Internet e TCP/IP. Arquitetura TCP/IP. Encapsulamento. A camada de Rede. Camada de Rede: Objetivos. Redes de Computadores.
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- Eliana Balsemão Van Der Vinne
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1 Camada de Rede Reinaldo Gomes Redes de Computadores Conceitos Básicos Internet e /IP Internet Conjunto de redes de escala mundial, ligadas pelo protocolo IP /IP Família de protocolos de comunicação Serviços e acesso independente de tecnologia Permite a interconexão de redes físicas diferentes Interconexão realizada por roteadores Protocolo IP Não orientado a conexão, roteamento melhor esforço Não confiável, sem controle de fluxo e de erros simples baseado no endereço da rede de destino Arquitetura /IP Encapsulamento /IP = família de protocolos DNS SNMP DHCP NFS OSPF FTP HTTP SSH SMTP APLICAÇÃO Pacote da Aplicação UDP SCTP RTP TRANSPORTE CABEÇALHO Pacote ARP IGMP IP ICMP RARP ETHERNET, PPP, TOKEN RING, FDDI, X.5, ATM, SNA, 80.,... INTER-REDES ENLACE-FÍSICO CABEÇALHO CABEÇALHO IP CABEÇALHO CABEÇALHO CABEÇALHO ETHERNET IP RODAPÉ ETHERNET Pacote IP Pacote Ethernet Camada de Rede: Objetivos Transferência de pacotes da origem para o destino Vários saltos (hops) intermediários no caminho Elementos de rede: roteadores ou comutadores Principal função: roteamento (encaminhamento) Outras funções Controle de Congestionamento Negociação de QoS Interconexão de redes A camada de Rede Transporta segmentos do host transmissor para o receptor No lado transmissor, encapsula os segmentos em datagramas No ld lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte Protocolos da camada de rede em cada host roteador Roteador examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele
2 e Encaminhamento : estabelecimento dos melhores caminhos (rotas) Encaminhamento: processo de despachar cada pacote ao seu destino ou sistema intermediário Entrada Plano de controle Plano de encaminhamento Tabela de Mecanismos de Encaminhamento de Pacotes Protocolo de Saída Questões de projeto Serviços oferecidos à camada de Transporte Devem ser independentes da tecnologia da sub-rede Proteção contra tipo, quantidade e topologia das sub- redes s devem ter plano de numeração único Tipos de Serviço Orientado a conexão Sem conexão Organização Interna Circuitos Virtuais (CVs) Analogia aos circuitos físicos da rede telefônica Rede complexa e segura Geralmente orientada a conexões (conexões na camada de rede são geralmente chamadas de circuitos it virtuais) i Ex.: Redes ATM Datagramas Analogia com o serviço de telegramas Rede simples e não confiável Geralmente é não orientada a conexões (mas pode ser) Ex.: Internet Circuitos Virtuais Usado para estabelecer, manter e encerrar conexões Usados em ATM, frame-relay e X-5 Não é usado na Internet atualmente Rede de Datagrama Não é estabelecida conexão na camada de rede Roteadores: sem estado sobre conexões fim-a-fim O conceito conexão não existe na camada de rede Pacotes são encaminhados para o endereço do host de destino Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas Circuito Virtual X Datagrama Questão Configuração de Circuito Endereçamento Informação de Estado Efeito de falhas do roteador Controle de congestionamento Subrede de Datagrama Não necessária Cada pacote contém endereços da fonte e do destino Subrede não mantém informação de estado Cada pacote é roteado independentemente Nenhuma, exceto a perda de pacotes durante a falha Difícil Subrede de Circuito Virtual (VC) Requerida Cada pacote contém um número de CV Cada CV requer espaço na tabela da subrede Rota escolhida quando CV é configurado; todos os pacotes seguem esta rota Todos os CVs que passam pelo roteador com falha são Terminados Fácil se memória suficiente tiver sido alocada a priori para cada CV
3 Algoritmo de roteamento Parte da camada de rede responsável pela decisão sobre a linha de saída para a transmissão de um pacote Pode ser implementado por um protocolo de roteamento, ou executado de maneira estática Protocolo de roteamento Software utilizado pelos roteadores para que eles estabeleçam tabelas de roteamento consistentes Qualquer protocolo de roteamento deve comunicar informação da topologia da rede para todos os outros roteadores, para tomar decisões de roteamento Datagramas Decisão de roteamento deve ser tomada a cada pacote Circuitos Virtuais Decisão de roteamento é tomada somente no estabelecimento da conexão Também chamado de roteamento por sessão (session) Requisitos dos Protocolos de Minimizar o tamanho da tabela de roteamento Tamanho pode inviabilizar implementação eficiente Minimizar as mensagens de controle Podem prejudicar desempenho da rede Robustez Deve evitar laços e oscilações no funcionamento Usar caminhos ótimos Escolher o melhor caminho Classes de Algoritmos de Não adaptativo (estático) Decisão do roteamento não é baseada em estimativas de tráfego atual e da topologia Adaptativo (dinâmico) Muda decisões de roteamento para refletir mudanças na topologia, bem como, no tráfego Métricas Custo, caminho, carga, tamanho da fila A camada de Rede Cabeçalho IP Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros: Camada de Transporte:, UDP Camada de rede Prot. de roteamento Escolha de caminhos RIP, OSPF, BGP Tabela de rotas Protocolo IP Endereçamento Formato dos datagramas Tratamento de pacotes Protocolo ICMP Aviso de erros Sinalização de rotas Camada de enlace Camada física 3
4 Cabeçalho IP versão do protocolo IP tamanho do header (bytes) classe de serviço número máximo de saltos (decrementado em cada roteador) protocolo da camada superior com dados no datagrama 3 bits ver head. type of len service length 6-bit identifier flgs fragment offset time to proto- Internet live colo checksum 3 bit endereço IP de origem 3 bit endereço IP de destino Opções (se houver) data (tamanho variável, tipicamente um segmento ou UDP) tamanho total do datagrama (bytes) para fragmentação/ remontagem Ex.: marca de tempo, registro de rota, lista de roteadores a visitar Campos do cabeçalho IP Campo Bits Descrição Version 4 Identifica a versão do protocolo IP (IPv4, IPv6) Header Length 4 Tamanho do cabeçalho (deve ser múltiplo de 3 bits). Se for 0 bytes, deve indicar 5 (5 3 = 60 bits, ou 0 bytes). Type-of-Service 8 Para permitir priorização de pacotes, dependendo da aplicação. s Total Packet Length 6 Tamanho total do pacote em bytes, incluindo cabeçalho e dados Identifier 6 Identifica partes de um pacote fragmentado, para ajudar remontagem ation s 3 Informações e controle sobre fragmentação (ex: instrução para roteadores não fragmentarem o pacote) ation Offset 3 Posição dos dados deste pacote (fragmentado) em relação ao pacote original (não fragmentado). Múltiplo de 8 bytes. Campos do cabeçalho IP ação e remontagem Campo Bits Descrição Time-to-Live 8 Indica o número restante de hops que o pacote pode seguir antes de ser considerado inválido e descartado. Protocol Identifier 8 Identifica o protocolo da camada superior, contido no corpo do pacote. Header Checksum 6 Checksum do cabeçalho IP Source IP Address 3 IP do remetente do pacote Destination IP 3 IP do destinatário do pacote Address Options (optional) varia Opções adicionais para type-of-service, Source Routing, Timestamp etc. Raramente usado. Padding (if required) varia Se um pacote não for múltiplo de 3 bits, informações nulas são adicionadas para completar o tamanho. Data varia Os dados que o IP deverá carregar (, UDP, o, outros protocolos, dados puros ICMP,...) MTU - Maximum Transmit Unit é o tamanho máximo que um pacote pode ter MTU é padronizado de acordo com a interface física Cada roteador deve fragmentar o pacote antes de encaminhá-lo para uma interface, no caso do tamanho original ser maior que o MTU Topology MTU (in bytes) Defined By Hyperchannel 65,535 RFC MB/s Token Ring 7,94 IBM 80.4 Token Bus 8,66 RFC 04 4 MBs Token Ring 4,464 RFC 04 FDDI 4,35 RFC 390 DIX Ethernet,500 RFC 894 Point-to-Point Protocol (PPP),500 RFC Ethernet,49 RFC 04 Serial-Line IP (SLIP),006 RFC 055 X.5 & ISDN 576 RFC 356 ARCnet 508 RFC 05 ação e remontagem Identifier Reserved May More s Exemplo: Pacote original tem tamanho total 4464 e será encaminhado por uma interface Ethernet Deverá ser fragmentado Offset Packet Length , , , ação e remontagem Identifier Reserved May More s Offset Packet Length , , , Cada fragmento pertence a um mesmo pacote original (mesmo valor no campo ation ti Identifier) O primeiro bit do campo "s" deve ser 0 (reservado) os não podem novamente ser fragmentados, logo "May " deve ser 0. O flag "More s" indica se existe mais fragmentos adiante o. fragmento " Offset" = 0, tam=500 (0+480) bytes o. fragmento " Offset" = 85 (480/8), tam=500 3o. fragmento " Offset" = 370 ((480 )/8), tam=500 4o. fragmento " Offset" = 555 ((480 3)/8), tam=4 (0+4) 4
5 Classes de s IP 8 bits 4 bits Endereçamento IP Classe A Classe B 0 6 bits 0 6 bits 7 =8 redes 4 -= hosts 4 =6.384 redes 6 -= hosts Classe C 4 bits 8 bits 0 w x y z = redes 8 -=54 hosts s IP IP s especiais Subredes privadas Não podem ser publicados na Internet 0.x.x.x (classe A) 7.6.x.x x.x (classe B) 9.68.x.x (classe C) s especiais este host host 4 nesta rede todos os hosts desta rede N.N.N.55 todos os hosts da rede N.N.N 7.X.X.X Loopback Alguns endereços inválidos para hosts IP do host não pode ser IP do host não pode ser Subrede não pode ter valor Parte do endereço não pode ter valor Parte do endereço não pode ter valor Parte do endereço não pode ter valor 55 de subrede A máscara serve para indicar qual parte do endereço IP identifica o endereço de rede e qual parte identifica o endereço do host os bits indicam a parte do endereço da rede os bits 0 indicam a parte do endereço do host s default: Classe A Classe B Classe C Executa-se um AND lógico entre os bits da máscara e endereço IP e obtém o Network Address No endereço da rede todos os bits do host são 0 No endereço de broadcast, todos os bits do host são Exemplo: IP classe B Network Address Network Broadcast s de Subrede de subrede IP da rede Identificando a Rede e o Host.00 do Host 5
6 s de Subrede s de Subrede IP IP de subrede de subrede da rede da rede Classe A Classe B s de Subrede Determinando hosts locais e remotos Exemplo IP A Hosts A e B são locais D de subrede da rede B E Classe C C Subnet Mask F Determinando hosts locais e remotos Atribuindo endereços das redes Exemplo A Hosts A e D são remotos D B E C Subnet Mask F
7 Atribuindo endereços dos hosts Subredes Internet Tráfego para a rede Hub Rede /4 = Dividindo um Classe C em subredes Exemplo: Rede Com máscara de subrede Mascara = subrede, notação /4 Network from Hosts to Broadcast Address Rede com máscara de subrede Mascara = subredes, notação /5 Network Hosts from to Broadcast Address Dividindo um Classe C em 4 subredes Rede com máscara de subrede Mascara = subredes, notação /6 Network from Hosts to Broadcast Address Subredes Internet Tráfego para a rede Hub Hub MASK= Rede /6 MASK= Rede /6 7
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