Modelo em Camadas Arquitetura TCP/IP/Ethernet. Edgard Jamhour

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1 Modelo em Camadas Arquitetura TCP/IP/Ethernet Edgard Jamhour

2 Ethernet não-comutada (CSMA-CD) A Ethernet não-comutada baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico. a b TIPO DADOS (até 1500 bytes) CRC meio compartilhado ou barramento a b c transmitindo escutando escutando Quadros em espera

3 Endereço MAC ou Físico O padrão IEEE 802 define o padrão de endereçamento MAC, administrados localmente ou universais. Sistema Operacional INTERRUPÇÃO UNICAST (interface de rede) BROADCAST (ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff) MULTICAST (01:00:5e:00:00:00) Interface de Rede MAC DEST ORIG DADOS CRC

4 HUB ou Concentrador Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. HUB c a c a c a a b c

5 Ethernet Comutada A utilização de switches permite colocar o Ethernet em modo comutado. switch Estado inicial PORTA ENDEREÇO (1) c a... (2) c a... (2) c a... Após a transmissão de A a b c PORTA 1 ENDEREÇO a switch Após a transmissão de C PORTA ENDEREÇO (4) A C... (3) A C a c a b c

6 Domínios de Colisão Cada porta do switch define um domínio de colisão. Isto é, só é possível haver colisão entre os computadores conectados a uma mesma porta. switch hub hub a b c d e f g Tabela de Encaminhamento PORTA ENDEREÇO a,b,c d,e,f g

7 Cascateamento de Switches Apesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os Switches ainda apresentam limitação de escala. switch PORTA ENDEREÇO a b c Switch d,e,f,g,h,i a b c switch e e f 5 Switch 2 PORTA ENDEREÇO a,b,c d e f g,h,i switch g h i 5 Switch 3 PORTA ENDEREÇO g h i a,b,c,d,e,f

8 Arquitetura Internet (WAN) A introdução do equipamento roteador determina a arquitetura WAN. rede 1 rede 2 LAN LAN switch 1 Roteador 2 A 1 Roteador 2 B switch 3 WAN 3 2 Roteador C 3 rede 3 LAN 1 switch LAN Tabela de Roteamento Rede Rede 3 Rede 1 Rede 2 PORTA C.1 C.2 C.3 NEXT HOP C.1 A.3 B.3

9 Quadro e Pacote Pacotes são transportados no campo de dados dos quadros. Os pacotes IP são definidos pelo tipo 0x800. QUADRO PACOTE DESTINO ORIGEM TIPO 0x800 ORIGEM DESTINO DADOS CRC ENDEREÇO FÍSICO: definem o fabricante ENDEREÇO DE REDE: definem a posição

10 Endereço de Rede O agrupamento de computadores em rede permite reduzir a quantidade de informações na memória do roteador. REDE /8 SWITCH se envie para x se envie para y a b c z m x Roteador Roteador REDE /8 SWITCH y z m d e f e y

11 Conexão de redes com tecnologia diferentes O endereçamento dos quadros é local ao enlace e o endereçamento do pacote é fim a fim. O encapuslamento do quadro mude de acordo com o meio físico O pacote independe da tecnologia Ethernet PPP Token- Ring

12 Protocolos de Transporte Protocolos de transporte como o TCP e UDP introduzem um nível adicional de endereçamento para identificar processos. Processo Cliente Processo Servidor Porta 1024 TCP Porta Porta UDP Porta 80 TCP Porta Porta UDP Endereço IP Endereço IP IP IP End. Físico Ethernet End. Físico Ethernet Mensagem

13 Portas TCP e UDP Números inteiros de 16 bits padronizadas pela IANA (Internet Assigned Number Authority) PORTAS BEM CONHECIDAS PORTAS REGISTRADAS PORTAS DINÂMICAS OU PRIVADAS 65535

14 Quadro, Pacote e Segmento/Datagrama QUADRO PACOTE TCP/UDP PDU dest. orig protocolo orig. dest. orig. dest dados crc ENDEREÇOS FÍSICO (LOCAL) ENDEREÇOS IP (FIM A FIM) ENDEREÇOS DE PORTAS (PROCESSOS)

15 Protocolo de Aplicação O protocolo de aplicação define, geralmente, um conjunto de mensagens padronizadas que permite que clientes e servidores de fabricante diferentes se comuniquem. cliente mail from: <...> rcpt to: <...> 250 ok servidor 250 ok data 354 End data with <CR><LF>.<CR><LF> dados <CR><LF>.<CR><LF> dest. orig. prot. orig dest orig dest prot. aplicação dados crc

16 Pilha TCP/IP O Ethernet não é considerado parte da pilha TCP/IP Aplicação Camada de Aplicação HTTP, FTP, SMTP, etc Seqüência de empacotamento DADOS S.O. Camada de Transporte TCP, UDP Camada de Rede IP pacote transporte aplicação Placa de Rede Ethernet quadro

17 OSI - Open Systems Interconnection Model Modelo de referência para classificação de protocolos Aplicação 7 Mensagens padronizadas. Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy) HTTP, SSH, SMTP, SNMP, DNS, etc. Apresentação 6 Representação de dados independente da plataforma. Sessão 5 Comunicação com controle de estado. Transporte Rede Enlace de Dados Física Comunicação entre processos. Dispositivo de Rede: Não há TCP, UDP, SPX, NetBEUI, etc. Roteamento dos pacotes através de redes diferentes Dispositivo de Rede: Roteador IP, IPx, etc. Empacotamento de dados em quadros dentro da rede. Dispositivo de Rede: Ponte, Switch Ethernet, PPP, Frame-Relay, ATM, Transmissão de bits através do meio físico. Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub

18 Arquietura Internet e Endereçamento IP A arquitetura Internet é definida como uma coleção de redes físicas interligadas por uma nuvem de roteadores. Gateway ou roteador Rede Física internet Rede Física Rede Física Rede Física

19 Notação Decimal Pontuada Endereços IP são números de 32 bits (4 bytes) representados em notação decimal pontuada notação binária 2 7 = = = = notação decimal pontuada

20 Endereços IP Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST Endereço IP de 32 bits Id rede (prefixo) Id de host host Rede fisica Rede física internet hosts com identificadores de rede distintos. Rede física Rede Física hosts com o mesmo identificador de rede.

21 Classes de Endereçamento IP Classe Octetos Número de Prefixos Endereços por Prefixo Faixa de Endereços A (0) R H H H B (10) R R H H C (110) R R R H até D (1110) até Res. (1111) reservado reservado até

22 Endereços IP com Classe As classes definem o tamanho das redes locais. de até A 16,77 milhões de até B 65,536 mil de até C 256

23 Exemplo de Endereçamento As interfaces do roteador também fazem parte das redes. sub-rede roteador sub-rede

24 Limitações do IP com classe Qual a melhor classe para cada uma das redes abaixo? Universidade A Instituto B computadores computadores

25 Limitações do IP com Classe Universidade A Universidade A 253 computadores computadores 2000 computadores OITO CLASSES C 2024 endereços UMA CLASSE B endereços

26 Endereços IP sem classe Classless Inter-Domain Routing (CIDR) Introduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de rede em um endereço IP é determinado. O CIDR adota o conceito de máscara de subrede de tamanho variável, que permite definir prefixos de qualquer tamanho VLSM (Variable Length Subnet Masking) IP (32 bits) Máscara de Subrede (32 bits)

27 Máscara de Subrede A Máscara de Subrede 32 bits em notação decimal pontuada. bits 1 indicam o endereço da subrede bits 0 o endereço do host. Máscaras Default: classe A: ou /8 ou classe B: ou /16 ou classe C: ou /24 ou

28 SubRedes / / / / (32 IPs) (64 IPs) (256 IPs) (128 IPs) / / (32 IPs) /25 (64 IPs) (128 IPs) /24 = /25 = /26 = /27 =

29 SuperRedes / (256 IPs) / (256 IPs) / (512 IPs) / /24 = /23 = /22 = (1024 IPs) / (256 IPs) / / (512 IPs) (256 IPs)

30 Máscaras em Notação Decimal Pontuada Por default, a máscara de uma rede classe C é Para dividir a rede em 2 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 8 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 16 subredes, utiliza-se a máscara:

31 Exemplo de Atribuição de Endereços subrede 3 subrede 2 r3 r computadores 50 computadores /24 r computadores subrede1

32 Exemplo de Atribuição de Endereços subrede / subrede /26 r3 r / r subrede /25

33 Endereços IP especiais Não podem ser atribuídos a nenhuma estação: Primeiro endereço do bloco de subrede Identificador da subrede Último endereço do bloco de subrede Broadcast para a subrede /8: Bloco de endereços de loopback : Identificador da Internet Endereço de Inicialização (DHCP) : Broadcast para todas as redes até : Endereços de multicast

34 Loopback = Transmissão Local Os pacotes IP com endereço de loopback não são enviados para camadas inferiores da pilha TCP/IP. Eles são tratados localmente pela própria estação Recomendação do IETF: /8 é reservado para loopback processo A processo B porta A porta B Transporte Rede Enlace Física

35 ARP: Address Resolution Protocol O ARP faz a adaptação entre o Ethernet e o IP. O ARP é encapsulado diretamente dentro do Ethernet. Todo computador, ao ter sua pilha IP (re)iniciada, envia um ARP request para seu próprio endereço para detectar endereços duplicados. SWITCH SWITCH qual o MAC do IP ? ARP REQUEST (broadcast) a MAC destino b c ff:ff:ff:ff:ff:ff ARP REPLY (unicast) o MAC do IP é C

36 ARP Inundação de Broadcast O protocolo ARP utiliza mensagens em broadcast que tem alto impacto na carga total na rede. Para reduzir o tráfego total de ARP, os dispositivos que hospedam o protocolo IP utilizam uma cache, visível pelo comando: arp -a ARP Cache endereço IP endereço MAC tipo :60:08:16:85:B3 dinâmico :60:08:16:85:ca dinâmico

37 ARP e Roteamento Roteadores respondem, mas não propagam broadcast. Isso implica que não é possível localizar o endereço MAC de algum computador situado do outro lado de um roteador. SWITCH SWITCH... intra-rede inter-rede

38 Roteamento Comunicação intra-rede Os endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do computador de destino. Comunicação inter-redes O endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do roteador ligado a mesma rede física que a estação transmissora. INTRA-REDE MAC DESTINO MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS INTER-REDES MAC ROTEADOR MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS

39 Comunicação Inter-Redes O endereço IP de origem e de destino se mantém os mesmos durante todos os saltos de um pacote através de vários roteadores. O endereço MAC é modificado para endereçar os elementos participantes de cada salto. b a IPa IPd d c IPa IPd b IPb roteador IPc c a f IPa IPd

40 Tabela de Roteamento FORMATO GERAL REDE DESTINO: GATEWAY ou NEXT-HOP: INTERFACE: eth0 ou CUSTO: / ENDEREÇO DE BASE PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no endereço de base.

41 Rede de Destino Formada por um endereço de base e uma máscara de subrede. Exemplos: (MASCARA ): Rota para os computadores: a (MASCARA ): Rota para os computadores: a (MASCARA ): Rota para o computador: (MASCARA ) Rota para todos os computadores até

42 Exemplo de Tabelas de Roteamento REDE / A INTERNET roteador 1 roteador / / B REDE /24

43 Tabela do computador B Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou / eth0 ou / eth0 ou roteador / B eth0

44 Seqüência de Análise da Rota 1) Da rota mais específica para a mais genérica ROTA MAIS ESPECÍFICA: ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA 2) Da rota com menor custo para a de maior custo 3) Decisão dependente de implementação Consequencia: O significado de uma rede de destino na tabela de roteamento é: A rede indicada pelo endereço, menos todas as redes menores.

45 Tabela do Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem /24 não tem / REDE /24 REDE / roteador 1 roteador REDE / / /30

46 Tabela do Roteador 2 Rede Destino Interface Custo / / / / /30 REDE /24 INTERNET roteador 1 roteador REDE / / /30

47 Rota Default e Gateway Default Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou / eth0 ou / eth0 ou roteador 1 O roteador 1 é o gateway default para a rede pois ele é o caminho para todas as demais redes / B eth0

48 Múltiplas Rotas e Custos Rede Destino Gateway Interface Custo / (10) / (2) / (11) / (1) /24 Não tem REDE / / /30 R1 10 Mbps R2 INTERNET / Mbps 100 Mbps R /30 REDE /24

49 Roteamento com Subredes REDE / A / /30 INTERNET roteador 1 roteador / / B REDE /25

50 Tabelas de Roteamento Computador A Rede Destino Gateway Interface Custo /25 não tem / Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo /25 não tem /25 não tem / Roteador 2 Rede Destino Gateway Interface Custo / /

51 Conclusão Endereçamento baseado em classes Endereçamento sem classes (CIDR e VLSM) ARP (Address REsolution Protocol) Tabelas de roteamento Agregação de rotas

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