Bacharelado em Informática TCP/IP TCP/IP. Disciplina: Internet e Arquitetura TCP/IP. Protocolos Inter-rede. Inter-rederede

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1 Bacharelado em Informática Disciplina: Internet e Arquitetura Arquitetura OSI Arquiteturas de Arquitetura IEEE Arquitetura Internet Inter-rede Apresentação Sessão Prof. Sérgio Colcher colcher@inf.puc-rio.br Transporte Rede Transporte Inter-rederede Enlace Físico LLC MAC Físico Sub-Rede Copyright by TeleMídia Lab. 2 do nível inter-rederede O Protocolo (Internet Protocol) IMP ICMP Transporte ARP RARP Intra-rederede R OSPF Realiza função de roteamento Roteamento entre redes Oferece um serviço de datagrama não confiável Protocolo sem conexão Confiabilidade deve ser fornecida pelas camadas superiores Fornece um endereçamento independente da estrutura ou do endereçamento de cada sub-rede Transporte Inter-rederede Sub-Rede 3 4

2 79: Internet Protocol RFCs 99: Broadcast Datagrams 922: Broadcast Datagrams with Subnets 950: Subnet Extensions 22: Requirements for Hosts-Communication Layers 23: Requirements for Hosts-Application & Support 82: Requirements for Routers São números de 32 bits. Endereços Um endereço identifica um host em uma determinada rede física Endereçamento hierárquico composto de parte de rede e parte de host: Troca de rede = troca de endereço. Rede A End. na Rede A End na Rede B Rede B Rede Host Parte comum a todas as Estações em uma mesma rede 5 6 Endereços : Notação de Ponto Notação de ponto decimal e hexadecimal D0.F5.C.A3 7 8

3 Classe A Classe B Classe C Classe D Classe E Endereços : Primeiro com Classes Octeto Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 0 netid hostid 0 netid hostid 0 netid hostid 0 0 Endereço Multicast Reservado para uso futuro Delegação de endereços na Internet ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) Antiga IANA Controle sobre os prefixos Política de distribuição No Brasil Registro.br (FAPESP) ISPs (Internet Service Providers) Top level: lobal-one, Embratel, RNP,... APNIC ISP ISP ICANN ARIN Registro.br (FAPESP) ISP ISP ISP RE NCC Classe A: X X X X.X.X X X X X.X.X Endereços especiais Classe B: X X X X 28..X.X X.X NETID HOSTID Endereço da rede X Classe C: Classe D: X X X X X X X X X X 224.X.X.X 239.X.X.X Broadcast direto X... Broadcast limitado Esse host Loopback geralmente X Classe E: X X X X X X 240.X.X.X 247.X.X.X 2

4 Endereços de rede e host Exemplo Na mesma rede A B Determinação da Classe: CLASSE C 0 netid hostid Hosts estão na mesma Rede? Na classe C, os 3 primeiros bytes são o end. de rede. Logo, os dois endereços estão na mesma rede Rede = Host A = 37 Host B = 48 4 Endereços de rede e host Exemplo Em redes distintas A Roteador B Determinação da Classe: CLASSE C netid hostid Hosts estão na mesma Rede? Na classe C, os 3 primeiros bytes são o end. de rede. Logo, os dois endereços estão na mesma rede Rede = Host A = 37 Rede 2 = Host B = 48 6

5 Em redes distintas Endereços de rede e host máquinas ligadas a mais de uma rede possuem mais de um endereço Multi-homed host Roteador Formato de um datagrama Octeto Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 VERS HLEN SERVICE TYPE IDENTIFICATION TIME TO LIVE PROTOCOL FLAS SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS (IF ANY) TOTAL LENTH FRAMENT OFFSET HEADER CHECKSUM PADDIN DATA Campos do datagrama Campos do datagrama VERS HLEN SERVICE TYPE TOTAL LENTH VERS = 4 FLAS FRAMENT OFFSET IDENTIFICATION TIME TO LIVE PROTOCOL SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS (IF ANY) DATA... HEADER CHECKSUM PADDIN HLEN = N x 4 octetos (20 a 64 bytes) TLEN = até octetos VERS HLEN SERVICE TYPE TOTAL LENTH VERS = 4 FLAS FRAMENT OFFSET IDENTIFICATION TIME TO LIVE PROTOCOL SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS (IF ANY) DATA... HEADER CHECKSUM PADDIN HLEN = N x 4 octetos (20 a 64 bytes) TLEN = até octetos ANTIO: RENOMEADO PARA DS 9 20

6 VERS Campos do datagrama HLEN SERVICE TYPE IDENTIFICATION TIME TO LIVE PROTOCOL SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS (IF ANY) TTL decrementado em cada roteador de ou mais DATA... FLAS TOTAL LENTH FRAMENT OFFSET HEADER CHECKSUM TCP = 6 UDP = 7 ICMP = EP = 8 OSPF= 89 PADDIN Alterado a cada roteador Bacharelado em Informática do Nível Disciplina: Inter-Rede Protocolo e endereçamento Transmissão sobre redes Roteamento Fragmentação e Remontagem Opções 2 Copyright by TeleMídia Lab. 22 Transmissão sobre redes Envio direto: não há a participação de nenhum roteador S H D H Rede A Rede B Inter-rederede Rede C Rede D H Rede E H H H Transmissão sobre redes -ATM RFC 577 -FR RFC 490 -FDDI RFC 483 -Eth RFC 894 -IEEE802IEEE802 RFC 042 -SL RFC 055 -XX RFC 32 -SCSI RFC 243 (Experimental) 23 24

7 Transmissão sobre redes Redes ponto-a-ponto (PPP, SL, HDLC,...) As máquinas estão ligadas diretamente Eventualmente não há endereço físico, apenas a identificação da ligação Não há necessidade de mapeamento de endereço Redes ponto a ponto HDLC, PPP, SL 7 48 Rede = Transmissão sobre redes Redes ponto-a-ponto Redes de múltiplo acesso NBMA (Non-Broadcast Multiple Access) WANs (X.25, ATM, SNA,...) A rede possui uma estrutura própria de endereçamento, mas não possui facilidade de broadcast Mapeamento entre o endereço físico e o endereço mapeamento direto associação dinâmica por meio de servidores de resolução (Ex.: ATMARP servers utilizados em ATM) 7 ATM Redes NBMA Servidor de Resolução de Endereços Rede =

8 Transmissão sobre redes Redes ponto-a-ponto Redes de múltiplo acesso (NBMA) Redes de Acesso por Difusão (BMA - Broadcast Multiple Access) LANs (Ethernet, Token Ring,...) A rede possui uma estrutura própria de endereçamento, e possui facilidade de broadcast Mapeamento entre o endereço físico e o endereço mapeamento direto associação dinâmica por meio de servidores de resolução uso da facilidade de broadcast Ethernet Redes de meio compartilhado 0D.0A.F E.0B Rede = e redes de meio compartilhado É possível um host descobrir o endereço físico de outro na mesma rede, sabendo apenas o endereço do mesmo? Protocolo ARP (Address Resolution Protocol) ARP: permite o mapeamento de endereços em endereços físicos Ethernet, Token-Ring, FDDI, etc... para ARP RFC 826 RARP RFC 903 UnARP RFC 868 Inverse ARP RFC 2390 Transporte Inter-rederede Int. de adaptação Intra-rederede 3 32

9 33 34 destino = Destino está na mesma rede ( ) Como enviar para esta máquina? Qual o MAC Destino? A mensagem fica esperando e o protocolo ARP é acionado

10 ARP Req ARP Req Preâmbulo Destino FF.FF.FF. FF.FF.FF Endereço de Broadcast Origem 0D.0A x806 Dados (ARP Request) FCS Type = ARP ARP Req ARP Req 39 40

11 ARP Req ARP Req 4 42 ARP Req ARP Req ARP Req A camada de Enlace passa para O ARP, que descarta o pacote pois não sabe responder à pergunta 43 44

12 ARP Req ARP Req ARP Reply ARP Reply Preâmbulo Destino 0D.0A Origem F.6D ARP Dados (ARP Reply) FCS Type = ARP 47 48

13 ARP Reply ARP Reply ARP Reply Esse quadro não chega a ser processado pelo ARP pois a camada MAC rejeita o quadro ARP Reply ARP Reply 5 52

14 Tabela ARP F.6D Tabela ARP Note que Note que Tabela ARP Finalmente aquele pacote pode ser transmitido carregando uma mensagem TCP que, por sua vez, carrega um comando da 55 56

15 Formato do quadro ARP Octeto Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4 HARDWARE TYPE HLEN PLEN SENDER HA (octets 0-3) PROTOCOL TYPE OPERATION SENDER HA (octets 4-5) SENDER (octets 0-) SENDER (octets 2-3) TARET HA (octets 0-) TARET HA (octets 2-5) TARET (octets 0-3) Preâmbulo F.6D D.0A TCP FCS Ethernet = Token Ring = 4 Formato do quadro ARP HARDWARE TYPE HLEN PLEN SENDER HA SENDER SENDER HA TARET HA TARET OP = : ARP Request OP = 2: ARP Response OP = 3: RARP Request OP = 4: RARP Response OP = 8: Inverse ARP Request OP = 9: Inverse ARP Response 59 PROTOCOL TYPE OPERATION SENDER TARET HA = 2048 AppleTalk = HLEN = Hardware Length PLEN = Protocol Length Formato do quadro ARP HARDWARE TYPE HLEN PLEN SENDER HA SENDER SENDER HA TARET HA TARET 60 PROTOCOL TYPE OPERATION SENDER TARET HA

16 Cache ARP ARP e Broadcast # IF Index End. Fis. End. Tipo destino = Tipos: - valor com mapeamento dinâmico - valor com mapeamento estático - linha inválida (timeout do cache, conflito, ) Destino é broadcast usa a facilidade de broadcast da intra-rede, rede, sem precisar acionar o ARP 6 62 ARP e conflito de ARP pode ser usado também: Durante boot: host testa se o seu endereço já está sendo utilizado Se algum host responder, o módulo não é iniciado com aquele endereço e um erro Duplicate Address Found é retornado Periodicamente: host atualiza cache dos outros hosts (ratuitous ARP) Servidores acessados freqüentemente Comando arp (Windows e Unix): arp -a (Mostra a tabela ARP atual) arp -d <> (Deleta um registro da tabela ARP) arp -s <> <MAC> (Faz um mapeamento ARP estático) Bacharelado em Informática do Nível Disciplina: Inter-Rede Protocolo e endereçamento Transmissão sobre redes Roteamento Fragmentação e Remontagem Opções 63 Copyright by TeleMídia Lab. 64

17 Como decidir o caminho? O destino de um datagrama pode ser: a própria estação transmissora uma estação ligada à mesma rede do transmissor uma estação ligada a uma outra rede Roteamento pode ser feito: sabendo a rota completa = pouco usado conhecendo apenas o próximo roteador (next-hop routing) = como o normalmente funciona Next-hop routing Como um host sabe para qual roteador enviar? Como um roteador sabe alcançar o destino? Hosts e roteadores possuem uma tabela de rotas Tabela contém pares (Rede Destino, Próx. Roteador) Roteadores indicados em Próx. Roteador estão na mesma rede do detentor da tabela O datagrama carrega somente os endereços dos hosts de origem e destino Como isso pode funcionar? Next-hop routing em A quer enviar dados até B de A descobre que B não está na mesma rede de A verifica em sua tabela de rotas que, para alcançar B, deve usar o roteador 48 Preâmbulo 0D.0A Next-hop routing de A pede ao ARP para resolver endereço do roteador 48 Resultado: h FCS destino = Roteador Roteador OD.OA FF

18 Next-hop routing Quadro encapsulando datagrama é enviado pela rede Next-hop routing Roteador recebe um quadro endereçado fisicamente a ele... Roteador Roteador OD.OA FF OD.OA FF Next-hop routing... encapsulando um datagrama direcionado a B do roteador descobre que B está na mesma rede que uma de suas interfaces destino = Preâmbulo 0D.0A FF Next-hop routing do roteador pede ao ARP para resolver endereço Resultado: OD.OA FF h FCS Roteador Roteador OD.OA FF OD.OA FF

19 Next-hop routing Quadro encapsulando datagrama é enviado pela rede Next-hop routing B recebe um quadro endereçado fisicamente a ele... Roteador Roteador OD.OA FF OD.OA FF Next-hop routing... encapsulando um datagrama direcionado a ele também!!! de B passa datagrama para os níveis superiores destino = Roteador OD.OA FF Atualização da tabela de rotas Roteamento Estático Tabelas de rotas configuradas manualmente Simples Não adaptativo Viável apenas em pequenas inter-redesredes Roteamento Dinâmico Tabelas de rotas configuradas por meio de algum mecanismo automático de divulgação de rotas (R, R2, OSPF, BP-4) Adaptativo Muito complexo 75 76

20 Propagação automática de rotas Exemplos de tabela de rotas de Divulgação de Rotas Tabela de Rotas Internet Protocol eth0 eth R R R Tabela de Rotas: eth eth Internet default Exemplos de tabelas de rotas (II) Exemplos de tabelas de rotas (II) Interface Interface Rede ateway XXX YYY ZZZ ZZZ YYY Prioridade de escolha: + rota específica rota para rede rota default Flags Interface ZZZ Representação da rota específica Representação da rota default 79 80

21 Bacharelado em Informática do Nível Disciplina: Inter-Rede Protocolo e endereçamento Transmissão sobre redes Roteamento Fragmentação e Remontagem Opções Caso ideal: Tamanho dos datagramas datagrama área máxima de dados dos quadros das diversas redes físicas MTU - Maximum Transmission Unit Existem vários tipos de redes com diferentes MTUs FDDI = max 4470 bytes Ethernet = max 500 / max 492 (IEEE 802.3) Token-Ring = max 2048 bytes Como determinar um tamanho máximo ideal? Copyright by TeleMídia Lab Tamanho dos datagramas Módulo em cada host escolhe um tamanho máximo conveniente para seus datagramas Datagramas precisam ser fragmentados caso a MTU de alguma rede intermediária seja menor que o tamanho inicial usado pelo host de origem Fragmentação e Remontagem Rede Rede Rede 2 MTU=500 2 Rede

22 Fragmentação e Remontagem Fragmentação e Remontagem Rede 4 Rede Rede Rede 2 MTU=500 2 Rede 3 Rede 3 2 Rede 2 MTU=500 2 Rede Tamanho dos datagramas Módulo em cada host escolhe um tamanho máximo conveniente para seus datagramas Datagramas precisam ser fragmentados caso a MTU de alguma rede intermediária seja menor que o tamanho inicial usado pelo host de origem Fragmentos precisam de campos que permitam seu roteamento Rede Fragmentação e Remontagem Rede 2 MTU=500 Rede Rede

23 Fragmentação e Remontagem Fragmentação e Remontagem Rede 4 Rede Rede 3 Rede 2 MTU= Rede 3 Rede 3 Rede 2 MTU=500 2 Rede Considerações sobre fragmentação e remontagem Fragmentos só são remontados no destino Fragmentos podem ter percorrido caminhos diferentes Fragmentação e Remontagem 2 Rede Rede Rede 2 MTU= Rede

24 Fragmentação e Remontagem Fragmentação e Remontagem Rede 4 Rede Rede Rede 2 MTU= Rede 3 Rede Rede 2 MTU=500 2 Rede Fragmentação e Remontagem Fragmentação e Remontagem Rede 4 Rede Rede Rede 2 MTU=500 2 Rede 3 Rede Rede 2 MTU=500 2 Rede

25 Rede Fragmentação e Remontagem 3 Rede 2 MTU=500 Rede Rede 3 Considerações sobre fragmentação e remontagem Pode ocorrer fragmentação já no host de origem se o protocolo de nível superior requisitar de uma única vez o envio de grande quantidade de dados Porém, há mecanismos nos níveis superiores que permitem a seus protocolos aprender a MTU local Temporizador controla a remontagem no destino O datagrama inteiro é descartado se algum fragmento não chegar a tempo VERS HLEN SERVICE TYPE IDENTIFICATION TIME TO LIVE Campo FLAS do datagrama PROTOCOL SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS (IF ANY) DATA... FLAS TOTAL LENTH FRAMENT OFFSET HEADER CHECKSUM PADDIN 3 bits Múltiplos de 8 octetos TOTAL LENTH informa tamanho do fragmento. Só último fragmento determina tamanho do datagrama original, (através de TOTAL LEN e FRAMENT OFFSET). Exemplo de fragmentação A quer transmitir datagrama de 4000 octetos de dados para B Quantos fragmentos serão gerados na Rede 2? A Tam. datagrama = 4020 B Identificador da Mensagem (não do datagrama) NU DNF MF More Fragments Bit Do Not Fragment Bit (datagrama descartado e erro enviado para origem) Não utilizado Rede MTU=4500 Rede 2 Rede 3 MTU=

26 UDP Primeiros 480 octetos 20 OCTETOS 4000 OCTETOS UDP Fragmento Fragmento 2 0F DVB9834H4K432BVIVV FVNEOFVHNOEF9345F J FJJFV UDP 0FD Próximos 480 octetos Fragmento UDP Múltiplos de 8 octetos AFF Últimos 040 octetos eneralidade: Fragmentação e Remontagem Permite datagramas de tamanho variado Eficiência: Vantagens Fragmentos são roteados independentemente Possibilidade de rotas alternativas Desvantagens Confiabilidade: se algum fragmento é perdido o datagrama deve ser retransmitido integralmente Eficiência: Datagramas só são remontados no destino Aumento do número de pacotes circulando pelas redes 02