Protocolos de Redes Professora Marcela Santos Camada de Rede.

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1 Protocolos de Redes Professora Marcela Santos marcela@edu.estacio.br Camada de Rede

2 Camada de rede transporta segmentos da estação remetente ao destinatário no lado remetente, encapsula segmentos dentro de datagramas no lado destinatário, entrega os segmentos para a camada de transporte protocolos da camada de rede em todos os sistemas finais e roteadores roteadores examinam campos de cabeçalho de todos os datagramas IP que passam por eles rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física

3 Store and forward Os equipamento da concessionária de comunicacoes (roteadores conectados por linhas de transmissao), mostrados na elipse sombreada, Equipamento dos clientes, mostrado fora da elipse.

4 Esse quipamento é usado da maneira descrita a seguir. Um host com um pacote a enviar o transmite para o roteador mais proximo, seja em sua propria LAN ou sobre um enlace ponto a ponto para a concessionária de comunicações. O pacote e armazenado ali ate chegar totalmente, de forma que o total de verificacao possa ser conferido. Em seguida, ele e encaminhado para o próximo roteador ao longo do caminho, até alcançar o host de destino, onde é entregue. Esse mecanismo é a comutação de pacotes store-and-forward. Store and forward

5 Funções principais da camada de rede Encaminhamento(comutação) Move pacotes de uma entrada do roteador para a saída apropriada Roteamento Determina a rota a ser seguida pelos pacotes da fonte até o destino Algoritmos de roteamento analogia: roteamento: processo de planejar uma viagem da origem até o destino encaminhamento: processo de atravessar uma encruzilhada durante a viagem

6 1 2 3 0111 valor no cabeçalho do pacote que está chegando Algoritmo de roteamento tabela encaminhamento local valor cabeçalho link saída 0100 0101 0111 1001 32213221 Relacionamento entre roteamento e encaminhamento

7 Estabelecimento de conexão 3 ª função importante em algumas arquiteturas de rede: ATM, frame relay Antes dos datagramas fluírem, dois hosts e roteadores intermediários estabelecem uma conexão virtual Roteadores são envolvidos Serviço de conexão das camadas de transporte e de rede: Rede: entre dois hosts Transporte: entre dois processos

8 Modelo de serviço de rede Qual é o modelo de serviço para o canal que transporta pacotes do remetente ao destinatário? Exemplos de serviços para datagramas individuais: Entrega garantida Entrega garantida com atraso menor que 40 mseg Exemplos de serviços para fluxos de datagramas: Entrega ordenada Banda mínima garantida para o fluxo Restrições quanto a alterações no espaçamento entre os pacotes (jitter)

9 Uma questão importante é identificar os tipos de serviços que a camada de rede oferece à camada de transporte. Os serviços da camada de rede foram projetados tendo em vista os objetivos a seguir. 1. Os serviços devem ser independentes da tecnologia de roteadores. 2. A camada de transporte deve ser isolada do número,do tipo e da topologia dos roteadores presentes. 3. Os endereços de rede que se tornaram disponíveis para a camada de transporte devem usar um plano de numeração uniforme, mesmo nas LANs e WANs. Modelo de serviço de rede

10 Tendo definido esses objetivos, os projetistas da camada de rede têm muita liberdade para escrever especificações detalhadas dos serviços a serem oferecidos à camada de transporte. Essa liberdade costuma se transformar em uma violenta batalha entre duas facções. A discussão se concentra na seguinte questão: a camada de rede deve fornecer serviço orientado a conexões ou serviço sem conexões? Modelo de serviço de rede

11 Modelos de serviço da camada de rede: Arquitetura de Rede Internet ATM Modelo de serviço melhor esforço CBR VBR ABR UBR Banda nenhuma taxa constante taxa garantida mínima garantida nenhuma Perdas não sim não Ordem não sim Tempo não sim não Inf de cong.? não (inferido via perdas) sem congestion. sem congestion. sim não Garantias ? ABR – Available Bit Rate UBR – Unavailabel Bit Rate

12 Tipos de entrega de datagrama Unicast: é o tipo de endereço que identifica um único equipamento de uma rede. Broadcast: é o endereço de difusão global onde todos os bits do prefixo e do sufixo são 1, sendo conceitualmente usado para enviar um datagrama a todos os equipamentos de todas as redes. Não existe endereço de broadcast no Ipv6, o que no Ipv4 era feito pelo broadcast é feito pelo multicast no Ipv6 Multicast: o endereço de multicast define um grupo de equipamentos como destinatário de um pacote. Neste caso um pacote é enviado para um endereço de multicast é entregue para cada membro do grupo.

13 Anycast: este endereço corresponde a um conjunto de computadores que compartilham um prefixo de endereço comum. Um datagrama enviado para o endereço é roteado ao longo de um caminho mais curto e entregue a apenas um dos computadores. Este endereço define um grupo de euqipamentos, porém um pacote enviado para o endereço anycast é entregue para um membro qualquer do grupo. (é a novidade do Ipv6) Tipos de entrega de datagrama

14 A motivação vem do desejo de se permitir realiçar replicação de serviços. Por exemplo uma corporação que oferece um serviço através da rede e designa um endereço de anycast a vários computadores que fornecem conjuntamente um serviço. Quando um usuário envia um datagrama para o endereço de anycast, o Ipv6 roteia esse datagrama pra um dos computadores no conjunto. Se um usuário de outra localização envia um datagrama para o endereço de anycast, o Ipv6 pode escolher roteá-lp para um membro diferente do conjunto, permitindo que dois computadores processem requisições ao mesmo tempo. Mais um pouco de anycast

15 Serviços da camada de rede com e sem conexão Rede datagrama provê um serviço de camada de rede não orientado a conexões Rede CV provê um serviço de camada de rede orientado a conexões Análogos aos serviços da camada de transporte, mas: Serviço: host-a-host Sem escolha: rede provê ou um ou o outro Implementação: no núcleo da rede

16 Circuitos virtuais estabelecimento de cada chamada antes do envio dos dados cada pacote tem ident. de CV (e não endereços origem/dest) cada roteador no caminho da-origem-ao-destino mantém estado para cada conexão que o atravessa recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados ao CV caminho da-origem-ao-destino se comporta como um circuito telefônico em termos de desempenho em ações da rede ao longo do caminho da-origem-ao-destino

17 Implementação de CV Um CV consiste de: 1. Caminho da origem para o destino 2. Números (identificadores) de CV, um número para cada enlace ao longo do caminho 3. Entradas nas tabelas de encaminhamento dos roteadores ao longo do caminho Pacote que pertence a um CV carrega o número do CV Número do CV deve ser trocado a cada enlace Novo número do CV vem da tabela de encaminhamento

18 Tabela de encaminhamento 12 22 32 1 2 3 Número do CV número da interface Interface de entrada # CV de entrada Interface de saída # CV de saída 1 12 3 22 2 63 1 18 3 7 2 17 1 97 3 87 … … Tabela de encaminhamento no roteador noroeste: Roteadores mantêm informação sobre o estado da conexão!

19 Circuitos virtuais: protocolos de sinalização usados para estabelecer, manter, destruir CV usados em ATM, frame-relay não usados na Internet de hoje aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 1. inicia chamada 2. chegada de chamada 3. chamada aceita 4. conexão completa 5. começa fluxo de dados 6. dados recebidos

20 Rede de datagramas: o modelo da Internet não requer estabelecimento de chamada na camada de rede roteadores: não guardam estado sobre conexões fim a fim não existe o conceito de conexão na camada de rede pacotes são roteados tipicamente usando endereços de destino 2 pacotes entre o mesmo par origem-destino podem seguir caminhos diferentes aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 1. envia dados 2. recebe dados

21 Tabela de encaminhamento Faixa de Endereços de Destino Interface de Saída 11001000 00010111 00010000 00000000 a 0 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 a 1 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 a 2 11001000 00010111 00011111 11111111 caso contrário 3 Tabela com 32bits: 4 bilhões de entradas possíveis (inviável!!!)

22 Casamento com o prefixo mais longo Casamento com o prefixo Interface de Saída 11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 caso contrário 3 ED: 11001000 00010111 00011000 10101010 Exemplos ED: 11001000 00010111 00010110 10100001 Qual interface?

23 Rede de datagramas ou CVs: por quê? Internet troca de dados entre computadores serviço elástico, sem reqs. temporais estritos sistemas terminais inteligentes (computadores) podem se adaptar, exercer controle, recuperar de erros núcleo da rede simples, complexidade na borda muitos tipos de enlaces características diferentes serviço uniforme difícil ATM evoluiu da telefonia conversação humana: temporização estrita, requisitos de confiabilidade requer serviço garantido sistemas terminais burros telefones complexidade dentro da rede

24 Sumário de Arquitetura de Roteadores Duas funções chave de roteadores: usam algoritmos/protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP) Comutam (encaminham) datagramas do enlace de entrada para a saída RIP (Routing Information Protocol) a cada 30 segundos, ele faz um broadcast de sua tabela de roteamento limita o numero de saltos (hops) entre hosts a 15 determina o melhor caminho entre dois pontos, levando em conta somente o numero de saltos (hops) entre eles. OSPF (Open Shortest Path First) balanceamento de carga- distribui o trafego igualmente por todas as rotas roteamento por tipo de servico Interdomínio BGP (Border Gateway Protocol) Intradomínio

25 Funções da Porta de Entrada Comutação descentralizada dado o dest. do datagrama, procura porta de saída usando tab. de rotas na memória da porta de entrada meta: completar processamento da porta de entrada na velocidade da linha filas: se datagramas chegam mais rápido que taxa de re-envio para matriz de comutação Camada física: recepção de bits Camada de enlace: p.ex., Ethernet

26 Três tipos de matriz de comutação

27 Porta de Saída Buffers necessários quando datagramas chegam da matriz de comutação mais rapidamente que a taxa de transmissão de saída Disciplina de escalonamento escolhe um dos datagramas enfileirados para transmissão

28 Filas na Porta de Saída usa buffers quando taxa de chegada através do comutador excede taxa de transmissão de saída enfileiramento (retardo), e perdas devidas ao transbordo do buffer da porta de saída! Comutador operando a uma taxa três vezes maior do que a taxa da linha

29 Filas na Porta de Entrada Se matriz de comutação for mais lenta do que a soma das portas de entrada juntas -> pode haver filas nas portas de entrada Bloqueio cabeça-de-linha : datagrama na cabeça da fila impede outros na mesma fila de avançarem retardo de enfileiramento e perdas devido ao transbordo do buffer de entrada!

30 4a-30 A Camada de Rede na Internet Tabela de encam. Funções da camada de rede em estações, roteadores: Protocolos de rot. seleção de rotas RIP, OSPF, BGP protocolo IP convenções de endereços formato do datagrama convenções de manuseio do pct protocolo ICMP relata erros sinalização de roteadores Camada de transporte: TCP, UDP Camada de enlace Camada física Camada de rede ICMP: Internet Control Message Protocol - enviar mensagens de erros ou de controle a outros gateways ou hosts

31 Formato do datagrama IP ver comprimento 32 bits dados (comprimento variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) ident. 16-bits checksum Internet sobre- vida endereço IP de origem 32 bits número da versão do protocolo IP comprimento do cabeçalho (bytes) número máximo de enlaces restantes (decrementado a cada roteador) para fragmentação/ remontagem comprimento total do datagrama (bytes) protocolo da camada superior ao qual entregar os dados comp. cab tipo de serviço tipo dos dados (DS) bits início do fragmento camada superior endereço IP de destino 32 bits Opções (se tiver) p.ex. marca de tempo, registrar rota seguida, especificar lista de roteadores a visitar. Quanto overhead com o TCP? 20 bytes do TCP 20 bytes do IP = 40 bytes + overhead cam. aplic.

32 Seqüência de empacotamento (UDP)

33 Seqüência de empacotamento (TCP)

34 IP: Fragmentação & Remontagem cada enlace de rede tem MTU (max.transmission unit) - maior tamanho possível de quadro neste enlace. tipos diferentes de enlace têm MTUs diferentes datagrama IP muito grande dividido (fragmentado) dentro da rede um datagrama vira vários datagramas remontado apenas no destino final bits do cabeçalho IP usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados fragmentação: entrada: um datagrama grande saída: 3 datagramas menores remontagem

35 IP: Fragmentação & Remontagem ID =x início =0 bit_frag =0 compr =4000 ID =x início =0 bit_frag =1 compr =1500 ID =x início =185 bit_frag =1 compr =1500 ID =x início =370 bit_frag =0 compr =1040 um datagrama grande vira 3 datagramas menores Exemplo Datagrama de 4000 bytes (3980 bytes de dados=2x1480+1020) MTU = 1500 bytes 1480 bytes de dados e 20 bytes de cabeçalho início =1480/8 =185 A partir do byte 370x8=2960 De 2960 a 3980 (1020 bytes de dados) Comprimento total: 1020(dados) + 20(cabeçalho)=1040 ORIGINAL comprimento total do datagrama (bytes) Significa que há mais