Endereços IP. Endereços são usados para encaminhar pacotes pela rede. Endereço IP é hierárquico com 2 partes:

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1 Endereços IP Endereços são usados para encaminhar pacotes pela rede Na Internet, endereços são únicos e atribuídos pela Internet Assigned Numbers Authority (IANA) Endereço IP é hierárquico com 2 partes: Endereço da rede: identifica a rede ou segmento de rede Endereço da máquina (host): identifica a interface específica que se deseja atingir

2 Endereços IP Máquinas Dual-Homed Máquinas conectados a mais de uma rede Possuem várias placas de rede e portanto possuem mais de um endereço Assim endereço refere-se apenas a interface e não à máquina

3 Endereços IP Versão IPv4: endereço com 32 bits: A parte mais significativa designa endereço da rede A parte menos significativa designa endereço da máquina Formato utilizado: decimal com pontos Cada byte é convertido em decimal Bytes são separados por pontos Exemplos: ,

4 Endereços IP Classful Address Separação de endereço rede-máquina depende da classe do endereço

5 Endereços IP Classe A Identificada pelo bit mais significativo em 0 Destinada a redes muito grandes, com muitos computadores Endereço de rede ocupa o byte mais significativo Total de 126 redes: de 1 a 126 Valores 0 e 127 são reservados (0 para designar a rede desta máquina e 127 para teste de loopback) Até computadores por rede (3 bytes) Classe B Identificada pelos bits mais significativos em 10 Endereço de rede ocupa os 2 bytes mais significativos Total de redes (14 bits) Até computadores por rede (2 bytes)

6 Endereços IP Classe C Identificada pelos bits mais significativos em 110 O tipo mais utilizado, e destinada a redes pequenas Endereço de rede ocupa os 3 bytes mais significativos Total de redes (21 bits) Até 254 computadores por rede (1 byte) Classe D Identificada pelos bits mais significativos em 1110 Destinada a tráfego multicast Classe E Identificada pelos bits mais significativos em 1111 Destinada a testes

7 Endereços IP Endereços reservados Endereço de rede: valor 0 para todos os bits do endereço de máquina O endereço classe C significa um endereço de rede que inclui todos os endereços de máquinas de a Os endereços classe A e classe B significam endereços de rede Endereço broadcast: valor 1 para todos os bits do endereço de máquina O endereço classe C significa um endereço broadcast para todas as máquinas da rede Os endereços classe A e classe B significam endereços broadcast para as redes e , respectivamente

8 Endereços IP Endereços Privados Úteis para redes privadas que não têm conexão com a Internet Necessários para redes com conexão a Internet e que precisam de mais endereços do que os disponíveis Deve utilizar um roteador que implemente o Network Address Translation (NAT) Endereços definidos pela RFC 1918: a (Classe A) a (Classe B) a (Classe C)

9 Endereços IP Subrede (subnet) Acrescenta mais um nível hieráquico ao endereço: rede-máquina rede-subrede-máquina Bits para subrede são retirados do endereço de máquina Máscara de subrede permite obter endereço de subrede com operação lógica AND Exemplo para rede (Classe B) 16 bits (máquina) 6 (subrede) + 10 (máquina) Subredes: , ,... Máscara de subrede: /22 onde 22 é a quantidade de bits dos endereços de rede e subrede (16 + 6)

10 Endereços IP Classless InterDomain Routing (CIDR) Escassez de endereços levam ao abandono das classes Oferta de endereços segundo a demanda Exemplo: empresa precisa de 2000 endereços: recebe um bloco com 2048 endereços Roteamento fica mais complexo (tabelas de roteamento maiores) Entretanto endereços podem ser agregados para simplificação Exemplo: Atribuição de blocos de endereços a 3 universidades

11 Endereços IP Classless InterDomain Routing (CIDR) Exemplo (cont.) Endereço Básico Máscara Cb Ed Ox Pacote destinado a endereço do pacote pacote AND Cb endereço básico pacote AND Ed endereço básico pacote AND Ox = endereço básico

12 Endereço IP Network Address Translation (NAT) Motivado pela escassez de endereços Idéia básica é atribuir apenas um único endereço por organização Internamente são utilizados endereços privados Pacotes com destino externo são atribuídos o endereço da organização Problema: para onde encaminhar as respostas?

13 Endereço IP NAT Básico Exige 1 endereço externo para cada conexão Network Address Port Translation (NAPT) Utiliza o endereço da camada de transporte (número da porta de origem ou source port) Pacotes de saída tem endereço IP e source port substituídos Cabeçalhos IP e TCP devem ter os checksums recalculados Pacotes de entrada têm o source port verificado Souce port é utilizado como índice para determinação do destino correto

14 Endereço IP Versão IPv6: endereço com 128 bits: Permite 3, endereços Equivalente a 3, endereços para cada um dos 9 bilhões de habitantes previstos para 2050

15 Endereço IP Obtendo um endereço IP Atribuição Estática Atribuido pelo operador de rede através de comandos do sistema operacional (SO) Alguns SOs (Windows, por exemplo) tentam verificar duplicidade de endereço Principal razão para atribuição estática: máquinas que precisam ser referenciadas por outras (impressoras, servidores, etc.) Atribuição Dinâmica Atribuido por um servidor segundo determinadas regras Utiliza protocolos como Reverse Address Resolution Protocol (RARP), Bootstrap Protocol (BOOTP) e Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

16 Endereço IP Address Resolution Protocol (ARP) Para transmissão, o nó de origem precisa conhecer os endereços IP e MAC do nó de destino Quando apenas o endereço IP é conhecido, utiliza-se o ARP para a obtenção do endereço MAC Nós mantêm tabelas ARP onde endereços MAC e IP estão associados (utilize o comando arp -a para consultar essa tabela) Default Gateway: endereço IP da interface do roteador conectada a esse segmento de rede Exemplo de tabela ARP

17 Endereço IP Address Resolution Protocol (ARP) ARP Request enviado em broadcast ARP Reply enviado em unicast

18 Endereços IP Reverse Address Resolution Protocol (RARP) Faz o inverso do ARP: solicita o endereço IP quando o endereço MAC é conhecido RARP Request enviado em broadcast RARP Reply enviado em unicast Pode ser utilizado para atribuição dinâmica de endereços IP Quando ligada, a máquina conhece seu endereço MAC mas não o seu endereço IP Máquina solicita endereço IP ao servidor RARP Servidor deve estar presente para responder requisições Deve haver um servidor para cada subrede (uma vez que o Request é enviado com o endereço MAC de broadcast)

19 Endereços IP Bootstrap Protocol (BOOTP) Protocolo de atribuição de endereço IP Assim como o RARP, trabalha no modo cliente-servidor Entretanto além do endereço IP, servidor envia outras informações: endereço IP do roteador dessa subrede (default gateway) outras informações Não foi projetado para compartilhamento de endereços IP Administrador cria um arquivo de configuração Cada nó da subrede deve aparecer na configuração do BOOTP e ter o seu endereço IP designado Assim não permite reciclagem de endereços IP BOOTP utiliza UDP para transporte das mensagens (porta 67 para servidor e 68 para cliente) Uma máquina envia uma requisição para o endereço de broadcast IP A resposta do servidor também é enviada em broadcast IP

20 Endereços IP Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) Protocolo de atribuição de endereços IP, sucessor do BOOTP Permite atribuição dinâmica de endereços IP sem existência de especificação individual para cada máquina na subrede Respalda mobilidade porque permite que o usuário use qualquer subrede Servidor guarda em sua base de dados: Endereço IP do default gateway Endereço IP dos servidores DNS Endereços IP a serem atribuídos aos clientes Duração das concessões oferecidas pelo servidor Resposta do servidor inclui toda a configuração TCP/IP necessária (inclusive máscara de subrede)

21 Endereços IP Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) A configuração deve ser introduzida em todos os roteadores Endereço IP da rede destino Máscara de subrede Endereço IP do próximo roteador no caminho Troca de mensagens (caso com sucesso) Mensagens são enviadas em broadcast para alertar outros servidores DHCP Em caso de não aceite da DHCPOFFER, o cliente envia DHCPDECLINE em broadcast Servidor retira oferta com DHCPNAK em broadcast

22 Protocolos de Roteamento Routing Information Protocol (RIP) É um dos protocolos de roteamento mais utilizados atualmente, embora considerado inferior ao OSPF ou IS-IS Originalmente especificado na RFC 1058 Utiliza vetor de distância Utiliza hop count (número de saltos) como única métrica para seleção de rota Se hop count > 15, pacote é descartado (assim evita loops mas também limita o tamanho da rede) Por padrão, atualização de rotas são difundidas a cada 30 s RIP-1 (RIP Versão 1) permite apenas roteamento de endereços com classes (classful routing) RIP-2 (ver RFC 2453) envia também a máscara de subrede nas atualizações e assim permite roteamento de endereços sem classe (classless routing) RIPng (ver RFC 2080) é a extensão do RIP-2 para IPv6

23 Protocolos de Roteamento Intermediate System-to-Intermediate System (IS-IS) Protocolo OSI inicialmente desenvolvido para o Connectionless Network Protocol (CLNP), o concorrente do IP Integrated IS-IS permite roteamento de múltiplos protocolos Utiliza vetor de distância e estado do enlace (protocolo híbrido) Utiliza vetor de distância para determinar as melhores rotas Utiliza estado do enlace para disparar atualizações das tabelas de roteamento Open Shortest Path First (OSPF) OSPF Versão 2 especificado na RFC 2328 e OSPF Versão 3 para IPv6 especificado na RFC 2740 Desenvolvido para substituir o RIP Utiliza estado do enlace (capaz de calcular a topologia da rede) Permite classless routing Utiliza como métrica o custo da rota (path cost) Path cost: valor genérico determinado pelo projeto da rede (pode incluir hop count, bandwidth, atraso, etc.)

24 Protocolos de Roteamento Open Shortest Path First (OSPF) Divide a rede em áreas (similar a subrede) Backbone Area ou área 0 conecta todas as outras áreas

25 Protocolos de Roteamento Open Shortest Path First (OSPF)

26 Protocolos de Roteamento Autonomous System (AS) Rede ou conjunto de redes sob o controle de uma única entidade Exemplo: intranets de empresas, universidades, etc. Registro de AS inclue uma identificação de 16 bits e depende da localização América Anglo-Saxonica: ARIN América Latina: LACNIC Europa, Oriente Médio e Asia Central: RIPE-NCC Asia e Oceania: AP-NIC África: AfriNIC Interior Gateway Protocol (IGP): protocolo utilizado para roteamento dentro de um AS Exemplos: RIP, IS-IS, OSPF Exterior Gateway Protocol (EGP): protocolo utilizado para roteamento entre ASs Exemplo: Border Gateway Protocol (BGP)

27 Protocolos de Roteamento Border Gateway Protocol (BGP) Especificado na RFC 4271, é o protocolo EGP dominante BGP-4 respalda classless routing e agregação de rota Roteamento baseado em restrições poĺıticas Grandezas tradicionais (hop count, bandwidth, atraso, etc.) somente utilizadas após análise subjetiva das rotas Semelhante a vetor de distância exceto que cada nó divulga a rota completa para os destinos Vizinhos são estabelecidos por configuração manual e enlaces são mantidos por mensagens periódicas Intervalo padrão entre mensagens é 60 s Comunicação através de mensagens Update utiliza TCP na porta 179 Categorias de redes Rede stub: Tem somente um enlace a um roteador BGP; portanto não pode ser utilizada para trágego Rede multiconectada: Possuem vários enlaces a roteadores BGP e pode, se não houver impedimento, carregar tráfego Rede de trânsito: Objetivo é transportar tráfego de terceiros

28 Protocolos de Carga Internet Protocol (IP) Oferece serviço sem conexão Serviço não confiável: não existe garantia de entrega; não existe controle de seqüenciamento; não detecta erros e não informa o transmissor Orientado a pacotes: cada pacote tratado independentemente dos demais Datagrama (unidade básica) pode ser quebrado em fragmentos para adequar-se a rede Serviço oferecido na base do melhor esforço (best effort): usuário entrega pacote ao provedor de serviço na esperança que o dado chegue ao endereço desejado

29 Protocolos de Carga Internet Protocol (IP) Pacote IP

30 Protocolos de Carga Internet Protocol (IP) Pacote IP Version: versão do protocolo IP IP header length (IHL): comprimento do cabeçalho em palavras de 32 bits Type of service: tipo de serviço, atribuído pelas camadas superiores para designar nível de importância do tráfego Total length: comprimento total do datagrama em bytes Identification: número de seqüência que identifica esse pacote Don t fragment (DF): solicita que o datagrama não seja fragmentado More fragments (MF): indica mais fragmentos por vir Fragment offset: informa a posição do fragmento no datagrama original Time-to-live: contador que é decrementado gradualmente ao longo da rota; pacote é descartado quando contador chega a 0

31 Protocolos de Carga Internet Protocol (IP) Pacote IP Protocol: indica qual o protocolo destinatário na camada de transporte Header checksum: verificação do cabeçalho Source address: endereço de origem Destination address: endereço de destino Options: utilizado para opções extras

32 Protocolos de Carga Internet Control Message Protocol (ICMP) Protocolo para apenas informar problemas associados ao IP Notificação é endereçada ao nó de origem dos datagramas Mensagens são encaminhadas utilizando IP (entretanto falhas desses datagramas não geram novos erros)

33 Protocolos de Carga Internet Control Message Protocol (ICMP) Destination unreachable Network unreachable: em geral indica falha de endereçamento ou roteamento Host unreachable: em geral indica falha na entrega (por exemplo, máscara de subrede errada) Protocol unreachable: em geral indica que o destino não suporta o protocolo de camada superior especificado Port unreachable: em geral indica que a porta TCP não está disponível Time exceeded Enviado quando TTL chega a 0 Detecta rotas excessivamente longas Echo request e Echo reply Verifica se o destino está ao alcance Comando ping utiliza essas mensagens ICMP

34 Protocolos de Carga Internet Control Message Protocol (ICMP) Parameter problem Problemas no cabeçalho do datagrama Outros problemas não relacionados ao estado do destino Redirect (Redirect/Change request) Originado apenas em roteadores Enviado pelo default gateway e destinado ao host indicando que existe uma rota melhor (e direta) Informa o endereço IP do roteador conectado ao host que pertence a rota melhor Timestamp request e Timestamp reply Oferece sincronização temporal Timestamp é expresso em mili-segundos utilizando o universal time

35 Protocolos de Carga Internet Control Message Protocol (ICMP) Information request e Information reply Forma obsoleta para o host determinar a rede ao qual ele pertence (hoje utiliza-se DHCP, BOOTP, etc.) Address mask request e Address mask reply Forma para o host obter a máscara de subrede/rede Router solicitation e Router advertisement Utilizado para que um host obtenha o endereço de seu default getaway Source quench Utilizada para controle de congestionamento Solicita a origem para reduzir a taxa de envio de pacotes Taxa original pode ser retomada vagarosamente quando uma nova mensagem source quench não é recebida

36 IPv6 Necessidade do IPv6 IETF IPv6 Working Group iniciado no começo dos anos 90 para atacar o problema da exaustão de endereços Enquanto isso, soluções paliativas: Implementação do CIDR, NAT, DHCP Recuperação de endereços com classless addressing Sistema de registro regional (Regional Internet Registry) Necessidade deixa de ser urgente Escassez de endereços IPv4 ainda não é iminente Falta momento para implantação do IPv6 Entretanto Redes de dados sem fio tornam-se importante Paises emergentes precisam de endereços Endereçamento pode de fato tornar-se um problema (IPv4 Address Report (1) prediz que endereços se esgotem em 2011) Conclusão: Endereçamento realmente empurra IPv6 (1)

37 IPv6 Mercado para IPv6 Internet doméstica ADSL, set-top box, etc. Equipamento sem fio PDA, telefone celular 3G, tablet PC, veículos, etc. Internet tradicional Mais de 500 milhões de hosts em uso (1) Provedores, empresas, governos, etc. Recuperação da conectividade fim-a-fim (proposta original da Internet) Permite dispositivos always online Problemas com NAT Quebra modelo de conectividade fim-a-fim Impede segurança de rede fim-a-fim Dificulta ou impede algumas aplicações Demanda que rede mantenha estado das conexões (1)

38 IPv6 Mudanças no IPv6 Espaço de endereçamento expandido Endereço com 16 bytes (4 vezes mais) Simplicação do cabeçalho Comprimento fixo Cabeçalhos opcionais colocados em daisy-chain Cabeçalho mandatório (sem opcionais) com 40 bytes (2 vezes maior) Sem checksum Evita segmentação Quando um roteador receber um pacote muito grande, envia de volta uma mensagem de erro em vez de fragmentá-lo Tamanho mínimo para o maior pacote passa para 1280 bytes (era 68 bytes) Alinhado em 64 bits Permite autenticação e privacidade Conjunto de protocolos IPsec (IP security) mandatório Sem broadcast, apenas multicast Maior atenção à Qualidade de Serviço (QoS)

39 IPv6 Mudanças no IPv6

40 IPv6 Cabeçalho IPv6 Version: versão (IPv6) do protocolo Traffic class: Equivalente ao Type of service (que não era utilizado) Distingüe tráfego em função dos seus requisitos de QoS Flow label: para permitir rotulação de determinados fluxos Payload length: equivalente ao Total length, exceto que o cabeçalho não é contado Next header: Informa qual cabeçalho de extensão (opcional) segue Se esse é o último cabeçalho, informa o protocolo de transporte (equivalente ao Protocol) Hop limit: equvalente ao Time to live, exceto que expressa saltos e não tempo Source address e Destination address: endereços de origem e destino

41 IPv6 Extensões

42 IPv6 Representação de endereço 8 grupos de 4 dígitos hexadecimais separados por dois-pontos Exemplo: 8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF Simplificação: zeros à esquerda em um grupo podem ser omitidos Simplificado: 8000:0:0:0:123:4567:89AB:CDEF Simplificação: Grupos de zeros sucessivos podem ser representados por um par de dois-pontos Mecanismo pode ser utilizado apenas 1 vez Simplificado: 8000::123:4567:89AB:CDEF Endereço IPv4: representação tradicional, iniciado com o prefixo ::FFFF:0:0/96 Exemplo: ::FFFF: = ::FFFF:C0A8:1E01 Endereço URL: entre colchetes Exemplo:

43 IPv6 Endereçamento Tipos de endereçamento Unicast: Especifica uma única interface (um único destinatário) Anycast: Especifica um grupo de interfaces, embora o pacote é entregue apenas àquela mais próxima (segundo as regras de roteamento) Multicast: Especifica um grupo de interface e o pacote é entregue a todas elas Endereços Especiais ::/128: endereço não especificado (deve ser usado apenas pelo software ::1/128: endereço de loopback FE80::/10: prefixo de endereço local link FF00::/8: prefixo de endereço multicast ::FFFF:0:0/96: prefixo de endereço IPv4

44 IPv6 Endereçamento Endereço global Unicast Endereço é atribuido hierarquicamente para facilitar agregação Divisão: 48 bits para endereço de rede 16 bits para endereço de subrede 64 bits para endereço de interface O endereço de interface pode ser atribuido por Auto configurável através da expansão do endereço MAC (48 bits com 0xFFFE colocado no meio) Auto geração aleatória Servidor DHCP ou similar Manualmente