Bacharelado em Informática. Internet e Arquitetura TCP/IP TCP/IP TCP/IP TCP/IP. Disciplina: Sub-redes IP

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1 Bacharelado em Informática isciplina: Internet e Arquitetura ub-redes IP uper-redes IP e Blocos CI Endereçamento IP: estudo de caso Protocolo ICMP Número de redes e estações Classe A Classe B Classe C Número de edes Número de Estações Associação um-para-um entre prefixo IP e rede física edução rápida dos endereços livres Overhead administrativo para gerenciar endereços IP de rede olução: Esconder do resto da inter-rede rede a estrutura interna das redes das organizações Copyright by TeleMídia Lab. 1 2 Endereçamento clássico Endereçamento de sub-rede ub-rede esto da Internet esto da Internet ub-rede Todo tráfego p/ (classe B) Todo tráfego p/ (classe B) Identificador de rede Identificador de sub-rede 3 4

2 Endereçamento de sub-rede Na prática, diferentes redes físicas possuem diferentes limites com relação ao número máximo de estações e à distribuição geográfica Como ganhar flexibilidade na atribuição de identificadores de sub-rede? Para identificar sub-redes em redes classe B, ao invés de um octeto, poderia ser usado um número N qualquer de bits, onde 1 <= N <= 14 N pode ser escolhido de modo independente p/ cada rede física I rede I rede Endereçamento de sub-rede esto da Internet I sub-rede I host I sub-rede I host ub-rede ub-rede X Identificação de sub-redes 7 ada uma rede IP particionada em sub-redes, como seus hosts e roteadores sabem o número de bits que correspondem à identificação da sub- rede? A cada sub-rede está associada uma máscara de bits, que deve ser configurada para cada uma das interfaces de rede dos seus hosts e roteadores. Máscara determina quais bits de um end. IP são utilizados para identificar a sub-rede e a máquina. epresentada por número de 32 bits com 1 para parte de inter-rede rede (rede + sub-rede) e 0 para parte de host esto da Internet Máscaras de bits ub-rede ub-rede X mask = mask =

3 epresentações do endereçamento IP de sub-rede mask B mask FF.FF.FF.C / 26 ivisão de classes em sub-redes Original Classe C ividindo uma rede classe C em 4 sub-redes, cada uma contendo ± 60 máquinas mask = [1-254] 254] ( ) ) ( ) ) ( ) ) ( ) ( ) ) ( ) ) ( ) ) ( ) ) ( ) ) 9 10 ivisão de classes em sub-redes oteamento em sub-redes Original Classe C [1-254] 254] Mask = ividindo uma rede classe C em 4 sub-redes, cada uma contendo ± 60 máquinas mask = [1-62] [ ] 190] [1-62] [ ] 190] Classe C [65-126] 126] [ ] 254] [65-126] 126] [ ] 254]

4 oteamento em sub-redes Para o algoritmo de roteamento verificar qual a parte de rede, não olha p/ a classe do endereço de destino do datagrama. É aplicado um AN lógico deste endereço com a máscara. O resultado é o endereço da sub-rede. End do host Mask oteamento em sub-redes Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto End da sub-rede oteamento em sub-redes Para o algoritmo de roteamento verificar qual a parte de rede, não olha p/ a classe do endereço de destino do datagrama. É aplicado um AN lógico deste endereço com a máscara. O resultado é o endereço da sub-rede. Tabelas de rotas devem incluir coluna identificando a máscara de bits associada à sub- rede atagrama IP não precisa carregar informação sobre máscara oteamento em sub-redes Pref. IP esto da Internet Máscara Todo tráfego p/ (classe B) 1 2 ot. Int. 1 2 ub-rede ub-rede X mask = mask =

5 oteamento em sub-redes Mask = Pref. IP Mask 1 oteador Int Pref. IP Mask 2 oteador Int oteamento em sub-redes Internet X Mask = Pref. IP Mask 1 oteador X Pref. IP Mask 2 oteador epresentação da rota default Int. Int Bacharelado em Informática Protocolos do Nível isciplina: Inter-ede ub-redes IP uper-redes IP e Blocos CI Endereçamento IP: estudo de caso Protocolo ICMP Número de redes e estações Problema: organização com 5000 máquinas Classe B desperdiça mais de endereços olução: distribuir uma sequência de endereços classe C a uma organização Problema: quantidade de informações nos roteadores da inter-rede rede aumenta significativamente olução: unir vários endereços de classe C em uma única informação de rota (super-rede) rede) Copyright by TeleMídia Lab

6 Endereçamento de super-rederede Uso do conceito de máscara para agregar endereços de classe IP A IP B Mask uper-rederede esto da Internet ub-redes e super-redes redes Todo tráfego p/ ede ede Ambiguidade de semântica entre endereço classe C e endereço de super-rederede esto da Internet ub-redes e super-redes redes Todo tráfego p/ X.Y.0.0 e X representar endereço classe C, toda a Internet precisa operar com base em máscaras de super-rederede ede X.Y71.0 ede X.Y90.0 Fim do conceito de classes Introdução do conceito de blocos CI CI (Classless Inter omain outing) Um bloco CI é um conjunto contíguo de endereços expresso por meio de um endereço inicial (prefixo IP) e uma máscara que indica o número de endereços desse conjunto Ex: ( , ) é um bloco CI com 8192 (32*256) endereços IP. Os conjuntos de destinos associados a blocos CI podem exibir um relacionamento de subconjunto Ex: ( , ) é um subconjunto de ( , ) 23 24

7 Endereços de classe X Blocos CI Classe A: mask ou /8 Classe B: mask ou /16 Classe C: mask ou /24 Estrutura hierárquica com blocos CI Estrutura hierárquica com blocos CI ede mask Exemplos de tabelas de rotas com CI NT (IP host = mask = ) =================================================================== Network estination Netmask Gateway Interface =================================================================== ede mask ede mask Linux (IP host = mask = ) ============================================================ estination Gateway Genmask Flags Iface U eth U eth U lo UG eth0 ============================================================ 27 28

8 Bacharelado em Informática Protocolos do Nível isciplina: Inter-ede máquinas 1 Como configurar esta inter-rede rede? ub-redes IP uper-redes IP e Blocos CI Endereçamento IP: estudo de caso Protocolo ICMP máquinas máquinas 2 3 Copyright by TeleMídia Lab. 29 Endereços providos pela IANA (End. Classe B) (End. Classe B) a (Ends. Classe C) 1 ICANN uper-redes redes não necessariamente precisam agrupar conjuntos contíguos de endereços (*) (*) Na prática, a ICANN costuma adotar uma política de provisão de conjuntos de end. IP de rede contíguos (ou seja, exatamente um bloco CI) a Ex1: a > 32 (2 5 ) redes classe C Máscara usada: (224= ) Ex2: a > 4 redes classe C Máscara usada: (252= ) 160 = = = =

9 Configuração de rotas Próximo passo: configurar os roteadores de borda ivulgação de rotas 1 Tenho que informar aos roteadores 2 e 3 que eu alcanço IP Mask Manualmente pelos administradores de rede, OU Automaticamente pelos protocolos de roteamento a otas a serem divulgadas pelos protocolos de roteamento podem ser controladas pelos administradores de rede Tenho que informar aos roteadores 1 e 3 que eu alcanço IP Mask Tenho que informar aos roteadores 1 e 2 que eu alcanço IP Mask a a

10 Tabela de otas Configurando internamente o site Tabela de otas Tabela de otas a 1c b Tabela de otas a a b b a a OBEVAÇÃO: tabelas simplificadas ao extremo!!! a c b Configurando internamente o site Tabela de otas a a c a c b Configurando internamente o site mask Tabela de otas a b a a b

11 a c b Configurando internamente o site mask Tabela de otas a a c b IP src Tabela de otas a a 2a b b Escolhendo a rota Prefix Mask op Prefix Mask op a IP ET = and lógico and lógico Mask Mask Prefix Prefix ota correta.4 1c a a b 1b IP src Tabela de otas 1a b b

12 .4 1c a a b IP src Tabela de otas a a b b IP ET = Escolhendo a rota Prefix Mask op and lógico Mask Prefix b a c b IP src Tabela de otas a b a c b IP src Tabela de otas 2b a prosseguindo até a 2a b b

13 Endereços providos pela ICANN elembrando Um subconjunto dos endereços do conjunto original pode ser usado em outro ponto da inter-rederede Tabelas de rotas devem estar cientes da subdivisão adotada 49 Endereços providos pela ICANN (End( End.. Classe B) (End( End.. Classe B) Curso de Especialização em edes -- Copyright 2001 by TeleMídia Lab -- epto.. Informática Internet e Arquitetura a (Ends( Ends.. Classe C) C uper-redes redes não necessariamente precisam agrupar conjuntos contíguos de endereços (*) (*) Na prática, a ICANN costuma adotar uma política de provisão de conjuntos c de end. IP de rede contíguos (ou seja, exatamente um bloco CI). Ex1: a > > 32 (2 5 ) redes classe C Máscara usada: (224= ) Ex2: a > > 4 redes classe C Máscara usada: (252= ) = = = = c a a b 1b Tenho que informar aos roteadores 1 e 2 que eu alcanço IP Mask E IP Mask a c b Tabela de otas a a b b a c b IP src Tabela de otas a a b b a 2a b b

14 Escolhendo a rota Prefix Mask op Prefix Mask op IP ET = and lógico and lógico Mask Mask Considerações a respeito do CI Uma rota descrevendo um conjunto menor de destinos (prefixo mais longo) é dito mais específico que uma rota descrevendo um conjunto maior de destinos (prefixo mais curto) oteadores devem sempre usar a rota mais específica quando encaminham datagramas Prefix Prefix uas rotas idênticas. Qual delas escolher? Longest Match Criteria Prefix Mask op Prefix Mask op IP ET = and lógico and lógico Mask Mask Prefix Prefix Máscara mais longa (rota mais específica).4 1c a a b 1b IP src Tabela de otas a a b b

15 a c b IP src prosseguindo até a c b Quais os endereços de rede dos enlaces ponto-a-ponto entre 1, 2 e 3? a 2a b b edes ponto-a-ponto anônimas End. físico nas redes ponto-a-ponto não é usado Para um roteador usando uma rede ponto-a-ponto, ponto, basta identificar a interface Módulo IP no roteador ignora o endereço do outro roteador da rede ponto-a-ponto Nesses casos, geralmente o campo próximo roteador na tabela de rotas possui endereço IP de outra interface do próximo roteador Pref. IP Mask oteador Interface ppp0 59 ppp c a a b 1b Como ligar esta inter-rede rede à Internet? *** rotas default *** esto da Internet

16 edes Privadas edes internas a uma organização não precisam necessariamente de end. IP globalmente válidos na Internet Custo de um end. IP globalmente válido é bastante alto 64 FC 1918 reserva endereços para uso em redes privadas a uma classe A a classes B a classes C Endereços não são usados na Internet e não devem ser propagados em rotas externas às organizações Como permitir o acesso das organizações à Internet? Uso de técnicas de tradução de endereços (NAT) Bacharelado em Informática Protocolos do Nível isciplina: Inter-ede Copyright by TeleMídia Lab. ub-redes IP uper-redes IP e Blocos CI Endereçamento IP: estudo de caso Protocolo ICMP 65 FCs 792: ICMP pecification 1191: ICMP Path MTU iscovery 1256: ICMP outer iscovery Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) IP - transmissão não confiável de datagramas Necessidade de feedback a respeito de problemas na inter-rederede (host de destino indisponível, rotas circulares, etc.) ICMP - usado para comunicar mensagens de erro e outras condições inesperadas que mereçam atenção ICMP não torna confiável o serviço provido pelo IP Protocolos superiores devem implementar seus próprios procedimentos se for necessário um serviço confiável ICMP deve sempre ser implementado junto com o IP 66 67

17 Protocolo ICMP (Internet Control Message Protocol) Quando um datagrama causa um erro, o ICMP pode reportar tal condição apenas para a origem do datagrama Não pode ser utilizado para avisar roteadores intermediários Um datagrama não contém informações sobre o caminho seguido É impossível saber por quais roteadores foi enviado Protocolo ICMP Mensagens ICMP sempre encapsuladas em datagramas IP Mensagens originadas em redes remotas Mensagens ICMP são em geral tratadas pelos módulos IP e TCP, podendo ser também repassadas para as aplicações UP TCP Processamento TCP Transporte IP ICMP Inter-rederede Encapsulamento Formato-base da mensagem ICMP Três categorias de mensagens ICMP Erro, Controle e Informação Mensagens ICMP de erro e de controle devem sempre carregar, no mínimo, o cabeçalho e os primeiros 64 bits do campo de dados do datagrama IP que gerou o erro Permite ao host de origem do datagrama que gerou o erro identificar que protocolo superior (ou aplicação) usou o datagrama eferente a toda a mensagem ICMP Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE COE CECKUM MENAGEM ICMP EPECÍFICA 70 71

18 Mensagens ICMP de erro e controle Erro em um roteador Mensagem ICMP gerada pelo roteador e enviada ao transmissor do datagrama original Possui identificador do protocolo Cabeçalho IP Cabeçalho TCP/UP Possui identificador da aplicação Campo de ados TCP/UP Campo de ados IP estrições a mensagens ICMP atagramas IP encapsulando mensagens ICMP atagramas IP cujo end. de destino seja broadcast atagramas IP cujo end. de origem seja não- específico (loopback, all-zeroes, ) atagramas IP cujo Fragment Offset > 0 Cabeçalho ICMP Campo de ados ICMP Cabeçalho IP Campo de ados IP Tipos de mensagens ICMP Tipos de mensagens ICMP (Cont.) Type Mensagem ICMP Echo equest Echo eply ource Quench Parameter Problem Address Mask equest Address Mask eply Categoria Info Controle Erro Info Função Permite que administradores e usuários de uma rede testem se o sistema de transmissão está operacional (comando ping) Permite que um roteador peça a um host para diminuir a sua taxa de transmissão se (estiver prestes a) ocorrer um congestionamento. Enviado quando há problemas no header (por exemplo, quando um campo de opções é preenchido errado) Permite que um host descubra a máscara da sua rede. esposta enviada por um roteador. Type 3 11 Mensagem ICMP estination Unreachable 5 edirect 9 outer Advertisement 10 outer olicitation Time Exceeded Categoria Erro Controle Info Info Erro Função Gerada sempre que um erro impede que (i) um gateway roteie ou entregue um datagrama ao host destino, ou que (ii) o host destino passe o datagrama para os protocolos superiores. Campo COE identifica erro. Permitem aos hosts aprenderem rotas default e rotas alternativas. Gerada sempre que o roteador é obrigado a descartar um datagrama, porque o contador Time-to-Live atingiu o valor zero (COE=0) ou o temporizador de remontagem expirou esperando por fragmentos (COE=1) 74 76

19 Código de mensagens estination Unreachable Mensagem ICMP estination Unreachable (Net Unreachable) 0 : Network Unreachable (== falha no roteamento) 1 : ost Unreachable (ou falha no roteamento para sub-rede) 2 : Protocol Unreachable 3 : Port Unreachable (usado pelo UP, não pelo TCP) 4 : Fragmentation Needed and NF set ( alterado pela FC 1191) 5 : ource oute Failed 9 : estination Network Administratively Prohibited 10 : estination ost Administratively Prohibited Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE (3) COE CECKUM Não usado (deve ser 0) AP p/ Tabela de otas Mensagem ICMP estination Unreachable (Net Unreachable) Mensagem ICMP estination Unreachable (ost Unreachable) Msg ICMP Type 3; Code X AP p/ Não há entrada na tabela de rotas p/ X (nem rota default)

20 Mensagem ICMP estination Unreachable (ost Unreachable) Mensagem ICMP estination Unreachable (ost Unreachable) Tabela de otas AP p/ Msg ICMP Type 3; Code X X AP p/ Mensagem ICMP estination Unreachable (ost Unreachable - ubnet) Code 1 impede que host considere inalcançável toda a rede Msg ICMP Type 3; Code X ecordando Limitar em 576 octetos o tamanho de um datagrama IP a trafegar por múltiplas redes físicas pode tornar ineficiente o uso das mesmas efinição da MTU efinição da MTU e host destino estiver em uma rede física diretamente alcançável pelo host origem: MTU = 576 ou MTU = máximo da rede física (depende da implementação) enão (precisa ser roteado) MTU = 576 ou usa menor MTU no caminho até o destino, descoberta por meio do ICMP Tabela de otas Usando somente sub-rede Mask olução? Mas o ICMP não possui mensagem específica para isso Internet e Arquitetura -- Curso de Especialização em edes. Copyright 1999, 2000 by TeleMídia Lab. -- epartamento de Informática -- PUC-io 83 84

21 Mensagem ICMP estination Unreachable Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE (3) (Path MTU iscovery - FC 1191) Mensagem ICMP estination Unreachable Code 4 (Fragmentation Needed and NF et) é acrescida de nova funcionalidade, para possibilitar descoberta da MTU do caminho entre origem e destino COE (4) Não usado (deve ser 0) CECKUM MTU of next OP Mensagem ICMP estination Unreachable NF set gram size MTU 4500 PMTU = 4500 p/ (Path MTU iscovery - FC 1191) MTU MTU Mensagem ICMP estination Unreachable (Path MTU iscovery - FC 1191) Mensagem ICMP estination Unreachable (Path MTU iscovery - FC 1191) MTU 4500 PMTU = 4500 X p/ MTU 1500 Msg ICMP Type 3; Code 4 PMTU NF set gram size X MTU NF set gram size MTU 4500 PMTU = 1500 p/ MTU MTU

22 Mensagem ICMP estination Unreachable (Path MTU iscovery - FC 1191) Mensagem ICMP estination Unreachable (Path MTU iscovery - FC 1191) PMTU = 1500 p/ NF set gram size MTU MTU MTU 3000 PMTU = 1500 p/ MTU MTU MTU NF set gram size Mensagens ICMP c/ informações para roteamento ecordando Tanto hosts quanto roteadores podem executar protocolos de roteamento Mais indicado concentrar estas funções em roteadores osts teriam que reconhecer diferentes protocolos de roteamento (cada rede IP pode usar um protocolo distinto) Ideal que hosts comecem com informações mínimas de roteamento Atualização da tabela de rotas oteamento Estático Tabelas de rotas configuradas manualmente imples Não adaptativo Viável apenas em pequenas inter-redes redes oteamento inâmico Internet e Arquitetura -- Curso de Especialização em edes. Copyright 1999, 2000 by TeleMídia Lab. -- epartamento de Informática -- PUC-io Tabelas de rotas configuradas por meio de algum mecanismo automático Protocolos de divulgação de rotas (IP, IP2, OPF, BGP-4) Adaptativo Muito complexo Configuração inicial de tabela de rotas em hosts Tabela com um roteador default: Todos os datagramas IP são enviados para ele otas melhores aprendidas por meio de ICMP edirect Tabela com mais de um roteador default: FC 1122 recomenda a definição de níveis de preferência entre roteadores default nem todas as implementações adotam tal recomendação Tabela com algumas rotas estáticas: Caso o host esteja em uma rede com mais de uma saída e não se queira usar mensagens ICMP edirect 92 93

23 Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE (5) Mensagem ICMP edirect COE (0-3) CECKUM GATEWAY INTENET AE IP EAE + FIT 64 BIT OF ATAGAM... 0 : edirect datagrams for the Net (obsoleto) 1 : edirect datagrams for the ost 2 : edirect datagrams for the Type of ervice and Net 3 : edirect datagrams for the Type of ervice and ost Contém endereço IP destino que gerou o edirect Mensagem ICMP edirect Tabela de otas ota p/ Mensagem ICMP edirect Mensagem ICMP edirect Msg ICMP Type 5; Code 1 IP roteador ino Tabela de otas

24 Mensagem ICMP edirect Limitações do ICMP edirect Tabela de otas Tabela de rotas é preenchida com rota para cada host (ICMP edirect não trata másc. de sub-rede) omente para interação entre um roteador e um host ligados na mesma rede física. Não serve para otimizar a rota entre roteadores (função dos protocolos de roteamento) no exemplo, 5 não sabe end. IP de Configuração inicial de tabela de rotas em hosts Tabela com uma ou mais rotas default e rotas estáticas Configuração feita manualmente (overhead administrativo) Tabela de rotas vazia: Aprende um ou mais roteadores default por meio de mensagens ICMP outer Advertisement geradas por roteadores Aprende pelo menos um roteador default por meio de CP Mensagem ICMP outer Advertisement Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 TYPE (9) COE (0) NUM A EGLEN (2) OUTE AE 1 PEFEENCE LEVEL 1... (FC 1256) CECKUM LIFETIME (seg) Especifica validade da informação (default - 30 min) Leva em conta todos os outros roteadores oteadores geram mensagens ICMP outer Advertisement para informar a lista dos end. IP dos roteadores acessíveis pelo host Enviadas com intervalos de 7 a 10 minutos Mensagem enviada para broadcast limitado ( )

25 Mensagem ICMP outer Advertisement (FC 1256) Mensagem ICMP outer Advertisement (FC 1256) Tabela de otas (vazia) Msg ICMP Type 9 IP rot pref Mensagem ICMP outer Advertisement (FC 1256) Mensagem ICMP outer Advertisement (FC 1256) Msg ICMP Type 9 IP rot pref Tabela de otas Tabela de otas

26 Mensagem ICMP outer Advertisement (FC 1256) Tabela de otas elembrando: uso de múltiplas rotas default depende da implementação da host Configuração Inicial de Tabela de otas em osts Intervalo de envio de mensagens ICMP outer Advertisement pode deixar um host esperando por muito tempo ost gera mensagens ICMP outer olicitation durante sua inicialização para descobrir um ou mais roteadores default, se não possuir um pré-configurado Alternativa: ICMP outer olicitation e o ost suporta Multicast Mensagem enviada para all-routers multicast address (i.e., )) enão Mensagem enviada para broadcast limitado ( ) Mensagem ICMP outer Advertisement em resposta a uma mensagem ICMP outer olicitation é enviada diretamente ao host solicitante Mensagem ICMP Time Exceeded (Tracing - descoberta de caminhos na Internet) traceroute e tracert Opção IP de ecord oute é limitada pelo tamanho máximo do cabeçalho IP (60 octetos) Crescimento da Internet levou ao desuso da opção IP ecord oute FC 1122 torna opcional a implementação de ecord oute traceroute (Unix) e tracert (Windows) são implementados com base na mensagem ICMP Time Exceeded TTL

27 traceroute e tracert traceroute e tracert Msg ICMP Type 11, Code TTL 0 X TTL traceroute e tracert traceroute e tracert TTL Msg ICMP Type 11, Code X TTL prosseguindo até alcançar o destino

28 Questões em ICMP ICMP só é enviado ao host origem do datagrama Não há como relatar problemas entre roteadores intermediários Ex: rota inválida no meio do caminho ICMP não possui mensagem para erro no datagrama etecção e correção de erros delegada aos protocolos superiores 115