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)

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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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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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.

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Apresent.

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Físico

Apresent.

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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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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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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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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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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Protocolo IP

Recursos críticos para o desempenho IP: Largura de banda disponível Memória disponível para buffers Processamento da CPU

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