Gerenciamento de Redes de Computadores 05

Gerenciamento de Redes de

Computadores

kelly Alves

Motivos da falta de adesão ao OSI

 Tecnologia ruim

 Camadas de sessão e apresentação quase vazias  Camadas de enlace e rede muito grandes

 Controle de erros reaparece em várias camadas (redundancia/overhead)

 Implementação ruim

 As primeiras implementações continham “bugs” (protocolos não funcionavam ou não se comunicavam bem)

 Política ruim

 TCP/IP era associado ao unix, ligado às universidades nos anos 80.

Modelo TCP/IP

• Modelo “de fato” – OSI hoje é apenas conceitual • Sistema aberto e independente de Hardware.

• Características básicas

– Protocolos abertos e independentes – Sistema comum de endereçamento – Roteável

– Robusto – Escalável

• Também usa o conceito de camadas, mas apenas 4

– Acesso à Rede – Internet

– Transporte – Aplicação

Comparativo OSI e TCP/IP

Camada de Acesso à Rede

• Corresponde às camadas física e de enlace do modelo OSI • Responsável pelo envio de datagramas da camada internet

através do meio físico

 Protocolos mais comuns: ATM, Frame Relay, PPP, Ethernet, ARP

Camada de Internet

• Corresponde à camada de rede do modelo OSI

• Responsável pelo envio de pacotes entre segmentos de redes • Protocolos:

– IP

– ICMP (Reply) – IGMP (Multcast)

Camada de Transporte

• Corresponde à camada de transporte do modelo OSI • Garante a comunicação entre os hosts

– Estabelece sessões

– Reconhece o recebimento de pacotes – Controle de fluxo

– Sequenciamento e retransmissão de pacotes

Camada de Aplicação

• Corresponde às camadas de sessão, apresentação e aplicação do modelo OSI

• Provê os serviços que farão a comunicação das aplicações de usuários com a rede

• Inclui os protocolos de aplicação que fazem uso dos protocolos ponto-a-ponto da camada de transporte • Gerencia as sessões (conexões) entre aplicações

Conectividade - Hubs

• Elemento central da rede par trançado • Camada física do modelo OSI

• Cascateamento de hubs – Porta Serial – Regra 5-4-3

o Maximo 5 segmentos, conectados por 4 hubs, 3 segmentos podem ter nós conectados ao nó principal.

– Porta UTP específica – Hubs são enxergados como um único equipamento (geralmente até 8 equipamentos)

Conectividade - Hubs

• Possui até 24 portas • Funcionamento

– Repetidor multiportas

– Todo tráfego será enviado a todas as portas (opera na camada 1 – Não conhece endereços MAC)

– A estação de destino identificará o pacote e receberá • Dificuldades em redes maiores

Conectividade - Pontes

 Camada de enlace do modelo OSI

 Capaz de entender endereços MAC e filtrar tráfego  Basicamente, composta por 2 portas que conectam

segmentos de rede

 Possui tabela de rotas com endereços MAC

 Dados só atravessam a ponte se destinatário estiver no outro segmento

 Caso o endereço não exista na tabela, encaminha a mensagem a todos os segmentos (broadcast)

○ Inicialização da ponte ou nova máquina adicionada à rede

 Conecta segmentos locais ou remotos (modems)

 Pode ser um equipamento físico ou um computador com software dedicado

Ponte Remota

Pontes – vantagens e desvantagens

• Vantagens

– Segmentação auxilia performance – Reduz domínios de colisão

• Área lógica onde pacotes podem colidir

– Menos máquinas competindo pelo meio de transmissão – Facilidade na instalação

– Baixo custo $ • Desvantagens

– Escalabilidade – Poucas portas

– Store and forward – processa os frames para verificar o endereço MAC, introduzindo latência na rede

Conectividade - Switches

• Assim como as pontes , funciona na camada de enlace do modelo OSI

• Grosso modo, é uma ponte turbinada

• Otimiza filtragem e comutação de frames

• Cria uma comutação virtual entre origem e destino, isolando demais máquinas

– Menos ocorrências de colisão – Menor tráfego na rede

– Comunicação full duplex

Switches – Classificações usuais

• Switch “de verdade” – dispositivo clássico de camada 2

• Hub-switch – Switch com poucas funções (gerenciamento) e portas reduzidas

• Switch de camada 3 – Incorpora algumas funções dos roteadores

– Definição de rotas – Criação de VLANs

• Switches de camada 4 e 7 – Mesmo princípio – Camada 4 – Ex. Distribuição de carga por sessão TCP

o Endereço IP + Porta

– Camada 7 – Ex. Distribuição de carga por URL o Leitura de Pacotes

Switches - funcionamento

• Tabela de encaminhamento CAM – Associação dos dispositivos às portas

– Quando o MAC não está em tabela alguma, encaminha o frame a todas as portas, exceto a de origem

– Mesma coisa com Broadcast (MAC FFFF)

Métodos de Switching

 Store and forward

 Processa todo o quadro e verifica a integridade (FCS)  Método mais lento, usado também pelas pontes

 Cut-through

 Verifica o endereço de destino e encaminha os primeiros bits antes do recebimento completo do frame

 Não há verificação FCS

 Fragment Free

 Funciona de forma semelhante ao Cut-through, mas verifica os primeiros 64 bytes.

 Se houver colisão, será detectada nessa checagem  Não há verificação FCS

 Adaptive switching

 Combinação dos 3 métodos anteriores. Inicia com Fragment free ou Cut-through e adapta conforme a qtd. de erros

Spanning Tree Protocol (STP)

• Finalidade: Evitar loops em uma rede composta por switchs – Loops podem ocorrer caso haja caminhos múltiplos de comunicação

(redundância)

– STP garante que apenas um caminho esteja disponível em determinado momento, bloqueando os demais

– Ativa os caminhos alternativos caso haja defeito na rota principal • Um switch é o raiz e controla o STP na rede

Spanning Tree Protocol (STP)

• CBPDUs (Configuration Bridge Protocol Data Unit)

– mensagens trocadas entre os switches para reportar mudanças na topologia

• Estados das portas do switches

– Blocking: Não encaminha frames, CBPDUs ou aprende endereços MAC

– Listening: idem acima, mas encaminha CBPDUs – Learning: Aprende MACs e encaminha CBPDUs – Forwarding: Tudo pode

Protocolo IP

• Atua na camada 3 do modelo OSI

• Serviço não confiável (melhor esforço) – Serviço não orientado à conexão

– Pode ocorrer corrupção de dados, entrega fora de ordem, etc • Responsável pelo endereçamento

• Dados da camada superior são encapsulados em pacotes, para que possa ser roteado

– Encaminhamento nó a nó – cabeçalho possui todas as informações necessárias

Protocolo IP - Datagrama

• Estrutura do pacote (datagrama) – IP de origem e de destino

– Verificação de erro

– TTL (Time to live) – Evita pacotes vagando em loop – Tamanho variável

Protocolo IP – Datagrama

Endereço IP

• Identificação única do sistema na rede • Possui 4 octetos (32 bits)

• Contém endereço da rede e do host • Máscara de subrede

– Representações: Decimal (255.255.255.0) ou pelo número de bits (Ex. /19)

Endereço IP

• Identificação única do sistema na rede • Possui 4 octetos (32 bits)

• Contém endereço da rede e do host • Máscara de subrede

– Representações: Decimal (255.255.255.0) ou pelo número de bits (Ex. /24)

Classes de endereços

 Identificados pelo primeiros 4 bits do IP em questão  Classe A: início de 0 a 126  Classe B: Entre 128 e 191  Classe C: de 192 a 223  Endereços reservados  Classe A: 10.x.x.x  Classe B: 172.16.x.x até 172.31.x.x  Classe C: 192.168.x.x

 127.x.x.x (reservado para diagnóstico em redes)

 Números reservados:

 Primeiro end. Da rede (Ex. X.x.x.0) – Identifica uma rede  Último: (ex X.x.x.255) – Identifica um broadcast

 Pergunta: Todos os números terminados em 255 são de broadcast?

Uso de máscaras

• Razões topológicas:

– Ultrapassar limites de distância – Interligar redes físicas diferentes – Filtrar tráfego entre redes

• Razões organizacionais: – Simplifica a administração

– Reconhece a estrutura organizacional – Isola tráfego por organização

– Isola potenciais problemas

VLSM

• Variable-length subnet masking • Por que? Máscaras eram “classful”

– Trabalham com octetos, então prefixos tinham 8, 16 ou 24 bits

• Permite alterar a subnet de uma rede já definida, por utilizar uma máscara de rede não-padrão

• Vários protocolos de roteamento suportam:

– BGP – EIGRP – OSPF – IS-IS

VLSM

– Numero de IPs disponibilizados 2^13 – Numero de IPs utilizaveis

– Ultimo IP utilizavel – Classe de IP

CIDR – Classless Inter-Domain Routing

 Alternativa às máscaras de rede IP tradicionais – usa o princípio VLSM

 Organiza os Ips em subnets, independentemente dos valores dos Ips

 Evita o desperdício de endereços IP

 Ex. Grande provedor precisa de 10.000 Ips. Teoricamente,

reservaria uma classe B inteira (65K), com 40K endereços sendo desperdiçados

Broadcast

• Broadcast = Mensagem destinada a toda uma subrede

• Endereço de destino é o último endereço possível da rede – Ex. Rede 172.20.0.0, Mask 255.255.0.0; Broadcast será

172.20.255.255

• Nem todo endereço que termina em .255 é broadcast e nem todo broadcast termina com .255

– O mesmo acontece com endereços de rede (.0)

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Multicast

• Multicast = mensagem destinada a um grupo de computadores dentro de uma rede

– Mensagem enviada ao IP do grupo

– “recebedor” comunica que quer entrar no grupo via IGMP • Cada grupo cria uma árvore de multicast

– Árvore pode ser criada com diferentes protocolos do tipo PIM (Protocol Independent Multicast)

– Árvores ficam armazenadas nos roteadores

– Pouco viável para os roteadores na Internet (a quantidade de árvores seria muito grande)

Protocolo IP - Vantagens

• Procotolo simples

– O protocolo provê funcionalidades mínimas para garantir conectividade

• Sistemas fim é que tratam funcionalidades mais sofisticadas como controles de erro e fluxo

• Alta escalabilidade

• Funciona com tecnologias heterogêneas (Ethernet, modem, wireless, satélites)

• Suporta aplicações com finalidades diversas (ftp, web, streaming de mídia)

• Administração descentralizada

ICMP

• Emite informações de controle e erro para verificar problemas na rede

• Aparece quando há:

– Impossibilidade de roteamento – Congestionamento na rede

• Utiliza o IP para transporte da mensagem

• Destino pode ser inalcançável por vários motivos: – Rede ou host inalcançáveis

– Porta inalcançável

IGMP

• Utilizado para Multicast

• Parte integrante do protocolo IP

– Mensagens são encapsuladas nos datagramas IP • Dois tipos de mensagem

– Host Membership Query – enviado pelo roteador para descobrir hosts e grupos

– Host Membership Report – resposta do Host

• Roteador mantém listas com membros do multicast em suas tabelas

ARP

 Responsável pelo endereço físico correspondente ao

endereço camada 3 (IP)

 Traduz endereços não só IP

 Emissor difunde em broadcast um pacote ARP com

o endereço IP de destino, o seu IP e o seu MAC

 Quando recebe resposta, esses endereços são

armazenados em cache

 Reduz latência e carga na rede

ARP - Exemplo

UDP

• User Datagram Protocol – Protocolo de comunicação considerado “barebone”, simples e rápido

• Utiliza portas para distinção entre múltiplas aplicações • Não orientado à conexão

– Não há handshake entre as máquinas – Cada datagrama é tratado isoladamente • Serviço de “melhor esforço”:

– Não garante entrega

UDP - O segmento

 _{Portas de Origem e destino}  Tamanho do datagrama

 Checksum (opcional)

 Dados propriamente ditos  Conceito: Pseudo-header

 Inclui os endereços de origem/destino do cabeçalho IP

no cálculo do Checksum

UDP – Vantagens

• Não há conexão estabelecida = comunicação mais rápida • Simplicidade: Não há estado de conexão na origem ou

destino

• Overhead menor (cabeçalho tem apenas 8 bytes)

• Não há controle de congestionamento = mais velocidade • Aplicações mais comuns:

– Streaming multimídia – DNS

TCP

• Serviço de entrega orientado à conexão – Controle de fluxo

– Confiabilidade na entrega • Full duplex

• Controle de congestionamento

• Exige conexão previamente estabelecida para transferência dos dados

• Conexão é conhecida como 3-way Handshake – Origem envia pacote SYN com porta e seq. Inicial – Destino reconhece com um ACK (SYN da origem+ 1) – Origem reconhece o ACK (SYN do destino +1)

TCP - Conexão

• Utiliza portas para identificação na máquina de origem e destino

• Cada conexão ponto-a-ponto é identificada pelo par (host, porta) de origem e destino (endpoint)

– Ex. 128.10.2.3,25

– Como a conexão é identificada pelo par de endpoints, pode haver várias conexões na mesma porta em determinado host

TCP

 Segmento TCP inclui:

 Número da porta TCP origem e destino  Número sequencial do pacote

 Verificador para garantia de entrega sem erro

 Número de reconhecimento que informa que o pacote foi recebido  Flags de identificação (urgent, ack, fin, syn, etc)

 Receive Window (controle de fluxo)

 Urgent pointer – Informações adicionais para processamento urgente (ex. interrupção de conexão)

 Padding – “Enche” o pacote com zeros para que o bit fique múltiplo de 32 bits

TCP – O Segmento

TCP Window

• Controle de fluxo do protocolo

• Regula quanta informação pode ser transmitida antes de um ACK ser recebido

• Trabalha com buffers de recepção

• Origem envia dados em fluxo, sem esperar um ACK individual

• Reordena pacotes fora de ordem

• Piggybacking – técnica um pouco diferente – Utiliza o próprio frame de dados + ACK

TCP – Mais sobre segmentos

• Maximum Segment Size: Tamanho máximo do segmento

– Encontrar o tamanho adequado é complicado!

• ACK sinaliza o próximo número sequencial que o destinatário espera receber

– TCP corrige informações fora de ordem • Timeout e retransmissão

– Valor do timeout é calculado com base na conexão – Round-trip sample