TCP/IP: una breve introduzione

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1 Università degli Studi di Milano Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Anno Accademico 2007/2008 TCP/IP: una breve introduzione Roberto Paleari 2-4 Settembre 2008 Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

2 Sommario 1 La suite di protocolli TCP/IP Introduzione Layer 2 Ethernet 3 IP: Internet Protocol IPv4 Routing 4 ICMP: Internet Control Message Protocol 5 UDP: User Datagram Protocol 6 TCP: Transmission Control Protocol Panoramica Sessione di Esempio 7 Bibliografia Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

9 Premessa Queste slide rappresentano un breve sommario riguardo la suite di protocolli TCP/IP e non vogliono certo rimpiazzare un libro sull argomento, come TCP/IP Illustrated Vol. 1, W. Richard Stevens. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

10 Introduzione Suite TCP/IP Suite di protocolli che permette la comunicazione via rete, tra computer di diverse architetture e che eseguono diversi sistemi operativi; Progettata alla fine degli anni 60 (progetto DARPA), rappresenta lo standard di comunicazione in Internet. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

11 Layer progettazione a strati i protocolli di rete sono normalmente sviluppati a layer; ogni layer fornisce delle funzionalità al layer sottostante e ne usa alcune di quello soprastante e viceversa; ogni layer è responsabile per la gestione di determinati aspetti della comunicazione. la suite di protocolli TCP/IP è la combinazione di diversi protocolli che operano in vari livelli. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

12 Stack ISO/OSI Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical Figura: stack ISO/OSI Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

13 Stack TCP/IP link layer (1-2): chiamato anche data-link layer, gestice i dettagli della trasmissione fisica; Ethernet, ad esempio, fornisce il link layer nella suite TCP/IP; network layer (3): gestice il trasferimento dei pacchetti nella rete; IP e ICMP, ad esempio, forniscono il network layer nella suite TCP/IP; transport layer (4): fornice un flusso di dati tra due host all application layer soprastante; TCP e UDP rappresentano questo layer nella suite TCP/IP; application layer (7): gestisce i dettagli particolari di un applicazione. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

14 Ethernet Scopo spedire e ricevere frame a livello data link; eth_type 0x0800 IP datagram; spedire e ricevere richieste e risposte ARP al fine di poter determinare l indirizzo IP corrispondente all indirizzo fisico di un determinato host. eth_type 0x0806 ARP request/reply. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

15 Ethernet Header Ethernet destination address (first 32 bits) Ethernet dest (last 16 bits) Ethernet source (first 16 bits) Ethernet source address (last 32 bits) Type code DATA Ethernet Checksum Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

16 Internet Protocol IPv4 [3] lo standard RFC 791 è la specifica ufficiale del protocollo (Postel, 1981); fornisce un servizio di consegna dei pacchetti (datagrammi) inaffidabile; best-effort; connection-less. responsabile dell instradamento dei datagrammi IP hop-by-hop; in caso di errore, IP usa un semplice algoritmo: il pacchetto viene scartato e viene spedito un messaggio ICMP. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

17 IP Header IP Header Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live Protocol Header Checksum Source Address Destination Address Options Padding Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

18 IP Routing Breve Panoramica se la destinazione è connessa direttamente con l host (link Point-to-Point), o se è su rete condivisa (LAN Ethernet), il datagramma IP è consegnato direttamente alla destinazione; altrimenti il datagramma viene consegnato al default gateway che lo consegnerà alla destinazione; IP routing è fatto di hop in hop esaminando una tabella di routing, contenente: indirizzi IP di destinazione; indirizzo IP del next-hop router; Flag; interfaccia di rete sulla quale viene trasmesso il datagramma. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

19 Internet Control Message Protocol ICMP [2] lo standard RFC 792 è la specifica ufficiale del protocollo (Postel, 1981); considerato spesso parte del layer IP; comunica messaggi di errore e altre condizioni che richiedono attenzione (e.g. diagnostica); sollecitati spesso da altri layer, ma possono essere spediti anche da applicazioni user-space, come il comando ping; Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

20 ICMP Header (1) ICMP Header: parte fissa Type Code Checksum Type specifica il formato del messaggio ICMP Code qualifica ulteriormente il tipo di messaggio Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

21 ICMP Header (2) L header variabile dipende dal tipo (Type) di messaggio ICMP. E.g., Nome Type ICMP ECHOREPLY 0 ICMP DEST UNREACH 3 ICMP SOURCE QUENCH 4 ICMP REDIRECT 5 ICMP ECHO 8 ICMP TIME EXCED 11 Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

22 ICMP Code (1) Codici per ICMP di tipo destination unreachable (non tutti): Nome Code ICMP NET UNREACH 0 ICMP HOST UNREACH 1 ICMP PROT UNREACH 2 ICMP PORT UNREACH 3 ICMP FRAG NEEDED 4 ICMP SR FAILED 5 ICMP NET UNKNOWN 6 ICMP HOST UNKNOWN 7 ICMP PKT FILTERED 13 Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

23 ICMP Code (2) Codici per ICMP di tipo time exceeded (non tutti): Nome Code ICMP EXC TTL 0 ICMP EXC FRAGTIME 1 Per ulteriori informazioni sui codici disponibili, vedere, ad esempio, l RFC 792 o /usr/include/netinet/ip_icmp.h Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

24 User Datagram Protocol UDP [1] lo standard RFC 768 è la specifica ufficiale del protocollo; semplice protocollo di trasporto datagram-oriented; ogni operazione di output eseguita da un processo, produce esattamente un datagramma UDP. Si basa su IP per fornire un servizio di consegna datagrammi: inaffidabile; best-effort; connection-less. Le porte rappresentano il punto di collegamento tra processi locali e remoti presenti sugli end-point. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

25 UDP Header UDP Header Source Port Destination Port UDP length UDP checksum... Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

26 Pseudo Header Incluso nel calcolo del checksum da TCP e UDP. Pseudo Header Source IP Address Destination IP Address Zero Proto (17 6) Length (header + data) Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

27 Transmission Control Protocol TCP [4] lo standard RFC 793 è la specifica ufficiale del protocollo; si basa su IP per fornire un servizio di consegna segmenti: affidabile; connection-oriented; full-duplex; orientato allo stream di byte. Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

28 TCP Header Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number Data U A P R S F Offset Reserved R C S S Y I Window G K H T N N Checksum Urgent Pointer Options Padding data Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

29 Stabilire una connessione TCP Host 1 Host 2 SYN (seq=x) SYN/ACK (seq=y, ack=x+1) ACK (seq=x+1, ack=y+1) Figura: 3-way handshake Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

30 Terminare una connessione TCP Host 1 Host 2 FIN (seq=x, ack=y) ACK (seq=y, ack=x+1) FIN (seq=y, ack=x+1) ACK (seq=x+1, ack=y+1) Figura: 4-way termination possibile piggybacking del secondo FIN sul primo ACK Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

31 Terminare una connessione TCP Host 1 Host 2 FIN (seq=x, ack=y) ACK (seq=y, ack=x+1) FIN (seq=y, ack=x+1) ACK (seq=x+1, ack=y+1) Figura: 4-way termination possibile piggybacking del secondo FIN sul primo ACK Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

32 Esempio gandalf:~# tcpdump -Sn -vv host gluck.debian.org tcpdump: listening on eth0, link-type EN10MB (Ethernet), capture size 96 bytes 13:04: IP (tos 0x0, ttl 64, id 29, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 60) > : S, cksum 0x55ea (correct), : (0) win 5840 <mss 1460,sackOK,timestamp ,nop,wscale 2> 13:04: IP (tos 0x0, ttl 43, id 0, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 60) > : S, cksum 0x3cac (correct), : (0) ack win 5792 <mss 1460,sackOK,timestamp ,nop,wscale 7> 13:04: IP (tos 0x0, ttl 64, id 30, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 52) > :., cksum 0x7c2c (correct), : (0) ack win 1460 <nop,nop,timestamp > 13:04: IP (tos 0x0, ttl 64, id 31, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 52) > : F, cksum 0x7648 (correct), : (0) ack win 1460 <nop,nop,timestamp > 13:04: IP (tos 0x0, ttl 43, id 7988, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 52) > : F, cksum 0x75b3 (correct), : (0) ack win 46 <nop,nop,timestamp > 13:04: IP (tos 0x0, ttl 64, id 32, offset 0, flags [DF], proto: TCP (6), length: 52) > :., cksum 0x6ff6 (correct), : (0) ack win 1460 <nop,nop,timestamp > Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26

33 Bibliografia I J. Postel. User Datagram Protocol, RFC 768. August J. Postel. Internet Control Message Protocol, RFC 792. September J. Postel. Internet Protocol, RFC 791. September J. Postel. Transmission Control Protocol, RFC 793. September Roberto Paleari TCP/IP: una breve introduzione 2-4 Settembre / 26