Curso: Sistemas de Informação Disciplina: Redes de Computadores Prof. Sergio Estrela Martins

Transcrição

1 Curso: Sistemas de Informação Disciplina: Redes de Computadores Prof. Sergio Estrela Martins Material de apoio

2 2 Esclarecimentos Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a leitura da bibliografia básica. Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais. Bibliografia básica: FOROUZAN, Behrouz A.. Comunicação de Dados e Redes de Computadores. 4ª ed. São Paulo: McGraw-Hill, TANENBAUM, Andrew S.. Redes de computadores : plt. 4ª ed. Rio de Janeiro: Campus - Elsevier, KUROSE, James F.. Redes de Computadores e Internet : Uma Abordagem Top Down. 3ª ed. São Paulo: Pearson Addison Wesley, STALLINGS, William,. Redes e Sistemas de Comunicação de Dados. 5ª ed. Rio de Janeiro: Campus - Elsevier, 2005.

3 REDES DE COMPUTADORES Capítulo 4 Camada de Rede e Endereçamento IP Material de apoio

4 4 Camada de Rede Transporta segmentos de informação da aplicação do hospedeiro transmissor para a aplicação do hospedeiro receptor. No lado transmissor encapsula os segmentos recebidos da camada de transporte, em datagramas que serão transmitidos. No lado receptor, entrega os segmentos à camada de transporte. Existem protocolos da camada de rede em cada hospedeiro e nos roteadores. O Roteador é o elemento característico da camada de rede. O Roteador examina os campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele e decide para onde enviá-los.

5 5 Conectividade LAN-to-LAN Roteadores encapsulam e de-encapsulam pacotes de dados no seu percurso pela rede quando eles são transferidos do sistema X ao Y. X C Y AA Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical B A B C Network Network Network Data Link Data Link Data Link Physical Physical Physical Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical

6 6 Determinação do caminho do pacote (path) Roteadores encontram o melhor caminho através da rede: Tabelas de Roteamento (Routing tables) dentro dos roteadores contém a informação da topologia da rede. É usada para determinar o roteamento. A decisão do roteador é local: escolher com base na Tabela de Roteamento, qual a porta de saída para encaminhamento do pacote IP recebido Which Path?

7 7 Implementação de Circuito Virtual (CV) Caminho (rota) da origem até o destino. Durante o processo de estabelecimento do CV, um número de identificação do CV é atribuído em cada enlace ao longo do caminho fim-a-fim. Os números de identificação dos CVs são armazenados nas Tabelas de Comutação dos roteadores ao longo do caminho, na forma de uma relação DE-PARA. O número de CV gravado no pacote de dados deve ser trocado em cada enlace, de acordo com a Tabela de Comutação. Os novos números de CV são identificados na tabela de comutação e indicam o número de CV a ser utilizado no enlace seguinte da rota. Tabela 2-10 R Tabela 2-5 Host R 2 Tabela Circuito Virtual 10 R 18 Tabela 18-2 R 2 R 5 Host

8 8 Redes de Datagrama Não existe estabelecimento de conexão na camada de rede. Roteadores: O conceito conexão não existe na camada de rede datagrama. Pacotes são encaminhados baseado no endereço do host de destino. Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas. Os roteadores têm processos de decisão de roteamento que analisam e decidem para onde rotear os pacotes.

9 9 Algumas métricas de roteamento Comprimento do caminho (path): total de hops (enlaces/ pulos) ou total dos custos de cada hop do path. Confiabilidade (Reliability): taxa de falhas (MTBF), tempo de recuperação de falha (MTTR), taxa de erros (bits errados). Atraso da rede (Delay): tempo decorrido para o pacote chegar ao seu destino (tamanho das filas, congestionamento da rede, distância física percorrida pelo pacote. Largura de faixa (velocidade do link) e carga (% de ocupação): depende da velocidade do link e forma de uso. Custo de comunicação ($): custo operacional dos links (OPEX).

10 10 Exemplo da montagem da Tabela de Roteamento Referência: Roteador #1 D estinatário P róxim o H op C usto R1 R1 0 R2 R2 13 R3 R2 15 R4 R4 6 R5 R2 25 R6 R4 26

11 11 Roteamento Estático (Static Routing) A Tabela de Roteamento é atualizada manualmente pelo Administrador da Rede. Benefícios: Reflete o conhecimento do Administrador sobre a topologia. Privacidade não é compartilhado como parte de um processo de atualização com os demais roteadores. Evita a sobrecarga de processamento devido ao roteamento dinâmico. Uso quando a rede é Terminada, isso é, quando o roteador só tem uma porta de acesso ao resto da rede. A LAN B

12 12 Roteamento Dinâmico (Dynamic Routing) Os roteadores trocam informações sobre a topologia e funcionalidade da rede entre si e atualizam suas Tabelas de Roteamento. Uma mudança no caminho preferencial (AD-DC) altera a nova rota para (AB-BC) até que AD seja restaurado e nova atualização da Tabela Roteamento irá ocorrer. A B A B X X D C D C

13 13 Objetivos dos Algoritmos de Roteamento Otimização: seleção da melhor rota com base em métricas e ponderações (pesos) usados nos cálculos. Simplicidade e baixa carga de processamento: softwares leves. Robustez e estabilidade: desempenho adequado mesmo diante de situações não previstas (exemplo: alto tráfego). Rápida convergência: as informações sobre as melhores rotas são rapidamente recebidas e incorporadas pelos roteadores envolvidos (lentidão na convergência pode gerar loops ou quedas da rede). Flexibilidade: adaptação rápida e precisa às mudanças da rede (disponibilidade do roteador, velocidade dos links, dimensionamento de filas de entrada e saída e atraso (latência) dos pacotes, etc..).

14 14 Algoritmos de Roteamento Algorítmo Link State de roteamento dinâmico O roteador mantém o mapa lógico de toda a rede. Os roteadores somente trocam informações entre si quando ocorrer uma mudança na rota ou serviço. Os mapas da rede vão sendo construídos em cada roteador ( convergência ). Roteador inunda ( flooding ) a rede com informações de todos os seus enlaces (conexões para redes e conexões para outros roteadores) e as alterações são conhecidas imediatamente. Eficiente, mas é mais complexo para configurar. Conhecido como Primeiro Caminho Mais Curto (Shortest Path First). Exemplo: OSPF Open Shortest Path First.

15 15 Algoritmos de Roteamento Algorítmo Distance Vector de roteamento dinâmico O roteador mantém o mapa lógico de parte da rede. Somente os roteadores vizinhos trocam, periodicamente, mensagens de suas tabelas de roteamento entre si, mesmo que não tenham sido alteradas desde a última troca de informações. A Tabela de Roteamento tem informação necessária para atingir o próximo roteador na direção de cada um dos roteadores existentes na rede (Próximo Hop). Também chamado roteamento por rumor (routing by rumor). Fácil de configurar, mas é um processo mais lento de aprendizado para os roteadores otimizarem suas Tabelas de Roteamento. Exemplo: RIP e IGRP.

16 Endereçamento IP

17 17 Endereçamento IP O endereço IP é composto por 4 octetos (total de 32 bits) e é usado para identificar um host na rede. Todo endereço IP é composto por: Endereço de Rede: Esta parte do endereço IP identifica o número da rede. Endereço de Host: Esta parte do endereço IP identifica o número do host dentro da rede. Máscara IP: bits 1 indicam a posição dos bits do endereço IP correspondentes ao endereço da rede. End.Rede End. Host Endereço IP Máscara IP Ele é representado na forma de notação decimal: cada byte é expresso em notação decimal e ele é separado por ponto. Cada byte varia de 0 à 255 ( à ). Por exemplo:

18 18 Interfaces de Rede O endereço IP de rede é associado a cada uma das interfaces que o host ou roteador: Se o host possui uma única interface de rede (como um PC na LAN), ele possui somente um endereço IP. Se o host possui X interfaces de rede (como um router conectado a várias redes), ele possui X endereços IP Network Network

19 19 Endereçamento IP Classes Primárias do endereço IP 32 bit CLASSE A 0 Rede (8 Bits) Host (24 Bits) CLASSE B 1 0 Rede (16 Bits) Host (16 Bits) CLASSE C Rede (24 Bits) Host (8 Bits)

20 20 Endereçamento IP Classe de end. IP é identificada pelo valor do 1º octeto do endereço IP Bits Classe A 1 à Classe B Classe C Multicast 1 Reservado 128 à à à à 255

21 21 Endereçamento IP Representação Binária dos octetos da mascara IP Decimal Binário

22 22 Endereçamento IP Máscara da Classe A CLASSE A Rede (8 Bits) Host (24 Bits) Rede (8 Bits) Host (24 Bits) Binary = Decimal =

23 23 Endereçamento IP Máscara da Classe B CLASSE B Rede (16 Bits) Host (16 Bits) Rede (16 Bits) Host (16 Bits) Binary = Decimal =

24 24 Endereçamento IP Máscara da Classe C CLASSE C Rede (24 Bits) Host (8 Bits) Rede (24 Bits) Host (8 Bits) Binary = Decimal =

25 25 Endereçamento IP Endereço de identificação da Rede: Os endereços IP são usados para referenciar as redes e seus hosts individuais. Por convenção o endereço IP que possui a identificação do Host toda preenchida por bits 0, identifica o número da rede. Endereço de identificação da rede Net ID Host ID

26 26 Endereçamento IP Endereço de identificação do 1º e último host da rede Endereço do 1º Host da rede Net ID Host ID Endereço do último Host da rede Net ID Host ID

27 27 Endereçamento IP O endereço de broadcast é utilizado para enviar mensagens a todos os hosts de uma rede específica. Por convenção, no endereço de Broadcast todos os bits da identificação de Host são bits 1. Endereço de Broadcast da rede Net ID Host ID

28 28 Endereçamento IP Quantidades de Redes e Hosts por classe Número máximo de redes por classe Número máximo de hosts por rede A 2 7 = = B 2 14 = = C 2 21 = = 254 Retiram-se as 2 combinações que correspondem ao endereço da rede e o de broadcast

29 29 Endereçamento IP CIDR: Classless InterDomain Routing A porção de endereço de rede tem tamanho arbitrário. Formato do endereço: A.B.C.D/x, em que x é o número de bits na parte de rede do endereço. parte de parte de rede hospedeiro /23

30 30 Sub-Redes Sub-redes são redes criadas a partir de um endereço IP de rede. O objetivo do uso de sub-redes é segmentar uma rede em 2 ou mais redes menores ( filhotes ). Não é possível a comunicação direta de hosts instalados em sub-redes diferentes. Para isso teremos que utilizar um roteador para rotear o tráfego entre as sub-redes. Para os usuários de fora da rede interna esta segmentação não é percebida. Processo de segmentação: O campo de endereço de rede original não muda. Um ou mais bits de endereço de host são transformados em bits de endereço de Sub-rede. Para efeito de endereço IP, a máscara de rede tem bits em 1 correspondentes aos bits de rede e de sub-rede. Os demais bits de endereço de host vão endereçar hosts nessa nova sub-rede. End.Rede End. Sub-rede End. Host Endereço IP Máscara IP