Asper Aula RC AR Camada Rede 2011.1

(1)

4: Camada de Rede 1

Redes e Sistemas Distribuídos

(Redes I)

Camada de Rede

Prof. Felipe Soares

[email protected]

Faculdades Asper

Modelo OSI

versus

TCP/IP

4: Camada de Rede 2

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace Dados

Física

Aplicação

Transporte

Rede Acesso a Rede

HTTP, FTP, Telnet, IRC, SMTP, POP3, DNS, SNMP, TFTP ASCII, EBCDIC, GIF, JPEG, MPEG, MIDI, MP3, WAV

NetBIOS over TCP (NBT), RPC, NFS

TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol)

ICMP

, IP,

ARP

802.3/Ethernet II, FDDI, 802.11, ATM, PPP, FrameRelay, ISDN

UTP, Coaxial, F.Óptica, RJ-45, EIA/TIA 568, RS-232, V.35

OSI

TCP/IP

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace Dados

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Acesso a Rede

DADOS

SEGMENTO

PACOTE

QUADRO

BITS

Applicações Usuários Format/Compact/Criptog Mantem os dados de diferentes

apps separados

Segmenta-Reagrupa/Controla fluxo dados e recuperação erros

Determinação de Melhor Caminho entre Redes (End Logico)

Preparação e Controle sobre a transmissão física (End Fisico)

Transmissão Física

PC

Router

Switch, NIC

HUB

Serviços das Camadas PDU (Protocol Data Unit)

Dispositivos

Enlace Dados

Física

Enlace Dados

(2)

Camada de Rede

 Identificar o papel da camada de rede quando ela descreve a

comunicação de um dispositivo final com outro dispositivo final.

 Analisar o protocolo mais comum da camada de rede, o

Internet Protocol (IP).

 Entender os princípios usados para orientar a divisão, ou

agrupamento, dos dispositivos em redes.

 Entender o endereçamento hierárquico dos dispositivos e

como isso possibilita a comunicação entre as redes.

 Entender os fundamentos das rotas, endereços de próximo

salto e encaminhamento de pacotes a uma rede de destino (rota estática e protocolo de roteamento).

4: Camada de Rede 3

Responsável pelo comunicação entre dispositivos finais

Encapsulamento

mensagem segmento pacote quadro aplicação transporte rede enlace física H_t H_n H_l M H_t H_n M H_t M M destino H_t H_n H_l M H_t H_n M Ht M M rede enlace física enlace física Ht Hn Hl M H_t H_n M H_t H_n H_l M H_t H_n M H_t H_n H_l M Hl Hn Ht M roteador switch aplicação transporte rede enlace Pacote Quadro Quadro

(3)

Encapsulamento

4: Camada de Rede 5 DADOS DADOS CABEÇALHO TCP DADOS CABEÇALHO TCP CABEÇALHO IP DADOS CABEÇALHO TCP CABEÇALHO IP CABEÇALHO ETHERNET RODAPÉ

ETHERNET Pacote Ethernet

Pacote IP Pacote TCP Pacote da Aplicação

IPV4



Características do IPv4:



O Internet Protocol (IP) foi elaborado como um

protocolo com baixo overhead.



São utilizados para encapsular os segmentos

(TCP/UDP) para o transporte através de uma

conexão entre redes.



Sem conexão (não estabelece conexão previa)



Melhor esforço (não confiável)



Opera independente de Meios Físicos

(4)

4: Camada de Rede 4a-7

Funções da camada de rede

 transporta pacote da estação

remetente à receptora

 protocolos da camada de rede

em cada estação, roteador três funções importantes:

 determinação do caminho: rota

seguida por pacotes da origem ao destino. Algoritmos de roteamento/Tabela de Rotas  comutação: mover pacotes

dentro do roteador da entrada à saída apropriada

 estabelecimento da chamada:

algumas arquiteturas de rede requerem determinar o caminho antes de enviar os dados

rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

Modelo de serviço de rede

Q:

Qual é o modelo de

serviço para o “canal”

que transporta pacotes

do remetente ao

receptor?

? ?

circuito virtual

_?

ou

datagrama?

A

abstração mais importante provida pela camada de rede:

(5)

Circuitos virtuais

 estabelecimento de cada chamada antes do envio dos dados  cada pacote tem ident. de CV (e não endereços origem/dest)  cada roteador no caminho da-origem-ao-destino mantém “estado”

para cada conexão que o travessa

 conexão da camada de transporte só envolve os 2 sistemas terminais

 recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados

ao CV

 para permitir desempenho como de um circuito

“caminho da-origem-ao-destino se comporta como um

circuito telefônico”

 em termos de desempenho

 em ações da rede ao longo do caminho da-origem-ao-destino

4: Camada de Rede

4a-Circuitos virtuais:

protocolos de sinalização



usados para estabelecer, manter, destruir CV



usados em ATM, frame-relay, X.25



não usados na Internet de hoje

aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

1. inicia chamada

_{2. chegada de chamada}

3. chamada aceita

4. conexão completa

(6)

Rede de datagramas:

o modelo da Internet

 não requer estabelecimento de chamada na camada de rede

 roteadores: não guardam estado sobre conexões fim a fim

 não existe o conceito de “conexão” na camada de rede

 pacotes são roteados tipicamente usando endereços de destino

 2 pacotes entre o mesmo par origem-destino podem seguir caminhos diferentes aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

1. envia dados

_{2. recebe dados}

Tabela de Rotas

Componentes da camada de rede em estações e roteadores:

Protocolos de Roteamento

•seleção de rotas •ex: RIP, OSPF, BGP

Protocolo Roteável •convenções de endereços •formato do datagrama •ex: IP Protocolo ICMP •relata erros •“sinalização” de roteadores

Camada de transporte: TCP, UDP

Camada de enlace

Camada física

Camada

de rede

Processo de Encaminhameto

(7)

Sumário de Arquitetura de Roteadores

Duas funções chave de roteadores:

 “Tendem” a usar protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP)  Comutam datagramas do enlace de entrada para a saída:

 Portas de Entrada e Saída  Matriz de Comutação  Processador de Roteamento

4: Camada de Rede

4a-protocolo de roteamento

Protocolo de Roteamento

Abstração de um grafo para

algoritmos de roteamento:



nos do grafo são

roteadores



arestas do grafo são os

enlaces físicos

 custo do enlace: retardo, financeiro, ou nível de congestionamento meta:determinar o melhor caminho (seqüência de roteadores) da origem ate o

destino, para isso, é preciso preencher a tabela de roteamento com as melhores rotas

atualizadas

.

_A E D C B F

2

1

3

1

2

5

3

5



caminho “bom”:

 tipicamente significa caminho de menor custo  outras definições são

(8)

Classificação de Algoritmos de

Roteamento

Informação global ou

descentralizada?

Global:

 todos roteadores têm info.

completa de topologia, custos dos enlaces

 algoritmos “estado de enlaces” Decentralizada:

 roteador conhece vizinhos

diretos e custos até eles

 processo iterativo de cálculo,

troca de info. com vizinhos

 algoritmos “vetor de distâncias”

Estático ou dinâmico?

Estático:

 rotas mudam lentamente

com o tempo

Dinâmico:

 rotas mudam mais

rapidamente

 atualização periódica

 em resposta a mudanças

nos custos dos enlaces

Cabeçalho IP

Campo Bits Descrição

Time-to-Live 8 Indica o número restante de “hops” que o pacote pode seguir antes de ser considerado inválido e descartado.

Protocol

Identifier 8 Identifica o protocolo da camada superior, contido no corpo do pacote. Header

Checksum 16 Checksum do cabeçalho IP Source IP

Address 32 Endereço IP do remetente do pacote Destination

IP Address 32 Endereço IP do destinatário do pacote Options

(optional) varia Opções adicionais para type-of-service, Source Routing. Tipo de

Serviço varia O roteador pode oferecer prioridades de acordo com o tipo de dados (Voz, Vídeo) Data varia Os dados que o IP deverá carregar (TCP, UDP, Fragmento,

(9)

Formato do datagrama IP

ver _comprimento

32 bits

dados

(comprimento variável,

tipicamente um segmento

TCP ou UDP)

ident. 16-bits checksum Tempo de Vida

endereço IP de origem 32 bits

número da versão do protocolo IP comprimento do cabeçalho (bytes) TTL: número máximo de enlaces restantes (decrementado a cada roteador) para fragmentação/ remontagem comprimento total do pacote (bytes): Cabeçalho + Dados protocolo da camada superior ao qual entregar os dados. Ex. Camada de Transporte

(TCP/UDP)

comp. cab

tipo de serviço O roteador pode oferecer

prioridades de acordo com o tipo de dados (Voz. Video)

bits

fragmento início do camada

superior

endereço IP de destino 32 bits

Opções (se tiver)

p.ex. temporizador, registrar rota seguida, especificar

lista de roteadores a visitar.

4: Camada de Rede

4a-Endereço IP: introdução



endereço IP: ident.

de 32-bits para

interface de estação,

roteador



interface: conexão

entre estação,

roteador e enlace

físico

 roteador típico tem múltiplas interfaces  estação pode ter

múltiplas interfaces  endereço IP associado à interface, não à estação ou roteador 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 1 1 1

(10)

Endereço IP: estrutura



endereço IP:

 parte de rede (bits de mais alta ordem)  parte de estação (bits

de mais baixa ordem)

223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27

Este cenário consiste de 3 redes IP

(para endereços IP começando

com 223, os primeiros 24 bits são

a parte de rede)

LAN 3

LAN 2

LAN 1

Cada LAN possui uma faixa de endereçamento diferente.

Endereçamento IP

Como segmentar as

redes?



disassociar cada

interface do seu

roteador, estação



criar “ilhas” de redes

isoladas separadas

atraves de

roteadores.

 Função principal do Roteador: Encaminhar pacotes e separar redes 223.1.1.1 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.2.6 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.1.2 223.1.7.0 223.1.7.1 223.1.8.0 223.1.8.1 223.1.9.1 223.1.9.2

Sistema interligado

consistindo de

seis redes

(11)

Endereço IP: organização

0 rede

estação

10 rede

estação

110 rede

estação

1110

endereço multiponto

A B C D classe 1.0.0.0 to 126.255.255.255 128.0.0.0 to 191.255.255.255 192.0.0.0 to 223.255.255.255 224.0.0.0 to 239.255.255.255 32 bits

•Endereçamento “baseado em classes”

•Por que surgiu a divisão em classes:

• Uso ineficiente e esgotamento do espaço de endereços

•p.ex.: Rede da classe B aloca endereços para 65K estações, mesmo

se houver apenas 2K estações nessa rede

127.0.0.1 foi retirado da divisão em classes: endereço de localhost

Classes de Endereços

4: Camada de Rede 22

w

x

y

z

Classe

A

Network ID Host ID 8 bits 24 bits 27_{=128 redes} 224_{-2=16777214 hosts}

Classe

C

Network ID Host ID 24 bits 8 bits 221_{=2097152 redes} 28_{-2=254 hosts} 1 1 0

Classe

B

Network ID Host ID 16 bits 16 bits 214_{=16384 redes} 216_{-2=65534 hosts} 1 0 0

(12)

Endereçamento IP

O protocolo IP, através de seu esquema de endereçamento, identifica hosts localizados numa rede lógica, determinando o destino dos pacotes à medida que eles se movem

pelas redes.

Endereço IP – 32 bits

Binário 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0

1 byte 1 byte 1 byte

Decimal 172 16 122 204

Número de Rede Número de Host

Um modo fácil de reconhecer de qual classe um dispositivo faz parte é olhar o valor do primeiro octeto do seu endereço

Classe 1º Octeto A 0 1 a 126 B 10 128 a 191 C 110 192 a 223 1 byte = 8 bits 1 byte = 8 bits 1 byte = 8 bits 1 byte = 8 bits

Classe A Rede Host Host Host Classe B Rede Rede Host Host Classe C Rede Rede Rede Host Classe D

Classe E Testes e Pesquisas Multicast Classes do Endereço IP NetID: Rede=0 BroadcastID: Host=1 HostID: <> NetID ou BroadcastID

Endereços Reservados



Podem ser usados livremente em redes internas



Não roteáveis



Não podem ser

publicados

na Internet



Geralmente são contidos com o uso de

NAT (Network

Address Translation)

Classe Subredes Nº de Redes Nº de Hosts A 10.0.0.0/8 1 16777214 B 172.16.0.0/16 – 172.31.0.0/16 16 65534 C 192.168.0.0/24 – 192.168.255.0/24 256 254

(13)

Máscara de Sub-Rede



A máscara serve para indicar qual parte do

endereço IP identifica o

endereço de rede

e qual parte identifica o

endereço do host



os bits 1 indicam a parte do endereço da rede



os bits 0 indicam a parte do endereço do host

 Máscaras default:  Classe A - 255.0.0.0 11111111.00000000.00000000.00000000  Classe B - 255.255.0.0 11111111.11111111.00000000.00000000  Classe C - 255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000 4: Camada de Rede 25

Endereço de Rede e BroadCast

 Executa-se um AND lógico entre os bits da máscara e

endereço IP e obtém o Network Address

 No endereço da rede todos os bits do host são 0  No endereço de broadcast, todos os bits do host são 1

 Exemplo: IP= 140.179.240.200/16 10001100.10110011.11110000.11001000 140.179.240.200 Endereço IP 11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.000.000 Máscara classe B --- 10001100.10110011.00000000.00000000 140.179.000.000 Network Address 10001100.10110011.11111111.11111111 140.179.255.255 Network Broadcast 4: Camada de Rede 26

(14)

Cenário com 3 Redes (1.0/2.0/3.0)

4: Camada de Rede 27 192.168.1.0 192.168.3.0 192.168.1.100 192.168.2.101 192.168.2.100 192.168.3.100 192.168.2.0

192.168.1.100

Endereço IP Host ID Network ID

Rede Local

28

192.168.0.2 192.168.0.3 192.168.0.4 192.168.0.5 192.168.0.6 192.168.0.7

Router

Hub Rede 192.168.0.0/24 Máscara=255.255.255.0 Internet Tráfego para a rede 192.168.0.0

(15)

Endereçamento IP

Além do

problema da escassez

de endereços IP,

um outro motivador para o uso de sub-redes é a

redução do tamanho de um domínio de broadcast

e

aumentar

o nível de

segurança no acesso aos dados

das redes.

Mascara de Sub-Rede

•Identificação da Rede e dos Hosts

•Flexibilidade para Cálculo de Sub-Redes

1º Octeto 2º Octeto 3º Octeto 4º Octeto 11000000 00000101 00100010 00001011 End. IP 192 5 34 11 Máscara 255 255 255 0 End. Rede 192 5 34 0 End. Broad. 192 5 34 255 AND XOR

Operações

Booleana

Os 1s binários da mascara

definem a parte de rede e da sub-rede. Os 0s binários definem a

parte do Host.

Dividindo a Classe C em 2 subredes

 Exemplo: Rede 192.168.0.0

 Com máscara de subrede 255.255.255.0

 Mascara = 11111111.11111111.11111111.00000000  1 subrede, notação 192.168.0.0/24

 Rede 192.168.0.0 com máscara de subrede 255.255.255.128

 Mascara = 11111111.11111111.11111111.10000000  2 subredes, notação 192.168.0.0/25

Network Hosts Broadcast Address

from to

192.168.0.0 192.168.0.1 192.168.0.126 192.168.0.127 192.168.0.128 192.168.0.129 192.168.0.254 192.168.0.255

Network Hosts Broadcast Address

from to

(16)

Tabela de Equivalência

4: Camada de Rede 31 Octeto Decimal da Mascara de Sub-rede Equivalente

Binário Numero de 1s Binários Numero de 0s Binários

0 00000000 0 8 128 10000000 1 7 192 11000000 2 6 224 11100000 3 5 240 11110000 4 4 248 11111000 5 3 252 11111100 6 2 254 11111110 7 1 255 11111111 8 0

Subredes

32

1 Tráfego para a rede 192.168.0.0 2 Internet

Hub Router

Hub

Rede 192.168.0.64/26 192.168.0.64 192.168.0.65 192.168.0.66 192.168.0.126 192.168.0.129 192.168.0.130 192.168.0.190 192.168.0.128 Rede 192.168.0.128/26 MASK=255.255.255.192 MASK=255.255.255.192

(17)

Rotas conectadas e estáticas



Tabelas de Rotas: Definem o processo de

encaminhamento de pacotes



Formas: Aprendizado (

protocolos de

roteamento

)e Configuração da rota via

comando de configuração global (

rota

estática

)

Rotas conectadas



Um roteador adiciona rotas em sua tabela

de roteamento para as sub-redes

conectadas a cada uma das interfaces do

roteador.



Para que isso ocorra, o roteador deve ter

um endereço IP e mascara configurados na

interface, e ambos os códigos da interface

devem estar “up”.

(18)

Comandos - Cisco



show running-config

– Lista apenas os

endereços IPs do roteador.



show ip interface brief

– Lista os

endereços IP e mascara das interfaces

informando o status de up.



show ip route

– informa todas as rotas

conhecidas pelo roteador.

Rotas Estáticas



Embora as rotas conectadas em cada

roteador sejam importantes, os roteadores

tipicamente precisam de outras rotas para

encaminhar pacotes para todas as

sub-redes em um cenário de interconexão de

redes.



Por exemplo um Roteador não pode dar um

ping para uma sub-rede que não esteja

conectada a ele, desde que não haja uma

saída para esta sub –rede.

(19)

Comandos Cisco para configuração de

Rotas Estáticas



Ip route network netmask nexthop



ip route 10.1.2.0 255.255.255.0

10.1.128.252 

show ip route static

- informa apenas as

rotas estáticas do roteador.

Rota default (Padrão)



O roteador compara o IP de destino do

pacote com a tabela de rotas.



Se o roteador não encontrar nenhuma rota

para o endereço, o mesmo usara a rota

default para enviar o pacote, caso não, o

pacote e descartado.

(20)

Configuração da Rota Default



A rota estática default apontando para

172.16.3.2 como

next-hop



Ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 172.16.3.2



Ip route

