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Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP Instrumentação Eletrônica - TE460 Prof. Eduardo Parente Ribeiro.

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1 Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP Instrumentação Eletrônica - TE460 Prof. Eduardo Parente Ribeiro

2 Classificação - Distância Internet (Rede mundial) Planeta Km WAN (Rede geograficamente distribuída) Continente1.000 Km WAN (Rede geograficamente distribuída) País100 Km MAN (Rede Metropolitana) Cidade10 Km LAN (Rede Local) Campus1 Km LAN (Rede Local) Prédio100 m LAN (Rede Local) Sala10 m MultiprocessadorSistema1 m ExemploAmbienteDistância Outros: CAN (Control Area Network)

3 Classificação - Topologia barramento estrela anel malha

4 Protocolos Regras para a comunicação

5 Modelo em Camadas (layers) Hierarquia de protocolos Reduzir complexidade Independencia entre as camadas (encapsulamento) Comunicação vertical x horizontal (peers) Conjunto = pilha (stack)

6 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.

10 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.

11 OSI x IEEE EthernetToken RingToken BusDQDB

12 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...

13 Formato do Quadro

14 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)

15 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

16 Switch

17 Caminho dedicado

18 Topologia barramento estrela/ barramento Token bus anelestrela/anelToken ring estrela Switch barramentoestrelaHub barramento Coaxial ELÉTRICAFÍSICA

19 Camada 3 - Rede Permite a interligação de redes Encaminha o pacote ao destino (melhor rota ou caminho alternativo) Endereço lógico Equipamentos: Roteadores.

20 Camada 4 - Transporte Responsável pela troca de dados fim a fim de modo confiável. Sequenciação Controle de Fluxo Correção de Erro Multiplexação

21 Camada 5 - Sessão Organiza e sincroniza os diálogos Pontos de sincronização/verificação Exemplos de protocolos: NFS, RPC, SQL, X

22 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

23 Camada 7 - Aplicação Aplicação propriamente dita Correio Eletrônico Web Telnet/FTP DNS (domain name system)

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

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

26 IP visto da camada de Transporte Independência e Isolamento da tecnologia da subrede, numeração, topologia Endereçamento uniforme

27 Encapsulamento dos Dados APLICAÇÃO TRANSPORTE ROTEAMENTO ENLACE HARDWARE Dados codificados Dados de Aplicação Segmentos TCP ou Datagramas UDP Datagramas IP Quadros (frames) Bits Dados Pacote de dados

28 Endereçamento 32 bits = 4 bytes Host quatro campos sequenciais de números decimais inteiros separados por pontos (.)

29 NETIDHOST ID ENDEREÇO IP COMPLETO Endereço da RedeEndereço da Máquina Composição do Endereço IP

30 Rua Tupinambás Analogia Endereço de Host Endereço de rede

31 Classes Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E

32 X.X.X (por ex.: ) Broadcast limitado Broadcast direto na rede Endereço da rede dada por NETID Emitente na mesma rede Interface para loopback NETIDHOST ID = Tudo em um NETIDHOST ID = Tudo em zero NETID = Tudo em zero HOST ID Endereços Especiais

33 As Classes e os Endereços IP possíveis A a redes com hosts/rede B a redes com hosts/rede C a redes com hosts/rede Classe Endereços válidos Amplitude

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

35 NETIDHOST ID Endereço da Rede Endereço do Host Endereço da Sub-rede SUBNET Máscara de Sub-Rede NETID HOST ID Endereço IP

36 Máscara de Sub-rede Rede com máscara de sub-rede Endereços Possíveis de Sub-Redes Variamos os 3 bits emprestados de HOSTID

37 Máscara de Sub-rede Rede com máscara de sub-rede Endereços possíveis de Hosts por sub-rede Endereços de Sub-Redes Endereços possíveis de Hosts em cada sub-rede de até de até de até de até de até de até de até de até

38 CIDR (Classless Interdomain Routing) Amenizar o problema de esgotamento dos endereços IP Conceito de Supernet RFC Partição em 4 zonas a Europa a América do Norte a América do Sul e Central a Asia e Pacífico

39 Endereços Privados RFC 1918, "Address Allocation for Private Internets", fevereiro de (prefixo 10/8) (prefixo /12) (prefixo /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: 08:00:20:0A:8C:6D são atribuídos pelo IEEE e não se repetem nunca os três primeiros bytes correspondem ao código do fabricante

42 Endereço em cada camada APLICAÇÃO TRANSPORTE ROTEAMENTO ENLACE HARDWARE Dados codificados Dados Endereço físico Endereço lógico

43 IP: MAC: 08:00:20:00:96:21 IP: MAC: 08:00:20:00:57:41 Dados 08:00:20:00: :00:20:00:96:21 IP MAC Destino MAC Origem Tipo de Protocolo IP destino IP origem CRC Mensagem TCP/IP no Nível de Enlace em uma Rede Ethernet

44 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

45 O Datagrama IP VersãoTamanho Total (octetos) Identificação Endereço IP ORIGEM TTL - Time to live.ProtocoloChecksum do cabeçalho Opções IP (se alguma) Dados... HlenTipo de Serviço FlagsDeslocamento do fragmento Endereço IP DESTINO

46 Roteamento dos Pacotes Como mandar este pacote para ?

47 Roteamento na camada IP APLICAÇÃO TRANSPORTE ROTEAMENTO ENLACE HARDWARE ROTEAMENTO ENLACE HARDWARE APLICAÇÃO TRANSPORTE ROTEAMENTO ENLACE HARDWARE TCP IP

48 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

49 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

50 O Protocolo TCP TCP: Transmission Control Protocol Serviço de transporte oferecido à camada de aplicação Com conexão, entrega confiável, bidirecional

51 TCP Confirmação positiva Retransmissão de pacotes com erro Ordenação dos pacotes TransmissorReceptor Envia pacote 1 Recebe pacote 1 Envia confirmação 1 Recebe pacote 2 Envia confirmação 2 Recebe confirmação 1 Envia pacote 2 Recebe pacote 2

52 Janela Deslizante TransmissorReceptor Envia pacote 1 Recebe pacote 1 Envia confirmação 1 Recebe confirmação 3 Envia pacote 2 Envia pacote 3 Recebe pacote 2 Envia confirmação 2 Recebe pacote 3 Envia confirmação 3 Recebe confirmação 2 Recebe confirmação O tamanho variável permite um aproveitamento melhor da banda e ao mesmo tempo é responsável pelo controle de fluxo

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.

54 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

55 Fechamento da conexão 3 etapas modificado Fechamento da comunicação bidirecional

56 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

57 Demultiplexação TCP: Demultiplexação baseada na porta Camada IP Chega um segmento TCP Porta 1Porta 2Porta 3Porta 4

58 Demultiplexação (na camada IP) IP: Demultiplexação baseada no protocolo Camada de Enlace Chega um datagrama IP TCPUDPICMPIGMP

59 Demultiplexação (na camada de Enlace) Enlace: Demultiplexação baseada no tipo de quadro Camada Física Chega um Quadro IPARPRARP

60 Portas TCP

61 Segmento TCP Porta origemPorta Destino Número da sequência Número de confirmação Tam. Cab.ReservadoCódigoJanela ChecksumPonteiro Urgente Opções Dados...

62 Código URGurgente ACKConfirmação PSHEmpurra RSTReseta SYNInício, sincronismo FINFinaliza

63 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: {( , 1038), ( , 23)}

64 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

65 O Protocolo UDP User Datagram Protocol Entrega de Dados não confiável Sem Conexão Ex. de aplicações: Streaming Audio, DNS, NFS, TFTP

66 Datagrama UDP Porta origemPorta Destino Tamanho da mensagem Dados... Checksum

67 Padronizações – IETF RFCs - Request for Coments Drafts FYI - For your Information

68 Recomendações Internacionais ITU - International Telecomunications Union ITU-R (Radiocomunications) ITU-T (Telecomunications) (CCITT até 93) ITU-D (Development)

69 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)


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