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Teleprocessamento e Redes

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Apresentação em tema: "Teleprocessamento e Redes"— Transcrição da apresentação:

1 Teleprocessamento e Redes
Capítulo 4: Camada de Rede Prof. Fábio M. Costa INF / UFG

2 Visão Geral Serviço oferecidos pela camada de rede
Organização interna da camada de rede Algoritmos de roteamento – visão geral Controle de congestionamento Interconexão de redes A camada de rede na Internet A camada de rede em redes ATM – visão geral Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

3 No contexto da pilha de protocolos...
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4 Função básica da Camada de Rede
Determinar caminhos para a transmissão de pacotes Conduzir pacotes através da rede, passando por vários nodos, da origem até o destino Nodo: Roteador ou Host Primeira camada que se ocupa com transmissão de dados fim-a-fim Sub-rede X R4 R1 R3 X X X X Destino Origem R2 R5 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

5 Fução básica da Camada de Rede (2)
application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

6 Pressupostos básicos Conhecimento da topologia da rede
Capacidade de escolher caminhos otimizados Evitar a sobrecarga de certos enlaces ou roteadores Lidar com as incompatibilidades entre redes diferentes Quando origem e destino se encontram em redes com características diferentes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

7 Serviço oferecido pela Camada de Rede
Requisitos fundamentais: Independentes da tecnologia da rede subjacente Isolar a Camada de Transporte das questões relativas ao tamanho, tipo e topologia das sub-redes presentes Usar um esquema de endereçamento uniforme Dois tipos mutuamente excludentes de serviços: Serviço orientado a conexões Serviço sem conexões Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

8 Serviço sem conexões Defendido pela comunidade ligada à Internet
Argumentos principais: A função da sub-rede é mover bits de um lado para o outro SEND_PACKET, RECEIVE_PACKET A sub-rede é inerentemente não-confiável, independentemente de seu design Hosts devem aceitar o fato, sendo que os mesmos são responsáveis pelo controle de erros e de fluxo Tornar a sub-rede o mais simples possível Movendo a complexidade adicional para os hosts (computadores dos usuários) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

9 Serviço orientado a conexões
Defendido pela comunidade ligada às companhias telefônicas Principais argumentos: Sub-rede deve prover um serviço confiável Funções como controle de erros e de fluxo são realizadas pela sub-rede Usuários (hosts) não devem se preocupar com estes “detalhes” Apropriado no caso de terminais “burros”: telefone Remove a complexidade dos hosts Sub-rede mais complexa Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

10 Organização interna da Camada de Rede
Rede baseada em Circuitos Virtuais X Rede baseada em Datagramas Circuitos Virtuais (VC) rota fixa no estabelec. da conexão roteadores mantém tabela de VCs ativos análogo ao sistema telefônico Datagramas rota determinada para cada pacote individual pacotes podem seguir rotas diferentes análogo ao sistema postal Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

11 Sub-rede baseada em Circuitos Virtuais
Cada roteador mantém uma tabela de VCs: Uma entrada para cada VC passando por ele Indicando a interface de rede através da qual pacotes de cada VC devem ser encaminhados Cada VC recebe um número único no contexto de um roteador O mesmo VC pode ser identificado através de números diferentes em roteadores distintos Pacotes são identificados pelo número do VC ao qual pertencem Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

12 Sub-rede baseada em Circuitos Virtuais (2)
Protocolo de sinalização Usado para o estabelecimento de circuitos virtuais Antes que transferência de dados real possa ocorrer application transport network data link physical application transport network data link physical 5. Data flow begins 6. Receive data 4. Call connected 3. Accept call 1. Initiate call 2. incoming call Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

13 Sub-rede baseada em Datagramas
Cada roteador mantém uma tabela indicando: A interface de rede através da qual cada roteador existente pode ser atingido Interface usada para encaminhar pacotes destinados àquele roteador específico Tabela de rotas Pacotes (datagramas) devem conter o endereço completo do destino Roteadores usam este endereço para verificar, em suas tabelas de rotas, qual interface usar para encaminhar cada pacote recebido Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

14 Sub-rede baseada em Datagramas (2)
Não é necessário tempo inicial de preparação da conexão Dados começam a ser transmitidos imediatamente application transport network data link physical application transport network data link physical 1. Send data 2. Receive data Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

15 Circuitos Virtuais e Datagramas: Comparação
Aspecto Sub-rede baseada em Datagramas Sub-rede baseada em VCs Estabelecimento de circuito Não necessário Necessário. Overhead inicial Endereçamento Cada pacote contém o endereço completo do destino Cada pacote contém um pequeno número identificando o VC Informação de estado Sub-rede stateless Cada VC requer uma entrada na tabela de VCs Roteamento Cada pacote roteado independente Rota escolhida quando do estabelecim. do VC Efeito de falhas de roteadores Nenhum. Pacotes podem seguir outra rota VCs passando pelo roteador são terminados Controle de congestionamento Difícil Resolvido com a reserva de buffers para cada VC Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

16 Estrutura Interna da Sub-rede e Tipos de Serviço
Tipo de sub-rede Tipo de serviço (camada superior) Datagrama Circuito Virtual Sem-conexão UDP sobre IP ATM Orientado a conexão TCP ATM AAL1 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

17 Roteamento Principal função da camada de rede
Pacotes passam por múltiplos nós intermediários até chegar ao destino Achar o “melhor” dentre vários caminhos alternativos (de acordo com algum critério) Em redes de difusão (broadcast): Dispensa roteamento internamente Mas não se origem e destino estiverem em redes diferentes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

18 Algoritmos de Roteamento
Parte do software de camada de rede responsável por decidir o caminho a ser seguido pelos pacotes Geralmente executado passo-a-passo Em redes baseadas em Datagrama: Roteamento é (ou pode ser) feito individualmente para cada pacote Em redes baseadas em Circuito Virtual: Roteamento por sessão: caminho fixo seguido por todos os pacotes de um mesmo VC Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

19 Algoritmos de Roteamento: Propriedades desejáveis
Corretude Caminhos calculados deve conduzir ao destino endereçado Simplicidade Facilidade de implementação e baixo custo computacional Robustez Funcionar continuamente, a despeito de falhas de nodos (roteadores), mudanças de topologia da rede, variações nos padrões de tráfego Algoritmo distribuído Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

20 Algoritmos de Roteamento: Propriedades desejáveis (2)
Estabilidade O algoritmo deve convergir (de maneira determinística, de preferência) Justiça (Fairness) O algoritmo não deve favorecer alguns nodos (roteadores) em detrimento de outros distribuição de carga deve ser balancea entre os nodos oportunidade de transmissão de pacotes deve ser igual para todos os nodos (hosts). Optimalidade Em nível global da rede Vs. no nível de cada sessão Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

21 OBS.: Justiça Vs. Optimalidade
Optimizar throughput de tráfego global Sessões independentes entre: A e A´, B e B´, C e C´ Vs. Justiça para com todos os hosts Comunicação entre X e X´ pode ficar prejudicada Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

22 Critérios para otimização
Duas metas conflitantes: Minimizar o atraso médio de transmissão (fim-a-fim) de pacotes Maximizar o throughput global da rede Meta (2) requer que a rede opere no limite de sua capacidade Com as filas de pacotes nos roteadores sempre cheias Filas mais longas: aumenta-se o tempo que cada pacote tem que esperar para ser roteado Conseqüentemente, aumenta-se o atraso fim-a-fim dos pacotes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

23 Otimização: Solução de compromisso
Minimizar o número de roteadores intermediários que um pacote tem que percorrer Tende a melhorar o atraso fim-a-fim Reduz a quantidade de largura de banda consumida por cada sessão de comunicação Tende a melhorar o throughput global da rede Rede capaz de suportar mais sessões Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

24 Categorias de Algoritmos de Roteamento
Algoritmos não-adaptativos (ou estáticos) Caminhos são computados previamente (off-line) e então descarregados nos roteadores Algoritmos adaptativos Rotas são computadas dinamicamente Cálculo de rotas é feito periodicamente, baseado nas condições atuais da rede Análise de variáveis em âmbito local ou global Métricas: distância, número de hops, estimativa de delay Refletindo mudanças na topologia e nas características de tráfego Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

25 Princípio da Optimalidade
Se o roteador J está no caminho ótimo do roteador I para o roteador K, então o caminho ótimo de J para K também segue a mesma rota X I X J K X X X Melhor caminho de J para K Melhor caminho de I para K Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

26 Árvore de “sorvedouro”
O conjunto de rotas ótimas de todas os nodos-origem para um dado nodo de destino forma uma árvore cuja raiz é o nodo de destino Pode haver mais do que uma árvore de sorvedouro para uma mesma rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

27 Árvore de “sorvedouro” (2)
Cada roteador pode ter uma visão diferente da árvore Ex.: devido a mudanças na topologia da rede, as quais podem não ser percebidas por todos os roteadores ao mesmo tempo Mecanismo usado pelos roteadores para obter informações de topologia para montar a árvore: dependente de protocolo Provê um modelo genérico para algoritmos de roteamento (juntamente com o princípio da optimalidade) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

28 Roteamento por Caminho Mais Curto
Constrói-se um grafo da sub-rede nodos representando roteadores arestas representando enlaces de comunicação Melhor rota entre um dado par de roteadores Rota mais curta entre os dois nodos correspondentes no grafo Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

29 Métricas para se calcular o custo de um caminho
Número de saltos (hops) ou enlaces intermediários Distância geográfica Tempo médio de enfileiramento e transmissão nos roteadores Largura de banda dos enlaces Carga de tráfego nos enlaces Custo monetário da comunicação Ou uma função de várias destas métricas Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

30 Exemplo Métrica: número de saltos: Métrica: distância geográfica:
rota ABCD (3 saltos) melhor que rota ABEFHD (5 saltos) Métrica: distância geográfica: rota ABEFHD (dist.=10) melhor que rota ABCD (dist.=12) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

31 Algoritmo de Djikstra† para caminhos mínimos
Cada nodo é rotulado com sua distância a partir do nodo origem da rota ao longo da melhor rota conhecida até então Inicialmente: Nenhuma rota é conhecida Todos os nodos são rotulados com distância infinita À medida em que o algoritmo prossegue, rótulos podem mudar, refletindo melhores caminhos encontrados Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

32 Algoritmo de Djikstra† para caminhos mínimos (2)
Rótulo: tentativo: não se sabe se reflete a melhor rota permanente: rótulo representa a melhor rota I.e., nodo correspondente faz parte da melhor rota Inicialmente, todos os rótulos são tentativos Ao se descobrir que o rótulo de um nodo representa a melhor rota da origem até tal nodo, este rótulo é tornado permanente Não pode ser mais alterado Repete até chegar ao nodo de destino Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

33 Exemplo: Rota mais curta de A para D
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34 Roteamento Hierárquico
Rede é dividida em regiões Algoritmo de roteamento é executado independentemente em cada região Apenas os nodos (roteadores) que conectam uma região à outra têm conhecimento de regiões externas Melhor escalabilidade Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

35 Roteamento Hierárquico: Exemplo
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36 Roteamento para Hosts Móveis
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37 Controle de Congestionamento
Quando o número de pacotes presentes na rede está acima de sua capacidade Tráfego ligeiramente acima do limite: Roteadores começam a perder pacotes Tráfego muito acima do limite: Colapso Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

38 Congestionamento: Principais causas
Vazão de pacotes que chegam em um roteador é maior do que a vazão de saída de pacotes Ex.: tráfego chegando por várias linhas, mas com uma única linha de saída Overflow do buffer (fila) do roteador Fila Roteador Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

39 Congestionamento: Principais causas (2)
Baixa capacidade de processamento nos roteadores Roteador não consegue processar todo o tráfego que chega Overflow das filas do roteador Enlaces de baixa capacidade Efeito semelhante Melhorar em um ponto apenas não resolve o problema Deve-se eliminar todos os “gargalos” na rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

40 Congestionamento: Principais causas (3)
Processo de re-alimentação Congestionamento causa o descarte de pacotes Pacotes descartados são retransmitidos Aumentando o congestionamento ainda mais Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

41 Controle de Congestionamento: Princípios gerais
Soluções de loop aberto: Prevenção de congestionamento através de um bom design da rede e de seus protocolos Técnicas mai comun: Controle de admissão de tráfego: quando aceitar novas conexões ou pacotes para transmitir Decisões de escalonamento apropriadas: balancear a carga entre os roteadores da rede Técnica essencialmente preventiva Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

42 Controle de Congestionamento: Princípios gerais (2)
Soluções de loop fechado: Baseadas em retro-alimentação (feedback) Monitorar o sistema para detectar congestionamentos Informar hosts e roteadores p/ que tomem a ação apropriada (ex.: reduzir envio de pacotes) Ajustar a operação do sistema para corrigir o problema Principais métricas: % de pacotes perdidos, tamanho médio das filas, % de pacotes que sofrem timeouts, atraso médio dos pacotes Cuidar para não acentuar o congestionamento Não enviar pacotes de controle de congestionamento desnecessariamente. Ex.: usar piggybacking Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

43 Controle de Congestionamento: Princípios gerais (3)
Aumentar temporariamente a quantidade de recursos da rede para lidar com a carga de tráfego extra Fazendo-se valer da redundância incorporada à rede para fins de tolerância a falhas Roteadores e enlaces redundantes Contratação temporária de mais recursos Aumentar a largura de banda dos enlaces Medidas drásticas: Recusa ou degradação do serviço prestado aos usuários Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

44 Controle de Congestionamento: Onde aplicar
Essencialmente uma tarefa “fim-a-fim” Em redes baseadas em circuitos virtuais Na própria camada de Rede Em redes baseadas em datagramas Na camada de Transporte Técnicas auxiliares podem ser empregadas na camada de Enlace Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

45 Políticas de Prevenção de Congestionamento
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46 Modelamento de Tráfego
Tráfego de dados geralmente não segue um padrão de fluxo constante Transmissão em “rajadas” Torna mais difícil o controle de congestionamento Modelamento de tráfego (traffic shaping): Regular o tráfego de forma a: Impor uma certa regularidade (eliminando rajadas) Controlar a taxa de transmissão Baseado em um acordo entre o usuário e a sub-rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

47 Modelamento de Tráfego (2)
Requer policiamento do tráfego pela sub-rede Para verificar se o usuário está obedecendo o acordo firmado inicialmente, quanto à: Taxa de transmissão (vazão) Regularidade do tráfego Mais simples de implantar em redes de circuito virtual Em redes de datagrama: implementado na camada de Transporte (fim-a-fim) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

48 Controle de Congestionamento: Algoritmo do “Balde furado” (leaky bucket)
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49 Resumo dos Tópicos Abordados
Serviço oferecido pela camada de Rede Protocolos de Roteamento Controle de Congestionamento Interconexão de Redes Camada de Rede na Internet Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

50 Interconexão de Redes Diversidade de tecnologias de rede incompatíveis, mas que precisam ser interligadas Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

51 Dispositivos de interconexão de redes
Camada Dispositivo Funcionalidade Física Repetidor Cópia de bits entre segmentos de cabo distintos Enlace Ponte Armazenar e retransmitir quadros com base no endereço de destino Rede Roteador multi-protocolo Armazenar e retransmitir quadros, rotear pacotes, compatibilizar protocolos de rede diferentes Transporte Gateway de transporte Conectar duas redes no nível de transporte Aplicação Gateway de aplicação Conectar duas partes de uma mesma aplicação suportada por protocolos de aplicação diferentes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

52 “Half- and Full Gateways”
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53 Diferenças entre redes
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54 Duas abordagens básicas para interconexão
Concatenação de circuitos virtuais Interconexão baseada em datagramas (i.e., sem conexão) Tunelamento (tunneling) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

55 Concatenação de Circuitos Virtuais
Roteadores concatenam circuitos virtuais estabelecidos dentro das redes conectadas Problemas ao conectar redes com características diferentes em relação à confiabilidade Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

56 Interconexão Baseada em Datagramas
Cada pacote tratado independentemente Pacotes podem seguir rotas diferentes, passando por diferentes roteadores e redes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

57 Problemas com Interconexão Baseada em Datagramas
Redes com protocolos diferentes Pacotes de uma rede não podem trafegar na outra Conversão de protocolos só faz sentido se os dois protocolos forem suficientemente semelhantes Esquemas de endereçamento diferentes Ex.: endereços IP de 32 bits versus endereços decimais utilizados pelo protocolo OSI CLNP Conversão de endereços pode requerer grandes bases de dados: difícil de gerenciar Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

58 Comparação Concatenação de circuitos virtuais
Reserva adiantada de buffers evita congestionamento Garante seqüência dos pacotes Cabeçalhos mais curtos Elimina duplicação de pacotes Tabelas de VCs em memória Rotas fixas Vulnerável a falhas de roteadores Impossível de implementar se alguma rede intermediária for baseada em datagramas Interconexão baseada em datagramas Sujeito a congestionamentos Roteamento adaptável Robustez frente a falhas de roteadores Cabeçalhos mais longos Pode ser empregado na interconexão de redes baseadas em datagramas e redes de circuito virtual Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

59 Tunneling Aplicável quando as redes de origem e destino da conexão são do mesmo tipo Mas os dados devem passar por redes intermédiárias com características diferentes Pacote original (inteiro) é transmitido dentro do campo de payload de um pacote da rede intermediária Na rede de destino, o pacote é removido e transmitido normalmente até seu endereço final Técnica comum ao se conectar duas redes locais através de uma rede pública de longa distância Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

60 Tunneling (2) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

61 Tunneling: Analogia Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

62 Roteamento Inter-Redes
Semelhante ao roteamento dentro de uma única rede Mas realizado de forma hierárquica Roteamento interno: dentro de cada rede Roteamento externo: entre as redes interconectadas Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

63 Roteamento entre Sistemas Autônomos
Cada rede interconectada pode ser independente das demais Protocolo de roteamento próprio Diferentes políticas de administração do tráfego Ex.: Diferentes leis ao cruzar fronteiras nacionais Diferentes mecanismos para atribuir custo ao serviço de transmissão de dados Diferentes qualidades de serviço Faz do roteamento uma tarefa mais complexa Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

64 Fragmentação de Pacotes
Diferentes redes possuem limites diferentes quanto ao tamanho máximo de pacotes Problema ao se transmitir um pacote através de uma rede intermediária cujo tamanho máximo permitido seja menor Se for uma rede intermediária, pode-se tentar contorná-la Se for a rede de destino, a única saída é fragmentar o pacote em vários pacotes menores a serem transmitidos separadamente Remontagem do pacote original no destino Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

65 Fragmentação de Pacotes: Transparente Vs. Não-Transparente
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66 Fragmentação Transparente
Hosts não precisam se preocupar com a remontagem, que é feita pela rede Todos os pacotes devem deixar a rede intermediária através do mesmo roteador Para que o pacote original possa ser remontado Não permite explorar rotas alternativas Overhead gerado por sucessivas fragmentações e remontagens de pacotes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

67 Fragmentação Não-Transparente
Hosts devem ser capazes de remotar os pacotes Aumenta o overhead de cabeçalho cada fragmento é um pequeno pacote com cabeçalho completo Cada fragemento pode passar por uma rota diferente Um dado fragmento pode necessitar fragementação ao passar por uma rede com limite ainda mais estrito Remontagem depende do esquema de numeração dos fragmentos que precisa ser robusto na presença de perdas de pacotes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

68 Esquema de Numeração dos Fragmentos
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69 Firewalls Segregação de tráfego
Impedir que tráfego expúrio entre na rede vírus, worms, hackers, spam Impedir que informações valiosas deixem a rede de maneira não autorizada informações confidenciais, segredos de negócio Impedir tipos de acesso que podem trazer vulnerabilidades à rede telnet Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

70 Estrutura de uma Firewall
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71 Firewall: Filtro de Pacotes
Roteador equipado com funcionalidade adicional para: aceitar ou descartar pacotes de acordo com algum critério programado endereços de origens e destinos aceitáveis endereços de origens e destinos bloqueados protocolos de aplicação aceitáveis (ex.: web, ) Dois filtros, localizados em redes distintas Impedindo comunicação direta entre a parte externa e a parte interna da firewall Filtro interno: checa pacotes que saem Filtro externo: checa pacotes que chegam Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

72 Firewall: Gateway de Aplicação
Examina os dados que entram e saem da rede no nível das aplicações Ex.: um gateway de examinaria o conteúdo das mensagens: cabeçalho texto da mensagem tamanho da mensagem Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

73 Firewalls e Redes sem Fio
Firewalls são baseadas na suposição de que não há outros meios de comunicação entre a rede interna e a rede externa Esta suposição é inválida no caso de redes sem fio ... Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

74 A Camada de Rede na Internet
O protocolo IP Endereços IP Sub-redes Protocolos de controle Protocolos de roteamento Multicasting IP Móvel Classless InterDomain Routing IPv6 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

75 A Camada de Rede na Internet
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76 Modelo típico de comunicação
Camada de Transporte (TCP, UDP, etc.) Camada de Transporte Stream de dados Stream ... Datagramas (≤64KB) ... Datagramas (≤64KB) ... Fragmentos de datagramas Camada de Rede (IP) Camada de Rede (IP) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

77 O Protocolo IP (Internet Protocol): Formato de Pacote
Ordem de Transmissão dos Bits (Big Endian) Máx: 40 bytes (10 words) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

78 Pacotes IP Versão Número da versão do protocolo IP utilizada
Atualmente: 4 Permite transição suave entre versões diferentes do protocolo Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

79 Pacotes IP IHL (Internet Header Length)
Comprimento do cabeçalho do pacote (em palavras de 32 bits) Mínimo: 5 (20 bytes); Máximo: 15 (60 bytes) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

80 Pacotes IP Tipo de serviço
Permite solicitar vários tipos de serviço diferentes 3 bits de precedência: prioridade do pacote (0: normal, 7: máx.) 3 bits de flags: Delay, Throughput, Reliability Na prática, este campo é ignorado pelos roteadores Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

81 Pacotes IP Comprimento total Cabeçalho + Dados Máx.: 65.535 bytes
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82 Pacotes IP Identificação Usado no caso de datagramas fragmentados
Indica a qual datagrama o fragmento pertence Fragmentos são transmitidos como pacotes. Isto é, um datagrama pode ser transmitido em um ou mais pacotes. Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

83 Pacotes IP Bit DF (Don´t Fragment) Bit MF (More Fragments)
Impede que roteadores fragmentem um datagrama Bit MF (More Fragments) Indica se o fragmento é (0) ou não o último na seqüência de fragmentos que compõem um datagrama Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

84 Pacotes IP Fragment Offset
Indica a posição, dentro do datagrama original, onde tem início o fragmento Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

85 Pacotes IP Time to Live Contador utilizado para limitar o tempo de vida de um pacote na rede Decrementado a cada roteador intermediário pelo qual um pacote passa no percurso da origem até o destino Evita que pacotes fiquem trafegando na rede indefinidamente Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

86 Pacotes IP Protocol Identifica o protocolo de Transporte que gerou os dados contidos no pacote Útil quando o IP vai entregar um datagrama à camada de transporte no destino: que processo chamar Cada protocolo de Transporte tem um número padrão (RFC 1700) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

87 Pacotes IP Header Checksum Código de detecção de erros do cabeçalho
IP não checa erros na parte de dados do pacote Deve ser re-computado em cada roteador intermediario: cabeçalho pode mudar ao longo do caminho (campo time to live) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

88 Pacotes IP Endereços de Origem e de Destino 32 bits
Identificam a origem e o destino do pacote Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

89 Pacotes IP Campo de Opções Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

90 Endereços IP Endereço único atribuído a computadores ou roteadores presentes na Internet Composição: Número da rede Número da máquina (host) Máquinas conectadas a mais de uma rede: através de várias interfaces de rede um endereço IP para identificar cada interface 5 Classes de endereços: A, B, C, D, E Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

91 Endereços IP Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

92 Endereços IP: Classes Classe A Classe B Classe C Classe D:
126 redes com até 16 milhões de hosts cada Classe B redes com até 64K hosts cada Classe C 2 milhões de redes com até 254 hosts cada Classe D: Endereços de multicast Classe E: reservada para uso futuro Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

93 Endereços IP: Formato Notação decimal pontuada
Ex.: , Primeiro e último números de cada rede: este host e broadcast na rede, respectivamente Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

94 Sub-redes Partição de uma rede IP em várias redes
Efeito no endereçamento e roteamento interno Externamente: visto como uma única rede Permite um melhor aproveitamento de endereços de rede Um mesmo número de rede IP pode ser particionado em várias redes físicas (ex.: LANs) Subnet mask Indica quais bits do endereço identificam a sub-rede e quais identificam uma máquina específica Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

95 Subnet Mask Exemplo: Rede classe C: 200.18.162.0
Divide a rede classe C original em 4 sub-redes: a 63, a127, a 191, a 255 1o. e último endereços: this host e broadcast na sub-rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

96 Processamento de Pacotes nos Roteadores: Sem Sub-redes
Cada roteador tem uma tabela de rotas, com dois tipos de entradas: (rede, 0): rota para chegar a uma rede distante (esta_rede, host): rota para máquinas locais Rotas: interface de rede através da qual um pacote deve ser transmitido para chegar ao destino (rede ou host) Rota default: utilizada quando o roteador não conhece a rede de destino do pacote Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

97 Processamento de Pacotes nos Roteadores: Com Sub-redes
Dois novos tipos de entradas na tabela de rotas: (esta_rede, sub-rede, 0): rota para chegar a uma das outras sub-redes (esta_rede, sub-rede, host): rota para chegar a um host na sub-rede onde está o roteador Ao receber um pacote para encaminhamento (destinado a outra sub-rede): Endereço IP AND subnet mask: para isolar o número da rede e sub-rede e então fazer o lookup na tabela de rotas Roteador não precisa manter rotas individuais para hosts em outras sub-redes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

98 Tabela de rotas em um roteador de pequeno porte: Exemplo
netstat -r Kernel IP routing table Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface apollo.inf.ufg UG eth1 artemis.inf.ufg UG eth1 * U eth1 * U eth0 default ares.inf.ufg.br UG eth1 netstat -nr UG eth1 UG eth1 U eth1 U eth0 UG eth1 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

99 Topologia da rede UFGNet 200.137.197.128 200.137.197.192
zeus.inf.ufg.br apollo artemis eth0 eth1 UFGNet ares.inf.ufg.br Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

100 Outro exemplo de tabela de rotas: ares.inf.ufg.br
Destination Gateway Genmask Flags MSS Window irtt Iface U eth0 U eth1 UG eth1 UG eth1 UG eth1 UG eth1 UG eth1 UG eth0 Ver esboço da topologia da rede no próximo slide Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

101 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

102 Protocolos de Controle da Internet
Monitoramento, configuração e controle do funcionamento da camada de rede Pacotes destes protocolos são encapsulados em pacotes IP para transmissão ICMP ARP RARP BOOTP DHCP Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

103 ICMP – Internet Control Message Protocol
Usado pelos roteadores para: Reportar eventos anômalos Testar a rede Exemplo: utilitário ping Envia um pacote de requisição de “eco” e aguarda a resposta Efetua medições: Tempo de resposta % de pacotes perdidos Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

104 ICMP: Tipos de mensagens
Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

105 ARP – Address Resolution Protocol
Roteadores (camada de rede): utilizam endereços IP de 32 bits LAN (camada de enlace): utiliza endereços MAC (ex.: endereços Ethernet de 48 bits) Transmissão de um pacote na rede local: Encapsular o pacote em um quadro Ethernet Mapear o endereço IP em um endereço Ethernet Protocolo ARP dispensa a necessidade de extensas tabelas de mapeamento Normalmente não usado se destino em outra rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

106 ARP: Funcionamento Host de origem do pacote IP efetua o broadcast de um pacote ARP contendo: Endereço IP do host de destino Endereços IP e Ethernet do host de origem Host de destino responde com outro pacote ARP contendo seu próprio end. Ethernet Aproveita o endereço Ethernet recebido do host de origem Mapeamentos de endereços são guardados em uma cache (para evitar outros broadcasts) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

107 ARP: Exemplo Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

108 RARP – Reverse Address Resolution Protocol
Dado um endereço Ethernet, qual o endereço IP correspondente? Útil ao inicializar uma estação sem disco (ou, mais genericamente, estações que não conhecem seu endereço IP) Tudo o que a estação conhece é seu endereço MAC O endereço IP da estação pode mudar caso esta seja movida para uma rede diferente Estação faz um broadcast RARP, contendo seu endereço MAC (ex.: end. Ethernet de 48 bits) Servidor RARP responde com o endereço IP da estação Cada rede local deve ter um servidor RARP Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

109 Protocolos mais sofisticados para a configuração inicial de estações
BOOTP Endereço IP da estação Endereço IP do servidor de arquivos contendo a imagem de memória de estações sem disco Endereço IP do roteador default Subnet mask a ser usada DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Flexível quanto ao tipo de informação de configuração a ser fornecido pelo servidor Utilizam broadcast no nível do protocolo UDP propagado pelos roteadores permite que servidor BOOTP/DHCP esteja em uma rede diferente Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

110 Protocolos de Roteamento na Internet
Rede dividida em: Sistemas Autônomos (AS) Backbone conectando os sistemas autônomos Interior Gateway Routing Protocol Usado dentro de um AS OSPF – Open Shortest Path First Exterior Gateway Routing Protocol Usado no Backbone da Internet BGP – Border Gateway Protocol Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

111 Estrutura de Roteamento na Internet
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112 OSPF: Características Gerais
Protocolo de domínio público (aberto) Supore a diversas métricas diferentes distância física, atraso, etc. Dinâmico: capaz de se adaptar a mudanças Roteamento baseado em tipo de serviço Ex.: pode escolher rotas diferentes para tráfego de tempo-real e tráfego não-tempo-real Permite balanceamento de carga Divide a carga entre rotas alternativas Suporte a redes hierárquicas Suporte a medidas de segurança básicas Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

113 OSPF: Funcionamento Básico
Definir rotas ótimas dentro de um mesmo sistema autônomo Roteadores adjacentes trocam informações de estado dos links (custo) entre si Atualizadas periodicamente Cada roteador constrói sua visão (grafo) da rede A partir da qual rotas “ótimas” são computadas Rota: próximo nodo no caminho até o destino Algoritmo hierárquico Rede dividida em áreas ligadas por um backbone Roteador na “borda” de uma área: rotas até o backbone Rotas parciais são conectadas: área 1 + backbone + área 2 Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

114 OSPF: Grafo da Rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

115 BGP: Características Básicas
Protocolo de roteamento que leva em conta questões de natureza política Necessário quando se conecta sistemas autônomos com objetivos conflitantes Ex.: ASes pertencentes a empresas concorrentes Permite a inclusão de políticas de roteamento. Exemplos: Um AS não aceita ser intermediário no roteamento de pacotes para outros ASes Não permitir que tráfego seja roteado através de certos ASes Políticas: configuráveis manualmente Não são definidas como parte do protocolo Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

116 BGP: Funcionamento Básico
Distance Vector Algorithm Roteadores trocam entre si informações sobre rotas completas Rotas são escolhidas com base em Métricas de custo Políticas de roteamento Atualizações periódicas Rotas alternativas podem substituir rotas com problemas Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

117 BGP: Exemplo Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

118 Internet Multicasting
Envio de um mesmo pacote para um grupo de receptores simultaneamente Ex.: atualização de réplicas de um BD distribuído, tele-conferência Suporte a multicast no IP: endereços Classe D a Cada endereço classe D: um grupo de hosts Até cerca de 250 milhões de grupos Sem garantias de confiabilidade Best-effort: Alguns membros do grupo podem não receber o pacote Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

119 Internet Multicasting (2)
Endereços de grupo permanentes : todos os sistemas em uma LAN : todos os roteadores em uma LAN : todos os roteadores OSPF em uma LAN Endereços de grupo temporários Devem ser criados explicitamente Processo requisita ao seu host: entrada e saída no grupo Host mantém uma tabela dos grupos aos quais seus processos estão associados Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

120 Internet Multicasting (3)
Implementação através de roteadores habilitados a reconhecer endereços Classe D Roteadores de Multicast Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol) Permite a um roteador de multicast saber quais grupos têm membros em sua LAN Consultas periódicas aos hosts Host respondem com os endereços de grupo pertinentes Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

121 Internet Multicasting (4)
Roteamento de multicasts Spanning tree (árvore de espalhamento) Roteadores de multicast trocam entre si informações sobre os grupos existentes Cada roteador constrói para si uma spanning tree para cada grupo “passando” por ele Roteadores não pertencentes a um grupo não participam do algoritmo (para aquele grupo específico) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

122 IP Móvel Endereços IP são ligados a localizações fixas Host móvel (HM)
Ex.: => host 65 na rede Host móvel (HM) Migrar para uma rede diferente significaria ter que assumir um novo endereço IP... ...E provavelmente ter que anunciá-lo para boa parte dos roteadores na Internet Pacotes enviados ao host móvel devem ser entregues Independente de sua localização física Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

123 IP Móvel Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

124 IP Móvel: Requisitos Cada HM deve poder utilizar seu endereço IP original em qualquer lugar/rede Não fazer mudanças no software de hosts fixos Não fazer mudanças no software e tabelas de rotas dos roteadores Maioria dos pacotes enviados para HMs não deve fazer desvios na rede Sem overhead quando o HM está em sua rede original (i.e., em casa) Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

125 IP Móvel: Funcionamento
Rede que aceita visitantes (hosts móveis): Deve criar um agente estrangeiro (foreign agent) Rede que permite a mobilidade de seus hosts: Deve criar um agente “de casa” (home agent) Na chegada de um HM a uma rede estrangeira: HM registra-se com o agente estrangeiro local Agente estrangeiro contacta o agente da rede original do HM (home agent), indicando o endereço de desvio dos pacotes enviados ao HM Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

126 IP Móvel: Funcionamento (2)
Na chegada de um pacote endereçado ao HM em sua rede original: Pacote chega por um dado roteador da rede Roteador difunde um pacote ARP para obter o endereço MAC (Ethernet) do host Home agent responde com seu próprio endereço MAC Roteador transmite o pacote para o home agent Home agent encapsula o pacote original em um outro pacote IP (tunneling) e o envia ao foreign agent atual Foreign agent recebe o pacote, desencapsula o pacote original e o entrega ao HM Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

127 IP Móvel: Funcionamento (3)
Evitando futuros redirecionamentos: Ao receber o primeiro pacote endereçado a um HM distante... ...Home agent envia o endereço do agente estrangeiro (da rede onde o HM se encontra) para o transmissor... ...De forma que novos pacotes sejam enviados diretamente para a rede na qual o HM se encontra atualmente Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG

128 IP Móvel: Outras questões
Invalidação de tabelas ARP quando HM migra HM sendo seu próprio agente estrangeiro Como encontrar um agente Agentes (home e estrangeiro) anunciam sua presença a quem possa interessar Através de broadcasts (difusão) na rede local HMs difundem requisição pelo agente estrangeiro HMs que deixam uma rede estrangeira abruptamente: registro no agente válido por tempo determinado Segurança: agente estrangeiro deve provar que, de fato o verdadeiro HM está em sua rede Prof. Fábio M. Costa - INF / UFG


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