Capítulo 4: Camada de Redesuruagy/cursos/redes/cap4-Kurose.pdf · 4: Camada de Rede 4a-1 Capítulo 4: Camada de Rede r 4.4 Repasse generalizado e SDN mmatch mação mexemplos de

4: Camada de Rede 4a-1

Capítulo 4: Camada de Rede

r 4.4 Repasse generalizado e SDN

m matchm açãom exemplos de

match+ação em ação no SDN

r 4. 1 Visão geral da camada de rede

m plano de dadosm plano de controle

r 4.2 O que há dentro de um roteador

r 4.3 O Protocolo da Internet (IP)

m formato do datagramam endereçamento IPv4m tradução do endereço

de rede (NAT)m IPv6


Capítulo 4: Camada de Redeobjetivos do capítulo:r entender os princípios por trás dos serviços da

camada de rede:m modelos de serviço da camada de redem repasse versus roteamentom como funciona um roteadorm repasse generalizado

r instanciação, implementação na Internet


Camada de reder transporta segmentos da

estação remetente à receptorar no lado remetente, encapsula

segmentos dentro de datagramas

r no lado receptor, entrega os segmentos para a camada de transporte

r protocolos da camada de rede em todos os sistemas finais e roteadores

r roteadores examinam campos de cabeçalho de todos os datagramas IP que passam por eles

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlace física

redeenlace física rede

enlace física

redeenlace física

redeenlace física

redeenlace física

redeenlace física

redeenlace física

redeenlace física

redeenlacefísica

redeenlace físicarede

enlace física


Funções principais da camada de rede

r repasse: move pacotes de uma entrada do roteador para a saída apropriada

r roteamento:determina a rota a ser seguida pelos pacotes da fonte até o destino

m Algoritmos de roteamento

analogia:

r roteamento: processo de planejar uma viagem da origem até o destino

r repasse: processo de atravessar uma encruzilhada durante a viagem

Network layer: data plane, control plane

Data plane§ local, per-router

function§ determines how

datagram arriving on router input port is forwarded to router output port

§ forwarding function

Control plane§ network-wide logic§ determines how datagram is

routed among routers along end-end path from source host to destination host

§ two control-plane approaches:

• traditional routing algorithms: implemented in routers

• software-defined networking (SDN): implemented in (remote) servers

1

23

0111

values in arriving packet header

4-5Network Layer: Data Plane

Per-router control plane

RoutingAlgorithm

Individual routing algorithm components in each and every router interact in the control plane

dataplane

controlplane

4.1 • OVERVIEW OF NETWORK LAYER 309

tables. In this example, a routing algorithm runs in each and every router and both forwarding and routing functions are contained within a router. As we’ll see in Sec-tions 5.3 and 5.4, the routing algorithm function in one router communicates with the routing algorithm function in other routers to compute the values for its forward-ing table. How is this communication performed? By exchanging routing messages containing routing information according to a routing protocol! We’ll cover routing algorithms and protocols in Sections 5.2 through 5.4.

The distinct and different purposes of the forwarding and routing functions can be further illustrated by considering the hypothetical (and unrealistic, but technically feasible) case of a network in which all forwarding tables are configured directly by human network operators physically present at the routers. In this case, no routing protocols would be required! Of course, the human operators would need to interact with each other to ensure that the forwarding tables were configured in such a way that packets reached their intended destinations. It’s also likely that human configu-ration would be more error-prone and much slower to respond to changes in the net-work topology than a routing protocol. We’re thus fortunate that all networks have both a forwarding and a routing function!

Values in arrivingpacket’s header

1

23

Local forwardingtable

header

0100011001111001

1101

3221

output

Control plane

Data plane

Routing algorithm

Figure 4.2 ♦ Routing algorithms determine values in forward tables

M04_KURO4140_07_SE_C04.indd 309 11/02/16 3:14 PM

5-6Network Layer: Control Plane

1

2

0111


3

dataplane

controlplane

Logically centralized control planeA distinct (typically remote) controller interacts with local control agents (CAs)

Remote Controller

CA

CA CA CA CA

5-7Network Layer: Control Plane

1

2

0111

3



Modelo de serviço de redeP: Qual é o modelo de serviço para o “canal” que

transfere pacotes do remetente ao receptor?

Exemplos de serviços para pacotes individuais:

r Entrega garantidar Entrega garantida com

atraso limitado:r Ex.: menor que 40 mseg

Exemplos de serviços para um fluxo de datagramas:

r Entrega ordenada de pacotes

r Largura de banda mínima garantida

r restrições em mudanças no espaçamento entre pacotes.


Modelos de serviço da camada de rede:

Arquiteturade Rede

Internet

ATM

ATM

ATM

ATM

Modelo deserviço

melhoresforçoCBR

VBR

ABR

UBR

Banda

nenhuma

taxaconstantetaxagarantidamínimagarantidanenhuma

Perdas

não

sim

sim

não

não

Ordem

não

sim

sim

sim

sim

Tempo

não

sim

sim

não

não

Indicação decongestion.?

não (inferidovia perdas)semcongestion.semcongestion.sim

não

Garantias ?











de rede (NAT)m IPv6

Famílias de Roteadores



Sumário da Arquitetura de RoteadoresDuas funções chave de roteadores:r rodam algoritmos/protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP)r repassam datagramas do enlace de entrada para o de saída

Elemento decomutação

de alta-velocidade

Processador de roteamento

portas de entrada portas de saída

plano de repasse dos dados (hardware)

roteamento, gerênciaplano de controle (software)

tabelas de repasse são calculadase enviadas para as portas de entrada


Funções das Portas de Entrada

Comutação descentralizada:r dado o dest. do datagrama, procura porta de

saída usando tab. de rotas na memória da porta de entrada

r meta: completar processamento da porta de entrada na ‘velocidade da linha’

r filas: se datagramas chegam mais rápido que taxa de re-envio para elemento de comutação

Camada física:recepção de bits

Camada de enlace:p.ex., Ethernetveja capítulo 5

Destination Address Range

11001000 00010111 00010000 00000000through11001000 00010111 00010111 11111111

11001000 00010111 00011000 00000000through11001000 00010111 00011000 11111111

11001000 00010111 00011001 00000000through11001000 00010111 00011111 11111111

otherwise

Link Interface

0

1

2

3

Q: but what happens if ranges don’t divide up so nicely?

Destination-based forwardingforwarding table


DA: 11001000 00010111 00011000 10101010DA: 11001000 00010111 00010110 10100001

Longest prefix matching

Destination Address Range

11001000 00010111 00010*** *********

11001000 00010111 00011000 *********

11001000 00010111 00011*** *********

otherwise

examples:which interface?which interface?

when looking for forwarding table entry for given destination address, use longest address prefix that matches destination address.

longest prefix matching

Link interface

0

1

2

3


Longest prefix matching

r we’ll see why longest prefix matching is used shortly, when we study addressing

r longest prefix matching: often performed using ternary content addressable memories (TCAMs)

m content addressable: present address to TCAM: retrieve address in one clock cycle, regardless of table size

m Cisco Catalyst: can up ~1M routing table entries in TCAM


Elemento (matriz) de comutaçãor transfere pacotes do buffer de entrada

para o buffer de saída apropriador taxa de comutação: taxa na qual os pacotes

podem ser transferidos das entradas para as saídas:

m frequentemente medida como múltiplo das taxas das linhas de entrada/saída

m N entradas: desejável taxa de comutação N vezes a taxa da linha.



Três tipos de elementos de comutação

Comutação por MemóriaRoteadores da primeira geração:r computadores tradicionais com comutação controlada diretamente pela CPU

r pacote copiado para a memória do sistemar velocidade limitada pela largura de banda da memória (2 travessias do barramento por datagrama)


porta deentrada

(ex.,Ethernet)

memóriaporta de

saída(ex.,

Ethernet)

barramento dosistema


Comutação por um Barramento

r datagrama da memória da porta de entrada para a memória da porta de saída via um barramento compartilhado

r Disputa (contenção) pelo barramento: taxa de comutação limitada pela largura de banda do barramento

r Cisco 6500 usa barramento de 32 Gbps: velocidade suficiente para roteadores de acesso e corporativos.


Comutação por uma rede de interconexãor supera limitações de banda dos

barramentosr Redes Banyan, outras redes de

interconexão desenvolvidas inicialmente para interligar processadores num sistema multiprocessador

r Projeto avançado: fragmentar datagrama em células de tamanho fixo, comutar células através da matriz de comutação.

r Cisco 12000: comuta 60 Gbps pela rede de interconexão.

Rede de Banyan

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

11 = 1011B

11

1

0 1

1

11 1

0

1 1

Tráfego com interferência mínima

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

Tráfego com interferência máxima (hot spot)

01

23

45

67

89

1011

1213

1415

01

23

45

67

89

1011

1213

1415


Portas de Saída

r enfileiramento necessário quando datagramas chegam do elemento de comutação mais rapidamente do que a taxa de transmissão

r disciplina de escalonamento escolhe um dos datagramasenfileirados para transmissão


Filas na Porta de Saída

r usa buffers quando taxa de chegada através do comutador excede taxa de transmissão de saída

r enfileiramento (retardo), e perdas devidas ao transbordo do buffer da porta de saída!

Tamanho das filas

r regra prática da RFC3439: enfileiramento médio igual ao RTT “típico” (ex., 250 mseg) vezes a capacidade do link C

m Ex.: C = 10 Gbps: buffer de 2,5 Gbitr recomendação recente: com N fluxos,

enfileiramento igual a:


𝑅𝑇𝑇. 𝐶𝑁


Filas na Porta de Entradar Se o elemento de comutação for mais lento do que a

soma das portas de entrada juntas -> pode haver filas nas portas de entrada

m retardo de enfileiramento e perdas devido ao transbordo do buffer de entrada!

r Bloqueio de cabeça de fila: datagrama na cabeça da fila impede outros na mesma fila de avançarem

Scheduling mechanisms

r scheduling: choose next packet to send on linkr FIFO (first in first out) scheduling: send in

order of arrival to queuem real-world example?m discard policy: if packet arrives to full queue: who to

discard?• tail drop: drop arriving packet• priority: drop/remove on priority basis• random: drop/remove randomly

queue(waiting area)

packetarrivals

packetdepartureslink

(server)


Scheduling policies: priority

priority scheduling: send highest priority queued packet

r multiple classes, with different priorities

m class may depend on marking or other header info, e.g. IP source/dest, port numbers, etc.

m real world example?

high priority queue(waiting area)

low priority queue(waiting area)

arrivals

classify

departures

link(server)

1 3 2 4 5

5

5

2

2

1

1

3

3 4

4arrivals

departures

packet in

service


Scheduling policies: still moreRound Robin (RR) scheduling:r multiple classesr cyclically scan class queues, sending one

complete packet from each class (if available)

r real world example?

1 23 4 5

5

5

2

3

1

1

3

3 4

4arrivals

departures

packet in

service


Weighted Fair Queuing (WFQ): r generalized Round Robinr each class gets weighted amount of service

in each cycler real-world example?

Scheduling policies: still more












de rede (NAT)m IPv6


A Camada de Rede na Internet

Tabela derepasse

Funções da camada de rede em estações, roteadores:

Protocolos de rot.•seleção de rotas•RIP, OSPF, BGP

protocolo IP •convenções de endereços•formato do datagrama•convenções de manuseio do pct

protocolo ICMP•relata erros•“sinalização” de roteadores

Camada de transporte: TCP, UDP

Camada de enlace

Camada física

Camadade rede


Formato do datagrama IP

ver comprimento

32 bits

dados (comprimento variável,

tipicamente um segmento TCP ou UDP)

ident. 16-bitschecksumInternet

sobre-vida

endereço IP de origem 32 bits

número da versão do protocolo IP comprimento do

cabeçalho (bytes)

número máximode enlaces restantes

(decrementado a cada roteador)

parafragmentação/remontagem

comprimento total do datagrama(bytes)

protocolo da camadasuperior ao qual

entregar os dados

comp.cab

tipo deserviço

“tipo” dos dados (DS) bits início do fragmentocamadasuperior

endereço IP de destino 32 bits

Opções (se tiver) p.ex. marca de tempo,registrar rotaseguida, especificarlista de roteadoresa visitar.

Quanto overheadcom o TCP?

r 20 bytes do TCPr 20 bytes do IPr = 40 bytes + overhead cam. aplic.


IP: Fragmentação & Remontagemr cada enlace de rede tem MTU

(max.transmission unit) -maior tamanho possível de quadro neste enlace.

m tipos diferentes de enlace têm MTUs diferentes

r datagrama IP muito grande dividido (“fragmentado”) dentro da rede

m um datagrama vira vários datagramas

m “remontado” apenas no destino final

m bits do cabeçalho IP usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados

fragmentação: entrada: um datagrama

grandesaída: 3 datagramas

menores

remontagem


IP: Fragmentação & RemontagemID=x

início=0

bit_frag=0

compr=4000

ID=x

início=0

bit_frag=1

compr=1500

ID=x

início=185

bit_frag=1

compr=1500

ID=x

início=370

bit_frag=0

compr=1040

um datagrama grande viravários datagramas menores

Exemplor Datagrama de

4000 bytes r MTU = 1500 bytes

1480 bytes dedados

início =1480/8











de rede (NAT)m IPv6


Endereçamento IP: introdução

r endereço IP: ident. de 32-bits para interface de estação, roteador

r interface: conexão entre estação, roteador e enlace físico

m roteador típico tem múltiplas interfaces

m estação típica possui uma ou duas interfaces (ex.: Ethernet e Wi-fi)

r 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

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001

223 1 11


Endereçamento IP: introdução

P: como as interfaces são realmente conectadas?R: aprenderemos nos capítulos 5 e 6.

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

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

R: Ethernet interfaces cabeadas conectadas por switches Ethernet

R: interfaces WiFi sem fio conectadas por estação base WiFi

Por enquanto: não nos preocupemos em como uma interface está conectada a outra (sem participação de um roteador)


Subredesr endereço IP:

m parte de rede (bits de mais alta ordem)

m parte de estação (bits de mais baixa ordem)

r O que é uma subredeIP?

m interfaces de dispositivos com a mesma parte de subredenos seus endereços IP

m podem alcançar um ao outro sem passar por um 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

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

rede composta por 3 subredes

subrede


Subredes 223.1.1.0/24 223.1.2.0/24

223.1.3.0/24

Máscara da sub-rede: /24

Receitar desassociar cada

interface do seu roteador, estação

r criar “ilhas” de redes isoladas

r cada rede isolada é uma subrede


SubredesQuantas subredes? 223.1.1.1

223.1.1.3

223.1.1.4

223.1.2.2223.1.2.1

223.1.2.6

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.3.27

223.1.1.2

223.1.7.1

223.1.7.2223.1.8.2223.1.8.1

223.1.9.1

223.1.9.2


parte deestação

Endereçamento IP: CIDRr CIDR: Classless InterDomain Routing

(Roteamento Interdomínio sem classes)m parte de rede do endereço de comprimento

arbitráriom formato de endereço: a.b.c.d/x, onde x é o no. de

bits na parte de subrede do endereço

11001000 00010111 00010000 00000000

parte desubrede

200.23.16.0/23


Endereços IP: como conseguir um?

P: Como o host obtém um endereço IP?

qcodificado pelo administrador num arquivo¦Windows: Painel de controle->Rede-

>Configuração>tcp/ip->propriedades¦UNIX: /etc/rc.config

qDHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: obtém endereço dinamicamente de um servidor¦“plug-and-play”

Network Layer 4-46

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

Objetivo: permitir ao host obter dinamicamente o seu endereço IP do servidor da rede quando entra na rede

m pode renovar o empréstimo pelo uso do endereçom permite a reutilização de endereços (retém o endereço

apenas enquanto estiver conectado)m suporte a usuários móveis que queiram entrar na rede (mais

brevemente)Visão geral do DHCP:

m host envia em broadcast msg “DHCP discover” [opcional]m servidor DHCP responde com msg “DHCP offer” [opcional]m host solicita endereço IP: msg “DHCP request”m servidor DHCP envia endereço: msg “DHCP ack”

Network Layer 4-47

cenário DHCP cliente-servidor

223.1.1.0/24

223.1.2.0/24

223.1.3.0/24

223.1.1.1

223.1.1.3

223.1.1.4 223.1.2.9

223.1.3.2223.1.3.1

223.1.1.2

223.1.3.27223.1.2.2

223.1.2.1

ServidorDHCP

DHCP clienteque cheganecessita um endereço nestarede

Network Layer 4-48

cenário DHCP cliente-servidorservidor DHCP : 223.1.2.5 cliente que

chega

time

DHCP discover

src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67yiaddr: 0.0.0.0transaction ID: 654

DHCP offersrc: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68yiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 654Lifetime: 3600 secs

DHCP request

src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67yiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 655Lifetime: 3600 secs

DHCP ACKsrc: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68yiaddrr: 223.1.2.4transaction ID: 655Lifetime: 3600 secs

DHCP: mais do que endereços IPr O DHCP pode retornar mais do que apenas

o endereço IP alocado na subrede:m endereço do próximo roteador para o clientem nome e endereço IP do servidor DNSm máscara de rede (indicando as porções do

endereço que identificam a rede e o hospedeiro)


DHCP: exemplo

r laptop ao se conectar necessita seu endereço IP, end. do primeiro roteador, end. do servidor DNS: usa DHCP

r pedido DHCP encapsulado em UDP, encapsulado no IP, encapsulado no Ethernet 802.1

r quadro Ethernet difundido (dest.: FFFFFFFFFFFF) na LAN, recebido no roteador que está rodando o servidor DHCP

r Ethernet demultiplexado para IP, demultiplexado para UDP, demultiplexado para DHCP


roteador com servidorDHCP embutido

168.1.1.1

DHCPUDP

IPEth

Física

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEth

Física

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPDHCP

DHCP: exemplo

r servidor DHCP prepara o ACK DHCP contendo o endereço IP do cliente, o endereço IP do primeiro roteador para o cliente, o nome e o endereço IP do servidor DNS

r encapsula a mensagem DHCP no servidor, quadro é repassado para o cliente, e é demultiplexado até o DHCP no cliente.

r cliente agora conhece o seu endereço IP, o nome e end. IP do servidor DNS, end. IP do seu primeiro roteador


roteadorcom servidorDHCP embutido

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCPUDP

IPEthPhy

DHCP

DHCPUDP

IPEthPhy

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP

DHCP: saída do Wireshark


Message type: Boot Request (1)Hardware type: EthernetHardware address length: 6Hops: 0Transaction ID: 0x6b3a11b7Seconds elapsed: 0Bootp flags: 0x0000 (Unicast)Client IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Your (client) IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Next server IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Relay agent IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Client MAC address: Wistron_23:68:8a (00:16:d3:23:68:8a)Server host name not givenBoot file name not givenMagic cookie: (OK)Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP RequestOption: (61) Client identifier

Length: 7; Value: 010016D323688A; Hardware type: EthernetClient MAC address: Wistron_23:68:8a (00:16:d3:23:68:8a)

Option: (t=50,l=4) Requested IP Address = 192.168.1.101Option: (t=12,l=5) Host Name = "nomad"Option: (55) Parameter Request List

Length: 11; Value: 010F03062C2E2F1F21F92B1 = Subnet Mask; 15 = Domain Name3 = Router; 6 = Domain Name Server44 = NetBIOS over TCP/IP Name Server……

pedidoMessage type: Boot Reply (2)Hardware type: EthernetHardware address length: 6Hops: 0Transaction ID: 0x6b3a11b7Seconds elapsed: 0Bootp flags: 0x0000 (Unicast)Client IP address: 192.168.1.101 (192.168.1.101)Your (client) IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Next server IP address: 192.168.1.1 (192.168.1.1)Relay agent IP address: 0.0.0.0 (0.0.0.0)Client MAC address: Wistron_23:68:8a (00:16:d3:23:68:8a)Server host name not givenBoot file name not givenMagic cookie: (OK)Option: (t=53,l=1) DHCP Message Type = DHCP ACKOption: (t=54,l=4) Server Identifier = 192.168.1.1Option: (t=1,l=4) Subnet Mask = 255.255.255.0Option: (t=3,l=4) Router = 192.168.1.1Option: (6) Domain Name Server

Length: 12; Value: 445747E2445749F244574092; IP Address: 68.87.71.226;IP Address: 68.87.73.242; IP Address: 68.87.64.146

Option: (t=15,l=20) Domain Name = "hsd1.ma.comcast.net."

resposta


Endereços IP: como conseguir um?

Bloco do 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20provedorOrganização 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

P: Como a rede obtém a parte de rede do endereço IP?R: Recebe uma porção do espaço de endereços do seu

ISP (provedor)


Endereçamento hierárquico: agregação de rotas

“mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 200.23.16.0/20”

200.23.16.0/23

200.23.18.0/23

200.23.30.0/23

Provedor A

Organização 0

Organização 7Internet

Organização n 1

Provedor B “mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com199.31.0.0/16”

200.23.20.0/23Organização 2

...

...

Endereçamento hierárquico permite anunciar eficientemente informação sobre rotas:


Endereçamento hierárquico: rotas mais específicas

Provedor B tem uma rota mais específica para a Organização 1

“mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 200.23.16.0/20”

200.23.16.0/23

200.23.18.0/23

200.23.30.0/23

Provedor A

Organização 0

Organização 7Internet

Organização 1

Provedor B “mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 199.31.0.0/16ou 200.23.18.0/23”

200.23.20.0/23Organização 2

...

...


Endereçamento IP: a última palavra...

P: Como um provedor IP consegue um bloco de endereços?

R: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers (www.icann.org.br)m aloca endereçosm gerencia DNSm aloca nomes de domínio, resolve disputas

Através da IANA (Internet Assigned Numbers Authority)











de rede (NAT)m IPv6


Tradução de endereços na rede (NAT)

10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

10.0.0.4

138.76.29.7

rede local(e.x., rede caseira)

10.0.0/24

resto daInternet

Datagramas com origem oudestino nesta rede usam

endereços 10.0.0/24 para origem e destino (como usual)

Todos os datagramas deixando a rede local têm o mesmo único

endereço IP NAT origem: 138.76.29.7, e diferentes números de porta origem


r Motivação: a rede local usa apenas um endereço IP, no que concerne ao mundo exterior:

m não há necessidade de alocar faixas de endereços do ISP:

• apenas um endereço IP é usado para todos os dispositivosm pode modificar endereços de dispositivos na rede

local sem notificar o mundo exteriorm pode trocar de ISP sem mudar os endereços dos

dispositivos na rede localm dispositivos dentro da rede local não são

explicitamente endereçáveis, i.e., visíveis do mundo exterior (um incremento de segurança)



Tradução de endereços na rede (NAT)Implementação: um roteador NAT deve:

m datagramas saindo: trocar (IP origem, # porta ) de cada datagrama saindo para (IP NAT, novo # porta). . . clientes/servidores remotos vão responder

usando (IP NAT, novo # porta) como endereço destino.m lembrar (na tabela de tradução NAT) cada par de

tradução (IP origem, # porta ) para (IP NAT, novo # porta)

m datagramas entrando: trocar (IP NAT, novo # porta) nos campos de destino de cada datagrama entrando para o (IP origem, # porta) correspondente armazenado na tabela NAT



10.0.0.1

10.0.0.2

10.0.0.3

O: 10.0.0.1, 3345D: 128.119.40.186, 80

110.0.0.4

138.76.29.7

1: host 10.0.0.1 envia datagrama p/ 128.119.40.186, 80

Tabela de tradução NATend. lado WAN end. lado LAN 138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345…… ……

O: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 4

O: 138.76.29.7, 5001D: 128.119.40.186, 802

2: roteador NATmuda end. origem do datagrama de10.0.0.1, 3345 p/138.76.29.7, 5001,e atualiza tabela

O: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 3

3: Resposta chegap/ end. destino:138.76.29.7, 5001

4: roteador NATmuda end. destinodo datagrama de138.76.29.7, 5001 p/ 10.0.0.1, 3345



r campo do número de porta com 16-bits: m 60.000 conexões simultâneas com um único

endereço no lado WAN!r NAT é controverso:

m roteadores deveriam processar somente até a camada 3

m viola o argumento fim-a-fim• possibilidade do uso de NAT deve ser levado em conta

pelos projetistas de aplicações (p.e., P2P)m escassez de endereços, por outro lado, deveria

ser resolvida com o IPv6

Network Layer 4-63

Problema de travessia do NATr o cliente quer conectar com

o servidor com end. 10.0.0.1m endereço 10.0.0.1 é local à

LAN (cliente não pode usá-lo como endereço de destino)

m há apenas um endereço visível externamente: 138.76.29.7

r solução 1: configurar estaticamente o NAT para encaminhar para o servidor pedidos de conexão entrantes numa dada porta.r Ex: (123.76.29.7, porta 2500)

sempre encaminhado para 10.0.0.1 porta 25000

10.0.0.1

10.0.0.4

roteadorNAT

138.76.29.7

Cliente?

Network Layer 4-64

Problema de travessia do NATr solução 2: Protocolo Internet

Gateway Device (IGD) do Universal Plug and Play (UPnP). Permite aoshosts que estejam atrás de NATs:v descobrir o endereço público IP

(138.76.29.7)v Adicionar/remover mapeamento

de portas (com tempos de validade)

i.e., automatiza a configuração do mapeamento estático de portasNAT

10.0.0.1

10.0.0.4

roteadorNAT

138.76.29.7

IGD

Network Layer 4-65

Problema de travessia do NATr solução 3: repasse (usado pelo Skype)

m clientes atrás do NAT se conecta ao relaym cliente externo também se conecta ao relaym Repasse serve de intermediário entre pacotes de uma

conexão para a outra

138.76.29.7Cliente

10.0.0.1

roteadorNAT

1. conexão para o relay iniciada pelo host atrás do NAT

2. conexão para o relay é iniciada pelo cliente

3. Ponteestabelecida











de rede (NAT)m IPv6


IPv6r Motivação inicial: espaço de endereços de 32-bits em

breve completamente alocado.m Esgotou em 2011 na ICANN

r Motivação adicional:m formato do cabeçalho facilita acelerar

processamento/repassem mudanças no cabeçalho para facilitar QoS

formato do datagrama IPv6:m cabeçalho de tamanho fixo de 40 bytesm não admite fragmentação


Cabeçalho IPv6Classe de tráfego: identifica prioridade entre datagramas no fluxoRótulo do Fluxo: identifica datagramas no mesmo “fluxo”

(conceito de “fluxo” mal definido).Próximo cabeçalho: identifica protocolo da camada superior

para os dados


Outras mudanças em relação ao IPv4r Checksum: removido completamente para reduzir

tempo de processamento a cada roteadorr Opções: permitidas, porém fora do cabeçalho,

indicadas pelo campo “Próximo Cabeçalho”r ICMPv6: versão nova de ICMP

m tipos adicionais de mensagens, p.ex. “Pacote Muito Grande”

m funções de gerenciamento de grupo multiponto

Espaço de Endereçamento

r Um endereço IPv4 é formado por 32 bits.m 232 = 4.294.967.296

r Um endereço IPv6 é formado por 128 bits.m 2128 =

340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456

m ~56 octilhões (5,6 x 1028) de endereços IP por ser humano

m ~79 octilhões (7,9 x 1028) de vezes a quantidade de endereços IPv4


Endereços IPv6 (RFC 4291)

r Exemplos:m ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789m 2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A

r Representação de endereços IPv4:m 0:0:0:0:0:FFFF:129.144.52.38

r Ou em formato comprimidom ::FFFF:129.144.52.38


Endereços IPv6

r Eliminação de zeros:m Os endereços:

• 2001:DB8:0:0:8:800:200C:417A endereço unicast• FF01:0:0:0:0:0:0:101 endereço multicast• 0:0:0:0:0:0:0:1 endereço de loopback• 0:0:0:0:0:0:0:0 endereço não especificado

m Podem ser escritos como:• 2001:DB8::8:800:200C:417A endereço unicast• FF01::101 endereço multicast• ::1 endereço de loopback• :: endereço não especificado


Espaço de Endereçamento do IPv6 (19/07/2007)r 0000::/8 Reserved by IETF [RFC4291]r 0100::/8 Reserved by IETF [RFC4291]r 0200::/7 Reserved by IETF [RFC4048]r 0400::/6 Reserved by IETF [RFC4291]r 0800::/5 Reserved by IETF [RFC4291]r 1000::/4 Reserved by IETF [RFC4291]r 2000::/3 Global Unicast [RFC4291] r 4000::/3 Reserved by IETF [RFC4291]r 6000::/3 Reserved by IETF [RFC4291]r 8000::/3 Reserved by IETF [RFC4291]r A000::/3 Reserved by IETF [RFC4291]r C000::/3 Reserved by IETF [RFC4291]r E000::/4 Reserved by IETF [RFC4291]r F000::/5 Reserved by IETF [RFC4291]r F800::/6 Reserved by IETF [RFC4291]r FC00::/7 Unique Local Unicast [RFC4193]r FE00::/9 Reserved by IETF [RFC4291]r FE80::/10 Link Local Unicast [RFC4291]r FEC0::/10 Reserved by IETF [RFC3879]r FF00::/8 Multicast [RFC4291] 4: Camada de Rede 4a-73

r 2001:0000::/23 IANA 01 Jul 99 [1]r 2001:0200::/23 APNIC 01 Jul 99r 2001:0400::/23 ARIN 01 Jul 99r 2001:0600::/23 RIPE NCC 01 Jul 99r 2001:0800::/23 RIPE NCC 01 May 02r 2001:0A00::/23 RIPE NCC 02 Nov 02r 2001:0C00::/23 APNIC 01 May 02 [2]r 2001:0E00::/23 APNIC 01 Jan 03r 2001:1200::/23 LACNIC 01 Nov 02r 2001:1400::/23 RIPE NCC 01 Feb 03r 2001:1600::/23 RIPE NCC 01 Jul 03r 2001:1800::/23 ARIN 01 Apr 03r 2001:1A00::/23 RIPE NCC 01 Jan 04r 2001:1C00::/22 RIPE NCC 01 May 04r 2001:2000::/20 RIPE NCC 01 May 04r 2001:3000::/21 RIPE NCC 01 May 04r 2001:3800::/22 RIPE NCC 01 May 04r 2001:3C00::/22 RESERVED 11 Jun 04 [3]r 2001:4000::/23 RIPE NCC 11 Jun 04

2001:12F0::/ 32 Bloco de produção alocado à RNP.Blocos alocados para a UFPE em 09/10/15:2001:12F0:912::/48,2001:12F0:913::/48,2001:12F0:914::/48.

Alocação de Endereços Unicast Globais (22/12/2006)


Alocação de Endereços Unicast Globais (22/12/2006)r 2001:4200::/23 AfriNIC 01 Jun 04r 2001:4400::/23 APNIC 11 Jun 04r 2001:4600::/23 RIPE NCC 17 Aug 04r 2001:4800::/23 ARIN 24 Aug 04r 2001:4A00::/23 RIPE NCC 15 Oct 04r 2001:4C00::/23 RIPE NCC 17 Dec 04r 2001:5000::/20 RIPE NCC 10 Sep 04r 2001:8000::/19 APNIC 30 Nov 04r 2001:A000::/20 APNIC 30 Nov 04r 2001:B000::/20 APNIC 08 Mar 06r 2002:0000::/16 6to4 01 Feb 01 r 2003:0000::/18 RIPE NCC 12 Jan 05r 2400:0000::/12 APNIC 03 Oct 06 r 2600:0000::/12 ARIN 03 Oct 06 r 2610:0000::/23 ARIN 17 Nov 05r 2620:0000::/23 ARIN 12 Sep 06r 2800:0000::/12 LACNIC 03 Oct 06 r 2A00:0000::/12 RIPE NCC 03 Oct 06 r 2C00:0000::/12 AfriNIC 03 Oct 06


Endereçamento Unicast

r Global Unicast

m Divisão de endereços:• http://ipv6.br/paginas/subnet



Transição do IPv4 para o IPv6

r Nem todos os roteadores podem ser atualizados simultaneamente

m “dias de mudança geral” inviáveism Como a rede pode funcionar com uma mistura de

roteadores IPv4 e IPv6? r Tunelamento: datagramas IPv6 carregados em

datagramas IPv4 entre roteadores IPv4

end IPv4 origem, destcampos do cabeçalho IPv4

datagrama IPv4datagrama IPv6

carga do IPv4

carga UDP/TCPend IPv6 origem, dest

campos do cabeçalho IPv6

Network Layer 4-78

TunelamentoA B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

túnel IPv4 conectandoroteadores IPv6Visão lógica:

Visão física:A B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6IPv4 IPv4

Network Layer 4-79

TunelamentoA B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

túnelVisão lógica:

Visão física:A B E F

IPv6 IPv6 IPv6 IPv6

C D

IPv4 IPv4

Fluxo: XFonte: ADest: F

dados


dados


dados

Fonte:BDest: E


dados

Fonte:BDest: E

A-para-B:IPv6

E-para-F:IPv6B-para-C:IPv6 dentro

do IPv4

B-para-C:IPv6 dentro

do IPv4

IPv6: adoption

r Google: 8% of clients access services via IPv6r NIST: 1/3 of all US government domains are

IPv6 capable

r Long (long!) time for deployment, usem20 years and counting!mthink of application-level changes in last 20 years: WWW, Facebook, streaming media, Skype, …mWhy?












de rede (NAT)m IPv6

Generalized Forwarding and SDN

230100 1101

values in arrivingpacket’s header

logically-centralized routing controller

1

control plane

data plane

Each router contains a flow table that is computed and distributed by a logically centralized routing controller

local flow tableheaders counters actions


OpenFlow data plane abstraction

r flow: defined by header fieldsr generalized forwarding: simple packet-handling rules

m Pattern: match values in packet header fieldsm Actions: for matched packet: drop, forward, modify, matched packet or

send matched packet to controller m Priority: disambiguate overlapping patternsm Counters: #bytes and #packets

Flow table in a router (computed and distributed by controller) define router’s match+action rules


OpenFlow data plane abstraction

r flow: defined by header fieldsr generalized forwarding: simple packet-handling rules

m Pattern: match values in packet header fieldsm Actions: for matched packet: drop, forward, modify, matched packet or

send matched packet to controller m Priority: disambiguate overlapping patternsm Counters: #bytes and #packets

1. src=1.2.*.*, dest=3.4.5.* à drop 2. src = *.*.*.*, dest=3.4.*.* à forward(2)3. src=10.1.2.3, dest=*.*.*.* à send to controller

* : wildcard

OpenFlow: Flow Table Entries

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport

Rule Action Stats

1. Forward packet to port(s)2. Encapsulate and forward to controller3. Drop packet4. Send to normal processing pipeline5. Modify Fields

Packet + byte counters

Link layer Network layer Transport layer

Destination-based forwarding:

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Action

* * * * * 51.6.0.8 * * * port6

Examples

IP datagrams destined to IP address 51.6.0.8 should be forwarded to router output port 6

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Forward

* * * * * * * * 22 drop

Firewall:

do not forward (block) all datagrams destined to TCP port 22

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Forward

* * * * 128.119.1.1 * * * * dropdo not forward (block) all datagrams sent by host 128.119.1.1

Destination-based layer 2 (switch) forwarding:

*

SwitchPort

MACsrc

MACdst

Ethtype

VLANID

IPSrc

IPDst

IPProt

TCPsport

TCPdport Action

* * * * * * * * port3

Examples

layer 2 frames from MAC address 22:A7:23:11:E1:02 should be forwarded to output port 6

22:A7:23:11:E1:02


OpenFlow abstraction

§ Router• match: longest

destination IP prefix• action: forward out

a link§ Switch

• match: destination MAC address

• action: forward or flood

§ Firewall• match: IP addresses

and TCP/UDP port numbers

• action: permit or deny

§ NAT• match: IP address

and port• action: rewrite

address and port

§ match+action: unifies different kinds of devices


IP Src = 10.3.*.*IP Dst = 10.2.*.* forward(3)

match action

ingress port = 2IP Dst = 10.2.0.3ingress port = 2IP Dst = 10.2.0.4

forward(3)

match action

forward(4)ingress port = 1IP Src = 10.3.*.*IP Dst = 10.2.*.*

forward(4)

match action

OpenFlow example

Host h110.1.0.1

Host h210.1.0.2

Host h410.2.0.4

Host h310.2.0.3

Host h510.3.0.5

s1 s2

s312

3 4

1

2

34

1

23

4

Host h610.3.0.6

controller

Example: datagrams from hosts h5 and h6 should be sent to h3 or h4, via s1 and from there to s2


Capítulo 4: Concluído!









de rede (NAT)m IPv6

Pergunta: como são calculadas as tabelas de repasse (encaminhamento baseado no destino) ou as tabelas de fluxo (encaminhamento genérico)?Resposta: pelo plano de controle (próximo capítulo)

Documents

Capítulo 4: Camada de Redesuruagy/cursos/redes/cap4-Kurose.pdf · 4: Camada de Rede 4a-1 Capítulo 4: Camada de Rede r 4.4 Repasse generalizado e SDN mmatch mação mexemplos de