Camada de rede: IP. Cabeçalho IP, encaminhamento de pacotes IP, sub-redes, máscara de sub-redes e processos de cálculo, NAT e PAT, futuro do IPv4.

Transcrição

1 Camada de rede: IP Cabeçalho IP, encaminhamento de pacotes IP, sub-redes, máscara de sub-redes e processos de cálculo, NAT e PAT, futuro do IPv4.

2 Internet Rede 2 Rede 1 Internet Rede 4 Rede 3 Rede 5

3 O que é a Internet? Internet refere-se a um conjunto de redes interligadas espalhadas pelo mundo inteiro; A Internet consiste, por exemplo, nos seguintes grupos de redes: Backbones interligam outras redes Redes Regionais - universidades Redes Comerciais Lusomundo RedesLocais campus universitátios

4 IP Protocolo de rede Aplicação Transporte Internet Interface rede Interface rede Troca de informação entre aplicações Comunicação entre processos Comunicação extremo-a-extremo (Protocolo IP) Transmissão da informação no meio físico Física Física TCP/IP

5 IP É ao IP que compete levar a informação de um extremo ao outro de uma internet, atravessando várias redes, potencialmente muito diferentes Endereçamento Encaminhamento

6 Características do IP Não orientado à ligação (connectionless); Não garante fiabilidade às camadas superiores; Não oferece correcção de erros ou controlo de fluxo;...terão de ser as camadas superiores a implementar essas facilidades. Encaminhável

7 Cabeçalho IP Versão VERS Taman. HLEN SERVICE Tipo de serviço TYPE Tamanho TOTAL total LENGTH do pacote IDENTIFICATION Identificação FLAGS Flags FRAGMENT Offset de fragmento OFFSET Tempo TIME TO de LIVE vida PROTOCOL Protocolo Checksum HEADER CHECKSUM do cabeçalho SOURCE Endereço IP IP ADDRESS origem DESTINATION Endereço IP IP destino ADDRESS Opções IP OPTIONS IP (variável) Enchimento PADDING Informação DATA... Tipo de serviço Precedência D T R Não util.

8 Formato do pacote IP (TCP)

9 CMP

10 Ordenação dos bytes Big endian - ordenação dos bytes quando atravessam a rede transmissão dos bytes da esquerda antes dos da direita; Little endian ordenação contrária é necessário converter para big endian antes de enviar a informação para a rede; Funções de conversão: htonl(s) ordenação de terminal para ordenação de rede; ntohl(s) ordenação de rede para ordenação de terminal; Esta ordenação só é efectuada se o sistema for little endian. Exemplo: htonl(13)=3328; passa para

11 Campos do pacote IP (1) Tamanho total no máximo é de bytes; Fragmentação de pacotes grandes - camada inferior não suporta uma trama grande: Um utilizador não recebe pacotes superiores a 576 bytes; Os pacotes são fragmentados, se necessário; Offset de fragmento indicação da existência de um fragmento deste pacote no seguinte do seu tamanho. Tempo de vida (TTL) coloca um limite superior no número de routers atravessados; Inicializado pelo emissor (32 ou 64); Decrementado por cada router; Quando toma o valor zero, é descartado, e é enviada uma mensagem de erro ao emissor; Previne que os pacotes fiquem num loop para sempre.

12 Campos do pacote IP (2) Protocolo da camada superior Checksum do cabeçalho só As camadas superiores têm checksum da informação; O checksum calculado pelo receptor contém o checksum do emissor: Se for tudo 1, a informação não foi modificada no percurso; Se não, as camadas superiores devem detectar o erro.

13 Campos do pacote IP (3) Opções: Restrições relacionadas com a segurança; Gravação do percurso; Tempo em que foi enviado; Lista de endereços IP por onde deve passar; Lista de todos os endereços por onde tem de passar.

14 Endereços especiais Id. rede Id. terminal Significa: Este terminal Id. terminal Terminal nesta rede Broadcast na rede local (LAN) Id. rede Broadcast para determinada rede 127 Qualquer valor (normalm. 1) Loopback

15 Encaminhamento em IP Cada router mantém uma tabela de encaminhamento que é utilizada de cada vez que recebe um datagrama IP; Quando é recebido um datagrama numa interface de rede: A camada IP verifica se o endereço IP destino é um dos seus endereços ou um endereço de broadcast: Se sim, o datagrama é enviado para o módulo de protocolo especificado no campo de protocolo; Se não: Se a camada de rede estiver configurada para funcionar como router, o pacote é enviado; de não, é descartado.

16 Tabelas de encaminhamento Informação em cada entrada da tabela: Endereço IP destino: Terminal; Rede terminal a zero. Endereço IP do router seguinte para onde deve ser enviado o pacote, ou endereço IP de uma rede ligada directamente; Flag Indica se o endereço do router seguinte é de um terminal ou de uma rede; Especificação da interface de rede de onde o datagrama deve ser enviado.

17 Como se processa o encaminhamento O encaminhamento é efectuado salto a salto fornece o endereço IP do próximo salto; Procura na tabela de encaminhamento uma entrada que contenha o mesmo endereço destino; Se é encontrado, o pacote é enviado para o router do próximo salto; Procura na tabela de encaminhamento uma entrada que contenha apenas a mesma rede destino (tem de ter em conta uma máscara de sub-rede); Procura na tabela de encaminhamento uma entrada por defeito; Se nenhum dos passos funcionar, existe o erro de host unreachable ou network unreachable.

18 Exemplos (encaminhamento) Rede destino bsdi sun Ethernet Cabeç. Ethr. Cabeç. IP End. Destino End. Destino MAC Ethernet do

19 Exemplos (encaminhamento) ftp.uu.net Internet Ethernet gateway.1.4 Cabeç. Ethr. modem.1.29 Próximo salto (d) bsdi sun Ethernet Cabeç. Ethr. Cabeç. IP End. destino MAC Ethernet do Cabeç. IP End. destino netb modem SLIP Próximo salto (d) Próximo salto (d) End. destino End. destino MAC Ethernet do Cabeç. IP End. destino

20 Conclusões do exemplo Todos os terminais e routers usam um percurso por defeito O endereço IP destino nunca é alterado O cabeçalho da camada de ligação lógica é diferente em cada ligação endereço MAC destino é o endereço MAC do próximo salto

21 Sub-redes Rede Subrede Subrede Subrede Rede Subrede Subrede Subrede Rede Subrede

22 Sub-redes A parte no endereço que identifica o terminal é dividida em identificador de sub-rede e de terminal; Classes A e B permitem ter muitos terminais; Classe B Id. rede Id. sub-rede Id. terminal N redes M sub-redes I terminais Fazer sub-redes diminui o tamanho das tabelas de encaminhamento Apenas uma entrada para cada rede grande (e sub-redes) em vez de uma entrada por cada rede pequena.

23 Máscara de sub-redes É necessária uma máscara que identifique as duas partes: Endereço Máscara Classe B sem sub-rede Máscara Clase B com sub-rede Comparação entre endereços /20 (número de bits a 1) , máscara de sub-rede , máscara de sub-rede

24 Sub-redes - exemplo Pretende-se subdividir a rede em 6 sub-redes: = 6 3 bits para identificar sub-redes Classe C Máscara = 30 terminais por sub-rede Sub-redes Terminais

25 VLSM Variable Length Subnet Mask Para dividir uma rede em sub-redes de tamanhos diferentes (2 sub-redes, 126 terminais cada) (.1 a.126) (.129 a.254) (2 sub-redes, 62 terminais cada) (.129 a.190) (.193 a.254)

26 Exemplo de uma sub-rede

27 Exercício É necessário atribuir endereços IP, máscara e router por defeito nas máquinas da LAN do diagrama. Exercicio 1: Possui duas classes C para endereçar todas as máquinas da sua rede local. Exercicio 2: Possui uma classe B. Exercicio 3: Possui uma classe C. Internet Router 1 Router 2 Rede 1 (100 terminais) Rede 2 (20 hosts) A B C D A B C D

28 Comando ifconfig Configurar ou pesquisar uma interface de rede utilizada pelo TCP/IP; ifconfig a (ver todas as interfaces) ifconfig ethx IP (muda IP da ethx) ifconfig ethx add IP (adiciona IP à ethx) ifconfig ethx del IP (apaga IP da ethx) ifup ethx (activa ethx) ifdown ethx (desactiva ethx)

29 Comando netstat Também permite obter informação das interfaces do sistema; Também tem informação de: MTU de cada interface; Pacotes que entraram e erros de entrada; Pacotes que saíram e erros de saída; Colisões; Comprimento da fila de espera de saída.

30 Extensão do espaço de endereçamento IP Espaço de endereçamento IP (público e global) é limitado Difícil obter um bloco de endereços públicos de grandes dimensões Necessário utilizar endereços IP privados internamente nas LANs, de acordo com o RFC rede IP classe A: 10.x.x.x 16 redes IP classe B: x.x x.x 254 redes IP classe C: x x Mas E para aceder à Internet e disponibilizar servidores públicos? -> NAT

31 Técnicas de tradução de endereços - NAT SA: SA: DA: Rede privada (Intranet) Router com NAT DA: Internet O NAT (Network Address Translation) altera o endereço IP no cabeçalho dos pacotes (origem, destino ou ambos) Estabelece-se uma correspondência 1 para 1 entre endereços IP Vantagens: Utilização de endereços privados nas Intranets Possibilidade de fusão entre redes com endereços duplicados Facilidade de mudança de ISP Melhora a segurança e privacidade Escassez de endereços de ISP pode implicar outras soluções (PAT)

32 Técnicas de tradução de endereços - PAT SA: :2001 Rede Privada (Intranet) SA: :2500 Router com PAT SA: :2001 SA: :2500 Internet O PAT (Port Address Translation ou NAPT) altera o endereço IP no cabeçalho dos pacotes (origem e destino) e os portos TCP/UDP Essencialmente uma extensão do conceito de NAT Estabelece-se uma correspondência n-para-m entre endereços IP, tipicamente com m << n (privado), no limite m=1; Utiliza-se quando se dispõe de poucos endereços públicos Pode utilizar-se em conjunto com o NAT

33 Exemplos de utilização de NAT Rede Internet Router PC A PC B Rede Router Internet Router Rede PC A IPs públicos: PC B

34 Futuro do IPv4 Limitações do IPv4 Escassez de endereços Encaminhamento cada vez mais difícil Aspectos como prioridades ou classes de serviço têm uma definição vaga e pouca implementação Segurança não integrada Solução Maior espaço de endereçamento Hierarquia na distribuição de endereços Agregação de rotas devido ao sistema de endereçamento hierárquico

35 Aula prática 4 Transformar um programa interactivo num serviço de rede Código do programa servidor concorrente do terceiro problema da aula anterior Recurso a pipes Versão remota concorrente da calculadora UNIX bc Servidor concorrente - fork() para cada ligação aceite Cada processo servidor filho lança um co-processo bc para onde são encaminhadas as linhas de entrada recebidas pela rede Servidor neto lê as linhas da saída-padrão (stdout) do co-processo bc que depois são enviadas pela rede, inalteradas, para o programa cliente Como programa cliente use o nc (netcat)./bcsrv nc

36 Aula prática 4 pipe Dispositivo de comunicação Unidireccional Informação escrita no extremo de escrita da pipe pode ser lida no extremo de entrada dup2 duplica um file descriptor e liga uma extremidade da pipe a um standard input ou output 2 pipes pedido e resposta

37 Aula prática 4 Processo filho execução da calculadora de bc Fecha a pipe de pedido para escrita e a de resposta para leitura Fica apenas com a entrada (input) patra o pedido e a saída para a resposta Processo neto recebe e envia informação através do socket Fecha a pipe de pedido para leitura e a de resposta para escrita Lê através do socket o pedido do cliente e coloca na pipe de pedido stdout Lê a resposta da bc e coloca no socket para enviar através da rede para o cliente