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1 URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour
Redes Prof. Edgard Jamhour URL:

2 6) Protocolos de Transporte 7) Protocolos de Aplicação
CONTEÚDO 1) Tecnologia de Redes 2) Hubs e Switches 3) Arquitetura TCP/IP 4) Endereçamento IP 5) Roteamento 6) Protocolos de Transporte 7) Protocolos de Aplicação

3 I - Tecnologias de Redes

4 LAN – LOCAL AREA NETWORKS
A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico. B A DADOS CRC A B C quadro

5 ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM
QUADRO O quadro (frame) é a menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM B A DADOS CRC FECHO CABEÇALHO

6 quadros na fila de espera
PROBLEMA 1: O tempo médio para ganhar o meio aumenta com o número de computadores da rede. ESCUTANDO ESCUTANDO A B C quadros na fila de espera

7 EFEITO DA DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES
O tempo de propagação entre as estações afeta a taxa de ocupação máxima da rede. T t A TRANSMITE A RECEBE A B RECEBE B TRANSMITE B tempo para o sinal ir de A para B

8 eficiência100Mbits e 2Km = 9,1%
Exemplo Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s: Tempo para transmitir um quadro T = s Velocidade de propagação no meio: Km/s Tempo de propagação: t = s para 200 m Tempo de propagação: t= para 2 Km eficiência = T/(T+t) HALF-DUPLEX eficiência200m = 91% L eficiência2Km = 50% eficiência100Mbits e 2Km = 9,1% A B

9 PROBLEMA 2: COLISÃO A B C A C COLISÃO DETECTADA POR A A TRANSMITE t
RECEBIDO DE C COLISÃO DETECTADA POR C C t RECEBIDO DE A C TRANSMITE

10 eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 %
Exemplo eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T) t: tempo de propagação L = 200m então t=1 10-6s T: tempo para transmitir o quadro T = s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s) HALF-DUPLEX eficienciaL=200m = 60,8 % L eficienciaL=2Km = 13,4% eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 % A B

11 LIMITAÇÕES DAS LANs O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO
Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o desempenho da rede diminui na medida em que muitos computadores são colocados no mesmo barramento. A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É LIMITADA Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver desocupado. Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado de colapso e baixo desempenho.

12 HUBS Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. HUB C A C A C A B C A

13 SWITCH Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. SWITCH PORTA COMPUTADOR 1 A 1 2 3 C A C A 3 C A C A C A B C

14 SWITCH SWITCH HUB HUB A B C D E F G
Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local analisando os endereços físicos. Permitem também interligar dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes. SWITCH HUB HUB A B C D E F G

15 Pode ser uma ligação ponto a ponto
WAN A redes WAN utilizam uma tecnologia de transmissão que permite interligar um número ilimitado de comutadores em distâncias arbitrariamente grandes. roteador LAN LAN LAN Pode ser uma ligação ponto a ponto

16 ? ROTEADORES PACOTE PORTA ROTEADOR PORTA PORTA
Os roteadores são dispositivos responsáveis por rotear os pacotes através da rede. Cada roteador possui apenas uma visão local da rota, isto é, ele decide apenas para qual de suas portas enviar o pacote. PORTA PACOTE ROTEADOR ? PORTA PORTA

17 ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede
QUADRO E PACOTE Os pacotes são transportados no interior dos quadros. QUADRO PACOTE DESTINO ORIGEM ORIGEM CRC DESTINO DADOS ENDEREÇO DE REDE ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede

18 Endereço de Rede O agrupamento de computadores em rede permite reduzir a quantidade de informações na memória do roteador. se envie para x se envie para y REDE /8 SWITCH a b c x z m REDE /8 y SWITCH z m d e f e y

19 QUADRO E PACOTE 200.17.106.x 200.17.176.x ENLACE PONTO-A-PONTO
O QUADRO MUDA DE ACORDO COM O MEIO FÍSICO O PACOTE É SEMPRE O MESMO ENLACE PONTO-A-PONTO REDE LOCAL TOKEN-RING REDE LOCAL ETHERNET x

20 Camada de Transporte REDE Processo Processo Processo Processo
APLICAÇÃO APLICAÇÃO PORTA PORTA PORTA PORTA TRANSPORTE TRANSPORTE TRANSPORTE IP IP IP REDE REDE MAC MAC ENLACE/FÍSICA ENLACE/FÍSICA REDE

21 PORTAS Exemplo: Protocolo TCP/IP
Portas são números inteiros de 16 bits Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority) 1023 PORTAS RESERVADAS PARA SERVIDORES PADRONIZADOS 1024 65535 PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS

22 Comunicação Cliente-Servidor
Porta Origem Porta Destino Dados Servidor WWW Porta bem conhecida Outlook Servidor de Netscape 1024 1025 80 25 Porta aleatória

23 QUADRO, PACOTE E SEGMENTO
ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO CRC ORIGEM DESTINO DADOS ENDEREÇOS DE REDE PORTAS (ENDEREÇOS DE PROCESSOS) ENDEREÇOS FÍSICO

24 Placa de Interface de Rede Placa de Interface de Rede
Modelo de Referência Aplicações Aplicações Aplicações Aplicações compatibilidade Sistema Operacional Sistema Operacional MODELO DE REFERÊNCIA Placa de Interface de Rede Placa de Interface de Rede reuso de código

25 OSI - Open Systems Interconnection Model
Mensagens padronizadas. Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy) Aplicação Representação de dados independente da plataforma. Apresentação Sessão Comunicação com controle de estado. Comunicação entre processos. Dispositivo de Rede: Não há Transporte Roteamento dos pacotes através de redes diferentes Dispositivo de Rede: Roteador Rede Enlace de Dados Empacotamento de dados em quadros dentro da rede. Dispositivo de Rede: Ponte, Switch Transmissão de bits através do meio físico. Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub Física

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27 Comunicação no Modelo OSI
protocolo aplicação Aplicação Aplicação protocolo apresentação Apresentação Apresentação protocolo sessão Sessão Sessão protocolo transporte Transporte Transporte protocolo rede Rede Rede protocolo enlace Enlace de Dados Enlace de Dados protocolo da camada física Física Física

28 Camadas do Modelo OSI segmento pacote quadro bit Aplicação
HTTP, FTP, SMB, SMTP, POP3, IMAP4, DNS, NetBIOS, DHCP, etc Aplicação Apresentação Gateway de Aplicação Sessão TCP, SPX, NetBEUI Transporte segmento pacote IP, IPX Rede Router Ethernet, Fast-Ethernet, Token-Ring, etc. quadro Enlace de Dados Ponte, Switch bit Física Hub, Repetidor

29 Repetidor: BIT repetidor fibra cobre 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 amplitude
distância

30 Hub: Bit Hub

31 SWITCH: QUADRO Ponte/Switch: operam na camada de enlace de dados do modelo OSI é capaz de filtrar o tipo de tráfego, direcionando os dados apenas para o caminho que realmente precisa ser conduzido (transmissão ou recepção). para filtrar o tráfego ele analisa o cabeçalho dos quadros.

32 SWITCH = Dispositivo da Camada de Enlace
DISPOSITIVO DE ENLACE 1 2 3 4 HUB HUB G H A B C D E F

33 ROTEADOR: PACOTE Roteadores: operam na camada de rede do modelo OSI.
Permite interligar redes com tecnologia de enlace diferente. Para isso: destroem o quadro recebido e extraem o pacote. analisam o endereço do pacote e escolhem uma porta de saída. constrói um novo quadro segundo a tecnologia de enlace utilizada na porta de saída.

34 INTERNET Roteamento 200.17.106.x 200.17.176.x WAN PÚBLICA WAN PRIVADA
ENLACE PONTO-A-PONTO INTERNET REDE LOCAL x

35 GATEWAY: PROTOCOLO DE APLICAÇÃO
Gateways: operam nas camadas superiores do modelo OSI são capazes de analisar o conteúdo dos pacotes, convertendo, se necessário, protocolos de aplicação. utilizados para interligar redes locais com mainframes, e sistemas de correio eletrônico dissimilares.

36 II - Arquitetura TCP/IP

37 Arquitetura TCP/IP INTERNET = ARQUITETURA TCP/IP

38 Endereços IP Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST

39 Notação Decimal Pontuada

40 REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE ENDEREÇOS IP
HOSTS NA MESMA REDE LOCAL DEVEM TER O MESMO ID DE REDE HOSTS COM ID DE REDE DIFERENTE DEVEM SER LIGADOS ATRAVÉS DE ROTEADORES.

41 Distribuição de IP’s IANA Mundo ARIN Américas e Caribe FAPESP Brasil
PROVEDOR Embratel, Impsat, etc REDE CORPORATIVA

42 Classes de Endereçamento
ENDEREÇOS PRIVADOS (CATEGORIA 1) 1 REDE CLASSE A: a 16 REDES CLASSE B: a 256 REDES CLASSE C: a

43 Classe IP A B C 16 milhões 65 mil 255 10.x.x.x 172.68.x.x 200.134.51.x
... A 16 milhões x.x ... 65 mil B x ... C 255

44

45 Como atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO CURITIBA ... ... 300 computadores 200 computadores

46 Como atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO SÃO PAULO 150 computadores ... ... ... 300 computadores 150 computadores DUAS CLASSES C 512 endereços UMA CLASSE B 65536 endereços

47 SubRedes e SuperRedes A Máscara de Subrede Máscaras Default:
32 bits em notação decimal pontuada. bits 1 indicam o endereço da subrede bits 0 o endereço do host. Máscaras Default: classe A: ou /8 ou classe B: ou /16 ou classe C: ou /24 ou

48 Como Atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO CURITIBA ... ... 100 computadores 50 computadores ... RIO DE JANEIRO 50 computadores

49 Divisão dos IP’s = REDE 1: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 3: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 4: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA:

50 Exemplo Por default, a máscara de uma rede classe B é 255.255.0.0.
Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: Exemplo: a rede x.x seria dividida em: 1: a 00 16K 2: a 01 16K 64K 3: a 10 16K 4: a 16K 11

51 SÃO PAULO CURITIBA 900 computadores 600 computadores ... ... 800 computadores ... RIO DE JANEIRO

52 Endereços IP especiais
Não podem ser atribuídos a nenhuma estação: : Endereço de Loopack : BroadCast x.x.x.255/24: BroadCast para uma rede classe C x.x /16: BroadCast para uma rede classe B x /8: BroadCast para uma rede classe A : Endereço de Inicialização (DHCP)

53 Loopback = Transmissão Local
Os datagramas com endereço de loopback não são enviados para rede. Eles são tratados localmente pela própria estação como datagramas recebidos. Recomendação do IETF: /8 é reservado para loopback IP processo processo processo IP IP

54 Mapeamento de Endereços
O endereços IP são endereços temporários. O verdadeiro identificador da estação para rede é o endereço MAC endereço físico associado a placa adaptadora de rede: NIC - Network Interface Card. Endereços de 48 bits (6 bytes) IP ( ) NIC MAC ( B3)

55 Endereço MAC O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC
endereços administrados localmente Quem instala a placa de rede. endereços universais Pelo fabricante. 1 2 3 4 5 6 Código do Frabricante Número de Série

56 Filtragem de Endereços
IP REDE MAC INTERRUPÇÃO FÍSICA MACD = PLACA DE REDE LOCAL MACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MACD MACO DADOS CRC

57 Relação entre IP e MAC endereço IP A Estação A Estação B endereço IPB
NIC NIC endereço endereço físico físico MAC A MAC B datagrama MAC MAC IP IP Dados B A B A quadro

58 Address Resolution Protocol - ARP
O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para MAC. As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o destinatário através do endereço IP. O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para passa a camada de enlace de dados. Rede IP ORIGEM IP DESTINO Dado Enlace de Dados LLC +MAC Tipo MAC de Destino MAC de Origem Dado ECC

59 ARP qual o MAC do IP ? o MAC do IP é C ? ARP REQUEST ARP REPLY A B C

60 ARP O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os datagramas enviados na ARP Cache. Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache. Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast para subrede. Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve o endereço para o roteador ao invés do destinatário final. ARP Cache endereço IP endereço MAC tipo B3 dinâmico ca dinâmico

61 O ARP só funciona na rede local

62 Detecção de Endereços IP Duplicados
O ARP é utilizado para identificar se existem IP’s duplicados. Quando o endereço IP de uma maquina é configurado, ela envia uma mensagem ARP perguntando o MAC desse IP. Se alguém responder, então o endereço já existe.

63 Roteamento

64 Roteamento 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 DESTINO MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS INTER-REDES MAC ROTEADOR MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS

65 Comunicação Inter-Redes
O endereço IP de origem e de destino se mantém os mesmos durante todos os saltos de um pacote através de vários roteadores. O endereço MAC é modificado para endereçar os elementos participantes de cada salto. Router 1 Router 2 emissor receptor MAC2 MAC3 MAC4 MAC5 MAC6 MAC1

66 Comunicação Inter-Redes
A B IPA IPD C D IPA IPD B C IPC IPB A D IPA IPD

67 Exemplo

68 Tabela de Roteamento FORMATO GERAL
REDE DESTINO: GATEWAY: INTERFACE: ETHER0 ou CUSTO: 1 ENDEREÇO DE BASE PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no endereço de base.

69 Definições GATEWAY: Porta do roteador que deverá intermediar a entrega. O IP do gateway NÃO é diretamente utilizado. De fato, o IP é utilizado para encontrar o endereço físico da porta do roteador usando o protocolo ARP. INTERFACE: Porta pelo qual o datagrama será enviado. No caso de um computador, em geral só existe uma porta. Roteadores possuem duas ou mais portas.

70 Definições REDE: Indica o destino da rota.
MÁSCARA: define a amplitude do destino. (MASCARA ): Rota para os computadores: a (MASCARA ): a (MASCARA ): Rota para o computador:

71 Exemplo de Tabelas de Roteamento
REDE /24 INTERNET roteador 1 roteador 2 REDE /24

72 Exemplo de Tabela de Roteamento
TABELA DA ESTACAO : Rede Gateway Interface ( ) ( ) roteador 1 OBSERVAÇÃO: Alguns sistemas costumam identificar a interface por um nome lógico, ao invés do IP.

73 Sequência de Análise da Rota
1) DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA ROTA MAIS ESPECÍFICA: ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO 3) ORDEM DAS ROTAS NA TABELA

74 Exemplo de Tabela de Roteamento
TABELA DO ROTEADOR 1: Rede Gateway Interface ( ) ( ) ( ) INTERNET REDE X roteador 1 roteador 2 REDE X

75 Exercício 1 3 1 2 Construa a tabela de roteamento do Roteador 1
3 INTERNET 1 2 INTERNET

76 TABELA DE ROTEAMENTO Rede Destino Mascara Gateway Interface Custo
1 1 1 2

77 Exercício 2: 1 2 Utilizando a classe C: 200.0.0.0 (255.255.255.0)
A) distribua os IP’s nas duas redes abaixo B) defina a tabela de roteamento do roteador 1. INTERNET 1 2

78 Divisão dos IP’s REDE 1: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 2: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA:

79 TABELA DE ROTEAMENTO 200.0.0.0 Rede Destino Mascara Gateway Interface
Custo 1 1 1

80 PROTOCOLOS DE APLICAÇÃO
ANEXO PROTOCOLO IP PROTOCOLO TCP PROTOCOLO UDP PROTOCOLOS DE APLICAÇÃO

81 Datagrama IP Conceito: Denominação dada à unidade de dados do protocolo de rede IP. Os datagramas são transportados no campo de dados do quadros da camada de enlace de dados, num processo conhecido como encapsulamento.

82 Fragmentação de datagramas
O tamanho máximo permitido para os quadros pode ser inferior ao tamanho máximo de um datagrama. Por exemplo, as redes Ethernet limitam o tamanho dos quadros a apenas 1500 bytes, enquanto os datagramas IP podem chegar até 64 K bytes. Nesse caso, é necessário transmitir um datragrama utilizando vários quadros.

83 Formato de um datagrama
O formato de um datagrama é mostrado abaixo:

84 Exercício 1 Rede mascara gateway interface
MAC C Rede mascara gateway interface I 2 ARP ? H ARP ? E F G A_C A_B 1 MAC D INTERNET MAC A MAC B

85 Anexos

86 Roteamento/Comutação
broadcast roteador Ligação ponto a ponto

87 Comutação POR CIRCUITO POR PACOTES NÃO DATAGRAMA COMUTAÇÃO
ORIENTADA A CONEXÃO? POR PACOTES SIM CIRCUITO VIRTUAL

88 Redes de comutação por circuito
Estabelece um caminho dedicado entre a origem e o destino, antes que a comunicação se estabeleça. Exemplo: TDMA, CDMA, SHD, PDH, etc. A banda é reservada, independente do tráfego. A B REDE COMUTADA POR CIRCUITO D C

89 Redes de comutação por pacote
Não estabelece um caminho dedicado. As informações de endereçamento precisam ser intercaladas com o próprio fluxo de mensagens, numa operação de denominada empacotamento. Exemplos: TCP/IP, GPRS, etc. REDE COMUTADA POR PACOTE

90 Redes de pacotes orientadas a conexão
Também conhecidas como circuito virtual Determinam o caminho entre emissor e receptor antes de iniciar a comunicação. Os pacotes chegam sempre na ordem em que foram enviados. Exemplo: ATM e Frame-Relay IDENTIFICADOR DE CIRCUITO VIRTUAL OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS PACOTE NUMA REDE ORIENTADA A CONEXÃO

91 Redes de pacotes não orientadas a conexão
Também conhecidas como datagrama. O caminho é determinado analisando o endereço de cada pacote. Os pacotes podem chegar fora de ordem. Exemplo: TCP/IP ENDEREÇO DE ORIGEM ENDEREÇO DE DESTINO OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS PACOTE NUMA REDE NÃO ORIENTADA A CONEXÃO

92 REDES IP: Não orientadas a conexão ATM: Orientadas a conexão roteador
Utiliza o endereço dos computadores switch Utiliza um identificador de conexão

93 Roteamento Destinatário final ID de circuito