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Redes TCP/IP Redes Prof. Edgard Jamhour URL:

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2 Redes TCP/IP Redes Prof. Edgard Jamhour URL:

3 2007, Edgard Jamhour 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

4 Redes TCP/IP I - Tecnologias de Redes

5 2007, Edgard Jamhour LAN – LOCAL AREA NETWORKS A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico. A B C BADADOS quadro CRC

6 2007, Edgard Jamhour QUADRO O quadro (frame) é a menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. B A DADOS CRC FECHO CABEÇALHO ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM

7 2007, Edgard Jamhour PROBLEMA 1: O tempo médio para ganhar o meio aumenta com o número de computadores da rede. A B C ESCUTANDO quadros na fila de espera

8 2007, Edgard Jamhour EFEITO DA DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES O tempo de propagação entre as estações afeta a taxa de ocupação máxima da rede. A B A TRANSMITE B TRANSMITEB RECEBE tempo para o sinal ir de A para B A RECEBE T

9 2007, Edgard Jamhour 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 L AB eficiência = T/(T+t) 91% eficiência 200m = 91% 50% eficiência 2Km = 50% 9,1% eficiência 100Mbits e 2Km = 9,1% HALF-DUPLEX

10 2007, Edgard Jamhour PROBLEMA 2: COLISÃO A A C A TRANSMITE C TRANSMITE RECEBIDO DE A RECEBIDO DE C COLISÃO DETECTADA POR A BC COLISÃO DETECTADA POR C

11 2007, Edgard Jamhour Exemplo eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T) –t: tempo de propagação L = 200m então t= s –T: tempo para transmitir o quadro T = s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s) L AB 60,8 % eficiencia L=200m = 60,8 % 13,4% eficiencia L=2Km = 13,4% 1,52 % eficiencia L=2Km e 100Mbits/s = 1,52 % HALF-DUPLEX

12 2007, Edgard Jamhour 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.

13 2007, Edgard Jamhour HUBS Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. HUB CA CACA A BC

14 2007, Edgard Jamhour SWITCH Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. ABC SWITCH 123 CA PORTACOMPUTADOR 1A AC AC CA CA 3C

15 2007, Edgard Jamhour SWITCH 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. ABC SWITCH HUB DEF HUB G

16 2007, Edgard Jamhour WAN A redes WAN utilizam uma tecnologia de transmissão que permite interligar um número ilimitado de comutadores em distâncias arbitrariamente grandes. roteador LANLAN LAN Pode ser uma ligação ponto a ponto

17 2007, Edgard Jamhour ROTEADORES 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. ROTEADOR ? PACOTE PORTA

18 2007, Edgard Jamhour QUADRO E PACOTE Os pacotes são transportados no interior dos quadros. CRC DADOSDESTINOORIGEMDESTINOORIGEM PACOTE QUADRO ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede ENDEREÇO DE REDE

19 2007, Edgard Jamhour Endereço de Rede O agrupamento de computadores em rede permite reduzir a quantidade de informações na memória do roteador. SWITCH SWITCH abc def REDE /8 REDE /8 x y zm z se envie para x se envie para y m ey

20 2007, Edgard Jamhour QUADRO E PACOTE x x REDE LOCAL ETHERNET ENLACE PONTO-A-PONTO REDE LOCAL TOKEN-RING O PACOTE É SEMPRE O MESMO O QUADRO MUDA DE ACORDO COM O MEIO FÍSICO

21 2007, Edgard Jamhour Camada de Transporte TRANSPORTE REDE ENLACE/FÍSICA MAC IP PORTA APLICAÇÃO Processo TRANSPORTE REDE ENLACE/FÍSICA MAC IP PORTA APLICAÇÃO Processo IP TRANSPORTE REDE

22 2007, Edgard Jamhour PORTAS Exemplo: Protocolo TCP/IP –Portas são números inteiros de 16 bits –Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority) PORTAS RESERVADAS PARA SERVIDORES PADRONIZADOS PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS

23 2007, Edgard Jamhour Comunicação Cliente-Servidor Outlook Netscape ServidorWWW Servidor de Porta bem conhecida Porta aleatória Porta Origem Porta Destino Dados

24 2007, Edgard Jamhour QUADRO, PACOTE E SEGMENTO CRC ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO PACOTE QUADRO ENDEREÇOS FÍSICO ENDEREÇOS DE REDE DESTINO DADOS PORTAS (ENDEREÇOS DE PROCESSOS) SEGMENTO

25 2007, Edgard Jamhour Modelo de Referência Aplicações MODELO DE REFERÊNCIA Sistema Operacional Placa de Interface de Rede Aplicações Sistema Operacional Placa de Interface de Rede compatibilidade Aplicações reuso de código

26 2007, Edgard Jamhour Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace de Dados Física Mensagens padronizadas. Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy) Comunicação entre processos. Dispositivo de Rede: Não há Roteamento dos pacotes através de redes diferentes Dispositivo de Rede: Roteador 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 OSI - Open Systems Interconnection Model Comunicação com controle de estado. Representação de dados independente da plataforma.

27 2007, Edgard Jamhour

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

29 2007, Edgard Jamhour Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace de Dados Física Camadas do Modelo OSI Gateway de Aplicação Router Ponte, Switch Hub, Repetidor Ethernet, Fast- Ethernet, Token- Ring, etc. IP, IPX TCP, SPX, NetBEUI HTTP, FTP, SMB, SMTP, POP3, IMAP4, DNS, NetBIOS, DHCP, etc bit quadro pacote segmento

30 2007, Edgard Jamhour Repetidor: BIT amplitude distância fibra cobre repetidor

31 2007, Edgard Jamhour Hub: Bit Hub

32 2007, Edgard Jamhour 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.

33 2007, Edgard Jamhour SWITCH = Dispositivo da Camada de Enlace DISPOSITIVO DE ENLACE HUB ABCDEF GH 1234

34 2007, Edgard Jamhour 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. ROTEADOR: PACOTE

35 2007, Edgard Jamhour Roteamento x x INTERNET WAN PRIVADA WAN PÚBLICA REDE LOCAL ENLACE PONTO-A-PONTO

36 2007, Edgard Jamhour 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.

37 Redes TCP/IP II - Arquitetura TCP/IP

38 2007, Edgard Jamhour Arquitetura TCP/IP INTERNET = ARQUITETURA TCP/IP

39 2007, Edgard Jamhour Endereços IP Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST

40 2007, Edgard Jamhour Notação Decimal Pontuada

41 2007, Edgard Jamhour 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.

42 2007, Edgard Jamhour Distribuição de IPs IANA ARIN FAPESP PROVEDOR REDE CORPORATIVA Américas e Caribe Mundo Brasil Embratel, Impsat, etc

43 2007, Edgard Jamhour Classes de Endereçamento ENDEREÇOS PRIVADOS (CATEGORIA 1) 1 REDE CLASSE A: a REDES CLASSE B: a REDES CLASSE C: a

44 2007, Edgard Jamhour Classe IP A B C 16 milhões 65 mil x.x.x x.x x

45 2007, Edgard Jamhour

46 Como atribuir IPs para rede abaixo? computadores200 computadores... SÃO PAULOCURITIBA

47 2007, Edgard Jamhour Como atribuir IPs para rede abaixo? computadores SÃO PAULO computadores DUAS CLASSES C 512 endereços computadores SÃO PAULO UMA CLASSE B endereços

48 2007, Edgard Jamhour SubRedes e SuperRedes A Máscara de Subrede –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

49 2007, Edgard Jamhour Como Atribuir IPs para rede abaixo? computadores50 computadores... SÃO PAULO CURITIBA 50 computadores... RIO DE JANEIRO

50 2007, Edgard Jamhour Divisão dos IPs REDE 1: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: = REDE 3: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 4: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA:

51 2007, Edgard Jamhour Exemplo Por default, a máscara de uma rede classe B é – – Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: – – Exemplo: a rede x.x seria dividida em: 1: a : a : a : a K 64K

52 2007, Edgard Jamhour computadores600 computadores... SÃO PAULO CURITIBA 800 computadores... RIO DE JANEIRO

53 2007, Edgard Jamhour 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)

54 2007, Edgard Jamhour 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 processo IP IP IP processoprocesso

55 2007, Edgard Jamhour 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. MAC ( B3) IP ( ) NIC Endereços de 48 bits (6 bytes)

56 2007, Edgard Jamhour 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 Código do Frabricante Número de Série

57 2007, Edgard Jamhour Filtragem de Endereços MAC FÍSICA REDE IP MAC D = PLACA DE REDE LOCAL MAC D = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MAC D MAC O DADOSCRC INTERRUPÇÃO

58 2007, Edgard Jamhour Relação entre IP e MAC Estação A NIC endereço físico MAC A endereço IP A Estação B endereço IP B endereçofísico MAC B B A IP B A Dados datagrama quadro NIC

59 2007, Edgard Jamhour 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. TipoMAC de Destino MAC de Origem DadoECC IP ORIGEM IP DESTINO DadoRede Enlace de Dados LLC +MAC

60 2007, Edgard Jamhour ARP A B C ARPREQUESTARPREPLY qual o MAC do IP ?o MAC do IP é C ?

61 2007, Edgard Jamhour 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 IPendereço MACtipo B3dinâmico cadinâmico

62 2007, Edgard Jamhour O ARP só funciona na rede local

63 2007, Edgard Jamhour Detecção de Endereços IP Duplicados O ARP é utilizado para identificar se existem IPs 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.

64 2007, Edgard Jamhour Roteamento

65 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. IP ORIGEM IP DESTINO DADOSMAC ORIGEM MAC DESTINO IP ORIGEM IP DESTINO DADOSMAC ORIGEM MAC ROTEADOR INTRA-REDE INTER-REDES

66 2007, Edgard Jamhour 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. emissorreceptor Router 1Router 2 MAC 1 MAC 2 MAC 3 MAC 4 MAC 5 MAC 6

67 2007, Edgard Jamhour Comunicação Inter-Redes IP A IP D IP B IP C A B D A B C IP A IP D C D IP A IP D

68 2007, Edgard Jamhour Exemplo

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

70 2007, Edgard Jamhour 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.

71 2007, Edgard Jamhour Definições REDE: Indica o destino da rota. MÁSCARA: define a amplitude do destino. – (MASCARA ): Rota para os computadores: – a – (MASCARA ): Rota para os computadores: – a – (MASCARA ): Rota para o computador: –

72 2007, Edgard Jamhour Exemplo de Tabelas de Roteamento roteador 1 roteador 2 INTERNET REDE /24 REDE /

73 2007, Edgard Jamhour Exemplo de Tabela de Roteamento TABELA DA ESTACAO : Rede GatewayInterface ( ) ( ) OBSERVAÇÃO: Alguns sistemas costumam identificar a interface por um nome lógico, ao invés do IP. roteador

74 2007, Edgard Jamhour 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

75 2007, Edgard Jamhour Exemplo de Tabela de Roteamento TABELA DO ROTEADOR 1: Rede GatewayInterface ( ) ( ) ( ) roteador 1 roteador 2 INTERNET REDE X REDE X

76 2007, Edgard Jamhour Exercício 1 Construa a tabela de roteamento do Roteador INTERNET INTERNET

77 2007, Edgard Jamhour TABELA DE ROTEAMENTO Rede DestinoMascaraGatewayCustoInterface

78 2007, Edgard Jamhour Exercício 2: Utilizando a classe C: ( ) –A) distribua os IPs nas duas redes abaixo –B) defina a tabela de roteamento do roteador 1. INTERNET

79 2007, Edgard Jamhour Divisão dos IPs REDE 1: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 2: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA:

80 2007, Edgard Jamhour TABELA DE ROTEAMENTO Rede DestinoMascaraGatewayCustoInterface

81 2007, Edgard Jamhour ANEXO 1.PROTOCOLO IP 2.PROTOCOLO TCP 3.PROTOCOLO UDP 4.PROTOCOLOS DE APLICAÇÃO

82 2007, Edgard Jamhour 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.

83 2007, Edgard Jamhour 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.

84 2007, Edgard Jamhour Formato de um datagrama O formato de um datagrama é mostrado abaixo:

85 2007, Edgard Jamhour Exercício MAC D INTERNET MAC C MAC A MAC B E G I F H Rede mascara gateway interface ARP ? ARP ? A_B A_C

86 Redes TCP/IP Anexos

87 2007, Edgard Jamhour Roteamento/Comutação broadcast Ligação ponto a ponto roteador

88 2007, Edgard Jamhour Comutação POR CIRCUITO POR PACOTES NÃO DATAGRAMA SIM CIRCUITO VIRTUAL COMUTAÇÃO ORIENTADA A CONEXÃO?

89 2007, Edgard Jamhour 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. REDE COMUTADA POR CIRCUITO C A B D A banda é reservada, independente do tráfego.

90 2007, Edgard Jamhour Redes de comutação por pacote REDE COMUTADA 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.

91 2007, Edgard Jamhour 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 PACOTE NUMA REDE ORIENTADA A CONEXÃO OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS

92 2007, Edgard Jamhour 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 OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS PACOTE NUMA REDE NÃO ORIENTADA A CONEXÃO ENDEREÇO DE DESTINO

93 2007, Edgard Jamhour REDES IP: Não orientadas a conexão ATM: Orientadas a conexão Utiliza o endereço dos computadores Utiliza um identificador de conexão switch roteador

94 2007, Edgard Jamhour Roteamento ID de circuito Destinatário final


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