Endere¸co IP ´e hier´arquico com 2 partes:

(1)

I

Endere¸cos s˜ao usados para encaminhar pacotes pela rede

I Na Internet, endere¸cos s˜ao ´unicos e atribu´ıdos pelaInternet Assigned Numbers Authority(IANA)

I

Endere¸co IP ´e hier´arquico com 2 partes:

I Endere¸co da rede: identifica a rede ou segmento de rede

I Endere¸co da m´aquina (host): identifica a interface espec´ıfica que se deseja atingir

(2)

I

M´aquinas Dual-Homed

I M´aquinas conectados a mais de uma rede

I Possuem v´arias placas de rede e portanto possuem mais de um endere¸co

I Assim endere¸co refere-se apenas a interface e não à máquina

(3)

Vers˜ao IPv4: endere¸co com 32 bits:

I A parte mais significativa designa endere¸co da rede

I A parte menos significativa designa endere¸co da m´aquina

I

Formato utilizado: decimal com pontos

I Cadabyte´e convertido em decimal

I Bytess˜ao separados por pontos

I

Exemplos: 131.108.122.204, 192.168.1.8

(4)

I

Classful Address

I Separa¸c˜ao de endere¸co rede-m´aquina depende da classe do endere¸co

(5)

I

Classe A

I Identificada pelobitmais significativo em 0

I Destinada a redes muito grandes, com muitos computadores

I Endere¸co de rede ocupa obytemais significativo

I Total de 126 redes: de 1 a 126

I Valores 0 e 127 s˜ao reservados (0 para designar a rede desta m´aquina e 127 para teste deloopback)

I At´e 16.777.216 computadores por rede (3bytes)

I

Classe B

I Identificada pelosbits mais significativos em 10

I Endere¸co de rede ocupa os 2bytesmais significativos

I Total de 16.384 redes (14bits)

I At´e 65.535 computadores por rede (2bytes)

(6)

I

Classe C

I O tipo mais utilizado, e destinada a redes pequenas

I Endere¸co de rede ocupa os 3bytesmais significativos

I Total de 2.097.152 redes (21bits)

I At´e 254 computadores por rede (1byte)

I

Classe D

I Destinada a tr´afegomulticast

I

Classe E

I Destinada a testes

(7)

I

Endere¸cos reservados

I Endere¸co de rede: valor 0 para todos osbits do endere¸co de m´aquina

I O endere¸co classe C 198.159.11.0 significa um endere¸co de rede que inclui todos os endere¸cos de m´aquinas de 198.159.11.1 a 198.159.11.254

I Os endere¸cos classe A 113.0.0.0 e classe B 176.10.0.0 significam endere¸cos de rede

I Endere¸cobroadcast: valor 1 para todos osbitsdo endere¸co de m´aquina

I O endere¸co classe C 198.159.11.255 significa um endere¸co broadcastpara todas as m´aquinas da rede 198.159.11.0

I Os endere¸cos classe A 113.255.255.255 e classe B

176.10.255.255 significam endere¸cosbroadcastpara as redes 113.0.0.0 e 176.10.0.0, respectivamente

(8)

I

Endere¸cos Privados

I Uteis para redes privadas que não têm conexão com a Internet´

I Necess´arios para redes com conex˜ao a Internet e que precisam de mais endere¸cos do que os dispon´ıveis

I Deve utilizar um roteador que implemente oNetwork Address Translation(NAT)

I Endere¸cos definidos pela RFC 1918:

I 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (Classe A)

I 172.16.0.0 a 172.31.255.255 (Classe B)

I 192.168.0.0 a 192.168.255.255 (Classe C)

(9)

I

Subrede (subnet)

I Acrescenta mais um n´ıvel hier´aquico ao endere¸co:

I rede-m´aquina→rede-subrede-m´aquina

I Bitspara subrede s˜ao retirados do endere¸co de m´aquina

I Máscara de subrede permite obter endere¸co de subrede com opera¸cão lógicaAND

I Exemplo para rede 130.50.0.0 (Classe B)

I 16bits(m´aquina)→6 (subrede) + 10 (m´aquina)

I Subredes: 130.50.4.0, 130.50.8.0,. . .

I M´ascara de subrede: 255.255.252.0/22 onde 22 ´e a

quantidade de bits dos endere¸cos de rede e subrede (16 + 6)

(10)

I

Classless InterDomain Routing (CIDR)

I Escassez de endere¸cos levam ao abandono das classes

I Oferta de endere¸cos segundo a demanda

I Exemplo: empresa precisa de 2000 endere¸cos: recebe um bloco com 2048 endere¸cos

I Roteamento fica mais complexo (tabelas de roteamento maiores)

I Entretanto endere¸cos podem ser agregados para simplifica¸c˜ao

I Exemplo: Atribui¸c˜ao de blocos de endere¸cos a 3 universidades

(11)

I

Classless InterDomain Routing (CIDR)

I Exemplo (cont.)

Endere¸co B´asico M´ascara

Cb 11000010 00011000 00000000 00000000 11111111 11111111 11111000 00000000 Ed 11000010 00011000 00001000 00000000 11111111 11111111 11111100 00000000 Ox 11000010 00011000 00010000 00000000 11111111 11111111 11110000 00000000

Pacote destinado a 194.24.17.4

endere¸co do pacote 11000010 00011000 00010001 00000100

pacoteANDCb 11000010 00011000 00010000 00000000 6= endere¸co básico pacoteANDEd 11000010 00011000 00010000 00000000 6= endere¸co básico pacoteANDOx 11000010 00011000 00010000 00000000 = endere¸co básico

(12)

I

Network Address Translation (NAT)

I Motivado pela escassez de endere¸cos

I Idéia básica é atribuir apenas um único endere¸co por organiza¸cão

I Internamente s˜ao utilizados endere¸cos privados

I Pacotes com destino externo s˜ao atribu´ıdos o endere¸co da organiza¸c˜ao

I Problema: para onde encaminhar as respostas?

(13)

I

NAT B´asico

I Exige 1 endere¸co externo para cada conex˜ao

I

Network Address Port Translation (NAPT)

I Utiliza o endere¸co da camada de transporte (n´umero da porta de origem ousource port)

I Pacotes de sa´ıda tem endere¸co IP esource portsubstitu´ıdos

I Cabe¸calhos IP e TCP devem ter oschecksumsrecalculados

I Pacotes de entrada tˆem osource portverificado

I Souce port´e utilizado como ´ındice para determina¸c˜ao do destino correto

(14)

I

Vers˜ao IPv6: endere¸co com 128 bits:

I Permite 3,4×10³⁸endere¸cos

I Equivalente a 3,8×10²⁸endere¸cos para cada um dos 9 bilh˜oes de habitantes previstos para 2050

(15)

I

Obtendo um endere¸co IP

I Atribui¸c˜ao Est´atica

I Atribuido pelo operador de rede atrav´es de comandos do sistema operacional (SO)

I Alguns SOs (Windows, por exemplo) tentam verificar duplicidade de endere¸co

I Principal razão para atribui¸cão estática: máquinas que precisam ser referenciadas por outras (impressoras, servidores, etc.)

I Atribui¸c˜ao Dinˆamica

I Atribuido por um servidor segundo determinadas regras

I Utiliza protocolos comoReverse Address Resolution Protocol (RARP),Bootstrap Protocol(BOOTP) eDynamic Host Configuration Protocol(DHCP)

(16)

I

Address Resolution Protocol (ARP)

I Para transmissão, o nó de origem precisa conhecer os endere¸cos IP e MAC do nó de destino

I Quando apenas o endere¸co IP ´e conhecido, utiliza-se o ARP para a obten¸c˜ao do endere¸co MAC

I Nós mantêm tabelas ARP onde endere¸cos MAC e IP estão associados (utilize o comandoarp -apara consultar essa tabela)

I Default Gateway: endere¸co IP da interface do roteador conectada a esse segmento de rede

Exemplo de tabela ARP

(17)

I ARPRequestenviado embroadcast

I ARPReply enviado emunicast

(18)

I

Reverse Address Resolution Protocol (RARP)

I Faz o inverso do ARP: solicita o endere¸co IP quando o endere¸co MAC ´e conhecido

I RARPRequestenviado embroadcast

I RARPReplyenviado emunicast

I Pode ser utilizado para atribui¸c˜ao dinˆamica de endere¸cos IP

I Quando ligada, a m´aquina conhece seu endere¸co MAC mas n˜ao o seu endere¸co IP

I M´aquina solicita endere¸co IP ao servidor RARP

I Servidor deve estar presente para responder requisi¸c˜oes

I Deve haver um servidor para cada subrede (uma vez que o Request´e enviado com o endere¸co MAC debroadcast)

(19)

I

Bootstrap Protocol (BOOTP)

I Protocolo de atribui¸c˜ao de endere¸co IP

I Assim como o RARP, trabalha no modo cliente-servidor

I Entretanto al´em do endere¸co IP, servidor envia outras informa¸c˜oes:

I endere¸co IP do roteador dessa subrede (default gateway)

I outras informa¸c˜oes

I N˜ao foi projetado para compartilhamento de endere¸cos IP

I Administrador cria um arquivo de configura¸c˜ao

I Cada n´o da subrede deve aparecer na configura¸c˜ao do BOOTP e ter o seu endere¸co IP designado

I Assim n˜ao permite reciclagem de endere¸cos IP

I BOOTP utiliza UDP para transporte das mensagens (porta 67 para servidor e 68 para cliente)

I Uma m´aquina envia uma requisi¸c˜ao para o endere¸co de broadcastIP 255.255.255.255

I A resposta do servidor tamb´em ´e enviada embroadcastIP

(20)

I

Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

I Protocolo de atribui¸c˜ao de endere¸cos IP, sucessor do BOOTP

I Permite atribui¸cão dinâmica de endere¸cos IP sem existência de especifica¸cão individual para cada máquina na subrede

I Respalda mobilidade porque permite que o usu´ario use qualquer subrede

I Servidor guarda em sua base de dados:

I Endere¸co IP dodefault gateway

I Endere¸co IP dos servidores DNS

I Endere¸cos IP a serem atribu´ıdos aos clientes

I Dura¸c˜ao das concess˜oes oferecidas pelo servidor

I Resposta do servidor inclui toda a configura¸cão TCP/IP necessária (inclusive máscara de subrede)

(21)

I

Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

I A configura¸c˜ao deve ser introduzida em todos os roteadores

I Endere¸co IP da rede destino

I M´ascara de subrede

I Endere¸co IP do pr´oximo roteador no caminho

I Troca de mensagens (caso com sucesso)

I Mensagens s˜ao enviadas embroadcastpara alertar outros servidores DHCP

I Em caso de n˜ao aceite da DHCPOFFER, o cliente envia DHCPDECLINE embroadcast

I Servidor retira oferta com DHCPNAK embroadcast

(22)

I

Routing Information Protocol (RIP)

I E um dos protocolos de roteamento mais utilizados´ atualmente, embora considerado inferior ao OSPF ou IS-IS

I Originalmente especificado na RFC 1058

I Utiliza vetor de distˆancia

I Utilizahop count(número de saltos) como única métrica para sele¸cão de rota

I Sehop count>15, pacote ´e descartado (assim evitaloops mas tamb´em limita o tamanho da rede)

I Por padrão, atualiza¸cão de rotas são difundidas a cada 30 s

I RIP-1 (RIP Vers˜ao 1) permite apenas roteamento de endere¸cos com classes (classful routing)

I RIP-2 (ver RFC 2453) envia também a máscara de subrede nas atualiza¸cões e assim permite roteamento de endere¸cos sem classe (classless routing)

I RIPng (ver RFC 2080) ´e a extens˜ao do RIP-2 para IPv6

(23)

Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS)

I Protocolo OSI inicialmente desenvolvido para oConnectionless Network Protocol(CLNP), o concorrente do IP

I IntegratedIS-IS permite roteamento de m´ultiplos protocolos

I Utiliza vetor de distˆancia e estado do enlace (protocolo h´ıbrido)

I Utiliza vetor de distˆancia para determinar as melhores rotas

I Utiliza estado do enlace para disparar atualiza¸c˜oes das tabelas de roteamento

I

Open Shortest Path First (OSPF)

I OSPF Vers˜ao 2 especificado na RFC 2328 e OSPF Vers˜ao 3 para IPv6 especificado na RFC 2740

I Desenvolvido para substituir o RIP

I Utiliza estado do enlace (capaz de calcular a topologia da rede)

I Permiteclassless routing

I Utiliza como m´etrica o custo da rota (path cost)

I Path cost: valor gen´erico determinado pelo projeto da rede

(24)

I

Open Shortest Path First (OSPF)

I Divide a rede em ´areas (similar a subrede)

I Backbone Areaou ´area 0 conecta todas as outras ´areas

(25)

I

Open Shortest Path First (OSPF)

(26)

I

Autonomous System (AS)

I Rede ou conjunto de redes sob o controle de uma ´unica entidade

I Exemplo: intranetsde empresas, universidades, etc.

I Registro de AS inclue uma identifica¸c˜ao de 16bits e depende da localiza¸c˜ao

I Am´erica Anglo-Saxonica: ARIN

I Am´erica Latina: LACNIC

I Europa, Oriente M´edio e Asia Central: RIPE-NCC

I Asia e Oceania: AP-NIC

I Africa: AfriNIC´

I

Interior Gateway Protocol (IGP): protocolo utilizado para roteamento dentro de um AS

I Exemplos: RIP, IS-IS, OSPF

I

Exterior Gateway Protocol (EGP): protocolo utilizado para roteamento entre ASs

I Exemplo: Border Gateway Protocol(BGP)

(27)

Border Gateway Protocol (BGP)

I Especificado na RFC 4271, ´e o protocolo EGP dominante

I BGP-4 respaldaclassless routinge agrega¸c˜ao de rota

I Roteamento baseado em restri¸c˜oes pol´ıticas

I Grandezas tradicionais (hop count,bandwidth, atraso, etc.) somente utilizadas ap´os an´alise subjetiva das rotas

I Semelhante a vetor de distˆancia exceto que cada n´o divulga a rota completa para os destinos

I Vizinhos são estabelecidos por configura¸cão manual e enlaces são mantidos por mensagens periódicas

I Intervalo padr˜ao entre mensagens ´e 60 s

I Comunica¸c˜ao atrav´es de mensagens “Update” utiliza TCP na porta 179

I Categorias de redes

I Redestub: Tem somente um enlace a um roteador BGP;

portanto n˜ao pode ser utilizada para tr´agego

I Rede multiconectada: Possuem vários enlaces a roteadores BGP e pode, se não houver impedimento, carregar tráfego

(28)

I

Internet Protocol (IP)

I Oferece servi¸co sem conex˜ao

I Servi¸co não confiável: não existe garantia de entrega; não existe controle de seqüenciamento; não detecta erros e não informa o transmissor

I Orientado a pacotes: cada pacote tratado independentemente dos demais

I Datagrama (unidade b´asica) pode ser quebrado em fragmentos para adequar-se a rede

I Servi¸co oferecido na base do “melhor esfor¸co” (best effort):

usu´ario entrega pacote ao provedor de servi¸co na esperan¸ca que o dado chegue ao endere¸co desejado

(29)

I

Internet Protocol (IP)

I Pacote IP

(30)

I

Internet Protocol (IP)

I Pacote IP

I Version: vers˜ao do protocolo IP

I IPheader length(IHL): comprimento do cabe¸calho em palavras de 32bits

I Type of service: tipo de servi¸co, atribu´ıdo pelas camadas superiores para designar n´ıvel de importˆancia do tr´afego

I Total length: comprimento total do datagrama embytes

I Identification: número de seqüência que identifica esse pacote

I Don’t fragment(DF): solicita que o datagrama n˜ao seja fragmentado

I More fragments(MF): indica mais fragmentos por vir

I Fragment offset: informa a posi¸c˜ao do fragmento no datagrama original

I Time-to-live: contador que ´e decrementado gradualmente ao longo da rota; pacote ´e descartado quando contador chega a 0

(31)

I

Internet Protocol (IP)

I Pacote IP

I Protocol: indica qual o protocolo destinat´ario na camada de transporte

I Header checksum: verifica¸c˜ao do cabe¸calho

I Source address: endere¸co de origem

I Destination address: endere¸co de destino

I Options: utilizado para op¸c˜oes extras

(32)

I

Internet Control Message Protocol (ICMP)

I Protocolo para apenas informar problemas associados ao IP

I Notifica¸cão é endere¸cada ao nó de origem dos datagramas

I Mensagens s˜ao encaminhadas utilizando IP (entretanto falhas desses datagramas n˜ao geram novos erros)

(33)

I

Internet Control Message Protocol (ICMP)

I Destination unreachable

I Network unreachable: em geral indica falha de endere¸camento ou roteamento

I Host unreachable: em geral indica falha na entrega (por exemplo, m´ascara de subrede errada)

I Protocol unreachable: em geral indica que o destino n˜ao suporta o protocolo de camada superior especificado

I Port unreachable: em geral indica que a porta TCP n˜ao est´a dispon´ıvel

I Time exceeded

I Enviado quando TTL chega a 0

I Detecta rotas excessivamente longas

I Echo requesteEcho reply

I Verifica se o destino est´a ao alcance

I Comandopingutiliza essas mensagens ICMP

(34)

I

Internet Control Message Protocol (ICMP)

I Parameter problem

I Problemas no cabe¸calho do datagrama

I Outros problemas n˜ao relacionados ao estado do destino

I Redirect(Redirect/Change request)

I Originado apenas em roteadores

I Enviado pelodefault gatewaye destinado aohostindicando que existe uma rota melhor (e direta)

I Informa o endere¸co IP do roteador conectado aohostque pertence a rota melhor

I Timestamp requesteTimestamp reply

I Oferece sincroniza¸c˜ao temporal

I Timestamp ´e expresso em mili-segundos utilizando ouniversal time

(35)

I

Internet Control Message Protocol (ICMP)

I Information requesteInformation reply

I Forma obsoleta para ohostdeterminar a rede ao qual ele pertence (hoje utiliza-se DHCP, BOOTP, etc.)

I Address mask requesteAddress mask reply

I Forma para ohostobter a m´ascara de subrede/rede

I Router solicitationeRouter advertisement

I Utilizado para que umhostobtenha o endere¸co de seudefault getaway

I Source quench

I Utilizada para controle de congestionamento

I Solicita a origem para reduzir a taxa de envio de pacotes

I Taxa original pode ser retomada vagarosamente quando uma nova mensagemsource quenchn˜ao ´e recebida

(36)

I

Necessidade do IPv6

I IETF IPv6Working Groupiniciado no come¸co dos anos 90 para atacar o problema da exaust˜ao de endere¸cos

I Enquanto isso, solu¸c˜oes paliativas:

I Implementa¸c˜ao do CIDR, NAT, DHCP

I Recupera¸c˜ao de endere¸cos comclassless addressing

I Sistema de registro regional (Regional Internet Registry)

I Necessidade deixa de ser urgente

I Escassez de endere¸cos IPv4 ainda n˜ao ´e iminente

I Falta momento para implanta¸c˜ao do IPv6

I Entretanto

I Redes de dados sem fio tornam-se importante

I Paises emergentes precisam de endere¸cos

I Endere¸camento pode de fato tornar-se um problema (IPv4 Address Report⁽¹⁾ prediz que endere¸cos se esgotem em 2011)

I Conclus˜ao: Endere¸camento realmente empurra IPv6

(1) http://www.potaroo.net/tools/ipv4/index.html

(37)

Mercado para IPv6

I Internet dom´estica

I ADSL,set-top box, etc.

I Equipamento sem fio

I PDA, telefone celular 3G,tabletPC, ve´ıculos, etc.

I Internet tradicional

I Mais de 500 milh˜oes dehostsem uso⁽¹⁾

I Provedores, empresas, governos, etc.

I Recupera¸c˜ao da conectividade fim-a-fim (proposta original da Internet)

I Permite dispositivosalways online

I

Problemas com NAT

I Quebra modelo de conectividade fim-a-fim

I Impede seguran¸ca de rede fim-a-fim

I Dificulta ou impede algumas aplica¸c˜oes

I Demanda que rede mantenha estado das conex˜oes

(38)

I

Mudan¸cas no IPv6

I Espa¸co de endere¸camento expandido

I Endere¸co com 16bytes(4 vezes mais)

I Simplica¸c˜ao do cabe¸calho

I Comprimento fixo

I Cabe¸calhos opcionais colocados emdaisy-chain

I Cabe¸calho mandat´orio (sem opcionais) com 40bytes(2 vezes maior)

I Semchecksum

I Evita segmenta¸c˜ao

I Quando um roteador receber um pacote muito grande, envia de volta uma mensagem de erro em vez de fragment´a-lo

I Tamanho m´ınimo para o maior pacote passa para 1280bytes (era 68bytes)

I Alinhado em 64bits

I Permite autentica¸c˜ao e privacidade

I Conjunto de protocolos IPsec (IPsecurity) mandat´orio

I Sembroadcast, apenasmulticast

I Maior aten¸c˜ao `a Qualidade de Servi¸co (QoS)

(39)

Mudan¸cas no IPv6

(40)

I

Cabe¸calho IPv6

I Version: vers˜ao (IPv6) do protocolo

I Traffic class:

I Equivalente aoType of service(que n˜ao era utilizado)

I Distingüe tráfego em fun¸cão dos seus requisitos de QoS

I Flow label: para permitir rotula¸c˜ao de determinados fluxos

I Payload length: equivalente aoTotal length, exceto que o cabe¸calho n˜ao ´e contado

I Next header:

I Informa qual cabe¸calho de extens˜ao (opcional) segue

I Se esse ´e o ´ultimo cabe¸calho, informa o protocolo de transporte (equivalente aoProtocol)

I Hop limit: equvalente aoTime to live, exceto que expressa saltos e n˜ao tempo

I Source addresseDestination address: endere¸cos de origem e destino

(41)

I

Extens˜oes

(42)

I

Representa¸c˜ao de endere¸co

I 8 grupos de 4 d´ıgitos hexadecimais separados por dois-pontos

I Exemplo: 8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF

I Simplifica¸c˜ao: zeros `a esquerda em um grupo podem ser omitidos

I Simplificado: 8000:0:0:0:123:4567:89AB:CDEF

I Simplifica¸c˜ao: Grupos de zeros sucessivos podem ser representados por um par de dois-pontos

I Mecanismo pode ser utilizado apenas 1 vez

I Simplificado: 8000::123:4567:89AB:CDEF

I Endere¸co IPv4: representa¸c˜ao tradicional, iniciado com o prefixo ::FFFF:0:0/96

I Exemplo: ::FFFF:192.168.30.1 = ::FFFF:C0A8:1E01

I Endere¸co URL: entre colchetes

I Exemplo: http:[2001:1:4F3A::206:AE14]/index.html

(43)

I

Endere¸camento

I Tipos de endere¸camento

I Unicast: Especifica uma única interface (um único destinatário)

I Anycast: Especifica um grupo de interfaces, embora o pacote

é entregue apenas àquela mais próxima (segundo as regras de roteamento)

I Multicast: Especifica um grupo de interface e o pacote ´e entregue a todas elas

I Endere¸cos Especiais

I ::/128: endere¸co n˜ao especificado (deve ser usado apenas pelo software

I ::1/128: endere¸co deloopback

I FE80::/10: prefixo de endere¸colocal link

I FF00::/8: prefixo de endere¸comulticast

I ::FFFF:0:0/96: prefixo de endere¸co IPv4

(44)

I

Endere¸camento

I Endere¸co globalUnicast

I Endere¸co ´e atribuido hierarquicamente para facilitar agrega¸c˜ao

I Divis˜ao:

I 48bitspara endere¸co de rede

I 16bitspara endere¸co de subrede

I 64bitspara endere¸co de interface

I O endere¸co de interface pode ser atribuido por

I Auto configurável através da expansão do endere¸co MAC (48 bitscom 0xFFFE colocado no meio)

I Auto gera¸c˜ao aleat´oria

I Servidor DHCP ou similar

I Manualmente