Redes de Computadores I

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS CURSO DE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO Redes de Computadores I Nível de Rede (IP) Prof. Helcio Wagner da Silva. p.1/36

2 Introdução O Nível de Rede tem como função precípua o roteamento de pacotes. Definido na RFC 791, o IP (Internet Protocol) é o protocolo de rede na Arquitetura Internet. O IP fornece um serviço Não-Orientado à Conexão. O roteamento de pacotes IP (também conhecidos como Datagramas) é realizado com base no endereço IP do destinatário.. p.2/36

3 Exemplo de Datagrama Descartado rota pacotes descartados 2. p.3/36

4 Exemplo de Entrega Fora da Seqüência rota default falha no enlace pacotes fora de seqüência... rota alternativa p.4/36

5 Endereços IP Um endereço IP é composto por quatro octetos, sendo representado por quatro números decimais separados por pontos. Por exemplo, o endereço pode ser representado como Um endereço IP a está associado a uma interface de rede, e não a um equipamento propriamente dito. a Também conhecido como endereço de rede.. p.5/36

6 Endereços IP em uma Rede p.6/36

7 Classes de Endereços A B C D E rede rede rede multicast host reservado p/ uso futuro host host a a a a a Classe N max de Redes N max de hosts/rede A B C p.7/36

8 Tabela de Roteamento em Hosts Rede de destino Próximo roteador Número de saltos / / / rede /24 rede / rede / p.8/36

9 Tabela de Roteamento no Roteador Rede de destino Próximo roteador Número de saltos Interface / / / rede / rede / rede / p.9/36

10 Máscara de Rede Identifica quantos bits de um endereço são usados para identificar a rede a qual pertence. Rede de destino Máscara de rede Próximo roteador Número de saltos Interface Pode-se representá-la colocando o número de bits usados para a rede após o endereço, separado por /. Rede de destino Próximo roteador Número de saltos Interface / / / p.10/36

11 Uso da Máscara de Rede Se o roteador recebe um datagrama endereçado a D, ele é assim encaminhado: Para (i = 1; i <= 3; i++) { Se ((Máscara de rede[i] & D) == Rede de destino[i]) Encaminhe o datagr. para Interface[i]; break; } Se (i == 4) Encaminhe-o p/ rota default. p.11/36

12 Redes de Roteadores rede /24 rede / rede / rede / rede /24 rede / p.12/36

13 Segmentação de Redes (Sub-redes) Aspectos administrativos Aplicação de mecanismos de segurança e outros serviços especializados. Aspectos de desempenho Isolamento de Domínios de Colisão. Exemplo de aplicação: Suponha que uma empresa tenha para si a faixa de endereços /24, e queira que cada um dos seus quatro departamentos (comercial, projetos, construções e RH) tenha uma sub-rede distinta.. p.13/36

14 Primeiro Passo: Cálculo da Máscara das Sub-redes Toma-se dois dos bits usados na máscara original para definir a máscara das sub-redes. Máscara original ( ) Máscara das Sub redes ( ) p.14/36

15 Segundo Passo: Cálculo das Sub-redes 1a. Sub rede End. de Sub rede ( ) End. de broadcast ( ) Endereços Alocáveis: de a Total: 61 Máquinas 2a. Sub rede End. de Sub rede ( ) End. de broadcast ( ) Endereços Alocáveis: de a Total: 61 Máquinas. p.15/36

16 Segundo Passo: Cálculo das Sub-redes 3a. Sub rede End. de Sub rede ( ) End. de broadcast ( ) Endereços Alocáveis: de a Total: 61 Máquinas 4a. Sub rede End. de Sub rede ( ) End. de broadcast ( ) Endereços Alocáveis: de a Total: 61 Máquinas. p.16/36

17 Resultado Final 2a. sub rede (projetos) /26 1a. sub rede (comercial) / a. sub rede (construção) / Tabela de Roteamento no Roteador Rede de destino Máscara de rede Próx. roteador Núm. de saltos Interface a. sub rede (RH) / p.17/36

18 Formato do Datagrama IP Versão Tamanho do cabeçalho Tipo de Serviço 32 bits Tamanho do Datagrama 31 Identificador Flags Deslocamento de Fragmentação Tempo de Vida Protocolo de Nível Superior Checksum do Cabeçalho Endereço de Origem Endereço de Destino Opções Preenchimento ( ) Dados. p.18/36

19 Formato do Datagrama IP Versão (4 bits): identifica a versão do protocolo (4). Tamanho do Cabeçalho (4 bits): um cabeçalho típico (sem Opções) tem 20 Bytes. Tipo do Serviço (8 bits): embora originalmente previsto para que diferenciar o tratamento dados a alguns datagramas, na prática não é usado. D T R Precedence Reliability Throughput Delay. p.19/36

20 Formato do Datagrama IP Precedence definia uma prioridade que variava de 0 (normal) até 7 (datagrama de controle de rede). Os três bits de flag permitiam que o host especificasse o que era mais importante no conjunto Atraso (Delay), Vazão (Throughput) e Confiabilidade (Reliability). Esses três bits permitiam que os roteadores escolhessem, por exemplo, entre: um enlace de satélite com alta vazão, mas com um grande atraso, ou... uma linha dedicada com baixa vazão, mas com um pequeno atraso.. p.20/36

21 Formato do Datagrama IP Tamanho do Datagrama (16 bits): o limite teórico para o tamanho de um datagrama IP é = Bytes; na prática, porém, raramente excedem Bytes. Isso acontece porque os protocolos de enlace possuem limites máximos para seus respectivos campos de dados. Dá-se a esse limite o nome de MTU (Maximum Transfer Unit). Exemplos: Ethernet Bytes; SLIP a 576 Bytes. a O SLIP (Serial Line Internet Protocol) foi o primeiro protocolo a transportar datagramas em linhas discadas.. p.21/36

22 Formato do Datagrama IP: Fragmentação Quando um roteador recebe um datagrama e tem que encaminhá-lo por um enlace cuja MTU seja menor que o tamanho do datagrama, ele terá que fragmentá-lo. Os campos Identificador (16 bits), Flags (3 bits) e Deslocamento de Fragmentação (13 bits) são usados nesse processo. O campo Identificador permite que o host de destino saiba a qual datagrama pertence um fragmento recém-chegado. Todos os fragmentos relativos a um datagrama original devem possuir o mesmo Identificador.. p.22/36

23 Formato do Datagrama IP: Fragmentação Flags DF MF More fragments Don t fragment O bit DF é usado para informar aos roteadores que não fragmentem o datagrama. O bit MF, se 1, indica que há mais fragmentos; se 0, indica que este é o último fragmento. O campo Deslocamento de Fragmentação informa a que ponto do datagrama atual o fragmento pertence.. p.23/36

24 Formato do Datagrama IP: Exemplo de Fragmentação Fragmentação: Entrada: um datagrama grande (4.000 Bytes) Saída: três datagramas menores Remontagem: Entrada: três datagramas menores Saída: um datagrama grande (4.000 Bytes) MTU do enlace: Bytes A unidade de fragmentação é de 8 B, ou seja, todos os fragmentos de um datagrama, com exceção do último, devem ser múltiplos de 8 B Fragmento Bytes no campo de dados Identificador Deslocamento Flags 1o o o ( ) p.24/36

25 Formato do Datagrama IP Como a menor MTU é 576 B, a fragmentação é eliminada usando-se um MSS de 536 B a. Tempo de Vida b (8 bits): é decrementado por cada roteador no caminho do datagrama. Se o TTL chegar a 0, o datagrama será imediatamente descartado. Evita que datagramas fiquem circulando para sempre. a Lembre-se que os cabeçalhos TCP e IP possuem 20 B, cada. b Também chamado de TTL (Time To Live).. p.25/36

26 Formato do Datagrama IP Protocolo de Nível Superior (8 bits): define para que protocolo de transporte deverá ser entregue o campo de dados (TCP = 6 e UDP = 17). Checksum do Cabeçalho (16 bits): É calculado a em dois passos: 1. Considera-se o cabeçalho como palavras de 16 bits e computa-se a soma dessas palavras; 2. Em seguida, faz-se o complemento de 1 dessa soma. a O checksum deverá ser recalculado em cada roteador, haja vista o valor do TTL ser decrementado.. p.26/36

27 IPv6 O IP atual também é conhecido como IPv4. O IPv6 surgiu da constatação de que, um dia, não haverá mais endereços IP para se fornecer. As previsões apontam para a exaustão de endereços em Modificações introduzidas pelo IPv6: Capacidade de endereçamento expandida: os endereços IPv6 possuem 128 bits; Rotulação e prioridade de fluxo: permite que datagramas recebam tratamento especial; Cabeçalho Base de 40 Bytes, que, por ser fixo, permite um processamento mais veloz.. p.27/36

28 Formato do Cabeçalho IPv6 128 bits Versão Classe de Tráfego Rótulo de Fluxo Tamanho da Carga Útil Próximo Cabeçalho Limite de Saltos Endereço de Origem Endereço de Destino Dados. p.28/36

29 Formato do Cabeçalho IPv6 Versão (4 bits): identifica a versão do protocolo (6). Classe de Tráfego (8 bits): análogo ao Tipo de Serviço do IPv4. Rótulo de Fluxo (20 bits): será usado para permitir que uma origem e um destino configurem uma pseudo-conexão com propriedades específicas. Próximo Cabeçalho (8 bits): informa qual o próximo cabeçalho.. p.29/36

30 Formato do Cabeçalho IPv6: Cabeçalhos de Extensão Estendem a funcionalidade em um datagrama a, sendo colocados após o IPv6. Próximo Cabeçalho = 6 (TCP) Próximo Cabeçalho Próximo Cabeçalho = 0 (Hop by Hop) = 6 (TCP) Há seis tipos definidos, tratando de aspectos tais como fragmentação, roteamento e segurança. Na ausência deles, o campo Próximo Cabeçalho é análogo ao campo Protocolo de Nível Superior. a Lembre-se que o IPv4 usa o campo Opções para a mesma finalidade.. p.30/36

31 Formato do Cabeçalho IPv6: Cabeçalhos de Extensão Cabeçalho de roteamento tamanho do cabeçalho 8 Bytes Tipo de roteamento segmentos visitados Próx. Cabeçalho Palavra reservada Endereço IPv6 Endereço IPv6 Endereço IPv6 4 Bytes. p.31/36

32 Formato do Cabeçalho IPv6: Cabeçalhos de Extensão Cabeçalho Hop by Hop tamanho do cabeçalho 8 Bytes código alusivo a tamanho do datagrama o tamanho é um número de 4 Bytes Próx. Cabeçalho Tamanho do Campo de Dados "Jumbo" 4 Bytes Cabeçalho de fragmentação Próx. Cabeçalho 0 Deslocamento de Fragmentação 00M Identificador 4 Bytes. p.32/36

33 Formato do Cabeçalho IPv6 No IPv6, os roteadores não fragmentam datagramas a. A fragmentação é realizada pelo remetente, e a remontagem permanece sendo função do destinatário. O campo Limite de Saltos (8 bits) do Cabeçalho Base do IPv6 é análogo ao Tempo de Vida do IPv4. No IPv6, o checksum do cabeçalho não é mais computado b. a Quando um datagrama é descartado devido ao fato de seu tamanho exceder a MTU de um enlace, uma mensagem de erro chega ao remetente. b O motivo é que o checksum já é feito em alguns protocolos do Nível de Transporte (TCP/UDP) e de Enlace (Ethernet).. p.33/36

34 Formato do Cabeçalho IPv6 Tamanho demanda a adoção de uma nova notação, a notação hexadecimal de dois pontos. Exemplo de endereço IPv6 a : 69DC:8864:FFFF:FFFF:0:1280:8C0A:FFFF Com a técnica de compressão de zeros, o tamanho do endereço pode ser ainda mais reduzido. O endereço FF0C:0:0:0:0:0:0:B1, por exemplo, pode ser representado também como FF0C::B1. a Expresso na notação decimal pontilhada, este endereço seria p.34/36

35 Estratégias de Transição para o IPv6: Pilha Dupla Para suavizar a transição, qualquer endereço IPv6 começando com 96 zeros contém um endereço IPv4 nos últimos 32 bits. IPv6 IPv6 /IPv4 IPv4 IPv4 IPv4/ IPv6 IPv6 A B C D E F Fluxo: X Origem: A Origem: A Origem: A Fluxo:? Origem: A Destino: F dados Destino: F dados Destino: F dados Destino: F dados Origem: A Destino: F dados Há perda de informações IPv6 na conversão entre PDUs.. p.35/36

36 Estratégias de Transição para o IPv6: Tunelamento Visão Física IPv6 IPv6 /IPv4 IPv4 IPv4 IPv4/ IPv6 IPv6 A B C D E F Fluxo: X Origem: A Destino: F Origem: B Destino: E Origem: B Destino: E Origem: B Destino: E Fluxo: X Origem: A Destino: F dados Visão lógica Fluxo: X Origem: A Destino: F dados Fluxo: X Origem: A Destino: F dados Fluxo: X Origem: A Destino: F dados dados IPv6 IPv6 /IPv4 túnel IPv4 IPv4/ IPv6 IPv6 A B E F. p.36/36

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