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Edgard Jamhour
Redes TCP/IPProtocolos de Transporte e Aplicação
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Edgard Jamhour
Pilha de Protocolos
Camada de Aplicação
HTTP, FTP, SMTP, etc
Camada de Transporte
TCP, UDP
Camada de Enlace e
Fisica
Camada de Rede
IP
Seqüência de
empacotamento
mensagem
segmento/datagrama
pacote
quadroInterface de
Rede
S.O.
Aplicação
Interface Sockets
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Edgard Jamhour
Endereçamento por Portas
Dispositivo BDispositivo A
TCP
IP
Ethernet
End. MAC
Endereço IP
1024
Processo A
Processo
UDP
1025 Porta
Processo
TCP
IP
Ethernet
End. MAC
Endereço IP
Porta
Processo
Processo B
UDP
80 80
Processo
1024 80 Dados
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Edgard Jamhour
TCP X UDP
TCP UDP
Orientado a Conexão
Identifica uma sequencia de pacotes
com pertencentes a uma mesma
transmissão
Não Orientado a Conexão
Cada pacote é uma transmissão
independente
Transmissão por Fluxo
Segmentação e Remontagem feita
pelo S.O.
Transmissão por Datagramas:
Segmentação e Remontagem feita
pela aplicação.
Transmissão Confiável
Confirma recebimento e retransmite
pacotes perdidos
Não confiável
Cabe a aplicação implementar os
mecanismos de retransmissão
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Edgard Jamhour
Orientado (TCP) vs Não-Orientado (UDP) a
Conexão
ABERTURA DE CONEXÃO
TRANSMISSÃO DE DADOS
...
THREE WAY HANDSHAKE
FIM DE CONEXÃO DE DADOS
TRANSMISSÃO DE DADOS
O TCP USA PACOTES DE
CONTROLE PARA CRIAR E
ENCERRAR CONEXÕES
O CONTEÚDO
TRANSPORTADO PELOS
PACOTES NO INTERIOR DA
CONEXÃO É NUMERADO
O UDP NÃO USA PACOTES
DE CONTROLE
OS PACOTES UDP SÃO
INDEPENDENTES
4 PACOTES
PARA FECHAR A
CONEXÃO
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Edgard Jamhour
Transmissão por Fluxo (TCP) vs Datagrama
(UDP)
fluxo contínuo de
bytes (stream)
segmentos
Aplicação Aplicação
TCP TCP
IP IPpacotes
NA TRANSMISSÃO POR
FLUXO A APLICAÇÂO NÃO
CONTROLA O TAMANHO
DO PACOTE
OS DADOS RECEBIDOS
SÃO VISTOS PELA
APLICAÇÃO RECEPTORA
COMO UM FLUXO
CONTÍNUO DE BYTES
socket
datagramas
Aplicação Aplicação
UDP UDP
IP IPpacotes
NA TRANSMISSÃO POR
DATAGRAMA A APLICAÇÃO
DEFINE O TAMANHO DOS
PACOTES
A MENSAGEM RECEBIDA É
LIDA POR INTEIRO
(recvfrom)
sendto(buffer)
sendto(buffer)
write(buffer)read(buffer)
recvfrom(buffer)
recvfrom(buffer)
write(buffer)
write(buffer)
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Edgard Jamhour
Transmissão Confiável (TCP)A
PL
ICA
ÇÃ
O
TC
P
TC
P
AP
LIC
AÇ
ÂO
DADOS
SEGMENTO A
DADOS
ACK A
DADOS
SEGMENTO B
DADOS
X
SEGMENTO C
SEGMENTO B
ACK C
DADOS
DADOS
O MODO DE
COMUNICAÇÃO
CONFIÁVEL DO TCP É
RETRANSMISSÃO POR
AUSÊNCIA DE
CONFIRMAÇÃO
A APLICAÇÃO RECEBE
APENAS DADOS QUE
CHEGAREM NA ORDEM
CORRETA DE
TRANSMISSÃO
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Edgard Jamhour
TCP X UDP
TCP UDP
Controle de Congestionamento
Perda de pacotes fazem o
transmissor reduzir sua taxa de
transmissão entre confirmações
Sem controle
Perda de pacotes não interfere na
velocidade de transmissão
Controle de Fluxo
O espaço livre no buffer do S.O. do
receptor é informado ao transmissor a
cada confirmação
Sem controle:
O transmissor não recebe nenhuma
informação sobre o buffer do receptor.
Apenas Unicast
O destino de um pacote é apenas um
dispositivo
Unicast, Broadcast e Multicast
O destino de um pacote pode ser um
ou mais dispositivos
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Edgard Jamhour
Controle de Congestionamento e FluxoA
PL
ICA
ÇÃ
O
TC
P
TC
P
AP
LIC
AÇ
ÂO
DADOS
SEGMENTO ADADOS
DADOS
SEGMENTO C
ACK C
ACK A
SEGMENTO B
DADOS
SEGMENTO D
ACK D (BUFFER CHEIO)
ACK D (BUFFER LIVRE)
DADOS
DADOS
DADOS
SEGMENTO E
DADOS
SEGMENTO F
SEGMENTO GX
ACK E
…
SEGMENTO F
ACK G
A QUANTIDADE DE
BYTES QUE PODE SER
ENVIADA SEM
CONFIRMAÇÃO É A
MENOR QUANTIDADE
IMPOSTA PELO
CONTROLE DE FLUXO E
CONTROLE DE
CONGESTIONAMENTO
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Edgard Jamhour
Unicast, Broadcast e Multicast
SW
ITC
HA
A
B
C
B
C
SW
ITC
H
TODOS
UNICAST: O DESTINO DE CADA
PACOTE É APENAS UMUNICAST: O DESTINO DO PACOTE
SÃO TODOS
SW
ICH
GRUPO 1
MULTICAST: O DESTINO DO
PACOTE É UM GRUPO
X
PERTENCE AO GRUPO 1
PERTENCE AO GRUPO 1
NÃO PERTENCE AO GRUPO 1
ENDEREÇOS DE
GRUPO
SÃO ENDEREÇO IP
DA CLASSE D:
DE 224.0.0.0
ATÉ 239.255.255.255
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Edgard Jamhour
Protocolo TCP
HLEN Reservado Flags Janela de Recepção
Checksum Ponteiro de Urgência
Número de Seqüência
Número de Confirmação
Opções
Dados
....
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4
0 4 8 12 16 20 24 28 31
Porta de Origem Porta de Destino
FLAGS: ACK, SYN, FIN, RST, URG, CWR, ECN, PUSH
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Edgard Jamhour
FLUXO CONTÍNUO DE BYTES
Segmentação e Remontagem
DADOSDADOS
SEGMENTO C SEGMENTO B SEGMENTO A
FLUXO DE PACOTES
NS =
NIS+2920
NS =
NIS+1460
NS =
NIS+0
Início da Conexão
146014601000
DADOS
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Edgard Jamhour
MSS: Maximum Segment Size
O TAMANHO MÁXIMO DO CAMPO
DE DADOS DO ETHERNET (MTU) É
1500 BYTES
O CABEÇALHO IP SEM OPÇÕES
TEM 20 BYTES
O CABEÇALHO TCP SEM OPÇÕES
TEM 20 BYTES
1460 BYTES20 B
YT
ES
20 B
YT
ES
1500 BYTES
SEGMENTO É O NOME DADO AO PDU DO TCP
MSS É A QUANTIDADE MÁXIMA DE DADOS
TRANSPORTADA POR UM SEGMENTO
MSS = Maximum Segment Size
MTU = Maximum Transmission Unit
PDU = Protocol Data Unit
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Edgard Jamhour
Conexão TCP
tempo tempo
clienteservidor
NS NC ACK SYN FIN
cNIS XXX 0 1 0
sNIS cNIS+1 1 1 0
cNIS+1 sNIS+1 1 0 0
sNIS+1 cNIS+2 1 0 0
cNIS+2 sNIS+1001 1 0 0
… … … … …
u v 1 0 1
v u+1 1 0 0
… … … … …
w u+1 1 0 1
u+1 w+1 1 0 0
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Edgard Jamhour
Encerramento da Conexão
• FIN = Terminar a conexão
– Método normal de encerramento (close chamado pela aplicação)
– Encerra a conexão em apenas uma direção
– Indica que não haverão mais transmissões, mas o canal ficará
aberto para recepção.
• RST = Abortar a conexão
– Método anormal de encerramento (erro detectado pelo kernel)
– Acontece quando um segmento que não pertence a conexão é
recebido
– Indica que não haverão mais tranmissões e o canal será fechado
para recepção
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Edgard Jamhour
EXEMPLO: HTTP 1.1
53171 80
10.32.1.166
10.32.1.22
www.ppgia.pupcr.br
CONEXÃO ENCERRADA PELO SERVIDOR
OBS. Essa conexão TCP está usando opções
O Wireshark mostra números de sequencia relativos
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Edgard Jamhour
Máquina de Estados TCP
Aguarda para
ter certeza
que não
reberá outro
FIN devido a
perda do
ACK
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Edgard Jamhour
Comunicação Confiável
cliente
10001200 100 200
NS NC DADOS
1 1 1000
1 1001 100
101 1001 200
1001 301 1200
2201 301 800
301 3001 sem dados
302 3001 200
800
servidor
200
ABC 1 2 3
…
A
C
K
…
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Edgard Jamhour
Recomendações RFC 1122 e 2581
EVENTO
• Chegada de um segmento na
ordem.
• Chegada de um segmento fora de
ordem (número mais alto que o
esperado).
• Chegada de um segmento que
preenche a lacuna.
AÇÃO TCP DESTINATÁRIO
• Aguarda 500 ms. Se outro
segmento não chegar, confirma o
segmento. Se outro segmento vier,
confirma os dois com um único
ACK.
• Envia imediatamente o ACK
duplicado com o número do byte
aguardado (isto é, repete o último
ACK de ordem correta).
• Envia imediatamente o ACK (se o
preechimento foi na parte contigua
baixa da lacuna).
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Edgard Jamhour
Algoritmo de Confirmação
• O tempo máximo para aguardar uma confirmação é estimado em função do
tempo médio de Round-Trip Time (RTT) para enviar e confirmar um
segmento.
• O transmissor pode adotar várias técnicas para estimar este tempo. Uma
estratégia comum é calcular iterativamente a cada confirmação recebida:
MediaRTT = 0.875 MediaRTT + 0.125 UltimoRTT
Temporizador = MediaRTT + 4 . Desvio
Desvio = 0.875 Desvio + 0.125 (UltimoRTT - MediaRTT)
Onde:
– UltimoRTT: última medição de RTT
– Temporizador: tempo máximo para aguardar uma confirmação
– Desvio: medida da flutuação do valor do RTT
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Edgard Jamhour
Controle de Fluxo
A B
Transmissor Receptor
1000
0
2000
3000
LastByteRcvd
S.O.
aplicação
RcvBuffer
Bytes lidos
liberam o
buffer
O TRANSMISSOR (A) precisa estimar o espaço livre no buffer do S.O.
do RECEPTOR (B).
O espaço livre no buffer de B é enviado junto com cada confirmação
(RcvWindow), mas ela não é absoluta pois podem haver pacotes em
trânsito.
Então A calcula o espaço livre em B pela fórmula:
RcvBuffer = RcvWindow - [LastByteSent - LastByteRcvd]
RcvBuffer = estimativa do buffer livre em B
RcvWindow = buffer livre informado por B
LastByteSent = último byte enviado por A
LastByteRcvd = último byte confirmado por B (NC-1)
1000 1000 1000
NC=2001, RcvWindow=1000
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Edgard Jamhour
Controle de Congestionamento
A B
RTT
envio
confirmação
t
RTT RTT RTT RTT RTT RTT RTT RTT RTT RTT
crescimento
exponencial
prevenção de
congestionamento
prevenção de
congestionamento
evento de falha
congwindow
MSS
Threshold
Threshold
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Edgard Jamhour
Tipos de TCP: Tahoe e Reno
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Edgard Jamhour
TCP RENO
• CongWin é calculada em múltiplos de MSS (Maximum
Segment Size = 1460 bytes).
A) Inicialização CongWin = 1 MSS
Threshold = Estimado (65K)
B) Partida Lenta:
CongWin < Threshold
CongWin = CongWin+1MSS
A cada segmento confirmado, ou seja:
CongWin = 2* CongWin por RTT
C) Prevenção de congestionamento
CongWin >= Threshold
CongWin = CongWin + (MSS/CongWin)
A cada segmento confirmado, ou seja:
CongWin = CongWin +1 MSS por RTT
Em caso de detecção de segmentos
fora de ordem:
Threshold = CongWin = CongWin/2
Vai para prevenção de congestionamento
Em caso de detecção de perda por
temporização
Threshold = CongWin/2
CongWin = 1 MSS
Vai para partida Lenta
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Edgard Jamhour
Congestionamento X Controle de Fluxo
1000
0
1500
2000
Buffer de Transmissão
LastByteAcked
tempo
LastByteSent
A
CongWindow
RcvWindow
B
RTT
envio
confirmação
1800
A quantidade de bytes que pode ser transmitida sem confirmação é o menor
valor entre CongWin e RcvWin
QUANTO AINDA
PODE SER
ENVIADO
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Edgard Jamhour
Ponteiro de Urgência Checksum
Dados
....
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4
0 4 8 12 16 20 24 28 31
Porta de Origem Porta de Destino
Protocolo UDP
socket
datagramas
Aplicação Aplicação
UDP UDP
IP IPpacotes
NA TRANSMISSÃO POR
DATAGRAMA A APLICAÇÃO
DEFINE O TAMANHO DOS
PACOTES
A MENSAGEM RECEBIDA É
LIDA POR INTEIRO OU
BYTES REMANECENTES
SÃO DESCARTADOS
(recvfrom)
sendto(buffer)
sendto(buffer)
recvfrom(buffer)
recvfrom(buffer)
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Edgard Jamhour
OS RISCOS DO UDP
• É muito mais simples injetar pacotes falsos em uma
comunicação UDP do que TCP
40901
GERENCIADOR
VERDADEIRO9999
GERENCIADOR
FALSO8888
1.2.3.4
5.6.7.8
ABRIR PORTA
Em uma comunicação TCP, só é possível injetar pacotes em uma conexão ABERTA se:
A) IP de origem e destino forem os usados na abertura de conexão
B) Porta de origem e destino forme os usados na abertura da conexão
C) O número de sequência do pacote estive na ordem correta em relação aos pacotes recebidos anteriormente
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Edgard Jamhour
Protocolos de Aplicação
HTTP
TCP
IP
UDP
FTP SMTP NFS DNS DHCP
Camada de Transporte
Camada de Aplicação
Camada de Rede
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Edgard Jamhour
Portas bem Conhecidas
servidor
httpd
ftpd
smptd
nfsd
named
dhcpd
cliente
80
21
25
2049
53
67
>1023
>1023
>1023
>1023
>1023
>1023
wget
ftp
firefox
nfs client
dig
dhclient
dhcp
dns
nfs
smtp
ftp control
>102320
ftp data
http
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Edgard Jamhour
ConclusãoProtocolos de Transporte e Aplicação