

WWW - World Wide Web

Vdeo-conferncia

Jogos online


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Exemplo Rede IP


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Camadas Envolvidas


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Rede IP:

Exemplo


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Rede IP: Exemplo

Protocolo IP interconectando redes de tecnologiasEthernet, FDDI e PPP


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Endereos IP

nicos para toda a redeSe uma mquina muda de rede dentro da rede TCP/IP,normalmente ela deve alterar seu endereo IPMquinas com vrias interfaces de rede deve ter umendereo IP para cada interface


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Tipos de Endereos IP


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Aspectos de Endereos IP

Endereos normalmente reservados

Endereos da rede em questo Endereos com os bits daparte HOST iguais a zero

Endereos de broadcast na rede em questo Endereos

com os bits da parte HOST iguais a um

Nem todos os endereos possveis foram atribudos aclasses

Endereos classe A 127.*.*.* so chamados de loopbacke

so reservados para:Teste de aspectos do TCP/IP

Comunicao inter-processo na mesma mquina

Pacotes com endereos de loopbackcomo os acima no

devem ser encontrados numa rede


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Endereos IP reservadosUtilizados para fins especiais


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Como Obter Endereos IP?

Se for prevista conexo com a Internet, deve-se usarendereos vlidos

O rgo responsvel em atribuir endereos IP vlidos,

domnios e parmetros de protocolos para as vriasorganizaes o ICANN (Internet Corporation for

Assigned Names and Numbers)

Estes servios eram prestados anteriormente pela

IANA (Internet Assigned Numbers Authority)No Brasil, organizao responsvel pela atribuio deendereos Internet vlidos a FAPESP em So Paulo(tambm responsvel em atribuir domnios, AS, etc)

registro.br


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Subredes

Endereamento baseado em classes no eficientepor que grande a demanda de endereos de rede

classe B

Pode-se utilizar sub-divises das classes B e C paraorganizar subredes dentro de uma regio de rede

atendida pelo endereamento B ou C

Cria um segundo nvel de hierarquia de forma que umamscara de subrede indique que parte dos bits doendereo representam a subrede


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SubredesRoteadores utilizam a mscara de subrede paraindicar destinos possvel nas suas tabelas deroteamento

Criam hierarquias de 3 nveis

Podem ser criadas sem necessidade de se notificar oNIC (autoridade que designa endereos para aInternet)

Subdivide uma rede de forma particular e controladapelo dono da rede

Rede Host

O limite se torna flexvel e definido pela mscara de subrede


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Subredes: Exemplo

Nesta rede classe B, 6 bits do terceiro byte so

reservados endereamento de subredes


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Subredes

(exemplo)


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Broadcasting

Utiliza endereos com bits todos 1s emdeterminadas partes

Endereos broadcast:

Limited - 255.255.255.255

Net-direct netid.255.255 (exemplo: classe B)

Subnet-direct netid.subnetid.255 (exemplo de rede

classe B com 8 bits alocados para subredes)

S faz sentido se usado por protocolo que

permita broadcasting (UDP, ARP, DHCP, etc)

Deve ser usado com cuidado sobrecarrega a

rede


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ARP

(Address Resolution Protocol)Como saber para que equipamento mandar se somente temos umendereo IP global?

TCP/IP suporta qualquer tecnologia de rede com quaisquer

endereos de camada 2

Endereos fsicos podem ser fixos (Ethernet) ou configurveis

O ARP mapeia endereos de rede IP em endereos de camada de

enlace (fsicos) - IP ->MAC

Baseado em broadcasts em nvel de enlace

Usado para se saber qual endereo MAC est usando um IP

Entradas no cache so temporizadas

Proxy ARP (configurvel) -> roteadores


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ARP


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ARPEncapsulado diretamente no quadro

Cache de resoluo de endereos mantido emcada host

Broadcast:Inclui endereos IP e Fsico do host origem

Hosts receptores atualizam seu cache

Header

ARP

DataQuadro


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RARP(Reverse Address Resolution

Protocol)

Permite que um determinado endereo MAC saiba seuIP (MAC ->IP)

Utilizado principalmente por hosts diskless

feito via um broadcastde nvel de enlace na rede(endereo MAC composto somente por 1s)

Necessidade de haver um servidor RARP em cada rede

Formato de quadro igual ao ARP

A evoluo do RARP como protocolo de boot demquinas sem IP foram o BOOTP (Bootstrap Protocol) e

o DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)


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ICMP(Internet Control Message

Protocol)IP sozinho no prov servios para detectar falhas eefetuar testes

Permite comunicao de controle e sinalizao de erros

entre software IP de roteadores e hostsAlerta de eventos na rede e monitoramentos

Destino das mensagens ICMP -> IP software (e no uma

aplicao)

Todas as implementaes IP devem tambm implementarICMPAlgumas funes:

Anncio de erros de redeAnncio problemas de congestionamentoAuxlio no diagnstico de problemas

Informe de timeouts


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ICMP Tipos de Mensagens


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ICMP

Encapsulado pelo IP mas ainda parte da camadade redeO cabealho ICMP composto de:

Tipo (8 bits) : tipo da mensagemCdigo (8 bits) : parmetros especficosChecksum (16 bits) : check da mensagem ICMP todaParmetros (32 bits) : parmetros especficos

DataHeaderQuadro

DataHeaderDatagrama

DataHeaderICMP


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Valores ICMP


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Formatos de Mensagens ICMP


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Alguns Usos Especficos do ICMP

Mensagens de Echo request/reply(comando ping)

Usada para testar se um host est vivo

Usado para se saber os hosts num segmento

Podem calcular o tempo de envio e recebimento daresposta

Pedidos de mscara de endereo

Aviso de destino inalcanvel na rede

Endereo invlido para o equipamento

Aviso de Timeout TTL de pacotes

Muitos saltos no pacote o expiraram no seu percurso aodestino (no usado em pacotes multicast!)

Utilitrio traceroute


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Ping ICMP

R1 R2 R3A B

Tim

e

Echo request

Echo reply


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traceroute

O comando traceroute grava as rotas tomadas pelospacotes

Quando um pacote chega num roteador e seu campo

TTL chega a zero, enviada uma mensagem ICMP detime exceeded

Incrementando o campo TTL ele consegue recebermensagens time exceededde forma a registrar e

mapear o caminho sendo dado pela rede paradeterminado endereo de destino

Continua at chegar no destino ou uma mensagem deerro ocorrer


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traceroute

R1 R2 R3A B

TTL=1, Dest = B,

port = invalid

TTL=2, Dest = B

TTL=3, Dest = B

TTL=4, Dest = B

Te (R1)

Te (R2)

Te (R3)

Pu (B)

Tim

e

Te = Time exceededPu = Port unreachable


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O que o IP no faz?Criao de circuitos lgicos (seu servio sem conexo datagrama)

Comunicao confivel fim-a-fim e controle de fluxo fim-a-

fim (protocolos de nvel superior TCP ou protocolos de

aplicao)Deteco de erros nos payloaddos pacotes (TCP, UDP ou

outros)

Sinalizao de erros e alteraes (ICMP)

Montagem de tabelas de roteamento (RIP, OSPF, BGP)Resoluo e mapeamento de endereos e nomes (ARP,

RARP, DNS)

Configurao automtica de endereos (BOOTP, DHCP)

Suporte grupos e roteamento multicast(IGMP, MBONE)


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Alguns Protocolos de Suporte

ao IPARP (Address Resolution Protocol)

RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

ICMP (Internet Control Message Protocol)

IGMP (Internet Group Management Protocol)

RSVP (Resource Reservation Protocol)

RIP (Routing Information Protocol)OSPF (Open Shortest Path First)

BGP (Border Gateway Protocol)

EGP (Exterior Gateway Protocol)


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Alguns protocolos da Sute TCP/IP


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Protocolos de Transporte

TCP/IPComunicao fim-a-fim numa rede

interconectada

No conjunto de protocolos TCP/IP temos a oferta

de servio orientado a conexo e confivel

(protocolo TCP) e servio no-orientado a

conexo baseado em datagrama (protocolo UDP)


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TCP/IP


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TCP/IP


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Protocolo TCP

Baseado na transferncia de sequncias de bytes entrebuffers de transmisso e recepo

Bem projetado: no mudou muito desde sua apario nosanos 60

Suporta aplicaes bsicas como TELNET, FTP e correioeletrnico

Especifica o formato dos dados e confirmaes usadas natransferncia daqueles, garantindo a correta entrega dosdados de clientes a servidores e vice-versa

Implementa suporte para deteco de erros e disparo deretransmisses quando necessrio

Permite que mltiplas aplicaes num sistema possam secomunicar concorrentemente tratando a operao

multiplexada


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Encapsulamento do ProtocoloTCP


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Conexes TCP

Baseado no conceito de sockets (endpoints)

Um socket em TCP identificado por uma porta e oendereo IP da mquina

Um mesmo socket pode suportar vrias conexes aomesmo tempo

No suporta multicasting e broadcasting (sempre ponto-a-ponto e full-duplex)

Cada conexo identificada pelos nmeros dos socketsnas duas pontas

Sockets tambm o nome de uma biblioteca desubrotinas que prov acesso s facilidades TCP/IP


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Protocolo TCP

Uso de segmentos (cabealho TCP mais um ou maisbytes de dados a serem transmitidos)

Numera individualmente os bytes sendo transmitidos

para controle de fluxo

Utiliza um esquema de janela deslizante para confirmara informao recebida

Caso um segmento seja maior que 65495 bytes (limitedo pacote IP=64k) ou maior que o MTU da rede, eledeve ser fragmentado pelo roteador (podendo gerarproblemas de confirmao e remontagem na recepo)


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Software TCP


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Algumas Portas Conhecidas(Well-Known)


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Multiplexao TCP

Vrias aplicaes rodam nos hosts ao mesmo tempo. Adefinio de que aplicao se comunicar com qualaplicao de outra mquina descrita pelo endereo deaplicao (porta) definida a nvel de transporte


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Protocolo UDP (User

Datagram Protocol)

Descrito na RFC 768 com posteriores evolues

Oferece s aplicaes a capacidade de enviar pacotes

IP encapsulados por um protocolo de transporte sem

conexo

Basicamente oferece a capacidade de endereamento

de aplicao em portas ao protocolo IP


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Protocolo UDP

Utilizado quando:

necessrio o envio de mensagens de multicastoubroadcast

O overheadgerado por procedimentos de conexo injustificado ou no tolerado pela aplicao em uso

Aplicaes de amostragem de dados (Ex.: sensores)

Servios request-response (a aplicao toma aresponsabilidade de verificar mensagens que nochegam)

Aplicaes de tempo-real onde temporizao o

mais importante


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Arquitetura TCP/IP


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Algumas Aplicaes e Servios

TCP/IPDomain Name System - DNS: resolve nomes em endereosIP

File Transfer Protocol - FTP: envio de arquivos entresistemas

Terminal Emulation Protocol Telnet: cria terminaisremotos

Simple Mail Transfer Protocol - SMTP: envio de mensagensde correio eletrnico

Simple Network Management Protocol - SNMP: protocolopara gerenciamento de redes

Hypertext Transfer Protocol - HTTP: troca de informaesem formato hipertexto

Network File System - NFS: sistemas de arquivos remotos


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Arquitetura TCP/IP


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BOOTP (Bootstrap Protocol)

um protocolo que permite que um hostobtenha seuendereo IP dinamicamente

Permite que o administrador da rede tenha o controlesobre os endereos

Mais eficiente que o RARP por que uma nicamensagem do protocolo define vrias opes como oendereo do host, a mscara de subrede e o endereodo gatewaypadro, ...

O servidor deve ter a informao a ser passadapreviamente configurada (no dinmico)

Trabalha na camada de aplicao usando servios dacamada UDP, logo um protocolo de APLICAO


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DHCP (Dynamic Host

Configuration Protocol)

Permite que um dispositivo conectado rede saibaautomaticamente sua configurao de rede,incluindo seu endereo IP

um superconjunto do BOOTP agregando maisfuncionalidades e parmetrosLogo, pode utilizar relays BOOTP de roteadoresUtiliza o mesmo formato de mensagem do BOOTP

Procedimento diferente de inicializao do host(discovery)Oferecepools de endereos IP e a oferta de leasedIPsOferece ainda a possibilidade de se reservardeterminados IPs para servidores e roteadores


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Servio usado para mapear nomes usados poraplicaes em endereos IP de 32 bits

Endereos IP no so prticos de se usar

um sistema distribudo onde montada uma rvorehierrquica de nomes

Domain Name Service (DNS)


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WWW - World Wide Web

Conceito proposto por Tim Berners-Lee in 1989

Idia: compartilhamento de informaes atravs deum sistema hiper-texto distribudo

O sistema composto de navegadores (browsers)clientes de servidores WWW que contm a informaoa ser coletada

Prottico desenvolvido em 1991

O primeiro browser grfico (Mosaic) desenvolvido porMark Andreessen

Utilizam um protocolos de nvel de aplicao chamadoHTTP (Hyper Text Transfer Protocol) para receberarquivos com contedo de informao


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Protocolo de aplicao leve e rpido para transportede informao em formato hipertexto

Implementa um conjunto de mtodos para serem

usados em requestsPode ser usado como protocolo gerrico paracomunicao entre user agents e gateways paraoutros protocolos

Mensagens so passadas em formato texto atravs deum esquema request/response entre cliente eservidor

URL Uniform Resource Locator identifica uma

pgina/programa

HTTP Hyper Text Transfer

Protocol


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HTTP Hyper Text Transfer

Protocol


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SMTP Simple Mail Transport Protocol

Usado para o envio de correio eletrnica pela Internet

Define com um programa que envia mensagens de

correio e um que recebe devem interagirPOP Post Office Protocol usado para receber asmensagens de correio eletrnico

Correio Eletrnico


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Intranets

Redes proprietrias de organizaes queutilizam tecnologia TCP/IP para disponibilizaraplicaes e contedo para usurios internos

Muito usadas em ambientes corporativos(grande sucesso)

O contedo somente acessvel para usurios

internosPodem ser implementadas numa grandevariedade de plataformas


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ExtranetsEstende o conceito de intranet oferecendo informao eservios para um nmero controlado de usurios externos corporao (fabricantes, clientes, etc)

Permite a troca eficaz e segura de informao entrecompanhias

Ambas se aproveitam de todas as facilidades do mundoTCP/IP

Mtodos usados para acesso:Acesso discado

Acesso pela Internet com seguranaVPN (Virtual private network)

Acesso pela Internet a um servidor que replica o contedoextranet disponibilizado

Acesso pela Internet a um servidor que realiza queries em

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