Introdução aos Conceitos Básicos de Redes de Dados Versão Resumida Rafael Rocha Sales Engineer rafael.rocha@westcon.com.br (21) 3535 9314 (21) 9640 3054
Leituras Recomendadas Redes de Computadores Andrew Tanenbaum Editora Campus Nortel Data Networking Technology Nortel Press
Agenda Introdução aos Conceitos Básicos de Redes de Dados Conhecimento Teórico Breve histórico da Internet Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP Conhecimento Aplicado Exemplos típicos de arquitetura de rede Modelo de 2 e 3 camadas Meios de transmissão: Cobre e Fibra Cabeamento estruturado Serviços de telecomunicações
Conhecimento Teórico Rafael Rocha Sales Engineer rafael.rocha@westcon.com.br
História da Internet Evolução Tecnológica Telégrafo (~1850) Telefone (~1870) Rádio (~1895) Transistor (1947 Bell Telephone) Circuito Integrado (1958 Texas Instruments) Microprocessador Intel 4004 (4 bits 2.300 transistores) (1971) Intel 8008 (8 bits 3.500 transistores) (1972) Intel 8080 (8 bits 6.000 transistores) (1974) Intel 80286 (16 bits 134.000 transistores) (1982) Intel 80386 ou i386 (32 bits - 275.000 transistores) (1985) Intel 80486 ou 1486 (32 bits - +1 milhão de transistores) (1989) Intel Pentium P5 (3,1 milhão de transistores) (1993) Intel Pentium II (7,5 milhão de transistores) (1997) Intel Pentium III (9,5 milhões de transistores) (1999) Intel Pentium 4 (42 milhão de transistores) (2000) Intel Pentium Dual-Core (2006) Intel i7 Gulftown (1.1179 milhões de transistores) Referência: wikipedia.com
História da Internet Fatos Importantes 1950 - Guerra Fria: todas as comunicações militares utilizavam a rede pública de telefonia que era considerada vulnerável porque tinha diversos pontos de falha, apresentando baixa redundância. (a) 1960 Departamento de Defesa contratou RAND Corporation para encontrar solução. Paul Baran apresentou projeto distribuído. Pentágono gostou do conceito e solicitaram a AT&T (monopólio) a construção de protótipo. A empresa informou que não havia como ser construído. (b) Referência Tanenbaum
História da Internet 60 Criação da agência de pesquisa de defesa ARPA. 1967 ARPA volta-se para redes e Wesley Clark sugeriu criação de redes de pacotes, cada host seria seu próprio roteador. Presidente da ARPA decidiu criar uma rede de computadores que seria conhecida como ARPANET. 1968 - ARPA seleciona BBN para construção. 1969 Rede experimental (UCLA; UCSB; SRI e Utah) O crescimento da ARPANET. (a) Dezembro de 1969. (b) Julho de 1970. (c) Marco de 1971. (d) Abril de 1972. (e) Setembro de 1972
História da Internet 1974 Invenção dos protocolos e do modelo TCP/IP (Cerf e Kahn, 1974). ARPA encoraja BBN e Berkley a utilizar. Universidade incorpora no Unix. 80 várias redes foram incorporadas na ARPANET. Criação do DNS. 70 National Science Foundation (NSF) percebe sucesso da ARPANET e cria uma rede aberta a todos grupos de pesquisa (NSFNET). Para entrar na ARPANET era necessário um contrato com o DoD. Continuo crescimento e vontade de organizações comerciais de participar mostraram a NSF que não deveria continuar a patrocinar a rede. NSF estimulou a MERIT, MCI e IBM a formarem uma empresa sem fins lucrativos, ANS (Advanced Networks and Services). Em 1990 a ANS assumiu a NSFNET, os links foram atualizados de 1,5 Mbps para 45 Mbps. Backbone da NSFNET em 1988
História da Internet Fatos Importantes Em 1974 o protocolo TCP foi criado. Em 1983, a Internet <ARPANET> (então com cerca de 1000 hosts) passa a ter o protocolo TCP/IP como único oficial. NSFNET e ARPANET se interconectam e crescimento vira exponencial. Em 1989 a World Wide Web é criada. Em 1993 o Mosaic (browser que iniciou a popularização da Internet) é criado. A rede foi operada por 5 anos e vendida para America Online. Outras empresas já operavam o serviço comercial em IP. Para facilitar a transição a NSF contratou 4 operadoras para interconexão: PacBell (San Francisco), Ameritech (Chicago), MFS (Washington, D.C.) e Sprint (cidade de Nova York). Todas as operadoras que desejassem ofertar o serviço de backbone para regionais deveriam estabelecer conexão com todos os pontos de interconexão. Desta forma, existia a possibilidade de escolha do provedor entre origem e destino. As concessionárias de backbone e regionais passaram a concorrer entre si. O conceito de backbone único foi substituído pelo da infraestrutura competitiva com fins lucrativos. WWW No início de 1990 o físico do CERN Tim Berners-Lee criou a aplicação que iria atrair milhares de novos usuários, a World Wide Web. Juntamente, Marc Andreessen criou o navegador Mosaic no NCSA (National Center for Supercomputer Applications) em Urbana, Illinois. Grande parte do crescimento na década de 90 foi impulsionado pelos ISPs (Internet Service Provider). Estas empresas fornecem aos usuários individuas e domésticos a possibilidade de se conectar à Internet, inicialmente por MODEMs tipicamente de 56 kbps. Referência Tanenbaum
História da Internet
Crescimento Explosivo de Tráfego das Operadoras Tráfego de Internet 1B de usuários de Internet em 2005 crescendo para de 2B em 2010 Tráfego Internacional cresceu 74% in 2009 Operadoras adicionaram 9.4Tbps de capacidade banda internacional em 2009 (mais que o total de todos os links existente em 2007) Banda Larga e Web móvel 940 M usuários de banda larga 2009 contra 550M fixa 5.3 B de celulares mundial Aparelhos móveis irão ultrapassar os PCs para acesso a internet em 2012 Rich media, Web 2.0 & efeito da nuvem Computação em Nuvem crescendo de $16B em 2008 para mais de $40B em 2012 31Billhões de videos on line assistidos somente em março de 2010 nos Estados Unidos (Source: IDC, Infonetics, TeleGeography, ComScore)
Statistics from the IITF Report The Emerging Digital Economy * To get a market of 50 Million People Participating: Radio took 38 years TV took 13 years Once it was open to the General Public, The Internet made to the 50 million person audience mark in just 4 years!!! http://www.ecommerce.gov/emerging.htm Released on April 15, 1998 * Delivered to the President and the U.S. Public on April 15, 1998 by Bill Daley, Secretary of Commerce and Chairman of the Information Infrastructure Task Force
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP
Conceitos: Redes, Comutação e Protocolos Comunicação é a troca de mensagens entre partes através de um meio. Rede de comunicação de dados é um conjunto de dispositivos, denominados nós de rede, que são interconectados formando uma malha que permite a comunicação entre dispositivos usuários. Comutação é o processo realizado pelos nós da rede para que as mensagens sejam encaminhadas entre os pontos de origem e destino. Protocolo de comunicação é um conjunto de normas que estabelece a forma como os dispositivos devem se comunicar, organizando a troca de mensagens.
Rede de comunicação de dados REDE A B C D Enlaces de acesso Troncos Nó de rede
Topologias e abrangências de redes Anel A Barramento Hub & Spoke A B C D A B C B C D Abrangências de redes B Full-Mesh A D Local Area Network (LAN) Redes locais com cobertura restrita a prédios e edificações. Metropolitan Area Network (MAN) Redes metropolitanas que cobrem extensões equivalentes ao perimetro de uma cidade. C Wide Area Network (WAN) Rede de longa distância com cobertura superior às MANs.
Tipos de Comutação Comutação de circuitos. Exemplo: Sistema telefônico. Comutação de mensagens. Exemplo: Telegrama. Comutação de pacotes. Exemplo: Redes de comunicação de dados X.25, Frame Relay, redes IP. Comutação de células. Exemplo: Redes ATM.
Comutação por Circuito 1 2 3 A B Estabelecimento do circuito físico Dados Mensagem pode ser trocada em ambos sentidos sofrendo somente o atraso de propagação do meio. Não existe qualquer armazenamento ao longo do circuito estabelecido. Desconexão do circuito físico
Nó de rede de comutação por circuito 1 1 A 2 2 ORIGEM Porta 1 DESTINO Porta 2
Comutação por Pacotes A B Pacote 1 128bytes Dados Pacote 2 256bytes Pacote 3 64bytes Pacote 1 128bytes Pacote 2 256bytes Pacote 3 64bytes Pacote 1 128bytes Pacote 2 256bytes Pacote 3 64bytes
O Nó Comutador de Pacotes Roteador ED EO Roteamento por End. Destino DADOS X Y Pacote 1 ED EO EO Endereço de Origem ED Endereço de Destino C 4 DADOS X Y Tabela de rotas End. Dest. Rota Interf. Saída X R 4
Comutação de Pacotes Circuito Virtual. Com conexão. Com controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida na formação do circuito virtual. Endereço pequeno do circuito virtual. Exemplo: X.25, Frame Relay. Datagrama. Sem conexão. Sem controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida pacote a pacote. Endereço de origem e destino completos. Exemplo: IP, UDP.
Características do uso de conexão 1 2 A 4 8 Com conexão Com garantia de entrega sequêncial B 3 5 C D Sem conexão Sem garantia de entrega sequêncial
Modalidades de Comutação Referência: Redes de Computadores Andrew Tanenbaum Item Caminho de cobre dedicado Largura de banda disponível Largura de banda potencialmente desperdiçada Transmissão store-and-forward Cada pacote segue a mesma rota Sim Fixa Sim Não Sim Comutação de Circuito Não Comutação de Pacotes Dinâmica Não Sim Não Configuração de chamada Necessária Desnecessária Quando pode haver congestionamento Durante a configuração Em todos os pacotes Tarifação Por minuto Por pacote
Pergunta Quais os tipos de comutação existentes? Comutação de circuitos, de mensagens, de pacotes e de células. Qual a principal motivação para a comutação de pacotes? Aprimorar o compartilhamento do meio físico, diminuindo o potencial desperdício de largura de banda. Quais os tipos de comunicação de pacotes? Cite exemplos. Circuito virtual: orientado a conexão, com garantia de entrega de pacotes e sequenciamento. Ex: Frame Relay e ATM. Datagrama: não há conexão, sem garantia de entrega de pacotes e sequenciamento. Ex: IP.
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa)
Modelo de referência OSI da ISO 7 6 5 4 3 2 1 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico OSI Open System Interconnection ISO International Standardization for Organization Define uma série de funções necessárias para a comunicação de elementos de forma modular e estruturada em níveis/camadas A comunicacão entre os elementos é feita através da técnica de encapsulamento Modelo não significa implementação (protocolo)
Funções das camadas Aplicação 7 Interface entre aplicação e usuário, garantia de recursos, identificação da aplicação 6 Apresentação Syntaxe e semântica de dados entre as aplicações (ASCII Unicode), compressão e criptografia 5 Sessão Estabelecimento/terminação de sessão, gerenciamento de token, sincronização 4 Transporte Multiplexação, Segmentação, Formato do segmento, sequenciação, controle de fluxo 3 Rede Interconexão de redes, Endereço de rede, protocolo superior, identificador de fragmento 2 1 Enlace Físico Controle de acesso ao meio físico, divisão em quadros, DTE/DCE, MAC/DLCI/VPI/VCI, controle de erro (CRC retransmissão) Transmissão de bits brutos no meio físico, Características elétricas, padrões de interface, half/full duplex, velocidade, paridade
Encapsulamento e cabeçalhos A comunicação entre duas ou mais camadas de terminais distintos é feita através dos chamados Protocol Data Units PDU. Uma camada encapsula o PDU da camada superior no payload de seu PDU. 7 Aplicação PDU 6 Apresentação H-Aplic Payload Header Payload H-Apres H-Aplic Payload 5 4 Sessão Transporte H-Sess H-Apres H-Aplic Payload Dados Controle H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Payload 3 Rede H-Rede H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Payload 2 Enlace H-Enlac H-Rede H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Payload T-Enlac 1 Físico BITs
Modelo OSI na prática Host/Server Host/Server Aplicação Aplicação Apresentação REDE Apresentação Sessão Sessão Transporte Transporte Rede Rede Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Físico
Funções das camadas Camadas Superiores Comunicação fim-a-fim Protocolo entre origem e destino Camadas Inferiores Comunicação entre vizinhos (encadeada)
Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido 7 OSI Aplicação Modelo Híbrido Modelo TCP/IP 6 Apresentação Aplicação Aplicação 5 4 Sessão Transporte Transporte Transporte Família de Protocolos TCP/IP 3 Rede Rede Inter-rede 2 1 Enlace Físico Enlace Físico FR/ATM/802.3 Host To Network Fibra/Serial/Hub Modelo TCP/IP possui uma única camada Host to Network. Não define esta camada.
Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido 7 OSI Aplicação Modelo Híbrido Modelo TCP/IP 6 Apresentação Aplicação Aplicação 5 4 Sessão Transporte Transporte Transporte Família de Protocolos TCP/IP 3 Rede Rede Inter-rede 2 1 Enlace Físico Enlace Físico FR/ATM/802.3 Host To Network Fibra/Serial/Hub Modelo TCP/IP possui uma única camada Host to Network. Não define esta camada.
Exemplos de protocolos por camadas OSI 7 Aplicação 6 Apresentação Aplicação DNS/FTP/SMTP/ HTTP/Telnet 5 4 Sessão Transporte Transporte TCP/UDP Família de Protocolos TCP/IP 3 Rede Rede IP 2 Enlace Enlace FR/ATM/802.3 1 Físico Físico Fibra/Serial/Hub
Perguntas Quais as camadas do modelo OSI? Aplicação, apresentação, sessão, transporte, rede, enlace de dados (enlace) e física. Quais as camadas do modelo TCP / IP (híbrido)? Aplicação, transporte, rede, enlace de dados (enlace) e física Qual o nome da unidade básica de comunicação entre camadas pares? PDU
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa)
Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede Suportado por: Protocolos Padrões Software Roteador Multilayer switch 2 Enlace Bridge Switch 1 Fisico Hub/MUX Cabos e Conectores
Elementos de rede da camada física 7 6 5 4 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Suportado por: Protocolos Padrões Software 3 Rede Roteador Multilayer switch CAMADA 1 2 Enlace Bridge Switch 1 Fisico Hub Cabos e Conectores
Hub Equipamento do nivel fisico que conecta 2+ equipamentos de rede em um unico segmento Não inteligente Sinal de entrada e repetido para todas as portas Amplifica o sinal Utilizado como um ponto de concentracao na rede Nao faz filtragem de pacotes Nao descobre caminhos ou faz switching de pacotes Usuarios compartilham a banda de rede Centro de uma topologia em barramento Tambem chamado de repetidor de multiplas portas ou concentrador (em Ethernet) Domínio de colisão
Exemplo Hub 125 121 122 123 envia uma mensagem para 122 O hub envia a mensagem para todos os sistemas (copia todas as portas) Hub 122 checa por seu endereco e abre a mensagem 124 Todos os outros descartam a mensagem 123
Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 Aplicacao 6 Apresentacao 5 Sessao 4 Transporte 3 Rede Suportado por: Protocolos Padroes Software Roteador Multilayer switch CAMADA 2 2 Enlace Bridge Switch 1 Fisico Hub Cabos e Conectores
Como os switches e bridges encaminham os quadros Transmissão Somente tráfego entre segmentos passam pela bridge. Bridge transmite pacotes entre estes equipamentos. Filtragem Bridge nao transmite entre estes dois equipamentos. F972.5151.0120 F972.5151.0123 E0 E1 F972.5151.0121 F972.5151.0122 Aprendizado E0: F972.5151.0120 E0: F972.5151.0121 E1: F972.5151.0123 E1: F972.5151.0124 Segmento 1 Segmento 2 F972.5151.0124 F972.5151.0125
Switches e Bridges Bridges Compartilhado Workstation 31 34 Switches Dedicado 31 Workstation 34 32 Bridge 35 32 Switch 35 33 Segmento 1 Segmento 2 36 33 Segmento 1 Segmento 2 36
Loop Broadcast Storm Em uma rede camada 2 um loop é desastroso O tráfego é multiplicado até consumir toda a banda disponível A maneira efetiva de terminar um broadcast storm é desconectar um dos cabos que causa o Loop A maioria dos switches vai ignorar o gerenciamento, pois estará sobrecarregado com o processamento do brocast storm 5 5 1 4 2 3 Estação A 5 4 2 3 3 1 - Estação A transmite um Broadcast (um ARP por exemplo) 5 4 Estação B
Spanning Tree Protocol Criado para resolver problemas causados por links redundantes (loops) na rede Garante uma topologia livre de loops através da ativação de um caminho único através da rede Produz uma topologia lógica em árvore a partir de qualquer topologia física definida pelos Switches Provê reconfiguração automática em caso de falha de um link ou switch
Spanning Tree O Spannig Tree foi criado para eliminar Loops em uma rede camada 2 Algumas portas são bloqueadas para o tráfego de modo que a rede assuma uma topologia em árvore 1 2 3 Estação A 4 Estação A transmite um Broadcast (um ARP por exemplo) 4 Estação B
Spanning Tree - Terminologia LAN 1 Porta para o Root 10 Porta A Bridge 3 Porta B 5 10 10 Porta A Bridge 1 Porta A Bridge 2 Porta B Porta B LAN 2 10 10 10 Porta A Bridge 4 Porta B 10 LAN 3 Root Bridge LAN 5 Porta A Bridge 5 Porta B Porta C LAN 4 =Porta Bloqueada
Spanning Tree Estados Listening (Eleição do Root) Learning (Aprendendo os caminhos) Blocking (estado inicial de todas as portas; permite tráfego somente de BPDUs) Forwarding (aberta a todo tráfego)
Virtual LANs - VLANs 1 A B C 2 D 3 E 4 5 6 7 Agrupa portas de acesso do switch Criando segmentos de LAN que não se comunicam entre si. VLAN VERDE 1,3,7,A e B VLAN VERMELHA 2,5 e D VLAN AZUL 4, 6 e C
VLAN Trunking 1 O tráfego de todas as VLANs passa pelo mesmo meio físico. A B C 2 3 4 5 6 7 Numa interface configurada para VLAN trunking os quadros Ethernet são modificados com o acréscimo de um TAG que identifica a VLAN a que eles pertencem. O 802.1Q é o padrão usado no mercado. D E
Formato do Quadro numa VLAN Trunking Quadro Ethernet original na porta de acesso DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 DADOS 00101011001100 Mesmo quadro numa interface VLAN Trunking DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 VLAN TAG DADOS 00101011001100 VID = Vlan ID 12 bits = 4096 vlans (4094 pois endereços 0x000 and 0xFFF são reservados)
Perguntas Cite exemplos de equipamentos na camada física, enlace e rede? Física: Cabos de rede, hubs, repetidores. Enlace: Bridge e switches. Rede: Roteadores (switches L3). Qual a principal diferença entre um hub e um switch? No hub a banda é compartilhada em um domínio de colisão. Apenas uma comunicação ocorre por vez. Em um switch cada comunicação possui banda dedicada. Várias comunicações podem ocorrer simultâneamente.
Perguntas O que é uma VLAN? É uma forma de criar redes virtuais em um switch através do agrupamento de portas. Como as VLANs são estendidas entre os switches? Com a utilização de ligações chamadas VLAN TRUNKS. Qual o padrão para criação de VLAN TRUNK? IEEE 802.1Q Como os quadros em um TRUNK são associados com as diferentes VLANS? Com a utilização da adição de um campo VLAN TAG, que carrega a identificação da VLAN.
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa)
Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 6 5 4 Aplicação Apresentação Sessão Transporte Suportado por: Protocolos Padrões Software CAMADA 3 3 Rede Roteador Multilayer switch 2 Enlace 1 Fisico Bridge Hub Switch Cabos e Conectores
Como surgiu o protocolo IP? INTERNET REDE IP A B C D Aplicação Transporte Rede Enlace Roteador Física IP = INTERNET PROTOCOL Especifica a troca de mensagens da chamada Internet protocolo de camada de rede
Características das redes IP Camada 3 Não orientada à conexão Endereços de 4 octetos Transporte baseado em roteamento Não há garantia da qualidade de serviço A B
Tipos de endereços IP Cada máquina deve possuir um endereço IP único Endereços Unicast Usados para enviar uma mensagem a um dispositivo em específico. Endereços Multicast Usados para enviar uma mensagem a um grupo específico de usuários. Endereço de Broadcast Usados para enviar uma mensagem para todos os dispositivos conectados em um mesmo domínio de colisão
Endereçamento IP O Endereço IP é composto por 4 octetos Utilizamos a notação Dotted Decimal (decimal com ponto) Os octetos estão divididos em 2 partes: Endereço de rede Endereço de host 143.107.111.1 Associado a um endereço existe sempre uma máscara Aplica-se a máscara ao endereço para identificar rede e host 143.107.111.1/24 ou 143.107.111.1 / 255.255.255.0
Endereço de rede IP Rede Nó/Host 10.10.10.1
Notação Decimal por ponto 32 bits Rede Nó/Host 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 192 16 158 201 Um endereço IP consiste de 32 bits, agrupados em 4 octetos em notação decimal
Classes de Endereçamento Class A 1 st bit 0 1 st octet 00000000 01111111 1.0.0.0 127.255.255.255 Porção da rede é representada pelo primeiro octeto Regra do primeiro octeto Class B 1 st 2 bits 10 1 st octet 10000000 10111111 128.0.0.0 191.255.255.255 Porção da rede é representada pelos dois primeiros octetos Class C 1 st 3 bits 110 1 st octet 11000000 11011111 192.0.0.0 223.255.255.255 Porção da rede é representada pelos três primeiros octetos 127.xx.yy.zz reservado para testes de loopback
Classe de Endereçamento Class D 1 st 4 bits 1110 1 st octeto 11100000 11101111 Range de endereços: 224.0.0.0 239.255.255.255 Reservado para multicast Class E 1 st 4 bits 1111 1 st octeto 11110000 11111111 Range de endereços 240.0.0.0 247.255.255.255 Reservado para uso futuro e experimental 255.255.255.255 reservado como endereço de broadcast
Classes de endereçamento No. de bits Classe A 0 7 24 Rede Host Host Host 128 64 32 16 8 4 2 1 14 16 Classe B 1 0 0 Rede Rede Host Host ICMP 21 8 Classe C 1 1 0 Rede Rede Rede Host Cont.
Problema com Endereçamento por Classes Máscaras Fixas Número de Redes Número de Hosts Classe A 126 16.777.214 Classe B 16.382 65.534 Classe C 2.097.152 254 Desperdício de endereços IP Endereços IP estavam acabando Eliminação das máscaras fixas Subnet -> divisão das redes em partes menores Supernet -> agregação de redes Solução: CIDR / VLSM Classless Interdomain Routing (agregação) Variable Length Subnet Masks (subnet)
Problema com Endereçamento por Classes Máscaras Fixas http://oglobo.globo.com/tecnologia/mat/2011/02/03/enderecos-de-ipv4- chegam-ao-fim-923728518.asp Os últimos cinco blocos de endereços, totalizando 83,9 milhões, foram alocados em cada um dos cinco Registros Regionais da Internet (RIR). (03/fev2011) No Brasil o Comitê Gestor da Internet (CGI) prevê que os estoques durem até 2012. Nos EUA, o prazo é mais curto: de três a nove meses, de acordo com John Curran, CEO da American Registry for Internet Numbers (Arin), uma das cinco RIR.
Máscaras Default Endereços Classe A 255 0 0 0 11111111 00000000 00000000 00000000 Endereços Classe B 255 255 0 0 11111111 11111111 00000000 00000000 Endereços Classe C 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 00000000
Subredes Endereço Classe B : Antes de ser usado em subredes 1 0 Rede Rede Host Host 1 0 Rede Rede SUBREDE Host Endereço Classe B : Depois de ser usado em subredes Ao se criar subredes, Bits de Host são emprestados para o endereço de rede
Conceito de subrede Consiste em emprestar alguns dos bits da parte do host para representarem partições (subnets) da rede. Endereço IP Classe A Endereço IP binário Máscara default Máscara de subrede 10 0 8 5 00001010 00000000 00001000 00000101 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 11111111 11111000 00000000 REDE SUBREDE HOST
Problema com Endereçamento por Classes Máscaras Fixas Número de Redes Número de Hosts Classe A 126 16.777.214 Classe B 16.382 65.534 Classe C 2.097.152 254 Desperdício de endereços IP Endereços IP estavam acabando Endereços Privados Estes não são roteados na Internet; podem ser repetidos livremente NAT - Network Address Translation The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the following three blocks of the IP address space for private internets: 10.0.0.0-10.255.255.255 (10/8 prefix) 172.16.0.0-172.31.255.255 (172.16/12 prefix) 192.168.0.0-192.168.255.255 (192.168/16 prefix)
Faixas Reservadas Classes de end IP Faixa de endereços Classe A Classe B Classe C 10.X.X.X 172.16.X.X a 172.31.X.X 192.168.X.X Endereços reservados para uso interno nas empresas. Não roteáveis na Internet
NAT Example
Outgoing PPTP Client Through NAT a 10.0.0.2 Internet web server NAT b 10.0.0.3 10.0.0.1 204.x.1.10 c 10.0.0.4
Perguntas O endereço IP é composto de quantos bits? Como é organizado para melhor compreensão humana? 32 bits separados em quatro octectos convertidos em números decimais. Quais os principais tipos de endereço IP? Unicast, multicast e broadcast. Quais são as classes de endereçamento IP? Classe A, B, C, D (multicast), E (experimental). Para que serve a máscara de rede? Para determinar o endereço de rede e de host.
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa)
Endereçamento IP Exemplo de Rede 172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.1.2/24 172.16.4.13/30 172.16.17.9/30 CE 172.16.4.12/30 172.16.17.8/30 172.16.4.14/30 172.16.17.10/30 172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.3.2/24 172.16.16.1/24 172.16.2.0/24 172.16.3.0/24 172.16.16.0/24 172.16.2.10/24 172.16.3.32/24 172.16.4.32/24
Funções do roteador de pacotes Roteamento = contrução de mapas (tabelas) e definição de direções (portas) - Camada 3 Switching = mover pacotes entre interfaces - Camada 2 Switching = Encaminhamento
Funções do roteador de Pacotes Aplicação Transporte Rede Enlace Física 1 2 Roteamento 4 H-IP Payload Encaminhamento H-IP Payload 3 5 Layer 2 Layer 2 RIB FIB Interface 1 Interface X 6 7 H-Enlac H-IP Payload H-Enlac H-IP Payload
Tabela de Roteamento 1 4 Lista de rotas para uma determinada rede de destino 172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.1.2/24 172.16.4.13/30 172.16.17.9/30 CE 172.16.4.14/30 172.16.4.12/30 172.16.17.10/30 172.16.17.8/30 172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.3.2/24 172.16.3.0/24 172.16.2.0/24 172.16.2.10/24 172.16.3.32/24 172.16.16.0/24 172.16.4.32/24
Tabela de Roteamento 1 4 Lista de rotas para uma determinada rede de destino 172.16.17.9/30 Tabela de Roteamento - Roteador X Rede IP Destino Gateway Métrica 172.16.16.0/24 conectado 0 172.16.17.8/30 conectado 0 172.16.4.12/30 172.16.17.9 2 0.0.0.0 172.16.17.9 1 172.16.17.8/30 172.16.17.10/30 172.16.16.1/24 172.16.16.0/24 172.16.3.32/24
Exemplo de tabela de roteamento Router# show ip route Codes: I - IGRP derived, R - RIP derived, O - OSPF derived C - connected, S - static, E - EGP derived, B - BGP derived * - candidate default route, IA - OSPF inter area route E1 - OSPF external type 1 route, E2 - OSPF external type 2 route Gateway of last resort is 131.119.254.240 to network 129.140.0.0 O E2 150.150.0.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:01:00, Ethernet2 E 192.67.131.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 O E2 192.68.132.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:00:59, Ethernet2 O E2 130.130.0.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:00:59, Ethernet2 E 128.128.0.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 129.129.0.0 [200/129] via 131.119.254.240, 0:02:22, Ethernet2 E 192.65.129.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 131.131.0.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 192.75.139.0 [200/129] via 131.119.254.240, 0:02:23, Ethernet2
Construindo a tabela de roteamento Estáticas Rotas manualmente definidas Dinâmicas Rotas aprendidas dinâmicamente através de um protocolo de roteamento
Roteamento Rotas estáticas Rotas configuradas manualmente Úteis quando existe somente uma rota de saída Frequentemente usadas como rotas default Default Routes Rotas usadas se durante o roteamento de um pacote nenhuma rota mais específica for encontrada para o mesmo (best match) Pode ser introduzida na tabela por protocolos de roteamento
Perguntas Quais os tipos de roteamento? Estático, rotas permanentes ao longo do tempo. Dinâmico, a tabela de roteamento é construída dinamicamente com o uso de um protocolo de roteamento. Qual a finalidade de uma rota default? Para qual serão encaminhados os pacotes para os quais não houve rota específica (ex: uma rota Internet).
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa)
Que endereços identificam as máquinas Endereço físico identifica lógicamente a máquina no segmento físico e é usado nos quadros ethernet Endereço IP identifica a rede, segmento de rede e a máquina nos pacotes IP
MAC Address 48 Bit Hexadecimal (Base16) Unique Layer two address 1234.5678.9ABC First 24 bits = Manufacture Code assigned by IEEE 0000.0cXX.XXXX Second 24 bits = Specific interface, assigned by Manufacture XXXX.XX00.0001
Quadro Ethernet (Camada de Enlace) DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 DADOS 00101011001100 Host A Host B 1111.1111.1111 2222.2222.2222 BROADCAST = DESTINADO A TODAS AS ESTAÇÕES FFFF.FFFF.FFFF
Como os end. MAC são aprendidos pelos computadores e roteadores ARP = Address Resolution Protocol Host B quer se comunicar com Host A Host A Host B Host B envia um ARP REQUEST para o Host A O ARP REQUEST chega a todas as estações (broadcast) 1111.1111.1111 2222.2222.2222 Host A envia um ARP REPLY para o Host B 3333.3333.3333 Agora, tanto Host A como Host B conhecem seus respectivos endereços MAC R1 também escutou o broadcast e aprendeu o endereço de B R1 Os endereços são armazenados durante um tempo fixo no cache local das máquinas RFC 826 (não especifica timeout)
Exemplo EXEMPLO: ARP REQUEST DESTINO FFFF.FFFF.FFFF ORIGEM 2222.2222.2222 DESTINO 20.20.20.1 ORIGEM 20.20.20.2 DADOS ARP REQUEST EXEMPLO: ARP REPLY DESTINO 2222.2222.2222 ORIGEM 1111.1111.1111 DESTINO 20.20.20.2 ORIGEM 20.20.20.1 DADOS ARP REPLY Host A 20.20.20.1 Host B (20.20.20.2) 1111.1111.1111 2222.2222.2222 ARP TABLE DO HOST B: IP MAC 20.20.20.1 1111.1111.1111
Roteando pacotes entre redes 172.16.16.0/24.32.1 Y.10 172.16.17.8/30.9 X.2 172.16.15.0/24.1 Tabela de Roteamento - Roteador Y X Rede IP Destino Gateway Métrica 172.16.16.0/24 172.16.15.0/24 IP Origem IP Destino conectado DADOS 0 172.16.17.8/30 172.16.17.8/24 172.16.16.32 172.16.16.1 conectado DADOS 0 0.0.0.0 172.16.17.9 1 IP Origem IP Destino DADOS 172.16.16.32 172.16.15.1 172.16.16.1 DADOS
Perguntas Como as estações são identificadas em uma rede Ethernet? Através de seu endereço MAC. Como é o formato do endereço MAC? É composto de 48 bits e representado em Hexadecimal. A primeira metade é designada pelo IEEE unicamente aos fabricantes, a segunda é determinada pelos fabricantes unicamente a cada interface de rede. Como as estações aprendem os endereços MAC das outras? Através da utilização do protocolo ARP, que proporciona a construção de uma tabela (tabela ARP) que relaciona os endereços MAC e IP.
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP / UDP Voice-sobre-IP
Transmission Control Protocol (TCP) Parte da família de protocolos TCP/IP Permite a transferência de dados orientada a conexão RFC 793 Padrão para Internet
Por que surgiu o protocolo TCP? Cobrir algumas funções inerentemente não realizadas pelo protocolo IP Definir uma comunicação fim-a-fim que garanta a entrega dos pacotes O que fazem os componentes da camada de transporte: Recebem dados das aplicações e os segmenta Aplicação Transporte Rede Enlace Física Podem oferecer detecção e correção de erro de transmissão Multiplexação
Segmentação TCP recebe dados da aplicação e os segmenta O tamanho do pacote é definido pela camada de enlace (Ex: Ethernet é 1518 bytes) O TCP recebe os dados da aplicação (ex: um arquivo de 5K bytes) e o segmenta em pacotes que possam ser transmitidos pelo protocolo da camada de enlace No receptor, o TCP remonta o arquivo a partir dos pacotes recebidos e o entrega a aplicação destino
Detecção e correção de erro O TCP oferece um serviço de transporte orientado a conexão Antes que qualquer dado seja transferido, os peers TCP trocam informações de configuração e criam uma conexão A conexão é um acordo para se trilhar os pacotes que são enviados entre os dois peers O computador que envia o pacote espera receber um reconhecimento do computador destino Se o computador originador não recebe o reconhecimento, ele reenvia o pacote até que este seja reconhecido ou que seja determinado que a entrega dos dados não seja possível.
Multiplexação - Portas TCP Referências Aplicação Transporte Rede Enlace Física A1 A2 An Transporte Rede Enlace Física Os ports são divididos em grupos: Well Known Ports: 0 1023 Aplicações Clássicas Usualmente privilégio root Registered Ports: 1024 49151 Aplicações proprietárias Privilégio de usuário Dynamic Ports: 49152-65535 Exemplos: Telnet 23 FTP DATA 20 FTP Control 21 SMTP - 25 Secure Shell - 22 HTTP - 80 HTTPS - 443 http://www.iana.org/assignments/port-numbers http://en.wikipedia.org/wiki/list_of_tcp_and_udp_port_numbers#.28registered.29_ports_1024_to_49151
User Datagram Protocol (UDP) Parte da família de protocolos TCP/IP Permite a transferência de dados não orientada a conexão (Best Effort) RFC 768 Padrão para Internet
UDP - Segmentação e tratamento de erros Segmentação Transferência de único pacote Registro indivisível não é um fluxo Detecção e correção de erro Deteção através de checksum Não faz correção
User Datagram Protocol Connectionless Protocol No connection No Sequence, Acknowledgement or Flag Fields in packet Commonly used for broadcasts Multiplexação Uses ports like TCP SNMP is UDP port 161 TFTP is UDP port 69
Perguntas Quais os 2 protocolos de transporte mais utilizados no modelo TCP / IP? TCP (orientado a conexão) e UDP (sem conexão). Quais as principais funções da camada de transporte? Estabelecimento de comunicação fim-a-fim. Multiplexação: permite que várias aplicações utilizem o mesmo IP através da utilização de PORTS. Segmentação: divide e reconstrói mensagens da aplicação que sejam maior do que a camada enlace pode transmitir.
Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Intervalo Internet Protocol Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP / UDP Voice-sobre-IP
Telefonia Hoje Centrais Digitais Utilização de TDM Voz é transmitida em pacotes multiplexados no tempo Comunicação orientada a conexão Banda dedicada = garantia de qualidade Características importantes para voz: Garantia de banda Perda Atraso Jitter Variação do atraso
Voice to Digits: Pulse Code Modulation (PCM) Quantize 256 Steps Using 8 Bits Sample 8,000/sec Nyquist Frequency = DS0 64 Kbps 4000 Hz Analog Signal Sample Quantize Encode Frame = 0101 Analog Audio Source Everything Is Bits G.711 Pulse Code Modulation (PCM) is the DS0 (64 kbps) or channel