Capítulo 6 - Protocolos e Roteamento Prof. Othon Marcelo Nunes Batista Mestre em Informática 1 de 53
Roteiro (1 / 2) O Que São Protocolos? O TCP/IP Protocolos de Aplicação Protocolos de Transporte Protocolos de Rede Protocolos de Redes Locais Comparação Entre o TCP/IP e o OSI Endereçamento IP Máscara de Rede Protocolos de Transporte do TCP/IP 2 de 53
Roteiro (2 / 2) Roteamento IP Versão 6 Roteadores 3 de 53
Introdução O objetivo deste capítulo é: definir e apresentar os principais tipos de protocolos de comunicação; apresentar o protocolo de comunicação da Internet, o TCP/IP; exibir conceitos de roteamento de redes e um exemplo prático de configuração em equipamentos Cisco. 4 de 53
O Que São Protocolos? Protocolos são regras e procedimentos de comunicação. Analogia de duas pessoas conversando. 5 de 53
O Que São Protocolos? Três premissas básicas sobre protocolos em uma rede de computadores: alguns protocolos trabalham em mais de uma camada OSI, por exemplo, o protocolo X.25; a camada em que o protocolo trabalha descreve a sua função; muitos protocolos podem trabalhar conjuntamente, denominando-se assim de pilha de protocolo, protocol stack. 6 de 53
O Que São Protocolos? Emissor Aplicação Mensagem Receptor Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Rede Enlace Física PPDU SPDU Segmento Pacote Quadro Bits Apresentação Sessão Transporte Rede Rede Enlace Física 7 de 53
O Que São Protocolos? Uma pilha de protocolos, protocol stack, é um conjunto de protocolos cada qual atuando particularmente em uma camada do modelo OSI. A cada camada do modelo OSI há um protocolo fazendo uma determinada tarefa. 8 de 53
O Que São Protocolos? Existem três espécies de protocolo que cobrem as principais tarefas de rede: 9 de 53
Protocolos de Aplicação Os protocolos de aplicação operam nas camadas sessão, apresentação e aplicação. Eles fornecem interação e troca de dados entre aplicações. Exemplos: APPC, FTP, SNMP, TELNET, HTTP, SSH, DHCP, DNS, SMTP, POP, IMAP,... 10 de 53
Protocolos de Transporte Os protocolos de transporte operam na camada homônima. Eles estabelecem sessões de comunicação entre computadores e garantem que os dados sejam transportados de uma maneira confiável. Exemplos: TCP, UDP, SPX. 11 de 53
Protocolos de Rede Os protocolos de rede operam nas camadas física, enlace de dados e rede. Eles são responsáveis por informações de endereçamento e roteamento, verificação de erro e requisições de retransmissão. Exemplos: IP, IPX, CSMA/CD, CSMA/CA, ICMP, IGMP, RIP, OSPF, BGP, 802.3 (Ethernet), 802.4 (Token Bus), 802.5 (Token Ring). 12 de 53
Protocolos de Redes Locais Os protocolos de redes locais foram os primeiros a surgir. A necessidade de intercomunicação para compartilhamento de recursos e troca de informações entre equipamentos ajudou na própria definição dos sistemas operacionais e aplicações. 13 de 53
O TCP/IP O TCP/IP é uma pilha de protocolos que tem origem na Defense Advanced Research Projects Agency Network (DARPANET), do DoD dos Estados Unidos. Posteriormente ficou apenas ARPANET. Pesquisadores da universidade de Berkeley incorporaram TCP/IP ao Unix. Em 1989, a ARPANET transformou-se em Internet. 14 de 53
O TCP/IP Em 1992, o nascimento da World Wide Web (WWW) foi o primeiro passo na popularização da rede. 2005 2010 2013 População Mundial 6,5 bilhões 6,9 bilhões 7,1 bilhões Não Usam a Internet 84% 70% 61% Usam a Internet 16% 30% 39% No Brasil são cerca de 100 milhões de usuários. 15 de 53
O TCP/IP Uma das grandes vantagens do TCP/IP é ser um protocolo utilizado tanto em redes locais como em redes de longa distância. Além disso o TCP/IP se adapta a sub-redes de diferentes tecnologias físicas e diferentes taxas de transmissão, tornando transparente para o usuário o acesso a essas sub-redes. 16 de 53
O TCP/IP Uma rede IP é criada a partir da utilização de roteadores, equipamentos que trabalham na camada 3 do modelo OSI e permitem o roteamento dos pacotes IP desde a origem até o destino. 17 de 53
O TCP/IP Pontos fortes do TCP/IP: não orientado a conexão; política de melhor esforço (best effort); fragmentação. 18 de 53
Comparação Entre TCP/IP e OSI 19 de 53
Endereçamento IP Os endereços IP (Internet Protocol) são únicos para cada estação da rede. Esse endereço é formado por 32 bits separados por pontos a cada octeto (8 bits). Há uma parte deste endereço para rede (prefixo) e outra parte para os hosts na rede (sufixo). 20 de 53
Endereçamento IP Até o início da década de 1990, os endereços IP eram separados por classes: 1 8 1 2 16 1 2 3 24 1 2 3 4 1 2 3 4 5 21 de 53
Endereçamento IP Os oito primeiros bits das classes A, B ou C eram fixos conforme a classe ao qual pertenciam: Classes Início Fim Classe A Binário = 0000 0000 Decimal = 0 Classe B Binário = 1000 0000 Decimal = 128 Classe C Binário = 1100 0000 Decimal = 192 Binário = 0111 1111 Decimal = 127 Binário = 1011 1111 Decimal = 191 Binário = 1101 1111 Decimal = 223 22 de 53
Máscara de Rede O esquema atual de endereçamento IP conta com uma máscara de rede. A máscara de rede é usada para determinar em que ponto termina o endereço da rede e inicia o endereço do host. Todo endereço IP está associado a uma máscara de rede. 23 de 53
Máscara de Rede Uma máscara de rede tem o mesmo comprimento do endereço IP, 32 bits, e é dividida em 4 octetos separados por pontos da mesma forma. Os bits de uma máscara de rede são definidos com 1 da esquerda para a direita. Por exemplo: Binário 11111111 00000000 00000000 00000000 Decimal 255 0 0 0 24 de 53
Máscara de Rede Os bits 1 da máscara de rede indicam qual parte do endereço IP é o prefixo (rede). Os bits 0 da máscara de rede indicam qual parte do endereço IP é o sufixo (host na rede). Por exemplo, 148.107.246.247/8: Máscara de Rede Endereço IP Binário 11111111 00000000 00000000 00000000 Decimal 255 0 0 0 Binário 10010100 01101011 11110110 11110111 Decimal 148 107 246 247 25 de 53
Máscara de Rede Máscara de Rede Endereço IP End. de Rede End. de Broadcast Binário 11111111 00000000 00000000 00000000 Decimal 255 0 0 0 Binário 10010100 01101011 11110110 11110111 Decimal 148 107 246 247 Binário 10010100 00000000 00000000 00000000 Decimal 148 0 0 0 Binário 10010100 11111111 11111111 11111111 Decimal 148 255 255 255 26 de 53
Máscara de Rede As máscaras de rede que geram comprimentos de endereços de rede iguais aos que as classes geravam são: classe A: 255.0.0.0 ou /8 classe B: 255.255.0.0 ou /16 classe C: 255.255.255.0 ou /24 27 de 53
Máscara de Rede Vale lembrar que não existem mais classes de rede, apenas endereços IP e máscaras de rede. Por exemplo, a máscara 255.0.0.0 pode ser utilizada com um endereço IP que era definido como de classe C: 192.168.1.23. Neste caso, o endereço de rede fica com 8 bits, como era na classe A: 192.0.0.0 28 de 53
Case 1 - Endereçamento A Editora Érica possui uma faixa de endereços válidos na Internet como 200.10.1/24. Ela resolve dividir esta faixa de endereços IP em duas sub-redes, uma para o administrativo e outra para a produção. Como resolver este problema? 29 de 53
Case 1 - Endereçamento A máscara de rede indica qual parte do endereço IP é o endereço de rede (prefixo). Para o endereço IP em questão, a máscara de re /24 indica que os 24 primeiros bits (três primeiros octetos) do endereço IP são o endereço de rede (prefixo), portanto: 200.10.1.0 é o endereço de rede (prefixo) 30 de 53
Case 1 - Endereçamento Como consequência do endereço de rede serem os 24 primeiros bits, os oito bits restantes formam os endereços de hosts dentro da rede. Como restaram 8 bits, então há 256 (2 8 ) endereços IP possíveis. Entretanto, o primeiro e o último endereço IP não podem ser atribuídos a placas de rede. 31 de 53
Case 1 - Endereçamento O primeiro é o endereço de rede e o último de broadcast. No caso do exemplo, o endereço de rede é: 200.10.1.0 E o endereço de broadcast: 200.10.1.255 32 de 53
Case 1 - Endereçamento Como desejamos dividir a faixa de endereços IP recebida, 256, em duas iguais, precisamos modificar a máscara de rede para definir duas sub-redes, cada uma com 128 endereços IP. Os bits 0 (zero) na máscara de rede indicam os hosts. Oito bits 0 resultam em 256 endereços, pois 2 8 = 256. 33 de 53
Case 1 - Endereçamento Desta forma, sete bits 0 resultam em 128 endereços, pois 2 7 = 128. Diminuir a quantidade de bits 0 significa na verdade aumentar a quantidade de bits 1 na máscara. Neste caso, a quantidade de bits 1 passa a 25. 34 de 53
Case 1 - Endereçamento Eis a nova máscara de rede: 255.255.255.128 ou /25 11111111.11111111.11111111.10000000 Com esta máscara são definidas duas sub-redes com os endereços IP fornecidos pela faixa 200.10.1/24. 35 de 53
Case 1 - Endereçamento Sub-rede 1 Endereço de rede: 200.10.1.0/25 Endereço de broadcast: 200.10.1.127/25 Sub-rede 2 Endereço de rede: 200.10.1.128/25 Endereço de broadcast: 200.10.1.255/25 36 de 53
Roteamento O roteamento é o processo que ocorre em cada nó da rede, em que os pacotes recebidos são analisados e a partir dessa análise é definido o caminho que o pacote vai seguir até alcançar o destino. 37 de 53
Roteamento A base do funcionamento do roteamento são os endereços IP e os equipamentos responsáveis por isso são os roteadores. 38 de 53
Roteamento Cada pacote tem um endereço IP de origem e um endereço IP de destino. Cada roteador, com base em um algoritmo de roteamento envia o pacote ao próximo roteador no caminho até o destino. 39 de 53
Roteamento Exemplos de algoritmos de roteamento: RIP, BGP, OSPF, IGRP, IS-IS, EGRP. Existem quatro tipos de roteamento: centralizado; isolado; distribuído; hierárquico. 40 de 53
Roteamento Cada protocolo de roteamento toma as decisões com base em métricas de roteamento (1/2): estado do link de comunicação; número de hops ou saltos; banda; 41 de 53
Roteamento Cada protocolo de roteamento toma as decisões com base em métricas de roteamento (2/2): utilização do link; atraso; probabilidade de falha; custo. 42 de 53
Roteadores Os roteadores são os equipamentos responsáveis pelo roteamento. Eles trabalham tipicamente na camada de rede (camada 3) do modelo OSI. Um roteador pode ter função de firewall, podendo filtrar o tráfego que passa por ele. Eles podem executar NAT (Network Address Translation). 43 de 53
Roteadores Alguns endereços IP só podem ser utilizados em redes privadas: Prefixo Endereço Menor Endereço Maior 10/8 10.0.0.0 10.255.255.255 172.16/12 172.16.0.0 172.31.255.255 192.168/16 192.168.0.0 192.168.255.255 169.254/16 169.254.0.0 169.254.255.255 Para acessar à Internet com eles, o roteador precisa executar NAT. 44 de 53
Roteadores 10.0.0.1 Fonte: 10.0.0.1:1234 Destino: 128.119.40.186:80 Fonte: 11.1.1.1:5678 Destino: 128.119.40.186:80 Internet 10.0.0.2 Fonte: 128.119.40.186:80 10.0.0.4 11.1.1.1 Fonte: 128.119.40.186:80 Destino: 10.0.0.1:1234 Destino: 11.1.1.1:5678 10.0.0.3 Tabela NAT LAN WAN 10.0.0.1:1234 11.1.1.1:5678 45 de 53
Case 2 - Configuração de uma rede IP sobre uma linha privada em roteadores Cisco 172.16.1.1/16 172.16.1.13/16 172.18.1.13/16 172.18.1.1/16 PPP 172.18.1.12/16 10.0.0.1/8 172.18.1.11/16 10.0.0.2/8 172.16.1.10/16 172.16.1.12/16 172.18.1.10/16 172.16.1.11/16 46 de 53
Case 2 - Configuração de uma rede IP sobre uma linha privada em roteadores Cisco 172.16.1.1/16 172.16.1.13/16 172.18.1.13/16 172.18.1.1/16 PPP 172.18.1.12/16 10.0.0.1/8 172.18.1.11/16 10.0.0.2/8 172.16.1.10/16 172.16.1.12/16 172.18.1.10/16 172.16.1.11/16 47 de 53
Case 2 - Configuração de uma rede IP sobre uma linha privada em roteadores Cisco 172.16.1.1/16 172.16.1.13/16 172.18.1.13/16 172.18.1.1/16 PPP 172.18.1.12/16 10.0.0.1/8 172.18.1.11/16 10.0.0.2/8 172.16.1.10/16 172.16.1.12/16 172.18.1.10/16 172.16.1.11/16 48 de 53
Case 2 - Configuração de uma rede IP sobre uma linha privada em roteadores Cisco 172.16.1.1/16 172.16.1.13/16 172.18.1.13/16 172.18.1.1/16 172.18.1.12/16 10.0.0.1/8 172.18.1.11/16 10.0.0.2/8 172.16.1.10/16 172.16.1.12/16 172.18.1.10/16 172.16.1.11/16 49 de 53
Case 2 - Configuração de uma rede IP sobre uma linha privada em roteadores Cisco 172.16.1.1/16 172.16.1.13/16 172.18.1.13/16 172.18.1.1/16 172.18.1.12/16 10.0.0.1/8 172.18.1.11/16 10.0.0.2/8 172.16.1.10/16 172.16.1.12/16 172.18.1.10/16 172.16.1.11/16 50 de 53
IPv6 O IP na versão 6 surgiu em 1990 e o padrão foi publicado em 1999. O crescimento da Internet fez com que os 4 bilhões de endereços IPv4 fosse utilizados. IPv6 fornece mais de 134 trilhões de endereços IP. O endereço IPv6 tem 128 bits, quatro vezes mais que os 32 bits do IPv4. 51 de 53
IPv6 IPv6 extingue NAT, pois a quantidade de endereços disponíveis é suficiente para os próximos anos. Algumas funcionalidades do IPv6: QoS; IPSec; integração com o IPv4. 52 de 53
IPv6 Exemplo de endereço IPv6: FE80:0000:0000:0000:0260:97FF:FE8F:64AA 53 de 53