Redes de Computadores I 1 Semestre Aula 10

Redes de Computadores I 1º Semestre Aula 10 Prof. Carlos Vinícius cvalves@senacrs. edu. br 1 SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM COMERCIAL FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAC PELOTAS

Lembrando: Troca de dados entre camadas. . . 2

Camada de Rede o A Camada de Rede está relacionada à transferência de pacotes da origem para o destino o Para que se chegue ao destino, são necessários vários hops (passos) em roteadores intermediários ao longe do percurso o A Camada de Rede é a camada mais baixa que lida com a transmissão fim a fim 3

Camada de Rede o A camada de Rede (Network Layer) provê canal de comunicação independente do meio o Efetua operações de Funções características: o Acesso à sub-rede o Operação da rede o Interconexão de redes e de sub-redes o Chaveamento e roteamento: portanto, a camada superior (transporte) não precisa se preocupar sobre “como è que os dados são encaminhados até o destino”, que caminho fazem, etc. . . 4

Camada de Rede o Normalmente operam em modo circuito virtual ou datagrama o Datagrama: não possui conceito de conexão, cada pacote trafega independentemente dos demais pacotes que o antecedem/sucedem o Circuito virtual: é necessário que o transmissor envie um pacote especial, solicitando a abertura de conexão. Uma vez estabelecida a conexão (e a rota), os demais pacotes com o mesmo destino seguem o mesmo caminho 5

Camada de Rede o Cria uma independência em relação as tecnologias empregadas para transmissão e interconexão entre sistemas o Abstração de rede lógica o Responsável pelo estabelecimento de rotas o Determina como os pacotes acham o caminho até seu destino o Trata dos problemas de congestionamento de 6 conversão de endereços entre sub-redes diferentes

Camada de Rede o Exemplos de protocolos: o IP o ICMP o IPv 6 o IPX o X. 25 o IGMP o IPSec o Equipamento 7

Camada de Rede o Transporta segmentos do hospedeiro o o 8 transmissor para o receptor No lado transmissor, encapsula os segmentos em datagramas No lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte Protocolos da camada de rede em cada hospedeiro, roteador Roteador examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele

Camada de Rede 9

Camada de Rede o Funções-chave da camada de rede o Comutação: mover pacotes da entrada do roteador para a saída apropriada do roteador o Roteamento: determinar a rota a ser seguida pelos pacotes desde a origem até o destino. o Algoritmos de roteamento o Analogia: o Roteamento: processo de planejar a viagem da origem ao destino o Comutação: processo de passar por um único intercâmbio 10

Camada de Rede o Interação entre roteamento e comutação 11

Camada de Rede o Estabelecimento de conexão o 3º função importante em algumas arquiteturas de rede: o ATM, frame relay, X. 25 o Antes do fluxo de datagramas, dois hospedeiros e os devidos roteadores estabelecem uma conexão virtual o Roteadores são envolvidos o Serviço de conexão da camada de rede e de transporte: 12 o Rede: entre dois hospedeiros o Transporte: entre dois processos

Camada de Rede o Modelo de Serviço de Rede o Pergunta: Como escolher o modelo de serviço para o “canal” de transporte de datagramas do transmissor ao receptor? 13 o Exemplo de serviços para datagramas individuais: o Garantia de entrega com menos do que 40 mseg de atraso o Exemplo de serviços para um fluxo de datagramas: o Entrega em ordem dos datagramas o Garantia de uma banda mínima para o fluxo o Restrições em mudanças no espaçamento entre pacotes

Camada de Rede o Modelos de serviço da camada de rede o Novos serviços na Internet: Intserv, Diffserv 14

Camada de Rede o Serviços de conexão e sem-conexão o Redes de datagrama provêem serviços semconexão na camada de rede o Redes de circuito virtual provêem serviços de conexão na camada de rede o Análogo aos serviços da camada de transporte, mas: o Serviço: hospedeiro-a-hospedeiro o Sem escolha: a rede provê ou um ou outro o Implementação: no núcleo 15

Camada de Rede o Circuitos Virtuais (VC) o “A ligação entre a origem e o destino emula uma ligação telefônica” o Orientado ao desempenho o A rede controla a conexão entre a origem e o destino o Estabelecimento da conexão deve preceder o envio de dados. Liberação da conexão após os dados. o Cada pacote transporte um identificador do CV, não transporta o endereço completo do destino 16

Camada de Rede o Circuitos Virtuais (VC) o Cada roteador na rota mantém informação de estado para conexão que passa por ele. o O link e os recursos do roteador (banda, buffers) podem ser alocados por VC 17

Camada de Rede o Implementação de VC o Um VC consiste de: o 1. Caminho da origem até o destino o 2. Números de VC, um número para cada link ao longo do caminho o 3. Entradas em tabelas de comutação em roteadores ao longo do caminho 18 o Pacotes pertencentes a um VC carregam um número de VC o O número de VC deve ser trocado em cada link o Novos números de VC vêm da tabela de comutação

Camada de Rede o Tabela de Comutação 19

Camada de Rede o Circuitos Virtuais: protocolos de sinalização o Usado para estabelecer, manter e encerrar circuitos virtuais o Usados em ATM, frame-relay e X-25 o Não é usado na Internet atualmente 20

Camada de Rede o Redes de Datagrama o Não existe estabelecimento de conexão na camada de rede o Roteadores: não existe estado sobre conexões fim-a-fim o O conceito “conexão” não existe na camada de rede o Pacotes são encaminhados pelo endereço do hospedeiro de destino o Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas 21

Camada de Rede o Redes de Datagrama 22

Camada de Rede o Tabela de Comutação o 4 bilhões de entradas possíveis 23

Camada de Rede o Encontro de prefixos maiores 24

Camada de Rede o Datagrama X Circuito Virtual o Internet 25 o Dados trocados entre computadores o Serviço elástico, requisitos de atraso não críticos o Sistemas finais inteligentes o Podem adaptar-se, realizar controle e recuperação de erros o A rede é simples; a complexidade fica nas pontas o Muitos tipos de enlaces o Características diferentes o Difícil obter um serviço uniforme

Camada de Rede o Datagrama X Circuito Virtual o ATM o Originário da telefonia o Conversação humana: o Tempos estritos, exigências de confiabilidade o Necessário para serviço garantido o Sistemas finais “burros” o Telefones o Complexidade dentro da rede 26

Camada de Rede o Visão geral da arquitetura do roteador o Duas funções-chave do roteador: o Executar algoritmos/protocolos (RIP, OSPF, BGP) o Comutar os datagramas do link de entrada para o link de saída 27

Camada de Rede o Funções da porta de entrada 28

Camada de Rede o Três tipos de estruturas de comutação 29

Camada de Rede o Comutação via memória o Primeira geração de roteadores: o Computadores tradicionais comutação sob controle direto da CPU o Pacote copiado para a memória do sistema o Velocidade limitada pela largura de banda (2 bus cruzados por datagrama) 30

Camada de Rede o Comutação via bus o Datagrama da memória da porta de entrada para a memória da porta de saída através de um bus compartilhado o Contenção do bus: velocidade de comutação limitada pela largura de banda do bus o Barramento de 1 Gbps, Cisco 1900: velocidade suficiente para roteadores de acesso e de empresas (não para roteadores regionais ou de backbone) 31

Camada de Rede o Comutação via rede de interconexão o Supera as limitações de largura de banda do bus o Redes de Banyan, outras redes de interconexão inicialmente desenvolvidas para conectar processadores em multiprocessamento o Projeto avançado: fragmentar datagramas em células de tamanho fixo, comutar as células através do switch. o Cisco 12000: comuta Gbps através da rede de interconexão 32

Camada de Rede o Portas de saída o Buffering necessário quando datagramas chegam do switch mais rápido do que a taxa de transmissão o Disciplina de agendamento escolhe entre os datagramas na fila para transmissão 33

Camada de Rede o Enfileiramento na porta de saída o Buffering: quando a taxa de chegada pelo switch excede a velocidade da linha de saída o Queueing (atraso) e perda devido ao buffer overflow da porta de saída! 34

Camada de Rede o Enfileiramento na porta de saída 35

Camada de Rede o Enfileiramento na porta de entrada o Switch mais lento que as portas de entrada combinadas -> pode ocorrer filas na entrada o Bloqueio Head-of-the-Line (HOL): datagrama na frente da fila impede os outros na fila de se moverem para adiante o Atraso e perda na fila devido ao overflow no buffer de entrada! 36

Camada de Rede o Enfileiramento na porta de entrada 37

Camada de Rede o Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros: 38

Camada de Rede o Formato do datagrama IP 39

Camada de Rede o IP fragmentação e remontagem o Enlaces de rede têm MTU (max. transfer size) — corresponde ao maior frame que pode ser transportado pela camada de enlace. o Tipos de enlaces diferentes possuem MTU diferentes (Ethernet: 1. 518 bytes) o Datagramas IP grandes devem ser divididos dentro da rede (fragmentados) o Um datagrama dá origem a vários datagramas o “Remontagem” ocorre apenas no destino final o O cabeçalho IP é usado para identificar e ordenar datagramas relacionados 40

Camada de Rede o IP fragmentação e remontagem 41

Camada de Rede o IP fragmentação e remontagem 42

Camada de Rede o Endereçamento IP: Introdução o Endereço IP: identificador de 32 bits para interfaces de roteadores e hospedeiros o Interface: conexão entre roteador ou hospedeiro e enlace físico o Roteador tem tipicamente múltiplas interfaces o Hospedeiros podem ter múltiplas interfaces o Endereços IP são associados com interfaces, não com o hospedeiro ou com o roteador 43

Camada de Rede o Endereçamento IP: Introdução 44 223. 1. 1. 1 = 11011111 00000001 223 1 1 1

Camada de Rede o Sub-redes o Endereço IP: o Parte da sub-rede (bits de ordem superior) o Parte do hospedeiro (bitsde ordem inferior) o O que é uma sub-rede? o Interfaces de dispositivo com a mesma parte de sub-rede do endereço IP o Podem alcançar fisicamente uns aos outros sem intervenção de roteador 45

Camada de Rede o Sub-redes Rede consistida de 3 sub-redes 46

Camada de Rede o Sub-redes o Receita o Para determinar as sub-redes, destaque cada interface de seu hospedeiro ou roteador, criando ilhas de redes isoladas. Cada rede isolada é considerada uma sub-rede. 47

Camada de Rede o Sub-redes Máscara de sub-rede: /24 48

Camada de Rede o Quantas? 49

Camada de Rede o Endereçamento IP: CIDR o CIDR: Classless Inter. Domain Routing o A porção de endereço de rede tem tamanho arbitrário o Formato do endereço: a. B. C. D/x, em que x é o número de bits na parte de rede do endereço 50

Camada de Rede o Como obter um endereço IP o Pergunta: Como um hospedeiro obtém endereço IP ? o Definido pelo administrador do sistema o Windows: Painel de controle – redes propriedades o UNIX: /etc/networking o DHCP: dynamic host configuration protocol: obtém dinamicamente endereços IP de um servidor o “plug-and-play” 51

Camada de Rede o DHCP: dynamic host configuration protocol o Objetivo: permitir que o hospedeiro obtenha dinamicamente seu endereco IP do servidor de rede quando se conectar a rede o Pode renovar seu prazo no endereco utilizado o Permite reutilizacao de enderecos (so mantem endereco enquanto conectado e “ligado”) o Aceita usuarios moveis queiram se juntar a rede 52

Camada de Rede o Visao geral do DHCP: o host broadcasts “DHCP discover” msg [opcional] o servidor DHCP responde com msg “DHCP offer” [opcional] o hospedeiro requer endereco IP: msg “DHCP request” o servidor DHCP envia endereco: msg “DHCP ack” 53

Camada de Rede o DHCP – Cenário Cliente/Servidor 54

Camada de Rede o Como obter um endereço IP 55

Camada de Rede o Como obter um endereço IP o Pergunta: Como uma rede obtém a parte de sub -rede do endereço IP? o Resposta: Obtém a porção alocada no espaço de endereço do seu provedor ISP 56

Camada de Rede o O endereçamento hierárquico: agregação de rotas o O endereçamento hierárquico permite uma propagação de rotas mais eficiente 57

Camada de Rede o O endereçamento hierárquico: rotas mais específicas 58

Camada de Rede o Endereçamento IP: a última palavra. . . o Pergunta: Como o ISP obtém seu bloco de endereço? o Resposta: ICANN: internet corporation for assigned names and numbers o Aloca endereços o Gerencia DNS o Atribui nomes de domínios e resolve disputas 59

Camada de Rede o NAT: Network Address Translation 60

Camada de Rede o NAT: Network Address Translation o Motivação: redes locais podem utilizar apenas um endereço IP: 61 o Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP: apenas um endereço IP é usado para todos os dispositivos o Podem-se alterar os endereços dispositivos na rede local sem precisar notificar o mundo exterior o Pode-se mudar de ISP sem alterar os endereços dispositivos na rede local o Dispositivos da rede local não são explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (um adicional de segurança).

Camada de Rede o NAT: Network Address Translation o Implementação: o roteador NAT deve: 62 o Datagramas que saem: substituir (endereço IP de origem, porta #) de cada datagrama para (endereço IP do NAT, nova porta #). . . clientes/servidores remotos responderão usando (endereço IP do NAT, nova porta #) como endereço de destino. o Lembrar (na tabela de tradução do NAT) cada (endereço IP de origem, porta #) para o par de tradução (endereço IP do NAT, nova porta #). o Datagramas que chegam: substituir (endereço IP do NAT, nova porta #) nos campos de destino de cada datagrama pelos correspondentes (endereço IP de origem, porta #) armazenados da tabela NAT

Camada de Rede o NAT: Network Address Translation 63

Camada de Rede o NAT: Network Address Translation o Campo número de porta com 16 bits: o 60. 000 conexões simultâneas com um único endereço de LAN o NAT é controverso: 64 o Roteadores deveriam processar somente até a camada 3 o Violação do argumento fim-a-fim o A possilidade de NAT deve ser levada em conta pelos desenvolvedores de aplicações, ex. , aplicações P 2 P o A escassez de endereços deveria ser resolvida pelo IPv 6

Camada de Rede o ICMP: Internet Control Message Protocol o Usado por computadores e roteadores para troca de informação de controle da camada de rede o Error reporting: hospedeiro, rede, porta ou protocolo o Echo request/reply (usado pela aplicação ping) o Transporte de mensagens: o Mensagens ICMP transportadas em datagramas IP 65 o ICMP message: tipo, código, mais primeiros 8 bytes do datagrama IP que causou o erro

Camada de Rede o ICMP: Internet Control Message Protocol 66

Camada de Rede o Traceroute e ICMP o O transmissor envia uma série de segmentos UDP para o destino o O 1º possui TTL = 1 o O 2º possui TTL = 2 etc. o Nº de porta improvável o Quando o enésimo datagrama chega ao enésimo roteador: 67 o O roteador descarta o datagrama o E envia à origem uma mensagem ICMP (type 11, code 0) o A mensagem inclui o nome do roteador e o endereço IP

Camada de Rede o Traceroute e ICMP o Quando a mensagem ICMP chega, a origem calcula o RTT o O traceroute faz isso três vezes o Critério de interrupção o O segmento UDP finalmente chega ao hospedeiro de destino o O destino retorna o pacote ICMP “hospedeiro unreachable” (type 3, code 3) o Quando a origem obtém esse ICMP, ela pára. 68

Camada de Rede o Cabeçalho IPv 6 o Motivação inicial: o espaço de endereços de 32 bits está próximo de ser completamente alocado o Motivação adicional: o Melhorar o formato do header para permitir maior velocidade de processamento e de transmissão o Mudanças no header para incorporar mecanismos de controle de QOS o Formato do datagrama IPV: o Cabeçalho fixo de 40 bytes o Não é permitida fragmentação 69

Camada de Rede o Cabeçalho IPv 6 o Priority: permitir definir prioridades diferenciadas para vários fluxos de informação o Flow label: identifica datagramas do mesmo “fluxo. ” (conceito de “fluxo” não é bem definido). o Next header: identifica o protocolo da camada superior ou um header auxiliar 70

Camada de Rede o Outras mudanças do IPv 4 o Checksum: removido inteiramente para reduzir o tempo de processamento em cada salto o Options: são permitidas, mas são alocadas em cabeçalhos suplementares, indicados pelo campo “Next header” o ICMPv 6: nova versão de ICMP o Tipos de mensagens adicionais, ex. : “Packet Too Big” o Funções de gerenciamento de grupos multicast 71

Camada de Rede o Transição do IPv 4 para IPv 6 o Nem todos os roteadores poderão ser atualizados simultaneamente o Não haverá um dia da vacinação o Como a rede irá operar com roteadores mistos de IPV 4 e IPV 6? o Tunelamento: IPv 6 transportado dentro de pacotes IPv 4 entre roteadores IPv 4 72

Camada de Rede o Tunelamento 73

Camada de Rede o Classificação dos algoritmos de roteamento o Informação global ou descentralizada o Global: o Todos os roteadores têm informações completas da topologia e do custos dos enlaces o Algoritmos “link state” o Descentralizada: o Roteadores só conhecem informações sobre seus vizinhos enlaces para eles o Processo de computação interativo, troca de informações com os vizinhos 74 o Algoritmos “distance vector”

Camada de Rede o Classificação dos algoritmos de roteamento o Estático ou dinâmico? o Estático: o As rotas mudam lentamente ao longo do tempo o Dinâmico: o As rotas mudam mais rapidamente o Podem responder a mudanças no custo dos enlaces o Atualizações periódicas 75

Camada de Rede o Mas. . . E os protocolos? o Revisão de ARP: Address Resolution Protocol facilita as substituições e a adição de novos dispositivos à rede existente sem ter de alterar manualmente as tabelas mantidas em cada computador. O ARP é um protocolo de baixo nível que vincula dinamenicamente os endereços de IP dos dispositivos em uma rede aos seus endereços físicos que utilizam a capacidade de broadcast de uma rede. 76

Camada de Rede o Mas. . . E os protocolos? o Revisão de ATM: Asynchronous Transfer Mode fornece um transporte de dados confiável e com velocidade muito alta tanto em distâncias curtas como longas. O ATM suporta um amplo espectro de aplicativos, incluindo dados convencionais, áudio e comunicações de vídeo em tempo real. Sua flexibilidade atende uma variedade de meios físicos e velocidades. Diretamente ligado a canais virtuais 77

Camada de Rede o ICMP: Quando existe um problema na camada de rede, o Internet Control Message Protocol age como um solucionador de problemas. O ICMP é um protocolo de manutenção que informa erros de host para host. O protocolo de ICMP é um conjunto de mensagens que viajam em datagramas de IP e podem informar erros na entrega de outros datagramas de IP. 78

Camada de Rede o IGMP: Internet Group Management Protocol é um protocolo da camada de rede que permite que um host (aplicativo) se associe ou saia de um grupo multicast e, em alguns casos, especifique a origem das informações do multicast. Em um roteador, o IGMP ajuda a monitorar as redes que precisam enviar o multicast para elas com base na existência de associações de grupos de hosts. 79

Camada de Rede o IGMP: ANALOGIA. . . Se sua placa de rede fosse uma TV e o conteúdo fosse entregue por meio de transmissões multicast na Internet, o IGMP seria o sintonizador de canal e permitiria o acesso seletivo ao canal correto. Lembrando: MULTICAST (entrega da informação para múltiplos destinatários simultaneamente usando a estratégia mais eficiente onde as mensagens só passam por um link uma única vez e somente são duplicadas quando link para os destinatários se divide em duas direções. 80

Camada de Rede Protocolo de comunicação utilizado entre duas ou mais máquinas em rede para encaminhamento dos dados. Tanto no modelo TCP/IP, quanto no Modelo OSI, o protocolo IP esta na camada de rede. o Estudo do IP. . . o A Internet pode ser vista como um conjunto de sub-redes ou Sistemas Autônomos (Autonomos System-Ases) conectados entre si. Backbones – linhas de grande largura – roteadores muito rápidos o Elemento que mantém a Internet unida é o protocolo IP (Internet Protocol), foi projetado com o objetivo de interligar as redes 81 o FUNÇÃO: fornecer a melhor forma de transportar datagramas da origem para o destino, independente das máquinas estarem na mesma rede ou em redes intermediárias.

Camada de Rede o Endereços IP 82

Camada de Rede o IPX/SPX (Internetwork Packet Exchange/Sequenced Packet Exchange) é um protocolo proprietário, Novell, que fornece aos clientes serviços de compartilhamento de arquivos, impressão, comunicação, fax, segurança, funções de correio eletrônico, tudo isso não sendo orientado a conexão. 83

Camada de Rede o X. 25 o Presente em várias camadas, porém na camada de rede é responsável pelo empacotamento dos dados. Define se a transmissão será realizada por VC (conexões temporária, estabelecida somente no momento da comunicação) ou PVC (circuito virtual permanente) 84

Camada de Rede o IPsec o Protocolo de Segurança IP, visa ser o método padrão para o fornecimento de privacidade do usuário. o Suíte de protocolos que provê segurança no nível de camada de rede para comunicações. Protege os protocolos TCP e UDP. 85

Conceitos Básicos o Gateway o Máquina intermediária geralmente destinada a interligar redes, separar domínios de colisão, ou mesmo traduzir protocolos. o Domínios de Colisão o Área lógica onde os pacotes podem colidir uns contra os outros. Quanto mais colisões ocorrerem, menor será a eficiência da rede. o Um domínio de colisão pode existir em um segmento da rede ou numa porção total de uma rede maior. 86