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Camada De Rede Objetivos r Explicar as funções da camada de rede m Roteamento (esc. Caminho) m Escalabilidade m Como funciona um roteador m Tópicos avançados:

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1 Camada De Rede Objetivos r Explicar as funções da camada de rede m Roteamento (esc. Caminho) m Escalabilidade m Como funciona um roteador m Tópicos avançados: ipv6, multicast r Instanciação e implementação na intenet Sumário: r Serviços da camada de rede r Routeamento: seleção de rotas r Roteamento hierárquico r Ip r Protocolos de roteamento da internet m Intra-domain m Inter-domain r Como funciona um roteador IP r Ipv6 r Roteamento multicast

2 Funções Da Camada De Rede r Transportar pacotes entre os sistemas finais da rede r A camada de rede deve ter uma entidade em cada sistema final ou roteador da rede 3 funções importantes: r Determinação de caminhos: rota escolhida pelos pacotes entre a origem e o destino. Algoritmos de roteamento r Comutação: mover pacotes entre as portas de entrada e de saída dos roteadores r Estabelecimento de conexão: algumas arquiteturas de rede exigem o estabelecimento de circuitos virtuais antes da transmissão de dados rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica rede enlace fisica aplicação transporte rede enlace fisica aplicação transporte rede enlace fisica

3 Modelo Do Serviço De Rede Q: como escolher um modelo de serviço para o canal transportando pacotes da origem ao destino? r Banda-passante garantida? r Preservação dos intervalos entre pacotes? r Entrega sem perdas? r Entrega em ordem? r Realimentação de informação de congestionamento? ? ? ? circuito virtual ou datagrama Nível mais geral de abstração na camada de rede abstração de serviço

4 Circuitos Virtuais (VC) r Estabelecimento da conexão deve preceder o envio de dados. Liberação da conexão após os dados. r Cada pacote transporta um identificador do CV, não transporta o endereço completo do destino r Cada roteador na rota mantém informação de estado para conexão que passa por ele. m A conexão de camada de transporte envolve apenas os sistemas finais r A banda passante e os recursos do roteador podem ser alocado por VC m Controle de Qualidade de Serviço por VC A ligação entre a origem e o destino emula uma ligação telefônica m Orientado ao desempenho m A rede controla a conexão entre a origem e o destino

5 Circuitos Virtuais: Sinalização r Usado para estabelecer, manter e encerrar Circuitos Virtuais r Usados em ATM, Frame-Relay e X-25, mas não na Internet aplicação transporte rede enlace fisica aplicação transporte rede enlace fisica 1. Call Request 2. incoming call 3. Accept call 4. Call connected 5. Inicia Fluxo de dados 6. Recebe Dados

6 Redes Datagrama: o modelo da Internet r Não existem conexões na camada de transporte r Não há informação de estado de conexão nos roteadores m Não existe conexão na camada de rede r Pacotes tipicamente transportam o endereço de destino m Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas aplicação transporte rede enlace fisica aplicação transporte rede enlace fisica 1. Envia dados 2. Recebe dados

7 Modelos de Serviço da Camada de Rede: Arquitetura de Rede Internet ATM Modelo de Serviço melhor esforço CBR VBR ABR UBR Banda não taxa constante taxa garantida mínimo garantido não Perda não sim não Ordem não sim Tempo não sim não Realim. de Congestão não (examina perdas) não há congestão não há congestão sim não Parâmetros Garantidos r Novos serviços na Internet: Intserv, Diffserv

8 Datagrama versus Circuito Virtual Internet r Dados trocados entre computadores m Serviço elástico, requisitos de atraso não críticos r Sistemas finais inteligentes m Podem adaptar-se, realizar controle e recuperação de erros m A rede é simples, a complexidade fica nas pontas r Muitos tipos de enlaces m Características diferentes m Difícil obter um serviço uniforme ATM r Originário da telefonia r Conversação humana: m Tempos estritos, exigências de confiabilidade m Necessário para serviço garantido r Sistemas finais burros m Telefones m Complexidade dentro da rede

9 Roteamento Algoritmos de roteamento são descritos por grafos: r Nós do gráfico são roteadores r Arestas do gráfico são enlaces m Custo do enlace: atraso, preço ou nível de congestão OBJ: determinar bons caminhos (seqüência de roteadores) através da rede da fonte ao destino. Protocolo de Roteamento A E D CB F r bons caminhos: m tipicamente corresponde aos caminhos de menor custo m caminhos redundantes

10 Classificação dos Algoritmos de Roteamento Informação global ou descentralizada Global: r Todos os roteadores tem informações completas da topologia e do custos dos enlaces r algoritmos Link state Descentralizada: r Roteadores só conhecem informações sobre seus vizinhos e os enlaces para eles r Processo de computação interativo, troca de informações com os vizinhos r algoritmos Distance vector Estático ou Dinâmico? Estático: r As rotas mudam lentamente ao longo do tempo Dinâmico: r As rotas mudam mais rapidamente m Atualizações periódicas m Podem responder a mudanças no custo dos enlaces

11 Algoritmo Link-state Algoritmo de Dijkstra r Topologia de rede e custo dos enlaces são conhecidos por todos os nós. m Implementado via link state broadcast m Todos os nós têm a mesma informação r Computa caminhos de menor custo de um nó (fonte) para todos os outros nós m Fornece uma tabela de roteamento para aquele nó r Convergência: após k iterações, conhece o caminho de menor custo para k destinos. Notação: C(i,j): custo do enlace do nó i ao nó j. Custo é infinito se não houver ligação entre i e j D(v): valor atual do custo do caminho da fonte ao destino V P(v): nó predecessor ao longo do caminho da fonte ao nó v, isto é, antes do v N: conjunto de nós cujo caminho de menor custo é definitivamente conhecido

12 Algoritmo de Dijsktras 1 Inicialização: 2 N = {A} 3 para todos os nós v 4 se v é adjacente a A 5 então D(v) = c(A,v) 6 senão D(v) = infty 7 8 Loop 9 ache w não em N tal que D(w) é um mínimo 10 acrescente w a N 11 atualize D(v) para todo v adjacente a w e não em N: 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* novo custo para v é ou o custo anterior para v ou o menor 14 custo de caminho conhecido para w mais o custo de w a v */ 15 até que todos os nós estejam em N

13 Exemplo: Algoritmo de Dijkstra Passo início N A AD ADE ADEB ADEBC ADEBCF D(B),p(B) 2,A D(C),p(C) 5,A 4,D 3,E D(D),p(D) 1,A D(E),p(E) infinito 2,D D(F),p(F) infinito 4,E A E D CB F

14 Discussão do Algoritmo de Dijkstra Complexidade do Algoritmo: n nós r Cada iteração: precisa verificar todos os nós w, que não estão em N r Complexidade: N*(n+1)/2 comparações: o(n**2) r Implementações mais eficientes: o(nlogn) Oscilações possíveis: r E.G., custo do enlace = total de tráfego transportado A D C B 1 1+e e 0 e A D C B 2+e e 1 A D C B 0 2+e 1+e A D C B 2+e 0 e 0 1+e 1 inicial … recalcula roteamento … recalcula

15 Algoritmo Distance Vector Iterativo: r Continua até que os nós não troquem mais informações. r Self-terminating: Não há sinal de parada Assíncrono: r Os nós não precisam trocar informações simultaneamente! Distribuído: r Cada nós se comunica apenas com os seus vizinhos, diretamente conectados Estrutura de Dados da Tabela de Distância r Cada nó tem sua própria tabela r Linha para cada possível destino r Coluna para cada roteador vizinho r Exemple: no nó X, para destino Y via vizinho Z: D (Y,Z) X distância de X to Y, via Z como prox. salto c(X,Z) + min {D (Y,w)} Z w = =

16 Exemplo de Tabela de Distância A E D CB D () A B C D A1764A1764 B D5542D5542 E custo via nó vizinho destino D (C,D) E c(E,D) + min {D (C,w)} D w = = 2+2 = 4 D (A,D) E c(E,D) + min {D (A,w)} D w = = 2+3 = 5 D (A,B) E c(E,B) + min {D (A,w)} B w = = 8+6 = 14 loop!

17 A Tabela de Distâncias Gera a Tabela de Roteamento D () A B C D A1764A1764 B D5542D5542 E custo através de destino ABCD ABCD A,1 D,5 D,4 D,2 Enlace de saída, cost destino Tabela de distância Tabela de Roteamento

18 Roteamento Vetor-Distância: Resumo Iterativo, assíncrono: cada iteração local é causada por: r Mudança de custo dos enlaces locais r Mensagem do vizinho: seu caminho de menor custo para o destino mudou Distribuído: r Cada nó notifica seus vizinhos apenas quando seu menor custo para algum destino muda m Vizinhos notificam seus vizinhos e assim por diante espera por mudança no custo dos enlaces locais ou mensagem do vizinho recalcula tabela de distância se o caminho de menor custo para algum destino mudou, notifica vizinhos Cada nó:

19 Algoritmo Vetor-Distância: 1 Inicialização: 2 para todos os nós adjacentes v: 3 D (*,v) = infinito /* o operador * significa para todas as colunas" */ 4 D (v,v) = c(X,v) 5 para todos os destinos, y 6 envia min D (y,w) para cada vizinho /* w sobre todos vizinhos de X*/ X X X w Para todos os nós, X:

20 Algoritmo Vetor-Distância (Cont.): 8 loop 9 wait (até ocorrer uma mudança no custo do enlace para vizinho V 10 ou até receber atualização do vizinho V) if (c(X,V) muda por d) 13 /* muda o custo para todos os destinos via vizinho v por d */ 14 /* nota: d pode ser positivo ou negativo */ 15 para todos os destinos y: D (y,V) = D (y,V) + d else if (atualização recebida de V sobre destino Y) 18 /* caminho mais curto de V para algum Y mudou */ 19 /* V enviou um novo valor para seu min D V (Y,w) */ 20 /* chame este novo valor recebido "newval" */ 21 para o único destino y: D (Y,V) = c(X,V) + newval if nós temos um novo min D (Y,w) para algum destino Y 24 envie novo valor de min D (Y,w) para todos os vizinhos forever w X X X X X w w

21 Exemplo: algoritmo vetor-distância X Z Y

22 X Z Y D (Y,Z) X c(X,Z) + min {D (Y,w)} w = = 7+1 = 8 Z D (Z,Y) X c(X,Y) + min {D (Z,w)} w = = 2+1 = 3 Y Exemplo: algoritmo vetor-distância

23 Vetor-Distância: Mudança no custo do enlace Mudança no custo do enlace: r nó detecta que o custo do enlace local mudou r atualiza tabela de distâncias (linha 15) r se o custo do caminho de menor custo mudou, notifica vizinhos (linhas 23 e 24) X Z Y 1 algoritmo termina boas notícias viajam depressa

24 Vetor Distância: Mudança no custo do enlace Mudança no custo do enlace: r más notícias viajam devagar - problema da contagem ao infinito X Z Y 60 algoritmo continua!

25 Vetor Distância: Divisão Horizontal de Inversão Envenenada (Poisoned Reverse) Se Z roteia através de Y para chegar a X : r Z diz a Y que sua (de Z) distância para X é infinita (assim Y não roteará para X via Z) r será que isso resolve completamente o problema da contagem ao infinito? X Z Y 60 algoritmo termina

26 Comparação dos Algoritmos LS e VD Complexidade r LS: com n nós, E links, o(ne) mensagens enviadas r DV: trocas somente entre vizinhos m Tempo de convergência varia Tempo de convergência r LS: algoritmo o(n**2) exige o(ne) msgs m Pode ter oscilações r DV: tempo de convergência varia m Podem haver loops de roteamento m Problema da contagem ao infinito Robustez: o que acontece se um roteador funciona mal? Ls: m Nós podem advertir custos incorretos para os enlaces. m Cada nó calcula sua própria tabela de roteamento Dv: m Nó pode advertir caminhos com custo incorreto m Tabela de cada nó é usada por outros Propagação de erros pela rede

27 Roteamento Hierárquico Escala: com 50 milhões de destinos: r Não é possível armazenar todos os destinos numa única tabela de rotas! r As mudanças na tabela de rotas irão congestionar os enlaces! Autonomia Administrativa r Internet = rede de redes r Cada administração de rede pode querer controlar o roteamento na sua própria rede Problemas do mundo real r roteadores não são todos idênticos r as redes não são flat na prática

28 Roteamento Hierárquico r Agrega roteadores em regiões, sistemas autônomos (AS) r Roteadores no mesmo AS rodam o mesmo protocolo de roteamento m Protocolo de roteamento Intra-AS m Roteadores em diferentes AS podem rodar diferentes protocolos de roteamento r Roteadores de interface de um AS r Rodam protocolos de roteamento intra-AS com os outros roteadores do AS r Também responsáveis por enviar mensagens para fora do AS m Rodam protocolo de roteamento inter-AS com outros rotea- dores de borda roteadores de borda

29 Roteamento Intra-as and Inter-as Roteadores de Borda realizam roteamento inter- AS entre si realizam roteamento intra- AS com outros roteadores do mesmo AS Roteamento inter-AS, intra-AS no roteador A.c Camada de rede Camada de enlace Camada fisica a b b a a C A B d A.a A.c C.b B.a c b c

30 Roteamento Intra-AS e Inter-AS Host h2 a b b a a C A B d c A.a A.c C.b B.a c b Host h1 roteamento Intra-AS dentro AS A roteamento Inter-AS entre A e B roteamento Intra- AS dentro do AS B

31 A camada de rede da Internet tabela de rotas Entidade de rede em roteadores ou hosts: Prot. de roteamento escolha de caminhos RIP, OSPF, BGP protocolo IP endereçamento formato dos datagramas tratamento de pacotes protocolo ICMP aviso de erros sinalização de rotas Camada de Transporte: TCP, UDP Camada de enlace Camada física Camada de Rede

32 Endereçamento IP: Introdução r endereço IP: identificador de 32-bits para interfaces de roteadores e hosts r Interface: conexão entre roteador ou host e enlace físico m Roteador tem tipicamente múltiplas interfaces m Hosts podem ter múltiplas interfaces m endereços IP são associados com interfaces, não com o host ou com o roteador =

33 Endereçamento IP r Endereço IP: m parte de rede (bits mais significativos) m parte de Host part (bits menos significativos) r O que é uma rede? ( na prespectiva do endereço) m Interfaces de dispositivos com a mesma parte de rede no endereço IP m Podem fisicamente se comunicar sem o auxílio de um rotedor rede consistindo de de 3 redes IP (para endereços IP começando com 223, os primeiros 24 bits são o endereço de rede ) LAN

34 Endereçamento IP Como encontrar as redes r Separe cada interface de roteadores e hosts r Criar ilhas de redes isoladas r Técnica de nuvens Sistema com seis redes interconectadas

35 Endereços IP 0 rede host 10 rede host 110 redehost 1110 multicast address A B C D class to to to to bits endereçamento class-full:

36 Endereçamento IP: CIDR r Endereçamento Classful: m Uso ineficiente do espaço de endereçamento, exaustão do espaço de endereços m E.G., rede de Classe B aloca endereços para 65K hosts, mesmo se só existem 2000 hosts naquela rede r CIDR: classless interdomain routing m A porção de endereço de rede tem tamanho arbitrário m Formato do endereço: a.B.C.D/x, onde x é o número de bits na parte de rede do endereço parte de rede parte de host /23

37 Como obter um endereço IP Hosts : r Endereço fixo: definido pelo administrador r DHCP: dynamic host configuration protocol: permite a atribuição dinâmica de endereços IP m Host envia (broadcast) mensagem DHCP discover m DHCP server responde com mensagem DHCP offer m Host pede endereço IP com mensagem : DHCP request m DHCP server envia endereço com a mensagem: DHCP ack

38 Como obter um endereço IP Rede (porção de rede) r Obter uma parte do espaço de endereços do seu ISP: bloco do ISP /20 Organização /23 Organização /23 Organização /23... ….. …. …. Organização /23

39 Endereçamento Hierárquico: agregação de rotas / / /23 Fly-By-Night-ISP Organização 0 Organização 7 Internet Organização 1 ISPs-R-Us Me envie qualquer coisa com endereço começando por / /23 Organização O endereçamento hierárquico permite uma propagação de rotas mais eficiente: Me envie qualquer coisa com endereço começando por /20

40 Roteamento Hierárquico:rotas mais específicas ISPs-R-Us tem uma rota mais específica para a organização / / /23 Fly-By-Night-ISP Organização 0 Organização 7 Internet Organização 1 ISPs-R-Us Me envie qualquer coisa com endereço começando por /16 ou / /23 Organização Me envie qualquer coisa com endereço começando por /20

41 Como obter um endereço IP... Q: Como o ISP obtém seu bloco de endereço? A: ICANN: internet corporation for assigned names and numbers m Aloca endereços m Gerencia DNS m Atribuí nomes de domínios e resolve disputas

42 datagrama IP: A B E outros campos endereço IP origem endereço IP destino dados r os endereços do datagrama não mudam ao viajar da fonte ao destino Rede destino próx. roteador Núm. saltos tabela de roteamento em A Levando um Datagrama da Fonte ao Destino

43 A B E Começando em A, levar datagrama IP para B: r examine endereço de rede de B r descobre que B está na mesma rede de A r camada de enlace envia datagrama diretamente para B num quadro da camada de enlace r Se necessário descobre endereço físico de B m B e A são diretamente conectados Rede destino Próx. roteador Núm. saltos outros campos dados

44 A B E Rede destino Próx. roteador Núm. saltos Começando em A, dest. E: r examina endereço de rede de E r E está num rede diferente m A, E não estão diretamente conectados r tabela de roteamento: próximo roteador para E é r encontra endereço físico de e envia o datagrama num quadro de enlace r datagrama chega em r continua….. outros campos dados Levando um Datagrama da Fonte ao Destino

45 A B E Chegando em , destino r examina endereço de rede de E r E está na mesma rede da interface do roteador m roteador e E estão diretamente ligados r descobre endereço físico de e envia o datagrama num quadro da camada de enlace r datagrama chega em !!! (ufa!) outro campos dados Levando um Datagrama da Fonte ao Destino Rede destino Próx. roteador Núm. saltos Endereço Interface


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