Aula_2_Estrutura de Redes e Protocolos

Conceitos básicos de protocolos LAN e WANArquitetura de protocolosProtocolos Protocolo TCP/IP

Farejando pacotes comWireshark

Prof. Diógenes RamosMestre em Gestão e Desenvolvimento Regional

MODELO OSI E SUAS CAMADAS

� O modelo OSI(Open Systems Interconection) - desenvolvido no final da década de 70 pela ISO(International Organization for Standardization), Organização Internacional de padronização ou normalização.

�Hardware

�gerenciamento

�Tráfego

�Intermediária

�Recuperação

�Tradução

�Finalização

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Redes

Enlace

Físico

Transferência de Arquivos, E-mail, etc

Sintaxe Abstrata, Sintaxe de Contexto

Estabelecimento e Gerência da Conexão

Comunicação fim-a-fim

Roteamento, endereçamento,...

Ethernet, Fast Ethernet, ...

Transmissão de sinais

Relembrando: Camada OSI

Relembrando: Camada OSI nível N

P. Sessão

Físico

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Físico

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

AplicaçãoP. Aplicação

P. Apresentação

P. Transporte

P. Rede

P. Enlace

P. Físico

Fluxo das informações:

• No envio os dados são processados do nível mais alto para o mais baixo

• Na recepção os dados recebidos são processados na ordem inversa

Conceitos:

• Especificação de protocolos– operam entre o mesmo nível entre dois sistemas– pode envolver diferentes sistemas operacionais– a especificação deve ser precisa

• no formato das unidades de dados• na semântica de todos os campos

• Definição de Serviço– descrição do que é provido

• Endereçamento– referenciado pelos SAPs (Service Access Points)

Níveis das camadas OSI:

• Físico– dispositivos entre interfaces físicas

• mecânica• elétrica• funcional• procedural

• Enlace– ativação, manutenção e desativação de um

enlace confiável– detecção e controle de erro


• Rede– informações de transporte– níveis superiores não necessitam conhecer a tecnologia

subjacente

• Transporte– transporte de dados entre sistemas fim-a-fim– controle de erro– sequenciamento– controle de fluxo– QoS


• Sessão– Controle de diálogos entre aplicações– Sincronização– Recuperação de falhas

• Apresentação– Codificação e formatação de dados– Compressão de dados– Criptografia

• Aplicação– X.500, X.400, FTAM, CMISE (CMIP), ...

O Protocolo da Internet - TCP/IP

O TCP/IP é um conjunto de protocolos desenvolvido para permitir que os computadores comuniquem entre si em uma rede.

Toda esse conjunto de protocolos inclui padrões que especificam os detalhes de como ocorre a comunicação entre os computadores, assim como convenções e normas rotear o tráfego gerado por essa comunicação.

Modelo: TCP/IP

A Arquitetura do Protocolo TCP/IP

Aplicação

Transporte

Rede

Interface Ethernet, X.25, ATM

IP, ICMP, ARP

TCP, UDP

Telnet, FTP, SMTP

Estrutura do Protocolo TCP/IP em camadas


A camada de aplicação :Contém os protocolos de alto nível que são diretamente utilizados pelos programas que interagem com os usuários.

Protocolos :FTP, HTTP, SMTP, SNMP, Telnet.

A camada de transporte :Controla a conversação entre as aplicações envolvidas em uma comunicação inter- redes.

Protocolos :FTP, UDP.


A camada de redes :Camada que determina a interconexão entre as redes da Internet. Responsável pelo roteamento dos pacotes entre os hosts, e encontrar o caminho mais curto para comunicação.

Protocolos :IP, ICMP, ARP, RARP.


A camada de interface :Também chamada camada de abstração de hardware, tem como função principal a interface do modelo TCP/IP com os diversos tipos de redes.

ATM, X.25, Frame-relay, Ethernet....


• Nível de Aplicação– Comunicação entre processos de aplicação

• Nível de Transporte– Transmissão de dados fim-a-fim– Pode incluir mecanismos de confiabilidade (TCP)– Suprime detalhes dos níveis inferiores

• Nível de Rede– Roteamento de pacotes– Interface entre o sistema e a rede

Arquitetura: TCP/IP - Resumindo

PDU’s (Unidade de Dados de Protocolo )

Protocolos de aplicação: TCP/IP

Protocolos x Modelo de Comunicação

TCP – 3-Way Handshake

Envia SYN

Recebe SYN

Envia SYN + ACK

Recebe SYN + ACK

Envia ACK

Recebe ACK

Comunicação Estabelecida!!!

Tempo Tempo

TCP - Transmission Control Protocol

• Serviço orientado a conexão (pré-estabelecimento da comunicação)

• Garante a entrega de pacotes (Acknolegements - ACKs)• Comunicação confiável

– Assegura o sequenciamento– Usa checksums

• Protocolo de comunicação porta-a-porta

Ports (Portas)

• Usado para identidicar a aplicação• Mecanismo para tornar-se independente da numeração

local dos processos• O remetente deve conhecer o número de porta do

destinatário• Existem ports pré-determinadas para os serviços

destinatários mais comuns• Portas do remetente determinada pelo SisOp

TCP - Exemplo

• FTP - port 21

castor 1456 caracol 21

castor 1684 caracol 21

caracol 21rubi 1684

castor 1456

castor 1684

rubi 1684

TC

P

CaracolCastor

Rubi

...

...

...

UDP – User Datagram Protocol

• Entrega de datagramas entre aplicações– Melhor esforço– Checksum

• Porta – Abstração que os protocolos de transporte

do TCP-IP utilizam para distinguir vários destinos de um mesmo host

– Número inteiros– Um aplicativo especifica uma porta do

protocolo


• Transmissão de dados UDP – Endereço de destino– Número da porta do destino– Número da porta do remetente

• Portas de origem e destino podem ser diferentes

Datagrama UDP

Seleção do Número da Porta

• Um servidor abre uma porta e espera mensagens

• Um cliente envia mensagem para porta aberta pelo servidor

• Os servidores trabalham em portas conhecidas


• A entrega da mensagem não é assegurada (não confiável);

• Não é estabelecida ligação;

• Não há controlo de fluxo (não tem Window);

• Não há recuperação de erros (não há ACKs);

• Detecção de erros opcional (Checksum é opcional);

• VANTAGEM?

– Muito menor overhead!

ARP (Address Resolution Protocol)

• Descobrir o endereço físico de uma máquina na rede local, conhecendo apenas o endereço IP.

• Usa broadcast para perguntar o endereço físico do destinatário das mensagens

• Encapsulado no frame do nível físico• Utiliza uma cache para reduzir o número de consultas

RARP (Reverse Address Resolution Protocol)

• Descobrir o próprio endereço IP no boot da máquina• Também usa broadcast do nível físico• Resposta de aceite do endereço no caso de multiplos

servidores

ARP - Ilustração

ARP - Exemplo

ARP – Formato da Mensagem

• Endereço IP e endereço de hardware possuem tamanhos diferentes– Ethernet 6 octetos– IP 4 octetos

• Formato único para request e response

ARP – Formato da Mensagem

Enviando mensagem ARP

• Remetente constrói a mensagem ARP • A mensagem ARP é encapsulada em um

frame (Ethernet)

Formato ARP /RARP e utilitário arp

Tipo Hardware Tipo de protocolo

HLEN PLEN Operação

Sender HA(octetos 0 à 3)

SENDER IP (0-1)Sender HA(4-5)

Sender IP(2-3) Target HA(0-1)

Target HA(2-5)

Target IP(0-3)

0 8 16 24 31

No prompt do DOS digite : arp –a e veja o resultado.

ICMP - Internet Control Message Protocol

• Usado para detectar erros e testar a conectividade

• Encapsulado em um datagrama IP• PING usa ICMP echo request e echo

replay• utilitário ping

ping -t -i 5 rubi.inf

Encapsulamento ICMP

Protocolo Internet Versão 4 - IPv4

Introdução

Estrutura do Protocolo IPv4

Endereçamento IPv4

Introdução

O protocolo IP - Internet Protocol - é o protocolo da camada de redes que foi projetado para conectar computadores em redes de comunicação chaveadas por pacotes que possui duas funções básicas : endereçamento e fragmentação de datagramas.

Introdução

É um protocolo host-a-host, ou seja apenas entrega o datagrama no próximo host, seja ele o destino do datagrama ou apenas um aparelho roteador.

Não é orientado à conexão, assim não há garantia da entrega do datagrama no destino, podendo os blocos de dados chegarem em ordem diversas, passando por caminhos diferentes um dos outros

Introdução

• Rede Virtual – Formato de endereço padrão

• Endereço de hardware (físico) – Formato diferente por tecnologia

• Formato do endereço deve ser independente do endereço físico

• Software de Protocolo– Endereçamento uniforme em uma inter-rede– Endereço abstrato único por host– Usuários e aplicativos usam endereços abstratos

Introdução

Endereço Uniforme

• Origem – Colocar endereço de destino no pacote

• Roteador– Interpretar endereço de destino– Encaminha pacotes

Estrutura do Protocolo IPv4

0 3 7 11 15 19 23 27 31Versão IHL Tipo de Serviço Tamanho Total

CheckSum de cabeçalho

Identificação Flags OffSet

ProtocoloTempo de vida

Endereço IP de origem

Opções Padding

Dados

Endereço IP de destino

Endereçamento IPv4

Endereço de 32 bits divididos em 4 octetos separados pelo caracter ponto (.).

• 192.168.123.132

• 11000000.01010001.11101110.000100

Classes IPv4

0 7 15 23 31Classe

A

B

C

D

E

0

10

110

1110

11110

Rede

Rede

Rede

Host

Host

Host

Endereços de multicasting

Reservado para uso futuro

Endereçamentos IPv4

Classe

A

B

C

Redes Hosts

126

16.382

2.097.086 254

65.534

16.777.214


Máscara de rede :

O endereço IP necessita de uma máscara de rede de modo a indicar para onde enviar os datagramas. A máscara de rede é um endereço de 32 bits que é utilizado para determinar se um host ou equipamento roteador está ou não numa subrede.


Classe

A

B

C

Máscara de rede

255.255.255.0

255.255.0.0

255.0.0.0

Máscara de rede :

Classes de Endereços IP

• Notação decimal pontilhada– Notação mais conveniente para usuários

– Conversão da notação de 32 bits em quatro números decimais de 8 bits, separados por pontos


• Divisão do espaço de endereçamento• Necessidade de utilização otimizada

Suíte de Protocolos TCP -IP

• Endereçamento especificado pelo IP• Endereço IP

– Número de 32 bits– Única por host de uma internet– Usado para comunicação entre hosts– Endereço hierárquico

• Roteamento eficiente• Composto por prefixo(Identifica rede) e sufixo

(identifica host de uma rede)

Endereço IP

• Número de rede mais número de host• Número de rede

– Cada rede de uma inter-rede TCP-IP tem número de rede único

– Distribuição coordenada globalmente

• Número de host– Único dentre de uma rede (número de rede)– Pode ser reutilizado em redes diferentes– Distribuição gerenciada localmente

• Endereço IP de uma host – Combinação do número de rede mais número de host

(combinação deve ser única)


• Endereço IP: 32 bits• Divisão de bits entre rede e host (prefixo e sufixo)

– Rede maior que host• Muitas redes, poucos hosts por rede

– Host maior que rede• Poucas redes, muitos hosts por rede

• Classes de endereços• Esquema de endereço que combina redes grandes e

pequenas• 3 classes primárias (A,B,C) • 2 classes especiais (D,E)• Uma classe é identificada pelos primeiros quatro bits do

endereço

Endereçamento abrangente (broadcast)

• Endereço da rede: contém hostid com todos os bits em zero (0) (não se refere aos hosts)

• Endereço de broadcast (refere-se a todos os hosts): hostid com todos os bits em um (1) (limitado a uma rede física)

Casos especiais

• Hosts com duas conexões às redes(multihomed): dois endereços IP (ex. gateways)

• Loopback: 127.0.0.1 Rede para teste e comunicação entre processos de uma mesma máquina (nunca aparece como endereço de fonte ou destino na rede)

Casos especiais

• Todos os bits em zero: O próprio host - usado apenas para startup e não aparece como endereço de destino

• Todos os bits de netid em zero: Um host específico na rede onde trafega o pacote - usado para startup e não aparece como endereço de destino

• Todos os bits de hostid em um (1): broadcast para a rede onde trafega o pacote

PROTOCOLOS DE REDE

TCP/IPTCP (Protocolo de Controle de Transmissão): Protocolo responsável pelo “empacotamento” dos dados na origem para possibilitar sua transmissão e pelo “desempacotamento” dos dados no local de chegada dos dados.

IP (Protocolo da Internet): Responsável pelo endereçamento dos locais (estações) da rede (os números IP que cada um deles possui enquanto estão na rede).

IP – Internet Protocol- Revisão

• O mais popular da Camada de Rede;

• Protocolo fundamental da Internet;

• Normalizado pela IETF como RFC 791;

• Não é seguro => não garante entrega:

– Não estabelece ligação (lógica);

– Se o Router tiver o buffer de entrada cheio, os datagramas são simplesmente descartados;

IPv4 – Header -Revisão

0 1 2 3 4 5 6 7 8 910

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

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24

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26

27

28

29

30

31

VERSÃO T. HEADER TIPO DE SERVIÇO COMPRIMENTO TOTAL

IDENTIFICAÇÃO FLAGS OFFSET DE FRAGMENTO

TIME TO LIVE (TTL) PROTOCOLO HEADER CHECKSUM

ENDEREÇO DO REMETENTE

ENDEREÇO DO DESTINATÁRIO

OPÇÕES

DADOS

IP – Campos - Revisão

• Versão – O que será?– A atual é a versão 4;

• T. Header – Tamanho do cabeçalho (em múltiplos de 4 bytes);– Porque é necessário?

• Porque é um cabeçalho de tamanho variável .

• Tipo de Serviço – Flags que indicam como o datagrama deverá ser tratado pelos routers (e.g. max throughput, min delay, max reliability, min cost);

• Comprimento total em bytes;– Qual o tamanho máximo de um datagrama?

• 2^16 – 1 = 65535 bytes;

• Identificação – Número gerado através do relógio do sistema (só no primeiro datagrama, os seguintes são incrementados em 1);

• Flags – Opções relativas a fragmentação (que pode ocorrer nos routers);

• Fragment Offset – Offset (posição) do fragmento em relação ao datagrama total;

• TTL – Supõe ser o tempo em segundos de vida do datagrama. É decrementado uma vez em cada router que passa ou múltiplas vezes ao ficar em fila num determinado router;

– Qual é o máximo de routers que o datagrama pode “atravessar”?

• 2^8 – 1 = 255;

• Protocolo – Que protocolo esta encapsulado no datagrama;

• Header Checksum – Utilizado para a verificação da validade do cabeçalho IP apenas;

– Tem de ser recalculado ao passar em cada router (hop), porquê?

• Campo TTL muda!

IP – Campos (Cont)- Revisão

O problema do IPv4Esgotamento do endereço IPv4

Existem dois tipos de endereços IP:Endereços privados: são endereços IPs de umarede ethernet (rede local, ex 192.168.0.10/24).

Endereços públicos: são endereços pertencentes arede mundial de computadores (internet, ex.189.124.134.288 - google).

O problema do IPv4

O endereço IPv4 foi criado com o intuito de serutilizado em uma rede que interligaria universidadese centros militares. Nunca foi pensado na época naexistência de uma gigantesca rede aberta decomputadores (internet).

Portanto, como o endereço IPv4 é limitado a 32bits, e ainda possui vários endereços e faixas deendereço reservadas, logo houve o esgotamento deendereços públicos. Na época previu-se que osendereços públicos esgotariam em 2 ou 3 anos.

O problema do IPv4NAT (Network Address Translation)

Técnica utilizada no protocolo IP para sereduzir a necessidade de vários endereços IPspúblicos para acesso a internet. Consistebasicamente em definir um endereço público apenaspara o roteador, evitando assim o esgotamento deendereços públicos em uma rede local. Com o usodo NAT conseguiu-se utilizar o endereço IPv4 pormais tempo do que deveria ter sido utilizado

IPv6 Protocolo IPv6

O IPv6 Surgiu com a necessidade de havermais endereços IPs para as redes públicas.Portanto, a sua principal diferença é a quantidadede endereços que ela pode gerar, pois o tamanhodo endereço foi de 32 bits (IPv4) para 128 bits(IPv6).

Exemplos:IPv4 - 192.168.0.15/16

IPv6 -2001:0db8:12ff:adad:ba42:bada:6453:140f/56

O IPv6 possui a capacidade de fornecer 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456

endereços IP distintos. Isso representa aproximadamente 5,6 * 1028

endereços por pessoa na terra.

IPv6

Objetivos

� Aceitar bilhões de hosts;� Redução da tabela de roteamento;� Protocolo passível de expansão;� Simplificação do cabeçalho do protocolo;� Oferecer maior segurança.

Objetivos

� Criação mecanismos de controle de qualidade de serviço;

� Permitir multicast;� Permitir que máquinas móveis ;� Permitir que máquinas se auto-configurarem; � Permitir que o protocolo evolua no futuro;� Coexistência das duas versões do protocolo.

Como o IPv6 tem uma quantidade grande deendereços, os projetistas consertaram vários defeitos (não sóo de esgotamento de endereços que existia no IPv4). Asprincipais mudanças são:

• Definição de uma arquitetura hierárquica na Internet, o quemelhorou as rotas, facilitando um encaminhamento maiseficiente dos pacotes IP.

• Facilitar a distribuição de IPs fixos e válidos para conexõesdiscadas (DSL), Cable Modems e telefones móveis.

• Fornecer endereços na Internet para todos os dispositivosconectados a ela, eliminando os problemas associados aoNAT.

IPv6

• Redução e simplificação do cabeçalho dos pacotesIP, o que reduz a quantidade de processamentodos roteadores, melhorando o desempenho narede.

IPv6

• Criação e implantação do IPsec, garantindo assima autenticidade, privacidade e integridade dosdados na comunicação, o que torna a rede bemmais segura. Ele envolve práticas de tunelamento,criptografia e autenticação.

• Possui melhor Suporte a dispositivos móveis,garantindo a possibilidade de um IP fixo para estesdispositivos.

IPv6

É importante entendermos que o protocoloIPv6 não é só um aumento da quantidade decaracteres no endereço, mas sim uma série demudanças e melhorias. o IPv6 é um protocolo novo,com características e funcionalidades novas.

Então, para isso, são necessários equipamentos(roteadores, swiches, etc.) e sistemas (servidoresweb, sistemas operacionais, etc.) que suportemeste novo protocolo .

IPv6

Endereçamento IPv6Endereçamento IPv6

A representação do endereço IPv6 é composta por128 bits, sendo divididos em blocos de 2 Bytes (16 bits).Os Bytes são normalmente representado por doiscaracteres hexadecimais (3fdb) e são separados por doispontos (':').

Endereçamento IPv6

Uma das características do endereçamento IPv6 éque ele pode utilizar regras de abreviação, como omitiros zeros à esquerda (0000 se tornaria 0) e representarzeros contínuos com '::' (2013:0000:0000:fafa se tornaria2013::fafa), porém isso só pode ser representado umavez por endereço.A representação da máscara de sub-redes ainda érepresentada utilizando a notação CIDR.Exemplo: 2013:acdc:3003::/48

ASSUNÇÃO, Marcos Flávio Araújo. Honeypots e honeynets: aprenda a detectar invasores. Florianópolis: Visual Books, 2009. CARVALHO, Hugo Eiji Tibana. GTA UFRJ (2008). Radius. Disponível em: <http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/radius/index.html.>. Acesso em: 16 dez. 2012. CARVALHO, Luciano Gonçalves. Segurança de Redes. Rio de Janeiro: Ciência Moderna, 2005. RUFINO, Nelson M. de O. Segurança em redes sem fio: aprenda a proteger suas informações em ambientes WI-FI e bluetooth. São Paulo: Novatec, 2005.TANENBAUM, Andrew S. Redes de computadores. Rio de Janeiro: Campus, 2006.THOMAS, Tom. Segurança de redes: primeiros passos. Rio de Janeiro: Ciência Moderna., 2007.

Bibliografia

Aula_2_Estrutura de Redes e Protocolos

Documents

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