Nível de rede Internet Protocol (IP)

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1 Nível de rede Internet Protocol (IP)
Redes de computadores Nível de rede Internet Protocol (IP)

2 Nível de rede Protocolo nível de aplicação Aplicação Aplicação
Apresentação Protocolo nível de apresentação Apresentação Sessão Protocolo nivel de sessão Sessão Transporte Protocolo nivel de transporte Transporte Rede Protocolo nível de rede Rede Enlace Protocolo nível de enlace Enlace Físico Protocolo nível de físico Físico Redes de Computadores

3 Terminologia (1) Rede de comunicação de dados
Facilidade que oferece serviço de transferência de dados internet (com i minúsculo) Conjunto de redes interconectadas por pontes e roteadores Internet (com I maiúsculo) Rede global composta por milhares de máquinas e de redes Intranet É uma internet corporativa Utiliza a tecnologia da Internet (TCP/IP e http) para permitir acessos a recursos e a documentos Redes de Computadores

4 Terminologia (2) Sistema final Sistema intermediário
Dispositivo conectado a uma ou mais redes Executa aplicações e oferece serviços a usuários Sistema intermediário Dispositivo empregado para conectar duas redes Possibilita a comunicação entre sistemas conectados em redes diferentes Redes de Computadores

5 Terminologia (3) Pontes (bridges) Roteador (router) Portal (gateway)
Sistema intermediário que conecta duas redes que utilizam um mesmo protocolo de rede Atua no nível de enlace (nivel 2 OSI) Roteador (router) Interconecta duas redes Utiliza o mesmo protocolo do sistema final Atua no nível de rede (nível 3 OSI) Portal (gateway) Executa a tradução de protocolos Redes de Computadores

6 Pontes Aplicação Aplicação Apresent. Apresent. Sessão Sessão
Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Redes de Computadores

7 Roteador Aplicação Aplicação Apresent. Apresent. Sessão Sessão
Transporte Transporte Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Redes de Computadores

8 Portais Aplicação Aplicação Aplicação Apresent. Apresent. Apresent.
Sessão Sessão Sessão Sessão Transporte Transporte Transporte Transporte Rede Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Redes de Computadores

9 Requisitos para interconexão de redes
Objetivo é enviar pacotes de uma origem até um destino Necessidades: Conhecimento da topologia da subrede Selecionar rotas Independentes da tecnologia de subrede Isolar nível de suporte do número, tipo e topologia de subredes Endereçamento uniforme entre subrede Serviços oferecidos: Orientados a conexão Não orientados a conexão Redes de Computadores

10 Exemplo Redes de Computadores

11 Características da arquitetura de redes
Endereçamento Tamanho do pacote Mecanismo de controle de acesso ao meio Timeouts Recuperação de erros Status Roteamento Orientada a conexão ou não orientada a conexão Redes de Computadores

12 Orientado a conexão Assume que cada rede é orientada a comutação de circuitos Sistema intermediário interconecta duas ou mais redes É visto como um sistema final para cada rede Concatenação de circuitos virtuais Dependendo da rede é necessário criar suporte a criação de circuitos virtuais Padrões IEEE são redes orientadas a comutação de pacotes e.g.: X.75 usado para interconectar redes X.25 ( packet switched) Redes de Computadores

13 Arquitetura não orientada a conexão (1)
Mecanismo de datagrama de redes baseadas em comutação de pacote Cada unidade de informação é tratada de forma independente Sistemas finais e intermediários executam um mesmo protocolo a nível de rede Denominado genericamente como protocolo internet Protocolo Internet (“i” maiúsculo) Protocolo internet (“i” minúsculo) desenvolvido para a ARPANET Descrito na RFC 791 Redes de Computadores

14 Arquitetura não orientada a conexão (2)
Vantagens Flexibilidade Robustez Elimina uma série de overheads Não confiável (unreliable) Não garante a entrega do pacote de dados ao destinatário Não garante ordem de chegada Pacotes podem seguir diferentes rotas Confiabilidade é responsabilidade do nível superio e.g. TCP para protocolo IP Redes de Computadores

15 Família de protocolos Internet
Redes de Computadores

16 Protocolos nível de rede Internet
ICMP IP ARP RARP Interface Hardware Redes de Computadores

17 Protocolo IP Define uma uma rede virtual sobre diferentes elementos de hardware Funções IP Roteamento de pacotes Fragmentação Manipulação de serviços Monitoração de erros e controle através de um protocolo específico (ICMP) Redes de Computadores

18 Protocolo Internet (IP)
Define a unidade básica de transferência de dados na Internet Datagrama IP Protocolo não orientado a conexão (serviço não confiável) Tenta executar best effort delivery Pacotes podem ser perdidos, chegar no destino fora de seqüência, ou duplicados por diversas razões Redes de Computadores

19 Datagrama IP (1) Vers (4 bits): Hlen (4 bits):
versão do protocolo IP (IPv4) Hlen (4 bits): Tamanho do cabeçalho em palavras de 32 bits (min=5) Tos (8 bits): tipo do serviço e qualidade desejada Redes de Computadores

20 Datagrama IP (2) Comprimento total (16 bits): Identificação (16 bits):
Tamanho em bytes do datagrama 216 = bytes (inclui cabeçalho) Identificação (16 bits): Nro. de seqüência que identifica de forma não ambígua um datagrama Flags (3 bits): Apenas dois são empregados bit More bit D’ont fragment Redes de Computadores

21 Datagrama IP (3) Deslocamento (offset)(13 bits) Time to live (8 bits)
A analisar mais tarde Time to live (8 bits) Número máximo de roteadores que um datagrama pode passar Protocolo (8 bits) Indicação do protocolo do nível superior e.g.; 1=ICMP; 6=TCP; 17=UDP Checksum (16 bits) Soma em complemento de 1 ’s do cabeçalho Verificado e recalculado a cada roteador Redes de Computadores

22 Datagrama IP (4) Endereço fonte (32 bits) Endereço destino (32 bits)
Opções (variável) Informações adicionais para roteamento e segurança Padding (variável) Bytes adicionais inseridos para deixar cabeçalho múltiplo de 32 bits Dados (variável) Multiplo de 8 bits Redes de Computadores

23 Endereço IP (1) Número único 32 bits associado à uma máquina
Notação em decimal para cada byte Dividido em duas partes: Prefixo: identifica a rede (network number) Sufixo: identifica a máquina na rede (host number) Propriedades: cada computador tem um único endereço Prefixo (network number) é coordenado globalmente Sufixo (host number) é coordenado localmente Redes de Computadores

24 Endereço IP (2) Endereços são associados a interfaces de redes, não a máquinas Redes de Computadores

25 Classes de endereços IP
Endereços IP divididos em 3 classes primárias (A, B, C) Redes de Computadores

26 Endereços especiais (1)
São endereços que nunca são atribuídos a máquinas Endereço da rede (network address): endereço zero no sufixo e.g.: Classe B: Difusão (broadcast): endereço com 1’s no sufixo (direto) e.g.: Classe B: Difusão (broadcast): endereço com 1’s no prefixo e no sufixo IP: Redes de Computadores

27 Endereços especiais (2)
Este computador: endereço com zeros no prefixo e no sufixo IP: Endereço empregado no boot Máquina não pode colocar endereço válido (ainda não conhece) Loopback: endereço de classe A ( ) Convencionado Endereço de teste Não é transmitido na rede Serve para testar software de rede na máquina local Redes de Computadores

28 Fragmentação (1) Técnica empregada para reduzir datagramas que são maiores que a MTU (Maximum Transfer Unit) da tecnologia de rede Protocolo IP considera a remontagem no destino Baseado nos campos identificação, flags e deslocamento (offset) do cabeçalho Cada fragmento de um mesmo datagrama possui: Seu próprio cabeçalho Mesmo identificador de 16 bits Quantidade de bytes múltiplo de 8 Redes de Computadores

29 Fragmentação (2) Um datagrama é completamente identificado por:
Endereço IP destino e fonte Tipo de protocolo (e.g.; TCP) Identificador O campo de deslocamento (offset) fornece a posição relativa desse fragmento em relação ao datagrama original Fornecido em multiplos de 8 bytes Campo Flags fornece informações adicionais para controle da fragmentação Redes de Computadores

30 Fragmentação (3) Fragmentos: datagrama dividido em vários segmentos.
Redes de Computadores

31 Fragmentação (4) Remontagem dos fragmentos
Destino remonta os datagramas fragmentados. Desvantagens: A remontagem no destino pode ser ineficiente. Se fragmentos são perdidos, eles não podem ser remontados. Vantagens: Fragmentos são roteados independentemente. Sistemas intermediários não armazenam nem remontam datagramas. Redes de Computadores

32 Protocolo IP: recepção de datagramas
Processamento na máquina destino Verifica checksum, versão, e tamanho tamanho Se checksum calculado difere do checksum do datagrama, este é descartado Se o datagrama é fragmentado, é disparado um temporizador que evitará a espera indefinida dos outros fragmentos do datagrama original Entrega do campo de dados do datagrama para o processo indicado no campo Tipo. Redes de Computadores

33 Subredes Problemas com redes "grandes" Solução: Gerenciamento
Desempenho Solução: subdividir (roteador) Redes de Computadores

34 Subredes Como criar ? Máscara de subrede
Dividindo o sufixo (host id) em duas partes Máscara de subrede Número de 32 bits empregado para indicar quais bits identificam a rede e a subrede e quais bits identificam uma estação dentro da subrede Redes de Computadores

35 Subredes if dest_ip AND subnet_mask = my_ip AND subnet_mask then
send pkt on local network % dest is on the same subnet else send pkt to router % dest is on diff subnet Redes de Computadores

36 Roteamento Processo de escolha de um caminho para envio de datagramas
Protocolo IP realiza o roteamento considerando o número da rede Determinação de uma rota: Selecionar quais caminhos são disponíveis Selecionar o melhor caminho para um certo objetivo Empregar caminhos para atingir outras redes Dispositivos especiais Roteadores Redes de Computadores

37 Tabelas de roteamento (1)
Cada roteador mantém uma tabela de rotas Cada entrada possui: Qual conexão deve ser utilizada para atingir certa rede Informações relacionadas com custo e desempenho Roteador 1 Roteador 2 Roteador 3 entrega diretamente entrega diretamente Redes de Computadores

38 Tabelas de roteamento (2)
Entrada em tabelas de roteamento: < network, gateways, others > Como criar rotas: Estáticamente: route add Dinamicamente: via protocolos de roteamento Através de ICMP redirect Exemplo: Redes de Computadores

39 Algoritmo elementar de roteamento (1)
Início Há memória para datagrama? Não Descarta datagrama TTL = TTL -1 Sim Fim Não TTL=0 Calcula Checksum A Checksum, versão e tamanho OK? Sim Não Descarta datagrama Descarta datagrama Fim Fim Redes de Computadores

40 Algoritmo elementar de roteamento (2)
Existe rota específica? Sim Entrega datagrama ao destino Recupera end. IP destino Não Fim Rede destino está na tabela de roteamento? Calcula endereço rede destino Sim Envia para roteador responsável Fim Não Rede destino é alcançavel diretamente? Existe uma rota default? Sim Envia para roteador default Não Não Fim Erro de roteamento Redes de Computadores

41 Protocolos de roteamento
Protocolos de roteamento gerenciam e atualizam as tabelas de roteamento em cada nó Em sistemas UNIX este procedimento é realizado por um de dois daemons: Routed: esquema de roteamento interno, normalmente utilizando o protocolo RIP Gated: roteamento interno e externo, utilizando protocolos mais sofisticados como OSPF, BGP Redes de Computadores

42 Protocolo IP Recursos críticos para o desempenho IP:
Largura de banda disponível Memória disponível para buffers Processamento da CPU Redes de Computadores