Gerência de Redes de Computadores: Introdução e Modelos

GERÊNCIA DE REDES DE COMPUTADORES Introdução Universidade Federal da Grande Dourados Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia Curso de Bacharelado em Sistemas de Informação 1 Plano de aula 2 Plano de ensino Revisão Introdução à redes de computadores Camada de transporte Plano de ensino 3 Conteúdo Bibliografia Datas Relembrando roteador workstation servidor móvel ISP local Rede da empresa ISP regional Sistemas finais hosts rodam programs de aplicação ex WWW email na borda da rede Modelo clienteservidor o host cliente faz os pedidos são atendidos pelos servidores ex cliente WWW browser servidor clienteservidor de email Modelo peerpeer uso mínimo ou nenhum de servidores dedicados ex Gnutella KaZaA Diferenças Modelo OSI x TCPIP Os protocolos TCPIP são os padrões em torno dos quais a Internet se desenvolveu enquanto que o modelo OSI foi desenvolvido para padronizar interconexões de redes diversas Geralmente as redes não são desenvolvidas de acordo com o protocolo OSI embora ele seja usado como um guia Modelo OSI x TCPIP Aplicação Aplicações e processos que usam a rede Transporte Transporte de dados fimafim confiável ou não Internet Roteamento de datagramas na rede Acesso à Rede Acesso ao nível físico da rede Transporte Transporte fimafim com correção de erros confiável ou não Rede Transferência de pacotes na rede através do roteamento Enlace Comunicação confiável ou não pontoaponto Físico Transmissão de bits no meio físico Características físicas da rede Aplicação Aplicações que usam a rede emulação de terminal transferência de arquivos Apresentação Padronização da representação dos dados e criptografia Sessão Estabelecimento e manutenção de sessões gerência de diálogos entre aplicações TCPIP OSI Arquitetura TCPIP TCP UDP ICMP IGMP IP ARP RARP MEIO FÍSICO INTERFACE DE HARDWARE FTP TELNET SMTP DNS RPC SNMP TFTP Camada de Transporte Realiza o transporte de dados fimafim sem se preocupar com os elementos intermediários endereços e caminhos As suas atribuições envolvem a qualidade de serviços confiabilidade controle de fluxo de pacotes e a detecção e correção de erros Principais Protocolos UDP User Datagram Protocol TCP Transmission Control Protocol A necessidade por um serviço de transporte confiável Aplicações em qualquer sistema de computação assumem que a transferência de dados é confiável ou seja o sistema garante que os dados não serão perdidos duplicados e entregues fora de ordem Uma internet deve prover um serviço idêntico a um sistema convencional Protocolo TCP Principal protocolo de transporte da arquitetura TCPIP Transmission Control Protocol Existem outros como o UDP RTP e RTCP Protocolo TCP Provê um serviço missão impossível Usa um serviço datagrama não confiável para prover um serviço de entrega de dados confiável para as aplicações Deve ser capaz de compensar perdas e atrasos na subrede de comunicação de tal forma a prover o transporte de dados fimafim de forma eficiente Deve ser capaz de executar essas tarefas sem sobrecarregar a subrede de comunicação e os roteadores Protocolo TCP De todos os protocolos de transporte propostos talvez o TCP seja o protocolo que executa essas funções da melhor forma possível Certamente existem outras propostas melhores quando outros ambientes environments são considerados como redes de alta velocidade ou comunicação sem fio Atualmente a maior parte das aplicações na Internet são baseadas no TCP Serviço que o TCP provê para as aplicações Conexão Serviço baseado em três fases Estabelecimento da conexão Transferência de dados Término da conexão Serviço que o TCP provê para as aplicações Comunicação pontoaponto Cada conexão TCP tem exatamente dois endpoints portas de acesso Confiabilidade TCP garante que os dados serão entregues da forma que foram enviados Serviço que o TCP provê para as aplicações Comunicação fullduplex TCP permite que dados sejam enviados em qualquer instante e em qualquer direção TCP pode armazenar dados de entrada e saída Libera a aplicação para continuar processando Serviço que o TCP provê para as aplicações Interface do serviço é uma seqüência de bytes TCP não identifica estruturas lógicas nos dados transmitidos Dados transmitidos são vistos como uma seqüência de bytes Serviço fimafim e datagramas Protocolos de transporte são chamados de protocolos fimafim Provêem uma conexão entre duas aplicações em computadores distintos Conexões são virtuais Implementadas através de software já que o subsistema de comunicação não provê nenhuma facilidade Formato do segmento Options variable Data Checksum SrcPort DstPort HdrLen 0 Flags UrgPtr AdvertisedWindow SequenceNum Acknowledgment 0 4 10 16 31 Formato do segmento Cada conexão é identificada com a quádupla 4tuple SrcPort SrcIPAddr DsrPort DstIPAddr Onde SrcPort porta de sistema operacional do fonte SrcIPAddr endereco IP do fonte DsrPort porta de sistema operacional do destino DstIPAddr endereço IP do destino A quádupla pode se repetir no tempo Encarnações da mesma conexão Formato do segmento Flags SYN FIN RESET PUSH URG ACK SYN para iniciar conexões FIN para finalizar conexões ACK quando o campo acknoledgement é válido URG o segmento contém dados urgentes que ficam no início do segmento URGPtr indica onde os dados não urgentes começam PUSH operação invocada pelo enviador ao receptor RESET receptor solicita aborto da conexão Controle de fluxo Tamanho máximo do segmento para o exemplo 1000 bytes Sliding Window Revisited Sending side LastByteAcked LastByteSent LastByteSent LastByteWritten Sending application LastByteWritten TCP LastByteSent LastByteAcked Receiving application LastByteRead TCP LastByteRcvd NextByteExpected Receiving side LastByteRead NextByteExpected NextByteExpected LastByteRcvd 1 Dois cenários que afetam a confiabilidade Serviço não confiável do subsistema de comunicação No subsistema de comunicação mensagens de uma conexão podem ser perdidas duplicadas atrasadas entregues fora de ordem e aparecerem em outra conexão Campos de sequência SequenceNum de 32 bits O número de sequência pode se repetir Ex um byte de sequência x pode ser enviado e mais tarde outro byte com a mesma sequencia é enviado Assumese que os pacotes não sobrevivem além de um máximo usualmente 120 s Depende da rapidez com que são transmitidos os bytes Gerenciamento de conexões É feito usando 3way handshake três mensagens são trocadas TCP usa os termos Segmento de sincronização SYN segment para descrever mensagens durante a conexão Segmento de término FIN finish segment para descrever mensagens durante a desconexão Estabelecimento de conexão Active participant client Passive participant server State Transition Diagram CLOSED LISTEN SYNRCVD SYNSENT ESTABLISHED CLOSEWAIT LASTACK CLOSING TIMEWAIT FINWAIT2 FINWAIT1 Passive open Close Send SYN SYNSYN ACK SYN ACKACK SYNSYN ACK ACK CloseFIN FINACK CloseFIN FINACK Timeout after two segment lifetimes FINACK ACK ACK ACK CloseFIN Close CLOSED Active open SYN Dois cenários que afetam a confiabilidade Reinicialização de um computador após uma conexão ter sido estabelecida Computador que não reinicializou não sabe do problema e considera a conexão válida Computador que reinicializou não sabe da existência da conexão e deve rejeitar esses pacotes Problema que não é simples de ser resolvido Como alcançar a confiabilidade Através de uma série de técnicas que tratam partes do problema Princípio básico para cada mensagem Transmissão Temporização ou confirmação positiva ou negativa Retransmissão se for o caso Repetição do processo um número finito de vezes Como alcançar a confiabilidade Problema decorrente Como configurar temporizadores para comunicações em LANs e WANs LANs devese esperar pouco WANs devese esperar mais Controle de congestionamento Congestionamento da rede pode ser piorado se a camada de transporte retransmite pacotes que não foram perdidos Esse problema pode causar até um colapso da rede Controle de congestionamento TCP usa a quantidade de pacotes perdidos como uma medida de congestionamento Reduz a taxa de retransmissão à medida que esse valor aumenta A transmissão de mensagens é feita de forma exponencial até atingir um dado valor quando passa a aumentar mais lentamente Como ocorrem as perdas e atrasos pacotes enfileiram nos buffers do roteador taxa de chegada de pacotes ao enlace excede a capacidade do link de saída pacotes enfileram esperam pela vez A B pacote em transmissão atraso enfileiramento de pacotes atraso buffers livres disponíveis pacotes que chegam são descartados perda se não houver buffers livres Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Quatro fontes de atraso dos pacotes 1 processamento no nó verificação de bits errados identificação do enlace de saída 2 enfileiramento tempo de espera no enlace de saída até a transmissão depende do nível de congestionamento do roteador A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Atraso em redes comutadas por pacotes 3 Atraso de transmissão Rlargura de banda do enlace bps Lcompr do pacote bits tempo para enviar os bits no enlace LR 4 Atraso de propagação d compr do enlace s velocidade de propagação no meio 2x108 mseg atraso de propagação ds Nota s e R são valores muito diferentes A B propagação transmissão processamento no nó enfileiramento Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Analogia com uma Caravana Os carros se propagam a 100 kmh O pedágio leva 12 seg para atender um carro tempo de transmissão carrobit caravana pacote P Quanto tempo leva até que a caravana esteja enfileirada antes do segundo pedágio Tempo para atravessar toda a caravana através do pedágio para a estrada 1210 120 sec Tempo para que o último carro se propaga do primeiro para o segundo pedágio 100km100kmh 1 h R 62 minutos pedágio pedágio Caravana de dez carros 100 km 100 km Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Analogia com uma caravana mais Os carros agora se propagam a 1000 kmh Os pedágios agora levam em torno de 1 min para atender um carro P Os carros chegarão ao segundo pedágio antes que todos os carros tenham sido atendidos no primeiro pedágio Sim Após 7 min o 1o Carro chega ao 2o Pedágio e ainda há 3 carros no 1o pedágio O 1o bit do pacote pode chegar ao 2o Roteador antes que o pacote tenha sido totalmente transmitido no 1o roteador pedágio pedágio Caravana de dez carros 100 km 100 km Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Atraso no nó dproc atraso de processamento tipicamente de poucos microsegs ou menos dqueue atraso de enfileiramento depende do congestionamento dtrans atraso de transmissão LR significativo para canais de baixa velocidade dprop atraso de propagação poucos microsegs a centenas de msegs dnó dproc denfil dtrans dprop Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Atraso de enfileiramento Rlargura de banda do enlace bps Lcompr do pacote bits ataxa média de chegada de pacotes intensidade de tráfego LaR LaR 0 pequeno atraso de enfileiramento LaR 1 grande atraso LaR 1 chega mais trabalho do que a capacidade de atendimento atraso médio infinito Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Atrasos e rotas reais da Internet Como são os atrasos e as perdas reais da Internet Programa Traceroute fornece medições de atraso da fonte até os diversos roteadores ao longo do caminho fimafim até o destino Para cada i Envia n pacotes com ttl i1n que alcançarão o roteador i no caminho até o destino O roteador i devolverá um pacote a origem dizendo que o ttl expirou mensagem ICMP O transmissor calcula o intervalo de tempo decorrido entre a transmissão e a chegada da resposta Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 Ttl 1 Ttl 2 Ttl 3 Atrasos e rotas reais 1 csgw 128119240254 1 ms 1 ms 2 ms 2 border1rtfa510gwumassedu 1281193145 1 ms 1 ms 2 ms 3 chtvbnsgwumassedu 1281193130 6 ms 5 ms 5 ms 4 jn1at10019worvbnsnet 204147132129 16 ms 11 ms 13 ms 5 jn1so7000waevbnsnet 204147136136 21 ms 18 ms 18 ms 6 abilenevbnsabileneucaidedu 19832119 22 ms 18 ms 22 ms 7 nycmwashabileneucaidedu 19832846 22 ms 22 ms 22 ms 8 6240103253 6240103253 104 ms 109 ms 106 ms 9 de21de1degeantnet 624096129 109 ms 102 ms 104 ms 10 defr1frgeantnet 62409650 113 ms 121 ms 114 ms 11 renatergwfr1frgeantnet 624010354 112 ms 114 ms 112 ms 12 nion2cssirenaterfr 1935120613 111 ms 114 ms 116 ms 13 nicecssirenaterfr 19522098102 123 ms 125 ms 124 ms 14 r3t2nicecssirenaterfr 19522098110 126 ms 126 ms 124 ms 15 eurecomvalbonner3t2ftnet 193485054 135 ms 128 ms 133 ms 16 19421421125 19421421125 126 ms 128 ms 126 ms 17 18 19 fantasiaeurecomfr 19355113142 132 ms 128 ms 136 ms traceroute roteadores atrasos de ida e volta no caminho da origem até o destino sourcedest path Curso de Capacitação Intelbras Redes Computadores Maio 2007 43 Portas em conexões Números de portas abaixo de 1024 são chamados de portas bemconhecidos 21 ftp 22 ssh 23 telnet 25 SMTP email 53 DNS 80 http Etc Conexão Número IP Número da porta UDP User Datagram Protocol Protocolo de transporte não confiável não há estabelecimento de conexão Permite múltiplos processos de aplicação em cada hospedeiro compartilhar a mesma rede Não adiciona funcionalidade ao serviço de melhor esforço da rede subjacente UDP Formato do segmento ou datagrama SrcPort DstPort Checksum Length Data 0 16 31 UDP Onde é usado Aplicações clienteservidor onde existe apenas uma requisição e uma resposta O custo para estabelecer uma conexão é alto quando comparado com a transferência de dados MultiplexaçãoDemultiplexação Em Protocolos Sem Conexão UDP Baseado no socket UDP de destino Socket UDP Endereço IP Número da Porta Em Protocolos Orientados a Conexão TCP Baseado no socket TCP de destino Socket TCP Endereço IP de Origem Número da Porta de Origem Endereço IP de Destino Número da Porta de Dest Ie a conexão é identificada pelos endereços dos dois processos conectados Multiplexação Exemplo 1 host A servidor B porta origem x porta dest 53 porta origem53 port dest x Aplicação DNS sobre UDP Observe a inversão dos números de portas na mensagem de resposta Multiplexação Exemplo 2 cliente Web host A Servidor Web host B cliente Web host C IP Origem C IP Dest B porta origem x porta dest 80 IP Origem C IP Dest B porta origem y porta dest 80 Aplicação servidor Web sobre TCP IP Origem A IP Dest B porta origem x porta dest 80 Processo ou thread da Aplicação Socket TCP Camada de Transporte Demultiplex UDP User Datagram Protocol RFC 768 Protocolo de transporte da Internet sem gorduras sem frescuras Serviço best effort segmentos UDP podem ser perdidos entregues fora de ordem para a aplicação Sem conexão não há apresentação handshaking entre o UDP transmissor e o receptor cada segmento UDP é tratado de forma independente dos outros Por que UDP não há estabelecimento de conexão que pode redundar em atrasos simples não há estado de conexão nem no transmissor nem no receptor cabeçalho de segmento reduzido baixo overhead não há controle de congestionamento UDP pode enviar segmentos tão rápido quanto desejado e possível Mais sobre UDP Muito usado por aplicações de mutimídia contínua streaming tolerantes à perda sensíveis à taxa Outros usos do UDP por que DNS SNMP Transferência confiável sobre UDP acrescentar confiabilidade na camada de aplicação recuperação de erro específica de cada aplicação porta origem porta destino 32 bits Dados de Aplicação mensagem formato do segmento UDP tamanho checksum Tamanho em bytes do segmento UDP incluíndo cabeçalho Leitura recomendada 53 Classroom Livro 1 Capitulo 3 Exercícios 54 Criar um cenário de simulação com alguma protocolo da camada de aplicação na ferramenta Cisco Packet Tracer com UDP e outra com TCP Entrega 3 semanas 091023