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1 URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour
Redes Prof. Edgard Jamhour URL:

2 PROGRAMA Ementa Revisão da arquitetura IP. Criptografia e IPsec.
Stateful Firewalls. Tecnologias para Wireless LAN e Wireless WAN. IP Móvel. Serviço de Dados em Redes Celulares. QoS em redes IP. QoS em redes Móveis. Policy Based Networking. IPv6 e Mecanismos de Transição para IPv4. SOAP e Web Services.

3 BIBLIOGRAFIA RFC's selecionadas do IETF dos seguintes grupos de trabalho (entre outros): Policy Framework: IP Security Policy: IP Sercurity Protocol: IP Routing for Wireless/Mobile Hosts: QoS: e Next Generation Transition: Publicações nos seguintes sites: Distributed Management Task Force: World Wide Web Consortium:

4 6) Protocolos de Transporte 7) Protocolos de Aplicação
AULA 1: REVISÃO 1) Tecnologia de Redes 2) Hubs e Switches 3) Arquitetura TCP/IP 4) Endereçamento IP 5) Roteamento 6) Protocolos de Transporte 7) Protocolos de Aplicação

5 I - Tecnologias de Redes

6 LAN – LOCAL AREA NETWORKS
A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico. A B DADOS CRC A B C quadro

7 ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO
QUADRO O quadro (frame) é a menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local. ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO A B DADOS CRC FECHO CABEÇALHO

8 quadros na fila de espera
PROBLEMA 1: O tempo médio para ganhar o meio aumenta com o número de computadores da rede. ESCUTANDO ESCUTANDO A B C quadros na fila de espera

9 EFEITO DA DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES
O tempo de propagação entre as estações afeta a taxa de ocupação máxima da rede. T t A TRANSMITE A RECEBE A B RECEBE B TRANSMITE B tempo para o sinal ir de A para B

10 eficiência100Mbits e 2Km = 9,1%
Exemplo Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s: Tempo para transmitir um quadro T = s Velocidade de propagação no meio: Km/s Tempo de propagação: t = s para 200 m Tempo de propagação: t= para 2 Km eficiência = T/(T+t) HALF-DUPLEX eficiência200m = 91% L eficiência2Km = 50% eficiência100Mbits e 2Km = 9,1% A B

11 PROBLEMA 2: COLISÃO A B C A C COLISÃO DETECTADA POR A A TRANSMITE t
RECEBIDO DE C COLISÃO DETECTADA POR C C t RECEBIDO DE A C TRANSMITE

12 eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 %
Exemplo eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T) t: tempo de propagação L = 200m então t=1 10-6s T: tempo para transmitir o quadro T = s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s) HALF-DUPLEX eficienciaL=200m = 60,8 % L eficienciaL=2Km = 13,4% eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 % A B

13 LIMITAÇÕES DAS LANs O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO
Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o desempenho da rede diminui na medida em que muitos computadores são colocados no mesmo barramento. A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É LIMITADA Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver desocupado. Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado de colapso e baixo desempenho.

14 HUBS Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. HUB A C A C A C B C A

15 SWITCH (Transparent Bridging)
Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos. SWITCH PORTA COMPUTADOR 1 A 1 2 3 A C A C 3 C C A C A A B C

16 SWITCH SWITCH HUB HUB A B C D E F G
Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local analisando os endereços físicos. Permitem também interligar dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes. SWITCH HUB HUB A B C D E F G

17 Switch: Isolando Domínios de Colisão
Packet sniffing pode ser combativo de duas formas: com criptografia e com switches. Os computadores que estão conectados a portas isoladas de um switch são imunes a sniffing. Mesmo domínio de broadcast SWITCH Não há possibilidade de sniffing HUB HUB A B C D E F G

18 LAN Switching e VLANs SEGMENTO = Domínio de Colisão
Os computadores de um Hub estão no mesmo segmento físico. VLAN = Domínio de Broadcast O tráfego de broadcast pode passar de uma VLAN para outra apenas através de um roteador. FF.FF.FF.FF.FF.FF SWITCH FF.FF.FF.FF.FF.FF B FF.FF.FF.FF.FF.FF A,B,C: VLAN 1 D,E: VLAN 2 A C D E

19 Modos das Portas de Switch
As portas de um switch pode trabalhar em dois modos: Modo Access Cada porta do switch pertence a uma única VLAN. Quadros Ethernet: Formato Normal. Modo Trunk O tráfego de múltiplas VLANs é multiplexado em um único link físico. Usualmente interconectam switches. Quadros Ethernet: formato especial (VLAN). Apenas computadores com placas especiais podem se conectar a essas portas.

20 VLAN B C VLAN 2 VLAN 2 VLAN 1,2,3 VLAN 1 SWITCH SWITCH A D ACCESS
TRUNK VLAN 3 VLAN 1,2,3 VLAN 1,2,3 SWITCH VLAN 2 E

21 Protocolos Trunk Os quadros nas interfaces trunk são formatados em quadros especiais para identificar a quais LANs eles pertencem. Os protocolos trunk podem ser: Proprietários: Cisco Inter-Switch Link (ISL) Padrões baseados no IEEE 802.1Q 6 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 2 Bytes Endereço Físico de Destino Endereço Físico de Origem Identificador de Tipo de VLAN Prioridade e VLAN ID Dados CRC Esses campos são removidos quando o quadro é enviado para uma interface do tipo access.

22 Pode ser uma ligação ponto a ponto
WAN A redes WAN utilizam uma tecnologia de transmissão que permite interligar um número ilimitado de comutadores em distâncias arbitrariamente grandes. roteador LAN LAN LAN Pode ser uma ligação ponto a ponto

23 Roteamento/Comutação
broadcast roteador Ligação ponto a ponto

24 Comutação POR CIRCUITO POR PACOTES NÃO DATAGRAMA COMUTAÇÃO
ORIENTADA A CONEXÃO? POR PACOTES SIM CIRCUITO VIRTUAL

25 Redes de comutação por circuito
Estabelece um caminho dedicado entre a origem e o destino, antes que a comunicação se estabeleça. Exemplo: TDMA, CDMA, SHD, PDH, etc. A banda é reservada, independente do tráfego. A B REDE COMUTADA POR CIRCUITO D C

26 Redes de comutação por pacote
Não estabelece um caminho dedicado. As informações de endereçamento precisam ser intercaladas com o próprio fluxo de mensagens, numa operação de denominada empacotamento. Exemplos: TCP/IP, GPRS, etc. REDE COMUTADA POR PACOTE

27 Redes de pacotes orientadas a conexão
Também conhecidas como circuito virtual Determinam o caminho entre emissor e receptor antes de iniciar a comunicação. Os pacotes chegam sempre na ordem em que foram enviados. Exemplo: ATM e Frame-Relay IDENTIFICADOR DE CIRCUITO VIRTUAL OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS PACOTE NUMA REDE ORIENTADA A CONEXÃO

28 Redes de pacotes não orientadas a conexão
Também conhecidas como datagrama. O caminho é determinado analisando o endereço de cada pacote. Os pacotes podem chegar fora de ordem. Exemplo: TCP/IP ENDEREÇO DE ORIGEM ENDEREÇO DE DESTINO OUTRAS INFORMAÇÕES DE CONTROLE DADOS PACOTE NUMA REDE NÃO ORIENTADA A CONEXÃO

29 REDES IP: Não orientadas a conexão ATM: Orientadas a conexão roteador
Utiliza o endereço dos computadores switch Utiliza um identificador de conexão

30 Roteamento Destinatário final ID de circuito

31 ? ROTEADORES PACOTE PORTA ROTEADOR PORTA PORTA
Os roteadores são dispositivos responsáveis por rotear os pacotes através da rede. Cada roteador possui apenas uma visão local da rota, isto é, ele decide apenas para qual de suas portas enviar o pacote. PORTA PACOTE ROTEADOR ? PORTA PORTA

32 ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede
QUADRO E PACOTE Os pacotes são transportados no interior dos quadros. QUADRO PACOTE ORIGEM DESTINO ORIGEM CRC DESTINO DADOS ENDEREÇO DE REDE ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede

33 QUADRO E PACOTE 200.17.106.x 200.17.176.x ENLACE PONTO-A-PONTO
O QUADRO MUDA DE ACORDO COM O MEIO FÍSICO O PACOTE É SEMPRE O MESMO ENLACE PONTO-A-PONTO REDE LOCAL TOKEN-RING REDE LOCAL ETHERNET x

34 Camada de Transporte REDE Processo Processo Processo Processo
APLICAÇÃO APLICAÇÃO PORTA PORTA PORTA PORTA TRANSPORTE TRANSPORTE TRANSPORTE IP IP IP REDE REDE MAC MAC ENLACE/FÍSICA ENLACE/FÍSICA REDE

35 PORTAS Exemplo: Protocolo TCP/IP
Portas são números inteiros de 16 bits Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority) 1023 PORTAS RESERVADAS PARA SERVIDORES PADRONIZADOS 1024 65535 PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS

36 Comunicação Cliente-Servidor
Porta Origem Porta Destino Dados Servidor WWW Porta bem conhecida Outlook Servidor de Netscape 1024 1025 80 25 Porta aleatória

37 QUADRO, PACOTE E SEGMENTO
ORIGEM DESTINO ORIGEM DESTINO CRC ORIGEM DESTINO DADOS ENDEREÇOS DE REDE PORTAS (ENDEREÇOS DE PROCESSOS) ENDEREÇOS FÍSICO

38 Modelo de Referência SERVIÇOS Sistema Operacional de Rede PROTOCOLOS
HARDWARE

39 OSI - Open Systems Interconnection Model
Mensagens padronizadas. Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy) Aplicação Representação de dados independente da plataforma. Apresentação Sessão Comunicação com controle de estado. Comunicação entre processos. Dispositivo de Rede: Não há Transporte Roteamento dos pacotes através de redes diferentes Dispositivo de Rede: Roteador Rede Enlace de Dados Empacotamento de dados em quadros dentro da rede. Dispositivo de Rede: Ponte, Switch Transmissão de bits através do meio físico. Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub Física

40

41 Comunicação no Modelo OSI
protocolo aplicação Aplicação Aplicação protocolo apresentação Apresentação Apresentação protocolo sessão Sessão Sessão protocolo transporte Transporte Transporte protocolo rede Rede Rede protocolo enlace Enlace de Dados Enlace de Dados protocolo da camada física Física Física

42 Camadas do Modelo OSI segmento pacote quadro bit Aplicação
HTTP, FTP, SMB, SMTP, POP3, IMAP4, DNS, NetBIOS, DHCP, etc Aplicação Apresentação Gateway de Aplicação Sessão TCP, SPX, NetBEUI Transporte segmento pacote IP, IPX Rede Router Ethernet, Fast-Ethernet, Token-Ring, etc. quadro Enlace de Dados Ponte, Switch bit Física Hub, Repetidor

43 II - Arquitetura TCP/IP

44 Arquitetura TCP/IP INTERNET = ARQUITETURA TCP/IP

45 Endereços IP Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST

46 Notação Decimal Pontuada

47 REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE ENDEREÇOS IP
HOSTS NA MESMA REDE LOCAL DEVEM TER O MESMO ID DE REDE HOSTS COM ID DE REDE DIFERENTE DEVEM SER LIGADOS ATRAVÉS DE ROTEADORES.

48 Distribuição de IP’s IANA Mundo ARIN Américas e Caribe FAPESP Brasil
PROVEDOR Embratel, Impsat, etc REDE CORPORATIVA

49 Classes de Endereçamento
ENDEREÇOS PRIVADOS (CATEGORIA 1) 1 REDE CLASSE A: a 16 REDES CLASSE B: a 256 REDES CLASSE C: a

50 Classe IP A B C 16 milhões 65 mil 255 10.x.x.x 172.68.x.x 200.134.51.x
... A 16 milhões x.x ... 65 mil B x ... C 255

51

52 Como atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO CURITIBA ... ... 300 computadores 200 computadores

53 Como atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO SÃO PAULO 150 computadores ... ... ... 300 computadores 150 computadores DUAS CLASSES C 512 endereços UMA CLASSE B 65536 endereços

54 SubRedes e SuperRedes A Máscara de Subrede Máscaras Default:
32 bits em notação decimal pontuada. bits 1 indicam o endereço da subrede bits 0 o endereço do host. Máscaras Default: classe A: ou classe B: ou classe C: ou

55 Como Atribuir IP’s para rede abaixo?
SÃO PAULO CURITIBA ... ... 900 computadores 600 computadores ... RIO DE JANEIRO 800 computadores

56 Exemplo Por default, a máscara de uma rede classe B é 255.255.0.0.
Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara: Exemplo: a rede x.x seria dividida em: 1: a 00 16K 2: a 01 16K 64K 3: a 10 16K 4: a 16K 11

57 SÃO PAULO CURITIBA 900 computadores 600 computadores ... ... 800 computadores ... RIO DE JANEIRO

58 Endereços IP especiais
Não podem ser atribuídos a nenhuma estação: : Endereço de Loopack : BroadCast x.x.x.255: BroadCast para uma rede classe A x.x : BroadCast para uma rede classe B x : BroadCast para uma rede classe C : Endereço de Inicialização (DHCP)

59 Loopback IP 127.0.0.1 processo processo processo IP 200.17.98.78
LoopBack = Enviar para si mesmo. Os datagramas com endereço IP 127.x.x.x não são enviados para rede. Eles são tratados localmente pela própria estação como datagramas recebidos. IP processo processo processo IP IP

60 Mapeamento de Endereços
O endereços IP são endereços temporários. O verdadeiro identificador da estação para rede é o endereço MAC endereço físico associado a placa adaptadora de rede: NIC - Network Interface Card. Endereços de 48 bits (6 bytes) IP ( ) NIC MAC ( B3)

61 Endereço MAC O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC
endereços administrados localmente Quem instala a placa de rede. endereços universais Pelo fabricante. 1 2 3 4 5 6 Código do Frabricante Número de Série

62 Filtragem de Endereços
IP REDE MAC INTERRUPÇÃO FÍSICA MACD = PLACA DE REDE LOCAL MACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF) MACD MACO DADOS CRC

63 Relação entre IP e MAC endereço IP A Estação A Estação B endereço IPB
NIC NIC endereço endereço físico físico MAC A MAC B datagrama MAC MAC IP IP Dados A B B A quadro

64 Address Resolution Protocol - ARP
O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para MAC. As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o destinatário através do endereço IP. O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para passa a camada de enlace de dados. Rede IP ORIGEM IP DESTINO Dado Enlace de Dados LLC +MAC Tipo MAC de Destino MAC de Origem Dado ECC

65 ARP qual o MAC do IP ? o MAC do IP é C ? ARP REQUEST ARP REPLY A B C

66 ARP O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os datagramas enviados na ARP Cache. Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache. Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast para subrede. Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve o endereço para o roteador ao invés do destinatário final. ARP Cache endereço IP endereço MAC tipo B3 dinâmico ca dinâmico

67 O ARP só funciona na rede local

68 Roteamento

69 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 TRANSMISSOR MAC DESTINATARIO IP TRANSMISSOR IP DESTINATARIO DADOS INTER-REDES MAC TRANSMISSOR MAC ROTEADOR IP TRANSMISSOR IP DESTINATARIO DADOS

70 Comunicação Inter-Redes
B A IPA IPD D C IPA IPD B C IPC IPB A D IPA IPD

71 Tabela de Roteamento FORMATO GERAL
REDE DESTINO: GATEWAY: INTERFACE: ETHER0 ou CUSTO: 1 ENDEREÇO DE BASE PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no endereço de base.

72 Definições GATEWAY: Porta do roteador que deverá intermediar a entrega. O IP do gateway NÃO é diretamente utilizado. De fato, o IP é utilizado para encontrar o endereço físico da porta do roteador usando o protocolo ARP. INTERFACE: Porta pelo qual o datagrama será enviado. No caso de um computador, em geral só existe uma porta. Roteadores possuem duas ou mais portas.

73 Definições REDE: Indica o destino da rota.
MÁSCARA: define a amplitude do destino. (MASCARA ): Rota para os computadores: a (MASCARA ): a (MASCARA ): Rota para o computador:

74 Exemplo de Tabelas de Roteamento
REDE X INTERNET roteador 1 roteador 2 REDE X

75 Exemplo de Tabela de Roteamento
TABELA DA ESTACAO : Rede Gateway Interface ( ) ( ) roteador 1 OBSERVAÇÃO: Alguns sistemas costumam identificar a interface por um nome lógico, ao invés do IP.

76 Sequência de Análise da Rota
1) DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA ROTA MAIS ESPECÍFICA: ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO 3) ORDEM DAS ROTAS NA TABELA

77 Exemplo de Tabela de Roteamento
TABELA DO ROTEADOR 1: Rede Gateway Interface ( ) ( ) ( ) INTERNET REDE X roteador 1 roteador 2 REDE X

78 Exercício 1 3 1 2 Construa a tabela de roteamento do Roteador 1
3 INTERNET 1 2 INTERNET

79 TABELA DE ROTEAMENTO Rede Destino Mascara Gateway Interface Custo

80 Exercício 2: 1 2 Utilizando a classe C: 200.0.0.0 (255.255.255.0)
A) distribua os IP’s nas duas redes abaixo B) defina a tabela de roteamento do roteador 1. 1 2 INTERNET 100 computadores 100 computadores

81 Divisão dos IP’s REDE 1: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA: REDE 2: ENDEREÇO DE BASE: MÁCARA:

82 TABELA DE ROTEAMENTO Rede Destino Mascara Gateway Interface Custo

83 PROTOCOLOS DE APLICAÇÃO
ANEXO PROTOCOLO IP PROTOCOLO TCP PROTOCOLO UDP PROTOCOLOS DE APLICAÇÃO

84 Datagrama IP Conceito: Denominação dada à unidade de dados do protocolo de rede IP. Os datagramas são transportados no campo de dados do quadros da camada de enlace de dados, num processo conhecido como encapsulamento.

85 Fragmentação de datagramas
O tamanho máximo permitido para os quadros pode ser inferior ao tamanho máximo de um datagrama. Por exemplo, as redes Ethernet limitam o tamanho dos quadros a apenas 1500 bytes, enquanto os datagramas IP podem chegar até 64 K bytes. Nesse caso, é necessário transmitir um datragrama utilizando vários quadros.

86 Formato de um datagrama
O formato de um datagrama é mostrado abaixo:

87 Protocolo do nível de transporte
Conceito: Os protocolos de transporte são capazes de manipular múltiplos endereços numa mesma estação, permitindo que várias aplicações executadas no mesmo computador possam enviar e receber datagramas independentemente.

88 Protocolo TCP Conceito: Protocolo da camada de transporte que oferece um serviço de comunicação confiável e orientado a conexão sobre a camada de rede IP. O Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) é um protocolo orientado a conexão destinado a construir comunicações ponto a ponto confiáveis. O protocolo TCP utiliza um nível de endereçamento complementar aos endereços IP, que permite distinguir vários endereços de transporte numa mesma estação. Os endereços de transporte são números inteiros de 16 bits denominados portas.

89 Endereçamento por Portas

90 TCP = Protocolo Confiável
O protocolo TCP é um protocolo confiável e orientado a conexão. Um protocolo confiável inclui mensagens para confirmação de recebimento Mensagem Processo Transmissor Processo Receptor NACK A mensagem é retransmitida com NACK ou se não houver confirmação Mensagem ACK Kernel Kernel REDE

91 Controle de Seqüenciação
O protocolo TCP oferece um serviço de comunicação orientado a conexão, que garante que as mensagens serão recebidas na mesma seqüência em que foram transmitidas.

92 Segmento TCP

93 Conceito: Protocolo da camada de transporte que oferece um serviço de comunicação não orientado a conexão, construído sobre a camada de rede IP. Sendo não orientado a conexão, o protocolo UDP pode ser utilizado tanto em comunicações do tipo difusão (broadcast) quanto ponto a ponto. Protocolo UDP

94 Mensagem UDP As mensagens UDP são bem mais simples que o TCP pois não oferece a mesma qualidade de serviço.

95 Protocolos do nível de aplicação.
Conceito: Protocolos que disponibilizam serviços padronizados de comunicação, destinados a dar suporte ao desenvolvimento de aplicações para os usuários.

96 Descrição dos Protocolos de Aplicação
FTP: File Transfer Protocol. Protocolo que implementa serviços de transferência de arquivos de uma estação para outra (ponto a ponto) através de rede. TELNET: Serviço de Terminal Remoto. Protocolo utilizado para permitir aos usuários controlarem estações remotas através da rede. SMTP: Simple Mail Transfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência de mensagens de correio eletrônico de uma estação para outra. Esse protocolo especifica como 2 sistemas de correio eletrônico interagem. HTTP: Hypertext Tranfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência de informações multimídia: texto, imagens, som, vídeo, etc. SNMP: Simple Network Monitoring Protocol. Protocolo utilizado para monitorar o estado das estações, roteadores e outros dispositivos que compõe a rede. NFS: Network File System. Protocolo desenvolvido pela "SUN Microsystems, Incorporated", que permite que as estações compartilhem recursos de armazenamento de arquivos através da rede.