Redes TCP/IP. Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo. INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO Campus Cachoeiro de Itapemirim

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Disciplina: Redes TCP/IP INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

Campus Cachoeiro de Itapemirim

Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo

Redes TCP/IP

Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo

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Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo 2

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Camada de Rede

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datagramas com origem ou destino

nesta rede possuem endereço

10.0.0/24 para origem, destino

(usualmente)

todos os

datagramas que

saem

da rede

local possuem o

mesmo

e único endereço

IP do NAT de origem: 138.76.29.7,

números diferentes de portas de origem

10.0.0.1 10.0.0.2 10.0.0.3 10.0.0.4 138.76.29.7

rede local

(ex.: rede doméstica)

10.0.0/24

restante da

Internet

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

Motivação

: redes locais podem utilizar apenas um endereço IP:



Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP: apenas um

endereço IP é usado para todos os dispositivos



Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na rede local sem

precisar notificar o mundo exterior



Pode-se mudar de ISP (Provedor de Serviço de Internet) 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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Implementação:

o roteador NAT deve:

Datagramas (Pacotes) que saem: substituir (endereço IP de origem,

porta #) de cada datagrama para (

endereço IP do NAT, nova porta #

)

OBS.

Clientes/servidores remotos responderão usando (

endereço IP do

NAT, nova porta #

) como endereço de destino.



Lembrar (na tabela de tradução do NAT)

cada (endereço IP de origem,

porta #) para o par de tradução (endereço IP do NAT, nova porta #).



Datagramas que chegam: substituir (endereço IP do NAT, nova porta #)

nos campos de destino de cada datagrama pelos correspondentes

(endereço IP de origem, porta #) armazenados da tabela NAT

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1: hospedeiro 10.0.0.1

envia datagrama

para 128.119.40, 80

2: roteador NAT

substitui end. origem

do datagram de

10.0.0.1, 3345 para

138.76.29.7, 5001,

atualiza a tabela

3: resposta chega

endereço de destino:

138.76.29.7, 5001

4: roteador NAT

substitui o endereço de

destino do datagrama

de 138.76.29.7, 5001

para 10.0.0.1, 3345

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NAT: Network Address Translation

• Complementando…..

• 16 bits para Endereçamento de porta:

 Aproximadamente 60.000 conexões simultâneas

com um único endereço de LAN.

• O NAT deve ser levada em conta pelos

desenvolvedores de aplicações, ex.,

aplicações P2P e JOGOS !!!!

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ICMP: Internet Control Message Protocol

9



Usado por computadores e

roteadores para troca de

informação de controle da

camada de rede



Error reporting: hospedeiro,

rede, porta ou protocolo



Echo request/reply (usado pela

aplicação ping)



Transporte de mensagens:



Mensagens ICMP transportadas

em datagramas IP



ICMP message: tipo, código, mais

primeiros 8 bytes do datagrama IP

que causou o erro

Tipo Código Descrição

0 0 echo reply (ping)

3 0 dest. network unreachable

3 1 dest host unreachable

3 2 dest protocol unreachable

3 3 dest port unreachable

3 6 dest network unknown

3 7 dest host unknown

4 0 source quench (congestion

control - not used)

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Interação entre roteamento e comutação

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Visão geral da arquitetura do roteador

11

Duas funções-chave do roteador:



Executar algoritmos/protocolos (RIP, OSPF, BGP)

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Histórinha Roteamento

• A ARPANET foi a rede que iniciou o backbone da

Internet. Nessa época cada participante

administrava suas tabelas de roteamento e suas

atualizações eram feitas manualmente. Dessa

forma, a topologia da Internet em seus

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Histórinha Roteamento

• Estes roteadores eram controlados pelo INOC

(Internet Network Operations Center).

Adicionalmente, existia também um conjunto de

roteadores, conhecidos como secundários que

eram administrados por grupos isolados e eram

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Evolução

• Essa situação aumentou a complexidade do

roteamento global, impossibilitando a forma manual

de atualização das tabelas de rotas. Por esse motivo

o esquema de divisão por hierarquias foi sendo

substituído pelo modelo distribuído que é o modelo

utilizado até os dias de hoje. Assim sendo, o

roteamento não fica mais centralizado em alguns

roteadores, como nos roteadores básicos da NFSNET,

mas cada roteador é responsável pelas suas redes e

pela comunicação com os demais roteadores da

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Afinal, o que é roteamento

• O roteamento é a principal forma utilizada na

Internet para a entrega de pacotes de dados entre

hosts (equipamentos de rede de uma forma geral,

incluindo computadores, roteadores etc.).

• Rotear é encaminhar as mensagens (pacotes) entre

Redes diferentes através de roteador ou dispositivo

que tenha essa função.

• É importante entender o roteamento para elaborar

a configuração inicial de um Roteador, ou

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O que é roteamento

• Um modelo de roteamento é o do

salto-por-salto (hop-by-hop), onde cada roteador que

recebe um pacote de dados, abre-o, verifica o

endereço de destino no cabecalho IP, calcula o

próximo salto que vai deixar o pacote um passo

mais próximo de seu destino e entrega o pacote

neste próximo salto. Este processo se repete e

assim segue até a entrega do pacote ao seu

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O que é um Roteador

Frente do roteador cisco serie 2600

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Conhecendo o roteador

Slot Expansão

Porta Lan 1 Porta Lan 0

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Roteamento

• O roteamento é o processo usado por um

roteador para encaminhar pacotes para a rede

de destino. Um roteador toma decisões com

base no endereço IP de destino de um pacote.

Todos os dispositivos ao longo do caminho

usam o endereço IP de destino para orientar o

pacote na direção correta. Para tomar as

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Roteamento - Classificação

• Como as rotas estáticas precisam ser configuradas

manualmente, qualquer alteração na topologia da rede requer

que o administrador adicione e exclua rotas estáticas para

refletir essas alterações.

• Em uma rede grande, essa manutenção das tabelas de

roteamento pode exigir uma quantidade enorme de tempo de

administração.

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IP x Protocolo de Roteamento

• O protocolo IP é responsável pelo roteamento

das informações na rede

• A variável ipforwarding (Dentro do cabeçalho do

protocolo)indica se o protocolo está executando

roteamento ou não

 Ipforwarding = 0 (não executa roteamento)

 Ipforwarding = 1 (executa roteamento)

• Os protocolos de roteamento são responsáveis

pela divulgação de rotas e atualização das

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Roteamento Estático e Dinâmico

• Roteamento Estático

• Normalmente configurado manualmente

• A tabela de roteamento é estática

 As rotas não se alteram dinamicamente de acordo com as

alterações da topologia da rede

• Custo manutenção cresce de acordo com a

complexidade e tamanho da rede

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Roteamento Estático e Dinâmico

• Roteamento Dinâmico

• Divulgação e alteração das tabelas de roteamento

de forma dinâmica

 Sem intervenção constante do administrador

• Alteração das tabelas dinamicamente de acordo

com a alteração da topologia da rede

 Adaptativo

• Melhora o tempo de manutenção das tabelas em

grandes redes

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Sistemas Autônomos

• Um SA (Sistema Autônomo) pode ser definido

como

“Um grupo de redes e roteadores controlados por uma única

autoridade administrativa.”

• Roteadores em um sistema autônomo seguem

as mesma “regras” de roteamento

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Protocolo Interiores e Exteriores

• Protocolos Interiores

• São aqueles utilizados para comunicação entre

roteadores de um mesmo sistema autônomo

• Protocolos Exteriores

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Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo Red_es

de

Algoritmos de Roteamento

• Os protocolos de roteamento implementam um

ou mais algoritmos de roteamento

• Exemplos de Algoritmos

• Vetor Distância, Flooding, SPF (Shortest Path First),

...

• Exemplos de protocolos

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Roteamento Dinâmico

• A maioria dos algoritmos pode ser classificada em uma

destas duas categorias:

• Vetor de distância (distance vector);

• Estado do enlace (link state).

• A abordagem de roteamento pelo vetor da distância

determina a direção (vetor) e a distância para qualquer

link no grupo de redes interconectadas (internetwork).

A abordagem pelo estado dos links, também chamada

de shortest path first (caminho mais curto primeiro),

recria a topologia exata de todo o grupo de redes

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Roteamento: Vetor de Distância

• Os algoritmos de roteamento por vetor da distância passam

cópias periódicas de uma tabela de roteamento de um roteador

para outro. Essas atualizações periódicas entre os roteadores

comunicam as alterações de topologia.

• Cada roteador recebe uma tabela de roteamento dos roteadores

vizinhos diretamente conectados a ele. O roteador B recebe

informações do roteador A. O roteador B adiciona um número ao

vetor da distância (como uma quantidade de saltos), que

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Roteamento: Vetor de Distância

• Uma analogia do vetor da distância são as

placas encontradas nas rodovias. Uma placa

aponta para um destino e indica a distância até

ele. Mais adiante, outra placa aponta para o

mesmo destino, mas a distância já é menor.

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Roteamento: Estado do Enlace

• Os algoritmos por estado dos links também são

conhecidos como algoritmos Dijkstras ou SPF (shortest

path first – o caminho mais curto primeiro). Os algoritmos

de roteamento por estado dos links mantêm um banco

de dados complexo com as informações de topologia. O

algoritmo por vetor da distância tem informações

não-específicas sobre as redes distantes e nenhum

conhecimento sobre os roteadores distantes. Um

algoritmo de roteamento por estado dos links mantém

um conhecimento completo sobre os roteadores

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Roteamento: Estado do Enlace

• Preocupações relacionadas ao uso de

protocolos por estado de enlace:

• Sobrecarga do processador;

• Exigência de memória;

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Tabela de repasse do Roteador

• Cada roteador tem uma tabela de repasse.

• Um roteador repassa um pacote examinando o valor de

um campo no cabeçalho do pacote que esta chegando e

então utiliza esse valor para indexar sua tabela de repasse.

• O resultado da tabela de repasse indica para qual das

interfaces de enlace do roteador o pacote deve ser

repassado.

• Dependendo do protocolo de camada de rede, esse valor

no cabeçalho do pacote pode ser o endereço de destino do

pacote ou uma indicação da conexão à qual ele pertence.

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Tabela de repasse do Roteador

• O algoritmo de roteamento determina os valores que são

inseridos nas tabelas de repasse dos roteadores.

• Seguem, nos próximos slides, exemplos de tabelas de

repasse.

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Tabela de repasse do Roteador

38

Intervalo de Endereços Link Interface

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Prof. M.Sc. Alexandre Fraga de Araújo 39

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Tabela de repasse do Roteador

• Outra forma de representar uma tabela de

repasse:

• Qual seria a interface de enlace escolhida para

os endereços abaixo?

• 11000000 . 10101000 . 00000000 . 00000001

• 00001010 . 00000000 . 00000000 . 00000011

40

INTERVALO

INTERFACE

10.0.0.0/24

0 10.0.1.0/25

1 10.0.1.128/25

2

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Tabela de repasse do Roteador

• Solução:

• Verificar se o endereço IP está inserido em

algum dos intervalos.

• Se não, o pacote é destinado à interface padrão

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INTERVALO

INTERFACE

10.0.0.0/24

0 10.0.1.0/25

1 10.0.1.128/25

2

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Tabela de repasse do Roteador

• Solução:

• 11000000 . 10101000 . 00000000 . 00000001

• Aplica-se a máscara utilizada em cada entrada da tabela, a

fim de saber se o IP pertence ao mesmo intervalo.

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INTERVALO

INTERFACE

10.0.0.0/24

0 10.0.1.0/25

1 10.0.1.128/25

2