Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP

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Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP

• Instrumentação Eletrônica - TE460
• Prof. Eduardo Parente Ribeiro

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Classificação - Distância
Outros CAN (Control Area Network)
3
Classificação - Topologia
anel
barramento
estrela
malha
4
Protocolos

• Regras para a comunicação

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Modelo em Camadas (layers)

• Hierarquia de protocolos
• Reduzir complexidade
• Independencia entre as camadas (encapsulamento)
• Comunicação vertical x horizontal (peers)
• Conjunto pilha (stack)

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Exemplo dos 2 filósofos
7
Modelo OSI - 7 camadas
8
TCP/IP x OSI
Modelo OSI
9
Camada 1 - Física

• Transmitir dados, definindo as especificações
  elétricas sobre o meio físico
• Meios físicos Cobre, Fibra ótica, ar.
• Tipos de Cabos UTP (unshielded twisted pair),
  STP (shielded twisted pair), coaxial (thin,
  thick), Fibra ótica (monomodo, multimodo)
• Equipamentos Repetidores, Hubs.

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Camada 2 - Enlace

• Acesso ao meio.
• Notificação/correção de erros,
• Controle de fluxo.
• Delimitação por quadro.
• Endereço físico.
• Equipamentos Placas de Rede (NICs), Pontes,
  Switches.

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OSI x IEEE
Ethernet
Token Ring
Token Bus
DQDB
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Controle de Acesso ao Meio (MAC)

• Necessário em Redes de Difusão
• Alocação estática
• TDMA, FDMA, CDMA, WDMA
• Alocação dinâmica
• CSMA/CD, ALOHA, MACA, Token Passing...

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Formato do Quadro
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Pontes (Bridges)

• Dispositivo que conecta duas redes locais
• Opera na camada 2 e só retransmite o tráfego
  apropriado a cada segmento.
• Estática x Dinâmica (transparente)

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Switches

• Segmenta a LAN em pequenas VLANs para melhorar
  desempenho e segurança
• Modos de Operação
• Store and Forward Recebe todo o pacote antes de
  transmitir
• Fast Forward Pacote transmitido logo que é
  identificado
• Fragment Free recebe pelo menos 512 bits para
  transmitir
• Inteligent operação de acordo com a quantidade
  de erros
• Controle de Fluxo (IEEE 802.3x) mecanismo de
  controle de congestinamento
• Trafego com Prioridade (IEEE 802.1p)
• LAN Virtual (IEEE 802.1Q)
• Fabricantes 3com, Cisco, Extreme, Cabletron,
  Foundry, Lucent, Ericsson, Newbridge, Nortel

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Switch
17
Caminho dedicado
18
Topologia
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Camada 3 - Rede

• Permite a interligação de redes
• Encaminha o pacote ao destino (melhor rota ou
  caminho alternativo)
• Endereço lógico
• Equipamentos Roteadores.

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Camada 4 - Transporte

• Responsável pela troca de dados fim a fim de modo
  confiável.
• Sequenciação
• Controle de Fluxo
• Correção de Erro
• Multiplexação

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Camada 5 - Sessão

• Organiza e sincroniza os diálogos
• Pontos de sincronização/verificação
• Exemplos de protocolos NFS, RPC, SQL, X

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Camada 6 - Apresentação

• Permite a comunicação entre os aplicativos em
  diversos sistemas de computador, de uma forma
  transparente.
• Formato de representação (ASCII, EBCDIC JPG,
  TIF)
• Compactação
• Criptografia

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Camada 7 - Aplicação

• Aplicação propriamente dita
• Correio Eletrônico
• Web
• Telnet/FTP
• DNS (domain name system)

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O Protocolo IP
Voz ? Telefone ? Circuito Físico ou
virtual Dados ? Telegrama ? Datagrama
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Característica

• Entrega sem conexão (conectioless Delivery)
• Entrega Não Confiável(Non reliable delivery)
• Entrega com melhor esforço(Best Effort Delivery)

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IP visto da camada de Transporte

• Independência e Isolamento da tecnologia da
  subrede, numeração, topologia
• Endereçamento uniforme

27
Encapsulamento dos Dados
28
Endereçamento

• 32 bits 4 bytes

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Composição do Endereço IP
ENDEREÇO IP COMPLETO
NETID
HOST ID
Endereço da Rede
Endereço da Máquina
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Analogia
Endereço de Host
Endereço de rede
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Classes
0 1 2 3 4 8 16
24 32
0
Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E
1 0
1 1 0
1 1 1 0
1 1 1 1 0
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Endereços Especiais
Broadcast limitado
11111111.11111111.11111111.11111111
Broadcast limitado
00000000. 00000000. 00000000. 00000000
Broadcast direto na rede
NETID
HOST ID Tudo em um
Endereço da rede dada por NETID
NETID
HOST ID Tudo em zero
Emitente na mesma rede
HOST ID
Interface para loopback
127.X.X.X (por ex. 127.0.0.1)
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As Classes e os Endereços IP possíveis
Endereços válidos
Classe
Amplitude
27 - 2 redes com 224 - 2 hosts/rede
1.0.0.1 a 126.255.255.254
A
214 redes com 216 - 2 hosts/rede
128.0.0.1 a 191.255.255.254
B
221 redes com 28 - 2 hosts/rede
192.0.0.1 a 223.255.255.254
C
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Sub-redes

• É conveniente dividir uma rede em sub-redes para
  minimizar os problemas de trafego, colisão, de
  segurança e disponibilidade

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Máscara de Sub-Rede
Endereço IP
HOST ID
NETID
Endereço do Host
Endereço da Rede
NETID
HOST ID
SUBNET
Endereço da Sub-rede
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Máscara de Sub-rede
Rede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede
255.255.255.224
11001000.00010010.10110010. 11001000.00010010.1011
0010. 11001000.00010010.10110010. 11001000.0001001
0.10110010. 11001000.00010010.10110010. 11001000.0
0010010.10110010. 11001000.00010010.10110010. 1100
1000.00010010.10110010.
00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000 00000
000 001 010 011 100 101 110 111
Endereços Possíveis de Sub-Redes
Variamos os 3 bits emprestados de HOSTID
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Máscara de Sub-rede
Rede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede
255.255.255.224
Endereços possíveis de Hosts por sub-rede
Endereços de Sub-Redes
Endereços possíveis de Hosts em cada sub-rede
200.18.178.0 200.18.178.32 200.18.178.64 200.18.17
8.96 200.18.178.128 200.18.178.160 200.18.178.192
200.18.178.224
de 200.18.178.1 até 200.18.178.30 de
200.18.178.33 até 200.18.178.62 de 200.18.178.65
até 200.18.178.94 de 200.18.178.97 até
200.18.178.126 de 200.18.178.129 até
200.18.178.158 de 200.18.178.161 até
200.18.178.190 de 200.18.178.193 até
200.18.178.222 de 200.18.178.225 até
200.18.178.254
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CIDR(Classless Interdomain Routing)

• Amenizar o problema de esgotamento dos endereços
  IP
• Conceito de Supernet
• RFC 1519 - Partição em 4 zonas194.0.0.0 a
  195.255.255.255 Europa198.0.0.0 a
  199.255.255.255 América do Norte200.0.0.0 a
  201.255.255.255 América do Sul e
  Central202.0.0.0 a 203.255.255.255 Asia e
  Pacífico

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Endereços Privados
RFC 1918, "Address Allocation for Private
Internets", fevereiro de 1996.
10.0.0.0 - 10.255.255.255 (prefixo 10/8)
172.16.0.0 - 172.31.255.255 (prefixo
172.16/12) 192.168.0.0 -
192.168.255.255 (prefixo 192.168/16)
40
O endereço Lógico

• o endereço IP é o endereço lógico de uma rede
  TCP/IP
• ele é programado na máquina, quando esta é ligada
  em rede.
• O endereço IP depende do local dentro da rede
  onde a máquina está instalada (segmento da rede
  ao qual ele pertence)
• existe uma tabela que relaciona o endereço IP com
  o endereço MAC

41
O endereço Físico

• Numa rede Ethernet o endereço usado pela camada
  de enlace (endereço físico) chama-se Endereço MAC
  (Media Access Control) e vem gravado no Hardware
  do dispositivo de rede
• é um endereço de 48 bits representado em notação
  hexadecimal pontuada.
• Exemplo 0800200A8C6D
• são atribuídos pelo IEEE e não se repetem nunca
• os três primeiros bytes correspondem ao código do
  fabricante

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Endereço em cada camada
APLICAÇÃO
Dados
TRANSPORTE
Dados
Endereço lógico
ROTEAMENTO
Dados
Endereço físico
ENLACE
Dados
HARDWARE
Dados codificados
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Mensagem TCP/IP no Nível de Enlace em uma Rede
Ethernet
IP 10.0.69.16
MAC 080020005741
Tipo de Protocolo
Dados
IP
080020009621
10.0.69.15
10.0.69.16
0800200057.41
MAC Destino
IP destino
IP origem
CRC
MAC Origem
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Resolução de Endereços ARP - Address Resolution
Protocol

• em cada máquina existe uma tabela que possui a
  relação entre o endereço MAC e o Endereço IP
  correspondente (Tabela ARP)
• Quando um endereço IP não se encontra na tabela,
  a máquina manda um broadcast para saber quem tem
  aquele endereço IP
• Comando para listar a tabela arp -a

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O Datagrama IP
0 4 8
16 24 31
Versão
Tamanho Total (octetos)
Hlen
Tipo de Serviço
Identificação
Flags
Deslocamento do fragmento
TTL - Time to live.
Protocolo
Checksum do cabeçalho
Endereço IP ORIGEM
Endereço IP DESTINO
Opções IP (se alguma)
Dados ...
46
Roteamento dos Pacotes
200.17.100.3
200.17.100.1
200.17.150.4
Como mandar este pacote para 200.17.150.4 ?
47
Roteamento na camada IP
APLICAÇÃO
APLICAÇÃO
TCP
TRANSPORTE
TRANSPORTE
IP
ROTEAMENTO
ROTEAMENTO
ROTEAMENTO
ENLACE
ENLACE
ENLACE
HARDWARE
HARDWARE
HARDWARE
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Tipos de Roteamento

• Estático - A tabela de roteamento é configurada
  de forma manual pelo operador
• Dinâmico - A tabela é dinâmicamente configurada,
  com informações trocadas entre os Roteadores

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Comparação

• Estático - mais simples, suficiente para a
  maioria dos casos, porem se a tabela de rotas é
  muito complexa torna-se de dificil manutenção

• Dinâmico - mais complexo, indicado para
  roteadores fazendo a interconexão de diversas
  redes

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O Protocolo TCP

• TCP Transmission Control Protocol
• Serviço de transporte oferecido à camada de
  aplicação
• Com conexão, entrega confiável, bidirecional

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TCP

• Confirmação positiva
• Retransmissão de pacotes com erro
• Ordenação dos pacotes

Transmissor
Receptor
Envia pacote 1
Recebe pacote 1 Envia confirmação 1
Recebe confirmação 1 Envia pacote 2
Recebe pacote 2 Envia confirmação 2
Recebe pacote 2
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Janela Deslizante
Transmissor
Receptor
Envia pacote 1
Recebe pacote 1 Envia confirmação 1
Envia pacote 2
Envia pacote 3
Recebe pacote 2 Envia confirmação 2
Recebe confirmação 1
Recebe pacote 3 Envia confirmação 3
Recebe confirmação 2
O tamanho variável permite um aproveitamento
melhor da banda e ao mesmo tempo é responsável
pelo controle de fluxo
Recebe confirmação 3
1 2 3 4 5 6 7 8
9 10
53
Início da conexão

• Sincronização entre as duas pontas para o início
  da troca de dados
• Acordo em 3 etapas (3-way hand-shake)
• Evita que pacotes duplicados antigos provoquem
  uma falsa conexão.

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Acordo em 3 etapas
Envia SYN, seq123
Recebe SYN Envia SYN, seq456, ACK 124
Recebe SYNACK Envia seq124, ACK 457
Recebe ACK, Conexão extabelecida
Dados já podem vir neste pacote, porem só são
processados após estabelecida a conexão
55
Fechamento da conexão

• 3 etapas modificado
• Fechamento da comunicação bidirecional

56
Fechamento TCP
Envia FIN, seq567
Recebe FIN Envia ACK 568
Recebe ACK
(aplicação fecha a conexão) Envia FIN seq789,
ACK 568
Recebe FINACK Envia ACK 569
Recebe ACK
57
Demultiplexação
Porta 1
Porta 2
Porta 3
Porta 4
TCP Demultiplexação baseada na porta
Chega um segmento TCP
Camada IP
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Demultiplexação (na camada IP)
TCP
UDP
ICMP
IGMP
IP Demultiplexação baseada no protocolo
Chega um datagrama IP
Camada de Enlace
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Demultiplexação(na camada de Enlace)
IP
ARP
RARP
Enlace Demultiplexação baseada no tipo de quadro
Chega um Quadro
Camada Física
60
Portas TCP
61
Segmento TCP
0 4 10
16 24 31
Porta origem
Porta Destino
Número da sequência
Número de confirmação
Tam. Cab.
Reservado
Código
Janela
Checksum
Ponteiro Urgente
Opções
Dados ...
62
Código
URG urgente ACK Confirmação PSH Empurra RST Reseta
SYN Início, sincronismo FIN Finaliza
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Ponto de Conexão

• A conexão é identificada por um par de pontos
  terminais (endpoints)
• Cada ponto de conexão é definido por um par
  (endereço IP, porta)
• Por exemplo, uma conexão é unicamente
  identificada por (200.28.20.1, 1038),
  (200.35.39.3, 23)

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Interface Soquete

• É a forma de comunicação com a aplicação
  fornecida pelo sistema operacional
• Ex. socket (unix), Winsock (windows)
• Prove uma abstração semelhante a utilização de
  arquivos ex. open(), read(), write(), close(),
  com controles adicionais

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O Protocolo UDP

• User Datagram Protocol
• Entrega de Dados não confiável
• Sem Conexão
• Ex. de aplicações Streaming Audio, DNS, NFS, TFTP

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Datagrama UDP
0 4 10
16 24 31
Porta origem
Porta Destino
Tamanho da mensagem
Checksum
Dados ...
67
Padronizações IETF

• RFCs - Request for Coments
• Drafts
• FYI - For your Informationhttp//www.ietf.orght
  tp//www.ietf.rnp.br

68
Recomendações Internacionais

• ITU - International Telecomunications Union
• ITU-R (Radiocomunications)
• ITU-T (Telecomunications) (CCITT até 93)
• ITU-D (Development)

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Padronizações Internacionais

• ISO - International Standards Organizationmembros
  (ANSI, BSI, DIN, ABNT, ...)
• IEEE - Institute of Electrical and Eletronics
  Engineering
• Internet Society, IAB (Internet Advisory Board),
  IETF (Internet Engineering Task Force), IRTF
  (Internet Research Task Force)