Questões de Projeto da Camada de Red. Comutação de Pacotes Store-and-Forwa Ambiente dos protocolos da Camada de Rede.

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1 Questões de Projeto da Camada de Red Redes de Computadores Módulo IV Camada de Rede Comutação de Pacotes Store-and-Forward Serviços ofeceridos à camada de Transporte Implementação de serviços sem conexões Implementação de serviços orientados a conexões Comparação entre sub-redes de circuitos virtuais e datagramas Comutação de Pacotes Store-and-Forwa Ambiente dos protocolos da Camada de Rede. Implementação de Serviços não orientados Roteamento em uma sub-rede de datagramas. fig 5-1 1

2 Implementação de Serviços orientados a Roteamento em uma sub-rede de canais virtuais. Comparação entre uma rede de canais vrituais e 5-4 Algoritmos de roteamento O princípio da otimização Roteamento pelo caminho mais curto Inundação (flooding) Roteamento com vetor distância Roteamento por estado de enlace Roteamento hierárquico Roteameno por difusão Roteamento por multidifusão Roteamento para host mósveis Roteamento para redes Ad Hoc Roteamento por estado de enlace Cada roteador deve: Descobrir os vizinhos e seus endereços. Medir o retardo ou custo até os vizinhos. Montar um pacote com tudo que aprendeu. Enviar este pacote à todos aos outros roteadores. Calcular o caminho mais curto até os outros roteadores. 2

3 Routeamento em redes Ad Hoc (Sob de Possibililidades quando os roteadores são móveis: Veículos militares no campo de batalha. Sem infraestrutura. Uma frota de navios no mar. Todos em movimento o tempo todo Serviços emergnciais e QG. Infraestrutura destruída. Um grupo de pessoas com notebooks. Em uma área sem cobertura Algoritmos de controle de congestionam Princípios Gerais do Controle de Congestionamento Políticas de prevenção de Congestionamento Controle de Congestionamento em subredes de circuitos Virtuais Controle de Congestionamento em subredes de Datagramas Escoamento de carga Controle do Jitter Congestionamento Qaundo muito tráfego é requisitado, há congestionamento e a performance cai bruscamente. Princípios Gerais do Controle de congestion Monitorar o sistema: detectar quando e onde os congestionamentos ocorrem. Enviar estas informações para quem possa corrigir. Ajustar a operação do sistema para corrigir o problema. 3

4 Políticas de Prevenção de congestionam Políticas que afetam o congestionamento. Controle do Jitter (Flutuação) 5-26 (a) Grande flutuação. (b) Baixa flutuação. Qualidade de Serviço (QoS) Requisitos Técnicas para obter uma boa QoS Integração de serviços Diferenciação dos Serviços Chaveamento de rótulos e MPLS Requisitos Rigidez dos requisitos de QoS

5 Buffering Suavização da saída de pacotes usando Buffer. O Algoritmo do Balde furado (a) Um balde furado com água. (b) Um balde furado com pacotes. RSVP-The ReSerVation Protocol RSVP-The ReSerVation Protocol (2) (a) Uma rede, (b) A árvore de espalhamento para o host 1. (c) A árvore de espalhamento para o host 2. (a) Host 3 requisita um canal para host 1. (b) Host 3, então, requisita um segundo canal para o host 2. (c) Host 5 requisita um canal para o host 1. 5

6 Chaveamento de Rótulos e MPLS Transmitindo um segmento TCP usisando IP, MPLS, e PPP. Interligação de redes Como as redes são diferentes Como as redes podem ser conectadas Conectando redes de Circuitos vrituais Inteligação não orientada a conexão Tunelamento Roteamento inter-redes Fragmentação Conectando Redes Um conjunto de redes conectadas Como as redes podem ser diferenciadas Some of the many ways networks can differ

7 Como as redes podem ser conectadas (a) Duas redes Ethernets conectadas por um switch. (b) Duas redes Ethernets conectadas por um roteador. Conectanto redes de Ciruitos Virtuais Internetworking using concatenated virtual circuits. Conectanto redes de Datagramas Tunelamento Transportando um pacote de Paris a Londres. A connectionless internet. 7

8 Tunelamento (2) Transportando um carro de Paris a Londres.. Roteamento inter-redes (a) Uma inter-rede. (b) Um grfo de inter-rede. Fragmentação (a) Transparent fragmentation. (b) Nontransparent fragmentation. A camada de rede na Internet O Protocolo IP Endereçamento IP Protocolos de ControIe na Internet Protocols OSPF The Interior Gateway Routing Protocol BGP The Exterior Gateway Routing Protocol DNS IPv6 8

9 Princípios de Projeto para Internet Certifique-se de que funciona. Seja simples. Faça escolhas claras. Explore a modularidade. Espere heterogeneidade. Evite opções e parâmetros estáticos. Procure um bom projeto, não precisa ser perfeito. Seja rígido ao enviar e tolerante ao receber. Pense na escalabilidade. Considere desempenho e custo. A Internet no Brasil Internet no Brasil Rede Nacinal de Pesquisa:.rnp.br Padrões da Internet Conceito: Documentação referentes a protocolos, padrões e políticas, publicadas para permitir que diferentes fabricantes forneçam produtos compatíveis com a internet. Backbone da Intenet: The Internet Society ISOC IAB IANA Panorama do tráfego: IRTF quadro diretor IETF IESG Atribuição de Endereços IP... area 1... area n grupos de pesquisa grupos de trabalho RFC RFC RFC 9

10 Padrões na Internet IAB: (The Internet Architecutre Board). IETF: (The Internet Engineering Task Force). Grupo de trabalho que identifica, prioriza e endereça assuntos considerados de curto prazo, incluindo protocolos, arquitetura e operações de serviços. RFC: (Request for Comment). Denominação dada aos documentos que especificam padrões e serviços para Internet e para a arquitetura TCP/IP. IANA (The Internet Assigned Numbers Authority). Organização internacional responsável por coordenar a distribuição de endereços IP entre as diversas redes de computadores que se conectam a Internet. ISOC (The Internet Society). Endereços na Internet Conceito: A atribuição de endereços IP para os computadores que se conectam a Internet é coordenada por autoridades de abrangência mundial, de maneira a evitar a duplicação e a má distribuição de endereços. HIERARQUIA DE IANA REGISTRO DE ENDEREÇOS NA INTERNET APNIC Asia e Pacífico ARIN Américas, Caribe e África RNP (FAPESP) Bra sil RIPE NCC Europa Autoridades Locais de Registro na Internet Autoridades Regionais de Registro na Internet O Protocolo IP O cabeçalho IPv4 (Internet Protocol). O Protocolo IP (2) Algumas opções do IP

11 Endereço IP Formato do Endereço IP Endereço IP (2) Endereços IP especiais. Subredes Uma rede de um campusconstituído de LANs de vários departamentos. Subredes (2) Uma rede classe B subdividida em 64 subredes. 11

12 Subredes (3) Sites interessantes de endereçamento de subredes: Conexão de Intranets com a Internet Tipos de hosts numa empresa: Hosts acessíveis apenas internamente. Hosts acessíveis tanto internamente quanto externamente. As regras para atribuições de endereços IPs com diferentes graus de conectividade com o mundo externo são definidas pela RFC Hosts categoria 1: Hosts que se comunicam APENAS INTERNAMENTE. Hosts categoria 2: Hosts que se comunicam INDIRETAMENTE com o mundo externo. Hosts categoria 3: Hosts que se comunicam DIRETAMENTE com o mundo externo. Endereços na Intranet: RFC 1918 CIDR Classless InterDomain Routing Um conjunto de atribuições IP a a a Uma rede de endereços classe A. 16 redes contíguas de endereços classe B. 256 redes contíguas de endereços classe C REGRA: A RFC 1918 recomenda que os roteadores em redes que não estiverem usando um espaço de endereço privado, especialmente aqueles provedores de serviço Internet, devem configurar seu roteadores para rejeitar a informação de roteamento sobre as redes privadas (Feb, 1996). 12

13 Exemplo: Faculdades NDA Rede/Subrede Endereço Administrativa Servidores Rádio Internet Laboratórios NAT: Network Address Translation Permite traduzir endereços privados em endereços registrados. Seu funcionamento é definido pela RFC 1631 A função de NAT é geralmente executada por: Roteadores, Firewalls ou aplicativos instalados em computadores com duas placas de redes; Em todos os casos, os clientes são configurados para utilizar o dispositivo de NAT como roteador. NAT Network Address Translation Posicionamento e operação de um Dispositivo NAT. Tipos de NAT NAT Estático Mapeia um Endereço IP em Outro O número de Endereços Privados é igual ao Número de Nedereços Públicos Converte apenas endereços IP NAT Dinâmico Mapeia um Endereço IP público em vários endereços Privados Utiliza informação das portas UDP e TCP para fazer o mapeamento. Usualmente chamado de PAT: Port Address Translation (PAT) ou NAPT: Networ and Address Port Translation 13

14 NAT: Implementado em Roteadores ou ? IP_INTERNET APLICAÇÃO IP_INTERNET APLICAÇÃO IP_INTERNET ? APLICAÇÃO IP_INTERNET APLICAÇÃO REDE INTERNA INTERNET Limitações do NAT NAT permite apenas que clientes internos acessem servidores externos: Um computador com IP privado funcionará apenas como cliente. Além da troca dos IPs, muitos parâmetros precisam ser recalculados: IP checksum e TCP checksum Estas operações diminuem a velociade do roteador Limitações do NAT O NAT não funcionará em protocolos onde o IP apareça em um campo do protocolo de aplicação se: O protocolo de aplicação não for conhecido pelo dispositivo de NAT. O protocolo de aplicação estiver criptografado. O NAT utiliza tabelas internas para mapear conexões ativas: Tabelas grandes levam a baixo desempenho. As entradas das tabelas tem um tempo de vida prédeterminado. Se a resposta não retornar nesse tempo, a entrada é eliminada. NAPT (Network Address and Port Tran client request Private IP:Port : : :1025 NAP T Public IP Public IP:Port : : :1027 Internet reply Server

15 PAT = IP Masquerading = NAPT O mapeamento é feito pela porta de Origem. Caso a porta de origem já tenha sido utilizada, o Roteador escolhe uma outra porta livre. Soluções Reversas Existem soluções de Proxy e NAT reversos, utilizados para permitir que computadores com IP frio funcionem como servidores. IPA 1030 IPR IP_A 80 Proxy NAT IP_R 8001 IPB IPR IPR IPR IPA 1030 IPR 1030 IPB 1040 IPR 1040 IPB 1030 IPR 1050 IP_B ICMP- Internet Control Message Protoc Os principais tipos de mensagens ICMP. ARP The Address Resolution Protocol Três redes /24 interconectadas: duas Ethernets e uma anel FDDI

16 DHCP - Dynamic Host Configuration P Operação do DHCP. Roteadores na Internet Os roteadores da Internet são de dois tipos: Exterior Gateways Troca informações com roteadores pertencentes a outros AS. Equipamento muito caro, com alta capacidade de memória. Interior Gateways Troca informações apenas no interior do seu AS. Roteador comum. Gateway Interno F G H I J Gateway Externo OSPF The Interior Gateway Routing Pro OSPF (2) A relação entre SAs, backbones, e áreas no OSPF. (a) Um sistema autônomo. (b) Um grafo de representação de (a). 16

17 OSPF (3) Os cinco tipos de menssagens OSPF 5-66 BGP: Border Gateway Protocol Função Troca de informação entre sistemas autônomos Criado em 1989 RFC 1267 Substitudo do EGP Utiliza mensagens de update para informar aos roteadores sobre alterações nas tabelas de roteamento. BGP The Exterior Gateway Routing P (a) A set of BGP routers. (b) Information sent to F. DNS 17

18 DNS - Domain Name Service Padrão Aberto para Resolução de Nomes Hierárquicos Agrupa nomes em domínios. A árvore de nomes é armazenada num banco de dados distribuído do. Especificações do DNS RFCs 1033, 1034, 1034, 1101, 1123, 1183 e Expecificações da Internet Task Force Berkeley Internet Name Domain (BIND) Implementação desenvolvida na Berkley University para a versão 4.3 SD Unix Serviço DNS Serviço DNS Servidor DNS um ou mais servidores armazenam um banco de dados distribuídos Nome? IP B IP Nome? Nome de Domínio Os nomes Hierárquicos utilizados pelo DNS são chamados FQDN: Fully Qualified Domain Name Exemplo:.faculdadesnda.com.br : nome do host faculdades: nome de domínio com.br: nome de domínio Nome de domínio: Coleção de HOSTS ou de outros domínios. Árvore de nomes RAIZ br pucpr ufpr Pucpr ppgia br Ufpr ppgia FOLHA 18

19 Banco de Dados Distribuídos No serviço DNS, os nomes estão armazenados em ZONAS. Zonas são arquivos textos que contém os nomes de um ou mais domínios. Banco de Dados Distribuídos Cada Zona pode ser armazenada num servidor DNS distinto. br RAIZ ZONA.br ZONA.br br RAIZ servidor dns.br ZONA pucpr.br pucpr ufpr ZONA ufpr.br ZONA pucpr.br pucpr ZONA ufpr.br ufpr ppgia servidor dns.pucpr.br ppgia servidor dns.ufpr.br Tipos de Registros no DNS A: Host Adress associa um nome a um endereço IP: nome IP. PTR: Point Resource Record associa um endereço IP a um nome: IP nome. NS: Name Server identifica o servidor DNS no domínio. SOA: Start of Authority indica que o servidor de DNS é a autoridade para fornecer informações no domínio (authoritative). DNS e a Internet O root da árvore de nomes da Internet é gerenciado pelo Internet Network Information Center (InterNIC) InterNIC é o nome dado a um projeto criado num acordo entre a National Science Foundation (NSF) e a Network Solutions, Inc. Provê um serviço de registro de nomes para os domínios.com,.net,.org, and.edu; O site do InterNIC é O InterNIC delega a responsabilidade de administrar partes do domínio de nomes para as empresas e organizações conectadas na Internet. 19

20 Domínios Gerenciados pelo InterNIC Exemplo Segundo a nomenclatura adotada na Internet, o Domain Name Space é dividido em três áreas principais: Organization Domains: 3 caracteres para indicar a atividade da empresa..com,.edu,.gov,.int,.mil,.net,.org.int: organizações internacionais.mil: organizações militares.org: organizações não comerciais Geographical Domains: 2 caracteres para identificar o país..br,.fr,.jp, etc. Reverse domain: domínio especial utilizado para associar endereços IP aos nomes..com.org.edu Gerido pela FAPESP Fully qualified domain name (FQDN).pucpr.br.com Gerido pela PUC.br Gerido pelo InterNIC ppgia.pucpr rla01 Zonas Servidor DNS do Internic REGISTRO NS.com.org.edu.br Servidor DNS da FAPESP.com.pucpr IPv6 Servidor DNS da PUC ppgia rla01 20

21 Motivação Falta de IP s e Segurança O cabeçalho do IPv6 Desperdício de IP s: MIT tem 16,843,008. USC tem 16,911,360. General Electric tem 17,206,528. IBM tem 17,542,656. AT&T tem 19,800,320 O Brazil tem mais de 65% de seus endereços já utilizados. O cabeçalho fixo do IPv6 (obrigatório). Extensão do IPv6 Cabeçalho de extensão do IPv6 Extensão do IPv6 (2) O cabeçalho de extensão hop-by-hop para grandes datagramas (jumbograms). 21

22 Extensão do IPv6 (3) A extensão do cabeçalho IPv6. 22

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