Arquitetura e Protocolos de Redes de Computadores

Arquitetura e Protocolos de Redes de Computadores
Prof. Rafael Paoliello Guimarães, PhD

Nossa Agenda Arquitetura de redes locais e de longa distância
Modelo OSI Modelo TCP/IP Conceitos sobre as camadas física e de enlace Cabos e Modulações Ethernet TCP/IP Como utilizar para interligação de redes heterogêneas Os componentes da arquitetura TCP/IP (IP, ARP, RARP, ICMP, TCP e UDP) As ferramentas TCP/IP Os roteadores IP

As redes de computadores
Classificação LAN (Local Area Network) MAN (Metropolitan Area Network) WAN (Wide Area Network) PAN (Personal Area Network) TCP/IP LAN TCP/IP LAN TCP/IP TCP/IP WAN TCP/IP TCP/IP TCP/IP TCP/IP TCP/IP LAN LAN

Redes de computadores Estruturação do projeto de uma rede em camadas hierárquicas Modelo OSI (Open Systems Interconnection) Aplicações que utilizam a rede OSI Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Transformação nos dados: criptografia, compressão, etc Controle das sessões de comunicação Isola camadas superiores da parte de transmissão. Controles de comunicação fim-a-fim Cuida basicamente de endereçamento das estações e roteamento dos dados Transforma canal não-confiável em confiável. Detecção/Correção de erros, controle de fluxo, etc Resolver problemas de representação de 0 e 1. Adaptação software-hardware

Redes de computadores Estruturação do projeto de uma rede em camadas hierárquicas Modelo OSI (Open Systems Interconnection) Cabeçalho (Header) Usuário A Usuário B Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física

Modelo TCP/IP Simplificação do modelo OSI
Camadas de sessão e apresentação desaparecem Funcionalidades devem ser implementadas pelas aplicações Enlace e Físico se juntam na camada intra-rede Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física Aplicação Transporte Inter-rede Interface de rede Intra-rede MODELO OSI MODELO TCP/IP

A camada física Técnicas de codificação do sinal
NRZ (Non-Return to Zero), Manchester Multiplexação do sinal TDM (Time Division Multiplexing) FDM (Frequency Division Multiplexing) CDM (Code Division Multiplexing) SDM (Space Division Multiplexing)

Camada Física Cabos e conectores Par trançado Coaxial
Fibra ótica (monomodo, multimodo) Meio aéreo (wireless)

Camada de Enlace Delimitação de Quadros Controle de Erros
Camada de Enlace recebe seqüência de bits. Onde começa e onde termina cada quadro? Controle de Erros Bits transmitidos podem conter erros devido a interferência durante a transmissão. Como detectar e/ou corrigir esses erros? Controle de Fluxo Como garantir que o transmissor não enviará dados em uma velocidade maior do que o receptor é capaz de processá-los Controle de Acesso Se vários quiserem utilizar o meio, como ordenar a utilização?

Delimitação de Quadros
Contagem de caracteres Campo no cabeçalho informa número de caracteres no quadro Caracteres delimitadores e transparência Caracteres especiais indicam ínicio e fim do quadro Se caracter especial fizer parte dos dados, se insere (stuff) um caracter especial antes dele Seqüência de bits (flags) e transparência de bits HDLC: como delimitador Encontra 5 bits 1 consecutivos nos dados, insere bit 0 Violação de códigos do nível físico Manchester: Sem transição poderia ser utilizado para delimitar quadros

Controle de Erros Reconhecimento positivo (ACK) e temporizador (timeout): Satisfatório Transmissão -> Erro -> timeout -> Retransmissão -> ACK Transmissão e retransmissão com mesmo número de seq Introdução de FCS (Frame Sequence Check) ao final do quadro Bit de paridade (controle fraco) CRC (controle forte) Cyclic Redundancy Check Seqüência de bits visto como polinômio > x5 + x3 + 1 Códigos de correção de erros (Hamming)

CRC Baseado na divisão de polinômios
Divisor deve ser conhecido por ambas as partes CRC-16 = x16 + x15 + x2 + 1 CRC-CCITT = x16 + x12 + x5 + 1 CRC-32 = x32 + x26 + x23 + x22 + x16 + x12 + x11 + x10 + x8 + x7 + x5 + x4 + x2 + x + 1 Aritmética Módulo-2: soma é um XOR T = M + R T é a mensagem a ser transmitida (n+k bits) M são os dados (k bits) R é o CRC (n bits) P é o divisor (n+1) bits

Exemplo CRC M = 1010001101 (10 bits) P = 110101 (6 bits)
| 110101 111011 111010 111110 101100 110010  CRC O transmissor insere 5 bits 0 (tamanho do CRC) ao final da mensagem e divide pelo polinômio O transmissor transmite a mensagem seguida do CRC O receptor, divide tudo pelo polinômio e, se não houve erros, o resto deve ser zero

Controle de erros Técnicas de retransmissão
Bit alternado (stop and wait) TX  ACK  TX  ACK  TX  ACK  … Janela N com retransmissão integral (Go-back-N) Um ACK a cada N quadros, confirma a recepção de todos os anteriores Caso não receba um ACK do quadro i, retransmite tudo a partir de i Janela N com retransmissão seletiva (Selective repeat) Caso não receba um ACK do quadro i, retransmite somente i

Controle de Fluxo Bit alternado
Controla o fluxo automaticamente Janela N  técnica de janela deslizante Janela de Transmissão: envia até T quadros sem ACK Janela de Recepção: quando R quadros são recebidos e não foram processados pela camada de rede, se envia um receive-not-ready à origem, a transmissão é suspensa e retormada quando se envia receive-ready

Tipos de serviço Sem conexão e sem reconhecimento
Datagrama não-confiável Redes onde a taxa de erro do nível físico é muito baixa Sem conexão e com reconhecimento ACK ou NACK Orientado à conexão Estabelece conexão Dados Fim da conexão Com ACK

Controle de Acesso Várias máquinas ligadas ao meio
Controle centralizado (polling) Controle distribuído Subdivisão adotada proposta pelo IEEE 802 Adotada pela ISO LLC CAMADA DE ENLACE MAC Interface com a camada de Rede - controle de fluxo e de erros Controle de acesso ao meio

CSMA/CD (Collision Detection)
Estação “ouve” meio antes de transmitir Se meio estiver livre, transmite, senão espera período de tempo e tenta novamente Se há colisão durante sua transmissão, aborta a transmissão envia sinal Jam, 48 bits: garante que todos detectam colisão Detectada colisão, estação espera um tempo para retransmissão Espera aleatória exponencial truncada: tempo de espera entre 0 e um limite superior. Limite superior é dobrado a cada colisão sucessiva. ETHERNET: Escolhe K entre 0 e 2j-1 na j-ésima colisão ETHERNET: Espera o tempo de transmissão de K x 512 bits Utilizado nas redes Ethernet

Ethernet (IEEE 802.3) Estrutura do quadro
Preâmbulo: 7 bytes , 1 byte Destino, Origem: endereços MAC (6 bytes cada), receptores checam endereço destino, se diferente, descartam quadro T (Tipo): indica protocolo de rede usado (IP, IPX, Appletalk etc) FCS: CRC do quadro Preâmbulo Destino Origem T FCS Dados

Interconexão de LANs Por que não só uma grande LAN? Hubs
Nós de uma LAN devem compartilhar largura de banda Tamanho máximo do cabeamento Domínio de colisão seria muito grande Hubs São repetidores Não isolam tráfego (domínio de colisão é extendido) Podem ser interconectados hierarquicamente Todas LANs interconectadas devem implementar o mesmo protocolo HUB

Bridges Trabalham na camada de enlace Switches
Permitem a conexão de diferentes protocolos de enlace Switches Permitem o isolamento de tráfego Aprende que nós estão conectados em cada porta e direcionam tráfego apenas para aquela porta Caso não conheçam destino, enviam a todas as portas

Camada de rede Vamos focalizar nossa atenção ao protocolo IP
Mais difundido dentre os protocolos de rede IP (Internet Protocol) Chaveamento de pacotes c/ datagrama não-confiável Não faz nenhum tipo de verificação de entrega dos pacotes Não estabelece nenhum tipo de circuito/conexão Função básica: rotear pacotes baseado no end. IP Define o endereçamento universal da Internet Atualmente o IP se encontra na versão 6 Versão 4 ainda é a mais difundida, apesar do futuro apontar para a versão 6

Histórico 1969 DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) cria um projeto de pesquisa para o desenvolvimento da rede de comutação de pacotes ARPANET Robusta, confiável, independente de fornecedor 1975 ARPANET deixa de ser experimental e passa a ser operacional, família de protocolos TCP/IP começa a ser concebida 1979 Internet Control and Configuration Board define o projeto de um protocolo para interconexão de redes 1980 TCP/IP torna-se padrão na ARPANET

Histórico 1983 1985 1986-1992 TCP/IP adotado como padrão militar
Defense Communication Agency pede divisão entre ARPANET e MILNET (rede militar) Internet = ARPANET + MILNET TCP/IP é integrado ao BSD/Unix e amplamente disponibilizado 1985 NSF (National Science Foundation) promove expansão da Internet para comunidade acadêmica (NSFNET) NSF abre acesso à Internet para comunidade científica fora do EUA

Algumas características do TCP/IP
Órgão controlador central da Internet NIC (Network Information Center): mantém e distribui informações sobre TCP/IP Todos documentos Internet - TCP/IP Organizados em RFC (Request for Comments) Numeradas em ordem cronológica Podem ser encontrados em: Principais protocolos IP (Internet Protocol) TCP (Transfer Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol)

A camada IP (rede) O endereçamento feito por esta camada é universal (único para toda a rede) A cada máquina se atribui um endereço de 32 bits Endereço IP foi pensado de forma a tornar o roteamento mais eficiente Formado por um prefixo que indica a rede e um sufixo que indica a máquina dentro de uma rede Endereçamento hierárquico: como o telefone, DDD+número 32 bits (4 bytes)

Classes de endereço Inicialmente 3 classes de endereço foram criadas: Classe A: a Classe B: a Classe C: a Rede Máquina (Host) 10 Rede Máquina (Host) 110 Rede Máquina (Host)

Classes de endereço Duas outras classes foram criadas posteriormente Classe D: a Utilizada para Multicast Classe E: a Reservada para uso futuro 1110 1110 Redes Endereços Classe A 126 Classe B 16.382 65.534 Classe C 254

Regras de endereçamento
Endereço IP contém informações sobre a rede e a máquina Como fazer com máquinas que estejam conectadas a mais de uma rede? Roteadores, por exemplo… Cada uma destas redes possui um “prefixo” diferente de endereço IP Como o endereço codifica tanto a máquina quanto a rede, ele não especifica uma máquina e sim uma conexão a uma rede Se uma máquina está conectada a duas redes, cada conexão receberá um endereço IP diferente

Endereços de rede Assim como as interfaces de máquina, as redes também tem seus endereços IP Endereços compostos pelo prefixo de rede, porém com a parte da máquina preenchida com zeros Estes endereços não podem ser utilizados para máquinas Exemplos: (classe A), (classe B), (classe C) Rede A Rede B Roteador

Endereços de broadcast Ao enviar para este endereço, envia-se a todas as máquinas da rede Endereços compostos pelo prefixo de rede, porém com a parte da máquina preenchida com uns Estes endereços não podem ser utilizados para máquinas Exemplos: (classe A) (classe B), (classe C) Sendo assim, o primeiro e o último endereço de cada rede nunca podem ser utilizados por máquinas

Endereço de Loopback Toda máquina rodando TCP/IP possui uma interface de loopback Esta interface não conecta a máquina a rede alguma Seu objetivo é permitir a comunicação entre processos de uma mesma máquina Fluxo normal dos dados: Aplicação  TCP/UDP  IP  Enlace  Físico  transmissão recepção  Físico  Enlace  IP  TCP/UDP  Aplicação Fluxo utilizando loopback: Aplicação  TCP/UDP  IP  loopback  IP  TCP/UDP  Aplicação O endereço classe A é reservado para loopback e não pode ser utilizado por nenhuma rede Quase todas as implementações utilizam como endereço de loopback

Endereços IP reservados Alguns outros endereços são reservados e não podem ser utilizados por nenhuma máquina conectada diretamente à Internet São reservados para máquinas não conectadas à Internet ou conectadas através de um proxy Os endereços reservados são especificados pela RFC1597 e são os seguintes Rede Máscara Falaremos sobre máscaras mais tarde

Exemplo Exemplo de endereçamento IP Token Ring: 192.3.40.0 (classe C)
Ethernet: (classe B) Ethernet: (classe A) Ethernet Token Ring Ethernet

Máscaras Só a identificação da classe não é mais suficiente para indicar bits de rede e bits de máquina Necessidade de outro mecanismo que indique isso: Máscaras! A máscara de um endereço possui 32 bits e seus bits são 1, se os bits correspondentes no endereço IP representam a rede seus bits são 0, se representam a máquina Os bits de rede e máquina não precisam ser contíguos, porém isso gera endereços muito confusos (melhor evitar!) Classe A Classe B Classe C (máscara válida)

Sub-redes não utilizáveis
A especificação TCP/IP diz que a primeira e a última sub-redes não devem ser utilizadas Exemplo: Dividimos uma rede classe C ( ) em 8 sub-redes, cada uma podendo conter até 32 endereços 30, se desconsideramos o end. de rede e de broadcast de cada uma Máscara ( ) 6 sub-redes utilizáveis

Máscaras As máscaras também farão parte das tabelas de rotas
Algoritmo de roteamento com sub-redes Verifique no datagrama IP o endereço IP do destino Bate com alguma das suas interfaces? Sim. Joga fora o cabeçalho IP e entrega o campo de dados aos protocolos de mais alto nível (transporte) Não. Percorra a Tabela de Rotas Faça um AND bit-a-bit do IP de destino com a máscara Compare o resultado com a rede destino Se for igual envia o pacote para o roteador indicado na tabela Se não encontrou uma rota, envia mensagem de erro à origem

ARP (Address Resolution Protocol)
Duas máquinas de uma mesma rede física só podem se comunicar se souberem o endereço MAC uma da outra De alguma forma, se deve obter o endereço MAC de uma máquina a partir do endereço IP ARP é utilizado A envia um broadcast perguntando qual máquina possui o IPB Todas máquinas recebem, mas só B responde com o seu endereço MACB A armazena o par (IPB, MACB) e B armazena o par (IPA, MACA) obtido ao receber o broadcast. Essa informação fica nos caches de A e B por um período apropriado (TTL, ou Time To Live)

Exemplo ARP 146.134.10.7 quer enviar dados a 146.134.15.3
envia um pacote de ARP Request envia um pacote de ARP Response A partir daí, os pacotes IP podem ser encapsulados em quadro de enlace (Ethernet, no caso) Ethernet Token Ring Ethernet

Pacote ARP Formato do pacote ARP
Hardware Type: especifica a interface de hardware pela qual o usuário espera uma resposta (1 se for Ethernet) Protocol Type: tipo de endereço que o usuárioestá procurando (0800H se for IP) HLEN e PLEN: Tamanho dos endereços MAC e de rede Operation: 1 – ARP Request, 2 – ARP Response, 3 – RARP Request, 4 – RARP Response Hardware Type Protocol Type Operation HLEN PLEN Sender HA (octetos 0-3) Sender HA (octetos 4-5) Sender IP (octetos 0-1) Sender IP (octetos 2-3) Target HA (octetos 0-1) Target HA (octetos 2-5) Target IP (octetos 0-3)

RARP (Reverse ARP) ARP mapeia endereço IP em endereço MAC
RARP faz o serviço contrário, de posse do endereço MAC, obtém o endereço IP Utilizado em máquinas sem disco que dão boot via rede e necessitam de um endereço IP ainda durante o boot Ao iniciar, a máquina envia um broadcast perguntando qual o enderço IP correspondente ao seu endereço MAC Um servidor RARP responde e a máquina pode falar com qualquer outra a partir de então

O pacote IP Unidade básica de transferência Version IHL
4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

Version (4 bits): Indica a versão do IP
O pacote IP Unidade básica de transferência 4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Version (4 bits): Indica a versão do IP Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

O pacote IP Unidade básica de transferência
4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length IHL, IP Header Length (4 bits): Indica o tamanho do datagrama IP (em palavras de 32 bits) Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Type of Service (8 bits): Especifica como o protocolo de mais alto nível gostaria que o datagrama fosse manuseado Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum D T R Precedência Source IP Address Precedência: Importância do pacote D: Baixo Delay T: Alto throughput R: Alta confiabilidade Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Difícil ser garantido pela Internet, considerado uma dica e não uma demanda Redefinido em 1990 pela IETF para acomodar os Differentiated Services Definições nas RFC2474, RFC3168 e RFC3260 Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Code Point Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Total Length (16 bits): Tamanho total do pacote IP, se pacote for fragmentado, indica tamanho do fragmento Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Identification (16 bits): Valor inteiro que identifica o datagrama. Auxilia na remontagem de pacotes fragmentados Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Flags (3 bits): Os dois bits de mais baixa ordem controlam a fragmentação. Um bit especifica se um pacote pode ou não ser fragmentado. O segundo bit especifica se o pacote é o último fragmento Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Fragment Offset (13 bits): posição do fragmento no pacote original (em bytes) Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Time-to-live (8 bits): Especifica quanto tempo o pacote pode ficar na rede Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Protocol (8 bits): Indica qual protocolo de transporte está sendo transportado pelo pacote IP Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Header checksum (16 bits): Soma de complemento 1 de blocos de 16 bits do cabeçalho IP Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address Source IP Address (32 bits): Endereço IP da origem IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Destination IP Address (32 bits): Endereço IP do destino Data

IP Options (tamanho variável): Um octeto do código da opção seguido de um octeto com o tamanho da opção, seguido de um conjunto de octetos com os dados da opção Copy: Se for 1, opções são copiadas em todos fragmentos Classe: 0 – datagrama de controle, 2 – Debug, 1 ou 3 – Reservado para uso futuro 4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Copy Classe Número da opção Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Padding (tamanho variável): Faz com que o cabeçalho seja múltiplo de 32 bits Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

4 8 16 19 24 31 Version IHL Type of Service Total Length Identification Flags Fragment Offset Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum Data (tamanho variável): Dados a serem transmitidos pelo pacote IP. Máximo: Cabeçalho + dados = bytes Source IP Address Destination IP Address IP Options (if any) Padding Data

Algumas opções IP Opções IP 1 No operation Option Number Descrição
Security Loose Route Recorde Route Stream Identifier Strict Source Route MTU Probe MTU Reply Timestamp Traceroute

Algumas opções IP Record Route Option (Opção 7) Source Route Option
Cada roteador pelo qual o pacote passe acrescenta seu endereço IP na lista Source Route Option Indica a rota a ser seguida pelo pacote IP Strict (Opção 9): tem que seguir exatamente o caminho definido Loose (Opção 3): tem que passar pelos roteadores indicados, mas podem haver mais roteadores intermediários CODE LENGTH POINTER Primeiro Endereço IP Segundo Endereço IP ... 8 16 24 31 CODE LENGTH POINTER Endereço IP do primeiro hop Endereço IP do segundo hop ... 8 16 24 31

Algumas opções IP Timestamp (Opção 4)
Similar ao Record Route, porém cada roteador coloca na lista, além do seu IP, o tempo em que o pacote chegou OFLOW: número de roteadores que não puderam incluir informações na lista FLAGS: controla formato da lista de endereços 8 16 24 OFLOW FLAGS 31 CODE LENGTH POINTER Endereço IP do primeiro hop Tempo de chegada ao primeiro hop Endereço IP do primeiro hop Tempo de chegada ao primeiro hop ...

Fragmentação Cada protocolo de enlace possui um tamanho máximo de quadro (MTU, Maximum Transfer Unit) Ethernet: 1500 bytes ATM: 53 bytes FDDI: 4500 bytes etc O pacote IP tem que caber dentro de um quadro de enlace Se no enlace anterior o MTU era menor do que no enlace atual, o pacote IP pode não caber no novo quadro: deve ser fragmentado em pacotes menores

Fragmentação Cada fragmento recebe uma cópia do cabeçalho IP original e uma porção dos dados Cabeçalho IP Dados (1400 bytes + 20 bytes cabeçalho) Original MTU = 600 (FRAGMENTAÇÃO) Cabeçalho IP Dados 1 ID = xxxx DF = 0 MF =1 OFFSET = 0 Fragmentos ID = xxxx DF = 0 MF = 1 OFFSET = 580 Cabeçalho IP Dados 2 ID = xxxx DF = 0 MF = 0 OFFSET = 1160 Cabeçalho IP Dados 3

2 fragmentos de 600 bytes e 1 de 340 bytes
Fragmentação Exemplo: MTU = 1500 bytes MTU = 600 bytes MTU = 1500 bytes R1 R2 1 Datagrama Origem 1500 bytes 2 fragmentos de 600 bytes e 1 de 340 bytes 2 fragmentos de 600 bytes e 1 de 340 bytes ID = 12345, DF = 0 MF = 1 Offset = 0, len = 600 Offset = 580, len = 600 ID = 12345, DF = 0 MF = 0 Offset = 1160, len = 340 ID = 12345, DF = 0 MF = 1 Offset = 0, len = 600 Offset = 580, len = 600 ID = 12345, DF = 0 MF = 0 Offset = 1160, len = 340 ID = 12345, DF = 0 MF = 0 Offset = 0, len = 1500

Fragmentação Exemplo (caso em que DF=1): R1 Mensagem de erro gerada e
MTU = 1500 bytes MTU = 600 bytes R1 1 Datagrama Origem 1500 bytes 0 fragmentos Mensagem ICMP ID = 12345, DF = 1 MF = 0 Offset = 0, len = 1500 Datagrama descartado ICMP – Destination Unreachable Fragmentation Needed and DF = 1 ICMP – Destination Unreachable Fragmentation Needed and DF = 1 Mensagem de erro gerada e recebida pela origem do datagrama

Fragmentação Os fragmentos são remontados só no destino
Remontagem em roteadores intermediários causa gasto de memória e de processamento No processo de remontagem, se o tempo de espera por fragmentos se esgota Fragmentos são descartados Envia mensagem de erro (ICMP Time Exceeded) à origem Fragmentos diferentes podem ir por rotas diferentes

Roteamento de datagramas IP
Roteamento: processo de escolha de um caminho através do qual serão enviados pacotes Roteador: máquina que realiza essas decisões Dois tipos de roteamento Direto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão na mesma rede física Comunicação entre A e B ARP Request (IPB) IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Roteamento: processo de escolha de um caminho através do qual serão enviados pacotes Roteador: máquina que realiza essas decisões Dois tipos de roteamento Direto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão na mesma rede física Comunicação entre A e B ARP Response (MACB) IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Roteamento: processo de escolha de um caminho através do qual serão enviados pacotes Roteador: máquina que realiza essas decisões Dois tipos de roteamento Direto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão na mesma rede física Comunicação entre A e B Pacotes IP IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C ARP Request (IPR1) IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C ARP Response (MACR1) IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C Pacotes IP para IPC IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C IPR1 IPR2 ARP Request (IPC) MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C IPR1 IPR2 ARP Response (MACC) MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Indireto: duas máquinas que participam de uma conversação IP estão em redes físicas distintas. Roteadores terão que manusear esse pacote até que ele chegue ao destino A máquina deve identificar qual roteador servirá de intermediário da comunicação O roteador deverá estar necessariamente na mesma rede física da máquina Comunicação entre A e C Pacotes IP para IPC Pacotes IP para IPC IPR1 IPR2 MACR1 MACR2 IPC IPD IPA IPB MACC MACD MACA MACB

Tabelas de rotas Algumas perguntas Resposta
Como a máquina sabe se o roteamento será direto ou indireto? Caso seja direto, como sabe a qual roteador enviar a informação? Como o roteador sabe qual é a porta de saída dos pacotes? Resposta Cada máquina/roteador mantém uma tabela com as rotas através da qual se toma todas as decisões Cada rota é composta de um par (N,G), onde N é o endereço IP da rede destino e G é o endereço do próximo roteador no caminho da rede N.

Tabelas de rotas Exemplo: A tabela do roteador G é: Rede Destino
H F G Rede Rede Rede Rede Rede Destino Mandar Para Direto

Tabelas de rotas H F G H F G 20.0.0.5 30.0.0.6 40.0.0.7 Rede 10.0.0.0
Rede Rede H F G Rede Rede Rede Rede

Tabelas de rotas Rede Destino Mandar Para 10.0.0.0 20.0.0.5 20.0.0.0
Tabela do roteador G Rede Destino Mandar Para Direto Rede Destino Mandar Para Direto Default SIMPLIFICAÇÃO Usada sempre que nenhuma outra regra for encontrada na tabela

Sub-redes Divisão dos endereços IP tem por objetivo simplificar o roteamento Pela classe, se pode saber quantos bits representam a rede e quantos representam a máquina (o roteamento é feito pela rede!) Um endereço classe C é normalmente utilizado em redes pequenas Uso de um classe C implica na alocação de 254 endereços, mesmo que nem todos sejam utilizados Imagine um classe A! Crescimento da Internet  escassez de endereços IP Solução: dividir uma classe de endereço IP em duas ou mais redes menores (sub-redes)

Sub-redes No exemplo abaixo dividiu-se um classe B
3º octeto representa a sub-divisão em redes internas Para a Internet, é uma rede só Rede Internet Rede Todo o tráfego para

Tabelas de rotas Ethernet 146.134.20.0 H1 G3 H2 Token Ring 192.3.40.0
G3 H2 Token Ring G4 G2 G1 Ethernet Ligação ponto-a-ponto Internet

Tabelas de rotas Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface
TR --- PaP Default Ethernet H1 G3 H2 Token Ring G4 G2 G1 Ethernet Ligação ponto-a-ponto Internet Rede Hosts Broadcast

Tabelas de rotas Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface
--- ETH TR Default Ethernet H1 G3 H2 Token Ring G4 G2 G1 Ethernet Ligação ponto-a-ponto Internet

G3 H2 Token Ring G4 G2 Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface ETH --- TR Default G1 Ethernet Ligação ponto-a-ponto Internet

G3 H2 ETH2 Token Ring G4 ETH1 G2 G1 Ethernet Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface --- ETH1 ETH2 Default Ligação ponto-a-ponto Internet

G3 H2 Token Ring G4 G2 G1 Ethernet Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface --- ETH Default Ligação ponto-a-ponto Internet

G3 H2 Token Ring G4 G2 G1 Ethernet Rede Destino Máscara Próximo Hop Interface --- TR Default Ligação ponto-a-ponto Internet

Exercício 1 Suponha que você disponha de apenas 1 endereço classe C ( ) e que cada uma das 3 redes abaixo possua 20 máquinas no máximo. Crie as sub-redes com as respectivas máscaras, indique possíveis endereços para as interfaces de G1, G2, G3 e para H1, H2 e H3. Construa também as tabelas de rotas de todos. Backbone G1 G2 G3 Rede 1 Rede 2 Rede 3 H1 H2 H3

Exercício 2 Escolha livremente os endereços IPs das redes a seguir dentre os endereços reservados, indicando os endereços de cada máquina / roteador representado e suas respectivas tabelas de roteamento. Rede 4 H3 G3 Rede 3 H2 G2 Rede 2 G1 Rede 5 ponto a ponto Rede 1 H1

Exercício 3 Suponha que você disponha de apenas 1 endereço classe C ( ) e que cada uma das 2 redes abaixo possua 40 máquinas no máximo. Crie as sub-redes com as respectivas máscaras, indique possíveis endereços para os hosts e os roteadores. Construa também as tabelas de rotas de todos os indicados. Internet H1 G1 H2 G2

IPv6 Esgotamento dos endereços IPv4 Blocos de /8

IPv6 Endereço IPv6 = 128 bits Espaço de endereçamento de Cerca de 79 trilhões de trilhões de vezes o espaço disponível no IPv4 Equivale a cerca de 5,6 x 1028 endereços IP por ser humano Aproximadamente de endereços por cm2 na superfície da Terra.

IPv6 Os Registros Locais, hoje, recebem alocações /12
Um AS (Sistema Autônomo) recebe um /32. Usuários finais recebem alocações que variam entre /48 e /56, conforme o tamanho de suas redes ou necessidade /48 equivale a endereços /56 equivale a endereços Em um espaço de endereçamento de 128 bits, é possível atribuir blocos /48 diferentes 40 mil vezes mais do que a população atual do planeta

IPv6 Zeros contínuos podem ser substituídos por ::
Pode-se omitir os zeros à esquerda Exemplo: 2001:0db8:0000:130F:0000:0000:087C:140b É igual a 2001:db8:0:130F::87C:140b

IPv6 Endereços especiais: FE80::/64 – Link local
Válidos apenas no mesmo enlace FC00::/7 – Unique local Válidos apenas em um local limitado Um enlace ou conjunto de enlaces ::FFFF:wxyz – IPv4 mapeado em IPv6 wxyz é o endereço IPv4 convertido em hexadecimal ::1 – Loopback ::0 – Não especificado Indica a ausência de endereços FF00::/8 – Multicast Agora é obrigatório, todos os nós devem suportar FF02::1 é o multicast chamado all node on link, equivale ao broadcast do IPv4

IPv6 Transição de IPv4 para IPv6 3 alternativas Pilha dupla
Suporte a ambos protocolos no mesmo dispositivo Tunelamento Permite tráfego de IPv6 sobre IPv4 e vice-versa Tradução Permite comunicação entre nós que suportem apenas IPv6 com nós que suportem apenas IPv4

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