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

Transcrição

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

2 TECNOLOGIAS DE COMUNICAÇÃO

3 Exemplos de Tecnologia PAN: Personal Area Network Bluetooth LAN: Local Area Network Ethernet, WiFi EQUIPAMENTO: Hubs e Switches NAN: Neighbor Area Network FAN: Field Area Network Zigbee, WiSUN, GPON, ADSL, Cable Modem WAN: Wide Area Network IPv4, IPv6 EQUIPAMENTO: Roteador

4 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

5 Endereço MAC ou Físico O padrão IEEE 802 define o padrão de endereçamento MAC, administrados localmente ou universais. Sistema Operacional INTERRUPÇÃO EUI-48 ou EUI-64 Interface de Rede MAC DEST ORIG DADOS CRC UNICAST (interface de rede) BROADCAST (ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff) MULTICAST (01:00:5e:00:00:00)

6 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

7 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

8 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

9 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

10 Arquitetura Internet (WAN) A introdução do equipamento roteador determina a arquitetura WAN. Rede1 Rede2 switch 1 Roteador 2 A 1 Roteador 2 B switch 3 WAN 3 Rede1.2 Rede1.3 2 Roteador C 3 Rede2.2 Rede2.3 Rede3 1 switch LAN Tabela de Roteamento do Roteador C Rede3.2 Rede3.3 Rede Rede 3 Rede 1 Rede 2 PORTA C.1 C.2 C.3 NEXT HOP - A.3 B.3

11 Quadro e Pacote Pacotes são transportados no campo de dados dos quadros. Os pacotes IP são definidos pelo tipo 0x0800. QUADRO PACOTE DESTINO ORIGEM TIPO 0x0800 ORIGEM DESTINO DADOS CRC ENDEREÇO FÍSICO: definem o fabricante ENDEREÇO DE REDE: definem a posição

12 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 x z m Roteador Roteador REDE /8 SWITCH y z m d e f d y

13 Conexão de redes com tecnologia diferentes O endereçamento dos quadros é local ao enlace e o endereçamento do pacote é fim a fim. 3 Roteadores podem converter tecnologias PPP 1 2 O quadro pode mudar de acordo com o meio físico Ethernet Ethernet O pacote independe da tecnologia

14 Protocolos de Transporte Protocolos de transporte como o TCP e UDP introduzem um nível adicional de endereçamento para identificar processos. Processo A Processo B Processo C 1024 Porta Porta 80 Porta Porta TCP UDP TCP UDP Endereço IP Endereço IP IP IP End. Físico End. Físico Ethernet Ethernet END. FISICO END. IP MENSAGEM

15 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

16 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)

17 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

18 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 Camada de Transporte TCP, UDP aplicação S.O. transporte Camada de Rede IP pacote Interface de Rede Ethernet quadro

19 OSI - Open Systems Interconnection Model Modelo de referência para classificação de protocolos Aplicação Apresentação 7 6 Mensagens padronizadas entre aplicações específicas. Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy) Exemplos: HTTP, SSH, SMTP, SNMP, DNS, etc. 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 (Interno) Exemplos: TCP, UDP, SPX, NetBEUI/NETBIOS, etc. Roteamento dos pacotes entre redes diferentes Dispositivo de Rede: Roteador Exemplos: IPv4, IPv6, IPx, etc. Encaminhamento de pacotes dentro de uma rede local. Dispositivo de Rede: Ponte, Switch Exemplos: Ethernet, PPP, WiFi, Transmissão de bits através do meio físico. Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub

20 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

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

22 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.

23 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

24 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

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

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

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

28 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)

29 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

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

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

32 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:

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

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

35 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

36 Loopback = Transmissão Local Pacotes com endereço de loopback não são enviados ou recebidos pela rede. 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

37 ARP: Address Resolution Protocol O ARP faz a adaptação entre o Ethernet e o IP. O ARP é encapsulado diretamente dentro do Ethernet. Todo dispositivo de rede ao ser iniciado envia um ARP REQUEST para seu próprio endereço para detectar endereços duplicados. SWITCH SWITCH ARP REQUEST (broadcast) qual o MAC do IP ? a MAC destino b c ff:ff:ff:ff:ff:ff ARP REPLY (unicast) o MAC do IP é C

38 ARP Inundação de Broadcast ARP usa mensagens BROADCAST com alto impacto na rede. Para reduzir o tráfego ARP, os dispositivos que hospedam o protocolo IP utilizam uma CACHE, visível pelo comando: arp -a ARP Cache Interface: x10 Endereço IP Endereço físico Tipo f-09-0a-1c dinâmico a-4d-93-2a-4b dinâmico d6-05-b5 dinâmico d f-8c dinâmico c-30-5b-f7-7b-5f dinâmico fe dinâmico c-ea-1d-cf-a6-25 dinâmico d8-0f-99-c0-00-c7 dinâmico

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

40 Tipos de Comunicação Comunicação intra-rede Endereço FÍSICO DESTINO = MAC DO COMPUTADOR DE DESTINO. Comunicação inter-redes Endereço FÍSICO DE DESTINO = MAC DO ROTEADOR. O D INTRA-REDE SWITCH MAC DESTINO MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS O D INTER-REDES SWITCH R SWITCH MAC ROTEADOR MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS

41 Comunicação Inter-Redes = Roteamento Endereços IP de origem e de destino se mantém os mesmos durante todos os saltos de um pacote através de vários roteadores. Endereços MAC são modificados para endereçar os elementos participantes de cada salto. b a IPa IPd d c IPa IPd b roteador c IPb IPc a IPa O endereço IP do roteador nunca aparece no pacote * * NAT é exceção d IPd

42 Tabela de Roteamento FORMATO GERAL REDE DESTINO: GATEWAY ou NEXT-HOP: INTERFACE: eth0, ens33 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.

43 Rede de Destino FORMADA POR UM ENDEREÇO DE BASE E UMA MÁSCARA DE SUBREDE: (MASCARA ): Inclui 256 endereços: a (MASCARA ): Inclui endereços: a (MASCARA ): Inclui um único endereço: (MASCARA ) Inclui todos os endereços: até

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

45 Tabela do computador B Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou / eth0 ou / eth0 ou REDE /24 INTERNET roteador 1 roteador REDE / B eth0

46 Seqüência de Análise da Rota ROTAS SÃO ANALISADAS SEMPRE UMA ORDEM ESPECÍFICA: 1. ROTAS MAIS ESPECÍFICAS SÃO AVALIADAS PRIMEIRO Menos ZEROS na mascara 2. EM CASO DE EMPATE, ROTAS DE MENOR CUSTO SÃO AVALIADAS PRIMEIRO 3. EM CASO DE EMPATE, A ESCOLHA DA ROTA NÃO DEVE SER IMPORTANTE. Em alguns casos pode ser feito balanceamento de carga. CONSEQUENCIA: Cada rede na tabela de roteamento corresponde ao conjunto de IPs que ela representa menos todos os endereços das redes menores.

47 / /30 Tabela do Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem /24 não tem / REDE /24 INTERNET /24 roteador 1 roteador /24 REDE /24

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

49 Rota Default e Gateway Default Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou / eth0 ou / eth0 ou REDE /24 roteador 1 O roteador 1 é o gateway default da rede pois ele é o caminho para todas as demais redes roteador 2 INTERNET B eth0

50 / /30 Múltiplas Rotas e Custos Rede Destino Gateway Interface Custo / / / / /24 Não tem REDE /24 R1 10 Mbps R2 INTERNET R3 REDE /24

51 / /30 Múltiplas Rotas e Custos Rede Destino Gateway Interface Custo / / / / /24 Não tem REDE /24 R1 10Mbps=10 R2 INTERNET R3 REDE /24

52 / /30 Roteamento com Subredes REDE / / /25 A / /30 INTERNET roteador 1 roteador / /25 B REDE /25

53 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 / /

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