Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR

Apresentação em tema: "Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR"— Transcrição da apresentação:

1 Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR
Edgard Jamhour O objetivo deste módulo é apresentar uma visão geral de como os protocolos de redes de computadores são estruturados em camadas.

2 LAN = Redes de Alcance Local
Exemplo: Ethernet II não Comutada Barramento = Broadcast Físico Transmitindo ESCUTANDO ESCUTANDO quadro Na Ethernet não-comutada, apenas um computador pode ter acesso ao meio de cada vez. Se mais de um computador efetuar a transmissão ao mesmo tempo, os dados transmitidos serão sobrepostos, e os quadros chegarão com defeito ao seus destinatários. A fim de evitar que dois ou mais computadores transmitam ao mesmo tempo, o Ethernet emprega uma técnica de controle de acesso ao meio descentralizada denominada CSMA/CD. A técnica é dita descentralizada pois ela consiste em um algoritmo que roda de forma independente em cada um dos computadores da rede, sem o auxílio de uma entidade central. A sigla CSMA/CD significa: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. O CSMA/CD será estudado com mais detalhes no curso, mas para o momento, iremos descrever seu funcionamento de forma simplificada, com segue: 1) Todos os computadores deve escutar o meio antes de transmitir; 2) Se o meio estiver ocupado, os quadros são armazenados em filas de espera internas no computador. Quando o meio está desocupado, os computadores podem transmitir; 3) Durante a transmissão de um quadro, o emissor deve continuamente comparar os dados enviados com os presentes no barramento. Quando dois ou mais computadores enviam quadros simultaneamente ao barramento, os níveis de tensão observados no barramento diferem da representação lógica dos bits do quadro original, permitindo ao computador detectar a ocorrência de uma colisão. 4) No caso de colisão, o quadro precisa ser transmitido novamente. C A B B A . DADOS CRC quadros na fila de espera

3 ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM
Quadro ou Frame do Ethernet II : Menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM B A TIPO DADOS CRC Numa rede Ethernet, todas as mensagens são transportadas na forma de quadros. Um quadro é composto por três partes: cabeçalho, dados e fecho. Conforme será explicado mais adiante no curso, existem duas variantes no formato dos quadros Ethernet (Ethernet II e IEEE ). A figura ilustra o formato dos quadros Ethernet II. Nesse formato, o cabeçalho é formado por três campos: endereço físico de destino, endereço físico de origem e tipo de dado transportado. O tamanho do campo de dados é variável, e seu tamanho máximo é denominado Unidade Máxima de Transmissão ou MTU (Maximum Transmit Unit). O fecho possui um código para verificação de erro. Ele permite ao receptor detectar, até um certo grau, se o quadro recebido não foi alterado durante sua transmissão por ruídos ou outros tipos de interferência. O formato do endereço físico é definido pelos padrões Ethernet, e é usualmente denominado de endereço MAC (seu significado será discutido mais adiante no curso). Nesta introdução o endereço físico será representado por letras simples em maiúsculo, como A, B, etc. A especificação Ethernet define vários aspectos da tecnologia, como os tipos de quadro, e a forma de representação elétrica ou ótica dos bits. Ele define também o que pode ser considerado o protocolo Ethernet, isto é, o formato do cabeçalho e a padronização do procedimento para transmissão e recebimento dos quadros. FECHO CABEÇALHO

4 Endereço Físicos = MAC Endereços Físicos = MAC
No Ethernet, os endereços físicos são definidos pelo padrão IEEE 802 Endereço Físicos = MAC Duas formas de definição de endereços MAC Endereços administrados localmente Definidos pelo administrador da rede. Endereços universais Definidos pelo fabricante. 1 2 3 4 5 6 Os endereços MAC (6 bytes) são bem maiores que os endereços IP (4 bytes). Apesar do tamanho, os endereços MAC não tem relação com a topologia da rede, como os endereços IP. Na verdade, sua relação é com o fabricante da interface de rede. As interfaces de rede, presentes no computador já vem com um endereço MAC pré-definido, formado pelo código do fabricante seguido de um número de série. Muitos drivers de interface de rede permitem alterar o endereço MAC. Se o usuário não quiser correr o risco de entrar em conflito com o endereço MAC de algum outro computador de sua rede, ele deve tomar o cuidado de utilizar a faixa de endereços dita: administrada localmente. Os casos onde a administração local dos endereços é necessária ou vantajosa é absolutamente rara. Nenhuma aplicação de usuário utiliza o endereço MAC para endereçar outro computador. A forma de endereçar os computadores, na arquitetura TCP/IP é sempre feita utilizando-se o endereço IP. Cabe ao próprio sistema operacional do transmissor descobrir o endereço MAC do destinatário antes de fazer o encapsulamento de um pacote dentro de um quadro. Código do Frabricante Número de Série 4

5 Hub = Broadcast Físico B C A
Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. hub 1 2 3 C A C A C A A B C A primeira evolução da Ethernet não comutada aconteceu pela introdução dos dispositivos de rede denominados HUBS. A introdução dos HUBS permitiu a substituição dos cabos Ethernet, inicialmente do tipo coaxial, para o tipo par trançado. É importante destacar que o HUB não apresenta ganhos em termos de desempenho para rede, pois ele continua a operar segundo o princípio do broadcast físico, isto é, um quadro recebido em uma das portas do HUB é retransmitido para todas as demais portas independentemente do endereço de destino. O ganho conseguido pela introdução do HUB foi uma conectividade mais fácil. No modelo de cabo coaxial, qualquer abertura do barramento implicava em interrupção em toda a rede devido a problemas de reflexão de sinal causadas pelo casamento de impedância. No HUB, é possível inserir e remover computadores sem prejuízo na comunicação dos demais computadores. O HUB também aumenta a distância máxima entre os computadores pois ele funciona como um repetidor, compensando as perdas no nível do sinal devido a atenuação introduzida pelo par trançado quando o quadro é retransmitido de uma porta para outra.

6 Switch = Ethernet Comutada
A utilização de switches permite colocar o Ethernet em modo comutado. Estado inicial switch PORTA COMPUTADOR 1 2 3 (2) C A ... (2) C A ... (1) C A ... Após a transmissão de A A B C PORTA 1 COMPUTADOR A Após a transmissão de C switch PORTA 1 3 COMPUTADOR A C 1 2 3 O switch Ethernet é um equipamento de comutação que permite encaminhar o quadro recebido em uma porta apenas para a onde o computador de destino está conectado. Para realizar a operação de encaminhamento, o switch mantém em memória uma tabela que indica o endereço dos computadores conectados em cada uma de suas portas. O processo de preenchimento da tabela de encaminhamento é totalmente automático. O switch Ethernet opera de modo transparente para os computadores da rede. Isto é, não é necessário fazer nenhuma alteração ou configuração nos computadores para que eles passem a operar com o switch. De fato, para os computadores, a intermediação feita pelo switch é totalmente transparente. Conforme mostra a figura, inicialmente, a tabela de encaminhamento está vazia. Quando o computador A envia um quadro para o computador C, o switch interpreta o quadro e tenta localizar em que porta o computador C está localizado. Como ele não consegue, o quadro é enviado para todas as portas do switch, em uma operação idêntica a realizada pelo HUB. Ao interpretar o endereço de origem do quadro, o switch apreende que o computador A está na porta 1. Dessa forma, uma eventual resposta do computador C para A é enviada apenas para porta 1. De forma similar, ao encaminhar o quadro oriundo do computador C, o switch aprende que o computador C está na porta C. (4) A C ... (3) A C ... A B C

7 Tabela de Encaminhamento
Porta do Switch = Domínio de Colisão Cada porta do switch define um domínio de colisão. Isto é, só é possível haver colisão entre os computadores conectados a uma mesma porta. switch 1 2 3 Tabela de Encaminhamento PORTA 1 2 3 COMPUTADOR A,B,C D,E,F G hub hub Inicialmente, o preço dos switches Ethernet era bastante elevado, tornando-se inviável conectar apenas um computador em cada porta do switch. Assim, uma estratégia comum consistia em conectar vários computadores em uma única porta, utilizando HUBS. Cada porta do switch constitui em um domínio de colisão isolado. Isto é, só é possível haver colisão entre computadores conectados a uma mesma porta. Internamente, o switch possui uma matriz de comutação de capacidade elevada, que permite realizar múltiplas transmissões em paralelo. Como um computador só concorre pelo direito de acesso ao meio com os computadores conectado a mesma porta do switch, o ganho de desempenho para rede é bastante elevado. Ao contrário dos HUBS, os switches permitem realizar conversões de velocidade. Por exemplo, o computador na porta 3 pode ser um servidor operando a 100Mbps, enquanto que os computadores na porta 1 operam em apenas 10 Mbps. Observe que a tabela de encaminhamento do switch pode possuir múltiplos computadores associados a cada uma de suas entradas. A B C D E F G

8 Cascateamento de Switches
Apesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os Switches ainda apresentam limitação de escala. switch 1 5 PORTA 1 2 3 4 COMPUTADOR D,E,F,G,H,I A B C 2 3 4 Switch 1 A B C switch PORTA 1 2 3 4 5 COMPUTADOR A,B,C D E F G,H,I 1 5 2 3 4 Switch 2 D E F Atualmente, a maioria dos switches Ethernet disponíveis no mercado possuem 12 ou 24 portas. Para criar redes maiores, é possível conectar os switches em cascata. Existem várias maneiras de cascatear switches. A maneira indicada na figura é uma das mais simples. Apesar dos switches melhorarem significativamente o desempenho de uma rede Ethernet, a rede não pode crescer indefinidamente utilizando apenas essa tecnologia. Se observarmos as tabelas de encaminhamento dos switches, observamos que cada switch precisa conhecer a posição de cada um dos computadores nos demais switches. Isso significa que se criarmos uma rede Ethernet com 1000 computadores, teremos 1000 endereços físicos alocados nas tabelas de encaminhamento. Do ponto de vista da organização da rede, todos os switches em cascada constituem uma única LAN. Fica claro que construir uma rede do tamanho da Internet (que possui atualmente 500 milhões de computadores com endereços únicos) utilizando somente a tecnologia Ethernet é inviável. switch PORTA 2 3 4 5 COMPUTADOR G H I A,B,C,D,E,F 1 5 2 3 4 Switch 3 G H I

9 WAN = Redes de Grande Abrangência
A interligação de LANs através de roteadores permite interligar um número ilimitado de computadores em distâncias arbitrariamente grandes. rede 1 rede 2 LAN LAN Roteador 1 Roteador 2 switch 1 2 1 2 switch WAN 3 3 2 3 Roteador 3 LAN rede 3 Tabela de Roteamento 1 Rede Rede 3 Rede 1 Rede 2 PORTA 1 2 3 Outros Dados ..... Afim de construir redes maiores, adota-se uma arquitetura denominada WAN (Wide Area Network). A Internet segue essa arquitetura. Uma rede WAN é forma pela interconexão de várias redes LAN, utilizando-se um outro tipo de dispositivo de rede denominado roteador. O roteador utiliza uma estratégia de encaminhamento bastante diferente da do switch. Ao invés de associar os endereços dos computadores as suas portas, o roteador associa identificadores de rede que representam uma LAN. As tabelas dos roteadores são denominadas “tabelas de roteamento”. A figura ilustra a estrutura da tabela de roteamento correspondente ao roteador 3. Como veremos mais adiante, a tabela de roteamento necessita de mais algumas colunas de informação omitidas na figura. A grande vantagem dessa estratégia é que a quantidade de entradas na tabela de roteamento é contada em redes, e não em computadores. Por exemplo, a Internet atual conta com 500 milhões de computadores, mas com “apenas” 300 mil redes. Os endereços físicos definidos pelo protocolo Ethernet não possuem identificador de rede. A fim de suportar a identificação das redes um outro tipo de endereço é necessário: o endereço IP. switch LAN

10 QUADRO E PACOTE Pacote = Unidade de Informação na WAN
Os pacotes são transportados no interior dos quadros. QUADRO E PACOTE QUADRO = Transporte na LAN PACOTE = Transporte na WAN DESTINO ORIGEM CRC ORIGEM DESTINO DADOS Assim como o Ethernet, o protocolo IP define uma unidade básica para transporte de informações, denominada pacote. Assim como o quadro Ethernet, o pacote é constituído por um cabeçalho e um campo de dados. O cabeçalho inclui campos para transporte dos endereços IP de origem e destino, e de outras informações utilizadas no processo envio das informações pelos roteadores. É importante destacar que os protocolos Ethernet e IP trabalham de forma cooperada, pois, de fato, os pacotes são transmitidos no interior dos quadros. A distinção entre quadro e pacote nem sempre é clara na literatura, pois algumas vezes é possível encontrar denominações como “pacote Ethernet”. No nosso curso, todavia, o termo quadro será usada para a designar a estrutura completa e o termo pacote, apenas para a estrutura definida pelo IP, conforme indicado na figura. ENDEREÇO DE REDE: definidos pelo IP ENDEREÇO FÍSICO: definidos pelo Ethernet

11 se REDE1 ou REDE2... envie para z
Rede = Bloco de Endereços O agrupamento de computadores em redes permite reduzir a quantidade de informações na memória do roteador. h se REDE1... envie para x se REDE2 ... envie para y SWITCH REDE 1 REDE 3 SWITCH c a b x z m REDE1.1 REDE1.2 REDE1.3 se REDE1 ou REDE2... envie para z REDE 2 y SWITCH Como vimos, um endereço IP define um computador e ao mesmo tempo a rede ao qual ele pertence. A estruturação do IP define que todos os computadores em um mesma LAN possuem o mesmo identificador de rede. Computadores localizados em LANs distintas possuem necessariamente identificadores de rede distintos. Um roteador pode ser considerado como um computador com múltiplos adaptadores de rede. Isto é, cada porta de um roteador possui, de fato, um endereço físico. Em um pacote, os endereços de origem e destino necessariamente identificam o transmissor e o receptor do pacote. Numa WAN, contudo, o endereço físico, nem sempre identifica um computador. De fato, o endereço físico identifica apenas as entidades envolvidas em um trecho da comunicação. Esse trecho da comunicação é comumente chamado de enlace. Por exemplo, quando o pacote está sendo transportado entre dois roteadores, os endereços físicos indicam as portas nos roteadores de origem e destino. Quando o pacote é enviado pelo roteador ao seu destino final, os endereços físicos indicam a porta do roteador e o computador que vai receber a mensagem. z m REDE3.3 REDE2.2 d e f e y REDE3.3 REDE2.2 REDE2.1 REDE2.2 REDE2.3

12 Internet = Topologia WAN
Endereços de Rede definidos pelo Protocolo IP Gateway ou roteador internet LAN = Rede Física LAN = Rede Física O protocolo IP define uma arquitetura de rede formada pela interligação de redes físicas. Na topologia IP, a rede física é normalmente uma rede IP, formada por Hubs ou Switches. Como veremos mais adiante no curso, atualmente, esse conceito é um pouco mais complexo devido a introdução do endereçamento privado. Mas neste capítulo, iremos considerar que todos os endereços IP são únicos (públicos). Os roteadores são utilizados para interligar as redes físicas entre si. Eles oferecem múltiplos caminhos para interconectar as redes físicas. O caminho é escolhido de acordo com informações previamente configuradas nos roteadores, denominadas “tabelas de roteamento”. As tabelas de roteamento indicam para cada roteador como ele deve encaminhar um pacote a fim de que este chegue a uma certa rede física de destino. Na Internet, as tabelas de roteamento são preenchidas automaticamente, através de protocolos de roteamento padronizados, como o BGP (Border Gateway Protocol) e o OSPF (Open Shortest Path First).

13 Endereços IP Endereços de 32 bits representados em notação decimal pontuada O protocolo IPv4 (Internet Protocol version 4), atualmente utilizado na Internet, define endereços de 32 bits. Os endereços de 32 bits correspondem a quatro octetos (bytes). Na notação decimal pontuada, cada um desses octetos é representado por um número decimal, calculado como se cada octeto fosse independente dos demais. A figura ilustra a representação do endereço IP Um endereço IP identifica um computador, mas também permite identificar a qual rede o computador pertence. De fato, a parte mais significativa do endereço IP corresponde ao identificador de rede (ou prefixo), e a parte menos significativa ao identificador de host. A quantidade exata de bits que corresponde ao identificador de rede é variável. Atualmente, existem duas estratégias para determinar o tamanho desse identificador: Endereços IP com classe O identificador de rede (prefixo) é determinado pelo valor do endereço IP Endereços IP sem classe O identificador de rede (prefixo) independe do valor do IP e é determinado por um outro número, denominado máscara de sub-rede.

14 Interpretação do endereço IP
Prefixo (Identificador de Rede) = parte mais significativa do endereço Sufixo (Identificador de HOST) = parte menos significativa do endereço Endereço IP = 32 Bits ID Rede ID HOST Mesmo ID de host em toda LAN LAN = Rede Física Cada LAN precisa ter um ID de Rede diferente Numa rede IP, a forma de atribuição dos endereços está diretamente relacionada a topologia da rede. Independente da estratégia utilizada para determinar o tamanho do identificador de rede, a forma padrão de atribuir endereços IP a uma rede deve obedecer as seguintes regras: Computadores e interfaces de equipamentos de rede numa mesma rede física (LAN) devem ter o mesmo identificador de rede. 2) Redes físicas distintas devem possuir identificadores de rede distintos. É importante observar que na nomenclatura da arquitetura TCP/IP o termo sub-rede é comumente usado como sinônimo de LAN ou rede física. É possível fazer uma rede funcionar sem respeitar as regras acima. Contudo, essa prática seria muito imprópria, pois levaria a um aumento de complexidade desnecessário nas tabelas de roteamento de computadores e roteadores. LAN = Rede Física LAN = Rede Física

15 Quantos bits identificam a rede e quantos identificam o host?
Modelo antigo: Endereçamento com classes O tamanho do prefixo é definido pela faixa ao qual o endereço pertence ID Rede ID HOST 1 2 3 4 Classe Octetos Número de Prefixos Número de hosts por prefixo Faixa de Endereços A (0) R H 128 B (10) R R 16.384 65.536 C (110) R 256 até D (1110) ---- até Res. (1111) reservado até O método antigo usado para determinar o tamanho do identificador de rede era baseado na tabela mostrada pela figura. O método dividia o espaço de endereçamento IP em 4 classes, denominadas A,B,C e D. As classes A,B e C são de endereços unicast, isto é, elas são usadas para atribuir endereços para computadores individuais. Quando o endereço de destino de um pacote é do tipo unicast, apenas um computador em toda a rede deverá recebê-lo. A classe D é de endereços multicast, que é utilizada para atribuir endereços para grupos de computadores. Quando o endereço de destino de um pacote é do tipo multicast, o mesmo pode ser lido por múltiplos computadores ou dispositivos de rede que compartilham o mesmo endereço. Apenas as classes de A até C possuem o conceito de identificador de rede. Nesse caso, o tamanho do identificador é definido para cada classe. Na classe A o identificador tem 8 bits (1 byte). Na classe B, 16 bits e na classe C, 24 bits. Para determinar em qual classe um endereço pertence é necessário examinar os primeiros bits do endereço, conforme indicado na figura. Mais simples do que identificar os primeiros bits do endereço é localizar em que faixa o endereço se encontra. Por exemplo, um endereço em que o primeiro octeto está entre 1 e 127 é um classe A (exemplo, ). Um endereço onde o primeiro octeto está entre 128 e 191 é um classe B (exemplo, ), e assim por diante.

16 Endereços IP com Classe
Exemplos de Classe O endereçamento com classes permitia apenas 3 tamanhos de rede Endereços IP com Classe a ... A a ... 65536 B O conceito de endereçamento com classes foi criado em uma época em que a rede Internet era muito pequena. O método de divisão adotado é muito rígido, e leva a um grande desperdício de endereços. Uma rede classe A representa uma rede física com 16 milhões de endereços. Considerando as tecnologias de rede atualmente utilizadas, esse número não faz muito sentido. No início da história da rede IP, contudo, acreditava-se que a Internet seria formada por um pequeno número de redes, e desejou-se limitar o tamanho das tabelas de roteamento nos roteadores que, nos anos 70, tinham capacidade de processamento e memória muito limitada. Na concepção original, a rede Internet poderia interconectar redes maiores, de diferentes tecnologias, que não necessariamente seguissem a filosofia das LANs. Inicialmente, a classe B foi a classe mais usada para atribuir endereços IP para as redes que se conectam a internet. Por volta de 1992, contudo, metade das classes B disponíveis já havia sido utilizada, e os prefixos das classes C passaram a ser utilizados. O problema dessa estratégia de alocação é que a quantidade de prefixos de classe B é limitada (16384). Além disso, ao atribuir uma classe B para uma universidade com 10 mil computadores, por exemplo, os 55 mil endereços restantes serão perdidos. O método também é muito rígido, pois não é possível criar redes com tamanhos intermediários entre as classes. a ... C 256

17 o roteador possui um endereço em cada rede
Exemplo de atribuição de endereços IP Duas redes classe C interconectadas por um roteador identificador do host identificador de rede 2 3 4 5 sub-rede 1 roteador 1 sub-rede A figura mostra um exemplo de alocação de endereços classe C. No exemplo, duas redes LANs (ou sub-redes) foram conectadas: a sub-rede e a sub-rede Por que o prefixo pertence a classe C, ele define um bloco de endereços que vai do até o O primeiro e o último endereço desses blocos são não podem ser usados com endereços de unicast (o primeiro é usado para identificar a rede e o último é um endereço de broadcast para todos os computadores da rede). Similarmente, a sub-rede define o bloco de endereços até Observe que o roteador possui dois endereços IP, um para cada uma de suas interfaces. Cada interface do roteador pertence a sub-rede ao qual ele está conectado e deve, portanto, ter um endereço unicast do bloco que define a sub-rede. O endereço do roteador pode ser qualquer endereço do bloco. Uma boa prática, contudo, consiste em atribuir o primeiro endereço unicast válido do bloco para o roteador. Antes que um computador envie um pacote par outro, ele precisa decidir se o destinário está na mesma rede que ele ou não. Se não estiver, ele envia o pacote para o roteador da rede. Para tomar esta decisão, basta ao computador verificar se o endereço do destinatário está contido no bloco de endereços que define sua própria sub-rede. 2 3 4 5 o roteador possui um endereço em cada rede

18 Limitação do modelo com classes
A falta de flexibilidade na definição dos tamanhos da rede leva a grandes desperdícios Universidade A Instituto B ... ... 2000 computadores 200 computadores Os endereços IP com classe implicam em um grande desperdício de endereços. A classe mais utilizada até o início dos anos 90 era a classes B. Todavia, quando a quantidade de prefixos disponíveis nessa classe começou a decair drasticamente com o crescimento da Internet, os prefixos classe C começaram a ser utilizados. Para ilustrar como as classes implicam em desperdício de endereços, e porque o uso das classes C foi prejudicial, considere o cenário acima. Imagine que você precisa conectar duas redes de tamanhos distintos, uma com 2000 computadores e outra com 200, utilizando a tecnologia IP. O primeiro passo é escolher um identificador de rede para cada uma das sub-redes. Para a sub-rede com duzentos computadores, uma identificador pertencente a classe C é suficiente. A rede precisa de 200 endereços para os computadores e um endereço para Interface interna do roteador. Uma classe C possui 254 endereços unicast válidos. Os 53 endereços restantes estão perdidos, pois eles não podem ser alocados a nenhuma outra rede. Para a rede com 2000 computadores, o desperdício tende a ser muito maior. Duas soluções possíveis são utilizar uma classe B (nesse caso a perda de endereços seria na ordem de 63534). Ou oito prefixos de classes C, o que diminuiria a perda para 32 endereços, mas prejudicaria o desempenho da rede, como veremos a seguir.

19 Limitações do IP com Classe
Soluções para criação de uma rede com 2000 computadores Criar múltiplas redes classe C Criar uma rede classe B Limitações do IP com Classe Universidade A Universidade A 253 computadores ... ... ... 2000 computadores A figura ilustra as duas opções para escolher as classes do identificador de rede para a sub-rede com 2000 computadores (Universidade). A direita, a opção de escolher uma classe B é a mais simples. Utilizar uma classe B implica em que endereços seriam perdidos. Isto é, eles ficariam reservados para uso pela matriz em uma expansão futura. O lado esquerdo ilustra a opção de escolher oito classes C. O problema de adotar esta opção, é que a matriz seria realmente dividida em diversas sub-redes que precisariam ser interconectados por um ou mais roteadores. Ou seja, a escolha de classes menores implica em um incômodo para o administrador de rede, pois ele precisa adaptar a topologia de sua rede a escolha dos identificadores. Outro problema mais significativo é que o número de entradas na tabela de roteamento dos demais roteadores da Internet seria desnecessariamente maior. Enquanto basta uma entrada para representar a rede com o prefixo de classe B são necessárias oito entradas para representar a mesma rede com os prefixos de classe C. 253 computadores OITO CLASSES C 2024 endereços UMA CLASSE B 65536 endereços

20 CIDR: Endereços IP sem classe
CIDR = Classless Inter-Domain Routing O CIDR adota o conceito de máscara de subrede de tamanho variável, que permite definir prefixos de qualquer tamanho CIDR: Endereços IP sem classe Introduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de rede em um endereço IP é determinado. Também conhecido como VLSM (Variable Length Subnet Masking) Endereço IP (32 bits) A maneira como o tamanho do prefixo de rede de um endereço IP é determinado foi alterado em A fim de flexibilizar a atribuição de endereços IP na Internet foi introduzido o conceito de CIDR (Classless Inter-Domain Routing). Essa nova estratégia permite definir prefixos de qualquer tamanho, pela introdução do conceito de máscara de sub-rede. A máscara de sub-rede é um número que acompanha um endereço IP e indica qual parte do endereço deve ser interpretado como um prefixo de rede. Em sua forma mais geral, uma máscara de sub-rede é um número de 32 bits. Na forma mais compacta, a máscara de sub-rede é apenas um número que indica quantos bits mais significativos do endereço IP devem ser usados como prefixo de rede. Essas formas de representação serão discutidas mais adiante neste capítulo. O conceito de máscara de sub-rede também é referenciado na literatura como VLSM (Variable Length Subnet Masking). Este termo é utilizado para distinguir do conceito de máscaras padronizadas para as classes A, B e C, que seriam representadas da seguinte forma: Classe A: (prefixo de 8 bits) - máscara ou /8 Classe B: (prefixo de 16 bits) - máscara ou /16 Classe C: (prefixo de 24 bits) - máscara ou /24 7 6 5 4 3 2 1 R 7 6 5 4 3 2 1 R 7 6 5 4 3 2 1 R H 7 6 5 4 3 2 1 H Máscara de Subrede (32 bits)

21 Formas de represntação da máscara de subrede
Notação decimal pontuada Notação compacta 32 bits em notação decimal pontuada. bits 1 indicam o endereço da subrede bits 0 o endereço do host. Máscaras Default: classe A: ou /8 ou classe B: ou /16 ou classe C: ou /24 ou Em sua forma mais geral, a máscara de sub-rede é um número de 32 bits, representado em notação decimal pontuada, de forma semelhante ao IP. Como seu próprio nome diz, este número funciona como uma máscara para o IP, no sentido em que se fizemos um “E” lógico bit-a-bit entre um endereço IP e sua máscara, obteremos como resultado o prefixo de rede do endereço IP. Para obter esse efeito, a máscara de subrede adota o seguinte princípio: se um bit da máscara é 1, então o bit correspondente no endereço IP pertence ao prefixo de rede. Se um bit da máscara de subrede é 0, então o bit correspondente pertence ao identificador de host. A forma mais recomendada para utilizar a máscara de subrede é fazer com que os bits mais significativos da máscara sejam iguais a 1. Nesse formato, uma máscara de subrede pode ser representado de forma compacta, utilizando o formato “/” seguido o tamanho do prefixo. Esse princípio é ilustrado utilizando as máscaras default, na figura acima.

22 Máscaras em Notação Decimal Pontuada
Divisão em sub-redes Cada bit de host trocado de 0 para 1 divide a rede em duas subredes de mesmo tamanho. Máscaras em Notação Decimal Pontuada Por default, a máscara de uma rede classe C é: Para dividir a rede em 2 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 8 subredes, utiliza-se a máscara: Para dividir a rede em 16 subredes, utiliza-se a máscara: As máscaras de subrede podem ser representadas em notação decimal pontuada, conforme mostra a figura acima. A máscara /25 corresponde a uma seqüência de 25 bits com valor 1, seguidos por 7 bits de valor 0. Os octetos da máscara que são formados apenas por números 1 recebem a representação decimal 255. Como o último octeto da máscara possui apenas um bit com valor 1, determina-se a representação decimal deste octeto calculando-se: 27 = 128. A máscara /25 em notação decimal pontuada torna-se Para a máscara /26, temos dois bits iguais a 1, sendo que a representação decimal do último octeto é = = 192. O mesmo princípio aplica-se para máscaras menores. Por exemplo, um máscara /17 possui os dois primeiros octetos completos e apenas um bit igual a um no penúltimo octeto da máscara. Seu valor é portanto: Uma máscara /18 é representado por Similarmente, um /9 é representado por e um /10 por Pode-se definir máscaras ainda menores. Como veremos adiante, uma máscara importante é a /0, a qual corresponde a representação decimal

23 Divisão em sub-redes Aumentar a máscara de sub-rede em 1 bit divide o bloco de endereços ao meio /27 /25 /26 (32 IPs) /24 (128 IPs) (64 IPs) (256 IPs) /27 (32 IPs) /26 (64 IPs) /25 (128 IPs) Na nomenclatura do IP, uma subrede corresponde a um bloco de endereços. Esses endereços devem ser atribuídos, supostamente, a computadores conectados mesma LAN. O “nome da subrede” corresponde ao primeiro endereço do bloco, acompanhado pela máscara de subrede. Por exemplo, a subrede de classe C /24 define um bloco de 256 endereços que vai de até O primeiro e últimos endereços de um bloco não podem ser usados como “unicast”. O primeiro endereço é usado para identificar a rede, e o último significa um broadcast para o bloco. As máscaras de tamanho variável permitem definir redes de qualquer tamanho. Uma maneira de ilustrar esse conceito, é mostrar como a subrede de classe C /24 pode ser transformado em vários blocos de endereços independentes. O processo de divisão de um bloco de endereços em subredes menores é bastante simples. Cada vez que aumentamos o tamanho da máscara em 1 bit, criamos duas subredes com a metade do tamanho do bloco de endereços original. Por exemplo, a máscara /25 permite dividir a subrede /24 nas subredes /25 e /25, cada uma delas com 128 endereços. Observe que o último endereço de cada bloco continua sendo sempre um broadcast para a subrede. /24 = /25 = /26 = /27 =

24 SuperRedes Agregação em super redes
Diminuir o tamanho da máscara de sub-rede em 1 bit cria uma super rede com o dobro do número de endereços (contíguos). SuperRedes /24 /23 (256 IPs) (512 IPs) /22 (1024 IPs) /24 (256 IPs) /24 = /23 = /22 = /24 /23 (256 IPs) (512 IPs) As máscaras de tamanho variável permitem também agrupar subredes para formar superedes. O termo super-rede é as vezes utilizado para designar o bloco de endereços formado pela agregação de subredes de tamanho menor. Uma condição para criação das super-redes é que os blocos de endereços que serão agrupados devem ser contíguos. Por exemplo, considere 4 subredes pertencentes a classe C: /24, /24, /24 e /24. Observe que esses quatro blocos são contíguos pois o último endereço de um bloco é seguido imediatamente pelo primeiro endereço do bloco seguinte. O processo de agrupamento de subredes é igualmente simples. Cada vez que diminuímos o tamanho da máscara de subrede em 1 bit, criamos um super-rede que tem o dobro do tamanho da rede original. Na prática, o conceito de super-redes é bastante útil para diminuir o número de entradas nas tabelas de roteamento dos roteadores na Internet. Considere, por exemplo, o cenário anterior no qual havíamos atribuídos 8 prefixos de classe C para uma Universidade com 2024 computadores. Utilizando o conceito de super-rede, toda a Universidade pode ser representado por um único prefixo de tamanho /21. /24 (256 IPs)

25 Endereços IP especiais
Não podem ser atribuídos a nenhuma estação Endereços IP especiais Primeiro endereço do bloco = Identificador da sub-rede exemplo /25 2) Último endereço do bloco = Broadcast para a sub-rede exemplo /25 3) Bloco de endereços de loopback /8 4) Endereço de Inicialização (DHCP) 5) Broadcast para todas as redes Além da classe D, que deve ser utilizada apenas para endereços de multicast, existem outros endereços IP que não podem ser utilizados no modo unicast, isto é, como endereço de computadores individuais. Conforme vimos, independente do tamanho do prefixo de rede, o primeiro e o último endereços de um bloco de endereços são sempre reservados. O primeiro endereço, juntamente com a máscara de subrede, é utilizado para identificar a subrede. O último endereços de um bloco sempre representa um broadcast para o bloco. A IANA (Internet Assigned Number Authority), responsável pela regulamentação de como os endereços IP são utilizados, definiu também que todo o bloco de endereços /8 (isto é de até ) correspondem a endereços de loopback, isto é, eles endereçam processo internos ao computador e não podem ser utilizados para encaminhar pacotes pela rede. Experimente pingar qualquer endereço dessa faixa no seu computador, e você verá que todos irão responder, pois eles representam o seu próprio computador. O endereço , além de representar a rede Internet, é usado pelos computadores para informar que eles não tem um endereço IP válido (por exemplo, durante o processo de inicialização via DHCP). Um pacote com o endereço de destino representa broadcast para todas as subredes, independentemente do seu prefixo.

26 Loopback = Transmissão Local
Loopback = Transmissão Interna Os pacotes IP com endereço de loopback não são enviados para camadas inferiores da pilha TCP/IP. Loopback = Transmissão Local Recomendação do IETF: /8 é reservado para loopback processo A processo B porta A porta B Os endereços de loopback representam sempre uma comunicação no interior do sistema operacional do computador. Esses endereços indicam que o pacote não deve ser encapsulado pela camada de enlace, mas ser encaminhado diretamente para o outro processo, conforme ilustrado pela figura. Em teoria, se você fizer um ping para o seu próprio computador usando seu endereço unicast, o pacote deveria descer até a camada de enlace, para depois retornar para as camadas superiores. Os endereços de loopback eliminam esse problema, pois introduzem endereços com um comportamento especial. Na prática, os sistemas operacionais implementam um redirecionamento do pacotes enviados para o endereço de unicast do computador para o loopback, para evitar o desperdício de colocar um pacote na rede, que será lido pelo próprio computador. Transporte Rede Enlace Física

27 Exemplo de atribuição de endereços
Dividir um bloco de endereços classe C (/24) em três subredes subrede 3 subrede 2 r3 r2 ... ... 50 computadores 50 computadores /24 r1 Para ilustrar como a estratégia CIDR beneficia ambos, a rede do usuário e os roteadores da Internet, considere o problema de atribuição de endereços IP para o cenário ilustrado na figura. Uma empresa deseja conectar-se a Internet, e para isso obteve junto as autoridades de registro de endereços da Internet o prefixo de rede /24. Apesar de ter recebido um único prefixo, a empresa precisa interligar três sub-redes, uma com 100 computadores e duas com 50 computadores. O prefixo /24 corresponde a um bloco de 256 endereços, sendo, a princípio possível conectar a todos os computares. Consideremos inicialmente, uma subdivisão desse bloco com um máscara /25. Teremos dois prefixos com 128 endereços: /25 e /25. O primeiro desses blocos é suficiente para atender a subrede1, com 100 computadores. Para as duas subredes distantes, dividiremos novamente o prefixo em dois blocos com 64 endereços: /26 e /26 ... 100 computadores subrede1

28 Divisão do bloco único (/24) em três sub-redes
O número de endereços de cada bloco é dado por: 2 (32-máscara) /25 /24 (128 IPs) (256 IPs) /26 (64 IPs) /25 (128 IPs) /26 (64 IPs)

29 Exemplo de Atribuição de Endereços
Cada LAN recebe endereços de uma sub-rede diferente Exemplo de Atribuição de Endereços subrede 3 /26 subrede 2 /26 r3 r2 ... /24 ... r1 A figura mostra como ficaria a distribuição dos endereços IPs após a divisão em blocos. A divisão definiu 3 prefixos de rede: subrede 1: /25 (128 endereços) Define a faixa de endereços unicast de até subrede 3: /26 (64 endereços) Define a faixa de endereços unicast de até subrede 2: /26 (64 endereços) Define a faixa de endereços unicast de até Em todas as subredes, a interface do roteador conectado a subrede recebe o primeiro endereço unicast do bloco. Os demais computadores recebem os demais endereços do bloco. É importante observar que os roteadores da Internet não precisam saber dessa divisão feita pela empresa. Os roteadores da Internet continuam a ver todas as três subredes como uma única rede com prefixo /24, cujo único ponto de acesso é o roteador r1. ... /25 subrede 1

30 Filtragem de Endereços
Filtragem de endereços MAC A placa de rede repassa informações para a cada superior apenas em três situações: unicast coincidente, multicast coincidente ou broadcast Filtragem de Endereços Multicast IP = IP = REDE MAC INTERRUPÇÃO FÍSICA MACD = PLACA DE REDE LOCAL MACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MACD = MULTICAST ( E ) O tratamento dos endereços MAC e IP não estão apenas em camadas distintas do modelo OSI, eles são tratados por processadores distintas. A interface de rede do computador possui se próprio processador para interpretar os quadros de forma independente da CPU principal do computador. Isto é necessário, pois a interface de rede está sendo constantemente bombardeada por quadros, que muitas vezes não devem ser interpretados pelo computador. A placa de rede só irá incomodar a CPU principal do computador em três situações específicas. A primeira é se o endereço MAC de destino do quadro coincidir com o endereços MAC da interface de rede. O segundo é se o endereço MAC de destino for um broadcast, isto é, o endereço MAC especial FF.FF.FF.FF.FF.FF (todos os bits iguais a 1). O terceiro é se o endereço MAC de destino for um MAC de multicast, de um grupo ao qual a interface de rede também pertença. O tópico de multi-cast será discutido mais adiante no curso. Nessas situações, a interface de rede gera uma interrupção, e envia o pacote para a camada de rede, para que ele seja processado. MACD MACO IPO IPD DADOS CRC

31 ARP Mapeamento de endereços IP e MAC
É feito através do protocolo ARP (Address Resolution Protocol) ARP qual o MAC do IP ? o MAC do IP é C ? ARP REQUEST ARP REPLY A B C A mensagem ARP request é uma mensagem enviada em broadcast, isto é, seu endereço MAC de destino é FF.FF.FF.FF.FF. Todos os computadores que estiverem em uma mesma rede física recebem todas as mensagens de ARP Request enviadas. Isso ocorre mesmo que os computadores estejam ligados em um Switch. Os computadores que recebem a mensagem ARP mas não possuem o endereço IP solicitado ignoram a mensagem. Somente o computador com o IP solicitado envia o ARP Reply em unicast. O protocolo ARP possui os seguintes campos principais: Tipo de Hardware: especifica a tecnologia da camada de Enlace. Atualmente várias opções são suportadas, como Ethernet, ATM, FrameRelay e HDLC. Tipo de Protocolo: especifica a tecnologia da camada de Rede. No caso a arquitetura TCP/IP, o protocolo IPv4. Tamanho do Endereço de Hardware: 6 bytes no caso do MAC Tamanho do Endereço de Protocolo: 4 bytes para o IPv4 Tipo de Mensage: Arp Request e Arp Reply, entre outras. Endereço de Hardware do Transmissor: MAC do transmissor Endereço de Protocolo do Transmissor: IP do transmissor Endereço de Hardware do Alvo: MAC que precisa ser descoberto Endereço de Protocolo do Alvo: IP do computador de destino

32 Roteamento Comunicação Intra-redes e Inter-redes
O ARP funciona de forma diferente para localizar endereços que estejam na mesma rede que o host transmissor (intra-rede) ou em outra rede (inter-rede) Roteamento ARP Request Comunicação Intra-rede REDE internet REDE REDE Ao analisar o funcionamento do protocolo ARP, fica claro que o modo de funcionamento do encaminhamento de pacotes no interior de uma rede física difere da forma como eles são encaminhados entre redes físicas distintas. O processo de comunicação intra-rede, isto é, entre dois computadores com o mesmo prefixo de rede, situados na mesma rede local, não envolve roteadores. O processo de comunicação inter-rede, por outro lado, é totalmente intermediado pelos roteadores. Quem decide se um pacote irá ou não passar por roteadores é o próprio computador transmissor. Ele faz isso analisando endereço do destinatário e comparando com o seu próprio prefixo. Se o prefixo do destinatário for igual ao seu a comunicação é intra-rede, se for diferente, é inter-rede. REDE ARP Request Comunicação Inter-redes

33 Roteamento MAC do Destinatário Comunicação intra-rede
É sempre alguém que está na mesma rede local que o transmissor Roteamento Comunicação intra-rede Os endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do computador de destino. Comunicação inter-redes O endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do roteador ligado a mesma rede física que a estação transmissora. INTRA-REDE MAC HOST DESTINO MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS A maneira como o computador constrói um quadro depende da comunicação ser intra-rede ou inter-rede. Se a comunicação é intra-rede, o computador determina o endereço MAC do destinatário utilizando o protocolo ARP, e constrói um quadro com o endereço físico de destino endereçando diretamente o destinatário. Se a comunicação é inter-rede, o computador determina o endereço MAC do roteador da sua rede, também utilizando o protocolo ARP, e constrói um quadro com o endereço físico do roteador, ao invés do endereço físico do destinatário. Em ambos os casos, o endereço IP de destino é sempre o do computador para quem o pacote deve ser enviado. Outro aspecto importante, é que o IP do roteador nunca aparece nos pacotes. INTER-REDES MAC ROTEADOR MAC ORIGEM IP ORIGEM IP DESTINO DADOS

34 Endereço MAC = Enlace e Endereço IP = Rede
O endereço MAC aponta para o destino do próximo salto (no mesmo enlace) e o endereço IP aponta para o destino final na rede. B A IPA IPD D C IPA IPD B C IPC IPB A D A figura o processo de encapsulamento de um pacote, quando este atravessa um roteador. Antes de enviar o pacote, se o endereço MAC já não estiver em sua cache ARP, o computador A enviar uma mensagem ARP Request em broadcast a fim de determinar o endereço MAC do roteador. Após descobrir o endereço, o computador criará um quadro onde o endereço de destino é o endereço MAC da interface do roteador que está do seu lado da rede. Quando o roteador receber o quadro, ele extrai o pacote e se preparar para construir um novo quadro. Ao analisar o endereço de destino do pacote, o roteador determinar que precisar descobrir o endereço MAC do computador IPD. Para isso, ele envia uma mensagem ARP request em broadcast por sua interface C, a fim de determinar o MAC de IPD. Após descobrir o endereço MAC ele criar um novo quadro, que tem o seu próprio MAC como origem e o endereço MAC do computador IPD no destino. IPA IPD

35 Tabela de Roteamento Tabela de Roteamento Rede Destino Gateway
Existem em todos os computadores e roteadores da rede (e qualquer outro dispositivo que atue na camada 3 ou superior). Tabela de Roteamento Rede Destino Gateway Interface Custo Endereço de base e Máscara de Subrede Endereço do próximo roteador Por onde o pacote será enviado Desempate caso exista mais de uma rota para o mesmo destino /24 ENDEREÇO DE BASE PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no endereço de base. Durante o processo de transmissão de um pacote por uma rede WAN, tanto os computadores quanto os roteadores precisam determinar se um pacote pode ser entregue diretamente, ou se deve ser encaminhado para outro roteador. Também é preciso conhecer o endereço IP dos roteadores neste processo. O processo de encaminhamento de pacotes IP é denominado roteamento. Todas as informações necessárias para um computador ou roteador executar a operação de roteamento estão contidas em uma tabela, denominada “tabela de roteamento”. Uma tabela de roteamento contém múltiplas entradas, cada uma delas correspondendo as redes que um computador ou roteador tem acesso. Cada uma dessas estradas é composta por quatro campos: Rede de destino: identifica um destino acessível pelo computador ou roteador Gateway: identifica para qual (interface de) roteador o pacote deve ser encaminhado para chegar a rede de destino. Interface: indica por qual das interfaces do dispositivo o pacote deve ser enviado. A interface pode ser identificada por um endereço IP ou por um nome lógico, dependendo do sistema operacional do dispositivo. Custo: permite criar classificar múltiplos caminhos para um mesmo destino.

36 Exemplo de Tabelas de Roteamento
Cada elemento da rede precisa saber para onde enviar seus pacotes a fim de entregá-los ao destino final. Exemplo de Tabelas de Roteamento REDE /24 A INTERNET roteador 1 roteador 2 Para ilustrar o conceito das tabelas de roteamento, considere o cenário mostrado pela figura. Todos os dispositivos presentes na figura, isto é, os computadores e os roteadores possuem tabelas de roteamento. A princípio, todas as tabelas de roteamento deverão possuir três entradas, uma para cada rede mostrada na figura. As redes são: /24, /24 e /0 O enlace entre os roteadores 1 e 2 também é uma rede, mas geralmente, não vale a pena representá-la na tabela de roteamento, uma vez que é possível acessar aos roteadores pelas outras interfaces. De fato, no caso de um enlace ponto-a-ponto, pode-se utilizar endereços não únicos, do tipo privado. Como vermos adiante no curso, a IANA define como endereços privados alguns prefixos de rede, que podem ser usados livremente sem necessidade de registro junto as autoridades. Os endereços privados não são roteáveis na Internet, isto é, os roteadores da Internet não possuem rotas para endereços privados. A máscara /30 é ideal para atribuir endereços a enlaces ponto-a-ponto, pois ela define um bloco com apenas 4 endereços (sendo apenas dois endereços de unicast). /30 B /30 REDE /24

37 Tabela do computador B Tabela de roteamento do computador B B
Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou 1 /24 /0 roteador 1 A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do computador B. A tabela possui três entradas, uma para cada rede acessível pelo computador. A primeira rota indica como o computador deve proceder para encaminhar pacotes para a sua própria rede. Neste caso, como o campo gateway não é necessário. Muitos sistemas operacionais representam a condição de encaminhamento para rede local de formas diferentes. O Windows Vista, por exemplo, indica “sem vínculo” nesse campo. O Linux, utilizar para indicar que o gateway não é necessário. O campo interface nesse caso, é idêntico para todas as entradas da tabela uma vez que computador possui apenas uma interface de rede. Novamente, a forma de representação desse campo é bastante variável. O nome lógico “eth0” é comumente utilizado pelo Linux para designar a primeira (ou única) interface de rede do tipo Ethernet do computador. O sistema Windows Vista, por outro lado, utiliza o endereço IP da interface nesse campo. O custo neste caso é sempre 1, pois não existem caminhos alternativos para as redes listadas na tabela. Nesse caso, qualquer valor de custo seria válido. B /24 eth0

38 Seqüência de Análise da Rota
Critérios de desempate das rotas Utilizado quando mais de uma linha da tabela aponta para redes de destino que incluem o endereço para onde o pacote será enviado. Seqüência de Análise da Rota DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA ROTA MAIS ESPECÍFICA = ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA ROTA COM A MAIOR MÁSCARA DE SUBREDE 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO 3) INTERNO AO SISTEMA EXEMPLO: ORDEM DAS ROTAS NA TABELA Se analisarmos a tabela de roteamento do computador B, encontraremos um problema de conflito, pois a rede Internet engloba as outras duas redes. Isto é, qualquer endereço de destino que seja testado pelo computador estará contido na rota para rede Internet, inclusive os endereços locais. Felizmente, esse problema não ocorre, pois existe uma convenção sobre ordem em que as entradas da tabela de roteamento devem ser testadas. Essa convenção é baseada em duas regras importantes e uma opcional. A primeira regra diz que uma rota mais específica deve ser sempre testada antes de uma rota menos específica. Por esse conceito, a rota para Internet é sempre a última a ser testada. Por exemplo, a rota para /24 deve ser testada sempre antes da rota /0, pois ela representa um bloco de endereços menor. A segunda regra diz que se houver empate em relação ao tamanho da máscara, o campo de custo deve ser utilizado. Nesse caso, uma rota de custo menor deve ser sempre testada primeiro. A terceira regra é simplesmente uma forma de desempate para as duas primeiras regras, e pode ser implementada de diferentes formas de acordo como o desenvolvedor do sistema operacional.

39 Tabela do Roteador 1 Tabela do Roteador 1 Rede Destino Gateway
Interface Custo /24 não tem /24 /0 1 REDE /0 REDE /24 roteador 1 roteador 2 A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do roteador 1. As duas primeiras rotas são ditas rotas locais, pois o roteador possui uma de suas interfaces diretamente conectada a uma dessas redes. Novamente, nesses casos, nenhum gateway é necessário. Em muitos sistemas, as rotas locais são indicadas com custo 0, pois sabe-se que não pode existir uma rota alternativa com custo mais baixo. Para que o roteador 1 possa encaminhar um pacote para Internet, ele precisa enviá-lo para o roteador 2. Isto é indicado pela terceira regra da tabela. /30 REDE /24 /30

40 Tabela do Roteador 2 Tabela do Roteador 2 Rede Destino 10.0.0
Interface Custo /24 1 /24 /0 /30 /30 INTERNET REDE /24 roteador 1 roteador 2 A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do roteador 2. Observe como foram definidos os endereços IP dos enlaces que conectam o roteador 2 com o roteador 1 e com o roteador do provedor de acesso a Internet. O endereços dos roteadores conectados a um mesmo enlace precisam necessariamente possuir o mesmo prefixo de rede. O enlace do roteador 2 com o roteador 1 corresponde a pequena rede /30. A máscara /30 possui apenas 2 bits para identificar os hosts e corresponde, portanto, a um bloco de apenas 22=4 endereços: a Como o primeiro e últimos endereços do bloco não podem ser usados, os roteadores receberam os endereços e A máscara /30 recebe a representação em notação decimal pontuada. De maneira similar, o enlace entre o roteador 2 e o roteador do provedor da Internet corresponde a rede /30, que compreende os endereços a /30 REDE /24 /30

41 Rota Default e Gateway Default
Eliminando rotas desnecessárias Uma rota é desnecessária quando sua eliminação não muda o trajeto do pacote enviado aos destinos que ela representa. Rota Default e Gateway Default Rede Destino Gateway Interface Custo /24 não tem eth0 ou 1 /24 /0 O roteador 1 é o gateway default para a rede pois ele é o caminho para todas as demais redes roteador 1 Em muitos sistemas operacionais, é comum que o usuário tenha que fornecer um endereço IP denominado gateway ou roteador padrão. Na prática, o termo gateway padrão é usado para designar o roteador que dá acesso a Internet. Normalmente, este roteador é o único roteador que precisa ser conhecido pelo computador. A tabela de roteamento do computador é gerada automaticamente a partir de três informações básicas: O IP do computador, a máscara de subrede e o gateway padrão. Por exemplo, a primeira entrada da tabela de roteamento do computador B corresponde a rota para sua rede local. Ela é definida fazendo-se um “E” lógico entre o IP e a máscara de subrede /24, resultado no identificador de rede do computador /24. A terceira entrada da tabela de roteamento é criado a partir da informação sobre o gateway padrão. Essa rota costuma ser referenciada como rota padrão (ou default) e é a rota para Internet. A segunda entrada na tabela de roteamento é desnecessária, pois pode-se considerar que a rede /24 faz parte da Internet, uma vez que ela é acessada pelo mesmo roteador. Essa rota pode ser eliminada. B /24 eth0

42 Múltiplas Rotas e Custos
Mais de um caminho para um mesmo destino usando saltos Todos os caminhos possíveis são representados na tabela de roteamento (configuração manual). Múltiplas Rotas e Custos Rede Destino Gateway Interface Custo /0 1 2 /24 /24 Não tem /30 /30 REDE /24 INTERNET 10 Mbps R1 R2 As tabelas de roteamento permitem representar mais de uma rota para um mesmo destino. Quando o sistema operacional encontra duas entradas para o mesmo destino, ele sempre selecionará a rota de menor custo. Rotas que não sejam as de menor custo só são consideradas em caso de falha da rota principal, que ocorre, por exemplo, devido ao rompimento de um enlace ou falha no hardware ou software de um roteador. Existem basicamente duas estratégias para definir custos. É primeira é baseado na contagem do número de saltos (isto é, passagens por um roteador) que um pacote deverá percorrer até chegar a rede de destino. Esse estratégia, é apropriada apenas em ambientes onde as velocidades dos enlaces são muito similares. A segunda estratégia consiste em atribuir custos para os enlaces de maneira inversamente proporcional a sua velocidade. Geralmente, o custo do enlace é calculado dividindo-se a maior velocidade de enlace de toda a rede pela velocidade do enlace. Na figura, por exemplo, os enlaces de 100Mbps teriam custo 1 e o enlace de 10Mbps teriam custo 10. A tabela mostrada na figura corresponde ao roteador 1. Os valores de custo sem parênteses foram calculados em hops e os entre parênteses usando a velocidade dos enlaces. 100 Mbps R3 100 Mbps /30 /30 REDE /24

43 Múltiplas Rotas e Custos
Utilizando custos relativos a velocidade do enlace O enlace mais rápido da rede (Vmax) tem custo 1. Os demais enlaces tem custo relativo (Vmax/V). Múltiplas Rotas e Custos Rede Destino Gateway Interface Custo /0 10 2 /24 11 1 /24 Não tem /30 /30 REDE /24 10 Mbps (10) INTERNET R1 R2 As tabelas de roteamento permitem representar mais de uma rota para um mesmo destino. Quando o sistema operacional encontra duas entradas para o mesmo destino, ele sempre selecionará a rota de menor custo. Rotas que não sejam as de menor custo só são consideradas em caso de falha da rota principal, que ocorre, por exemplo, devido ao rompimento de um enlace ou falha no hardware ou software de um roteador. Existem basicamente duas estratégias para definir custos. É primeira é baseado na contagem do número de saltos (isto é, passagens por um roteador) que um pacote deverá percorrer até chegar a rede de destino. Esse estratégia, é apropriada apenas em ambientes onde as velocidades dos enlaces são muito similares. A segunda estratégia consiste em atribuir custos para os enlaces de maneira inversamente proporcional a sua velocidade. Geralmente, o custo do enlace é calculado dividindo-se a maior velocidade de enlace de toda a rede pela velocidade do enlace. Na figura, por exemplo, os enlaces de 100Mbps teriam custo 1 e o enlace de 10Mbps teriam custo 10. A tabela mostrada na figura corresponde ao roteador 1. Os valores de custo sem parênteses foram calculados em hops e os entre parênteses usando a velocidade dos enlaces. 100 Mbps (1) 100 Mbps (1) R3 /30 /30 REDE /24 43

44 Roteamento com Subredes
Não existe diferença na definição das tabelas de roteamento quando máscaras de sub-rede que não são default são utilizadas. Roteamento com Subredes REDE /25 /30 /30 A INTERNET roteador 1 roteador 2 /30 Nos exemplos anteriores foram considerados apenas redes com máscaras padrão, isto é, mascaras cujo tamanho é multiplo de 8 bits. Vamos agora considerar a construção de tabelas de roteamento com máscaras de tamanho variável. Nesse caso, suponha que roteador um conecta duas subredes formadas pela partição de um bloco de endereços de classe C: /24. A partição do bloco classe C gerou duas subredes de tamanho idêntico (128 endereços): /25 (com endereços entre e ) /25 (com endereços entre e ) É importante notar, nesse caso, que o roteador 2 não precisa levar em conta a divisão do bloco C em duas subredes. Como o caminho para chegar as duas sub-redes é idêntico, isto é, passar pela interface do roteador 1, basta uma única rota para endereçar as duas redes. As tabelas de roteamento para este cenário estão ilustradas na seqüência deste capítulo. /30 B REDE /25

45 Tabelas de Roteamento Exemplo
Tabelas de roteamento com máscaras de sub-rede que não são default Tabelas de Roteamento Computador A Rede Destino Gateway Interface Custo /25 não tem /0 1 Roteador 1 Rede Destino Gateway Interface Custo /25 não tem /25 /0 1 Roteador 2 A tabela correspondente ao computador A utiliza o conceito de rota padrão. Como a maioria dos computadores, o computador possui apenas duas rotas: uma rota para sua rede local e outra para Internet. O roteador 1 possui três rotas, duas locais e uma para Internet. O roteador 2 possui apenas duas rotas, uma rota para subrede /24 e outra para Internet. Observe que o roteador 2 não precisa conhecer a subdivisão feita sobre o bloco de endereços classe C. Tudo o que ele precisa saber é que se o endereço de destino estiver compreendido entre e ele deverá enviar o pacote para a interface do roteador 1. Cabe ao roteador 1, nesse caso, decidir para qual das subredes ( /25 ou /25) o pacote deverá ser enviado. Esse processo de agregação de rotas é muito importante para o desempenho da Internet. Ele permite esconder dos roteadores da Internet as inúmeras subdivisões em redes feitas dentro de empresas e provedores de acesso a Interent. Rede Destino Gateway Interface Custo /24 1 /0

46 Conclusão Endereçamento baseado em classes
Endereçamento sem classes (CIDR e VLSM) ARP (Address REsolution Protocol) Tabelas de roteamento Agregação de rotas Neste capítulo vimos como a interpretação dos endereços IP foi alterado pelo IANA nos anos 90. No modelo inicial, dito com classes, o tamanho do prefixo de rede era determinado pelos primeiros bits do próprio endereço IP, e apenas três tamanhos de rede estavam disponíveis. No modelo atual, dito sem classe (ou CIDR), o tamanho do prefixo de um endereço independe de seu valor, e é determinado por um outro número denominado máscara de subrede que deve acompanhar cada endereço IP. As máscaras de subrede podem definir qualquer tamanho de prefixo e, por isso, recebem a denominação de VLSM (Variable Length Subnet Mask). A integração entre o protocolo IP e a camada de enlace subajacente é feita com o auxílio do protocolo ARP (Address Resolution Protocol). Este protocolo é responsável por descobrir o endereço MAC do host de destino a partir do endereço IP. Por ser baseado em broadcast, o ARP é um dos grandes vilões do desempenho da rede e uma das motivações para introdução do conceito de VLANs que será estudado mais adiante no curso. Finalmente, vimos que todos os elementos envolvidos numa comunicação IP (computadores e roteadores) possuem tabelas de roteamento. Vimos também que o conceito de VLSM permite agregar rotas para diminuir o número de entradas nas tabelas dos roteadores da Internet.