Classificação - Distância - Engenharia Eletrica

Computadores (e equipamentos)
em Rede TCP/IP
Instrumentação Eletrônica - TE460
Prof. Eduardo Parente Ribeiro
Classificação - Distância
Distância
1m
10 m
100 m
1 Km
10 Km
100 Km
1.000 Km
10.000 Km
Ambiente
Sistema
Sala
Prédio
Campus
Cidade
País
Continente
Planeta
Exemplo
Multiprocessador
LAN (Rede Local)
LAN (Rede Local)
LAN (Rede Local)
MAN (Rede Metropolitana)
WAN (Rede geograficamente distribuída)
WAN (Rede geograficamente distribuída)
Internet (Rede mundial)
Outros: CAN (Control Area Network)
Classificação - Topologia
anel
barramento
estrela
malha
Protocolos
• Regras para a comunicação
Modelo em Camadas (layers)
• Hierarquia de protocolos
• Reduzir complexidade
• Independencia entre as camadas
(encapsulamento)
• Comunicação vertical x horizontal (peers)
• Conjunto = pilha (stack)
Exemplo dos 2 filósofos
Modelo OSI - 7 camadas
TCP/IP x OSI
Modelo OSI
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.
Camada 2 - Enlace
•
•
•
•
•
•
Acesso ao meio.
Notificação/correção de erros,
Controle de fluxo.
Delimitação por quadro.
Endereço físico.
Equipamentos: Placas de Rede (NIC’s), Pontes,
Switches.
OSI x IEEE
Ethernet
Token Bus
Token Ring
DQDB
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...
Formato do Quadro
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)
Switches
• Segmenta a LAN em pequenas VLAN’s 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
Switch
Caminho dedicado
Topologia
FÍSICA
ELÉTRICA
Coaxial
barramento barramento
Hub
estrela
barramento
Switch
estrela
estrela
Token ring
estrela/anel anel
Token bus
estrela/
barramento
barramento
Camada 3 - Rede
• Permite a interligação de redes
• Encaminha o pacote ao destino (melhor rota
ou caminho alternativo)
• Endereço lógico
• Equipamentos: Roteadores.
Camada 4 - Transporte
• Responsável pela troca de dados fim a fim
de modo confiável.
• Sequenciação
• Controle de Fluxo
• Correção de Erro
• Multiplexação
Camada 5 - Sessão
• Organiza e sincroniza os diálogos
• Pontos de sincronização/verificação
• Exemplos de protocolos: NFS, RPC, SQL, X
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
Camada 7 - Aplicação
•
•
•
•
•
Aplicação propriamente dita
Correio Eletrônico
Web
Telnet/FTP
DNS (domain name system)
O Protocolo IP
Voz
 Telefone
 Circuito Físico ou virtual
Dados  Telegrama  Datagrama
Característica
• Entrega sem conexão
(conectioless Delivery)
• Entrega Não Confiável
(Non reliable delivery)
• Entrega com melhor esforço
(Best Effort Delivery)
IP visto da camada de Transporte
• Independência e Isolamento da tecnologia
da subrede, numeração, topologia
• Endereçamento uniforme
Encapsulamento dos Dados
APLICAÇÃO
TRANSPORTE
Dados de Aplicação
Segmentos TCP ou
Dados
Dados
Datagramas UDP
ROTEAMENTO
ENLACE
Datagramas IP
Quadros (frames)
Dados
Dados
Pacote de dados
HARDWARE
Bits
Dados codificados
Endereçamento
• 32 bits = 4 bytes
Host
10.0.69.15
Host
10.0.69.16
Host
10.0.69.17
quatro campos sequenciais de
números decimais inteiros
separados por pontos (.)
Host
10.0.69.18
Composição do Endereço IP
ENDEREÇO IP COMPLETO
NETID
Endereço da Rede
HOST ID
Endereço da Máquina
Analogia
Endereço
de Host
78
82
94
Rua Tupinambás
98
Endereço
de rede
Classes
01234
Classe A 0
Classe B 1 0
Classe C 1 1 0
Classe D 1 1 1 0
Classe E 1 1 1 1 0
8
16
24
32
Endereços Especiais
11111111.11111111.11111111.11111111
00000000. 00000000. 00000000. 00000000
Broadcast limitado
Broadcast limitado
NETID
HOST ID = Tudo em “um”
Broadcast direto
na rede
NETID
HOST ID = Tudo em “zero”
Endereço da rede
dada por NETID
NETID = Tudo em “zero”
HOST ID
127.X.X.X (por ex.: 127.0.0.1)
Emitente na mesma
rede
Interface para
loopback
As Classes e os Endereços IP possíveis
Classe
Endereços
válidos
Amplitude
A
1.0.0.1 a
126.255.255.254
27 - 2 redes com
224 - 2 hosts/rede
B
128.0.0.1 a
191.255.255.254
214 redes com
216 - 2 hosts/rede
C
192.0.0.1 a
223.255.255.254
221 redes com
28 - 2 hosts/rede
Sub-redes
•É conveniente dividir uma rede em sub-redes
para minimizar os problemas de trafego,
colisão, de segurança e disponibilidade
Máscara de Sub-Rede
Endereço IP
HOST ID
NETID
Endereço
do Host
Endereço da Rede
NETID
SUBNET
Endereço da Sub-rede
HOST ID
Máscara de Sub-rede
Rede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede 255.255.255.224
Endereços
Possíveis
de
Sub-Redes
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
11001000.00010010.10110010.
000
001
010
011
100
101
110
111
Variamos os 3 bits emprestados de HOSTID
00000
00000
00000
00000
00000
00000
00000
00000
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
200.18.178.0
200.18.178.32
200.18.178.64
200.18.178.96
200.18.178.128
200.18.178.160
200.18.178.192
200.18.178.224
Endereços possíveis de Hosts
em cada sub-rede
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
CIDR
(Classless Interdomain Routing)
• Amenizar o problema de esgotamento dos
endereços IP
• Conceito de Supernet
• RFC 1519 - Partição em 4 zonas
194.0.0.0 a 195.255.255.255
198.0.0.0 a 199.255.255.255
200.0.0.0 a 201.255.255.255
202.0.0.0 a 203.255.255.255
Europa
América do Norte
América do Sul e Central
Asia e Pacífico
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)
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
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: 08:00:20:0A:8C:6D
•são atribuídos pelo IEEE e não se repetem nunca
•os três primeiros bytes correspondem ao código do
fabricante
Endereço em cada camada
APLICAÇÃO
Dados
TRANSPORTE
Dados
ROTEAMENTO
Endereço lógico
Dados
ENLACE
Endereço físico
Dados
HARDWARE
Dados codificados
Mensagem TCP/IP no Nível de
Enlace em uma Rede Ethernet
IP: 10.0.69.16
IP: 10.0.69.15
MAC: 08:00:20:00:96:21
MAC: 08:00:20:00:57:41
Tipo de
Protocolo
08:00:20:00:57.41 08:00:20:00:96:21 IP 10.0.69.16 10.0.69.15
MAC Destino
MAC Origem
IP
IP
destino origem
Dados
CRC
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
O Datagrama IP
0
4
Versão
Hlen
8
16
Tipo de Serviço
31
Tamanho Total (octetos)
Identificação
TTL - Time to live.
24
Flags
Protocolo
Deslocamento do fragmento
Checksum do cabeçalho
Endereço IP ORIGEM
Endereço IP DESTINO
Opções IP (se alguma)
Dados
...
Roteamento dos Pacotes
200.17.100.1
200.17.100.3
200.17.150.4
Router
Como
mandar este
pacote para
200.17.150.4
?
Roteamento na camada IP
APLICAÇÃO
TRANSPORTE
APLICAÇÃO
TCP
TRANSPORTE
IP
ROTEAMENTO
ENLACE
HARDWARE
ROTEAMENTO
ENLACE
HARDWARE
ROTEAMENTO
ENLACE
HARDWARE
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
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
O Protocolo TCP
• TCP: Transmission Control Protocol
• Serviço de transporte oferecido à camada de
aplicação
• Com conexão, entrega confiável,
bidirecional
TCP
• Confirmação positiva
• Retransmissão de pacotes com erro
• Ordenação dos pacotes
Transmissor
Receptor
Envia pacote 1
Recebe pacote 1
Recebe confirmação 1
Envia confirmação 1
Envia pacote 2
Recebe pacote 2
Recebe pacote 2
Envia confirmação 2
Janela Deslizante
Transmissor
Receptor
Envia pacote 1
Recebe pacote 1
Envia confirmação 1
Envia pacote 2
Envia pacote 3
Recebe confirmação 1
Recebe pacote 2
Envia confirmação 2
Recebe confirmação 2
Recebe pacote 3
Envia confirmação 3
Recebe confirmação 3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
O tamanho variável
permite um aproveitamento
melhor da banda
e ao mesmo tempo
é responsável pelo
controle de fluxo
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.
Acordo em 3 etapas
Envia SYN, seq=123
Recebe SYN
Envia SYN, seq=456, ACK 124
Recebe SYN+ACK
Envia seq=124, ACK 457
Recebe ACK,
Conexão extabelecida
Dados já podem vir
neste pacote, porem só
são processados após
estabelecida a conexão
Fechamento da conexão
• 3 etapas modificado
• Fechamento da comunicação bidirecional
Fechamento TCP
Envia FIN, seq=567
Recebe FIN
Envia ACK 568
Recebe ACK
(aplicação fecha a conexão)
Envia FIN seq=789, ACK 568
Recebe FIN+ACK
Envia ACK 569
Recebe ACK
Demultiplexação
Porta 1
Porta 2
Porta 3
Porta 4
TCP: Demultiplexação
baseada na porta
Chega um segmento TCP
Camada IP
Demultiplexação
(na camada IP)
TCP
UDP
ICMP
IGMP
IP: Demultiplexação
baseada no protocolo
Chega um datagrama IP
Camada de Enlace
Demultiplexação
(na camada de Enlace)
IP
ARP
RARP
Enlace: Demultiplexação
baseada no tipo de quadro
Chega um Quadro
Camada Física
Portas TCP
Porta
7
9
11
13
20
21
23
25
53
80
110
Nome
echo
discard
systat
daytime
ftp-data
ftp
telnet
smtp
nameserver
http
pop
Descrição
Eco
Discarta
Usuátios ativos
Hora do dia
ftp – dados
Transferência de arquivo
Conexão de terminal
Correio eletrônico
Servidor de nomes
protocolo hypertexto (www)
Protocolo de correio
Segmento TCP
0
4
10
16
24
Porta origem
Porta Destino
Número da sequência
Número de confirmação
Tam. Cab.
Reservado
Código
Janela
Checksum
Ponteiro Urgente
Opções
Dados
...
31
Código
URG urgente
ACK Confirmação
PSH
Empurra
RST
Reseta
SYN
Início, sincronismo
FIN
Finaliza
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)}
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
O Protocolo UDP
•
•
•
•
User Datagram Protocol
Entrega de Dados não confiável
Sem Conexão
Ex. de aplicações: Streaming Audio, DNS,
NFS, TFTP
Datagrama UDP
0
4
10
16
Porta origem
24
Porta Destino
Tamanho da mensagem
Checksum
Dados
...
31
Padronizações – IETF
• RFC’s - Request for Coments
• Drafts
• FYI - For your Information
http://www.ietf.org
http://www.ietf.rnp.br
Recomendações Internacionais
•
•
•
•
ITU - International Telecomunications Union
ITU-R (Radiocomunications)
ITU-T (Telecomunications) (CCITT até 93)
ITU-D (Development)
Padronizações Internacionais
• ISO - International Standards Organization
membros (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)