© 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 1 Capítulo 4 Camada de rede Nota sobre o uso destes slides ppt: Estamos disponibilizando.

Apresentação em tema: "© 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 1 Capítulo 4 Camada de rede Nota sobre o uso destes slides ppt: Estamos disponibilizando."— Transcrição da apresentação:

1 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 1 Capítulo 4 Camada de rede Nota sobre o uso destes slides ppt: Estamos disponibilizando estes slides gratuitamente a todos (professores, alunos, leitores). Eles estão em formato do PowerPoint para que você possa incluir, modificar e excluir slides (incluindo este) e o conteúdo do slide, de acordo com suas necessidades. Eles obviamente representam muito trabalho da nossa parte. Em retorno pelo uso, pedimos apenas o seguinte: Se você usar estes slides (por exemplo, em sala de aula) sem muita alteração, que mencione sua fonte (afinal, gostamos que as pessoas usem nosso livro!). Se você postar quaisquer slides sem muita alteração em um site Web, que informe que eles foram adaptados dos (ou talvez idênticos aos) nossos slides, e inclua nossa nota de direito autoral desse material. Obrigado e divirta-se! JFK/KWR Todo o material copyright 1996-2009 J. F Kurose e K. W. Ross, Todos os direitos reservados. © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados. slide 1

2 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 2 Capítulo 4 Camada de rede Nota sobre o uso destes slides ppt: Partes dos slides originais foram suprimidas ou alteradas para adaptar o material à ementa da disciplina Redes 1 da Unirio. Todo o material copyright 1996-2009 J. F Kurose e K. W. Ross, Todos os direitos reservados. © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados. slide 2

3 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 3 Capítulo 4: Camada de rede Objetivos do capítulo:  entender os princípios por trás dos serviços da camada de rede:  modelos de serviço da camada de rede  repasse versus roteamento  como funciona um roteador  roteamento (seleção de caminho)  lidando com escala  tópicos avançados: IPv6, mobilidade  instanciação, implementação na Internet

4 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 4  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

5 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 5 Camada de rede  segmento de transporte do hosp. emissor ao receptor  o lado emissor encapsula segmentos em datagramas  o lado receptor entrega segmentos à camada de transporte  protocolos da camada de rede estão em cada hosp. E nos roteadores  roteador examina campos de cabeçalho de rede em todos os datagramas IP que passam por ele aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física

6 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 6 Duas importantes funções da camada de rede  repasse: mover pacotes da entrada do roteador para a saída apropriada do roteador  roteamento: determinar rota seguida pelos pacotes da origem ao destino  algoritmos de roteamento analogia:  roteamento: processo de planejamento da viagem da origem ao destino  repasse: processo de passar por um único cruzamento

7 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 7 1 2 3 0111 valor no cab. do pacote chegando algoritmo de roteamento tabela de repasse local valor do cab. enlace saída 0100 0101 0111 1001 32213221 Interação entre roteamento e repasse

8 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 8 Redes de datagrama  Pacotes repassados usando o endereço de destino  cada roteador toma uma decisão individual de encaminhamento  tabelas dos roteadores devem guardar coerência entre si  pacotes entre mesmo par origem-destino podem tomar caminhos diferentes aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física 1. Envia dados 2. Recebe dados

9 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 9 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

10 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 10 Visão geral da arquitetura do roteador Duas funções principais do roteador:  executar algoritmos/protocolo de roteamento (RIP, OSPF, BGP)  repassar datagramas do enlace de entrada para saída

11 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 11 Funções da porta de entrada Comutação descentralizada:  dado destino do datagrama, porta de saída de pesquisa usando tabela de repasse na memória da porta de entrada  objetivo: processamento completo da porta de entrada na ‘velocidade de linha’  forma fila se datagramas chegarem mais rápido que taxa de repasse no elemento de comutação Camada física: recepção por bit Camada de enlace de dados: p. e., Ethernet ver Capítulo 5

12 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 12 Portas de saída  Buffering exigido quando os datagramas chegam do elemento de comutação mais rápido que a taxa de transmissão  Disciplina de escalonamento escolhe entre os datagramas enfileirados para transmissão

13 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 13 Enfileiramento na porta de saída  buffering quando a taxa de chegada via comutador excede a velocidade da linha de saída  enfileiramento (atraso) e perda devidos a estouro de buffer na porta de saída!

14 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 14 Capítulo 4: Camada de rede  4.1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

15 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 15 A camada de rede da Internet tabela de repasse Funções na camada de rede do hospedeiro e roteador: prots. roteamento seleção caminho RIP, OSPF, BGP protocolo IP convs. de endereçamento formato de datagrama convs. manuseio de pacote protocolo ICMP informe de erro “sinalização” do roteador Camada de transporte: TCP, UDP Camada de enlace Camada física Camada de rede

16 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 16 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

17 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 17 Formato do datagrama IP

18 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 18 Fragmentação e reconstrução do IP  enlaces de rede têm MTU (tamanho máx. transferência) – maior quadro em nível de enlace possível.  diferentes tipos de enlace, diferentes MTUs  grande datagrama IP dividido (“fragmentado”) dentro da rede  um datagrama torna-se vários datagramas  “reconstruído” somente no destino final  bits de cabeçalho IP usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados

19 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 19 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

20 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 20 Endereçamento IP: introdução  endereço IP: identificador de 32 bits para interface de hospedeiro e roteador  interface: conexão entre hospedeiro/ roteador e enlace físico  roteadores normalmente têm várias interfaces  hospedeiro normalmente tem uma interface  endereços IP associados a cada interface 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 111

21 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 21 Sub-redes  endereço IP:  parte da sub-rede (bits da máscara, à esquerda)  parte do host (bits após a máscara)  O que é uma sub-rede?  dispositivo se conecta à mesma parte da sub- -rede do endereço IP  pode alcançar um ao outro fisicamente sem roteador intermediário 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 rede dividida em 3 sub-redes com máscara /24 sub-rede

22 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 22 223.1.1.0/24 223.1.2.0/24 223.1.3.0/24 Receita  para determinar as sub-redes, destaque cada interface de seu hospedeiro ou roteador, criando ilhas de redes isoladas. Cada rede isolada é denominada sub-rede Neste exemplo, máscaras têm 24 bits (/24)

23 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 23 Quantas sub-redes? 223.1.1.1 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.2.6 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 223.1.1.2 223.1.7.0 223.1.7.1 223.1.8.0223.1.8.1 223.1.9.1 223.1.9.2

24 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 24 Endereçamento IP: CIDR CIDR: Classless InterDomain Routing (roteamento interdomínio sem classes)  parte de sub-rede do endereço de tamanho arbitrário  formato do endereço: a.b.c.d/x, onde x é # bits na parte de sub-rede do endereço 11001000 00010111 00010000 00000000 parte de sub-rede parte do hosp. 200.23.16.0/23

25 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 25 Endereços IP: como obter um? P: Como um hospedeiro obtém endereço IP?  fornecido pelo administrador do sistema em um arquivo  Windows: painel de controle->rede ->configuração->tcp/ip->propriedades  UNIX: /etc/rc.config  DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: recebe endereço dinamicamente do servidor  “plug-and-play”

26 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 26 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Objetivo: permitir que o hospedeiro obtenha dinamicamente seu endereço IP do servidor de rede quando se conectar à rede pode renovar seu prazo no endereço utilizado permite reutilização de endereços (só mantém endereço enquanto conectado e “ligado”) aceita usuários móveis que queiram se juntar à rede (mais adiante) Visão geral do DHCP:  host broadcasts “DHCP discover” msg [optional]  servidor DHCP responde com msg “DHCP offer” [opcional]  hospedeiro requer endereço IP: msg “DHCP request”  servidor DHCP envia endereço: msg “DHCP ack”

27 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 27 DHCP – cenário cliente/servidor 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.3 223.1.1.4 223.1.2.9 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 A B E servidor DHCP cliente DHCP chegando precisa de endereço nesta sub-rede

28 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 28 DHCP: mais do que endereço IP DHCP pode (e deve) retornar mais do que apenas o endereço IP alocado na sub-rede:  endereço do roteador do primeiro salto para o cliente (gateway-default)  nome e endereço IP do servidor DNS  máscara de rede (indicando parte de rede versus hospedeiro do endereço)

29 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 29 Subredes numa Rede Institucional à rede externa roteador sub-rede IP servidor correio servidor Web

30 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 30 ARP: Address Resolution Protocol  Cada nó IP (hosp., roteador) na LAN tem tabela ARP  Tabela ARP: mapeamentos de endereço IP/MAC para alguns nós da LAN  TTL (Time To Live): tempo após o qual o mapeamento de endereço será esquecido (normalmente, 20 min)  obtida via protocolo ARP Pergunta: Como determinar endereço MAC de B sabendo o endereço IP de B? 1A-2F-BB-76-09-AD 58-23-D7-FA-20-B0 0C-C4-11-6F-E3-98 71-65-F7-2B-08-53 LAN 137.196.7.23 137.196.7.78 137.196.7.14 137.196.7.88

31 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 31 Protocolo ARP: mesma LAN (rede)  A quer enviar datagrama a B, e endereço MAC de B não está na tabela ARP de A.  A envia por broadcast pacote de consulta ARP, contendo endereço IP de B  endereço MAC de destino = FF-FF-FF-FF-FF-FF  todas as máquinas na LAN recebem consulta ARP  B recebe pacote ARP, responde para A com seu endereço MAC (de B)  quadro enviado ao endereço MAC de A (unicast)  A salva em cache par de endereços IP-para-MAC em sua tabela ARP até a informação expirar  estado soft: informação que expira (desaparece) se não for renovada  ARP é “plug-and-play”:  nós criam suas tabelas ARP sem intervenção do administrador de rede

32 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 32 ARP: roteando p/ outra LAN R 1A-23-F9-CD-06-9B 222.222.222.220 111.111.111.110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D 111.111.111.112 111.111.111.111 A 74-29-9C-E8-FF-55 222.222.222.221 88-B2-2F-54-1A-0F B 222.222.222.222 49-BD-D2-C7-56-2A enviar datagrama de A para B via R suponha que A saiba o endereço IP de B  A possui rota para B apontando para R (gateway- default), cujo IP é 111.111.111.110 na sub-rede de A  duas tabelas ARP no roteador R, uma para cada LAN (sub-rede IP)

33 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 33  A cria datagrama IP com origem A, destino B  A usa ARP para obter endereço MAC de R relativo ao IP 111.111.111.110  A cria quadro da camada de enlace com endereço MAC de R como destino, quadro contém datagrama IP A-para-B  NIC de A envia quadro  NIC de R recebe quadro  R remove datagrama IP do quadro Ethernet, vê que é destinado a B  R usa ARP para obter endereço MAC de B  R cria quadro contendo datagrama IP A-para-B e envia para B, MAC de R relativo ao IP 222.222.222.220 como origem, MAC B como destino R 1A-23-F9-CD-06-9B 222.222.222.220 111.111.111.110 E6-E9-00-17-BB-4B CC-49-DE-D0-AB-7D 111.111.111.112 111.111.111.111 A 74-29-9C-E8-FF-55 222.222.222.221 88-B2-2F-54-1A-0F B 222.222.222.222 49-BD-D2-C7-56-2A Este é um exemplo realmente importante – procure entender bem!

34 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 34 VLANs: motivação  Único domínio de broadcast:  todo tráfego de broadcast da camada 2 (ARP, DHCP) cruza a LAN inteira  questões de eficiência, segurança/privacidade  O que acontece se usuário da CC muda para EE, mas quer se conectar ao comutador CC? Ciência da Computação Engenharia Elétrica Engenharia da Computação Como melhorar esta figura?

35 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 35 VLANs VLAN baseada em porta: portas de comutador agrupadas (por software de gerenciamento de comutador) para que único comutador físico …… Comutador(es) admitindo capacidades de VLAN podem ser configurados para definir múltiplas LANs virtuais por única infraestrutura de LAN física. Cada VLAN possui sua “própria” tabela MAC de encaminhamento Virtual Local Area Network 1 8 9 1610 2 7 … Engenharia Elétrica (VLAN portas 1-8) Ciência da Computação (VLAN portas 9-15) 15 … Engenharia Elétrica (VLAN portas 1-8) … 1 8 2 7 9 1610 15 … Ciência da Computação (VLAN portas 9-16) … opere como múltiplos comutadores virtuais

36 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 36 VLAN baseada em porta 1 8 9 1610 2 7 … Engenharia Elétrica (VLAN portas 1-8) Ciência da Computação (VLAN portas 9-15) 15 …  isolamento de tráfego: quadros de/para portas 1-8 só podem alcançar portas 1-8  também podem definir VLAN com base em endereços MAC das extremidades, em vez de porta do comutador  inclusão dinâmica: portas podem ser atribuídas dinamicamente entre VLANs roteador  repasse entre VLANS: feito por roteamento (assim como em comutadores separados)  na prática, fornecedores vendem uma combinação de comutador e roteador, comumentes chamados de switches L3

37 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 37 VLANS spanning multiple switches  porta de tronco: carrega quadros de múltiplas VLANS definidas sobre vários comutadores físicos  quadros repassados dentro da VLAN entre comutadores não podem ser quadros 802.1 (Ethernet) comuns, devem ter informação de VLAN ID (que identifica uma dada VLAN)  protocolo 802.1q inclui campos de cabeçalho adicionais (p/ex, VLAN ID) para quadros repassados entre portas de tronco 1 8 9 10 2 7 … Engenharia Elétrica (VLAN portas 1-8) Ciência da Computação (VLAN portas 9-15) 15 … 2 7 3 Portas 2,3,5 pertencem a EE VLAN Portas 4,6,7,8 pertencem a CS VLAN 5 46 8 16 1

38 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 38 Formato de quadro 802.1Q VLAN quadro 802.1 quadro 802.1Q

39 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 39 Endereços IP: como obter uma faixa? P : Como uma rede obtém uma faixa de endereços IP? R: Recebe alocação de parte do espaço de endereços de seu ISP Bloco do ISP 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 Organização 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organização 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organização 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23... ….. …. …. Organização 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23

40 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 40 Endereçamento hierárquico: agregação de rota “Envie-me qualquer coisa com endereços começando com 200.23.16.0/20” 200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23 Fly-By-Night-ISP Organização 0 Organização 7 Internet Organização 1 ISPs-R-Us “Envie-me qualquer coisa com endereços começando com 199.31.0.0/16” 200.23.20.0/23 Organização 2...... Endereçamento hierárquico permite anúncio eficiente da informação de roteamento:

41 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 41 Tabela de repasse Faixa de endereços de destino Interface de saída 11001000 00010111 00010000 00000000 até 0 11001000 00010111 00010111 11111111 11001000 00010111 00011000 00000000 até 1 11001000 00010111 00011000 11111111 11001000 00010111 00011001 00000000 até _ 2 11001000 00010111 00011111 11111111 senão 3 Indica interface de saída de acordo com o prefixo (sub-rede) de destino

42 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 42 Concordância do prefixo mais longo Concordância do prefixo Interface do enlace 11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 senão 3 DA: 11001000 00010111 00011000 10101010 Exemplos DA: 11001000 00010111 00010110 10100001 Qual interface? Interface 0 Qual interface? 1 ou 2? Neste caso, a que iguala com o prefixo maior: a 1

43 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 43 Endereçamento IP: a última palavra... P: Como um ISP recebe bloco de endereços? R: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers  aloca endereços  administra o DNS (Domain Name Service)  atribui nomes de domínio e resolve disputas

44 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 44 NAT: Network Address Translation 10.0.0.1 10.0.0.2 10.0.0.3 10.0.0.4 138.76.29.7 rede local (p. e., rede doméstica) 10.0.0/24 restante da Internet datagramas com origem ou destino nesta rede têm endereço 10.0.0/24 para origem/destino (como sempre) todos os datagramas saindo da rede local têm mesmo endereço IP NAT de origem: 138.76.29.7, mas diferentes números de porta de origem Obs: o número da porta (origem/destino) serve para identificar, naqueles IPs (orig./dest.), os processos que estão se comunicando

45 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 45  motivação: rede local usa apenas um endereço IP no que se refere ao mundo exterior:  intervalo de endereços não necessário pelo ISP: apenas um endereço IP para todos os dispositivos  pode mudar os endereços dos dispositivos na rede local sem notificar o mundo exterior  pode mudar de ISP sem alterar os endereços dos dispositivos na rede local  dispositivos dentro da rede local não precisam ser explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (uma questão de segurança).

46 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 46 Implementação: roteador NAT deve:  enviando datagramas: substituir (endereço IP de origem, # porta) de cada datagrama saindo por (endereço IP da NAT, novo # porta)... clientes/servidores remotos responderão usando (endereço IP da NAT, novo # porta) como endereço de destino  lembrar (na tabela de tradução NAT) de cada par de tradução (endereço IP de origem, # porta) para (endereço IP da NAT, novo # porta)  recebendo datagramas: substituir (endereço IP da NAT, novo # porta) nos campos de destino de cada datagrama chegando por (endereço IP origem, # porta) correspondente, armazenado na tabela NAT

47 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 47 1: hospedeiro 10.0.0.1 envia datagrama para 128.119.40.186, 80 2: roteador NAT muda endereço de origem do datagrama de 10.0.0.1, 3345 para 138.76.29.7, 5001, atualiza tabela 3: Resposta chega endereço destino: 138.76.29.7, 5001 4: roteador NAT muda endereço de destino do datagrama de 138.76.29.7, 5001 para 10.0.0.1, 3345

48 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 48  campo de número de porta de 16 bits:  60.000 conexões simultâneas com um único endereço no lado da LAN!  NAT é controverso:  roteadores só devem processar até a camada 3  viola argumento de fim a fim a possibilidade de NAT deve ser levada em conta pelos projetistas da aplicação, p. e., aplicações P2P Como atingir um serviço atrás de NAT??? Precisa saber o IP do NAT e a porta “nateada” para o serviço  a falta de endereços será resolvida pelo IPv6

49 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 49 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

50 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 50 ICMP: Internet Control Message Protocol  Usado por hospedeiros & roteadores para comunicar informações em nível de rede  relato de erro: hospedeiro, rede, porta, protocolo inalcançável  eco de solicitação/ resposta (usado por ping)  Subcamada de rede “acima” do IP:  msgs ICMP transportadas em datagramas IP  Mensagem ICMP: tipo, código mais primeiros 8 bytes do datagrama IP com erro (quando este for o motivo) Tipo Cód, Descrição 0 0 resposta de eco (ping) 3 0 rede de destino inalcançável 3 1 hosp. de destino inalcançável 3 2 protocolo de destino inalcançável 3 3 porta de destino inalcançável 3 6 rede de destino desconhecida 3 7 hosp. de destino desconhecido 4 0 redução da fonte (controle de congestionamento – não usado) 8 0 solicitação de eco (ping) 9 0 anúncio de rota 10 0 descoberta do roteador 11 0 TTL expirado 12 0 cabeçalho IP inválido

51 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 51 Traceroute e ICMP  origem envia série de segmentos UDP ao destino  primeiro tem TTL = 1  segundo tem TTL = 2 etc.  número de porta improvável  quando n o datagrama chegar no n o roteador:  roteador descarta datagrama  e envia à origem uma msg ICMP (tipo 11, código 0)  mensagem inclui IP do roteador  quando a mensagem ICMP chega, origem calcula RTT  traceroute faz isso 3 vezes p/ cada TTL Critério de término  segmento UDP por fim chega no hospedeiro de destino  destino retorna pacote ICMP “porta de destino inalcançável” (tipo 3, código 3)  quando origem recebe esse ICMP, traceroute termina

52 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 52 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

53 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 53 IPv6  motivação inicial: o espaço de endereço de 32 bits logo estará completamente alocado o endereço passa a ter 128 bits  motivação adicional:  formato de cabeçalho ajuda a agilizar processamento e repasse  mudanças no cabeçalho para facilitar tratamento diferenciado (QoS) formato de datagrama IPv6:  cabeçalho de 40 bytes de tamanho fixo  fragmentação não permitida

54 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 54 Cabeçalho IPv6 prioridade: identificar prioridade entre datagramas no fluxo rótulo de fluxo: identificar datagramas no mesmo “fluxo.” (conceito de “fluxo” não é bem definido) próximo cabeçalho: identificar protocolo da camada superior para dados

55 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 55 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

56 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 56 1 2 3 0111 valor no cabeçalho do pacote de chegada algoritmo de roteamento tabela de repasse local valor cab. enlace saída 0100 0101 0111 1001 32213221 Interação entre roteamento e repasse

57 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 57 u y x wv z 2 2 1 3 1 1 2 5 3 5 Grafo: G = (N,E) N = conjunto de roteadores = { u, v, w, x, y, z } E = conjunto de enlaces = { (u,v), (u,x), (v,x), (v,w), (x,w), (x,y), (w,y), (w,z), (y,z) } Abstração de grafo Comentário: Abstração de grafo é útil em outros contextos de rede Exemplo: P2P, onde N é conj. de pares e E é conj. de conexões TCP

58 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 58 Abstração de grafo: custos u y x wv z 2 2 1 3 1 1 2 5 3 5 c(x,x’) = custo do enlace (x,x’) - p. e., c(w,z) = 5 custo poderia ser sempre 1, ou inversamente relacionado à largura ou inversamente relacionado ao congestionamento Custo do caminho (x 1, x 2, x 3,…, x p ) = c(x 1,x 2 ) + c(x 2,x 3 ) + … + c(x p-1,x p ) Pergunta: Qual é o caminho de menor custo entre u e z? algoritmo de roteamento: algoritmo que encontra o caminho de menor custo

59 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 59 Classificação do algoritmo de roteamento Global:  todos os roteadores têm topologia completa, informação de custo do enlace  algoritmos de “estado do enlace” Descentralizado:  roteador conhece vizinhos conectados fisicamente, custos de enlace para vizinhos  processo de computação iterativo, troca de informações com vizinhos  algoritmos de “vetor de distância” Roteamento dinâmico:  rotas mudam ao longo do tempo  atualização periódica, em resposta a mudanças no custo do enlace

60 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 60 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

61 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 61 Algoritmo de roteamento de estado do enlace algoritmo de Dijkstra  topologia, custos de enlace conhecidos de todos os nós  realizado por “broadcast de estado do enlace”  todos os nós têm a mesma informação  calcula caminhos de menor custo de um nó (“origem”) para todos os outros nós  constrói tabela de repasse para esse nó  iterativo: após k iterações, sabe caminho de menor custo para k destinos

62 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 62 Algoritmo de Dijkstra: exemplo Etapa 0 1 2 3 4 5 N' u ux uxy uxyv uxyvw uxyvwz D(v),p(v) 2,u D(x),p(x) 1,u D(y),p(y) ∞ 2,x D(z),p(z) ∞ 4,y u y x wv z 2 2 1 3 1 1 2 5 3 5 D(w),p(w) 5,u 4,x 3,y

63 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 63 Algoritmo de Dijkstra: exemplo (2) u y x wv z árvore resultante do caminho mais curto a partir de u: v x y w z (u,v) (u,x) destino enlace tabela de repasse resultante em u:

64 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 64 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

65 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 65 Algoritmo de vetor de distância Equação de Bellman-Ford (programação dinâmica) defina d x (y) : = custo do caminho de menor custo de x para y depois d x (y) = min {c(x,v) + d v (y) } onde min assume todos os vizinhos v de x v

66 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 66 Exemplo de Bellman-Ford u y x wv z 2 2 1 3 1 1 2 5 3 5 claramente, d v (z) = 5, d x (z) = 3, d w (z) = 3 d u (z) = min { c(u,v) + d v (z), c(u,x) + d x (z), c(u,w) + d w (z) } = min {2 + 5, 1 + 3, 5 + 3} = 4 nó que alcança mínimo é o próximo salto no caminho mais curto ➜ tabela de repasse equação B-F diz:

67 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 67 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

68 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 68 Roteamento hierárquico escala: Internet c/ mais de 200 milhões de destinos:  não pode armazenar todos os destinos nas tabelas de roteamento!  troca de tabela de roteamento atolaria os enlaces! autonomia administrativa  Internet = rede de redes  cada administração de rede controla o roteamento de sua própria rede nosso estudo de roteamento até aqui – o ideal:  todos os roteadores idênticos  rede “achatada” … não acontece na prática

69 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 69  Roteadores agregados em regiões, “sistemas autônomos” (AS)  Roteadores no mesmo AS rodam o mesmo protocolo de roteamento  protocolo de roteamento “intra-AS”  roteadores em ASes diferentes podem executar protocolos de roteamento intra-AS diferentes Roteador de borda  enlace direto com roteador de outro AS  responsável por ligações entre ASes (inter-AS)  recebe/propaga informações de roteamento de/para outro AS (roteamento inter-AS)  propaga informações de roteamento externo para dentro do seu AS Roteamento hierárquico

70 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 70 Host h2 a b b a a C A B d c A.a A.c C.b B.a c b Host h1 roteamento Intra-AS dentro AS A roteamento Inter-AS entre A e B roteamento Intra-AS dentro do AS B Roteamento hierárquico

71 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 71 Roteadores de Borda realizam roteamento inter-AS entre si realizam roteamento intra-AS com outros roteadores do mesmo AS Roteamento inter-AS e intra-AS no roteador A.c Camada de rede Camada de enlace Camada física a b b a a C A B d A.a A.c C.b B.a c b c Roteamento hierárquico

72 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 72 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b algoritmo de roteamento intra-AS tabela de repasse 3c ASes interconectados  tabela de repasse configurada por algoritmo de roteamento intra e inter-AS  intra-AS define entradas para destinos internos  inter-AS & intra-AS definem entradas para destinos externos algoritmo de roteamento inter-AS

73 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 73 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b algoritmo de roteamento intra-AS tabela de repasse 3c ASes interconectados  1b ensina demais roteadores do AS1, via protocolo inter- AS, que ele é uma possível saída (gateway) para os prefixos de AS2 e ASx  protocolo intra-AS em cada roteador do AS1 dita o melhor caminho até 1b  mas AS2 pode não querer ensinar caminho p/ ASx!!!! algoritmo de roteamento inter-AS … ASx

74 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 74 Escolhendo entre múltiplos ASes de saída  Suponha que o AS1 descubra pelo protocolo inter-AS que a sub- rede X pode ser alcançada por AS3 e por AS2 o 1d recebe via protocolo inter-AS as possíveis saídas p/ X o protocolo inter-AS em 1d determina qual a melhor saída p/ X o 1d configura tabela de repasse com a respectiva interface de saída para X 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c x … …

75 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 75 Capítulo 4: Camada de rede  4. 1 Introdução  4.2 Redes de circuitos virtuais e de datagramas  4.3 O que há dentro de um roteador?  4.4 IP: Internet Protocol  formato do datagrama  endereçamento IPv4  ICMP  IPv6  4.5 Algoritmos de roteamento  estado de enlace  vetor de distâncias  roteamento hierárquico  4.6 Roteamento na Internet  RIP  OSPF  BGP  4.7 Roteamento broadcast e multicast

76 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 76 Roteamento intra-AS  também conhecido como Interior Gateway Protocols (IGP)  protocolos de roteamento intra-AS mais comuns:  RIP: Routing Information Protocol  OSPF: Open Shortest Path First  IGRP: Interior Gateway roteamento Protocol (proprietário da Cisco)  ISIS: Intermediate System to Intermediate System (similar ao OSPF, mas nós não precisam ter IP)

77 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 77 RIP (Routing Information Protocol )  algoritmo de vetor de distância  incluído na distribuição BSD-UNIX em 1982  métrica de distância: # de saltos (máx. = 15 saltos) D C BA u v w x y z destino saltos u 1 v 2 w 2 x 3 y 3 z 2 Do roteador A às sub-redes:

78 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 78 Anúncios RIP  vetores de distância: trocados entre vizinhos a cada 30 s por meio de mensagem de resposta (também conhecida como anúncio)  cada anúncio: lista de até 25 sub-redes de destino dentro do AS  admite apenas um caminho por destino

79 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 79 RIP: falha e recuperação do enlace se nenhum anúncio for ouvido após 180 s --> vizinho/enlace declarado morto  rotas via vizinho invalidadas  novos anúncios enviados aos vizinhos  vizinhos por sua vez enviam novos anúncios (se não houver tabelas alteradas)  informação de falha do enlace “rapidamente” se propaga para rede inteira

80 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 80 OSPF (Open Shortest Path First)  “open”: publicamente disponível  usa algoritmo Link State (SPF)  disseminação de pacote LS  mapa de topologia em cada nó  cálculo de rota usando algoritmo de Dijkstra  várias possibilidades para métricas de custo de caminho  p/exemplo, métrica associada ao inverso da capacidade do enlace (quanto maior o enlace, menor o custo)  anúncios disseminados ao AS inteiro (com inundação)

81 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 81 Recursos “avançados” do OSPF (não no RIP)  segurança: todas as mensagens OSPF são autenticadas (para impedir intrusão maliciosa)  múltiplos caminhos de mesmo custo permitidos  neste caso, faz balanceamento de carga  OSPF hierárquico: pode dividir a rede em domínios menores para limitar broadcast dos LSAs (Link State Advertisement) quando de alguma mudança de topologia  p/exemplo, na ocorrência de queda de um enlace

82 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 82 OSPF hierárquico

83 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 83 Roteamento inter-AS da Internet: BGP  BGP (Border Gateway Protocol): o padrão de fato!  “The glue that keeps the Internet together”  BGP oferece a cada AS um meio de: 1. obter informação de acessibilidade para sub-redes externas a partir de ASs vizinhos 2. propagar informação de acessibilidade a todos os roteadores internos ao AS 3. determinar rotas “boas” para sub-redes externas com base numa política de roteamento 4. divulgar sub-redes internas p/ Internet (eu existo, tô aqui!!!!)

84 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 84 Fundamentos do BGP  pares de roteadores (vizinhos BGP) trocam informações de roteamento através de sessões BGP  sessões BGP são baseadas em conexões TCP, não precisam corresponder a enlaces físicos  eBGP (sessões entre ASes) e iBGP (sessões internas)  quando AS2 anuncia um prefixo qualquer para AS1:  AS2 promete que repassará datagramas para esse prefixo 3b 1d 3a 1c 2a AS3 AS1 AS2 1a 2c 2b 1b 3c sessão eBGP sessão iBGP … ASx

85 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 85 Atributos de caminho e rotas BGP  prefixo anunciado inclui atributos BGP  prefixo + atributos = “anúncio BGP”  dois atributos importantes, dentre vários:  AS-PATH: contém os números dos ASes na ordem por onde o anúncio do prefixo passou desde sua origem  NEXT-HOP: indica qual é o roteador de saída para AS vizinho que faz parte da rota para o prefixo de destino (considera melhor caminho caso haja múltiplos caminhos)  quando o roteador de borda recebe anúncio de rota de um AS vizinho, usa política de importação para aceitar ou declinar o da mesma forma, AS usa política de exportação para decidir se propaga anúncio para outros ASes vizinhos

86 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 86 Seleção de rota BGP  Sequência de regras de seleção em caso de múltiplas rotas: 1. maior valor para o atributo de preferência local, decisão que pode mapear uma política de roteamento do AS 2. AS-PATH mais curto 3. NEXT-HOP mais próximo, conhecido como roteamento da “batata quente”, usado internamente para enviar pacote para fora do AS o quanto antes 4. vários critérios adicionais possíveis...

87 © 2010 Pearson Prentice Hall. Todos os direitos reservados.slide 87 Por que roteamento intra e inter-AS são diferentes? política:  inter-AS: cada AS deseja negociar como seu tráfego é roteado externamente, e quem roteia através de sua rede  intra-AS: único admin, de modo que nenhuma decisão política é necessária, há total controle sobre a rede escala:  roteamento hierárquico reduz tamanho das tabelas, tráfego de atualização também é reduzido desempenho:  intra-AS: foco no desempenho, reconfiguração rápida das tabelas em caso de mudança na rede (p/ex, queda de enlace)  inter-AS: foco no estabelecimento de políticas e na capacidade de armazenar um grande número de prefixos (tabela BGP completa possui mais de 500 mil prefixos!!!)