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4: Camada de Rede 4a-1 Capítulo 4: Camada de Rede Metas do capítulo: r entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: m roteamento (seleção.

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1 4: Camada de Rede 4a-1 Capítulo 4: Camada de Rede Metas do capítulo: r entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: m roteamento (seleção de caminhos) m Escalabilidade m tópicos avançados: IPv6 r instanciação e implementação na Internet Resumo: r serviços da camada de rede r princípio de roteamento: seleção de caminhos r roteamento hierárquico r IP r Protocolos de roteamento da Internet m dentro de um domínio m entre domínios r IPv6

2 4: Camada de Rede 4a-2 Funções da camada de rede r transporta pacote da estação remetente à receptora r protocolos da camada de rede em cada estação, roteador três funções importantes: r determinação do caminho: rota seguida por pacotes da origem ao destino. Algoritmos de roteamento r comutação: mover pacotes dentro do roteador da entrada à saída apropriada r estabelecimento da chamada: algumas arquiteturas de rede requerem determinar o caminho antes de enviar os dados 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 4: Camada de Rede 4a-3 Modelo de serviço de rede Q: Qual é o modelo de serviço para o canal que transporta pacotes do remetente ao receptor? r largura de banda garantida? r preservação de temporização entre pacotes (sem jitter)? r entrega sem perdas? r entrega ordenada? r realimentar informação sobre congestionamento ao remetente? ? ? ? circuito virtual ou datagrama? A abstração mais importante provida pela camada de rede: abstração do serviço

4 4: Camada de Rede 4a-4 Circuitos virtuais r estabelecimento de cada chamada antes do envio dos dados r cada pacote tem ident. de CV (e não endereços origem/dest) r cada roteador no caminho da-origem-ao-destino mantém estado para cada conexão que o travessa m conexão da camada de transporte só envolve os 2 sistemas terminais r recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados ao CV m para permitir desempenho como de um circuito caminho da-origem-ao-destino se comporta como um circuito telefônico m em termos de desempenho m em ações da rede ao longo do caminho da-origem-ao-destino

5 4: Camada de Rede 4a-5 Circuitos virtuais: protocolos de sinalização r usados para estabelecer, manter, destruir CV r usados em ATM, frame-relay, X.25 r 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

6 4: Camada de Rede 4a-6 Rede de datagramas: o modelo da Internet r não requer estabelecimento de chamada na camada de rede r roteadores: não guardam estado sobre conexões fim a fim m não existe o conceito de conexão na camada de rede r pacotes são roteados tipicamente usando endereços de destino m 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

7 4: Camada de Rede 4a-7 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 Informa s/ congestion.? não (inferido via perdas) sem congestion. sem congestion. sim não Garantias ? r Modelo Internet está sendo estendido: Intserv, Diffserv m Capítulo 6

8 4: Camada de Rede 4a-8 Rede de datagramas ou CVs: por quê? Internet r troca de dados entre computadores m serviço elástico, sem reqs. temporais estritos r sistemas terminais inteligentes (computadores) m podem se adaptar, exercer controle, recuperar de erros m núcleo da rede simples, complexidade na borda r muitos tipos de enlaces m características diferentes m serviço uniforme difícil ATM r evoluiu da telefonia r conversação humana: m temporização estrito, requisitos de confiabilidade m requer serviço garantido r sistemas terminais burros m telefones m complexidade dentro da rede

9 4: Camada de Rede 4a-9 protocolo de roteamento Roteamento Abstraction de grafo para algoritmos de roteamento: r nos do grafo são roteadores r arestas do grafo são os enlaces físicos m custo do enlace: retardo, financeiro, ou nível de congestionamento meta: determinar caminho (seqüência de roteadores) bom pela rede da origem ao destino A E D CB F r caminho bom: m tipicamente significa caminho de menor custo m outras definições são possíveis

10 4: Camada de Rede 4a-10 Classificação de Algoritmos de Roteamento Informação global ou descentralizada? Global: r todos roteadores têm info. completa de topologia, custos dos enlaces r algoritmos estado de enlaces Decentralizada: r roteador conhece vizinhos diretos e custos até eles r processo iterativo de cálculo, troca de info. com vizinhos r algoritmos vetor de distâncias Estático ou dinâmico? Estático: r rotas mudam lentamente com o tempo Dinâmico: r rotas mudam mais rapidamente m atualização periódica m em resposta a mudanças nos custos dos enlaces

11 4: Camada de Rede 4a-11 Roteamento Hierárquico escala: com > 100 milhões de destinos: r impossível guardar todos destinos na tabela de rotas! r troca de tabelas de rotas afogaria os enlaces! autonomia administrativa r internet = rede de redes r cada admin de rede pode querer controlar roteamento em sua própria rede Neste estudo de roteamento fizemos uma idealização: r todos os roteadores idênticos r rede não hierarquizada (flat) … não é verdade, na prática

12 4: Camada de Rede 4a-12 roteadores de borda Roteamento Hierárquico r agregar roteadores em regiões, sistemas autônomos (SAs) r roteadores no mesmo SA usam o mesmo protocolo de roteamento m protocolo de roteamento intra-SA m roteadores em SAs diferentes podem usar diferentes protocolos de roteamento intra-SA r roteadores especiais no SA r usam protocolo de roteamento intra-SA com todos os demais roteadores no SA r também responsáveis por rotear para destinos fora do SA m usam protocolo de roteamento inter-SA com outros roteadores de borda

13 4: Camada de Rede 4a-13 Roteamento Intra-SA e Inter-SA Roteadores de borda: fazem roteamento inter-SA entre si fazem roteamento intra-SA com outros roteadores do seu próprio SA Roteamento inter-AS, intra-AS no roteador de borda A.c camada de rede camada de enlace camada física a b b a a C A B d A.a A.c C.b B.a c b c

14 4: Camada de Rede 4a-14 Roteamento Intra-SA e Inter-SA Estação e2 a b b a a C A B d c A.a A.c C.b B.a c b Estação e1 roteamento Intra-SA no SA A roteamento Inter-SA entre A e B roteamento Intra-SA no SA B r Em breve veremos protocolos de roteamento inter-SA e intra-SA específicos da Internet

15 4: Camada de Rede 4a-15 A Camada de Rede na Internet Tabela de rotas 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

16 4: Camada de Rede 4a-16 Endereçamento IP: introdução r endereço IP: ident. de 32-bits para interface de estação, roteador r interface: conexão entre estação, roteador e enlace físico m roteador típico tem múltiplas interfaces m estação pode ter múltiplas interfaces m endereço IP associado à interface, não à estação ou roteador =

17 4: Camada de Rede 4a-17 Endereçamento IP r endereço IP: m part de rede (bits de mais alta ordem) m parte de estação (bits de mais baixa ordem) r O quê é uma rede IP? (da perspectiva do endereço IP) m interfaces de dispositivos com a mesma parte de rede nos seus endereços IP m podem alcançar um ao outro sem passar por um roteador Esta rede consiste de 3 redes IP (para endereços IP começando com 223, os primeiros 24 bits são a parte de rede) LAN

18 4: Camada de Rede 4a-18 Endereçamento IP Como achar as redes? r disassociar cada interface do seu roteador, estação r criar ilhas de redes isoladas Sistema interligado consistindo de seis redes

19 4: Camada de Rede 4a-19 Endereços IP 0 rede estação 10 rede estação 110 redeestação 1110 endereço multiponto A B C D classe to to to to bits dada a noção de rede, vamos reexaminar endereços IP: endereçamento baseado em classes:

20 4: Camada de Rede 4a-20 parte de estação Endereçamento IP : CIDR r Endereçamento baseado em classes: m uso ineficiente e esgotamento do espaço de endereços m p.ex., rede da classe B aloca endereços para 65K estações, mesmo se houver apenas 2K estações nessa rede r CIDR: Classless InterDomain Routing m parte de rede do endereço de comprimento arbitrário m formato de endereço: a.b.c.d/x, onde x é no. de bits na parte de rede do endereço parte de rede /23

21 4: Camada de Rede 4a-21 Endereços IP: como conseguir um? Estações (parte de estação): r codificado pelo administrador num arquivo r DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: obtém endereço dinamicamente: plug-and-play m estação difunde mensagem DHCP discover m servidor DHCP responde com DHCP offer m estação solicita endereço IP: DHCP request m servidor DHCP envia endereço: DHCP ack

22 4: Camada de Rede 4a-22 Endereços IP: como conseguir um? Rede (parte de rede): r conseguir alocação a partir do espaço de endereços do seu provedor IP Bloco do /20 provedor Organização /23 Organização /23 Organização /23... ….. …. …. Organização /23

23 4: Camada de Rede 4a-23 Endereçamento hierárquico: agregação de rotas mande-me qq coisa com endereços que começam com / / / /23 Provedor A Organização 0 Organização 7 Internet Organização n 1 Provedor B mande-me qq coisa com endereços que começam com / /23 Organização Endereçamento hierárquico permite anunciar eficientemente informação sobre rotas:

24 4: Camada de Rede 4a-24 Endereçamento hierárquico: rotas mais específicas Provedor B tem uma rota mais específica para a Organização 1 mande-me qq coisa com endereços que começam com / / / /23 Provedor A Organização 0 Organização 7 Internet Organização 1 Provedor B mande-me qq coisa com endereços que começam com /16 ou / /23 Organização

25 4: Camada de Rede 4a-25 Endereçamento IP: a última palavra... P: Como um provedor IP consegue um bloco de endereços? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers m aloca endereços m gerencia DNS m aloca nomes de domínio, resolve disputas (no Brasil, estas funções foram delegadas ao Registro nacional e comandado pelo Comitê Gestor Internet – CGI-br)

26 4: Camada de rede 4b-26 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.

27 4: Camada de rede 4b-27 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

28 4: Camada de rede 4b-28 Hierarquia de SAs na Internet Inter-AS: roteadores de fronteira (exterior gateways) Intra-AS: roteadores internos (interior gateways)

29 4: Camada de rede 4b-29 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)

30 4: Camada de rede 4b-30 Roteamento Inter-SA

31 4: Camada de rede 4b-31 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

32 4: Camada de rede 4b-32 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

33 4: Camada de rede 4b-33 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

34 4: Camada de rede 4b-34 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

35 4: Camada de rede 4b-35 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

36 4: Camada de rede 4b-36 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

37 4: Camada de rede 4b-37 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

38 4: Camada de rede 4b-38 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

39 4: Camada de rede 4b-39 Abordagem de Pilhas Duais

40 4: Camada de rede 4b-40 Tunelamento IPv6 dentro de IPv4 quando necessário

41 4: Camada de Rede 4a-41 Capítulo 4: Camada de Rede Metas do capítulo: r entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: m roteamento (seleção de caminhos) m Escalabilidade m tópicos avançados: IPv6 r instanciação e implementação na Internet Resumo: r serviços da camada de rede r princípio de roteamento: seleção de caminhos r roteamento hierárquico r IP r Protocolos de roteamento da Internet m dentro de um domínio m entre domínios r IPv6


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