Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP

Apresentação em tema: "Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP"— Transcrição da apresentação:

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) Continente 1.000 Km País 100 Km MAN (Rede Metropolitana) Cidade 10 Km LAN (Rede Local) Campus 1 Km Prédio 100 m Sala 10 m Multiprocessador Sistema 1 m Exemplo Ambiente Distância Outros: CAN (Control Area Network)

3 Classificação - Topologia
anel barramento estrela 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 (NIC’s), Pontes, Switches.

11 OSI x IEEE Ethernet Token Bus Token Ring DQDB

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 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

16 Switch

17 Caminho dedicado

18 Topologia barramento estrela/ Token bus anel estrela/anel Token ring
Switch Hub Coaxial ELÉTRICA FÍSICA

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 10.0.69.15 10.0.69.18 10.0.69.17
Host quatro campos sequenciais de números decimais inteiros separados por pontos (.)

29 Composição do Endereço IP
ENDEREÇO IP COMPLETO NETID HOST ID Endereço da Rede Endereço da Máquina

30 Analogia Endereço de Host 78 82 94 98 Rua Tupinambás Endereço de rede

31 Classes 0 1 2 3 4 8 16 24 32 Classe A Classe B Classe C 1 0 Classe D
Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E 1 0 1 1 0

32 Endereços Especiais Broadcast limitado
Broadcast limitado 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 NETID = Tudo em “zero” HOST ID Interface para loopback 127.X.X.X (por ex.: )

33 As Classes e os Endereços IP possíveis
válidos Classe Amplitude a redes com hosts/rede A a 214 redes com hosts/rede B a 221 redes com hosts/rede C

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

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

36 Rede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede 255.255.255.224
000 001 010 011 100 101 110 111 00000 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 RFC 1918, "Address Allocation for Private Internets",
Endereços Privados RFC 1918, "Address Allocation for Private Internets", fevereiro de 1996. (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 Dados TRANSPORTE Dados Endereço lógico ROTEAMENTO Dados Endereço físico ENLACE Dados HARDWARE Dados codificados

43 Mensagem TCP/IP no Nível de Enlace em uma Rede Ethernet
MAC: 08:00:20:00:96:21 MAC: 08:00:20:00:57:41 Tipo de Protocolo Dados 08:00:20:00:57.41 08:00:20:00:96:21 IP MAC Destino IP destino IP origem CRC MAC Origem

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 0 4 8 16 24 31 Versão Hlen Tipo de Serviço
Versão Hlen Tipo de Serviço Tamanho Total (octetos) 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
Como mandar este pacote para ?

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

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 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

52 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

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 TCP: Demultiplexação baseada na porta
Chega um segmento TCP Camada IP

58 Demultiplexação (na camada IP)
TCP UDP ICMP IGMP IP: Demultiplexação baseada no protocolo Chega um datagrama IP Camada de Enlace

59 Demultiplexação (na camada de Enlace)
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
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

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 0 4 10 16 24 31 Porta origem Porta Destino
Porta origem Porta Destino Tamanho da mensagem Checksum Dados ...

67 Padronizações – IETF RFC’s - 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)