instituto de informática - ufrgs redes de computadores nível de rede internet protocol (ip)
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S Redes de computadores
Nível de redeInternet Protocol (IP)
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Redes de Computadores 2
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Nível de rede
Protocolo nível de físico
Protocolo nível de enlace
Protocolo nível de rede
Protocolo nivel de transporte
Protocolo nivel de sessão
Protocolo nível de apresentação
Protocolo nível de aplicação
Físico
Sessão
Apresentação
Aplicação
Transporte
Enlace
Físico
Sessão
Apresentação
Aplicação
Transporte
Enlace
Rede Rede
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Terminologia (1)
Rede de comunicação de dados Facilidade que oferece serviço de transferência de dados
internet (com i minúsculo) Conjunto de redes interconectadas por pontes e roteadores
Internet (com I maiúsculo) Rede global composta por milhares de máquinas e de redes
Intranet É uma internet corporativa Utiliza a tecnologia da Internet (TCP/IP e http) para permitir acessos a
recursos e a documentos
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Redes de Computadores 4
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Terminologia (2)
Sistema final Dispositivo conectado a uma ou mais redes Executa aplicações e oferece serviços a usuários
Sistema intermediário Dispositivo empregado para conectar duas redes Possibilita a comunicação entre sistemas conectados em redes diferentes
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Redes de Computadores 5
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Terminologia (3)
Pontes (bridges) Sistema intermediário que conecta duas redes que utilizam um mesmo
protocolo de rede Atua no nível de enlace (nivel 2 OSI)
Roteador (router) Interconecta duas redes Utiliza o mesmo protocolo do sistema final Atua no nível de rede (nível 3 OSI)
Portal (gateway) Executa a tradução de protocolos
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Apresent.
Sessão
Transporte
Físico
Apresent.
Sessão
Transporte
FísicoFísico Físico
Aplicação Aplicação
Rede RedeEnlace Enlace Enlace
Pontes
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Apresent.
Sessão
Transporte
Enlace
Físico
Apresent.
Sessão
Transporte
Enlace
Físico
Enlace
Físico
Enlace
Físico
Aplicação Aplicação
Rede Rede Rede
Roteador
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Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Apresent.
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Transporte
Rede
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Físico
Apresent.
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Transporte
Rede
Enlace
Físico
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Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Aplicação AplicaçãoAplicação
Portais
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Requisitos para interconexão de redes
Objetivo é enviar pacotes de uma origem até um destino Necessidades:
Conhecimento da topologia da subrede Selecionar rotas
Independentes da tecnologia de subrede Isolar nível de suporte do número, tipo e topologia de subredes Endereçamento uniforme entre subrede Serviços oferecidos:
Orientados a conexão Não orientados a conexão
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Exemplo
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Características da arquitetura de redes
Endereçamento Tamanho do pacote Mecanismo de controle de acesso ao meio Timeouts Recuperação de erros Status Roteamento Orientada a conexão ou não orientada a conexão
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Orientado a conexão
Assume que cada rede é orientada a comutação de circuitos Sistema intermediário interconecta duas ou mais redes
É visto como um sistema final para cada rede Concatenação de circuitos virtuais
Dependendo da rede é necessário criar suporte a criação de circuitos virtuais Padrões IEEE são redes orientadas a comutação de pacotes
e.g.: X.75 usado para interconectar redes X.25 ( packet switched)
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Arquitetura não orientada a conexão (1)
Mecanismo de datagrama de redes baseadas em comutação de pacote
Cada unidade de informação é tratada de forma independente Sistemas finais e intermediários executam um mesmo protocolo a
nível de rede Denominado genericamente como protocolo internet
Protocolo Internet (“i” maiúsculo) Protocolo internet (“i” minúsculo) desenvolvido para a ARPANET Descrito na RFC 791
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Arquitetura não orientada a conexão (2)
Vantagens Flexibilidade Robustez Elimina uma série de overheads
Não confiável (unreliable) Não garante a entrega do pacote de dados ao destinatário Não garante ordem de chegada
Pacotes podem seguir diferentes rotas Confiabilidade é responsabilidade do nível superio
e.g. TCP para protocolo IP
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Família de protocolos Internet
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Protocolos nível de rede Internet
InterfaceHardware
RARPARPIPICMP
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Protocolo IP
Define uma uma rede virtual sobre diferentes elementos de hardware
Funções IP Roteamento de pacotes Fragmentação Manipulação de serviços Monitoração de erros e controle através de um protocolo específico (ICMP)
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Protocolo Internet (IP)
Define a unidade básica de transferência de dados na Internet Datagrama IP
Protocolo não orientado a conexão (serviço não confiável) Tenta executar best effort delivery Pacotes podem ser perdidos, chegar no destino fora de seqüência,
ou duplicados por diversas razões
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Datagrama IP (1)
Vers (4 bits): versão do protocolo IP (IPv4)
Hlen (4 bits): Tamanho do cabeçalho em palavras
de 32 bits (min=5) Tos (8 bits): tipo do serviço e
qualidade desejada
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Datagrama IP (2)
Comprimento total (16 bits): Tamanho em bytes do datagrama 216 = 65535 bytes (inclui cabeçalho)
Identificação (16 bits): Nro. de seqüência que identifica de
forma não ambígua um datagrama Flags (3 bits):
Apenas dois são empregados bit More bit D’ont fragment
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Datagrama IP (3)
Deslocamento (offset)(13 bits) A analisar mais tarde
Time to live (8 bits) Número máximo de roteadores que um
datagrama pode passar Protocolo (8 bits)
Indicação do protocolo do nível superior e.g.; 1=ICMP; 6=TCP; 17=UDP
Checksum (16 bits) Soma em complemento de 1 ’s do
cabeçalho Verificado e recalculado a cada
roteador
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Datagrama IP (4)
Endereço fonte (32 bits) Endereço destino (32 bits) Opções (variável)
Informações adicionais para roteamento e segurança
Padding (variável) Bytes adicionais inseridos para
deixar cabeçalho múltiplo de 32 bits Dados (variável)
Multiplo de 8 bits
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Endereço IP (1)
Número único 32 bits associado à uma máquina Notação em decimal para cada byte
129.52.6.34 Dividido em duas partes:
Prefixo: identifica a rede (network number) Sufixo: identifica a máquina na rede (host number)
Propriedades: cada computador tem um único endereço Prefixo (network number) é coordenado globalmente Sufixo (host number) é coordenado localmente
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Redes de Computadores 24
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Endereço IP (2)
Endereços são associados a interfaces de redes, não a máquinas
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Classes de endereços IP
Endereços IP divididos em 3 classes primárias (A, B, C)
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Endereços especiais (1)
São endereços que nunca são atribuídos a máquinas Endereço da rede (network address): endereço zero no sufixo
e.g.: Classe B: 143.54.00.00 Difusão (broadcast): endereço com 1’s no sufixo (direto)
e.g.: Classe B: 143.54.255.255 Difusão (broadcast): endereço com 1’s no prefixo e no sufixo
IP: 255.255.255.255
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Endereços especiais (2)
Este computador: endereço com zeros no prefixo e no sufixo IP: 00.00.00.00 Endereço empregado no boot Máquina não pode colocar endereço válido (ainda não conhece)
Loopback: endereço de classe A (127.0.0.0) Convencionado 127.0.0.1 Endereço de teste
Não é transmitido na rede Serve para testar software de rede na máquina local
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Fragmentação (1)
Técnica empregada para reduzir datagramas que são maiores que a MTU (Maximum Transfer Unit) da tecnologia de rede
Protocolo IP considera a remontagem no destino Baseado nos campos identificação, flags e deslocamento (offset) do
cabeçalho Cada fragmento de um mesmo datagrama possui:
Seu próprio cabeçalho Mesmo identificador de 16 bits Quantidade de bytes múltiplo de 8
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Fragmentação (2)
Um datagrama é completamente identificado por: Endereço IP destino e fonte Tipo de protocolo (e.g.; TCP) Identificador
O campo de deslocamento (offset) fornece a posição relativa desse fragmento em relação ao datagrama original Fornecido em multiplos de 8 bytes
Campo Flags fornece informações adicionais para controle da fragmentação
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Fragmentação (3)
Fragmentos: datagrama dividido em vários segmentos.
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Fragmentação (4)
Remontagem dos fragmentos Destino remonta os datagramas fragmentados. Desvantagens:
A remontagem no destino pode ser ineficiente. Se fragmentos são perdidos, eles não podem ser remontados.
Vantagens: Fragmentos são roteados independentemente. Sistemas intermediários não armazenam nem remontam datagramas.
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Protocolo IP: recepção de datagramas
Processamento na máquina destino Verifica checksum, versão, e tamanho tamanho
Se checksum calculado difere do checksum do datagrama, este é descartado
Se o datagrama é fragmentado, é disparado um temporizador que evitará a espera indefinida dos outros fragmentos do datagrama original
Entrega do campo de dados do datagrama para o processo indicado no campo Tipo.
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Redes de Computadores 33
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Subredes
Problemas com redes "grandes" Gerenciamento Desempenho
Solução: subdividir (roteador)
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Subredes
Como criar ? Dividindo o sufixo (host id) em duas partes
Máscara de subrede Número de 32 bits empregado para indicar quais bits identificam a rede e a
subrede e quais bits identificam uma estação dentro da subrede
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Subredes
if dest_ip AND subnet_mask = my_ip AND subnet_mask thensend pkt on local network % dest is on the same subnet
elsesend pkt to router % dest is on diff subnet
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Roteamento
Processo de escolha de um caminho para envio de datagramas Protocolo IP realiza o roteamento considerando o número da rede Determinação de uma rota:
Selecionar quais caminhos são disponíveis Selecionar o melhor caminho para um certo objetivo Empregar caminhos para atingir outras redes
Dispositivos especiais Roteadores
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Roteador 1
Roteador 2 Roteador 3
20.0.0.5
30.0.0.6 30.0.0.7
40.0.0.7
10.0.0.5
20.0.0.6
40.0.0.020.0.0.0
30.0.0.0
10.0.0.0
10.0.0.0 20.0.0.520.0.0.0 entrega diretamente30.0.0.0 entrega diretamente40.0.0.0 30.0.0.7
Tabelas de roteamento (1)
Cada roteador mantém uma tabela de rotas Cada entrada possui:
Qual conexão deve ser utilizada para atingir certa rede Informações relacionadas com custo e desempenho
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Tabelas de roteamento (2)
Entrada em tabelas de roteamento: < network, gateways, others >
Como criar rotas: Estáticamente: route add 158.108.20.0 158.108.33.1 Dinamicamente: via protocolos de roteamento Através de ICMP redirect
Exemplo:
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Algoritmo elementar de roteamento (1)
TTL=0
Há memóriapara datagrama?
Checksum, versãoe tamanho OK?
TTL = TTL -1Descarta datagrama
Calcula Checksum
Sim
Não
Não
Fim
Fim
Início
Descarta datagrama
Descarta datagrama
Fim
Sim
NãoA
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Redes de Computadores 40
Inst
itu
to d
e In
form
átic
a -
UF
RG
S
Algoritmo elementar de roteamento (2)
Rede destino é alcançavel diretamente?
Existe rotaespecífica?
Rede destinoestá na tabela de
roteamento?
Existe umarota default?
Calcula endereço rede destino
Entrega datagrama ao destino
Envia para roteador responsável
Envia para roteador default
Recupera end. IP destino
Erro de roteamento
Não
Não
Não
Não
Sim
Sim
Sim
Fim
Fim
Fim
A
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Redes de Computadores 41
Inst
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a -
UF
RG
S
Protocolos de roteamento
Protocolos de roteamento gerenciam e atualizam as tabelas de roteamento em cada nó
Em sistemas UNIX este procedimento é realizado por um de dois daemons: Routed: esquema de roteamento interno, normalmente utilizando o protocolo
RIP Gated: roteamento interno e externo, utilizando protocolos mais sofisticados
como OSPF, BGP
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Redes de Computadores 42
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S
Protocolo IP
Recursos críticos para o desempenho IP: Largura de banda disponível Memória disponível para buffers Processamento da CPU