Redes de Computadores e a Internet

(1)

Redes de Computadores

e a Internet

2010

Magnos Martinello

Universidade Federal do Espírito Santo - UFES

Departamento de Informática - DI

(2)

Capítulo 4: Camada de Rede

Objetivos:

• Entender princípios da camada de rede

– Modelos de serviço de rede

– Repasse (encaminhamento) versus roteamento

– Como um roteador funciona

– roteamento (seleção de caminho)

– Tratando com escala

(3)

• 4. 1 Introdução

• 4.2 Circuitos virtuais

e redes de

datagramas

• 4.3 Roteador

• 4.4 IP: Internet

Protocol

– Formato do

Datagrama

– Endereçamento IPv4

– ICMP

– IPv6

• 4.5 Algoritmos de

Roteamento

– Link state

– Distance Vector

– Hierarchical routing

• 4.6 Roteamento na

Internet

– RIP

– OSPF

– BGP

• 4.7 Roteamento em

Broadcast e

multicast

(4)

Camada de rede

• Protocolos da camada

de rede estão em todo

o host, roteador

• roteador examina os

campos do cabeçalho

em todos os

datagramas IP

applicatio n transport network data link physical applicatio n transport network data link physical network data link physical _network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical

(5)

Duas funções chaves na

Camada-Rede

• repasse:

move pacotes

da entrada de um

roteador para a saída

apropriada

• Roteamento:

determina

a rota tomada pelos

pacotes a partir da

origem ao destino.

–

Algoritmos de

roteamento

analogia:

❒

routing:

processo de

planejamento de

viagem da origem

ao destino

❒

forwarding:

processo de passar

por um cruzamento

(6)

1 2 3 0111 value in arriving packet’s header routing algorithm local forwarding table header value output link 0100 0101 0111 1001 3 2 2 1

Roteamento e encaminhamento

(7)

Q:

Qual é o

modelo de serviço

para um “canal”

transportando datagramas do emissor ao

receptor ?

Exemplo de serviço

para datagramas

individuais:

• Entrega garantida

com menos de 40

msec de atraso

(delay)

Exemplo de serviço

para um fluxo de

datagramas:

• Entrega em-ordem

• Guarantia de banda

minima ao fluxo

• Restrições no

espaçamento entre

datagramas

(8)

Arquitetura de rede Internet ATM ATM ATM ATM Modelo de serviço melhor esforço CBR VBR ABR UBR Banda não taxa constante taxa garantida mínimo garantido não Perda não sim sim não não Ordem não sim sim sim sim Tempo não sim sim não não Realim. de congestão não (examina perdas) não há congestão não há congestão sim não Parâmetros garantidos

• Novos serviços na Internet: Intserv, Diffserv, GMPLS,

aprovisionamento dinâmico de circuitos virtuias (dragon, oscar)

(9)

• 4. 1 Introdução

• 4.2 Circuitos virtuais

e redes de

datagramas

• 4.3 Roteador

• 4.4 IP: Internet

Protocol

– Formato do

Datagrama

– Endereçamento IPv4

– ICMP

– IPv6

• 4.5 Algoritmos de

Roteamento

– Link state

– Distance Vector

– Hierarchical routing

• 4.6 Roteamento na

Internet

– RIP

– OSPF

– BGP

• 4.7 Roteamento em

Broadcast e

multicast

(10)

Serviço orientado a conexão

e não orientado a conexão

• Rede de datagrama provê serviço sem

conexão (connectionless)

• Rede de circuito virtual VC provê serviço de

conexão na camada de rede

• Analogo ao serviço da camada de transporte,

mas:

–

serviço:

host-to-host

–

Nenhuma escolha:

rede provê um ou outro

–

Implementação:

no núcleo da rede

(11)

Redes de datagramas

• Nenhuma configuração de chamada a nível de rede

• Roteadores: nenhum estado sobre as conexões fim a fim

– Nenhum conceito de “conexão” a nível de rede

• Pacotes encaminhados usando o endereço de destino do

host

– Pacotes com mesmo par origem-destino pode tomar diferentes

caminhos

application

transport

network

data link

physical

application

transport

network

data link

physical

(12)

Tabela de repasse

Destination Address Range Link Interface 11001000 00010111 00010000 00000000 through 0 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 through 1 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 through 2 11001000 00010111 00011111 11111111 otherwise 3

4 bilhões de

possiveis entradas

(13)

Regra de Concordância do

prefixo mais longo

Prefix Match Link Interface 11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 otherwise 3 DA: 11001000 00010111 00011000 10101010 Exemples

DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 Qual interface?

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• 4. 1 Introdução

• 4.2 Circuitos virtuais

e redes de

datagramas

• 4.3 Roteador

• 4.4 IP: Internet

Protocol

– Formato do

Datagrama

– Endereçamento IPv4

– ICMP

– IPv6

• 4.5 Algoritmos de

Roteamento

– Link state

– Distance Vector

– Hierarchical routing

• 4.6 Roteamento na

Internet

– RIP

– OSPF

– BGP

• 4.7 Roteamento em

Broadcast e

multicast

(15)

Tabela de rotas

Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros: Prot. de roteamento • Escolha de caminhos • RIP, OSPF, BGP Protocolo IP • Endereçamento

• Formato dos datagramas • Tratamento de pacotes

Protocolo ICMP

• Aviso de erros

• Sinalização de rotas Camada de Transporte: TCP, UDP

Camada de enlace Camada física

Camada de rede

(16)

ver _length 32 bits data (tamanho variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) 16-bit identifier Internet checksum time to live

32 bit endereço IP de origem versão do protocolo IP tamanho do header (bytes) número máximo de saltos (decrementado em cada roteador) para fragmentação/ remontagem tamanho total do datagrama (bytes) protocolo da camada superior com dados no datagrama

head. len

type of service

classe de serviço _{flgs fragment}

offset

proto-colo

32 bit endereço IP de destino

Opções (se houver) Ex.: marca de tempo, registro de rota, lista de roteadores a visitar Tamanho do cabeçalho TCP? • 20 bytes do TCP • 20 bytes do IP • = 40 bytes + cabeçalho da camada de aplicação

Formato do datagrama IP

(17)

Fragmentação IP

• Enlaces de rede tem MTU (max.transfer unit) – tamanho maximo do quadro. – Diferente tipos de enlaces, diferentes MTUs • Datagramas IP divididos (“fragmentados”) na rede – um datagrama torna-se vários datagramas – “re-montagem” somente no destino final – Bits do cabeçalho IP usados para identificar, ordenar os respectivos framentos

fragmentação:

in: um datagrama enorme

out: 3 datagramas menores

(18)

ID =x offset=0 fragflag =0 length =4000 ID =x offset=0 fragflag =1 length =1500 ID =x fragflag₌₁ offset₌₁₈₅ length =1500 ID =x offset=370 fragflag =0 length =1040

Um datagrama enorme vira vários datagramas menores

Exemplo

❒

4000 bytes

datagrama

❒

MTU = 1500

bytes

1480 bytes no campo de dados offset = 1480/8

Fragmentação IP

(19)

• 4. 1 Introdução

• 4.2 Circuitos virtuais

e redes de

datagramas

• 4.3 Roteador

• 4.4 IP: Internet

Protocol

– Formato do

Datagrama

–

Endereçamento IPv4

– ICMP

– IPv6

• 4.5 Algoritmos de

Roteamento

– Link state

– Distance Vector

– Hierarchical routing

• 4.6 Roteamento na

Internet

– RIP

– OSPF

– BGP

• 4.7 Roteamento em

Broadcast e

multicast

(20)

Endereçamento IP

• Endereço IPv4:

identificador de

32-bit por

interface

host, roteador

• interface:

conexão

entre o

host/roteador e um

enlace físico

– roteador tipicamente

tem multiplas

interfaces

– host tipicamente tem

uma interface

– Endereços IP

associados a cada

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

(21)

Sub-redes

• Endereço IP:

– Parte da sub-rede ( bits

de mais alta ordem -

prefixo-netid)

– Part do host (bits de

mais baixa ordem -

hostid)

• O que é uma

sub-rede ?

– Interfaces de

dispositivos com a

mesma parte de

sub-rede do endereço IP

– podem fisicamente

comunicar-se sem

intervenção do 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

Quantas sub-redes – subnets ?

(22)

Subredes

223.1.1.0/24 223.1.2.0/24 223.1.3.0/24

Receita

• Para determinar as

subredes, destacar

cada interface de

seu host ou roteador,

criando ilhas de

redes isoladas. Cada

ilha isolada de rede é

chamada de

subrede

.

(23)

Sub-redes

Quantas sub-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

(24)

Endereçamento IP : CIDR

CIDR:

C

lassless

I

nter

D

omain

R

outing

– Roteamento interdomínio sem classes

– Parte do endereço de subrede de tamanho arbitrário

– Formado do endereço:

a.b.c.d/x

, onde x é o número de

# bits na parte da subrede do endereço

11001000 00010111 00010000 00000000

subnet part host part

200.23.16.0/23

(25)

Endereço IP: como obter?

Q:

Como um

host

consegue um endereço IP?

• Estático pelo adm do sistema em um arquivo

– Windows: control-panel->network->configuration->tcp/

ip->properties

– UNIX: /etc/rc.config

• DHCP:

D

ynamic

H

ost

C

onfiguration

P

rotocol:

dinamicamente obtém endereço a partir de um

servidor

(26)

Como obter endereços IP ?

Q:

Como um rede consegue endereços IP ?

A:

obtém partes alocadas do espaço de endereços

do seu provedor de serviço Internet ISP

Bloco do ISP 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 Organização 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organização 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organização 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. …. Organização 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23

(27)

Endereçamento Hierárquico:

agregação de rotas

“Me enviar qualquer endereço cujo prefixo é 200.23.16.0/20” 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.30.0/23 ISP - PoP-ES Organização 0 - IFES

Organização 7 – Hospital ... Internet

Organização 1 - UFES

ISPs- PoP-RJ “Me enviar qualquer endereço cujo prefixo é 199.31.0.0/16” 200.23.20.0/23 Organização 2 - CBM

..

.

..

.

Endereçamento hierarquico permite avisos eficientes de informação de roteamento