Computadores (e equipamentos) em Rede TCP/IP

Instrumentação Eletrônica - TE460

Prof. Eduardo Parente Ribeiro

Classificação - Distância

Internet (Rede mundial)Planeta10.000 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)

Classificação - Topologia

barramento

estrela

anel

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 OSIModelo 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 RingToken Bus 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

barramentoestrela/

barramentoToken bus

anelestrela/anelToken ring

estrelaestrelaSwitch

barramentoestrelaHub

barramentobarramentoCoaxial

ELÉTRICAFÍSICA

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 DadosAPLICAÇÃO

TRANSPORTE

ROTEAMENTO

ENLACE

HARDWAREDados codificados

Dados de Aplicação

Segmentos TCP ou

Datagramas UDP

Datagramas IP

Quadros (frames)

Bits

Dados

Dados

Dados

Dados

Pacote de dados

Endereçamento

• 32 bits = 4 bytes

10.0.69.15 10.0.69.1810.0.69.1710.0.69.16

Host Host Host Host

quatro campos sequenciais de números decimais inteirosseparados por pontos (.)

NETID HOST ID

ENDEREÇO IP COMPLETO

Endereço da Rede Endereço da Máquina

Composição do Endereço IP

Rua Tupinambás

78 82 94 98

Analogia

Endereçode Host

Endereçode rede

Classes0 1 2 3 4 8 16 24 32

Classe A

Classe B

Classe C

Classe D

Classe E

0

1 0

1 1 0

1 1 1 0

1 1 1 1 0

11111111.11111111.11111111.11111111

00000000. 00000000. 00000000. 00000000

127.X.X.X (por ex.: 127.0.0.1)

Broadcast limitado

Broadcast limitado

Broadcast diretona rede

Endereço da rededada por NETID

Emitente na mesmarede

Interface para loopback

NETID HOST ID = Tudo em “um”

NETID HOST ID = Tudo em “zero”

NETID = Tudo em “zero” HOST ID

Endereços Especiais

As Classes e os Endereços IP possíveis

A 1.0.0.1 a126.255.255.254

27 - 2 redes com224 - 2 hosts/rede

B 128.0.0.1 a191.255.255.254

214 redes com216 - 2 hosts/rede

C 192.0.0.1 a223.255.255.254

221 redes com28 - 2 hosts/rede

Classe Endereçosválidos

Amplitude

Sub-redes

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

NETID HOST ID

Endereço da RedeEndereçodo Host

Endereço da Sub-rede

SUBNET

Máscara de Sub-Rede

NETID HOST ID

Endereço IP

Máscara de Sub-redeRede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede 255.255.255.224

EndereçosPossíveis

deSub-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.

0000000000000000000000000000000000000000

000001010011100101110111

Variamos os 3 bits emprestados de HOSTID

Máscara de Sub-redeRede 200.18.178.0 com máscara de sub-rede 255.255.255.224

Endereços possíveis de Hosts por sub-rede

Endereços deSub-Redes

200.18.178.0200.18.178.32200.18.178.64200.18.178.96200.18.178.128200.18.178.160200.18.178.192200.18.178.224

Endereços possíveis de Hostsem cada sub-rede

de 200.18.178.1 até 200.18.178.30de 200.18.178.33 até 200.18.178.62de 200.18.178.65 até 200.18.178.94de 200.18.178.97 até 200.18.178.126de 200.18.178.129 até 200.18.178.158de 200.18.178.161 até 200.18.178.190de 200.18.178.193 até 200.18.178.222de 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 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

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 camadaAPLICAÇÃO

TRANSPORTE

ROTEAMENTO

ENLACE

HARDWAREDados codificados

Dados

Dados

Dados

Dados

Endereço físico

Endereço lógico

IP: 10.0.69.15

MAC: 08:00:20:00:96:21

IP: 10.0.69.16

MAC: 08:00:20:00:57:41

Dados08:00:20:00:57.41 08:00:20:00:96:21 IP 10.0.69.1510.0.69.16

MAC Destino

MAC Origem

Tipo deProtocolo

IPdestino

IP origem

CRC

Mensagem TCP/IP no Nível de Enlace em uma Rede Ethernet

Resolução de EndereçosARP - 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 IP0 4 8 16 24 31

Versão Tamanho Total (octetos)

Identificação

Endereço IP ORIGEM

TTL - Time to live. Protocolo Checksum do cabeçalho

Opções IP (se alguma)

Dados

...

Hlen Tipo de Serviço

Flags Deslocamento do fragmento

Endereço IP DESTINO

Roteamento dos Pacotes

Router

200.17.100.1

Como mandar este pacote para

200.17.150.4 ?

200.17.100.3 200.17.150.4

Roteamento na camada IPAPLICAÇÃO

TRANSPORTE

ROTEAMENTO

ENLACE

HARDWARE

ROTEAMENTO

ENLACE

HARDWARE

APLICAÇÃO

TRANSPORTE

ROTEAMENTO

ENLACE

HARDWARE

TCP

IP

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 pacotesTransmissor Receptor

Envia pacote 1Recebe pacote 1

Envia confirmação 1

Recebe pacote 2

Envia confirmação 2

Recebe confirmação 1

Envia pacote 2

Recebe pacote 2

Janela Deslizante

Transmissor Receptor

Envia pacote 1Recebe pacote 1Envia confirmação 1

Recebe confirmação 3

Envia pacote 2

Envia pacote 3Recebe pacote 2Envia confirmação 2

Recebe pacote 3Envia confirmação 3Recebe confirmação 2

Recebe confirmação 1

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

TCP: Demultiplexação baseada na porta

Camada IP

Chega um segmento TCP

Porta 1 Porta 2 Porta 3 Porta 4

Demultiplexação (na camada IP)

IP: Demultiplexação baseada no protocolo

Camada de Enlace

Chega um datagrama IP

TCP UDP ICMP IGMP

Demultiplexação(na camada de Enlace)

Enlace: Demultiplexação baseada no tipo de quadro

Camada Física

Chega um Quadro

IP ARP RARP

Portas TCP

Porta Nome Descrição7 echo Eco9 discard Discarta11 systat Usuátios ativos13 daytime Hora do dia20 ftp-data ftp – dados21 ftp Transferência de arquivo23 telnet Conexão de terminal25 smtp Correio eletrônico53 nameserver Servidor de nomes80 http protocolo hypertexto (www)110 pop Protocolo de correio

Segmento TCP0 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

...

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 UDP0 4 10 16 24 31

Porta origem Porta Destino

Tamanho da mensagem

Dados

...

Checksum

Padronizações – IETF

• RFC’s - Request for Coments

• Drafts

• FYI - For your Information

http://www.ietf.orghttp://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 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)