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4: Camada de rede4b-1 Formato do datagrama IP ver comprimento 32 bits dados (comprimento variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) ident. 16-bits checksum.

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1 4: Camada de rede4b-1 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. temporizador, registrar rota seguida, especificar lista de roteadores a visitar.

2 4: Camada de rede4b-2 IP: Fragmentação & Remontagem r cada enlace de rede tem MTU (max.transmission unit) - maior tamanho possível de quadro neste enlace. m tipos diferentes de enlace têm MTUs diferentes r datagrama IP muito grande dividido (fragmentado) dentro da rede m um datagrama vira vários datagramas m remontado apenas no destino final m bits do cabeçalho IP usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados fragmentação: entrada: um datagrama grande saída: 3 datagramas menores remontagem

3 4: Camada de rede4b-3 IP: Fragmentação & Remontagem ID =x início =0 bit_frag =0 compr =4000 ID =x início =0 bit_frag =1 compr =1500 ID =x início =1480 bit_frag =1 compr =1500 ID =x início =2960 bit_frag =0 compr =1040 um datagrama grande vira vários datagramas menores

4 4: Camada de rede4b-4 ICMP: Internet Control Message Protocol r usado por estações, roteadores para comunicar informação s/ camada de rede m relatar erros: estação, rede, porta, protocolo inalcançáveis m pedido/resposta de eco (usado por ping) r camada de rede acima de IP: m msgs ICMP transportadas em datagramas IP r mensagem ICMP: tipo, código mais primeiros 8 bytes do datagrama IP causando erro Tipo Código descrição 0 0 resposta de eco (ping) 3 0 rede dest. inalcançável 3 1 estação dest inalcançável 3 2 protocolo dest inalcançável 3 3 porta dest inalcançável 3 6 rede dest desconhecida 3 7 estação dest desconhecida 4 0 abaixar fonte (controle de congestionamento - ñ usado) 8 0 pedido eco (ping) 9 0 anúncio de rota 10 0 descobrir roteador 11 0 TTL (sobrevida) expirada 12 0 erro de cabeçalho IP

5 4: Camada de rede4b-5 Roteamento na Internet r A Internet Global consiste de Sistemas Autonônomos (SAs) interligados entre si: m SA Folha: empresa pequena m SA com Múltipla Conectividade: empresa grande (sem trânsito) m SA de Trânsito: provedor r Roteamento em dois níveis: m Intra-SA: administrador é responsável pela escolha m Inter-SA: padrão único

6 4: Camada de rede4b-6 Hierarquia de SAs na Internet Inter-AS: roteadores de fronteira (exterior gateways) Intra-AS: roteadores internos (interior gateways)

7 4: Camada de rede4b-7 Roteamento Intra-SA r Também conhecido como Interior Gateway Protocols (IGP) (protocolos de roteamento interno) r Os IGPs mais comuns são: m RIP: Routing Information Protocol m OSPF: Open Shortest Path First m IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (proprietário da Cisco)

8 4: Camada de rede4b-8 RIP ( Routing Information Protocol) r Algoritmo vetor de distâncias r Incluído na distribuição de BSD-UNIX em 1982 r Métrica de distância: # de enlaces (máx = 15 enlaces) m Você pode adivinhar porquê? r Vetores de distâncias: trocados a cada 30 seg via Mensagem de Resposta (tb chamada de anúncio) r Cada anúncio: rotas para 25 redes destino

9 4: Camada de rede4b-9 RIP (Routing Information Protocol) Rede Destino Próximo Roteador No. de enlaces ao destino wA2 yB2 zB7 x--1 ….…..... w xy z A C D B Tabela de rotas em D...

10 4: Camada de rede4b-10 RIP: Falha e Recuperação de Enlaces Se não for recebido anúncio novo durante 180 seg --> vizinho/enlace declarados mortos m rotas via vizinho invalidadas m novos anúncios enviados aos vizinhos m na sua vez, os vizinhos publicam novos anúncios (se foram alteradas as suas tabelas) m informação sobre falha do enlace rapidamente propaga para a rede inteira m reverso envenenado usado para impedir rotas cíclicas (ping-pong) (distância infinita = 16 enlaces)

11 4: Camada de rede4b-11 RIP: Processamento de tabelas r Tabelas de roteamento RIP gerenciadas por processo de nível de aplicação chamado routed (routing daemon) r anúncios enviados em pacotes UDP, repetidos periodicamente

12 4: Camada de rede4b-12 RIP: exemplo de tabela de rotas (cont) Router: giroflee.eurocom.fr r Três redes vizinhas diretas da classe C (LANs) r Roteador apenas sabe das rotas às LANs vizinhas r Roteador default usado para subir r Rota de endereço multiponto: r Interface loopback (para depuração) Destination Gateway Flags Ref Use Interface UH lo U 2 13 fa U le U 2 25 qaa U 3 0 le0 default UG

13 4: Camada de rede4b-13 OSPF (Open Shortest Path First) r open (aberto): publicamente disponível r Usa algoritmo do Estado de Enlaces m disseminação de pacotes EE m Mapa da topologia a cada nó m Cálculo de rotas usando o algoritmo de Dijkstra r Anúncio de OSPF inclui uma entrada por roteador vizinho r Anúncios disseminados para SA inteiro (via inundação)

14 4: Camada de rede4b-14 OSPF: características avancadas (não em RIP) r Segurança: todas mensagens OSPF autenticadas (para impedir intrusão maliciosa); conexões TCP usadas r Caminhos Múltiplos de custos iguais permitidos (o RIP permite e usa apenas uma rota) r Para cada enlace, múltiplas métricas de custo para TOS diferentes (p.ex, custo de enlace de satélite colocado como baixo para melhor esforço; alto para tempo real) r Suporte integrado para ponto a ponto e multiponto: m OSPF multiponto (MOSPF) usa mesma base de dados de topologia usado por OSPF r OSPF hierárquico em domínios grandes.

15 4: Camada de rede4b-15 OSPF Hierárquico

16 4: Camada de rede4b-16 OSPF Hierárquico r Hierarquia de dois níveis: área local, backbone. m Anúncios de EE disseminados apenas na mesma área m cada nó possui topologia detalhada da área; apenas sabe a direção (caminho mais curto) para redes em outras áreas (alcançadas através do backbone). r Roteador de fronteira de área: sumariza distâncias às redes na sua própria área, anuncia a outros roteadores de fronteira de área. r Roteadores do backbone: realizam roteamento OSPF limitado ao backbone. r Roteadores de fronteira: ligam a outros SAs.

17 4: Camada de rede4b-17 IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) r Proprietário da CISCO; sucessor de RIP (anos 80) r Vetor de Distâncias, como RIP r Diversas métricas de custo (retardo, largura de banda, confiabilidade, carga, etc) r usa TCP para trocar mudanças de rotas r Roteamento sem ciclos via Distributed Updating Algorithm (DUAL) baseado em computação difusa

18 4: Camada de rede4b-18 Roteamento Inter-SA

19 4: Camada de rede4b-19 Roteamento inter-SA na Internet: BGP r BGP (Border Gateway Protocol): o padrão de fato r Protocolo Vetor de Caminhos : m semelhante ao protocolo de Vetor de Distâncias m cada Border Gateway (roteador de fronteira) difunda aos vizinhos (pares) caminho inteiro (i.é., seqüência de SAs) ao destino m p.ex., roteador de fronteira X pode enviar seu caminho ao destino Z : Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z

20 4: Camada de rede4b-20 Roteamento inter-SA na Internet: BGP Supomos: roteador X envia seu caminho para roteador para W r W pode ou não selecionar o caminho oferecido por X m razões de custo, políticas (não roteia via o SA de um concorrente), evitar ciclos. r Se W seleciona caminho anunciado por X, então: Caminho (W,Z) = W, Caminho (X,Z) r Note: X pode controlar tráfego de chegada através do controle dos seus anúncios de rotas aos seus pares: m p.ex., se não quero receber tráfego para Z -> não anuncia rotas para Z

21 4: Camada de rede4b-21 Roteamento inter-SA na Internet: BGP r mensagens BGP trocadas usando TCP. r mensagens BGP: m OPEN: abre conexão TCP ao roteador par e autentica remetente m UPDATE: anuncia caminho novo (ou retira velho) m KEEPALIVE mantém conexão viva na ausência de UPDATES; também reconhece pedido OPEN m NOTIFICATION: reporta erros na mensagem anterior; também usada para fechar conexão

22 4: Camada de rede4b-22 Por quê tem diferenças entre roteamento Intra- e Inter-SA? Políticas: r Inter-SA: administração quer controle sobre como tráfego roteado, quem transita através da sua rede. r Intra-AS: administração única, logo são desnecessárias decisões políticas Escalabilidade: r roteamento hierárquico economiza tamanho de tabela de rotas, reduz tráfego de atualização Desempenho: r Intra-AS: pode focar em desempenho r Inter-AS: políticas podem ser mais importantes do que desempenho

23 4: Camada de rede4b-23 Sumário de Arquitetura de Roteadores Duas funções chave de roteadores: r usam algoritmos/protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP) r comutam datagramas do enlace de entrada para a saída

24 4: Camada de rede4b-24 Funções da Porta de Entrada Comutação descentralizada: r dado o dest do datagrama, procura porta de saída usando tab. de rotas na memória da porta de entrada r meta: completar processamento da porta de entrada na velocidade da linha r 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 veja capítulo 5

25 4: Camada de rede4b-25 Filas na Porta de Entrada r Se matriz de comutação mais lenta do que a soma das portas de entrada juntas -> pode haver filas nas portas de entrada r Bloqueio cabeça-de-linha : datagrama na cabeça da fila impede outros na mesma fila de avançarem r retardo de enfileiramento e perdas devido ao transbordo do buffer de entrada!

26 4: Camada de rede4b-26 Três tipos de matriz de comutação

27 4: Camada de rede4b-27 Comutação via Memória Roteadores da primeira geração: r pacote copiado pelo processador (único) do sistema r velocidade limitada pela largura de banda da memória (2 travessas do barramento por datagrama) Porta de Entrada Porta de Saída Memória Barramento do Sistema Roteadores modernos: r processador da porta de entrada consulta tabela, copia para a memória r Cisco Catalyst 8500

28 4: Camada de rede4b-28 Comutação via Barramento r datagrama da memória da porta de entrada à memória da porta de saída via um barramento compartilhado r contenção pelo barramento: taxa de comutação limitada pela largura de banda do barramento r Barramento de 1 Gbps, Cisco 1900: velocidade suficiente para roteadores de acesso e corporativos (mas não regionais ou de backbone)

29 4: Camada de rede4b-29 Comutação via uma Rede de Interconexão r supera limitações de banda dos barramentos r Redes Banyan, outras redes de interconexão desenvolvidas inicialmente para interligar processadores num multiprocessador r Projeto advançado: fragmentar datagrama em células de tamanho fixo, comutar células atravésd da matriz de comutação. r Cisco 12000: comuta N Gbps pela rede de interconexão.

30 4: Camada de rede4b-30 Porta de Saída r Buffers necessários quando datagramas chegam da matriz de comutação mais rapidamente que a taxa de transmissão r Disciplina de escalonamento escolhe um dos datagramas enfileirados para transmissão

31 4: Camada de rede4b-31 Filas na Porta de Saída r usa buffers quando taxa de chegada através do comutador excede taxa de transmissão de saída r enfileiramento (retardo), e perdas devidas ao transbordo do buffer da porta de saída!

32 4: Camada de rede4b-32 IPv6 r Motivação inicial: espaço de endereços de 32- bit completamente alocado até r Motivação adicional : m formato do cabeçalho facilita acelerar processamento/re-encaminhamento m mudanças no cabeçalho para facilitar QoS m novo endereço anycast: rota para o melhor de vários servidores replicados r format do datagrama IPv6: m cabeçalho de tamanho fixo de 40 bytes m não admite fragmentação

33 4: Camada de rede4b-33 Cabeçalho IPv6 Prioridade: identifica prioridade entre datagramas no fluxo Rótulo do Fluxo: identifica datagramas no mesmo fluxo (conceito de fluxo mal definido). Próximo cabeçalho: identifica protocolo da camada superior para os dados

34 4: Camada de rede4b-34 Outras mudanças de IPv4 r Checksum: removido completamente para reduzir tempo de processamento a cada roteador r Opções: permitidas, porém fora do cabeçalho, indicadas pelo campo Próximo Cabeçalho r ICMPv6: versão nova de ICMP m tipos adicionais de mensagens, p.ex. Pacote Muito Grande m funções de gerenciamento de grupo multiponto

35 4: Camada de rede4b-35 Transição de IPv4 para IPv6 r Não todos roteadores podem ser atualizados simultaneamente m dias de mudança geral inviáveis m Como a rede pode funcionar com uma mistura de roteadores IPv4 e IPv6? r Duas abordagens propostas: m Pilhas Duais: alguns roteadores com duas pilhas (v6, v4) podem traduzir entre formatos m Tunelamento: datagramas IPv6 carregados em datagramas IPv4 entre roteadores IPv4

36 4: Camada de rede4b-36 Abordagem de Pilhas Duais

37 4: Camada de rede4b-37 Tunelamento IPv6 dentro de IPv4 quando necessário


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