redes de computadores ii - 1.arquitetura tcp-ip
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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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Protocolos de Transporte
TCP/IP
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Protocolos de Transporte
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