Curso Técnico Integrado de Telecomunicações - Redes de Computadores (RCO)

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MURAL DE AVISOS E OPORTUNIDADES DA ÁREA DE TELECOMUNICAÇÕES


Informações Gerais

Edições

Laboratórios

Laboratório 1 - Ifconfig, Ping, Traceroute

Objetivos

  • Familiarização com a infraestrutura dos laboratórios de redes, incluindo as máquinas virtuais Virtualbox
  • Familiarização com ferramentas de rede: ifconfig, ping, traceroute;
  • Desenvolver a noção de endereçamentos de rede IP e de endereço de hardware (MAC)
  • Desenvolver a noção de rotas em redes IP

Conceitos introdutórios para uso do laboratório

A rede do laboratório em uso segue o modelo apresentado no diagrama da Figura 1.

Figura 1 - Diagrama da rede do laboratório

Máquinas virtuais

Eventualmente serão utilizadas nessa disciplina.

Os Laboratórios de Redes de Computadores estão equipados com N+1 (N = número de computadores para alunos) computadores conectados em rede e com acesso a Internet, Figura 1. A rede local do laboratório tem endereço IP 192.168.1.0/24. A máscara de rede /24 indica que o último byte do endereço é utilizado para identificar cada máquina, por exemplo 192.168.1.1, 192.168.1.2, etc. O sistema operacional hospedeiro é o Linux Ubuntu. Como os laboratórios são utilizados por várias disciplinas/alunos/professores, os usuários não tem acesso a senha de root (administrador). Para possibilitar a execução de comandos exclusivos do administrador (usuário root), cada computador tem instaladas máquinas virtuais, as quais podem ser lançadas a partir do aplicativo VirtualBox. As máquinas virtuais pertencem a mesma rede local do laboratório e tem endereçamento 192.168.1.x, sendo o byte que identifica a máquina (x) deverá ser manualmente configurado com a seguinte regra: M1 – 101, M2 – 102,..., M9 – 109, M10 – 110,..., M14 – 114 . Por exemplo:, M1 ficará com o endereço 192.168.1.101.

Roteiro de atividades

ifconfig

O aplicativo ifconfig pode ser utilizado para visualizar a configuração ou configurar uma interface de host em redes TCP/IP. Se nenhum argumento for passado na chamada do ifconfig, o comando mostra a configuração atual de cada interface de rede.

Consultar as páginas man ifconfig do Linux para maiores detalhes sobre o funcionamento deste aplicativo, o qual permite ativar/desativar a interface, configurar o endereço IP, definir o tamanho da MTU, redefinir o endereço de hardware se a interface suporta, redefinir a interrupção utilizada pelo dispositivo, entre outros.


  1. Analisando os dados obtidos do seguinte exemplo ifconfig

eth0 Link encap:Ethernet Endereço de HW 64:51:06:1a:f3:da 

         inet end.: 172.18.18.14  Bcast:172.18.63.255  Masc:255.255.192.0
         endereço inet6: fe80::6651:6ff:fe1a:f3da/64 Escopo:Link
         UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Métrica:1
         pacotes RX:415237 erros:0 descartados:0 excesso:0 quadro:0
         Pacotes TX:118109 erros:0 descartados:0 excesso:0 portadora:0
         colisões:0 txqueuelen:1000 
         RX bytes:364658695 (364.6 MB) TX bytes:18315199 (18.3 MB)
         IRQ:18

lo Link encap:Loopback Local 

         inet end.: 127.0.0.1  Masc:255.0.0.0
         endereço inet6: ::1/128 Escopo:Máquina
         UP LOOPBACK RUNNING  MTU:65536  Métrica:1
         pacotes RX:6688 erros:0 descartados:0 excesso:0 quadro:0
         Pacotes TX:6688 erros:0 descartados:0 excesso:0 portadora:0
         colisões:0 txqueuelen:0 
         RX bytes:1057934 (1.0 MB) TX bytes:1057934 (1.0 MB) </syntaxhighlight>
    1. O sistema em questão possui duas interfaces de rede: eth0 e lo
    2. Link encap:Ethernet: Configuração da interface Ethernet 0 (primeira)
    3. Endereço de HW 64:51:06:1a:f3:da: É o endereço da placa de rede, camada 2
    4. inet end.: 172.18.18.14 Bcast:172.18.63.255 Masc:255.255.192.0: Endereço IPv4 associado a interface, seu respectivo endereço de broadcast e mascara de rede
    5. endereço inet6: fe80::6651:6ff:fe1a:f3da/64 Escopo:Link: Endereço IPv6 de escopo local gerado por autoconfiguração
    6. UP BROADCAST RUNNING MULTICAST: Significa que a interface está ativa (UP), responde a requisições de broadcast (pode ser desabilitado no kernel) e também pode ser associada a tráfegos multicast
    7. MTU: 1500: Maximum Transfer Unit – Tamanho máximo do pacote suportado pelo enlace que é do tipo Ethernet
    8. Os demais parâmetros são estatísticas da respectiva interface, como por exemplo, pacotes transmitidos, recebidos etc
    9. A interface lo: Qualquer tráfego que um computador envie em uma rede loopback é endereçada ao mesmo computador. O endereço IP mais usado para tal finalidade é 127.0.0.1 no IPv4 e ::1 no IPv6. O nome de domínio padrão para tal endereço é localhost. Em sistemas Unix, a interface loopback é geralmente chamada de lo ou lo0.
  2. Agora utilize o comando ifconfig para verificar o estado de suas interfaces e responda:
    1. Quantas e quais interfaces de rede sua máquina possui? Liste.
    2. Quais são os endereços da camada 2 atribuído as mesmas? De onde o sistema obteve esses endereços?
    3. Quais são os endereços IPv4? De onde o sistema obteve esses endereços?
    4. Suas interfaces tem IPv6 configurado? Qual o endereço e escopo dos mesmos? Como foram obtidos? Qual o alcance (é roteável) do mesmo?

ping

Aplicativo ping permite a um usuário verificar se um host remoto está ativo. É bastante utilizado para detectar problemas de comunicação na rede. O ping está baseado no envio de mensagens de solicitação de eco (echo request) e de resposta de eco (echo reply). Estas mensagens fazem parte do rol de mensagens do protocolo ICMP, que é um protocolo de reportagem de erros, a ser estudado mais tarde, componente do protocolo IP.

O ping é um dos principais comandos a disposição do administrador de rede no sentido de verificar a conectividade em rede. Por exemplo, se houver resposta de um ping a partir de um servidor remoto, significa que a máquina local está rodando corretamente o TCP/IP, o enlace local está funcionando corretamente, o roteamento entre a origem e o destino está operando, e por fim, a máquina remota também está rodando corretamente o TCP/IP.

Consultar as páginas man do ping para verificar as possibilidades de uso deste aplicativo.

  1. Exemplo 1:

PING 200.135.37.65 (200.135.37.65) 56(84) bytes of data. 64 bytes from 200.135.37.65: icmp_seq=1 ttl=62 time=0.925 ms 64 bytes from 200.135.37.65: icmp_seq=2 ttl=62 time=0.743 ms 64 bytes from 200.135.37.65: icmp_seq=3 ttl=62 time=0.687 ms 64 bytes from 200.135.37.65: icmp_seq=4 ttl=62 time=0.689 ms ^C --- 200.135.37.65 ping statistics --- 4 packets transmitted, 4 received, 0% packet loss, time 2999ms rtt min/avg/max/mdev = 0.687/0.761/0.925/0.097 ms </syntaxhighlight>

    1. No exemplo foram enviados quatro pacotes ICMP, cada um com um número de seqüência (icmp_seq), os quais foram recebidos com sucesso com o tempo de viagem assinalado (time)
    2. Cada pacote tem ainda um tempo de vida (ttl – time to live), o qual é decrementado em cada roteador, sendo o pacote descartado quando chegar a zero; isto evita pacotes perdidos na rede
    3. Quando o ping é interrompido (CRTL-C), uma estatística é apresentada indicando o percentual de pacotes transmitidos, recebidos e perdidos
    4. O tempo de viagem (rtt – round trip time) mínimo (min), médio (avg) e máximo (max) é calculado, assim como o desvio padrão (mdev)
  2. Como exercício envie ping para diferentes hosts e compare os tempos de resposta:
    1. no endereço local de loopback;
    2. máquina de um colega do laboratório;
    3. servidor e roteador da rede da escola;
    4. servidores externos:

www.ifsc.edu.br www.uol.com.br www.nasa.com www.polito.it </syntaxhighlight> e explique as possíveis diferenças entre os tempos de resposta dos ping realizados.

  1. Consulte as páginas man e teste o ping com os parâmetros abaixo e descreva suas funcionalidades:
    1. -c count
    2. -i intervalo
    3. -s packetsize
    4. -t ttl (para um site distante inicie com 1 e vá incrementando, observe as mensagens)
    5. -b (Se desejarmos descobrir o endereço IP de vários hosts em uma rede local, poderemos utilizar o ping no endereço de broadcast)
    • No Ubuntu a resposta a um ping no endereço de broadcast é desabilitada por padrão e somente o administrador pode habilitar esta funcionalidade. Quem desejar testar esse tipo de ping deverá utilizar uma máquina virtual qualquer (VirtualBox) e habilitar a resposta a um ping no endereço de broadcast. Para tal, primeiro iniciamos uma máquina virtual, logamos como aluno/aluno e depois executamos em um terminal os comandos abaixo

sudo su echo "0" > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_broadcasts </syntaxhighlight> em seguida esta máquina responderá a ping no broadcast.

    1. Execute um ping broadcast e explique porque aparece o termo (DUP!) após cada resposta. Dica: observe o número de sequência.

traceroute

O traceroute é capaz de traçar uma rota aproximada entre dois hosts. Este comando usa mensagens ICMP. Para determinar o nome e o endereço dos roteadores entre a fonte e o destino, o traceroute na fonte envia uma série de datagramas IP ordinários ao destino. O primeiro datagrama tem o TTL (time to live – tempo de vida) igual a 1, o segundo 2, o terceiro 3, e assim por diante, e inicia temporizadores para cada datagrama. Quando o enésimo datagrama chega ao enésimo roteador, este verifica que o tempo de sobrevida do datagrama acaba de terminar. Pelas regras do IP, o datagrama é então descartado e uma mensagem ICMP de advertência tempo de vida excedido é enviada a fonte com o nome do roteador e seu endereço IP. Quando a resposta chega de volta a fonte, a mesma calcula o tempo de viagem em função dos temporizadores.

O traceroute envia datagramas IP encapsulados em segmentos UDP a um host destino. Todavia escolhe um número de porta destino com um valor desconhecido (maior que 30000), tornando improvável que o host destino esteja usando esta porta. Quando o datagrama chega ao destino uma mensagem ICMP porta inalcançável é gerada e enviada a origem. O programa traceroute precisa saber diferenciar as mensagens ICMP recebidas – tempo excedido e porta inalcançável – para saber quando a rota foi concluída.

  1. Exemplo:

traceroute 200.135.37.65 traceroute to 200.135.37.65 (200.135.37.65), 30 hops max, 60 byte packets 

1  192.168.1.1 (192.168.1.1)  0.225 ms  0.216 ms  0.368 ms
2  172.18.0.254 (172.18.0.254)  1.236 ms  1.235 ms  1.343 ms
3  hendrix.sj.ifsc.edu.br (200.135.37.65)  1.331 ms  1.313 ms  1.414 ms </syntaxhighlight>

O exemplo mostra a rota dos pacotes entre um computador do Lab. Redes (192.168.2.1) e o servidor hendrix (200.135.37.65). Observe que para cada roteador são realizados três amostras de tempo de ida e volta. Veja pelo mapa da rede do Campus São José que entre estes dois computadores, sistemas finais, existem dois roteadores intermediários, máquina do professor e Switch camada 3 (VLANs).

  1. Traçar a rota dos pacotes entre seu computador e diferentes hosts:
    1. máquina de um colega do laboratório
    2. servidor e roteador da rede da escola
    3. servidores externos.
  2. Explique as possíveis diferenças entre os tempos de resposta de cada uma das amostras do traceroute
  3. Explique as linhas com o caracter *.
Laboratório 2 - wireshark e tcpdump

Objetivos

  • Familiarização com o sniffer de rede WireShark

WireShark

2005 KUROSE, J.F & ROSS, K. W. Todos os direitos reservados

  • Introdução

O entendimento de protocolos de redes pode ser bastante aprofundado através da “observação de protocolos funcionando” e “da manipulação de protocolos” - observando a sequência de mensagens trocadas entre duas entidades, entrando nos detalhes da operação do protocolo, e fazendo com que os protocolos realizem certas ações e então observando estas ações e as consequências.

A ferramenta básica para observar as mensagens trocadas entre as entidades em execução é chamada de sniffer. Como o nome sugere, um sniffer captura mensagens sendo enviadas/recebidas pelo seu computador; ele também tipicamente armazena e/ou apresenta os conteúdos dos vários campos dos protocolos nestas mensagens capturadas. Um sniffer isoladamente é um elemento passivo. Ele observa as mensagens sendo enviadas e recebidas pelas aplicações e protocolos executando no seu computador, mas jamais envia pacotes. Similarmente, os pacotes recebidos nunca são explicitamente endereçados ao sniffer. Ao invés disso, um sniffer recebe uma cópia de pacotes que são enviados/recebidos para/de aplicações e protocolos executando no seu computador.

A Figura 2 mostra a estrutura de um sniffer. À direita da Figura 2 estão os protocolos (neste caso, protocolos da Internet) e aplicações (tais como navegador web ou cliente FTP) que normalmente executam no seu computador. O sniffer, exibido dentro do retângulo tracejado na Figura 2 é uma adição aos softwares usuais no seu computador, e consiste de duas partes: a biblioteca de captura de pacotes e o analisador de pacotes. A biblioteca de captura de pacotes recebe uma cópia de cada quadro da camada de enlace que é enviado do ou recebido pelo seu computador. Lembre que mensagens trocadas por protocolos das camadas mais altas tais como HTTP, FTP, TCP, UDP, DNS ou IP, são todos eventualmente encapsulados em quadros que são transmitidos para o meio físico como um cabo Ethernet. Na Figura 2, assume-se que o meio físico é uma Ethernet, e desta forma, os protocolos das camadas superiores são eventualmente encapsulados em um quadro Ethernet. Capturar todos os quadros fornece todas as mensagens enviadas/recebidas de/por todos os protocolos e aplicações executando em seu computador.

Figura 2 - Estrutura de um sniffer

O analisador de pacotes exibe os conteúdos de todos os campos dentro de uma mensagem de protocolo. Para que isso seja feito, o analisador de pacotes deve “entender” a estrutura de todas as mensagens trocadas pelos protocolos. Por exemplo, suponha que estamos interessados em mostrar os vários campos nas mensagens trocadas pelo protocolo HTTP na Figura 5. O analisador de pacotes entende o formato dos quadros Ethernet, e desta forma pode identificar o datagrama IP dentro de um quadro. Ele também entende o formato do datagrama IP, para que ele possa extrair o segmento TCP dentro do datagrama IP. Ele entende a estrutura do segmento TCP, para que possa extrair a mensagem HTTP contida no segmento. Finalmente, ele entende o protocolo HTTP e então, por exemplo, sabe que os primeiros bytes de uma mensagem HTTP contém a cadeia “GET”, “POST” ou “HEAD”. Nós utilizaremos o sniffer Wireshark (http://www.wireshark.org) para estes laboratórios, o que nos permite exibir os conteúdos das mensagens sendo enviadas/recebidas de/por protocolos em diferentes camadas da pilha de protocolos. Tecnicamente falando, Wireshark é um analisador de pacotes que pode ser executado em computadores com Windows, Linux/UNIX e MAC.

É um analisador de pacotes ideal para nossos laboratórios, pois é estável, tem uma grande base de usuários e é bem documentado incluindo um guia de usuário (http://www.wireshark.org/docs/wsug_html/), páginas de manual (http://www.wireshark.org/docs/man-pages/), e uma seção de FAQ detalhada (http://www.wireshark.org/faq.html), funcionalidade rica que inclui a capacidade de analisar mais que 500 protocolos, e uma interface com o usuário bem projetada. Ele funciona em computadores ligados a uma Ethernet para conectar-se à Internet, bem como protocolos ponto a ponto, tal como PPP.

  • Analisando os campos da interface do Wireshark

Quando você executar o programa Wireshark, a interface com o usuário exibida na Figura 3 aparecerá. Inicialmente, nenhum dado será apresentado nas janelas. A interface do Wireshark tem seis componentes principais:

  1. Os menus de comandos são localizados no topo da janela. Por enquanto, interessam apenas os menus File e Capture. O menu File permite salvar dados de capturas de pacotes ou abrir um arquivo contendo dados de capturas de pacotes previamente realizadas, e sair da aplicação. O menu Capture permite iniciar uma captura de pacotes;
  2. A barra de ferramentas contém os comandos de menu que são mais frequentemente utilizados. Há atalhos para abrir ou salvar dados de captura de pacotes e para iniciar ou parar uma captura de pacotes;
  3. Abaixo da barra de ferramentas, está o campo de filtragem de pacotes exibidos. Nele podem ser digitados nome de protocolo ou outra informação apresentada na janela de listagem de pacotes. Apenas os pacotes que correspondem ao filtro são exibidos;
  4. A janela de listagem de pacotes apresenta um resumo de uma linha para cada pacote capturado, incluindo o número do pacote (atribuído pelo Wireshark; este não é o número do pacote contido no cabeçalho de qualquer protocolo), o tempo que o pacote foi capturado, os endereços fonte e destino do pacote, o tipo de protocolo, e informação específica do protocolo contida no pacote. A lista de pacotes pode ser ordenada conforme qualquer uma destas categorias clicando no nome de uma coluna correspondente. O campo tipo do protocolo lista o protocolo de mais alto nível que enviou ou recebeu este pacote, i.e., o protocolo que é a fonte ou o último sorvedouro para este pacote;
  5. A janela de detalhes de cabeçalho de pacotes fornece detalhes sobre o pacote selecionado na janela de listagem de pacotes. Para selecionar um pacote, basta clicar sobre ele com o botão esquerdo do mouse na janela de listagem de pacotes. Os detalhes apresentados incluem informações sobre o quadro Ethernet e o datagrama IP que contém o pacote. A quantidade de detalhes exibida pode ser expandida ou contraída. Se o pacote foi carregado sobre TCP ou UDP, detalhes correspondentes também são apresentados, os quais também podem ser contraídos ou expandidos. Finalmente, detalhes sobre o protocolo de mais alto nível que enviou ou recebeu este pacote também são apresentados;
  6. A janela de conteúdo de pacotes mostra o conteúdo inteiro do quadro capturado, nos formatos ASCII e hexadecimal.
Figura 3 - Interface com o usuário do Wireshark
  • Roteiro de atividades
  1. Inicie o navegador web;
  2. Inicie o Wireshark. Inicialmente as janelas estarão vazias, pois não há captura de pacotes em progresso;
  3. Para iniciar uma captura de pacotes, selecione o menu Capture e depois Interfaces.
  4. Isso faz com que a janela de interfaces de rede disponíveis seja apresentada (Figura 4);
    Figura 4 - Interfaces de rede no Wireshark
  5. Basta clicar no botão Start da interface desejada para iniciar a captura de pacotes. Na Figura 4, como o Wireshark está sendo executado no Linux, o botão Start da interface eth0 deve ser selecionado;
  6. Como nada está acontecendo na rede, a janela apresenta o conteúdo vazio;
  7. No navegador, acesse o site http://www.ifsc.edu.br;
  8. Ao voltar para a janela do Wireshark, houve a captura de todos os pacotes envolvidos na conexão;
  9. Antes de continuar, vamos parar a captura de pacotes e trabalhar com o que temos. Basta clicar em Capture e depois em Stop;
  10. Para testar as capacidades de filtragem, vamos inserir a cadeia “http” (sem as aspas e em minúsculo) no especificação do filtro de exibição e depois selecionar Apply (ou Aplicar). Um resultado similar é exibido na figura 5;
    Figura 5 - Janela após a aplicação do filtro http
  11. Selecione a primeira mensagem HTTP exibida na janela de listagem de pacotes. Ela deve ser a mensagem HTTP GET que foi enviada do seu computador ao servidor HTTP em www.ifsc.edu.br. Quando você seleciona a mensagem HTTP GET, as informações dos cabeçalhos do quadro Ethernet, do datagrama IP, do segmento TCP e da mensagem HTTP aparecem na janela de cabeçalhos de pacotes. É possível ver os detalhes, expandido ou comprimindo os itens com um clique na seta ao lado deles.
  12. Se desejar acesse novos sítios e faça novas capturas e tente entender o que ocorre;
  13. Saia do Wireshark.
  14. Com Wireshark ativo (Abra-o novamente) acesse um sítio e responda às seguintes questões:
    1. Teste outros filtros, por exemplo, mostre somente pacotes originados e/ou destinados a um determinado host (ip.addr == 192.168...). Anote o filtro utilizado e salve a janela do mesmo.
    2. Elimine o filtro e anote os diferentes protocolos que aparecem na coluna Protocol na janela de listagem de pacotes;
    3. Quanto tempo passa entre o envio de uma mensagem HTTP GET até o recebimento de uma resposta OK? (por padrão, o valor da coluna Time na janela de listagem de pacotes é a quantidade de tempo, em segundos, desde que a captura iniciou). Para exibir o campo Time no formato hora do dia, selecione o menu View, depois Time Display Format, então selecione Time of day.
    4. Qual é o endereço IP do sítio navegado? Qual é o endereço IP da interface de rede do seu computador? Qual o endereço MAC de sua máquina?

Transparências utilizadas durante as aulas

Capítulo 1 - Introdução

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