Aula 12

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Prof. Eng. Derig Almeida Vidal

Mestrando em Computação Aplicada, Engenheiro de Produção e Tecnólogo em Automática

A camada de rede – Parte II

IFCE – Campus Cedro Integrado em Informática Redes de Computadores

Mestrando em Computação Aplicada, Engenheiro de Produção e Tecnólogo em Automática

Sumário

• A camada de rede na Internet • O Protocolo IP

– Formato do IP – Endereçamento IP – Sub-redes

Prof. Derig Almeida Vidal IFCE - Cedro

– Sub-redes

– IPs privados e públicos

• NAT — Network Address Translatiom • ARP - Address Resolution Protocol • IPv6

– O cabeçalho principal do IPv6

• Exercícios

A camada de rede na Internet

• Na camada de rede, a Internet pode ser vista como um conjunto de sub-redes ou sistemas autônomos conectados entre si.

• Não existe uma estrutura real, mas diversos

backbones principais, construídos a partir de linhas backbones principais, construídos a partir de linhas de grande largura de banda e roteadores rápidos. • Conectadas aos backbones estão as redes

regionais (nível médio) e conectadas a essas redes regionais estão as LANs de muitas universidades, empresas e provedores de serviços da Internet.

A camada de rede na Internet

Backbones

Redes locais Redes regionais

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A camada de rede na Internet

• O elemento que mantém a Internet unida é o protocolo da camada de rede, o IP (Internet

Protocol).

• Ao contrário da maioria dos protocolos da camada de rede mais antigos, o IP foi projetado desde o

de rede mais antigos, o IP foi projetado desde o início tendo como objetivo a interligação de redes. • A tarefa do IP é fornecer a melhor forma possível

(ou seja, sem garantias) de transportar datagramas da origem para o destino,

independente dessas máquinas estarem na mesma rede ou de haver outras redes entre elas.

O Protocolo IP

• O Internet Protocol, ou simplesmente IP, é um protocolo da camada de rede responsável pelo encaminhamento dos dados numa rede.

• Presta todos os serviços de rede (interconexão, roteamento, endereçamento, fragmentação e

roteamento, endereçamento, fragmentação e encapsulamento) para as camadas superiores. • É o protocolo base da arquitetura internet e é

utilizado por todos os serviços de aplicação como: páginas, e-mail, transferência de arquivos, gerência de redes, resolução de nomes, dentre outros.

A camada de rede na Internet

• Na Internet, a comunicação funciona da seguinte forma:

1. A camada de transporte recebe os fluxos de dados e os divide em datagramas (máximo de 1500 bytes e cabem em um único quadro Ethernet).

2. Cada datagrama é transmitido pela Internet, talvez fragmentado em unidades menores durante o percurso até o destino.

3. Quando todos os fragmentos finalmente chegam a máquina de destino, eles são remontados pela camada de rede no datagrama original.

A camada de rede na Internet

4. Em seguida, esse datagrama é entregue a camada de transporte, que o insere no fluxo de entrada do processo de recepção.

• Como visto na figura anterior, um pacote originário • Como visto na figura anterior, um pacote originário

do host 1 tem de passar por seis redes para chegar ao host 2. Na prática, esse número freqüentemente é muito maior que seis.

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Formato do IP

• VER – informa a versão do protocolo. • HLEN – informa o tamanho do cabeçalho

• Service – tem como objetivo idenificar o tipo de serviço para dar preferência no roteamento. Entretanto não foi muito utilizado.

• TTL – indica a quantidade de hops entre transmissor e

• TTL – indica a quantidade de hops entre transmissor e receptor. O valor é decrementado a cada roteador do caminho.

• Source IP e Destination IP – indica os endereços origem e destino.

• Checksum – serve para verificar a integridade do cabeçalho IP.

Endereçamento IP

• Cada computador conectado a internet possui um endereço IP único e universal composto de 32bits (são usados nos campos Source address e

Destination address dos pacotes IP) e pode ser escrito da seguinte forma:

escrito da seguinte forma:

200.217.69.132

• Tal endereço também pode ser escrito com a seguinte notação binária:

11001000. 11011001. 1000101. 10000100

• Ele se refere a uma interface de rede; assim, se um host estiver em duas redes, ele precisara ter dois endereços IP.

Endereços IP

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Endereços IP

Classe Primeiros Bits Endereço Mascara Observações

A 0 _{127.255.255.255}1.0.0.0 até /8

B 10 _{191.255.255.255}128.0.0.0 até /16

Prof. Derig Almeida Vidal IFCE - Cedro 191.255.255.255 C 110 _{223.255.255.255}192.0.0.0 até /24 D 1110 _{239.255.255.255}224.0.0.0 até - Multicast E 11110 _{247.255.255.255}240.0.0.0 até – Reservado

Endereços IP

• Uma máscara de subrede também conhecida como subnet mask ou netmask é um número de 32 bits usado para separar em um IP a parte

correspondente à rede pública, à subrede e aos hosts.

hosts.

• Uma subrede é uma divisão de uma rede de computadores - é a faixa de endereços lógicos reservada para uma organização.

• A divisão de uma rede grande em menores resulta num tráfego de rede reduzido, administração

simplificada e melhor desempenho de rede.

Endereços IP

• No IPv4 uma subrede é identificada por seu endereço base e sua máscara de subrede. • Por exemplo, a representação /24 indica a

quantidade de bits destinada ao endereço da rede (netid), ou seja, uma mascara /24 pode ser escrita (netid), ou seja, uma mascara /24 pode ser escrita em binário como:

11111111.1111111.1111111.00000000 • Ou em decimal:

255.255.255.0

Endereços IP

• Na criação do endereçamento com classes, um endereço IP era subdividido, de forma fixa, em duas partes, identificador de rede (netid) e identificador de host (hostid).

Classe Primeiro Byte Segundo Byte Terceiro Byte Quarto Byte

A netid hostid hostid hostid

B netid netid hostid hostid

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Endereços IP – Exemplo

• O endereço a seguir é da classe C. • Sua máscara de rede é /24.

• Devido a sua classe, apenas o último byte representa o host, o restante representa a rede.

200.217.69.132

• Em binário:

11001000.11011001.01000101.10000100

Identificador da rede Identificador do host

• Existem classes de endereços reservadas que não podem ser consideradas como endereçáveis para acesso na internet, como:

– 127.0.0.0/8 – IP de loopback – 0.0.0.0 – Identificador da rede

– 255.255.255.255 – IP de broadcast (todas as redes) – 10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16 – Exemplos

de IPs para redes privadas.

Sub-redes

• Todos os hosts de uma rede devem ter o mesmo número de rede.

• Essa propriedade do endereçamento IP poderá causar problemas a medida que as redes crescem.

– Por exemplo, imagine uma universidade que começou – Por exemplo, imagine uma universidade que começou

com uma rede da classe B usada pelo departamento de ciência da computação para os computadores em sua Ethernet. Um ano mais tarde, o departamento de engenharia elétrica quis entrar na Internet, e assim comprou um repetidor para estender a rede Ethernet do departamento de ciência da computação até seu edifício.

Sub-redes

– Com o tempo, muitos outros departamentos adquiriram computadores, e o limite de quatro repetidores por rede Ethernet logo foi alcançado.

– Tornou-se necessária uma organização diferente.

• Seria difícil obter um segundo endereço de rede, pois os endereços de rede são escassos, e a pois os endereços de rede são escassos, e a universidade já tinha endereços suficientes para mais de 60.000 hosts.

• O problema é a regra segundo a qual um único endereço da classe A, B ou C se refere a uma rede, e não a um conjunto de LANs.

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Sub-redes

• A solução para esses problemas é permitir que uma rede seja dividida em diversas partes para uso interno, mas externamente continue a funcionar como uma única rede.

Sub-redes

• Assim um endereço classe A que utilizasse o conceito de endereçamento por classes (126.0.0.0/8) teria a possibilidade de 224

dispositivos de rede. Será que existe uma rede desse tamanho?

desse tamanho?

• Daí surge à necessidade de uma melhor utilização dos endereços IP visando evitar o desperdício. O endereçamento sem classes permite uma maior flexibilização da mascara de rede de acordo com o tamanho da rede.

Sub-redes

• Por exemplo, uma rede 192.168.10.0/24 pode conter 256 possibilidades de IP, das quais:

– 192.168.10.0 – Identifica a rede

– 192.168.10.255 - Corresponde ao IP de difusão (broadcast)

• Assim restando 254 possíveis endereços IPs (192.168.10.1 até 192.168.10.254). Daí nos perguntamos, qual a menor mascara para uma rede com 100 computadores? Num endereço classe C, são reservados 8bits para endereços de host.

Sub-redes

• Mas para 100 computadores precisaríamos de apenas 7bits (27 = 128).

• Assim poderíamos alocar um endereço de host para rede da seguinte forma:

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Sub-redes

• Note que um endereço de mascara /24 (256 possibilidades) foi subdividido em dois endereços /25. Esta realocação de bits pode ser feita com os bits seguintes e com qualquer mascara inicial.

Mascara Redes Possibilidades Endereços

Mascara Redes Possibilidades Endereços Possíveis /24 1 256 254 /25 2 128 126 /26 4 64 62 /27 8 32 30 /28 16 16 14 /29 32 8 6 /30 64 4 2

Sub-redes

1. Quantas redes existem na figura abaixo? 2. Supondo que cada rede tenha no máximo 26

computadores, quais seriam as subredes e suas respectivas máscaras?

Sub-redes

• Desta forma, para implementar a divisão em sub-redes, o roteador principal precisa de uma

máscara de sub-rede que indique a divisão entre

o número de rede + sub-rede e o host.

• As máscaras de sub-redes também são escritas em notação decimal com pontos, com a inclusão de uma barra vertical seguida pelo número de bits na parte de rede + sub-rede.

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Sub-redes

• No exemplo da Figura, a máscara de sub-rede pode ser escrita como 255.255.252.0

• Uma notação alternativa é /22 para indicar que a máscara de sub-rede tem 22 bits.

• Onde tem “1” é reservado para a rede e a subrede, já onde tem “0” é reservado para o host.

IPs privados e públicos

• Dentre as 4 bilhões de possibilidades disponíveis, três faixas são reservadas para redes privadas. • Uma rede privada não pode se comunicar

diretamente com redes públicas, como a internet. • Se um dispositivo em uma rede privada deseja

• Se um dispositivo em uma rede privada deseja acessar a internet, será necessária a utilização de um gateway.

• O gateway é um dispositivo intermediário

geralmente destinado a interligar redes servindo de caminho para elas. Pode também separar domínios de colisão ou mesmo traduzir protocolos.

Exemplos: roteadores, firewalls e Proxy).

IPs privados e públicos

• Normalmente este gateway terá que fazer NAT

(Network address translation).

• A partir de agora, qualquer referência a IPs

privados tem como objetivo informar que o mesmo privados tem como objetivo informar que o mesmo pertence a uma rede que não pode conectar-se diretamente a internet. Tais endereços são comumente utilizados em redes locais (LANs).

NAT — Network Address Translatiom

• Com o compartilhamento de internet entre diversas estações numa LAN saindo por um único gateway, surgiu o problema de como os computadores

pertencentes à esta LAN poderiam receber as respostas aos seus pedidos feitos para fora da respostas aos seus pedidos feitos para fora da rede. Como sabemos, uma LAN com IPs privados (10.0.0/8 ou 172.16.0.0/12 e 192.168.0.0/16) nunca poderiam acessar a internet pois não existem redes com tais faixas de IP e o computador que

recebesse um pedido com um desses números não saberia para onde enviar a resposta.

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NAT — Network Address Translatiom

• Desta forma, o gateway responsável pelo acesso à outras redes precisavam traduzir o endereço

interno para um IP público endereçável à internet. • Sendo assim, os pedidos teriam de ser gerados

com um IP global do router.

• Mas quando a resposta chegasse ao router, seria preciso saber a qual dos computadores presentes na LAN pertencia àquela resposta. A solução encontrada foi fazer um mapeamento baseado no IP interno e na porta local do computador.

NAT — Network Address Translatiom

• Com o NAT:

– Não é preciso alocar uma gama de endereços do

ISP (Internet service provider): apenas um

endereço IP é usado para todos os dispositivos; – Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na – Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na

rede local sem precisar notificar o mundo exterior; – Pode-se mudar de ISP sem alterar os endereços

dos dispositivos na rede local;

– Dispositivos da rede local não são explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (um adicional de segurança).

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ARP - Address Resolution Protocol

• Embora na Internet cada máquina tenha um (ou mais) endereços IP, na verdade, eles não podem ser usados para transmitir pacotes, pois o

hardware da camada de enlace de dados não reconhece endereços da Internet.

reconhece endereços da Internet.

• As placas enviam e recebem quadros com base em endereços Ethernet de 48 bits. Elas nada sabem sobre endereços IP de 32 bits.

• Agora, surge a seguinte pergunta: De que forma os endereços IP são mapeados nos endereços da camada de enlace de dados, como é o caso dos endereços Ethernet?

ARP - Address Resolution Protocol

• Assim, o Address Resolution Protocol ou ARP é um protocolo usado para encontrar um endereço da camada de enlace (Ethernet, por exemplo) a partir do endereço da camada de rede (como um

endereço IP). endereço IP). Endereço IP 200.192.1.0 Endereço MAC 00:C0:80:23:45:11

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IPv6

• É uma evolução do IPv4.

• Busca impedir que os endereços fossem esgotados e de resolver uma série de outros problemas, além de ser mais flexível e mais eficiente.

• O protocolo está sendo implantado gradativamente

• O protocolo está sendo implantado gradativamente na Internet e deve funcionar lado a lado com o IPv4.

• A longo prazo, o IPv6 tem como objetivo substituir o IPv4, que só suporta cerca de 4 bilhões (4x109₎ de endereços IP, contra cerca de 3,4x1038

endereços do novo protocolo.

IPv6

• O IPv6 tem endereços mais longos que o IPv4. Eles têm 16 bytes (128 bits), o que resolve o problema que o IPv6 se propõe resolver: oferecer um número ilimitado de endereços na Internet.

• Outro aperfeiçoamento importante no IPv6 é a simplificação do cabeçalho. Ele contém apenas 7 campos (contra os 13 do IPv4). Essa mudança permite aos roteadores processarem os pacotes com mais rapidez e, dessa forma, melhorar o throughput e o retardo.

O cabeçalho principal do IPv6

• Version: é sempre 6 para o IPv6 (e 4 para o IPv4). Durante o _{período de transição do IPv4, que provavelmente durará uma} década, os roteadores serão capazes de examinar esse campo para identificar o tipo de pacote que eles têm.

• Traffic class: faz distinção entre pacotes com diferentes requisitos de entrega em tempo real.

• Flow label: usado para permitir que uma origem e um destino configurem uma pseudoconexão com propriedades e

necessidades especificas. necessidades especificas.

• Payload length: determina o número de bytes que seguem o cabeçalho de 40 bytes.

• Next header: usado para especificar o tipo de informação que está a seguir ao cabeçalho corrente..

• Hop limit: é usado para impedir que os pacotes tenham duração eterna.

• Source address e Destination address: endereço de origem e de destino.

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O cabeçalho principal do IPv6

• IPv4 (em decimal):

192.168.0.20

• IPv6 (em hexa):

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

Exercícios

1. Discorra sobre OSPF e BGP.

2. Qual a função da máscara de rede? 3. Qual a função do ARP?

4. Quais as vantagens do IPv6 em relação ao IPv4? 5. Quais as desvantagens da utilização de NATs?

5. Quais as desvantagens da utilização de NATs? 6. Quais as otimizações do protocolo ARP?

7. Cite dois exemplos de aplicações para as quais e apropriado um serviço orientado a conexões. Depois, cite dois exemplos para os quais e mais apropriado um serviço sem conexões.

Exercícios

8. Converta o endereço IP cuja representação hexadecimal e C22F1582 em uma notação decimal com pontos.

9. A máscara de sub-rede de uma rede na Internet e 9. A máscara de sub-rede de uma rede na Internet e 255.255.240.0. Qual e o número máximo de hosts que ela pode manipular?

Exercícios

10.Utilize o comando tracert (no CMD) e observe as rotas para os seguintes endereços:

– www.ifce.edu.br – www.berkeley.edu (California) – www.mit.edu (Massachusetts) – www.mit.edu (Massachusetts) – www.vu.nl (Amsterda) – www.ucl.ac.uk (Londres) – www.usyd.edu.au (Sydney) – www.u-tokyo.ac.jp (Toquio)

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Bibliografia

• TANENBAUM, Andrew S. Redes de

Computadores.

• BEZERRA, Romildo Martins. Redes de

Computadores II - A Camada de Rede.

Prof. Derig Almeida Vidal IFCE - Cedro Computadores II - A Camada de Rede.