Redes de Telecomunicações (11382)

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1 Redes de Telecomunicações (11382) Ano Lectivo 2014/2015 * 1º Semestre Pós Graduação em Information and Communication Technologies for Cloud and Datacenter Aula 4 13/10/2014 1

2 Agenda Camada de rede, endereçamento e Routing (adaptado de Kurose, Computer Networking, e de Murphy, University College Dublin, Varadarajan, Virginia Tech, outros assuntos? 2

3 Problema Internetworking (connecting networks) 3

4 Addressing Scheme + Common Protocols + Format Negotiation 4

5 pacotes de dados 5

6 Endereço 3 Endereço 1 Endereço 2 Endereço n 6

7 Endereços IP (IP = Internet Protocol) IPv4: endereços no formato FF.FF.FF.FF (hex) por exemplo:

8 Serviços típicos da camada de rede Encapsular os segmentos em pacotes no emissor Encaminhar pacotes do emissor ao receptor entregar os segmentos ao nível de transporte no receptor Os protocolos do nível de rede estão em todos os hosts (computadores e routers) O router examina o header de todos os pacotes 8

9 Redes de Telecomunicações Há dois tipos básicos de técnicas de routing: Cut-through neste caso, o router começa a transmitir o pacote recebido assim que interpreta o cabeçalho Store-and-forward o pacote é recebido, armazenado, processado e retransmitido Quando se aplica um ou outro? 9

10 10

11 Nas redes IP só há dois formatos de endereços, IPv4 (p.e ) IPv6 (p.e. 2001:4ca0:106::250:56ff:fea9:3fd 2001:4ca0:0106:0000:0250:56ff:fea9:03fd) 11

12 E o IPv1? v2? v3? v5? (fica para responder em casa) como é que uma máquina com um endereço privado consegue comunicar com uma máquina com endereço público? Endereços IPv4 são do tipo alguns endereços são públicos, alguns endereços são privados quem gere a atribuição de blocos IPv4 aos operadores é a IANA 12

13 Exemplos de atribuição entre nomes e endereços IP penhas.di.ubi.pt ninf.ubi.pt

14 Internet Protocol Protocolo criado em 1974 por Vint Cerf e Bob Khan o IPv4 está descrito pela primeira vez na RFC 791 (Set. 1981) o que é que aconteceu ao IPv1, v2, v3? o IPv6 está descrito no RFC 2460 (e outros) (Deering, Hinden, Dez. 1998) 14

15 O que é um datagrama IPv4? 15

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22 Endereços IPv4 públicos privados Endereços IPv6 públicos Unique Local Addresses (fc00::/7) 22

23 Classes de endereços IPv4 23

24 Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E net.host.host.host net.net.host.host net.net.net.host multicast research Exemplo: o endereço (classe A) identifica a máquina nº da rede nº

25 Máscaras de rede Classe A Classe B Classe C Classe D, Class E (não aplicável) A máscara de rede é usada localmente com o endereço de origem ou com o endereço local para determinar se a máquina está dentro ou fora da nossa subrede. 25

26 Endereços especiais 26

27 Endereços reservados interpretado como esta rede ou este segmento (seja ela qual for) interpretado como todas as redes (da rede 1 até à rede 126, no caso da classe A) interpretado como este computador (loopback) quando o endereço de host está a zeros, por exemplo significa esta rede (neste caso a rede 192) quando o endereço de host está todo a uns, por exemplo significa todas as máquinas da rede 192 (todos os hosts da rede 192) 27

28 Endereços privados destinam-se a ser usados dentro de redes locais

29 Endereços públicos são atribuídos aos operadores pela IANA o seu uso é cobrado aos clientes finais uma máquina que tenha um endereço público está visível por todas as outras máquinas da Internet, incluindo as que estão dentro de uma rede local por exemplo o endereço da máquina que responde ao endereço tem um endereço público 29

30 Segmentos privados em cada uma das classes Classe A até ( ou /8) Classe B até ( ou /16) Classe C até ( ou /24) Classe D multicast n/a Classe E research n/a 30

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33 Conceitos importantes a ter em conta na entrega de pacotes: atraso (delay) tempo de separação entre pacotes irregular (jitter) perda (loss) Estas medidas podem fazer sentido quando aplicadas a um pacote isolado ou apenas quando aplicadas a um fluxo de pacotes (flow). 33

34 Nas redes de pacotes: Não existe estabelecimento de conexão no nível rede Não existe o conceito de conexão Os routers não guardam estado relativamente às conexões end-to-end Os pacotes são encaminhados utilizando o endereço do host de destino Pacotes sucessivos entre os mesma origem e destino podem seguir caminhos (rotas) diferentes 34

35 A determinação do caminho a seguir em cada router é determinada pela análise do endereço de destino Em cada router existe uma tabela de encaminhamento Cada elemento da tabela associa um intervalo de endereços a um interface de saída O router a seguir encaminha o pacote pela interface associada ao intervalo a que pertence o endereço de destino Hot Potato routing, Paul Baran Estas tabelas podem ser estáticas ou dinâmicas 35

36 Routing dinâmico permite que pacotes com o mesmo destino sigam o caminho que está activo exige que as tabelas de routing sejam permanentemente actualizadas Routing estático permite a definição de políticas de encaminhamento no caso de avaria num caminho, exige reconfiguração do router 36

37 37 Rogado, 2006, netlab.ulusofona.pt

38 38 Rogado, 2006, netlab.ulusofona.pt

39 Nem todas as ligações de rede utilizadas pelo IP têm o mesmo tamanho de trama MTU: Max. Transfer Unit Ethernet: 1500 bytes ATM: 48 bytes Os datagramas IP são divididos em fragmentos pela rede Cada fragmento é enviado num novo datagrama Os fragmentos são assemblados no destino Os bits do header IP são utilizados para identificar e ordenar os fragmentos relacionados 39

40 Classless InterDomain Routing (CIDR) A zona de rede tem um comprimento arbitrário O formato usado é xxx.yyy.zzz.kkk / nn em que nn é o número de bits do endereço de rede 40

41 Qual é a diferença entre Switching e Routing? 41

42 Hf* Hf* Hf 42

43 Exemplo de uma teórica tabela de routing para um Router IP, recebe endereços IPv4 ( bits), e tem 4 interfaces 43

44 E se houver uma regra para cada endereço? Nesse caso, teremos potencialmente 2^32 regras, i.e., de regras 44

45 Estratégias para limitar o número de entradas numa tabela de routing: Routing por intervalos ou routing por classes (CIDR) Prefix matching 45

46 Prefix matching 46

47 Prefix matching 47

48 (R) Classless InterDomain Routing (CIDR) A zona de rede tem um comprimento arbitrário O formato usado é xxx.yyy.zzz.kkk / nn em que nn é o número de bits do endereço de rede 48

49 CIDR The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) issues to regional Internet registries (RIRs) large, short-prefix CIDR blocks. For example, /8, with over sixteen million addresses, is administered by RIPE NCC, the European RIR. The RIRs, each responsible for a single, large, geographic area, such as Europe or North America, then subdivide these blocks into smaller blocks and issue them local Internet registries. This subdividing process can be repeated several times at different levels of delegation. End user networks receive subnets sized according to the size of their network and projected short term need. Networks served by a single ISP are encouraged by IETF recommendations to obtain IP address space directly from their ISP. Networks served by multiple ISPs, on the other hand, may obtain provider-independent address space directly from the appropriate RIR. For example, in the late 1990s, the IP address (since reassigned) was used by An analysis of this address identified three CIDR prefixes /11, a large CIDR block containing over 2 million addresses, had been assigned by ARIN (the North American RIR) to MCI. Automation Research Systems, a Virginia VAR, leased an Internet connection from MCI and was assigned the /22 block, capable of addressing just over 1000 devices. ARS used a /24 block for its publicly accessible servers, of which was one. All of these CIDR prefixes would be used, at different locations in the network. Outside of MCI's network, the /11 prefix would be used to direct to MCI traffic bound not only for , but also for any of the roughly two million IP addresses with the same initial 11 bits. Within MCI's network, /22 would become visible, directing traffic to the leased line serving ARS. Only within the ARS corporate network would the /24 prefix have been used. (in Wikipedia.org) 49

50 in IP in Modern Networks, 50

51 Dois tipos fundamentais de intra-domain routing Link state Distance vector Há outros algoritmos para inter-domain routing (routing entre Autonomous Systems - AS) Um algoritmo de routing tem que ser: correcto, óptimo, eficiente, robusto, estável, justo (fairness), simples escalável? 51

52 Dois tipos fundamentais de intra-domain routing Link state Cada router troca informação com todos os routers da rede sobre os seus vizinhos, quando há uma mudança no estado da rede; vizinhos=routers que estão directamente ligados há inundação (flood) da informaçao na rede mudança=se um router vizinho não responde a uma mensagem Distance vector 52

53 Dois tipos fundamentais de intra-domain routing Link state Cada router troca informação com todos os routers da rede sobre os seus vizinhos, quando há uma mudança no estado da rede; vizinhos=routers que estão directamente ligados há inundação (flood) da informaçao na rede mudança=se um router vizinho não responde a uma mensagem Distance vector cada router troca informações de toda a rede com os seus vizinhos, em intervalos regulares (e.g. a cada 30 segundos) 53

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60 Distance-vector routing usado inicialmente na Arpanet, usado na Internet de hoje como RIP (Routing Information Protocol) uma variação deu origem ao BGP (Border Gateway Protocol), que determina as rotas entre Autonomous Systems (AS); Um AS é uma parte da Internet gerida por uma entidade, e.g. a rede da FCCN é um AS o custo por link pode ser diferente de 1 60

61 problemas conhecidos em Distance-vector routing em algumas condições, pode ocorrer o count-toinfinity baixa convergência baixa fidelidade quando há falhas de links, uma vez que o router só informa os seus vizinhos. 61

62 Link-State routing tenta resolver os problemas do Distance-Vector 62

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72 Os algoritmos de Link-State tem várias características interessantes: rápida convergência geram pouco tráfego respondem rapidamente a mudanças no estado dos links Exemplos na Internet de hoje: OSPF (Open Shortest Path First), IS- IS (Intermediate System to Intermediate System). Problemas: o Dijkstra é muito pesado para processadores de routers, se houver muitas mudanças, há muitas actualizações e isso é mau, usa-se um reliable flooding para os pacotes de link-state. 72

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80 Autonomous system (Internet) From Wikipedia, the free encyclopedia Within the Internet, an Autonomous System (AS) is a collection of connected Internet Protocol (IP) routing prefixes under the control of one or more network operators that presents a common, clearly defined routing policy to the Internet.[1] Originally, the definition required control by a single entity, typically an Internet service provider or a very large organization with independent connections to multiple networks, that adhere to a single and clearly defined routing policy, as originally defined in RFC 1771.[2] The newer definition in RFC 1930 came into use because multiple organizations can runbgp using private AS numbers to an ISP that connects all those organizations to the Internet. Even though there may be multiple Autonomous Systems supported by the ISP, the Internet only sees the routing policy of the ISP. That ISP must have an officially registered Autonomous System Number (ASN). A unique ASN is allocated to each AS for use in BGP routing. AS numbers are important because the ASN uniquely identifies each network on the Internet. Until 2007, AS numbers were defined as 16-bit integers, which allowed for a maximum of assignments. The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has designated AS numbers through to be used for private purposes. The ASNs 0, , and are reserved by the IANA and should not be used in any routing environment. ASN 0 may be used to label non-routed networks. All other ASNs ( ) are subject to assignment by IANA, and, as of September 9, 2008, only remained unassigned. RFC 4893 introduced 32-bit AS numbers, which IANA has begun to allocate. These numbers are written either as simple integers, or in the form x.y, where x and y are 16-bit numbers. Numbers of the form 0.y are exactly the old 16-bit AS numbers, 1.y numbers and are reserved, and the remainder of the space is available for allocation.[3]the accepted textual representation of Autonomous System Numbers is defined in RFC 5396.[4] The number of unique autonomous networks in the routing system of the Internet exceeded 5000 in 1999, in late 2008, and in mid 2010.[5 80

81 Na próxima semana, mais camada de redes Questões? 81

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