A Camada de Rede Redes de Computadores A Camada de Rede.

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1 A Camada de Rede Redes de Computadores A Camada de Rede

2 Redes de Computadores A Camada de Rede Camada de Aplicação Camada de Transporte Camada de Rede Camada de Enlace de Dados Camada de Física Modelo de Referência TCP/IP

3 A Camada de Rede Funções Principais 1.Prestar serviços à Camada de Transporte. 2.Estabelecer rotas da origem ao destino. 3.Selecionar rotas menos congestionadas 4.Compatibilizar problemas de comunicação em rotas que atravessem redes diferentes. Redes de Computadores

4 A Camada de Rede 1. Prestação de serviços à Camada de Transporte Em algumas redes as camadas de Rede e de Transporte estão em equipamentos distintos. Sub-rede Interface concessionária/usuário Define a responsabilidade da concessionária Redes de Computadores

5 A Camada de Rede 1. Prestação de serviços à Camada de Transporte Objetivos: Os serviços devem ser independentes da tecnologia da sub-rede. Para a camada de Transporte, não interessa o número, tipo e topologia das sub-redes utilizadas. Os endereços da rede, passados para a camada de Transporte, devem ser uniformes. Redes de Computadores

6 A Camada de Rede 1. Prestação de serviços à Camada de Transporte Estrutura Interna da Camada de Rede: Circuitos Virtuais (CVs) Datagramas Redes de Computadores

7 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais Redes de Computadores

8 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais CV com origem no roteador A e destino D: N o do CVRota 0A – B – C - D 1A – E – F – D 2A – B – F - D 3A – E – C - D 4A – E – C – B – F - D Redes de Computadores

9 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais - Características Os roteadores devem “lembrar” para onde enviar os pacotes de cada circuito virtual aberto que passa por ele. Cada roteador deve manter uma tabela para cada CV ativo. Os CVs A – B – C – D (com origem em A) e B – C – D (com origem em B) geram um conflito de rotas, o que exige um algoritmo para arbitrar esta situação. Redes de Computadores

10 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais - Características Cada pacote de bits deve conter:  O número do CV  O número de sequência  Soma de verificação  Sentido da transmissão, pois ela é full-duplex  Etc. Redes de Computadores

11 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Datagramas - Características Os roteadores contém tabelas indicando as linhas de saída possíveis para uma determinada linha de entrada. Os datagramas devem conter o endereço de origem e de destino completos. Redes de Computadores

12 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais x Datagramas ItemSub-rede de DatagramasSub-rede de CVs Configuração do circuito DesnecessárioObrigatório EndereçamentoCada pacote contém os endereços completos da origem e do destino Cada pacote contém um número único de CV Informações sobre a conexão Não temCada CV estabelecido exige controle na tabela da sub- rede Redes de Computadores

13 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais x Datagramas ItemSub-rede de DatagramasSub-rede de CVs RoteamentoCada pacote é roteado de forma independente A rota é definida quando o CV é estabelecido e todos os pacotes seguem esta rota Efeito de falhas no roteador Nenhum, exceto para pacotes perdidos durante a queda Todos os CVs que passam através do equipamento parado são encerrados Controle de congestionamentos DifícilFácil Redes de Computadores

14 A Camada de Rede Estrutura Interna da Camada de Rede Circuitos Virtuais x Datagramas ItemSub-rede de DatagramasSub-rede de CVs Onde está a complexidade das funções necessárias? Na camada de TransporteNa camada de Rede Qualidade de serviço DifícilFácil, se for possível alocar recursos suficientes com antecedência para cada CV Redes de Computadores

15 A Camada de Rede Se a sub-rede utiliza datagramas internamente, a cada pacote que chega deve ser decidida qual a rota a seguir. Se a sub-rede utiliza CVs, somente a cada nova conexão a decisão da rota será tomada. Independente do algoritmo de roteamento adotado, ele deve observar algumas propriedades básicas para que o algoritmo seja utilizável. 2. Roteamento Redes de Computadores

16 A Camada de Rede Propriedades de um Algoritmo de Roteamento 2. Roteamento Correção Funcionar sem erros. Simplicidade De fácil entendimento e manutenção. Estabilidade Em condições normais, manter constante sua forma de operação. Redes de Computadores

17 A Camada de Rede Propriedades de um Algoritmo de Roteamento 2. Roteamento Robustez Isolar uma rede de grande porte de falhas de hardware e de software, do número de hosts, do número de roteadores, do número de linhas e de mudanças na topologia, não exigindo a reinicialização da rede a cada ocorrência de falha. Redes de Computadores

18 A Camada de Rede Propriedades de um Algoritmo de Roteamento 2. Roteamento Equidade Ser imparcial. Otimização Obter a melhor situação possível. Redes de Computadores

19 A Camada de Rede Classes de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Adaptativos Não adaptativos Redes de Computadores

20 A Camada de Rede Classes de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Adaptativos Baseiam suas decisões de roteamento em medidas, ou estimativas, do tráfego da rede e na topologia. Redes de Computadores

21 A Camada de Rede Classes de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Não Adaptativos Baseiam suas decisões de roteamento no algoritmo, independentemente do tráfego na rede, e com base na topologia atual. Redes de Computadores

22 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento pelo caminho mais curto O conceito de caminho mais curto entre uma origem e um destino pode variar, dependendo do Menor número de hops Menor distância geográfica Menor tempo para percorrer o caminho Redes de Computadores

23 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento por inundação (flooding) Cada pacote de entrada é enviado para todas as linhas de saída, exceto para aquela em que chegou (conexões ponto-a-ponto). Este algoritmo gera uma vasta quantidade de pacotes duplicados, e há a necessidade de uma técnica para minimizar este efeito. Redes de Computadores

24 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento por inundação (flooding) Uma das técnicas possíveis é a adoção de contador de hops no cabeçalho do pacote, o qual é decrementado cada vez que o pacote passa por um roteador. Quando o contador zerar, o pacote é descartado. Redes de Computadores

25 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento por estado de enlace Este algoritmo prevê que cada roteador da sub- rede deve fazer o seguinte: 1.Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereços de rede. 2.Medir o retardo, ou o custo, até cada um de seus vizinhos. Redes de Computadores

26 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento por estado de enlace 1.Criar um pacote que informe tudo o que ele acabou de aprender. 2.Enviar esse pacote a todos os outros roteadores. 3.Calcular o caminho mais curto até cada um dos outros roteadores. Redes de Computadores

27 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento hierárquico À medida em que as redes aumentam de tamanho, as tabelas de roteamento dos roteadores crescem proporcionalmente. Não apenas a memória do roteador é consumida por tabelas cada vez maiores, mas também é necessário dedicar maior tempo da CPU para percorrê-las e mais largura de banda para enviar as informações dos status delas. Redes de Computadores

28 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento hierárquico O roteamento hierárquico resolve esta situação, como já ocorre na rede telefônica. Neste caso, os roteadores são divididos por regiões, com cada roteador conhecendo todos os detalhes sobre como rotear pacotes para destinos dentro de sua própria região, mas sem conhecer nada sobre a estrutura interna das outras regiões. Redes de Computadores

29 A Camada de Rede Exemplos de Algoritmos de Roteamento 2. Roteamento Roteamento por difusão (broadcasting) Em algumas aplicações, os hosts precisam enviar mensagens a muitos outros hosts (ou a todos os outros hosts). Por exemplo, para um relatório sobre o tempo, para a atualização do mercado de ações ou para programas de rádio é preciso enviar as informações por difusão a todas as máquinas que queiram recebê-las. Redes de Computadores

30 A Camada de Rede Roteamento para hosts móveis 2. Roteamento Redes de Computadores Os hosts móveis trouxeram um problema novo para as redes: antes de rotear um pacote para um host móvel é preciso localizá-lo.

31 A Camada de Rede É uma barreira de proteção entre o tráfego corporativo e as redes externas. Firewall Redes de Computadores

32 A Camada de Rede O Firewall é o único caminho de entrada e de saída da rede corporativa para as redes externas. Firewall Redes de Computadores

33 A Camada de Rede Roteadores: Firewall Verificam se os pacotes obedecem a critérios pré-estabelecidos. Por exemplo: Porta 23 para operações via Telnet. Porta 78 para acesso à rede X. Não aceitar tráfego UDP. Etc. Redes de Computadores

34 A Camada de Rede Gateway: Firewall Atua na camada de Aplicação. Por exemplo: Correio eletrônico (tamanho da mensagem, conteúdo, etc.) Pacotes incompletos. Etc. Redes de Computadores

35 A Camada de Rede Visa garantir que a sub-rede seja capaz de transportar o tráfego demandado. É uma questão global que envolve o comportamento de todos os hosts, todos os roteadores, todos os buffers nos roteadores e tudo o que está envolvido no processo de comunicação. 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

36 A Camada de Rede 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

37 A Camada de Rede Na situação de congestionamento os roteadores não conseguem dar vazão aos pacotes recebidos e perdem parte deles. No limite, nenhum pacote é entregue. 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

38 A Camada de Rede Causas possíveis: 3. Controle de Congestionamento Roteadores lentos ou sobrecarregados. A vazão das linhas de entrada é maior que aquela das linhas de saída. Várias linhas de entrada direcionam pacotes para uma única linha de saída, e não buffers suficientes no roteador para armazenar os pacotes. Redes de Computadores

39 A Camada de Rede Causas possíveis: 3. Controle de Congestionamento Quando o roteador de destino descarta um pacote por estar congestionado, o roteador de origem retransmite o pacote várias vezes até que ele seja aceito pelo roteador de destino, gerando mais congestionamentos no destino e na origem. Redes de Computadores

40 A Camada de Rede 3. Controle de Congestionamento A solução do congestionamento tem de ser global para a rede e não somente para um roteador isolado. Redes de Computadores

41 A Camada de Rede As soluções podem ser agrupadas em duas categorias: 3. Controle de Congestionamento Loops Abertos Loops Fechados Redes de Computadores

42 A Camada de Rede Soluções em Loops Abertos: 3. Controle de Congestionamento Tentam resolver o problema com um bom projeto. Uma vez que o sistema esteja em operação, não são feitas correções nos processos ativos. Redes de Computadores

43 A Camada de Rede Soluções em Loops Abertos: 3. Controle de Congestionamento Ferramentas utilizadas:  Decidir quando aceitar mais tráfego.  Decidir quando e quais pacotes serão descartados.  Programar decisões nos pontos da rede.  As ações são efetivadas sem levar em conta o estado atual da rede. Redes de Computadores

44 A Camada de Rede Soluções em Loops Fechados: 3. Controle de Congestionamento Monitorar o sistema para detectar quando e onde ocorreu congestionamento. Enviar essas informações para lugares onde alguma providência possa ser tomada. Ajustar a operação do sistema para corrigir o problema. Redes de Computadores

45 A Camada de Rede 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

46 A Camada de Rede Prevenção de Congestionamento em Loops Fechados: 3. Controle de Congestionamento Caso esta conexão estivesse programada para passar por um dos roteadores congestionados pode-se redesenhar a sub-rede, para evitar esta situação. Redes de Computadores

47 A Camada de Rede 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

48 A Camada de Rede 3. Controle de Congestionamento Redes de Computadores

49 A Camada de Rede Um datagrama IP consiste de duas partes: O Protocolo IP O cabeçalho contém as informações de controle do IP, e o campo de texto contém um segmento do arquivo transmitido. Redes de Computadores

50 A Camada de Rede Cabeçalho: O Protocolo IPv4 Redes de Computadores

51 A Camada de Rede Cabeçalho: IHL: tamanho do cabeçalho, em quantidade de palavras de 32 bits. Tipo de serviço: o host informa à sub-rede os padrões de confiabilidade e velocidade desejados. Redes de Computadores O Protocolo IPv4

52 A Camada de Rede Cabeçalho: DF (Don’t Fragment): não fragmente o datagrama pois a máquina de destino não poderá recompô-lo. MF (More Fragments): todos os fragmentos de um datagrama possuem este flag, exceto o último. FO (Fragment Offset): número do fragmento de um determinado datagrama. Redes de Computadores O Protocolo IPv4

53 A Camada de Rede Cabeçalho: Protocolo: informa à camada de Rede o processo de Transporte que deverá ser aplicado ao datagrama: TCP ou UDP. Redes de Computadores O Protocolo IPv4

54 A Camada de Rede Cabeçalho: Opções: Nível de segurança do datagrama. Sequência de endereços IP entre a origem e o destino. Lista mínima de roteadores pelos quais o pacote deve percorrer. Redes de Computadores O Protocolo IPv4

55 A Camada de Rede Cabeçalho: Opções (continuação): Os roteadores ao longo do trajeto devem anexar seu endereço IP ao campo “Opções” para análise do administrador da rede. Timestamp – Os roteadores ao longo do trajeto devem anexar a data e a hora na qual o pacote transitou por eles. Etc. Redes de Computadores O Protocolo IPv4

56 A Camada de Rede Com a crescente utilização da Internet pelas indústrias, pelo setor de serviços, pelo setor educacional, pelo governo, pelos centros de pesquisa, pelas pessoas em geral e, proximamente, pelos dispositivos entre si (Internet das Coisas), o IPv4 precisou evoluir para se tornar mais flexível e abrangente, surgindo, assim, o IPv6 Redes de Computadores O Protocolo IPv6

57 A Camada de Rede Principais objetivos: Aceitar bilhões de hosts, mesmo com alocação de espaço de endereços ineficiente (o IPv6 tem endereços mais longos que o IPv4, com 16 bytes). Reduzir o tamanho das tabelas de roteamento. Simplificar o protocolo, de modo a permitir que os roteadores processem os pacotes com mais rapidez. Oferecer mais segurança (autenticação e privacidade) do que o IPv4. Redes de Computadores O Protocolo IPv6

58 A Camada de Rede Principais objetivos: Dar mais importância ao tipo de serviço, particularmente no caso de dados em tempo real. Permitir multidifusão. Permitir que um host mude de lugar sem precisar mudar o endereço. Permitir que o protocolo evolua no futuro. Permitir a coexistência entre protocolos novos e antigos durante anos. Redes de Computadores O Protocolo IPv6

59 A Camada de Rede Cabeçalho: Redes de Computadores O Protocolo IPv6

60 A Camada de Rede Versão Especifica o número da versão do protocolo. Para o IPv6 ela é 0110. Este é o único campo que tem o mesmo significado e posição no cabeçalho tanto para o IPv4 quanto para o IPv6. Prioridade Especifica a prioridade do pacote de dados. Redes de Computadores O Protocolo IPv6

61 A Camada de Rede Rótulo de Controle Designa pacotes que precisam de tratamento especial. Um de seus usos é para prover qualidade de serviço: largura de banda necessária, tempos de retardo máximos, etc. Redes de Computadores O Protocolo IPv6

62 A Camada de Rede Comprimento dos Dados do Usuário Especifica o comprimento dos dados do usuário que seguem o cabeçalho. Próximo Cabeçalho Especifica o tipo de cabeçalho que segue o cabeçalho do IPv6. Outros cabeçalhos podem ser inseridos entre os cabeçalhos IPv6 e o TCP (ou UDP): cabeçalho para autenticação, para criptografia, etc. Redes de Computadores O Protocolo IPv6

63 A Camada de Rede Limite de Hops Especifica o número máximo de vezes que o pacote de dados pode passar de um roteador para outro sem atingir seu destino. Redes de Computadores O Protocolo IPv6