Redes - Aula 2 - (Conectividade Protocolo IP)

Prof. Rodrigo Coutinho

1Prof. Rodrigo Coutinho –

prof.rodrigo.coutinho@gmail.com

Motivos da falta de adesão ao OSI Momento ruim

OSI surgiu quando as indústrias já haviam investido no TCP/IP

Tecnologia ruim Camadas de sessão e apresentação quase vazias Camadas de enlace e rede muito grandes Controle de erros reaparece em várias camadas

Implementação ruim As primeiras implementações continham “bugs”

Política ruim TCP/IP era associado ao unix, ligado às universidades nos

anos 80.

Modelo TCP/IP Modelo “de fato” – OSI hoje é apenas conceitual Características básicas

Protocolos abertos e independentes Sistema comum de endereçamento Roteável Robusto Escalável

Também usa o conceito de camadas, mas apenas 4 Acesso à Rede Internet Transporte Aplicação

Comparativo OSI e TCP/IP

Encapsulamento – modelo TCP/IP

Camada de Acesso à Rede Corresponde às camadas física e de enlace do

modelo OSI Responsável pelo envio de datagramas da

camada internet através do meio físico Protocolos mais comuns: ATM, X.25, Frame

Relay, PPP, Ethernet, ARP

Camada de Internet Corresponde à camada de rede do modelo OSI Responsável pelo envio de pacotes entre

segmentos de redes Protocolos:

IP ICMP IGMP

Camada de Transporte Corresponde à camada de transporte do modelo

OSI Garante a comunicação entre os hosts

Estabelece sessões Reconhece o recebimento de pacotes Controle de fluxo Sequenciamento e retransmissão de pacotes

É onde trabalham os protocolos TCP e UDP

Camada de Aplicação Corresponde às camadas de sessão,

apresentação e aplicação do modelo OSI Provê os serviços que farão a comunicação das

aplicações de usuários com a rede Inclui os protocolos de aplicação que fazem uso

dos protocolos ponto-a-ponto da camada de transporte

Gerencia as sessões (conexões) entre aplicações Não confundir: As sessões ponto-a-ponto são

gerenciadas na camada de transporte!

Conectividade - Hubs Elemento central da rede par trançado Camada física do modelo OSI Cascateamento de hubs

Porta Serial – Regra 5-4-3 Porta UTP específica – Hubs são enxergados como um

único equipamento (geralmente até 8 equipamentos)

Conectividade - Hubs Possui até 24 portas Funcionamento

Repetidor multiportas Todo tráfego será enviado a todas as portas (opera na

camada 1 – Não conhece endereços MAC) A estação de destino identificará o pacote e receberá

Dificuldades em redes maiores

Conectividade - Pontes Camada de enlace do modelo OSI

Capaz de entender endereços MAC e filtrar tráfego Basicamente, composta por 2 portas que conectam

segmentos de rede Possui tabela de rotas com endereços MAC

Dados só atravessam a ponte se destinatário estiver no outro segmento

Caso o endereço não exista na tabela, encaminha a mensagem a todos os segmentos○ Inicialização da ponte ou nova máquina adicionada à rede

Conecta segmentos locais ou remotos (modems) Pode ser um equipamento físico ou um computador

com software dedicado

Ponte Remota

Pontes – vantagens e desvantagens Vantagens

Segmentação auxilia performance Reduz domínios de colisão

○ Área lógica onde pacotes podem colidir Menos máquinas competindo pelo meio de transmissão Facilidade na instalação Baixo custo

Desvantagens Escalabilidade – Poucas portas Store and forward – processa os frames para verificar o

endereço MAC, introduzindo latência na rede

Conectividade - Switches Assim como as pontes , funciona na camada de

enlace do modelo OSI Grosso modo, é uma ponte turbinada Otimiza filtragem e comutação de frames Cria uma comutação virtual entre origem e

destino, isolando demais máquinas Menos ocorrências de colisão Menor tráfego na rede Comunicação full duplex

Switches – Classificações usuais Switch “de verdade” – dispositivo clássico de

camada 2 Hub-switch – Switch com poucas funções

(gerenciamento) e portas reduzidas Switch de camada 3 – Incorpora algumas funções

dos roteadores Definição de rotas Criação de VLANs

Switches de camada 4 e 7 – Mesmo princípio Camada 4 – Ex. Distribuição de carga por sessão TCP Camada 7 – Ex. Distribuição de carga por URL

Switches - funcionamento Tabela de encaminhamento CAM

Associação dos dispositivos às portas Quando o MAC não está em tabela alguma, encaminha o

frame a todas as portas, exceto a de origem Mesma coisa com Broadcast (MAC FFFF)

Métodos de Switching Store and forward

Processa todo o quadro e verifica a integridade (FCS) Método mais lento, usado também pelas pontes

Cut-through Verifica o endereço de destino e encaminha os primeiros bits

antes do recebimento completo do frame Não há verificação FCS

Fragment Free Funciona de forma semelhante ao Cut-through, mas verifica

os primeiros 64 bytes. Se houver colisão, será detectada nessa checagem Não há verificação FCS

Adaptive switching Combinação dos 3 métodos anteriores. Inicia com Fragment

free ou Cut-through e adapta conforme a qtd. de erros

Spanning Tree Protocol (STP) Finalidade: Evitar loops em uma rede composta

por switchs Loops podem ocorrer caso haja caminhos múltiplos de

comunicação (redundância) STP garante que apenas um caminho esteja disponível

em determinado momento, bloqueando os demais Ativa os caminhos alternativos caso haja defeito na rota

principal

Um switch é o raiz e controla o STP na rede

Spanning Tree Protocol (STP) CBPDUs (Configuration Bridge Protocol Data Unit)

mensagens trocadas entre os switches para reportar mudanças na topologia

Estados das portas do switches Blocking: Não encaminha frames, CBPDUs ou aprende

endereços MAC Listening: idem acima, mas encaminha CBPDUs Learning: Aprende MACs e encaminha CBPDUs Forwarding: Tudo pode

Protocolo IP Atua na camada 3 do modelo OSI Serviço não confiável (melhor esforço)

Serviço não orientado à conexão Pode ocorrer corrupção de dados, entrega fora de ordem,

Responsável pelo endereçamento Dados da camada superior são encapsulados em

pacotes, para que possa ser roteado Encaminhamento nó a nó – cabeçalho possui todas as

informações necessárias

Protocolo IP - Datagrama Estrutura do pacote (datagrama)

IP de origem e de destino Verificação de erro TTL (Time to live) – Evita pacotes vagando em loop Tamanho variável

Protocolo IP – Datagrama

Endereço IP Identificação única do sistema na rede Possui 4 octetos (32 bits) Contém endereço da rede e do host Máscara de subrede

Representações: Decimal (255.255.255.0) ou pelo número de bits (Ex. /19)

Endereço IP Identificação única do sistema na rede Possui 4 octetos (32 bits) Contém endereço da rede e do host Máscara de subrede

Representações: Decimal (255.255.255.0) ou pelo número de bits (Ex. /19)

Classes de endereços Identificados pelo primeiros 4 bits do IP em questão Classe A: início de 0 a 126 Classe B: Entre 128 e 191 Classe C: de 192 a 223 Endereços reservados

Classe A: 10.x.x.x Classe B: 172.16.x.x até 172.31.x.x Classe C: 192.168.x.x 127.x.x.x (reservado para diagnóstico em redes)

Números reservados: Primeiro end. Da rede (Ex. X.x.x.0) – Identifica uma rede Último: (ex X.x.x.255) – Identifica um broadcast

Uso de máscaras Razões topológicas:

Ultrapassar limites de distância Interligar redes físicas diferentes Filtrar tráfego entre redes

Razões organizacionais: Simplifica a administração Reconhece a estrutura organizacional Isola tráfego por organização Isola potenciais problemas

VLSM Variable-length subnet masking Por que? Máscaras eram “classful”

Trabalham com octetos, então prefixos tinham 8, 16 ou 24 bits

Permite alterar a subnet de uma rede já definida, por utilizar uma máscara de rede não-padrão

Vários protocolos de roteamento suportam: BGP EIGRP OSPF IS-IS

Maximiza o espaço de endereçamento

VLSM - Exemplo

CIDR – Classless Inter-Domain Routing Alternativa às máscaras de rede IP tradicionais – usa o

princípio VLSM Organiza os Ips em subnets, independentemente dos

valores dos Ips Evita o desperdício de endereços IP

Ex. Grande provedor precisa de 10.000 Ips. Teoricamente, reservaria uma classe B inteira (65K), com 40K endereços sendo desperdiçados

Máscaras menores podem ser agrupadas em blocos Ex. 8 faixas continuas x.x.x.x/24 podem ser agrupadas em /21 Beneficia o roteamento

Faixas de endereço podem começar com qualquer número Ex. IP 73.225.28.12 não é necessariamente Classe A!

CIDR – tabelas de IP

Broadcast Broadcast = Mensagem destinada a toda uma

subrede Endereço de destino é o último endereço possível

da rede Ex. Rede 172.20.0.0, Mask 255.255.0.0; Broadcast será

172.20.255.255

Nem todo endereço que termina em .255 é broadcast e nem todo broadcast termina com .255 O mesmo acontece com endereços de rede (.0)

Multicast Multicast = mensagem destinada a um grupo de

computadores dentro de uma rede Mensagem enviada ao IP do grupo “recebedor” comunica que quer entrar no grupo via IGMP

Cada grupo cria uma árvore de multicast Árvore pode ser criada com diferentes protocolos do tipo

PIM (Protocol Independent Multicast) Árvores ficam armazenadas nos roteadores Pouco viável para os roteadores na Internet (a

quantidade de árvores seria muito grande)

Protocolo IP - Vantagens Procotolo simples

O protocolo provê funcionalidades mínimas para garantir conectividade

Sistemas fim é que tratam funcionalidades mais sofisticadas como controles de erro e fluxo

Alta escalabilidade Funciona com tecnologias heterogêneas

(Ethernet, modem, wireless, satélites) Suporta aplicações com finalidades diversas (ftp,

web, streaming de mídia) Administração descentralizada

ICMP Emite informações de controle e erro para verificar

problemas na rede Aparece quando há:

Impossibilidade de roteamento Congestionamento na rede

Utiliza o IP para transporte da mensagem Destino pode ser inalcançável por vários motivos:

Rede ou host inalcançáveis Porta inalcançável Rede ou host desconhecidos

IGMP Utilizado para Multicast Parte integrante do protocolo IP

Mensagens são encapsuladas nos datagramas IP

Dois tipos de mensagem Host Membership Query – enviado pelo roteador para

descobrir hosts e grupos Host Membership Report – resposta do Host

Roteador mantém listas com membros do multicast em suas tabelas

ARP Responsável pelo endereço físico

correspondente ao endereço camada 3 (IP)Traduz endereços não só IP

Emissor difunde em broadcast um pacote ARP com o endereço IP de destino, o seu IP e o seu MAC

Quando recebe resposta, esses endereços são armazenados em cacheReduz latência e carga na rede

RARP – Processo contrário

ARP - Exemplo

UDP User Datagram Protocol – Protocolo de

comunicação considerado “barebone”, simples e rápido

Utiliza portas para distinção entre múltiplas aplicações

Não orientado à conexão Não há handshake entre as máquinas Cada datagrama é tratado isoladamente

Serviço de “melhor esforço”: Não garante entrega Pacotes podem ser perdidos ou chegar fora de ordem

UDP - O segmento

Portas de Origem e destino Tamanho do datagrama Checksum (opcional) Dados propriamente ditos Conceito: Pseudo-header

Inclui os endereços de origem/destino do cabeçalho IP no cálculo do Checksum

UDP – Vantagens Não há conexão estabelecida = comunicação

mais rápida Simplicidade: Não há estado de conexão na

origem ou destino Overhead menor (cabeçalho tem apenas 8 bytes) Não há controle de congestionamento = mais

velocidade Aplicações mais comuns:

Streaming multimídia DNS

TCP Serviço de entrega orientado à conexão

Controle de fluxo Confiabilidade na entrega

Full duplex Controle de congestionamento Exige conexão previamente estabelecida para

transferência dos dados Conexão é conhecida como 3-way Handshake

Origem envia pacote SYN com porta e seq. Inicial Destino reconhece com um ACK (SYN da origem+ 1) Origem reconhece o ACK (SYN do destino +1)

3-Way Handshake

TCP - Conexão Utiliza portas para identificação na máquina de

origem e destino Cada conexão ponto-a-ponto é identificada pelo

par (host, porta) de origem e destino (endpoint) Ex. 128.10.2.3,25 Como a conexão é identificada pelo par de endpoints,

pode haver várias conexões na mesma porta em determinado host

TCP Segmento TCP inclui:

Número da porta TCP origem e destino Número sequencial do pacote Verificador para garantia de entrega sem erro Número de reconhecimento que informa que o pacote foi

recebido Flags de identificação (urgent, ack, fin, syn, etc) Receive Window (controle de fluxo) Urgent pointer – Informações adicionais para

processamento urgente (ex. interrupção de conexão) Padding – “Enche” o pacote com zeros para que o bit

fique múltiplo de 32 bits Data – Dados em si, tamanho variável

TCP – O Segmento

TCP Window Controle de fluxo do protocolo Regula quanta informação pode ser transmitida

antes de um ACK ser recebido Trabalha com buffers de recepção Origem envia dados em fluxo, sem esperar um

ACK individual Reordena pacotes fora de ordem Piggybacking – técnica um pouco diferente

Utiliza o próprio frame de dados + ACK

TCP – Mais sobre segmentos Maximum Segment Size: Tamanho máximo do

segmento Encontrar o tamanho adequado é complicado!

ACK sinaliza o próximo número sequencial que o destinatário espera receber TCP corrige informações fora de ordem

Timeout e retransmissão Valor do timeout é calculado com base na conexão Round-trip sample

TCP – Fluxo de dados

TCP – Congestion Control Multiplic. Decrease: Congestion window diminui

exponencialmente Slow-start: Congestion window aumenta de 1 a

cada ACK Tail Drop: Roteadores descartam datagrama se

memória estiver cheia Random Early Discard (RED)

Queue < tmin: Aceitar datagrama Queue > tmáx: Rejeitar datagrama Tmin < Queue < tmax: Descartar datagrama

randomicamente

Exercícios – Aula 2 – Modelo TCP/IP (TRT/2003 – FCC) 36. As camadas do modelo de referência OSI

que não estão presentes no modelo TCP/IP são: (A) Aplicação e Apresentação. (B) Enlace de dados e Física. (C) Apresentação e Sessão. (D) Rede e Enlace de dados. (E) Sessão e Transporte.

Exercícios – Aula 2 – Equipamentos (TJPA/2006 – Cespe) A evolução dos equipamentos de rede,

juntamente com fatores ligados a mercado, tem proporcionado o surgimento de equipamentos do tipo switch com diferentes funcionalidades. Assim, um switch de camada 2 realiza funções semelhantes às de um roteador, enquanto um switch de camada 3 realiza as funções de uma bridge.

(STJ/2004 – Cespe) 54. Um switch é um dispositivo repetidor multiporta. Sua principal função é o envio e o recebimento, com base em informações do pacote IP, de quadros de camada 2.

(Pref. Vitória/07 – Cespe) Se um equipamento do tipo comutador (switch) ponte for utilizado para interligar segmentos de uma rede local Ethernet, sempre que um frame for recebido pelo comutador, a retransmissão desse frame ocorrerá apenas no segmento em que se encontra a máquina de destino.

Exercícios – Aula 2 – Subrede

(CGU/2008 – Esaf) Considerando a necessidade de endereçar 7 sub-redes na rede cujo IP (Internet Protocol) é 199.10.0.0, a máscara aplicável é

a) 199.10.0.0/24 b) 199.10.0.0/25 c) 199.10.0.0/26 d) 199.10.0.0/27 e) 199.10.0.0/32

Exercícios – Aula 2 – Subrede

(Senado/2008 – FCC) Os IPS estão na mesma subrede, onde foi atribuída uma só faixa de endereçamento. Duas máscaras que essa sub-rede deve utilizar são:

(A) 255.255.255.0 e 255.255.255.192. (B) 255.255.0.0 e 255.255.224.0. (C) 255.255.255.0 e 255.255.255.224. (D) 255.255.0.0 e 255.255.240.0. (E) 255.255.255.0 e 255.255.255.240.

Exercícios – Aula 2 – TCP/IP

96. (STF/2008 – Cespe) O valor do byte mais significativo de um endereço IPv4 determina a classe do endereço e, nesse sentido: 10.0.0.0 identifica uma rede de classe A com endereços não-privados; 154.3.0.0 é o endereço de broadcast de uma rede classe B; 227.82.157.16 endereça um dispositivo em uma rede classe C.

97 MTU é a denominação do tamanho do maior datagrama IP que pode ser transmitido por uma rede física ao longo de um trajeto. Um datagrama IP pode ser fragmentado mais de uma vez, mas os fragmentos necessariamente chegarão ao destino na ordem em que foram transmitidos na origem.

Exercícios – Aula 2 – TCP/UDP

(STF/2008 – Cespe) 98 Na multiplexação de datagramas realizada pelo IP, números de porta compostos por 16 bits são usados pelos protocolos de transporte para identificar os processos nas comunicações; além disso, em cada cabeçalho IP, um campo identifica o protocolo de transporte que enviou os dados.

99 Quando do estabelecimento de uma conexão TCP, cada dispositivo envolvido na conexão informa ao outro o número de seqüência que usará na primeira transmissão de dados através da conexão. Essa sincronização dos números de seqüência ocorre pela troca de mensagens SYN e ACK.

100 O UDP é um protocolo de transporte que não estabelece conexões antes de enviar dados, não envia mensagens de reconhecimento ao receber dados, não controla congestionamento, garante que dados sejam recebidos na ordem em que foram enviados e detecta mensagens perdidas.

Exercícios – Aula 2 – ICMP/IGMP/ARP

(Pref. Vitória/2007 – Cespe) - Mensagens podem ser geradas pelo internet control message protocol (ICMP) quando ocorrerem problemas no processamento de datagramas. Por exemplo, uma mensagem ICMP será enviada para a máquina que originou um datagrama, quando for inalcançável o destino desse datagrama.

(STJ/08 – Cespe) - 114 O protocolo IGMP é utilizado para gerenciamento de conexões em grupos do tipo broadcast.

(Pref. Rio Branco/07 – Cespe) 54 O protocolo ARP é responsável pela tradução de endereços da camada de enlace em endereços IP e vice-versa.

(TCU/07 – Cespe) No modelo OSI da ISO, o protocolo RARP (reverse address resolution protocol) é um exemplo de protocolo da camada de transporte.

Exercícios – Aula 2 – TCP/IP

(Petrobras/07 – Cespe) A camada de aplicação na arquitetura TCP/IP é responsável por funções idênticas às das três camadas mais altas da arquitetura OSI.

A camada de internetworking utiliza comutação de pacotes, sendo orientada a conexão.

A camada de transporte engloba serviços orientados a conexão, oferecidos pelo protocolo UDP, e não-orientados a conexão, providos pelo TCP.

A camada mais baixa da arquitetura TCP/IP reúne as funções das camadas física e de enlace da arquitetura OSI, definindo explicitamente os protocolos a serem utilizados.

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