7.4 Encaminhamento IP

7.4 Encaminhamento IP

Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Departamento de Engenharia, Electrónica, Telecomunicações e Computadores

Encaminhamento IP

• Características

– Baseado em tabelas de encaminhamento (routing) – Efectuado pelos routers e pelas máquinas

– Complexidade das tabelas preferencialmente nos routers

• Máquinas - Caminho por omissão (para todos os pacotes)

– Configuração de encaminhamento estática (manual) ou dinâmica (automática - protocolos)

– Máquinas com várias interfaces de rede podem fazer encaminhamento (routers)

2007/02/26 Encaminhamento 3

Entrega de Datagramas

• Entrega directa

– Ocorre quando a máquina destino está na mesma rede física (IP) da máquina origem

– O datagrama é enviado numa trama física para a máquina com o DA do datagrama IP.

– Na comunicação entre duas máquinas existe sempre uma entrega directa.

• Entrega indirecta

– Ocorre quando a máquina destino não está na rede física (IP) da máquina origem

– O datagrama é enviado numa trama física para um router. No entanto o conteúdo do datagrama não é alterado.

– Na comunicação entre duas máquinas poderão existir 0 ou mais entregas indirectas.

Conteúdo das tabelas de routing

• Caminhos para redes

– Entradas do tipo < End. IP de rede, End. IP próximo router >

• Caminhos específicos para hosts

– Entradas do tipo < End. IP host, End. IP próximo router >

• Caminhos por defeito

– End. IP próximo router.

<End. IP destino, End.IP próximo router>

Formato das entradas de uma tabela de routing IP

2007/02/26 Encaminhamento 5

Encaminhamento IP

Para chegar a hosts nas Redes Enviar para este endereço

20.0.0.0 Entrega Directa 30.0.0.0 Entrega directa 10.0.0.0 20.0.0.5 40.0.0.0 30.0.0.7 Tabela de Routing do Router G

Extensões ao endereçamento IP

Problemas do endereçamento IP clássico Máscara de rede/subrede

Utilização de um endereço IP em várias redes físicas Generalização do algoritmo de encaminhamento

2007/02/26 Encaminhamento 7

Problemas do endereçamento IP clássico

• Quando foi concebido o espaço de endereçamento IP (32 bits)

pensava-se que era impossível de esgotar

– (Face ao número de máquinas e redes que existiam na altura)

• Rapidamente se percebeu que não era bem assim …

– O encaminhamento IP obriga a que cada rede física tenha um endereço IP de rede diferente

– Com a popularização da Internet o número de máquinas e redes cresceu exponencialmente

– O esquema de classes de endereços é muito pouco flexível

Problemas do endereçamento IP clássico

•

O esquema de classes de endereços provoca um grande

desperdício de endereços

– Uma rede com mais de 254 máquinas necessita de usar um endereço de rede de classe B

• Endereços de rede classe B são os mais requisitados

– Há muitas redes com mais de 254 máquinas mas com muito menos que que 65.500 endereços de máquinas

• Endereços de rede classe B subaproveitados

– Não há (muitas) redes com 16.777.214 de máquinas

2007/02/26 Encaminhamento 9

Máscara de rede (Subnet Mask)

• Define onde se situa a divisão do endereço IP

em parte de rede (net) e parte de máquina (host)

– A máscara tem 1 nos bits que correspondem à parte do endereço que identifica a rede e 0 nos bits que correspondem à parte do endereço que identifica a máquina

net host

Parte de Internet Routing Parte Local

1 8/16/24 31 1 1 1 1 1 ... 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 ... 0 0 0 0 0 1 8/16/24 31 Classe A,B ou C Máscara natural da Classe

Representação da Máscara de rede

• Notação de pontos (usada nos endereços)

• Indicação dos bits da máscara em numeração decimal

• Notação CIDR (Classless Inter-Domain Routing)

2007/02/26 Encaminhamento 11

Subnet Addressing (Sub-Redes IP) (1)

• Mecanismo que permite partilhar um endereço de rede IP por

várias redes físicas (sub-redes IP)

– Utiliza o conceito de máscara de rede

– Tem que haver cooperação entre hosts e routers – Só são visiveis pelas máquinas e routers da rede – Não são visiveis pelos routers de fora da rede

– As tabelas de routing passam a ter entradas do tipo:

• <End. IP; Máscara Rede; Próximo Router>

2007/02/26 Encaminhamento 13

Conceito de sub-rede (Subnet)

• A classe do endereço IP divide a parte de rede e a máscara divide

a parte de sub-rede (subnet) e parte de máquina (host)

Conceito de sub-rede (Subnet)

• A classe do endereço IP divide a parte de rede e a máscara divide

a parte de sub-rede (subnet) e parte de máquina (host)

2007/02/26 Encaminhamento 15

Net Mask = 255.255.255.0

Subnet Addressing (Sub-Redes IP) (2)

netid hostid

Internet Routing part Local Part

1 8/16/24 31

netid subnetid

Internet Routing part Local Part

1 16 31

hostid

Class A/B/C

Exercício

• Distribuição de endereço classe C por 4 sub-redes

LAN 1 LAN 2 R 1 LAN 3 LAN 4 R 3 e1 e0 R 2 e0 e1 R 4 e0 e1 e1 e0

2007/02/26 Encaminhamento 17

Variable Length Subnet Mask (VLSM)

• Subneting: especifíca uma máscara que divide o bloco de

endereços definido pela máscara natural (i.e. classe A, B C) em

subredes iguais

– Uma única máscara de rede (ex.: 255.255.255.0) é usada para todas as subredes

• VLSM: Múltiplas máscaras definem subredes de diferentes

dimensões no espaço de endereçamento de uma classe.

– Ex: 255.255.255.128 e 255.255.255.224 podem ser usadas para dividir o espaço de endereçamento de uma rede classe C

Exercício: (VLSM)

• Distribuição de um endereço classe C pelas LANs optimizando o

número de endereços

2007/02/26 Encaminhamento 19

Exercício: (VLSM)

• Distribuição do bloco 10.2.3.0/25 pelas LANs optimizando o

número de endereços

Prefixos de 31 Bit em ligações IPv4

• Objectivo

– Uso blocos de 2 endereços (/31) em ligações ponto-a-ponto - em vez de blocos de 4 endereços (/30) - para poupar

• Características

– Os 2 endereços são considerados de “host”

• atribuídos às máquinas nas extremidades da ligação

– O endereço de sub-rede é o mais baixo

– Não existe endereço de “directed broadcast” para a sub-rede

• Ligações ponto-a-ponto não há broadcast

2007/02/26 Encaminhamento 21

Superneting (1)

• Mecanismo que permite atribuir vários endereços IP a uma

organização com várias redes física

– (Atribuir endereços de modo a que possam ser sumariados/aglomerados) – Pretende resolver problema da falta de endereços IP

• Antes, redes com mais que 254 máquinas tinham que usar um endereço de rede IP de classe B (desperdiçando muitos endereços)

• Com Superneting, redes com até 508 máquinas podem usar 2 endereços de rede IP de classe C como se fosse uma só rede IP

– As tabelas de encaminhamento dos routers exteriores só precisam de ter uma entrada para cada super-rede

• As redes englobadas não são visíveis pelos routers de fora da rede

Superneting (2)

• Os service providers atribuem a uma entidade um número N de

endereços contíguos e com o mesmo prefixo (bits de maior peso

iguais para ser possível aglomerar/sumariar)

– inicio numa potência de 2 e N também é uma potência de 2

• Ex.: Supondo que foi atribuído um bloco de 1024 (1016 !??)

endereços a partir do endereço 193.137.220.0

Decimal Equivalente binário

193.137.220.0 11000001 10001001 11011100 00000000 193.137.223.255 11000001 10001001 11011111 11111111

193.137.220.0 255.255.252.0 - Com máscaras ou

2007/02/26 Encaminhamento 23 Subnetting: Criação de multiplas subnets tornando o prefixo maior prefix length prefix host

Sumarização de Rotas (Route Aggregation)

Sumarização: Sumarização de multiplas subnets tornando o prefixo mais pequeno prefix host prefix length

CIDR – Classless Inter-Domain Routing

• Definição: “an Address Assignment and Aggregation Strategy“

• Funcionamento

– Permite englobar endereços IP em gamas (prefixos)

– Propõe uma estratégia de atribuição de endereços de rede de acordo com a topologia física e geográfica

• Atribuição por continente, país, ISP, etc

• Vantagens

– Permite diminuir as tabelas de encaminhamento dos routers que só precisam de ter uma entrada para cada gama

– Definido nos RFC 1518 e 1519 [Set 1993] (torna obsoleto o RFC 1338 - Superneting)

2007/02/26 Encaminhamento 25

Agregação de endereços com CIDR

• Para se poder aproveitar a capacidade de agregação de

endereços é necessário que estes sejam atribuídos de forma

organizada.

• Ex.:

Europa 194.0.0.0 a 195.255.255.255 - 194.0.0.0/7

EUA 198.0.0.0 a 199.255.255.255 - 198.0.0.0/7

• Simplifica as tabelas de encaminhamento:

– Nos routers na Europa basta uma entrada na tabela para encaminhar para os EUA e vice-versa.

CIDR – Classless Inter-Domain Routing

• Problemas

– Organizações que são multi-homed (ligadas a vários ISPs) – Organizações que mudam de ISP mas não de endereçamento

2007/02/26 Encaminhamento 27 ISP Restante Internet 204.71.0.0 204.71.1.0 204.71.2.0 204.71.255.0 …...……. 204.71.0.0 204.71.1.0 204.71.2.0 204.71.255.0 …...…….

ISP Restante_Internet

204.71.0.0 204.71.1.0 204.71.2.0 204.71.255.0 …...……. 204.71.0.0/16

Sumarização e CIDR

• Sem Sumarização

• Com Sumarização

Máscara aplicada nas tabelas de routing

• Define um conjunto de endereços IP com os bits de maior peso

iguais

– A máscara tem 1 nos bits de maior peso que definem o conjunto de endereços e 0 nos bits que podem variar

– As tabelas de routing passam a ter entradas do tipo:

• < End. IP ; Máscara; Próximo Router >

– Generalização da tabelas de routing IP iniciais

• Suporta caminhos específicos para máquinas (255.255.255.255 ou /32) • Suporta caminhos para super-redes, redes, e sub-redes (/1 a /31)

2007/02/26 Encaminhamento 29

Exercício: Tabelas de routing com máscaras

• Interprete cada uma das entradas da tabela de routing

apresentada retirada de uma máquina windows NT

Network Address Netmask Gateway Address Interface Metric

0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.9.254 192.168.9.227 1 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 192.168.9.227 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 1 192.168.9.224 255.255.255.224 192.168.9.227 192.168.9.227 1 192.168.9.255 255.255.255.255 192.168.9.227 192.168.9.227 1 224.0.0.0 224.0.0.0 192.168.9.227 192.168.9.227 1 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.9.227 192.168.9.227 1 193.137.220.0 255.255.254.0 192.168.9.253 192.168.9.227 1

Tabelas de routing usando máscaras

• Exemplo de uma tabela de routing no windows NT

• 1. Router por omissão 5. Endereço Broadcast de Rede (Directa) • 2. Endereço Loopback (Loopback) 6. Endereços Multicast (Directa)

• 3. Endereço IP local (Loopback) 7. Endereço Broadcast limitado (Directa) • 4. Sub-Rede com 32 endereços classe C (Directa) 8. Super-Rede com 2 endereços de rede cl. C

Network Address Netmask Gateway Address Interface Metric

0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.9.254 192.168.9.227 1 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 192.168.9.227 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 1 192.168.9.224 255.255.255.224 192.168.9.227 192.168.9.227 1 192.168.9.255 255.255.255.255 192.168.9.227 192.168.9.227 1 224.0.0.0 224.0.0.0 192.168.9.227 192.168.9.227 1 255.255.255.255 255.255.255.255 192.168.9.227 192.168.9.227 1 193.137.220.0 255.255.254.0 192.168.9.253 192.168.9.227 1

2007/02/26 Encaminhamento 31

Tabelas de routing usando máscaras

• Tipos de entradas de uma tabela de routing

– Caminhos específicos para máquinas (255.255.255.255 ou /32) – Caminhos específicos para super-redes (máscara < classe)

– Caminhos específicos para redes (máscara = classe)

– Caminhos específicos para sub-redes (máscara > classe) – Caminho por omissão (0.0.0.0 ou /0)

• Ordem de análise das entradas de uma tabela de routing

– Das entradas mais específicas (maior números de 1 na máscara) para as mais genéricas (menor números de 1 na máscara)

Endereços IP privados

• Endereços reservados para uso em redes privadas

•

10.0.0.0 - 10.255.255.255

( 10/8 )

•

172.16.0.0 - 172.31.255.255

( 172.16/12 ) 192.168.0.0

-192.168.255.255

( 192.168/16 )

• Definidos pela (IANA) Internet Assigned Numbers Authority no

RFC 1918 [1996]

2007/02/26 Encaminhamento 33

Exemplo de Tabela de routing

C:\WIN2K>route print

=========================================================================== Active Routes:

Network Destination Netmask Gateway Interface Metric

0.0.0.0 0.0.0.0 141.29.155.254 141.29.155.108 1 127.0.0.0 255.0.0.0 127.0.0.1 127.0.0.1 1 141.29.155.0 255.255.255.0 141.29.155.108 141.29.155.108 1 141.29.155.108 255.255.255.255 127.0.0.1 127.0.0.1 1 141.29.255.255 255.255.255.255 141.29.155.108 141.29.155.108 1 200.0.0.0 255.0.0.0 141.29.155.245 141.29.155.108 3 224.0.0.0 224.0.0.0 141.29.155.108 141.29.155.108 1 255.255.255.255 255.255.255.255 141.29.155.108 141.29.155.108 1 Default Gateway: 141.29.155.254 =========================================================================== Persistent Routes:

Network Address Netmask Gateway Address Metric

Exemplo de Tabela de routing

lmferreira@ipagw:~ > netstat -rn Kernel IP routing table

Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface

10.1.9.0 180.142.85.85 255.255.255.252 UG 40 0 0 eth0 62.48.131.0 172.25.52.252 255.255.255.224 UG 40 0 0 eth1 62.48.128.0 192.168.10.90 255.255.255.224 UG 40 0 0 eth1 141.29.138.128 0.0.0.0 255.255.255.192 U 40 0 0 eth0 192.168.224.0 172.25.52.251 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth1 192.168.20.0 180.142.99.100 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth0 192.21.71.0 192.168.10.90 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth1 200.1.1.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 40 0 0 eth0 10.66.1.0 180.142.78.74 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth0 192.168.1.0 180.142.85.85 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth0 172.25.52.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 40 0 0 eth1 192.168.10.0 0.0.0.0 255.255.255.0 U 40 0 0 eth1 195.245.135.0 192.168.10.58 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth1 200.2.2.0 180.142.99.101 255.255.255.0 UG 40 0 0 eth0 172.27.0.0 192.168.10.90 255.255.0.0 UG 40 0 0 eth1 172.30.0.0 192.168.10.58 255.255.0.0 UG 40 0 0 eth1 172.28.0.0 192.168.10.90 255.255.0.0 UG 40 0 0 eth1 180.142.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 40 0 0 eth0 141.29.0.0 180.142.79.167 255.255.0.0 UG 40 0 0 eth0

2007/02/26 Encaminhamento 35

Exemplo de Tabela de routing

Atenas:tst_qosw_l# sh ip route Protocol/Route type codes:

I1- ISIS level 1, I2- ISIS level2,

I- route type intra, IA- route type inter, E- route type external, i- metric type internal, e- metric type external,

O- OSPF, E1- external type 1, E2- external type2, N1- NSSA external type1, N2- NSSA external type2

Prefix/Length Type Next Hop Dist/Met Intf

--- --- --- --- ---10.1.1.0/24 Connect 10.1.1.1 0/0 FastEthernet13/0 10.1.9.1/32 Connect 10.1.9.1 0/0 loopback0 10.2.1.0/24 Static 10.7.7.2 1/0 ATM0/2.107070 10.2.9.1/32 I2-I-i 10.7.7.2 115/10 ATM0/2.107070 10.7.7.0/30 Connect 10.7.7.1 0/0 ATM0/2.107070 10.9.1.0/30 Connect 10.9.1.2 0/0 ATM0/3.109010 180.142.0.0/16 Static 10.9.1.1 1/0 ATM0/3.109010

Exemplo de Tabela de routing

GR# sh ip route Codes:

C - connected, S - static, I - IGRP, R - RIP, M - mobile, B - BGP D - EIGRP, EX - EIGRP external, O - OSPF, IA - OSPF inter area N1 - OSPF NSSA external type 1, N2 - OSPF NSSA external type 2 E1 - OSPF external type 1, E2 - OSPF external type 2, E - EGP

i - IS-IS, L1 - IS-IS level-1, L2 - IS-IS level-2, ia - IS-IS inter area * - candidate default, U - per-user static route, o - ODR

P - periodic downloaded static route

Gateway of last resort is 10.106.48.209 to network 0.0.0.0 10.0.0.0/8 is variably subnetted, 2 subnets, 2 masks C 10.106.48.208/30 is directly connected, Serial1/0:0

C 10.106.48.192/28 is directly connected, FastEthernet0/1 C 180.142.0.0/16 is directly connected, FastEthernet0/0

2007/02/26 Encaminhamento 37

Exercício

• Descreva as tabelas de routing dos Routers (R1, R2 e R3)

10.1.1.0/24 10.1.2.0/26 e1 R1 eo .62 .252 Máquina A IP: 10.1.1.1/24 Gw: 10.1.1.254 DNS: 10.1.2.200 10.1.2.128/25 e1 R2 eo .254 .253 10.1.2.64/26 e1 R3 eo .126 .254 Máquina B IP: 10.1.2.1/26 Gw: 10.1.2.62 Servidor DNS IP: 10.1.2.200/25 Gw: 10.1.2.254

Exercício

• Descreva as tabelas de routing dos Routers (R1, R2 e R3)

2007/02/26 Encaminhamento 39

Exercício

• A partir da tabela de routing desenhe uma topologia de rede

possível

Network Address Netmask Gateway Address Interface

0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.9.254 192.168.9.227 128.1.0.0 255.255.0.0 10.1.1.1 10.1.1.9 192.1.1.226 255.255.255.254 10.1.1.2 10.1.1.9 192.168.9.224 255.255.255.224 192.168.9.227 192.168.9.227 195.16.1.224 255.255.255.240 192.168.9.252 192.168.9.227 223.0.0.0 255.0.0.0 12.18.1.1 12.18.9.27 12.18.0.0 255.255.0.0 12.18.9.27 12.18.9.27 193.137.220.0 255.255.254.0 192.168.9.253 192.168.9.227 10.1.1.0 255.255.224.0 10.1.1.9 10.1.1.9

Exercício

• A partir da tabela de routing desenhe a topologia de rede

Atenas:tst_qosw_r#sh ip route Protocol/Route type codes:

I1- ISIS level 1, I2- ISIS level2,

I- route type intra, IA- route type inter, E- route type external, i- metric type internal, e- metric type external,

O- OSPF, E1- external type 1, E2- external type2, N1- NSSA external type1, N2- NSSA external type2

Prefix/Length Type Next Hop Dist/Met Intf

--- --- --- --- ---10.1.1.0/24 Static 10.7.7.1 1/0 ATM0/3.107070 10.1.9.1/32 I2-I-i 10.7.7.1 115/10 ATM0/3.107070 10.2.1.0/24 Connect 10.2.1.1 0/0 FastEthernet13/2 10.2.9.1/32 Connect 10.2.9.1 0/0 loopback0 10.7.7.0/30 Connect 10.7.7.2 0/0 ATM0/3.107070 10.9.2.0/30 Connect 10.9.2.2 0/0 ATM0/3.109020 180.142.0.0/16 Static 10.9.2.1 1/0 ATM0/3.109020

2007/02/26 Encaminhamento 41

Proxy ARP (1)

• Objectivo

– Partilhar um endereço de rede IP por várias redes físicas

• Características

– Um router responde aos pedidos ARP sobre endereços de máquinas que estão noutra rede física

– Apenas pode ser usado em redes que utilizam o protocolo ARP para resolução de endereços.

– Apenas funciona em máquinas com implementações de ARP que

permitam ter vários endereços IP mapeados no mesmo endereço físico. – Documentado no RFC 1027 [1987]

Proxy ARP (2)

• Funcionamento

– As máquinas só têm conhecimento de uma rede IP, ignorando a existência de subredes (máscara de rede)

– O Router a fazer “proxy ARP” tem rotas para as subredes acessíveis através de cada interface

– O “proxy ARP” (router)

• Recebe os pedidos ARP acerca de endereços de máquinas que estão noutra subrede (rede física)

• Responde aos pedidos ARP recebidos se tem na tabela de routing uma rota específica para a sub-rede que engloba o endereço de destino

• Não responde se encaminha para o destino pela interface onde recebeu o pedido de ARP

2007/02/26 Encaminhamento 43

Proxy ARP (3)

Router a correr proxy ARP

IP_A, IP_B, IP_C e IP_D pertencem à mesma rede IP

PA_C IP_C IP_D PA_D

ARP Request

(SIP = IP_A; SPA = PA_A; DIP = IP_B; DPA = ?; )

IP_A PA_A

ARP Reply

(SIP = IP_B; SPA = PA_C; DIP = IP_A; DPA = PA_A)

1) 2)

PA_B IP_B

ARP Request

(SIP = IP_D; SPA = PA_D; DIP = IP_B; DPA = ?; )

4)

ARP Reply

(SIP = IP_B; SPA = PA_B; DIP = IP_D; DPA = PA_D)

5)

3) Envio do pacote IP de A para R

Sumário

• Encaminhamento IP

• Entrega de datagramas directa e indirecta • Problemas do endereçamento IP clássico • Máscara de rede/subrede

• Subnetting e superneting • Sumarização de rotas

• Classless Inter-Domain Routing • Tabelas de routing

• Utilização de um endereço IP de rede em várias redes físicas/ProxyArp • Generalização do algoritmo de encaminhamento