Redes

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Redes

• Prof. Edgard Jamhour
• email jamhour_at_ppgia.pucpr.br
• URL http//ppgia.pucpr.br/jamhour

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CONTEÚDO

• 1) Camada de Transporte
• 2) TCP
• 3) UDP
• 3) Camada de Aplicação

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Protocolo do nível de transporte

• Conceito Os protocolos de transporte são capazes
  de manipular múltiplos endereços numa mesma
  estação, permitindo que várias aplicações
  executadas no mesmo computador possam enviar e
  receber datagramas independentemente.

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Protocolo TCP

• Conceito Protocolo da camada de transporte que
  oferece um serviço de comunicação confiável e
  orientado a conexão sobre a camada de rede IP.
• O Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) é
  um protocolo orientado a conexão destinado a
  construir comunicações ponto a ponto confiáveis.
• O protocolo TCP utiliza um nível de endereçamento
  complementar aos endereços IP, que permite
  distinguir vários endereços de transporte numa
  mesma estação.
• Os endereços de transporte são números inteiros
  de 16 bits denominados portas.

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Endereçamento por Portas
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Transmissão Por Fluxo

• O protocolo TCP é implementado no sistema
  operacional.
• Ele oferce aos desenvolvedores a possibilidade de
  escrever aplicações que transmitem e recebem
  bytes num fluxo contínuo, sem se preocupar com a
  fragmentação dos dados em pacotes.

aplicação
aplicação
Fluxo contínuo de bytes (stream)
Fluxo contínuo de bytes (stream)
socket
socket
TCP
TCP
segmentos
segmentos
IP
IP
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Segmentação

• O fluxo contínuo de bytes é transformado em
  segmentos para posterior encapsulamento no
  protocolo IP. O tamanho máximo de um segmento é
  denominado MSS (Maximum Segment Size).
• O valor default do MSS é geralmente escolhido de
  forma a evitar a fragmentação IP (MSS lt MTU).

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TCP Protocolo Confiável

• O protocolo TCP é um protocolo confiável e
  orientado a conexão. A técnica usada pelo TCP é
  retransmissão por ausência de confirmção.

Um protocolo confiável inclui mensagens para
confirmação de recebimento
Mensagem
Processo Receptor
Processo Transmissor
ACK
A mensagem é retransmitida se não houver
confirmação
Mensagem
ACK
Kernel
Kernel
REDE
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Segmento TCP
tamanho do cabeçalho em paravras de 32 bits
FLAGS URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN
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Campos TCP

• Número de Sequência (32 bits)
• Corresponde ao número do primeiro byte do
  segmento em relação a fluxo contínuo de bytes da
  conexão TCP.
• Na prática, o número inicial não é 0, mas sim um
  número escolhido de forma aleatória para cada
  conexão.
• Essa técnica diminui a possiblidade de que
  segmentos de uma conexão antiga já encerrada
  sejam inseridos em novas conexões TCP.
• Número de Confirmação (32 bits)
• Número de sequência do próximo byte que o host
  está aguardando receber.

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Comunicação Confiável
100 - 149
150 - 179
200 - 209
210 - 299
peer
peer
seq100, conf200, dados50 bytes
seq200, conf150, dados10 bytes
seq150, conf210, dados30
seq210, conf180, dados90 bytes
tempo
tempo
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Estabelecimento de uma Conexão TCP

• Estágio 1 do cliente para o servidor (segmento
  SYN)
• Define o valor inicial do número de sequência do
  cliente
• SEQ clienteseq
• Flag de controle
• SYN 1, ACK 0
• Estágio 2 do servidor para o cliente (segmento
  SYNACK)
• Confirma o valor do número de sequência
• ACK clienteseq 1
• Define o valor inicial do número de sequencia do
  servidor
• SEQ servidorseq
• Flag de controle
• SYN 1, ACK 1
• Estágio 3 do cliente para o servidor
• Confirma o valor do número de sequência
• SEQ servidorseq 1
• ACK servidorseq 1
• SYN 0, ACK 1

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Encerramento da Conexão

• O encerramento de conexão e feito utilizando o
  Flag FIN.
• Exemplo O cliente encerra a conexão
• Do cliente para o servidor
• FIN 1
• Do servidor para o cliente
• ACK
• Do servidor para o cliente
• FIN 1
• Do cliente para o servidor
• ACK

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Retransmissão

• A técnica de retransmissão do TCP é o
  reconhecimento positivo com temporizadores.
• O TCP não usa NAK.
• Se o ACK não chegar no transmissor num tempo
  pré-determinado, o segmento é retransmitido.
• O receptor pode enviar pacotes sem dados, apenas
  com confirmação, quando não tem nada para
  transmitir.

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Temporização

• A temporização é estimada 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 a
  seguinte
• EstimatedRTT 0.875 EstimatedRTT 0.125
  SampleRTT
• Temporizador EstimatedRTT 4 . Desvio
• Desvio 0.875 Desvio 0.125 (SampleRTT
  EstimatedRTT)
• Onde
• SampleRTT última medição de RTT
• Desvio medida da flutuação do valor do RTT

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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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Retransmissão Rápida

• Segmentos que são recebidos fora de ordem não são
  confirmados pelo receptor.
• O receptor repete o último valor confirmado para
  o transmissor.
• Se o transmissor receber 3 segmentos com o mesmo
  número de confirmação, ele retransmite os
  segmentos perdidos.
• Essa técnica é denominada retransmissão rápida
  (retransmissão antes de expirar o temporizador do
  segmento).
• Algumas implementações de TCP usam a
  retransmissão de 3 ACK duplicados como um NAK
  implícito.

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Controle de Fluxo

• Janela de Recepção (32 bits)
• Informa a quantidade de bytes disponíveis no
  buffer de recepção do host.
• Quando o receptor informa ao transmissor que a
  janela de recepção tem tamanho 0, o transmissor
  entra num modo de transmissão de segmentos de 1
  byte, até que o buffer do receptor libere espaço.

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Controle de Fluxo

• Transmissão de A para B
• RcvBuffer buffer de recepção de B
• LastByteRead número do último byte lido pela
  aplicação B
• LastByteRcvd último byte recebido por B
• A janela de recepção enviada de B para A é
  definida por
• RcvWindow RcvBuffer - LastByteRcvd -
  LastByteRead
• A quantidade máxima de pacotes de A para B é dada
  por
• LastByteSent - LastByteAcked lt RcvWindow

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Controle de Congestionamento

• Na prática, o TCP impõe uma outra janela que
  limita o enviou de bytes pelo tranmissor
• LastByteSent - LastByteAcket lt min(CongWin,
  RcvWindow)
• A janela CongWin é recalculada a cada RTT.
• A taxa de envio máxima é dada por
• CongWing/RTT bytes/s
• A janela CongWin é aumentada pelo transmissor se
  seus pacotes são recebidos com sucesso, e
  diminuída em caso de falha.

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Algoritmo

• a) Inicialização
• CongWin 1 MSS (Maximum Segment Size 1460
  bytes)
• Threshold 65 kbps
• b) Fase de crescimento exponencial (a cada ACK
  recebido)
• se CongWin lt Threshold vai para Partida Lenta
• CongWin CongWin MSS
• Isto é, CongWin Congwin2 por RTT
• senão vai para Prevenção de Congestionamento
• CongWin CongWin (MSS/CongWin)
• Isto é, CongWin CongWin 1 MSS por RTT
• c) Em caso de detecção de perda por 3 ACK
  duplicados
• Threshold CongWin CongWin/2
• Vai para prevenção de congestionamento
• d) Em caso de detecção de perda por Temporização
• Threshold CongWin/2
• CongWin 1 MSS (volta para partida lenta)

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Variantes do TCP

• TCP Tahoe
• mais antiga
• volta para partida lenta (CongWin1MSS) para
  qualquer evento de perda
• TCP Reno
• mais recente
• adota uma recuperação rápida (CongWinCongWin/2)
  no caso de deteção de perda por 3 ACK duplicados
  e partida lenta em caso de detecção de perda por
  temporização.
• TCP Vegas
• proposta
• Reduz a taxa de transmissão de pacotes mesmo
  antes da ocorrência de perda, monitorando o
  aumento do valor do RTT (confirmação dos ACKs).

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Outros Bits de Controle

• PHS
• O receptor deve passar os dados imediatamente
  para a camada superior.
• URG
• Existem dados no segmento marcados como urgentes.
• A indicação do último byte considerado urgente no
  segmento é definida pelo ponteiro de urgência (16
  bits).

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Protocolo UDP

• Conceito Protocolo da camada de transporte que
  oferece um serviço de comunicação não orientado a
  conexão, construído sobre a camada de rede IP.
• Sendo não orientado a conexão, o protocolo UDP
  pode ser utilizado tanto em comunicações do tipo
  difusão (broadcast) quanto ponto a ponto.

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Mensagem UDP

• As mensagens UDP são bem mais simples que o TCP
  pois não oferece a mesma qualidade de serviço.

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TCP X UDP
TCP UDP
Orientado a Conexão Não Orientado a Conexão
Transmissão por Fluxo Segmentação e Remontagem feita pelo S.O. Transmissão por Datagramas Segmentação e Remontagem feita pela aplicação.
Confiável (confirma recebimento e retransmite pacotes perdidos) Não confiável
Somente Unicast Unicast, Multicast ou BroadCast
Controle de Fluxo Controle de Congestionamento Sem controle
Indicado para transferir grandes quantidades de dados Indicado para transmissões rápidas (poucos dados) ou que não admitam grande atraso (tempo-real)
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Protocolos do nível de aplicação.

• Conceito Protocolos que disponibilizam serviços
  padronizados de comunicação, destinados a dar
  suporte ao desenvolvimento de aplicações para os
  usuários.

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Descrição dos Protocolos de Aplicação

• FTP File Transfer Protocol. Protocolo que
  implementa serviços de transferência de arquivos
  de uma estação para outra (ponto a ponto)
  através de rede.
• TELNET Serviço de Terminal Remoto. Protocolo
  utilizado para permitir aos usuários controlarem
  estações remotas através da rede.
• SMTP Simple Mail Transfer Protocol. Protocolo
  utilizado para transferência de mensagens de
  correio eletrônico de uma estação para outra.
  Esse protocolo especifica como 2 sistemas de
  correio eletrônico interagem.
• HTTP Hypertext Tranfer Protocol. Protocolo
  utilizado para transferência de informações
  multimídia texto, imagens, som, vídeo, etc.
• SNMP Simple Network Monitoring Protocol.
  Protocolo utilizado para monitorar o estado das
  estações, roteadores e outros dispositivos que
  compõe a rede.
• NFS Network File System. Protocolo desenvolvido
  pela "SUN Microsystems, Incorporated", que
  permite que as estações compartilhem recursos de
  armazenamento de arquivos através da rede.