Predefinição:RCO 1110231 2015-1

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Diário de aula de RCO - 2015-1 - Prof. Tiago Semprebom

Professor

Professor: Tiago Semprebom
Email: tisemp@ifsc.edu.br
Atendimento paralelo: 6a feira 17:30h - 18:30 h (Lab. de Desenvolvimento de Tele)
Endereço web do grupo: http://groups.google.com/group/ifsc_res
Endereço de e-mail da disciplina: ifsc_res@googlegroups.com

IMPORTANTE: o direito de recuperar uma avaliação em que se faltou somente existe mediante justificativa reconhecida pela coordenação. Assim, deve-se protocolar a justificativa no prazo de 48 horas, contando da data e horário da avaliação, e aguardar o parecer da coordenação. O não cumprimento desse procedimento implica a impossibilidade de fazer a recuperação, e assim a reprovação na disciplina.

Plano de Ensino

Conceitos

Matrícula A1 A2 A3 Rel. Tec. Final
142003381-6 B B B B B
142002607-0 F F D B D
142006774-5 C (B) A C A B
141005709-7 D(D) D D D D
142001234-7 D (C) B B B B
142001326-2 D(C) C A A B
141000292-6 D(D) D D D D
142003354-9 C (B) C C A B
142002006-4 D(C) C C B C
142002047-1 B C A A A
142001581-8 D(C) D(D) D(B) A D
132003277-0 D(D) D(D) D(D) D D

F: faltou
(X): conceito da recuperação
negrito: com direito a recuperação

Material de apoio

Curiosidades

Internet-map.png
Uma representação artística das interligações na Internet

Aulas

06/02/15: Apresentação da disciplina

  • Apresentação da disciplina, plano de aula, trabalhos e métodos de avaliação.
  • Internet: sistemas finais, borda da rede e núcleo da rede.
  • Atividade em laboratório (Redes I):
    • Revisão sobre GNU/Linux - Ubuntu.
    • Instalação e configuração básica da distribuição Ubuntu.

13/02/15: Introdução à Redes de Computadores

  • Hosts, elementos finais e modelos de serviço.
  • Visão de serviços e componentes, borda da rede, núcleo da rede, protocolos

20/02/15: Introdução à Redes de Computadores

  • Serviço orientado à conexão (TCP).
  • Serviço não orientado à conexão (UDP).
  • Comutação de circuitos vs Comutação de pacotes.
  • FDMA e TDMA.
  • Resolução de exercícios (Lista 1)

27/02/15: Introdução à Redes de Computadores

  • Redes de acesso e meio físico
  • Atrasos em redes de comutação de pacotes
  • Arquitetura em Camadas

06/03/15: Arquitetura em Camadas

13/03/15: Camada de Aplicação

  • A camada de aplicação (ver estes [slides)

Ver Capítulo 27 do livro Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 4a ed., de Behrouz Forouzan.

Na arquitetura de redes da Internet, são as aplicações que se comunicam, gerando dados no transmissor e consumindo-os no receptor.

Res-camadas3.png

Aplicações residem em equipamentos de rede, e se comunicam através da rede usando os serviços das camadas inferiores

Aplicações são processos que se comunicam através da rede (lembre que processos são programas em execução). Exemplos de aplicações são navegadores web (Firefox, Chrome) e bate-papo (Skype, GTalk). A comunicação pode ser feita de diferentes formas, de acordo com o modelo de comunicação adotado pela aplicação em questão. O modelo de comunicação define o papel de cada participante da comunicação, e por consequência acaba determinando como a comunicação acontece (quem a inicia, quando se transmitem e recebem mensagens). Três modelos conhecidos são:

  • Cliente-Servidor: um participante é o cliente, e o outro o servidor. O cliente inicia a comunicação, ao enviar uma mensagem ao servidor pedindo algum serviço. Cabe ao servidor responder aos pedidos dos clientes. Este é o modelo mais comum de se encontrar em aplicações, tais como correio eletrônico, WWW, bancos de dados, compartilhamento de arquivos e outros.
  • Peer-to-Peer (P2P): cada participante pode ser tanto cliente quanto servidor, assim qualquer um pode iniciar uma comunicação. Tornou-se popular com aplicações como compartilhamento de arquivos (ex: BitTorrent, eDonkey) e sistemas de chamadas VoIP.
  • Publisher/Subscriber: neste modelo existem os publicadores de conteúdo (publishers) e os assinantes ou interessados (subscribers). Os assinantes registram seus interesses por demais tipos de dados (isso é, assinam canais de dados). Os publicadores eventualmente divulgam dados, que são distribuídos aos assinantes. Não é comum de ser encontrado em aplicações, porém é o modelo usado para detecção de presença em aplicações de conversa on-line (Skype, Gtalk).

Cada aplicação usa diretamente os serviços da camada de transporte, e indiretamente os de camadas inferiores. Assim, para uma aplicação é a camada de transporte que envia e recebe suas mensagens. Como visto na aula passada, um serviço importante da camada de transporte é classificar e separar os pacotes recebidos de acordo com a aplicação que deve recebê-los, e para isso usa-se um número chamado de porta. O número de porta pode ser entendido como um endereçador de aplicações dentro de um mesmo host. Vimos também que a camada de transporte na Internet apresenta dois protocolos, e ambos usam números de porta para separar os pacotes de acordo com a comunicação que os contém:

  • TCP: usado por aplicações quando há necessidade de ter certeza de que os dados foram recebidos. Esse protocolo faz retransmissões automáticas no caso de perdas de mensagens. Para estabelecer a comunicação, ele usa o conceito de conexão (em que os dois participantes entram em acordo sobre a comunicação, e lembram disso a cada mensagem enviada e recebida) e realiza confirmações das mensagens recebidas. Este é o protocolo de transporte mais usado.
  • UDP: usado quando não é imprescindível ter certeza de que cada mensagem chegou ao destino, ou o custo de fazer isso com TCP não compensar. Não há conexões, tampouco confirmações. Exemplos de uso são chamadas VoIP e consultas DNS.

O estudo das aplicações da Internet inicia com WWW, que foi responsável por popularizar a Internet nos anos 90 e ainda é a aplicação mais difundida e acessada.

WWW e protocolo HTTP

WWW (World Wide Web) é um sistema de documentos em hipermidia que são ligados e acessados na Internet (FONTE: Wikipedia). Tendo início em 1990 como uma aplicação experimental desenvolvida por Tim Berners-Lee, que então trabalhava no CERN, na Suíça, em pouco tempo caiu no gosto de demais usuários e se difundiu. WWW se tornou tão popular que para muitos passou a ser sinônimo de Internet (equivocadamente). Por trás da sua rápida aceitação há um protocolo de aplicação simples e funcional, além claro do modelo de informação em hipermidia que agradou as pessoas.

Se o WWW é um sistema de documentoshipermidia online mantido de forma distribuída na Internet, o protocolo HTTP (Hypertext Transfer Protocol) é o protocolo usado para acessá-los. Esse protocolo segue o modelo cliente-servidor, e as comunicações são feitas com mensagens de pedido e resposta. Um cliente (navegador web) envia uma mensagem HTTP de pedido a um servidor web, que a responde com uma mensagem de resposta contendo o conteúdo solicitado. O protocolo HTTP usa o protocolo TCP para transmitir suas mensagens.

Mensagens de pedido HTTP

Mensagens HTTP de pedido possuem a seguinte estrutura:

Método URI HTTP/versão_do_protocolo
Cabeçalho1: valor do cabeçalho1
Cabeçalho2: valor do cabeçalho2
Cabeçalho3: valor do cabeçalho3
CabeçalhoN: valor do cabeçalhoN

corpo da mensagem

A primeira linha usa o campo método para indicar o tipo de pedido a ser realizado. O método HTTP pode ser entendido como um comando a ser realizado pelo servidor. Os métodos mais comuns são:

  • GET: obtém um documento.
  • POST: envia algum conteúdo e obtém como resposta um documento.
  • HEAD: obtém informações sobre um documento.

O campo URI (Uniform Resource Indicator) identifica o documento que o servidor deve acessar. Ele se aparenta com um caminho de arquivo (pathname), porém possui algumas extensões para poder enviar informação adicional.

Os cabeçalhos servem para complementar o pedido, informando ao servidor mais detalhes sobre o que está sendo requisitado. Por fim, o corpo da mensagem é opcional, podendo conter dados a serem enviados ao servidor quando necessário.

Tendo entendido os componentes de um pedido HTTP, segue abaixo um exemplo de uma requisição real (note que ela não possui corpo de mensagem):

GET /wiki/ HTTP/1.1
Host: wiki.sj.ifsc.edu.br
User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:20.0) Gecko/20100101 Firefox/20.0
Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,*/*;q=0.8
Accept-Language: pt-BR,pt;q=0.8,en-US;q=0.5,en;q=0.3
Accept-Encoding: gzip, deflate
Cookie: wiki2010UserID=614; wiki2010UserName=Msobral; wiki2010Token=4ed97239498a2fc74596b0f0a62331b5; wiki2010_session=f4e6b1hl4ctlkbpe5gc5gkosi4
Connection: keep-alive
If-Modified-Since: Mon, 20 May 2013 00:38:20 GMT

Mensagens de resposta HTTP

Mensagens HTTP de resposta possuem a seguinte estrutura:

HTTP/versão_do_protocolo status info 
Cabeçalho1: valor do cabeçalho1
Cabeçalho2: valor do cabeçalho2
Cabeçalho3: valor do cabeçalho3
CabeçalhoN: valor do cabeçalhoN

corpo da mensagem

A linha inicial informa o resultado do atendimento do pedido (se teve sucesso ou não), contendo um código numérico de status seguido de uma breve descrição. Os códigos numéricos e info mais comuns são:

  • 200 OK: pedido atendido com sucesso.
  • 302 Moved Temporarily: o pedido pode ser atendido em outra URL.
  • 401 Authorization Required: acesso negado, pois exige-se autenticação.
  • 403 Forbidden: acesso negado em definitivo.
  • 404 Not Found: documento não encontrado.

Após a linha inicial há os cabeçalhos, usados da mesma forma que em pedidos HTTP. Por fim, pode haver o corpo da mensagem (opcional). Um exemplo de mensagem de resposta segue abaixo:

HTTP/1.1 200 OK
Date: Thu, 23 May 2013 20:43:31 GMT
Server: Apache
Last-Modified: Fri, 10 May 2013 14:09:58 GMT
ETag: "757236-40-4dc5db8df272a"
Accept-Ranges: bytes
Content-Length: 64
Vary: Accept-Encoding
Connection: close
Content-Type: text/plain; charset=UTF-8

Este é um pequeno arquivo de teste, sem informação útil ...

Atividade Prática

1. Instale o servidor WWW Apache 2.

  • Documentação [1]
sudo apt-get install apache2

2. Verifique a configuração do apache

  • Nos arquivo "/etc/apache2/apache2.conf" e "/etc/apache2/sites-enabled/000-default", interprete os valores das seguintes variáveis:
    • DocumentRoot - local onde ficam as páginas web
    • ErrorLog - registro de erros (ex.: página não encontrada)
      • No Apache o ErrorLog encontra-se em: /var/log/apache2/error.log
    • CustomLog - registro padrão (ex.: acessos)
      • No Apache o CustomLog encontra-se em: /var/log/apache2/access.log

3. Crie uma página WEB no servidor instalado e acesse-a.

  • Crie a página web em DocumentRoot/minha_pagina.html, com o seguinte conteúdo:
<html>
  <head>
    <title>Página de teste...</title>
  </head>
  <body>
    <p>Página Teste!</p>
  </body>
</html>

4. Acesse as páginas instaladas nos computadores de seus colegas utilizando seus IPs

5. Instale o wireshark e capture os pacotes de comunicação HTTP, identificando as mensagens GET e suas respostas, como exposto acima.

sudo apt-get install wireshark

20/03/15: Camada de Aplicação

  • Camada de Aplicação (ver estes [slides])
  • Protocolos SMTP, IMAP, POP3, FTP e DNS.
  • Resolução de exercícios (Lista 2)

27/03/15: Avaliação 1

  • Conteúdos abordados: Arquitetura Internet (Cap. 1 Kurose) e Camada de Aplicação (Cap. 2 Kurose).
  • Revisão para avaliação (Lista 3).

03/04/15:

  • Feriado (sexta-feira santa)

10/04/15: Camada de Transporte

  • Vista de prova - Arquitetura Internet e Camada de Aplicação
  • Camada de Transporte (ver estes [slides])
  • Resolução de exercícios (Lista 4)
  • Resolução de exercícios (Lista 5)

Até o momento nos concentramos nos serviços de rede (Camada de Aplicação). Afinal, são elas que usamos para nos comunicarmos através das redes de computadores. No entanto, aplicações dependem de outros protocolos para poderem se comunicar, os quais cuidam dos detalhes envolvidos na transmissão e recepção de mensagens em uma rede vasta como a Internet.

As aplicações se comunicam por meio de mensagens. Cada protocolo de aplicação (HTTP, POP3, DNS, IMAP, SMTP, SIP, ...) tem seu formato de mensagem. Essas mensagens podem ser pequenas (ex: DNS, SIP) ou por vezes grandes (ex: SMTP, HTTP, POP3). De qualquer forma, a aplicação precisa que suas mensagens sejam transmitidas para o outro participante da comunicação, que está em um computador remoto. Para isso ela usa um protocolo de transporte.

Res-Camadas-protocolos.png
Algumas aplicações e protocolos de transporte na Internet

Como já discutido, mais de uma aplicação pode existir em um mesmo computador. Por isso, uma das principais atribuições de um protocolo de transporte é identificar de qual aplicação é uma mensagem a ser transmitida, e para qual aplicação se destina uma mensagem recebida. Deve-se ter em mente que uma aplicação é representada por um programa em execução em um computador, portanto um protocolo de transporte possibilita a comunicação entre processos que estão sendo executados usualmente em computadores diferentes. Em nossas discussões anteriores chamamos isso de classificação das mensagens, mas o termo usado para expressar essa capacidade dos protocolos de transporte é multiplexação. No caso específico dos protocolos de transporte da Internet (TCP e UDP), um número de port é usado para fazer essa distinção, e por isso essa função é denominada multiplexação baseada em port.

Uma comunicação entre aplicações é composta basicamente de duas informações principais: endereços dos hosts participantes 
e números de port dos processos. Os endereços são responsabilidade da Camada de Rede (onde há o protocolo IP), e os números 
de port são usados na Camada de Transporte (onde estão os protocolos TCP e UDP).

Mas por que existem dois protocolos de transporte ? Talvez ajude a esclarecer essa questão se compararmos as necessidades das aplicações:

Aplicação Tolerância a perdas Tolerância a atrasos Tamanhos de mensagens
HTTP baixa média variável ... podem ser muito grandes (de poucos bytes a centenas de megabytes ou mais)
SMTP baixa alta variável ... podem ser grandes (de centenas bytes a alguns megabytes)
DNS média baixa pequenas (algumas centenas de bytes)
POP3 baixa média variável ... podem ser grandes (de centenas bytes a alguns megabytes)
SIP média média pequenas (algumas centenas de bytes)
VoIP média baixa pequenas (tipicamente < 164 bytes)

Durante o projeto e aperfeiçoamento dos protocolos da Internet, convergiu-se para a definição de dois protocolos de transporte:

  • TCP (ver RFC 793): protocolo orientado a conexão, com garantia de entrega, controle de fluxo e controle de congestionamento.
  • UDP (ver RFC 768): protocolo orientado a datagrama (não há conexão), sem garantia de entrega ou qualquer outra verificação ou controle. Basicamente faz somente a multiplexação baseada em port.

Curiosidade: veja os anos em que foram publicados as especificações desses protocolos ...

As diferenças entre eles serão melhor detalhadas nas próximas aulas. Hoje farems alguns experimentos para ter uma ideia de como se comportam as comunicações feitas com esses protocolos.

17/04/15: Camada de Transporte

  • Camada de Transporte (ver estes [slides)
    • Construção de um protocolo de transferência confiável
    • Volta-N, Retransmissão Seletiva
  • Resolução de exercícios (Lista 6)
  • Resolução de exercícios (Lista 7)

24/04/15 Camada de Transporte

  • Avaliação de recuperação: Arquitetura Internet e Camada de Aplicação (17h - Sala 3)

Atividade

As atividades de hoje buscarão mostrar as características básicas de comunicações com protocolos de transporte.

Aplicações e protocolos de transporte

Faça uma rápida pesquisa e descubra que protocolos de transporte (e que ports) são usados por estas aplicações:

  • SSH
  • FTP
  • BitTorrent
  • emule
  • WINS
  • Compartilhamento de arquivos do Windows
  • Windows Terminal Service
  • NFS
  • Openvpn
  • RADIUS
  • DHCP
  • SNMP
  • NTP
  • LDAP
  • Mysql
  • Postgresql
  • Oracle RDBMS
  • Syslog
  • CUPS

Que protocolo de transporte predomina nesse conjunto ?

Tipos de protocolos de transporte: TCP x UDP

Nestes experimentos, serão evidenciadas diferenças entre os protocolos TCP e UDP.

Experimento 1

Ambos protocolos de transporte podem ser usados por aplicações que precisem se comunicar. Porém cada um deles têm certas propriedades, então a escolha precisa ser feita dependendo do tipo de comunicação a ser feita pela aplicação. Por exemplo, o que aconteceria se um arquivo fosse transferido de um computador a outro com ambos protocolos ?

  1. Abra um terminal e execute o seguinte comando para fazer o download de um arquivo a ser usado no experimento:
    wget http://tele.sj.ifsc.edu.br/~tisemp/RES/ubuntu.iso
    
  2. Observe o tamanho do arquivo transferido ... ele deve ter exatamente 832569344 bytes (cerca de 832 MB). Você pode fazer isso com o comando ls -l ubuntu.iso, ou executando o gerenciador de arquivos e visualizando as propriedades desse arquivo.
  3. Escolha um colega para fazer o experimento, em que o arquivo será transferido de um computador para o outro.
  4. A primeira transferência será feita usando o protocolo TCP da seguinte forma:
    • No computador receptor execute:
      nc -l 5555 > arquivo
      
    • No computador transmissor execute (X é o número do seu computador, visível em sua etiqueta):
      time nc 192.168.1.X 5555 < ubuntu.iso
      
    • Quando completar a transferência, verifique o tamanho do arquivo recebido. Ele é igual ao arquivo original? E quanto tempo levou para transmiti-lo ?
  5. A segunda transferência será feita usando o protocolo UDP:
    • No computador receptor faça o download deste programa. Em seguida acrescente a ele permissão de execução (chmod +x receptor).
    • No computador receptor execute:
      ./receptor 5555 > arquivo
      
    • No computador transmissor faça o download deste programa. Em seguida acrescente a ele permissão de execução (chmod +x transmissor).
    • No computador transmissor execute (X é o número do seu computador, visível em sua etiqueta):
      ./transmissor 192.168.1.X 5555 < ubuntu.iso
      
    • Quando completar a transferência, verifique o tamanho do arquivo recebido. Ele é igual ao arquivo original ? E quanto tempo levou para transmiti-lo ?
  6. Compare as transferências feitas com TCP e UDP. O que eles têm em comum ? Que diferenças lhe pareceram mais pronunciadas ? Como isso deve afetar as aplicações que usam esses protocolos ?

Experimento 2

Transferências usando cada um desses protocolos podem apresentar características bem distintas. Neste segundo experimento, serão feitas transferências simultâneas de arquivos a partir de um mesmo servidor, comparando-se o resultado obtido com TCP e UDP. Essas transferência ocorrerão entre os computadores do laboratório e um servidor externo ao laboratório, como mostrado na figura abaixo:

Res-Exp2-transporte.png

  1. Abra um terminal em seu computador, e nele execute este comando:
    wget http://tele.sj.ifsc.edu.br/~tisemp/RES/ubuntu.iso
    
  2. Observe a taxa de transferência (velocidade do download) obtida. Que valores ela apresenta ? Quanto tempo levou para o arquivo ser transferido ?
  3. Após todos terem copiado o arquivo, o professor irá se logar em um dos computadores do laboratório e repetir a transferência. Porém desta vez ele irá fazê-la sozinho. Que taxas ele obteve, e quanto tempo levou ?
  4. O professor irá repetir a transferência novamente, mas desta vez ele irá pedir que um aluno também a inicie logo em seguida. Qual foi a taxa obtida por ambos ?
  5. Finalmente, o professor irá repetir a transferência porém com mais dois alunos fazendo-a ao mesmo tempo. Que se pode concluir quanto a taxa de transferência obtida ?
  6. Para poder fazer uma comparação, as transferências serão feitas novamente porém usando UDP como protocolo de transporte. Para isso siga estes passos:
    1. Abra dois terminais. Em um deles execute este comando:
      watch -n 1 ls -l arquivo
      
      ... e no outro execute:
      ./receptor 5555 > arquivo
      
    2. O professor irá transmitir o arquivo a partir do servidor. Observe o tamanho do arquivo, que deverá aumentar.
    3. Em que valor o tamanho do arquivo parou de crescer ? Quanto tempo isso levou, aproximadamente ? E esse tamanho final é o mesmo do arquivo original ?
    4. Como se comparam as transferências usando TCP e UDP ?

01/05/15:

  • Feriado (dia do trabalho)

08/05/15: Camada de Transporte

  • Revisão da Camada de Transporte (30min da aula)
  • Avaliação Camada de Transporte

15/05/15: Camada de Rede

  • Vista de prova: Camada de Transporte
  • Introdução à Camada de Rede (Slides)
  • Realização de exercícios Camada de Rede (Lista 7)

22/05/15: Camada de Rede

  • Roteamento hierárquico
  • Endereçamento IP
  • Exercícios endereçamento IP (Sub-redes)

29/05/15: Camada de Rede (paralisação)

  • Exercícios endereçamento IP (Sub-redes)

05/06/15: Camada de Rede

  • Feriado Nacional (Corpus Christi)

12/06/15: Palestra sobre IEEE 802.11

  • Apresentação tecnologia Wi-Fi (padrão IEEE 802.11)
    • Horário: 19h - 20h:20min.
    • Palestrante: Prof. Emerson Melo - DTIC/IFSC
  • Resolução de exercícios Segmentação de redes (Lista 10)
  • Exercícios de revisão (parte teórica) (Lista 11)

19/06/15: Camada de Rede

  • Correção Lista de Exercícios (revisão)
  • Avaliação Camada de Rede

26/06/15: Camada de Rede

  • Vista de prova (Camada de Rede)
  • Avaliações de recuperação finais da disciplina (Camada Aplicação, Transporte e Rede)

03/07/15: Encerramento da Disciplina

  • Viagem ISCC 2015 - Larnaca, Chipre
  • Conceitos finais: