CAMADA DE REDES PARTE II. Fabrício Pinto

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1 CAMADA DE REDES PARTE II Fabrício Pinto

2 Interligação de Redes 2 Supomos até agora uma única rede homogênea Máquinas usando o mesmo protocolo Suposição muito otimista Existe muitas redes diferentes LANs, MANs, e WANs Protocolos diferentes Questões que surgem quando 2 ou mais redes são interconectadas para formar uma inter-rede. Ter diferentes redes Significa ter diferentes protocolos

3 3 Por que existem tantas redes diferentes?

4 Por que existem tantas redes diferentes? 4 1º Lugar A base instalada dos diferentes tipos de redes é grande PC utilizam TCP/IP Mainframes : SNA da IBM Companhias telefônicas: ATM LANs: Novel NCP/IPX ou Apple Talk Tendência : continuar Problema de compatibilidade de tecnologias antigas Novas tecnologias

5 5 Por que existem tantas redes diferentes? 2 º lugar Computadores e redes mais economicas Decisões tomadas em níveis hierárquicos mais baixo > 1 milhão: nivel hierárquico mais alto >= dólares: gerência de nível médio <= dólares: chefes de departamentos Instalar estações de trabalho UNIX executando o TCP/IP Instalar computadores Machintosh com Apple Talk

6 6 Por que existem tantas redes diferentes? 3º lugar Os diferentes tipos de redes (ATM e sem fio) tem tecnologia radicalmente distintas Novos desenvolvimento de hardware-> novos softwares correspondentes No futuro: interligação entre telefone, televisor e outros aparelhos Origem a novas redes Novos protocolos figura

7 Diferenças entre redes 7 Superação dessas diferenças que torna a interligação de redes mais dificil do que a operação de um única rede Pacotes passando por redes diferentes ( no caminhou ou a própria origem/destino) Pode ocorrer muitos problemas nas interfaces existentes entre as redes Pacotes de circuito virtual tem de transitar por uma rede sem conexões, eles pode ser reordenados Transmissor não espera que isso acontecer, nem o receptor está preparado para lidar com isso

8 Diferenças entre redes 8 Item Serviço oferecido Protocolos Endereçamento Multidifusão Tamanho de Pacote Qualidade do serviço Tratamento de erros Controle de fluxo Controle de congestionamento Segurança Contabilidade Algumas possibilidades Orientado a conexões e sem conexões IP, IPX, SNA, ATM, MPLS, Apple Talk, etc. Simples (802) e hierárquico (IP) Presente ou ausente (também difusão) Cada rede tem seu próprio tamanho Pode estar ausente ou presente Confiável, entrega, ordenada e entrega não -ordenada Janela deslizante, controle de taxa, outros ou nenhum Balde furado, balde de símbolos, pacotes reguladores, etc. Regras de privacidade, criptografia Por tempo de conexão, por pacote, por byte, por nenhum

9 Como as redes podem ser conectadas 9 Camada física Repetidores ou hubs Apenas movem os bits de uma rede para uma rede idêntica Maioria são analógicos Camada de Enlace de dados Pontes e switches Aceita quadros, examina endereços MAC e encaminha os quadros para uma rede diferente

10 Como as redes podem ser conectadas 10 Camada de Rede Roteadores que conecta duas redes Se camadas de redes forem distintas Roteador capaz de realizar a conversão entre os formatos de pacotes Um roteador que pode manipular vários protocolos é chamado de roteador multiprotocolo

11 Como as redes podem ser conectadas 11 Camada de Transporte Gateways de transporte, que podem fazer a a interface entre duas conexões de transporte Poderiam permitir que os pacotes flutam de uma rede TCP e uma rede SNA que tem um protocolo de transporte diferente, essencialmente unindo uma conexão TCP a uma conexão SNA.

12 Como as redes podem ser conectadas 12 Camada de aplicação Gateways de aplicação convertem a semântica das mensagens. Exemplo: gateways situados entre o correio eletrônico da Internet (RFC 822) e o correio eletrônico X.400 devem analisar as mensagens do correio eletrônico e alterar diversos campos de cabeçalho

13 Como as redes podem ser conectadas 13 Vamos nos concentrar na interligação de redes feita na camada de rede Figura 449

14 Circuito Virtual concatenados 14 Concatenação orientada a conexões de sub-redes de circuitos virtuaisdatagramas Inter-redes de No passado a maioria das redes públicas era orientada a conexões Redes frame relay, SNA, e ATM ainda são desse tipo Com a rápida aceitação da Internet, os datagramas passaram a ser elegantes Entretanto, é um erro imaginar que serão para sempre Nesse ramo, apenas a mudança é eterna.

15 Circuito Virtual concatenados 15 Crescimento da redes da redes multimídia É provável que as redes orientadas a conexões voltem a ter mais importância É mais fácil garantir qualidade de serviços com conexão do que sem. Figura 450

16 Circuito Virtual concatenados 16 A Sub-rede percebe que o destino é remoto e cria um circuito virtual até o roteador mais próximo à rede de destino. Em seguida, ela constrói um circuito virtual desse roteador até o gateway exterior (roteador multiprotocolo) Esse gateway registra a existência de um circuito virtual em suas tabelas e continua a construir um outro circuito até o roteador da próxima sub-rede Esse processo continua até que o host de destino tenha sido alcançado

17 Circuito Virtual concatenados 17 Cada gateway retransmite os pacotes que chegam, fazendo a conversão entre formatos de pacotes e números de circuitos virtuais, se necessário. Todos os pacotes de dados devem percorrer a mesma sequência de gateway, e assim, chegar de forma ordenada Principal caracteristica dessa estratégia É a sequencia de circuitos virtuais é estabelecida entre a origem e o destino passando por um ou mais gateways Cada gateway mantém tabelas que informam quais circuitos virtuais passam por ele e para onde ele devem ser roteados e qual é o número do novo circutio virtual

18 Circuito Virtual concatenados 18 Funciona melhor quando todas as redess tem aproximadamente as mesmas propriedades. Se todas as redes garatem a entrega confiável Fluxo entre a origem e destino será confiável Se nenhum das redes garantiir a entrega confiável, a concatenação de circuitos virtuais também não será confiável

19 Interligação de redes sem conexões 19 Datagramas O único serviço que a camada de rede oferece à camada de transporte é a capacidade de inserir datagramas na sub-rede, e esperar que o melhor aconteça A camada de rede não tem qualquer noção do que seja um circuito virtual Não é tão simples quanto parece Se cada rede tem seu protocolo, não é possivel que um pacote de rede transite para outra. Conversões de um formato para outra serão incompletas e podem fracassar

20 Interligação de redes sem conexões 20 Outro problema mais sério Endereçamento Um host da Internet está tentando enviar um pacote IP para um host em uma rede SNA vizinha Os endereços IP e SNA são diferentes

21 Conclusões entre datagramas x 21 circuitos virtuais Modelo de circuitos virtuais concatenados proporciona as mesmas vantagens que o uso de circuitos virtuais em uma única sub-rede Possível reservar buffers com antecedência Garantir a ordem sequencial Usar cabeçalhos mais curtos Evitar os problemas causados por pacotes atrasados

22 Conclusões entre datagramas x 22 circuitos virtuais Circuitos virtuais: Desvantagens Necessário um espaço de tabela nos roteadores para conexão aberta Não existe um roteamento alternativo Roteador apresenta uma certa vulnerabilidade ao longo do caminho

23 Conclusões entre datagramas x 23 circuitos virtuais Datagramas Maior potencial para congestionamento Maior potencial de adaptação Maior robustez em relação a falhas de roteadores Necessidades de cabeçalhos mais longos

24 Tunneling (tunelamento) 24 Interligar redes diferentes é extremamente difícil Caso especial com bons resultados: Origem e destinos estão no mesmo tipo de rede, mas há uma rede de outro tipo entre eles

25 Fragmentação 25 Cada impõe um tamanho máximo a seus pacotes Dentre as principais causas dessa limitação temos: Hardware Sistema Operacional Protocolo Compatibilidade com algum padrão (inter)nacional Desejo de reduzir de alguma forma as retransmissões provocadas por erro Desejo de evitar que um pacote ocupe o canal por muito tempo

26 Fragmentação 26 As cargas máximas variam de 48 bytes (ATM) a (pacotes IP) Problema Pacote grande tem que trafegar numa rede cujo tamanho máximo é muito pequeno Ideal que o roteamento não seja feita por regiões que não o suporte

27 Fragmentação 27 Única solução Gateway dividir o pacote em fragmentos Bem mais difícil converter um objeto grande em pequenos 2ª lei da termodinamica As redes de comutação também tem problema para juntas os pacotes

28 Camada de Rede na Internet 28 1 Certifique-se de que funciona 2 Mantenha a simplicidade 3 Faças escolhas claras 4 Explore a modularidade 5 Espere heterogeneidade

29 Camada de Rede na Internet: princípios fundamentais 6 Evite opções e parametros estáticos 7 Procure um bom projeto; ele não precisa ser perfeito 8 Seja rigido ao enviar e tolerante ao receber 9 Pense na escabilidade 10 Considere desempenho e custo

30 Camada de Rede na Internet 30 Internet vista como um conjunto de sub-redes ou sistemas autônomos conectados entre si. Não existe uma estrutura real, mas diversos backbones principais, construídos a partir de linhas de grande largura de banda e roteadores rápidos Conectados a backbones estão a redes regionais, e a essas estão a LANs de muitas universidades, empresas, e provedores de serviços Internet.

31 Protocolo IP (Internet Protocol) 31 Elemenento que mantem a Internet unida é o protocolo da camada de rede Foi projetado desde o início tendo como objetivo interligação de redes Tarefa do IP Fornecer a melhor forma possível (ou seja, sem garantias) de transportar datagramas da origem para o destino, independente dessas máquinas estarem na mesma rede ou de haver outras redes entre elas

32 Protocolo IP (Internet Protocol) 32 Camada de transporte recebe os fluxos de dados e os divide em datagramas Quando os datagramas chegam a unidades de destino, eles são remontados da camada de rede no datagrama original Em seguida é entregue à camada de transporte, que insere no fluxo de entrada

33 Protocolo IP 33 Formato do datagrama IP Parte de cabeçalho Parte fixa de 20 bytes e uma parte opcional de tamanho variável parte de texto Big endian : da esquerda para direita Bit de mais alta ordem no campo Version

34 Protocolo IP 34 IHL informa o tamanho do cabeçalho Type of service distingui diferentes tipos de serviços São possíveis várias combinações de confiabilidade e velocidade Voz entrega rápida, vence a entrega segura Transferencia de arquivo transmissão sem erro é mais importante do que uma rápida Originalmente tinha Precedence : 0 a 7 D, T, R: Retardo, Throughput, confiabilidade Atualmente: serviços diferenciados: quatro prioridade de enfilareiramento, tres possibilidades de descarte e as classes históricas

35 Protocolo IP 35 Total length Tudo que há no datagrama: cabeçalho e dados Tamanho máximo: bytes Identification Permite que o host de destino determina a qual datagrama pertence um fragmento recém-chegado. Todos os fragmentos de um datagrama contêm o mesmo valor de identification DF Don t fragment (não fragmentar) Máquina de destino incapaz

36 IP 36 Identification (cont.) MF more fragments (mais fragmentos) Todos os fragmentos, exceto último tem esse conjunto de bits Necessário para saber se chegaram todos Fragment offset Informa a que ponto do datagrama atual o fragmento pertence Time to live Contador usado para limitar a vida útil dos pacotes. Conta o tempo em segundos Decrementado a cada hop

37 IP 37 Protocol Informa a que processo de transporte o datagrama deve ser entregue TCP é uma possibilidade UDP é outra, dentre outras Head checksum Confere apenas o cabeçalho Útil para detecção de erros gerados por palavras de memórias incorretas em um roteador

38 IP 38 Source address Destionatio address Options Projetado para permitir que versões posteriores do Projetado para permitir que versões posteriores do protocolo incluam informações existentes no projeto original

39 Alguma opções do IP 39 Opção Security Scrict source routing Loose source routing Record route Timestamp Descrição Nível de segurança do datagrama Mostra o caminho completo a ser seguido Apresenta uma lista de roteadores que não devem ser esquecidos Faz com que cada roteador anexe seu endereço IP Cada anexa além do IP, seu timbre de hora

40 ICMP 40 Internet Controle Message Protocol A operação da Internet é monitorada rigorosamente pelos roteadores Quando ocorre algo inesperado, o evento é Quando ocorre algo inesperado, o evento é reportado pelo ICMP, que também é usado para testar a Internet.

41 Principais Tipos de mensagens do ICMP 41 Tipo de Mensagem Destination unreachable Descrição Não foi possível entregar o pacote Time exceeded O campo Time to live chegou a 0 Parameter problem Source quench Redirect Echo Echo reply Timestamp request Timestamp reply Campo de cabeçalho inválido Pacote regulador Ensina geografia a um roteador Pergunta a uma máquina se ela está ativa Sim, estou ativa Igual a echo, mas com timbre de hora Igual a echo reply, mas com timbre de hora

42 Referencias 42 TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de Janeiro: Elsevier, Cáp. 5