Redes de Computadores e a Internet

Transcrição

1 Redes de Computadores e a Internet Magnos Martinello Universidade Federal do Espírito Santo - UFES Departamento de Informática - DI Laboratório de Pesquisas em Redes Multimidia - LPRM 2010

2 Capítulo 4: Camada de Rede Objetivos: Entender princípios da camada de rede Modelos de serviço de rede Encaminhamento versus roteamento Como um roteador funciona Roteamento (seleção de caminho) Tratando com escala Tópicos avançados : IPv6 2

3 Capítulo 4: Camada de Rede 4. 1 Introdução 4.2 Circuitos virtuais e redes de datagramas 4.3 Roteador 4.4 IP: Internet Protocol Formato do Datagrama Endereçamento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de Roteamento Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Roteamento na Internet RIP OSPF BGP 4.7 Roteamento em Broadcast e multicast 3

4 Camada de rede Protocolos da camada de rede estão em todo o host, roteador roteador examina os campos do cabeçalho em todos os datagramas IP applicatio n transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical applicatio n transport network data link physical 4

5 Duas funções chaves na Camada-Rede Encaminhamento (forwarding): move pacotes da entrada de um roteador para a saída apropriada Roteamento: determina a rota tomada pelos pacotes a partir da origem ao destino. Algoritmos de roteamento Analogia: routing: processo de planejamento de viagem da origem ao destino forwarding: processo de passar por um cruzamento 5

6 Roteamento e Encaminhamento routing algorithm local forwarding table header value output link value in arriving packet s header

7 Modelo de serviço de rede Q: Qual é o modelo de serviço para um canal transportando datagramas do emissor ao receptor? Exemplo de serviço para datagramas individuais: Entrega garantida Entrega garantida com menos de 40 msec de atraso (delay) Exemplo de serviço para um fluxo de datagramas: Entrega em-ordem Guarantia de banda minima ao fluxo Restrições no espaçamento entre datagramas 7

8 Modelo de serviços de rede Arquitetura de rede Modelo de serviço Parâmetros garantidos Banda PerdaOrdem Tempo Realim. de congestão Internet ATM ATM ATM ATM melhor esforço CBR VBR ABR UBR não taxa constante taxa garantida mínimo garantido não não sim sim não não não sim sim sim sim não sim sim não não não (examina perdas) não há congestão não há congestão sim não Novos serviços na Internet: Intserv, Diffserv, MPLS, rede híbrida com aprovisionamento dinâmico de circuitos virtuais (dragon, oscar) 8

9 Capítulo 4: Camada de Rede 4. 1 Introdução 4.2 Circuitos virtuais e redes de datagramas 4.3 Roteador 4.4 IP: Internet Protocol Formato do Datagrama Endereçamento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de Roteamento Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Roteamento na Internet RIP OSPF BGP 4.7 Roteamento em Broadcast e multicast 9

10 Serviço orientado a conexão e não orientado a conexão Rede de datagrama provê serviço sem conexão (connectionless) Rede de circuito virtual VC provê serviço de conexão na camada de rede Analogo ao serviço da camada de transporte, mas: serviço: host-to-host Nenhuma escolha: rede provê um ou outro Implementação: no núcleo da rede 10

11 Redes de datagramas Nenhuma configuração de chamada a nível de rede Roteadores: nenhum estado sobre as conexões fim a fim Nenhum conceito de conexão a nível de rede Pacotes encaminhados usando o endereço de destino do host Pacotes com mesmo par origem-destino pode tomar diferentes caminhos application transport network data link 1. Send data 2. Receive data physical application transport network data link physical 11

12 Tabela de encaminhamento (repasse) Destination Address Range 4 bilhões de possiveis entradas through through through otherwise 3 Link Interface 12

13 Regra da Concordância do prefixo mais longo Prefix Match Link Interface otherwise 3 Exemples DA: Qual interface? DA: Qual interface? 13

14 Capítulo 4: Camada de Rede 4. 1 Introdução 4.2 Circuitos virtuais e redes de datagramas 4.3 Roteador 4.4 IP: Internet Protocol Formato do Datagrama Endereçamento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de Roteamento Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Roteamento na Internet RIP OSPF BGP 4.7 Roteamento em Broadcast e multicast 14

15 Camada de rede Camada de Rede da Internet Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros: Camada de Transporte: TCP, UDP Prot. de roteamento Escolha de caminhos RIP, OSPF, BGP Tabela de rotas Protocolo IP Endereçamento Formato dos datagramas Tratamento de pacotes Camada de enlace Camada física Protocolo ICMP Aviso de erros Sinalização de rotas 15

16 versão do protocolo IP Formato do datagrama IP 32 bits tamanho do header ver head. type of length (bytes) len service classe de serviço 16-bit identifier flgs fragment offset número máximo time to protocolo checksum Internet de saltos live (decrementado em 32 bit endereço IP de origem cada roteador) protocolo da camada superior com dados no datagrama Tamanho do cabeçalho TCP? 20 bytes do TCP 20 bytes do IP = 40 bytes + cabeçalho da camada de aplicação 32 bit endereço IP de destino Opções (se houver) data (tamanho variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) tamanho total do datagrama (bytes) para fragmentação/ remontagem Ex.: marca de tempo, registro de rota, lista de roteadores a visitar 16

17 Fragmentação IP Enlaces de rede tem MTU (max.transfer unit) tamanho maximo do quadro. Diferente tipos de enlaces, diferentes MTUs Datagramas IP divididos ( fragmentados ) na rede um datagrama torna-se vários datagramas re-montagem somente no destino final Bits do cabeçalho IP usados para identificar, ordenar os respectivos framentos 17

18 Fragmentação IP Exemplo 4000 bytes datagrama MTU = 1500 bytes 1480 bytes no campo de dados offset = 1480/8 length =4000 ID =x length =1500 length =1500 fragflag =0 ID =x ID =x ID =x offset =0 Um datagrama enorme vira vários datagramas menores length =1040 fragflag =1 fragflag =1 fragflag =0 offset =0 offset =185 offset =370 18

19 Capítulo 4: Camada de Rede 4. 1 Introdução 4.2 Circuitos virtuais e redes de datagramas 4.3 Roteador 4.4 IP: Internet Protocol Formato do Datagrama Endereçamento IPv4 ICMP IPv6 4.5 Algoritmos de Roteamento Link state Distance Vector Hierarchical routing 4.6 Roteamento na Internet RIP OSPF BGP 4.7 Roteamento em Broadcast e multicast 19

20 Endereçamento IP Endereço IPv4: identificador de 32- bit por interface host, roteador interface: conexão entre o host/roteador e um enlace físico roteador tipicamente tem multiplas interfaces host tipicamente tem uma interface Endereços IP associados a cada interface =

21 Endereço IP: Parte da sub-rede ( bits de mais alta ordem - prefixo-netid) Part do host (bits de mais baixa ordem - hostid) O que é uma subrede? Interfaces de dispositivos com a mesma parte de subrede do endereço IP podem fisicamente comunicar-se sem intervenção do roteador Sub-redes subnet Quantas sub-redes subnets? 21

22 Subredes / /24 Receita Para determinar as subredes, destacar cada interface de seu host ou roteador, criando ilhas de redes isoladas. Cada ilha isolada de rede é chamada de subrede /24 Máscara de Subrede: /24 22

23 Sub-redes Quantas sub-redes?

24 Endereçamento IP : CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing Roteamento interdomínio sem classes Parte do endereço de subrede de tamanho arbitrário Formado do endereço: a.b.c.d/x, onde x é o número de # bits na parte da subrede do endereço subnet part /23 host part 24

25 Endereço IP: como obter? Q: Como um host consegue um endereço IP? Estático pelo adm do sistema em um arquivo Windows: control-panel->network->configuration->tcp/ ip->properties UNIX: /etc/rc.config DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: dinamicamente obtém endereço a partir de um servidor plug-and-play 25

26 Como obter endereços IP? Q: Como um rede consegue endereços IP? A: obtém partes alocadas do espaço de endereços do seu provedor de acesso à Internet ISP Bloco do ISP /20 Organização /23 Organização /23 Organização / Organização /23 26

27 Endereçamento Hierárquico: agregação de rotas Endereçamento hierarquico permite avisos eficientes de informação de roteamento Organização 0 - IFES /23 Organização 1 - UFES /23 Organização 2 - CBM /23. Organização 7 Hospital /23.. ISP - PoP-ES Me enviar qualquer endereço cujo prefixo é /20 Internet ISPs- PoP-RJ Me enviar qualquer endereço cujo prefixo é /16 27

28 Como obter endereços IP? P.: Como o ISP obtém seu bloco de endereço? R.: ICANN: internet corporation for assigned names and numbers Aloca endereços Gerencia DNS Atribui nomes de domínios e resolve disputas 28

29 NAT restante da Internet rede local (ex.: rede doméstica) / todos os datagramas que saem da rede local possuem o mesmo e único endereço IP do NAT de origem: , números diferentes de portas de origem datagramas com origem ou destino nesta rede possuem endereço /24 para origem, destino (usualmente) 29

30 NAT Implementação: o roteador NAT deve: Datagramas que saem: substituir (endereço IP de origem, porta #) de cada datagrama para (endereço IP do NAT, nova porta #)... 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 30

31 NAT 2: roteador NAT substitui end. origem do datagram de , 3345 para , 5001, atualiza a tabela 1: hospedeiro envia datagrama para , 80 3: resposta chega endereço de destino: , : roteador NAT substitui o endereço de destino do datagrama de , 5001 para ,

32 NAT Campo número de porta com 16 bits: conexões simultâneas com um único endereço de LAN NAT é controverso: Roteadores deveriam processar somente até a camada 3 Violação do argumento fim-a-fim A possilidade de NAT deve ser levada em conta pelos desenvolvedores de aplicações, ex., aplicações P2P A escassez de endereços deveria ser resolvida pelo IPv6 32