Formato do Datagrama IP

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1 Formato do Datagrama IP
versão do Protocolo IP tamanho total do datagrama (bytes) 32 bits tamanho do header (bytes) head. len type of service ver lenght Classe de serviço fragment offset usados para fragmentação/ remontagem 16-bit identifier flgs número máximo de saltos (decrementado em cada roteador) time to live proto- col Internet checksum 32 bit endereço IP de origem 32 bit endereço IP de destino Protocolo da camada superior com dados no datagrama Opções (se houver) Ex. timestamp, registro de rota, lista de rotea- dores a visitar. data (tamanho variável , tipicamente um segmento TCP ou UDP) Cap. 4: Camada de Rede

2 IP Fragmentação e Remontagem
Enlaces de rede têm MTU (max.transfer size) - corresponde ao maior quadro que pode ser transportado pela camada de enlace. tipos de enlaces diferentes possuem MTU diferentes (ethernet: 1518 bytes) Datagramas IP grandes devem ser divididos dentro da rede (fragmentados) um datagrama dá origem a vários datagramas “remontagem” ocorre apenas no destino final O cabeçalho IP é usado para identificar e ordenar datagramas relacionados fragmentação in: um datagrama grande out: 3 datagramas menores reassembly Cap. 4: Camada de Rede

3 IP Fragmentação e Remontagem
ID =x offset =0 fragflag tamanho =4000 Um grande datagrama se torna vários datagramas menores ID =x offset =0 fragflag =1 tamanho =1500 ID =x offset =1480 fragflag =1 tamanho =1500 tamanho =1040 ID =x fragflag =0 offset =2960 Cap. 4: Camada de Rede

4 ICMP: Internet Control Message Protocol
Usado por computadores e roteadores para troca de informação de controle da camada de rede relatório de erros: host, rede, porta ou protocolo echo request/reply (usado pela aplicação ping) transporte de mensagens: mensagens ICMP transportadas em datagramas IP ICMP message: tipo, código, mais primeiros 8 bytes do datagrama IP que causou o erro Tipo Código descrição echo reply (ping) dest. network unreachable dest host unreachable dest protocol unreachable dest port unreachable dest network unknown dest host unknown source quench (congestion control - not used) echo request (ping) route advertisement router discovery TTL expired bad IP header Cap. 4: Camada de Rede

5 ICMP – Exemplo: traceroute
Envia uma série de datagramas IP em direção ao destino com TTLs crescentes: 1, 2, 3, ... Ao receber o n-ésimo datagrama, o n-ésimo roteador observa que seu TTL zerou envia de volta mensagem ICMP tipo 11, código 0 Host de origem recebe cada uma das mensagens ICMP e: reconstitui a rota para o host destino estima o atraso acumulado em cada nó no caminho Cap. 4: Camada de Rede

6 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
Protocolo cliente-servidor Cliente: host “recém-chegado” à rede Servidor: fornece informações de configuração de rede aos clientes (ex.: endereço IP) Um servidor para cada rede local (LAN), ou Roteador local faz o papel de agente de relay para o servidor de DHCP mais próximo Cap. 4: Camada de Rede

7 DHCP Servidor DHCP Atua como relay agent 223.1.1.1 223.1.2.5 223.1.2.1
Cap. 4: Camada de Rede

8 DHCP: Troca de mensagens
DHCP Discover Message : broadcast pelo cliente datagrama UDP, endereçado para , porta 67 DHCP Server Offer : resposta do servidor DHCP local (via protocolo de enlace), contendo: endereço IP proposto para o cliente máscara de rede prazo de validade do endereço IP fornecido Pode haver mais de um servidor DHCP: cliente escolhe DHCP Request : cliente confirma aceitação dos parâmetros de configuração do servidor escolhido DHCP ACK : servidor confirma os parâmetros do cliente Cap. 4: Camada de Rede

9 DHCP DHCP discover DHCP offer DHCP request DHCP ACK Src: 0.0.0.0, 68
Dest: , 67 DHCPDISCOVER Yiaddr: Transaction ID: 654 DHCP offer Src: , 67 Dest: , 68 DHCPOFFER Yiaddr: Transaction ID: 654 DHCP server ID: Lifetime: 3600 secs DHCP request Src: , 68 Dest: , 68 DHCPREQUEST Yiaddr: Transaction ID: 655 DHCP server ID: Lifetime: 3600 secs DHCP ACK Src: , 67 Dest: , 68 DHCPACK Yiaddr: Transaction ID: 655 DHCP server ID: Lifetime: 3600 secs Cap. 4: Camada de Rede

10 NAT: Network Address Translation
Solução de transição para a escassez de endereços IP Redes locais podem utilizar endereços IP não-validos Roteador NAT traduz os endereços internos da rede local (não-válidos externamente) para um endereço válido endereço do roteador que conecta a rede local com a Internet i.e., roteador habilitado para NAT Cap. 4: Camada de Rede

11 NAT: Exemplo Tabela de tradução NAT 2 1 4 3 Do lado da LAN
Do lado da WAN , 3345 , 5001 ... S = , 3345 D = , 80 S = , 5001 D = , 80 2 1 4 S = , 80 D = , 3345 S = , 80 D = , 5001 3 Cap. 4: Camada de Rede

12 Roteamento na Internet
A Internet consiste de Sistemas Autônomos (AS) interconectados entre si: Stub AS: pequena corporação Multihomed AS: grande corporação (sem tráfego de trânsito) Transit AS: provedor de acesso Dois níveis de roteamento: Intra-AS: o administrador é responsável pela definição do método de roteamento Inter-AS: padrão único Cap. 4: Camada de Rede

13 Hierarquia de AS Roteador de borda Inter-AS (exterior gateway)
Roteador interno Intra-AS (gateway) Cap. 4: Camada de Rede

14 Roteamento Intra-AS Também conhecido como Interior Gateway Protocols (IGP) IGPs mais comuns: RIP: Routing Information Protocol OSPF: Open Shortest Path First IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (proprietário da Cisco) Cap. 4: Camada de Rede

15 RIP ( Routing Information Protocol)
Algoritmo do tipo vetor-distância Incluso na distribuição do BSD-UNIX em 1982 Métrica de distância: número de hops (máx = 15 hops) motivo: simplicidade Vetores de distância: trocados a cada 30s via Response Message (também chamado advertisement, ou anúncio) Cada anúncio: indica rotas para até 25 redes de destino Cap. 4: Camada de Rede

16 RIP (Routing Information Protocol)
z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w A 2 y B 2 z B 7 x …. … Tabela de roteamento em D Cap. 4: Camada de Rede

17 RIP (Routing Information Protocol)
z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w z C 4 x Anúncio de rotas feito pelo roteador A Cap. 4: Camada de Rede

18 RIP (Routing Information Protocol)
z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w A 2 z A 5 y B 2 … … … Nova tabela de rotas do roteador D Cap. 4: Camada de Rede

19 RIP: Falha de Enlaces e Recuperação
Se não há mensagem de resposta após 180s --> o vizinho e o enlace são declarados inativos rotas através do vizinho são anuladas novos anúncios são enviados aos vizinhos os vizinhos por sua vez devem enviar novos anúncios (se suas tabelas de rotas foram alteradas) a falha de um enlace se propaga rapidamente para a rede inteira poison reverse é usado para prevenir loops, isto é, evitar que a rota para um destino passe pelo próprio roteador que está enviando a informação de distância (distância infinita= 16 hops) Cap. 4: Camada de Rede

20 RIP Processamento da tabela de rotas
As tabelas de roteamento do RIP são manipuladas por um processo de aplicação chamado routed (daemon) anúncios são enviados em pacotes UDP com repetição périódica: protocolo de nível de aplicação! Cap. 4: Camada de Rede

21 Exemplo de tabela RIP Roteador: giroflee.eurocom.fr
Destination Gateway Flags Ref Use Interface UH lo0 U fa0 U le0 U qaa0 U le0 default UG 3 redes classe C diretamente conectadas (LANs) Roteador somente conhece rotas para as LANS locais (nesse caso particular) Rota Default usada para mandar mensagens para fora Endereço de rota multicast: Loopback interface (para depuração): Cap. 4: Camada de Rede

22 OSPF (Open Shortest Path First)
Significado de “open”: publicamente disponível Usa algoritmo do tipo Link State disseminação de pacotes LS mapa topológico em cada nó usa algoritmo de Dijkstra para cálculo de rotas anúncios do OSPF transportam um registro para cada roteador vizinho Mensagens transmitidas diretamente sobre IP Anúncios são distribuídos para todo o AS (via flooding) Cap. 4: Camada de Rede

23 OSPF características avançadas
Segurança: todas as mensagens do OSPF são autenticadas (para previnir intrusão de hackers) Múltiplos caminhos de mesmo custo são permitidos (o RIP só permite um caminho para cada destino) Para cada enlace podem ser calculadas múltiplas métricas uma para cada tipo de serviço (TOS) (ex.: custo de enlace por satélite definido como baixo para tráfego de “melhor esforço” e alto para serviços de tempo real) Integra tráfego uni- e multicast: Multicast OSPF (MOSPF) usa a mesma base de dados topológica do OSPF Hierarchical OSPF: dois níveis de roteamento para domínios grandes. Cap. 4: Camada de Rede

24 OSPF Hierárquico Cap. 4: Camada de Rede

25 OSPF Hierárquico Hierarquia de dois níveis: área local e backbone.
anúncios de Link-state são enviados apenas nas áreas cada nó tem a topologia detalhada da área; mas somente direções conhecidas (caminhos mais curtos) para redes em outra áreas. Roteadores de borda de área: “resumem” distâncias para redes na própria área e enviam para outros roteadores de borda de área Roteadores de backbone: executam o roteamento OSPF de forma limitada ao backbone. Roteadores de borda: realizam as funções de interconexão com outros sistemas autônomos. Cap. 4: Camada de Rede

26 IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)
Protocolo proprietário da CISCO; sucessor do RIP (meados dos anos 80) Vetor distância, como RIP várias métricas de custo (atraso, banda, confiabilidade, carga, etc.) usa o TCP para trocar informações de novas rotas Loop-free routing via Distributed Updating Algorithm (DUAL) baseado em técnicas de computação difusa Cap. 4: Camada de Rede

27 Inter-AS routing Cap. 4: Camada de Rede

28 Internet inter-AS routing: BGP
BGP (Border Gateway Protocol): é o padrão de fato para uso na Internet Algoritmo Path Vector : similar ao protocolo Distance Vector cada Border Gateway envia em broadcast aos seus vizinhos (peers) o caminho inteiro (isto é a seqüência de ASs) até o destino Exemplo: Gateway X deve enviar seu caminho até o destino Z: Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z Cap. 4: Camada de Rede

29 Internet inter-AS routing: BGP
Suponha: roteador X envia seu caminho ao roteador parceiro W W pode escolher ou não o caminho oferecido por X critérios de escolha: custo, regras (não rotear através de AS rivais ), prevenção de loops. Se W seleciona o caminho oferecido por X, então: Path (W,Z) = w, Path (X,Z) Nota: X pode controlar o tráfego de entrada controlando as rotas que ele informa aos seus parceiros: ex., se X não quer rotear tráfego para Z, X não informa nenhuma rota para Z Cap. 4: Camada de Rede

30 Internet inter-AS routing: BGP
As mensagens do BGP são trocadas encapsuladas no TCP. mensagens BGP: OPEN: inicia a conexão TCP com um roteador parceiro e autentica o transmissor UPDATE: anuncia novo caminho (ou retira um velho) KEEPALIVE mantém a conexão viva em caso de ausência de atualizações; também reconhece mensagens OPEN NOTIFICATION: reporta erros nas mesnagens anteriores; também usado para encerrar uma conexão Cap. 4: Camada de Rede

31 Porque os protocolos Intra- e Inter-AS são diferentes ?
Políticas: Inter-AS: a administração quer ter controle sobre como seu tráfego é roteado e sobre quem roteia através da sua rede. Intra-AS: administração única: as decisões políticas são mais simples Escalabilidade O roteamento hierárquico poupa espaço da tabela de rotas e reduz o tráfego de atualização Performance: Intra-AS: preocupação maior é desempenho Inter-AS: regras de mercado podem ser mais importantes que desempenho Cap. 4: Camada de Rede

32 Visão da Arquitetura de Roteadores
Duas funções chave dos roteadores: rodar algoritmos e protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP) comutar datagramas do enlace de entrada para o enlace de saída Cap. 4: Camada de Rede

33 Funções na porta de entrada
Camada física: recepção de bits Comutação descentralizada: dado o destino do datagrama, busca porta de saída, usando a tabela de roteamento na memória da porta de entrada objetivo: completar o processamento da porta de entrada na ‘velocidade da linha’ filas: se o datagramas chegam mais depressa que a taxa de envio para a estrutura de comutação Camada de enlace: ex., Ethernet veja capítulo 5 Cap. 4: Camada de Rede

34 Enfileiramento na Porta de Entrada
Se a estrutura de comutação for mais lenta que a capacidade combinada das portas de entrada -> pode ocorrer filas nas portas de entrada Bloqueio Head-of-the-Line (HOL): datagramas enfileirados no início da fila bloqueiam aqueles que estão atrás na fila atrasos de filas e perdas são provocados pela saturação do buffer de entrada! Cap. 4: Camada de Rede

35 Três tipos de estruturas de comutação
Cap. 4: Camada de Rede

36 Comutação via Memória Empregada nos roteadores de primeira geração:
pacotes são copiados pela única CPU do sistema velocidade é limitada pela banda passante da memória (2 cruzamentos do bus por datagrama) Porta de Entrada Saída Memória Barramento do sistema Roteadores modernos: processador da porta de entrada realiza busca e cópia para a memória Cisco Catalyst 8500 Cap. 4: Camada de Rede

37 Comutação Via Barramento
datagrama é transferido da memória da porta de entrada para a memória da porta de saída via um barramento compartilhado contenção no bus: velocidade de comutação limitada pela capacidade do barramento 1 Gbps bus, Cisco 1900: velocidade suficiente para roteadores de acesso e de empresas (não para roteadores regionais e de backbone) Cap. 4: Camada de Rede

38 Comutação via Rede de Interconexão
supera limitações da banda do barramento redes de Banyan, outras redes de interconexão originalmente desenvolvidas para conectar processadores num sistema multi-processador projeto avançado: fragmentar datagramas em células de comprimento fixo e comutar as células por uma rede de comutação. Cisco 12000: comuta vários gigabis por segundo através de uma rede de interconexão Cap. 4: Camada de Rede

39 Portas de Saída Armazenamento: exigido quando os datagramas chegam da estrutura de comutação mais depressa que a taxa de transmissão do enlace de saída Disciplina de fila: escolhe entre os datagramas enfileirados um deles para transmissão Cap. 4: Camada de Rede

40 Filas na porta de saída armazenamento quando a taxa de chegada pelo comutador excede a velocidade da linha de saída filas(atrasos) e perdas são provocados por um overflow do buffer da porta de saída! Cap. 4: Camada de Rede

41 IPv6 Motivação inicial: o espaço de endereços de 32-bits estará completamente alocado por volta de 2008. Motivação adicional: melhorar o formato do cabeçalho para permitir maior velocidade de processamento e de transmissão mudanças no cabeçalho para incorporar mecanismos de controle de QoS (Quality of Service) novo tipo de endereço: “anycast” - permite enviar uma mensagem para o melhor dentre vários servidores replicados Formato dos datagramas IPv6: cabeçalho fixo de 40 bytes não é permitida fragmentação Cap. 4: Camada de Rede

42 IPv6: Cabeçalho Priority (traffic class): permitir definir prioridades
diferenciadas para vários fluxos de informação Flow Label: identifica datagramas do mesmo “fluxo.” (conceito de “fluxo” não é bem definido). Next header: identifica o protocolo da camada superior ou um cabeçalho auxiliar (options) Cap. 4: Camada de Rede

43 Outras mudanças do IPv4 Checksum: removido inteiramente para reduzir o tempo de processamento em cada roteador Options: são permitidas, mas são alocadas em cabeçalhos suplementares, indicados pelo campo “Next Header” ICMPv6: nova versão de ICMP tipos de mensagens adicionais , ex. “Packet Too Big” funções de gerenciamento de grupos multicast Cap. 4: Camada de Rede

44 Transição do IPv4 para IPv6
Nem todos os roteadores poderão ser atualizados simultaneamente não haverá um dia da vacinação universal A rede deverá operar com os dois tipos de datagramas simultaneamente presentes Duas abordagens propostas: Pilha de protocolos dual: alguns roteadores, com pilhas de protocolos duais (IPv6 e IPv4), podem trocar pacotes nos dois formatos e traduzir de um formato para o outro Tunneling: IPv6 transportado dentro de pacotes IPv4 entre roteadores IPv4 Cap. 4: Camada de Rede

45 Abordagem de pilha dual
Cap. 4: Camada de Rede

46 Tunneling IPv6 dentro do IPv4 onde necessário Cap. 4: Camada de Rede

47 Multicast Envio de uma mensagem para um grupo de receptores como uma única operação Alternativas de implementação: várias mensagens de unicast: transmissor explicitamente envia uma cópia da mensagem para cada receptor no grupo multicast em nível de aplicação: transmissor manda uma cópia da mensagem para um sub-conjunto dos membros do grupo, os quais se encarregam de retransmitir a mensagem para outros membros mais à frente multicast explícito: com suporte na camada de rede – o transmissor envia uma única cópia do datagrama, o qual é replicado pelos roteadores no caminho (com a ajuda de protocolos de roteamento multicast) Cap. 4: Camada de Rede

48 Multicast (cont.) Identificação dos receptores: Endereçamento de grupo
i.e., membros de um grupo Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol): conhecimento descentralizado do conjunto de membros de um grupo executa nos roteadores de borda hosts informam a entrada e saída de um grupo de multicast encamento de datagramas: em cooperação com um protocolo de roteamento multicast (DVMRP, MOSPF, PIM) Endereçamento de grupo usa endereços IP classe D a endereço utilizado em datagramas multicast endereçamento indireto (cada host tem também um endereço IP unicast) Cap. 4: Camada de Rede

49 Mobilidade: Suporte na camada de rede
espectro de mobilidade, a partir de uma perspectiva da rede sem mobilidade alta mobilidade usuário móvel usando o mesmo ponto de acesso usuário móvel, conecta-se e desconecta-se da rede usando DHCP enquanto migra: shutdown usuário móvel, passando através de múltiplos pontos de acesso enquanto mantém uma conexão ininterrupta (como com telefones cels.) Cap. 4: Camada de Rede

50 Mobilidade: Vocabulário
home agent: entidade que irá realizar as funções de mobilidade em favor do host móvel quando este estiver em local remoto home network: “residência” permanente do host móvel (e.g., /24) host móvel wide area network Permanent address: endereço do host móvel na home network; pode sempre ser usado para se comunicar com o host móvel e.g., correspondente Cap. 4: Camada de Rede

51 Mobilidade: mais vocabulário
visited network: rede em que o host móvel se encontra atualmente (e.g., /24) Permanent address: permanece constante (e.g., ) Care-of-address: endereço na rede visitada (e.g., 79, ) wide area network foreign agent: entidade na rede visitada que realiza as funções de mobilidade em favor do host móvel correspondente: deseja se comunicar com o host móvel Cap. 4: Camada de Rede

52 Analogia: Como contactar um amigo que se mudou
para onde Alice se mudou? Considere um amigo que troca de endereço com freqüência. Como encontrá-lo pesquisar em todas as listas telefônicas? telefonar para os pais dele? esperar que ele/ela comunique seu novo endereço? Cap. 4: Camada de Rede

53 Mobilidade: Abordagens
Deixar a cargo do roteamento: roteadores anunciam endereço permanente do host móvel da forma usual tabelas de roteamento indicam onde o host móvel se encontra atualmente não requer mudanças nos sistemas finais Deixar a cargo dos sistemas finais: roteamento indireto: comunicação de um correspondente para um host móvel passa através do home agent, que então encaminha para o endereço remoto roteamento direto: correspondente obtém o endereço estrangeiro do host móvel e envia datagramas diretamente a ele Cap. 4: Camada de Rede

54 Mobilidade: Abordagens
Deixar a cargo do roteamento: roteadores anunciam endereço permanente do host móvel da forma usual tabelas de roteamento indicam onde o host móvel se encontra atualmente não requer mudanças nos sistemas finais Deixar a cargo dos sistemas finais: roteamento indireto: comunicação de um correspondente para um host móvel passa através do home agent, que então encaminha para o endereço remoto roteamento direto: correspondente obtém o endereço estrangeiro do host móvel e envia datagramas diretamente a ele não escalável para milhões de hosts Cap. 4: Camada de Rede

55 Mobilidade: Registro Resultado final:
rede visitada home network 1 host móvel contacta foreign agent ao entrar na rede visitada 2 foreign agent contacta o home agent: “este host móvel se encontra em minha rede” wide area network Resultado final: Foreign agent fica sabendo a respeito do host móvel Home agent sabe a localização do host móvel Cap. 4: Camada de Rede

56 Mobilidade via Roteamento Indireto
foreign agent recebe os pacotes e os encaminha para o host móvel home agent intercepta os pacotes e os encaminha para o foreign agent rede visitada home network 3 4 wide area network 1 2 correspondente endereça os pacotes usando o endereço permanente do host móvel host móvel responde diretamente para o correspondente Cap. 4: Camada de Rede

57 Roteamento Indireto: comentários
Hosts móveis possuem dois endereços: endereço permanente: usado pelos correspondentes (para os quais a localização móvel é transparente) care-of-address: usado pelo home agent para encaminhar pacotes para o host móvel As funções do foreign agent podem ser realizadas pelo próprio host móvel Roteamento triangular: ineficiente quando correspondente e host móvel estão na mesma rede Cap. 4: Camada de Rede

58 Encaminhamento de datagramas para um host móvel remoto
pacote encaminhado pelo foreign-agent para o host móvel pacote enviado pelo home agent para o foreign agent: um pacote dentro de outro dest: dest: dest: endereço permanente: Care-of address: dest: pacote enviado pelo correspondente Cap. 4: Camada de Rede

59 Roteamento Indireto: mudança de rede
suponha que um host móvel se mude para outra rede registra-se com um novo foreign agent novo foreign agent resitra-se com o home agent home agent atualiza o care-of-address do host móvel pacotes continuam a ser encaminhados para o host móvel (mas agora com o novo care-of-address) Mobilidade e mudança de rede estrangeira continua transparente: conexões em curso podem ser mantidas Cap. 4: Camada de Rede

60 Mobilidade via Roteamento Direto
foreign agent recebe os pacotes e os encaminha para o host móvel correspondente encaminha os pacotes para o foreign agent rede visitada home network 4 wide area network 2 3 1 4 correspondente solicita e recebe o endereço estrangeiro do host móvel host móvel responde diretamente para o correspondente Cap. 4: Camada de Rede

61 Mobilidade via Roteamento Direto: commentários
Contorna o problema do roteamento triangular Mas não é transparente para os correspondentes, que devem consultar o home agent para obter o care-of-address O que acontece se o host móvel se mudar para outra rede? Cap. 4: Camada de Rede

62 IP Móvel RFC 3220 muitas das características vistas acima
home agents, foreign agents, registro com o foreign agent, care-of-address, encapsulamento de pacotes três componentes no padrão descoberta de agentes registro com o home agent roteamento indireto de datagramas Cap. 4: Camada de Rede

63 IP Móvel: descoberta de agente
anúncio do agente: foreign/home agents anunciam seus serviços através de broadcast de mensagens ICMP (typefield = 9) H,F bits: home e/ou foreign agent R bit: registro necessário Cap. 4: Camada de Rede

64 IP Móvel: exemplo de registro
Cap. 4: Camada de Rede