Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR
LAN = Redes de Alcance Local Exemplo: Ethernet II não Comutada Barramento = Broadcast Físico Transmitindo ESCUTANDO ESCUTANDO A quadro B C B A. DADOS CRC quadros na fila de espera
Quadro ou Frame do Ethernet II : Menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM B A TIPO DADOS CRC CABEÇALHO FECHO
Endereços Físicos = MAC No Ethernet, os Endereço endereços físicos Físicos são definidos = pelo MAC padrão IEEE 802 Duas formas de definição de endereços MAC Endereços administrados localmente Definidos pelo administrador da rede. Endereços universais Definidos pelo fabricante. 1 2 3 4 5 6 Código do Frabricante Número de Série
Hub = Broadcast Físico Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. hub 1 2 3 C A C A C A A B C
Switch = Ethernet Comutada A utilização de switches permite colocar o Ethernet em modo comutado. switch 1 2 3 PORTA Estado inicial COMPUTADOR (2) C A... (2) C A... (1) C A... Após a transmissão de A A B C PORTA COMPUTADOR 1 A Após a transmissão de C switch 1 2 3 PORTA COMPUTADOR (4) A C... (3) A C... 1 3 A C A B C
Porta do Switch = Domínio de Colisão Cada porta do switch define um domínio de colisão. Isto é, só é possível haver colisão entre os computadores conectados a uma mesma porta. switch 1 2 3 Tabela de Encaminhamento hub hub PORTA COMPUTADOR 1 2 3 A,B,C D,E,F G A B C D E F G
Cascateamento de Switches Apesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os Switches ainda apresentam limitação de escala. 1 switch 2 4 3 5 PORTA COMPUTADOR A B C Switch 1 1 2 3 4 D,E,F,G,H,I A B C 1 switch 2 4 3 D E F 5 Switch 2 PORTA 1 2 3 4 5 COMPUTADOR A,B,C D E F G,H,I 1 switch 2 4 3 5 PORTA COMPUTADOR G H I Switch 3 2 3 4 5 G H I A,B,C,D,E,F
WAN = Redes de Grande Abrangência A interligação de LANs através de roteadores permite interligar um número ilimitado de computadores em distâncias arbitrariamente grandes. rede 1 LAN rede 2 LAN switch 1 2 Roteador 1 1 2 Roteador 2 switch 3 WAN 3 2 3 Roteador 3 rede 3 LAN switch LAN 1 Tabela de Roteamento Rede Rede 3 Rede 1 Rede 2 PORTA 1 2 3 Outros Dados...
Pacote = Unidade de Informação na WAN Os pacotes são transportados QUADRO no interior E PACOTE dos quadros. QUADRO = Transporte na LAN PACOTE = Transporte na WAN DESTINO ORIGEM ORIGEM DESTINO DADOS CRC ENDEREÇO DE REDE: definidos pelo IP ENDEREÇO FÍSICO: definidos pelo Ethernet
Rede = Bloco de Endereços O agrupamento de computadores em redes permite reduzir a quantidade de informações na memória do roteador. h REDE 1 SWITCH se REDE1... envie para x se REDE2... envie para y SWITCH REDE 3 a b c x REDE1.1 REDE1.2 REDE1.3 REDE 2 y z m se REDE1 ou REDE2... envie para z SWITCH z m REDE3.3 REDE2.2 d e f e y REDE3.3 REDE2.2 REDE2.1 REDE2.2 REDE2.3
Internet = Topologia WAN Endereços de Rede definidos pelo Protocolo IP Gateway ou roteador LAN = Rede Física internet LAN = Rede Física LAN = Rede Física LAN = Rede Física
Endereços IP Endereços de 32 bits representados em notação decimal pontuada 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 10000000 00001010 00000010 00011110 notação binária 2 7 =128 2 3 +2 1 =10 2 1 =2 2 4 +2 3 +2 2 +2 1 =30 128.10.2.30 notação decimal pontuada
Interpretação do endereço IP Prefixo (Identificador de Rede) = parte mais significativa do endereço Sufixo (Identificador de HOST) = parte menos significativa do endereço Endereço IP = 32 Bits ID Rede ID HOST Mesmo ID de host em toda LAN LAN = Rede Física Cada LAN precisa ter um ID de Rede diferente LAN = Rede Física LAN = Rede Física
Quantos bits identificam a rede e quantos identificam o host? Modelo antigo: Endereçamento com classes O tamanho do prefixo é definido pela faixa ao qual o endereço pertence ID Rede ID HOST 1 2 3 4 Classe Octetos Número de Prefixos Número de hosts por prefixo Faixa de Endereços A (0) R H H H 128 16.777.216 1.0.0.0 127.255.255.255 B (10) R R H H 16.384 65.536 128.0.0.0 191.255.255.255 C (110) R R R H 2.097.152 256 192.0.0.0 até 223.255.255.255 D (1110) ---- 268.435.456 224.0.0.0 até 239.255.255.255 Res. (1111) reservado reservado 240.0.0.0 até 255.255.255.254
Exemplos de Classe O endereçamento Endereços com classes permitia IP com apenas Classe 3 tamanhos de rede 16777216 A 10.0.0.0 a 10.255.255.255... 172.68.0.0 a 172.168.255.255 65536 256 B C... 200.134.51.0 a 200.134.51.255...
Exemplo de atribuição de endereços IP Duas redes classe C interconectadas por um roteador identificador de rede identificador do host 200.0.0. 2 200.0.0. 3 200.0.0. 4 200.0.0. 5 sub-rede 200.0.0 200.0.0. 1 roteador sub-rede 200.0.1 200.0.1. 1 200.0.1. 2 200.0.1. 3 200.0.1. 4 200.0.1. 5 o roteador possui um endereço em cada rede
Limitação do modelo com classes A falta de flexibilidade na definição dos tamanhos da rede leva a grandes desperdícios Universidade A Instituto B... 2000 computadores... 200 computadores
...... Soluções para criação de uma rede com 2000 computadores Criar múltiplas Limitações redes classe C do IP com Classe Criar uma rede classe B Universidade A Universidade A 253 computadores... 253 computadores 2000 computadores OITO CLASSES C 2024 endereços UMA CLASSE B 65536 endereços
CIDR = Classless Inter-Domain Routing O CIDR CIDR: adota o conceito Endereços máscara IP subrede sem de tamanho classe variável, que permite definir prefixos de qualquer tamanho Introduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de rede em um endereço IP é determinado. Também conhecido como VLSM (Variable Length Subnet Masking) Endereço IP (32 bits) 7 6 5 4 3 2 1 0 R R R R R R R R 7 6 5 4 3 2 1 0 R R R R R R R R 7 6 5 4 3 2 1 0 R R R R H H H H 7 6 5 4 3 2 1 0 H H H H H H H H Máscara de Subrede (32 bits)
Formas de represntação da máscara de subrede Notação decimal pontuada Notação compacta 32 bits em notação decimal pontuada. bits 1 indicam o endereço da subrede bits 0 o endereço do host. Máscaras Default: classe A: 255.0.0.0 ou /8 ou 11111111.00000000. 00000000. 00000000. classe B: 255.255.0.0 ou /16 ou 11111111. 11111111. 00000000. 00000000. classe C: 255.255.255.0 ou /24 ou 11111111. 11111111. 11111111. 00000000.
Divisão em sub-redes Máscaras Cada bit de host trocado em Notação de 0 para 1 divide Decimal a rede em duas Pontuada subredes de mesmo tamanho. Por default, a máscara de uma rede classe C é: 255. 255. 255. 0. 11111111. 11111111. 11111111. 00000000. Para dividir a rede em 2 subredes, utiliza-se a máscara: 255. 255. 255. 128 11111111. 11111111. 11111111. 10000000. Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: 255. 255. 255. 192 11111111. 11111111. 11111111. 11000000. Para dividir a rede em 8 subredes, utiliza-se a máscara: 255. 255. 255. 224 11111111. 11111111. 11111111. 11100000. Para dividir a rede em 16 subredes, utiliza-se a máscara: 255. 255. 255. 240 11111111. 11111111. 11111111. 11110000.
Divisão em sub-redes Aumentar a máscara de sub-rede em 1 bit divide o bloco de endereços ao meio 200.0.0.0/27 200.0.0.0/25 200.0.0.0/24 200.0.0.0 200.0.0.0/26 200.0.0.0 200.0.0.0 (32 IPs) 200.0.0.31 200.0.0.0 (64 IPs) (256 IPs) (128 IPs) 200.0.0.127 200.0.0.63 200.0.0.64/26 200.0.0.64 200.0.0.32/27 200.0.0.32 (32 IPs) 200.0.0.63 200.0.0.128/25 (64 IPs) 200.0.0.128 200.0.0.127 200.0.0.255 (128 IPs) 200.0.0.255 /24 = 255.255.255.0 /25 = 255.255.255.128 /26 = 255.255.255.192 /27 =255.255.255.224
Agregação em super redes Diminuir o tamanho da máscara SuperRedes sub-rede em 1 bit cria uma super rede com o dobro do número de endereços (contíguos). 200.0.0.0/24 200.0.0.0 (256 IPs) 200.0.0.255 200.0.1.0/24 200.0.1.0 (256 IPs) 200.0.1.255 200.0.0.0/23 200.0.0.0 (512 IPs) 200.0.1.255 200.0.0.0/22 200.0.0.0 /24 = 255.255.255.0 /23 = 255.255.254.0 /22 = 255.255.252.0 (1024 IPs) 200.0.2.0/24 200.0.2.0 (256 IPs) 200.0.2.255 200.0.3.0/24 200.0.3.0 (256 IPs) 200.0.3.255 200.0.2.0/23 200.0.2.0 (512 IPs) 200.0.3.255 200.0.4.255
Endereços IP Especiais Não podem ser Endereços atribuídos a nenhuma IP estação especiais 1) Primeiro endereço do bloco = Identificador da sub-rede exemplo 200.1.1.128/25 2) Último endereço do bloco = Broadcast para a sub-rede exemplo 200.1.1.127/25 3) Bloco de endereços de loopback 127.0.0.0/8 4) Endereço de Inicialização (DHCP) 0.0.0.0 5) Broadcast para todas as redes 255.255.255.255
Loopback = Transmissão Interna Os pacotes Loopback IP com endereço = de Transmissão loopback não são enviados Local para camadas inferiores da pilha TCP/IP. Recomendação do IETF: 127.0.0.0/8 é reservado para loopback 127.0.0.1 processo A processo B porta A porta B Transporte Rede Enlace Física
Exemplo de atribuição de endereços Dividir um bloco de endereços classe C (/24) em três subredes subrede 3 subrede 2 r3 r2...... 50 computadores 50 computadores 200.1.1.0/24 r1... 100 computadores subrede1
Divisão do bloco único (/24) em três sub-redes O número de endereços de cada bloco é dado por: 2 (32-máscara) 200.1.1.0/24 200.1.1.0 200.1.1.0/25 200.1.1.0 (128 IPs) (256 IPs) 200.1.1.127 200.1.1.128/25 200.1.1.128 (128 IPs) 200.1.1.128/26 200.1.1.128 (64 IPs) 200.1.1.255 200.1.1.255 200.1.1.255 200.1.1.192/26 200.1.1.192 (64 IPs) 200.1.1.255
Cada LAN recebe endereços de uma sub-rede diferente Exemplo de Atribuição de Endereços subrede 3 200.1.1.129 200.1.1.193 subrede 2 200.1.1.128/26 200.1.1.192/26 r3 r2... 200.1.1.130 200.1.1.179 200.1.1.0/24... 200.1.1.194 200.1.1.243 r1 200.1.1.1... 200.1.1.2 200.1.1.101 200.1.1.0/25 subrede 1
Filtragem de endereços MAC A placa de rede Filtragem repassa informações de para Endereços a cada superior apenas em três situações: unicast coincidente, multicast coincidente ou broadcast IP = 200.1.2.3 Multicast IP = 224.0.0.5 REDE MAC FÍSICA INTERRUPÇÃO MAC D = PLACA DE REDE LOCAL MAC D = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MAC D = MULTICAST (01.00.5E. 0. 0. 5) MAC D MAC O IP O IP D DADOS CRC
Mapeamento de endereços IP e MAC É feito através do protocolo ARP ARP (Address Resolution Protocol) qual o MAC do IP 200.0.0.2? o MAC do IP 200.0.0.2 é C? ARP REQUEST ARP REPLY A B C 200.0.0.3 200.0.0.4 200.0.0.2
Comunicação Intra-redes e Inter-redes O ARP funciona de forma Roteamento diferente para localizar endereços que estejam na mesma rede que o host transmissor (intra-rede) ou em outra rede (inter-rede) ARP Request Comunicação Intra-rede internet REDE REDE REDE REDE ARP Request Comunicação Inter-redes
MAC do Destinatário Roteamento É sempre alguém que está na mesma rede local que o transmissor Comunicação intra-rede Os endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do computador de destino. Comunicação inter-redes O endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do roteador ligado a mesma rede física que a estação transmissora. INTRA-REDE MAC HOST DESTINO MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS INTER-REDES MAC ROTEADOR MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS
Endereço MAC = Enlace e Endereço IP = Rede O endereço MAC aponta para o destino do próximo salto (no mesmo enlace) e o endereço IP aponta para o destino final na rede. B A IP A IP D B C D C IP A IP D IP B IP C A D IP A IP D
Tabela de Roteamento Existem em todos Tabela os computadores de Roteamento e roteadores da rede (e qualquer outro dispositivo que atue na camada 3 ou superior). Rede Destino Gateway Interface Custo Endereço de base e Máscara de Subrede 200.1.2.0/24 Endereço do próximo roteador Por onde o pacote será enviado Desempate caso exista mais de uma rota para o mesmo destino 200.1.2.0 200.1.2.255 ENDEREÇO DE BASE PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no endereço de base.
Exemplo: Cada Exemplo elemento da rede precisa Tabelas saber para onde Roteamento enviar seus pacotes a fim de entregá-los ao destino final. REDE 200.17.98.0/24 200.17.98.1 A INTERNET roteador 1 roteador 2 200.134.51.1 B 10.0.0.1/30 10.0.0.2/30 200.134.51.25 REDE 200.134.51.0/24
Tabela de roteamento do computador B Tabela do computador B Rede Destino Gateway Interface Custo 200.134.51.0/24 não tem eth0 ou 200.134.51.25 1 200.17.98.0/24 200.134.51.1 eth0 ou 200.134.51.25 1 0.0.0.0/0 200.134.51.1 eth0 ou 200.134.51.25 1 200.134.51.1 roteador 1 B 200.134.51.0/24 200.134.51.25 eth0
Critérios de desempate das rotas Utilizado Seqüência quando mais de uma de linha Análise da tabela aponta da para Rota redes de destino que incluem o endereço para onde o pacote será enviado. 1) DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA ROTA MAIS ESPECÍFICA = ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA ROTA COM A MAIOR MÁSCARA DE SUBREDE 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO 3) INTERNO AO SISTEMA EXEMPLO: ORDEM DAS ROTAS NA TABELA
Tabela do Roteador 1 Tabela do Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo 200.134.51.0/24 não tem 200.134.51.1 0 200.17.98.0/24 não tem 200.17.98.1 0 0.0.0.0/0 10.0.0.2 10.0.0.1 1 REDE 200.17.98.0/24 REDE 0.0.0.0/0 200.17.98.1 roteador 1 roteador 2 200.134.51.1 REDE 200.134.51.0/24 10.0.0.1/30 10.0.0.2/30
Tabela do Roteador 2 Tabela do Roteador 2 Rede Destino 10.0.0 Interface Custo 200.134.51.0/24 10.0.0.1 10.0.0.2 1 200.17.98.0/24 10.0.0.1 10.0.0.2 1 0.0.0.0/0 10.0.0.6 10.0.0.5 1 10.0.0.5/30 10.0.0.6/30 REDE 200.17.98.0/24 INTERNET 200.17.98.1 roteador 1 roteador 2 200.134.51.1 REDE 200.134.51.0/24 10.0.0.1/30 10.0.0.2/30
Eliminando rotas desnecessárias Uma rota Rota é desnecessária Default quando e sua Gateway eliminação não Default muda o trajeto do pacote enviado aos destinos que ela representa. Rede Destino Gateway Interface Custo 200.134.51.0/24 não tem eth0 ou 200.134.51.25 1 200.17.98.0/24 200.134.51.1 eth0 ou 200.134.51.25 1 0.0.0.0/0 200.134.51.1 eth0 ou 200.134.51.25 1 200.134.51.1 roteador 1 O roteador 1 é o gateway default para a rede 200.134.51.1 pois ele é o caminho para todas as demais redes B 200.134.51.0/24 200.134.51.25 eth0
Mais de um caminho para um mesmo destino usando saltos Todos os caminhos Múltiplas possíveis são Rotas representados e Custos na tabela de roteamento (configuração manual). Rede Destino Gateway Interface Custo 0.0.0.0/0 10.0.0.6 10.0.0.5 1 0.0.0.0/0 10.0.0.2 10.0.0.1 2 200.134.51.0/24 10.0.0.6 10.0.0.5 2 200.134.51.0/24 10.0.0.2 10.0.0.1 1 200.17.98.0/24 Não tem 200.17.98.1 0 REDE 200.17.98.0/24 10.0.0.5/30 10.0.0.6/30 R1 10 Mbps R2 INTERNET 10.0.0.1/30 100 Mbps 100 Mbps R3 10.0.0.2/30 REDE 200.134.51.0/24
Utilizando custos relativos a velocidade do enlace O enlace mais Múltiplas rápido da rede (Vmax) Rotas tem custo e Custos 1. Os demais enlaces tem custo relativo (Vmax/V). Rede Destino Gateway Interface Custo 0.0.0.0/0 10.0.0.6 10.0.0.5 10 0.0.0.0/0 10.0.0.2 10.0.0.1 2 200.134.51.0/24 10.0.0.6 10.0.0.5 11 200.134.51.0/24 10.0.0.2 10.0.0.1 1 200.17.98.0/24 Não tem 200.17.98.1 0 REDE 200.17.98.0/24 R1 10.0.0.5/30 10.0.0.6/30 10 Mbps (10) R2 INTERNET 10.0.0.1/30 100 Mbps (1) R3 100 Mbps (1) 10.0.0.2/30 REDE 200.134.51.0/24
Roteamento com sub-redes Não existe Roteamento diferença na definição das com tabelas Subredes roteamento quando máscaras de sub-rede que não são default são utilizadas. REDE 200.1.2.0/25 200.1.2.1 200.1.2.2 10.0.0.5/30 10.0.0.6/30 A roteador 1 roteador 2 INTERNET 200.1.2.129 200.1.2.130 B 10.0.0.1/30 10.0.0.2/30 REDE 200.1.2.128/25
Exemplo Tabelas de Roteamento Tabelas de roteamento com máscaras de sub-rede que não são default Computador A Rede Destino Gateway Interface Custo 200.1.2.0/25 não tem 200.1.2.2 0 0.0.0.0/0 200.1.2.1 200.1.2.2 1 Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo 200.1.2.0/25 não tem 200.1.2.1 0 200.1.2.128/25 não tem 200.1.2.129 0 0.0.0.0/0 10.0.0.2 10.0.0.1 1 Roteador 2 Rede Destino Gateway Interface Custo 200.1.2.0/24 10.0.0.1 10.0.0.2 1 0.0.0.0/0 10.0.0.6 10.0.0.5 1
Endereçamento baseado em classes Endereçamento sem classes (CIDR e VLSM) ARP (Address REsolution Protocol) Tabelas de roteamento Agregação de rotas