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Tecnologias de Comunicação de Dados
Nivaldo Custódio
Versão 2.0 – 30/07/2001
1 Modelo de Referência OSI...........................................................................................................6
1.1 Camada Física....................................................................................................................................81.1.1 Análise de Fourier (1904).............................................................................................................................91.1.2 Largura de Banda.......................................................................................................................................101.1.3 Taxa Máxima de Transmissão de um Canal:...............................................................................................101.1.4 Meios de Transmissão................................................................................................................................11
1.1.4.1 Cabo Coaxial.........................................................................................................................................111.1.4.2 Par Trançado.........................................................................................................................................121.1.4.3 Fibra Óptica...........................................................................................................................................131.1.4.4 Wireless.................................................................................................................................................151.1.4.5 Satélite...................................................................................................................................................171.1.4.6 Sistema Telefônico.................................................................................................................................18
1.1.5 Sub-camada de Acesso ao Meio.................................................................................................................211.1.5.1 IEEE 802.3 - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)........................................221.1.5.2 IEEE 802.5 - Token Ring.......................................................................................................................241.1.5.3 IEEE 802.11 - CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)....................................271.1.5.4 FDDI (Fiber Distributed Data Interface).................................................................................................361.1.5.5 FDMA (Frequency Division Multiple Access)........................................................................................381.1.5.6 TDMA (Time Division Method Access).................................................................................................381.1.5.7 CDMA (Code Division Method Access)................................................................................................38
1.2 Camada de Enlace...........................................................................................................................391.2.1 Serviços oferecidos pela camada de enlace.................................................................................................391.2.2 Enquadramento (Framing).........................................................................................................................391.2.3 Controle de Erros.......................................................................................................................................401.2.4 Protocolos..................................................................................................................................................41
1.2.4.1 ADSL....................................................................................................................................................411.2.4.2 ATM – Asynchronous Transfer Mode....................................................................................................451.2.4.3 X.25......................................................................................................................................................491.2.4.4 Frame-Relay..........................................................................................................................................511.2.4.5 MPLS (Multi Protocol Label Switch).....................................................................................................52
1.3 Camada de Rede..............................................................................................................................53
1.4 Camada de Transporte....................................................................................................................53
1.5 Camada de Sessão............................................................................................................................54
1.6 Camada de Apresentação................................................................................................................54
1.7 Camada de Aplicação......................................................................................................................54
1.8 Serviços............................................................................................................................................54
1.9 Primitivas dos Serviços....................................................................................................................55
2 Conceitos de Internet e TCP/IP..................................................................................................57
2.1 Evolução de TCP/IP e Internet........................................................................................................57
2.2 Protocolos TCP/IP...........................................................................................................................592.2.1 Camada de rede.........................................................................................................................................592.2.2 Camada Inter-Rede....................................................................................................................................602.2.3 Camada de Transporte...............................................................................................................................612.2.4 Camada de Aplicação.................................................................................................................................612.2.5 Posicionamento do Nível OSI.....................................................................................................................612.2.6 Internet e Padronização de Protocolos e Funções.........................................................................................632.2.7 Exemplos de aplicação de redes com arquitetura TCP/IP.............................................................................682.2.8 Protocolos da Camada Inter-Rede...............................................................................................................70
3 Protocolo IP...............................................................................................................................71
3.1 Endereços IP....................................................................................................................................71
3.2 Broadcast.........................................................................................................................................74
3.3 Mapeamento de endereços IP em endereços de rede......................................................................74
3.4 Roteamento IP.................................................................................................................................773.4.1 Algoritmo de Transmissão de um pacote IP................................................................................................783.4.2 Algoritmo de Recepção de um pacote IP.....................................................................................................79
3.5 Roteamento estático x Roteamento dinâmico..................................................................................80
3.6 Pacote IP..........................................................................................................................................813.6.1 Opções IP..................................................................................................................................................823.6.2 Fragmentação............................................................................................................................................83
3.7 Endereçamento em Sub-redes.........................................................................................................84
3.8 Flexibilidade de Endereçamento.....................................................................................................86
3.9 Roteamento com Sub-rede...............................................................................................................893.9.1 Algoritmo de Recepção de pacote IP com máscara......................................................................................90
3.10 Sub-Redes não utilizáveis:............................................................................................................90
3.11 Endereços IP’s para uso exclusivo de Redes Privativas..............................................................91
4 Protocolo ICMP.........................................................................................................................92
4.1 Echo Request e Echo Reply.............................................................................................................93
4.2 Destination Unreachable..................................................................................................................93
4.3 Source Quench.................................................................................................................................94
4.4 Redirect............................................................................................................................................94
4.5 TTL Expired....................................................................................................................................96
4.6 ICMP Router Solicitation/Advertisement.......................................................................................96
4.7 Aquisição de informações de roteamento........................................................................................97
5 Protocolos da Camada de Transporte.........................................................................................99
5.1 Camada de Transporte....................................................................................................................99
6 Protocolo UDP.........................................................................................................................100
6.1 Formato da mensagem UDP..........................................................................................................101
7 Protocolo TCP..........................................................................................................................102
7.1 Características do TCP..................................................................................................................1047.1.1 Sliding Windows:....................................................................................................................................1047.1.2 Controle de Fluxo no TCP........................................................................................................................1057.1.3 Fluxo Normal de Transferência de Dados.................................................................................................1067.1.4 Estabelecimento de Conexões TCP...........................................................................................................106
7.2 Protocolos da camada de Rede e Protocolos auxiliares de TCP/IP...............................................107
7.3 BOOTP e DHCP............................................................................................................................1077.3.1 Protocolo BOOTP....................................................................................................................................1077.3.2 Protocolo DHCP......................................................................................................................................108
7.3.2.1 Opções DHCP.....................................................................................................................................110
7.4 Protocolo PPP................................................................................................................................111
7.4.1 Protocolo LCP - Link Control Protocol.....................................................................................................1127.4.2 Protocolo IPCP - Network Control Protocol..............................................................................................113
7.5 Protocolo SLIP...............................................................................................................................114
7.6 Interfaces do Nível de Transporte (socket, WinSock)...................................................................115
7.7 Protocolos de Nível de Aplicação...................................................................................................117
7.8 Protocolo DNS................................................................................................................................1177.8.1 Implementação do DNS...........................................................................................................................118
8 Radius – Remote Dial-In User Service.....................................................................................120
8.1 Tipos de Serviços ao Usuário.........................................................................................................120
8.2 Atributos/ Pares de Valores...........................................................................................................1208.2.1 Login/Atributos de senha..........................................................................................................................1208.2.2 Framed-Attributes....................................................................................................................................121
8.3 Exemplo de Arquivo de Usuários..................................................................................................1228.3.1 Gerenciando o Arquivo Client..................................................................................................................124
9 Protocolos de Roteamento........................................................................................................125
9.1 Protocolo RIP.................................................................................................................................1259.1.1 Protocolo RIP2........................................................................................................................................128
9.2 Protocolo OSPF..............................................................................................................................128
9.3 Protocolo BGP-4............................................................................................................................1299.3.1 Por que utilizar BGP-4 ?...........................................................................................................................1309.3.2 Questões relacionadas à alocação de endereços IP....................................................................................1329.3.3 Processo de seleção do envio de pacotes via protocolo BGP-4...................................................................134
9.3.3.1 Valores possíveis dos atributos.............................................................................................................1359.3.3.2 Expressões regulares para seleção de rotas............................................................................................135
9.4 IP Multicast....................................................................................................................................1369.4.1 Roteamento Multicast..............................................................................................................................1379.4.2 MBone - Multicast Backbone...................................................................................................................138
9.4.2.1 Roteamento MBone.............................................................................................................................1389.4.3 Aplicações MBone...................................................................................................................................139
10 Gerenciamento TCP/IP.........................................................................................................139
10.1 QUEUE – Gerenciamento de Congestionamento......................................................................13910.1.1 Stochastic Fairness Queueing (SFQ).........................................................................................................14010.1.2 Class-Based Queueing (CBQ)..................................................................................................................14010.1.3 Random Early-Detection (RED)...............................................................................................................14010.1.4 Deficit Round Robin (DRR).....................................................................................................................141
10.2 SNMP - Simple Network Management Protocol.......................................................................14110.2.1 Controlando acesso SNMP a roteadores....................................................................................................14210.2.2 Modo não privilegiado.............................................................................................................................14210.2.3 Modo privilegiado....................................................................................................................................142
11 Ports TCP e UDP..................................................................................................................144
12 Modelo para solução de problemas gerais.............................................................................145
12.1 Componentes de um modelo de solução de problemas..............................................................145
12.2 Usando esse manual para determinar problemas específicos....................................................146
13 Utilizando as ferramentas de diagnóstico Cisco....................................................................147
13.1 Usando comandos Show.............................................................................................................147
13.2 Usando comandos debug............................................................................................................147
13.3 Usando os comandos Ping e Trace.............................................................................................148
14 Cenários de problema de Conectividade................................................................................149
14.1 Usando o comando show interfaces serial..................................................................................15014.1.1 “Status” da linha serial e do protocolo.......................................................................................................151
14.1.1.1 Solução............................................................................................................................................15214.1.1.2 Saídas descartadas............................................................................................................................15414.1.1.3 Entradas descartadas........................................................................................................................15514.1.1.4 Erros de entrada...............................................................................................................................15614.1.1.5 Resets ocorridos na interface............................................................................................................15814.1.1.6 Oscilações de portadora....................................................................................................................159
14.2 Usando o comando show controllers..........................................................................................159
14.3 Usando comandos de debug.......................................................................................................162
14.4 Usando o comando extended ping..............................................................................................164
14.5 Determinando problemas de clock.............................................................................................16614.5.1 Causa dos problemas de clock..................................................................................................................16614.5.2 Detectando problemas de clock................................................................................................................16614.5.3 Isolando problemas de clock.....................................................................................................................16714.5.4 Isolando problemas de clock.....................................................................................................................168
14.5.4.1 Solução............................................................................................................................................16814.5.5 Invertendo a transmissão de clock.............................................................................................................168
14.6 Ajustando buffers.......................................................................................................................16914.6.1 Ajustando os buffers de sistema................................................................................................................16914.6.2 Implementando Hold Queues (Filas de espera)..........................................................................................171
14.7 Testes especiais em linhas seriais................................................................................................17114.7.1 Testes de loopback...................................................................................................................................171
14.7.1.1 Testes de loopback locais para enlaces HDLC ou PPP.......................................................................17214.7.1.2 Testes de loopback remotos para enlaces HDLC ou PPP...................................................................173
1 Modelo de Referência OSI
O modelo ISO/OSI não é uma arquitetura de rede porque ele não especifica exatamente os serviços e protocolos a serem usados em cada camada, ele é simplesmente um modelo de referência baseado em camadas, sendo que cada camada é dependente da camada subsequente de nível inferior.
A figura acima exibe a interdependência entre as camadas e as interfaces entre uma determinada camada n e as camadas n+1 e n-1.
Na comunicação entre duas entidades quaisquer é estabelecido uma comunicação virtual entre a camada n do transmissor e a respectiva camada n do receptor, entretanto, a comunicação ocorre de fato é entre a camada n e a n-1 da mesma entidade.
1.1 Camada Física
Esta camada está relacionada com a transmissão simples de bits sobre um canal de comunicação. Esta camada deve garantir que ao entrar um sinal elétrico ele será convertido em bit 1 na entidade transmissora, chegará um bit 1 na camada física da entidade receptora e que será encaminhado para a camada de enlace. É nessa camada que ocorre a determinação da taxa de transmissão devido à limitação do meio.
Voltagem para bit "1"
Voltagem para bit "0"
Tempo de duração de um pulso
Modelo de transmissão (simplex, half-duplex, full-duplex)
Pinagem dos conectores
Uma informação pode ser transmitida por fios elétricos pela variação de uma propriedade física qualquer como a voltagem ou a corrente. Sinais podem ser representados como uma função "f (t)", onde o valor da voltagem ou corrente varia com o tempo. Assim eles podem ser analisados matematicamente.
Quando um sinal elétrico está na forma de corrente dentro de um transmissor ou receptor passando através de algum condutor, ele encontra muitos objetos diferentes que são chamados componentes ou dispositivos. Há literalmente centenas de componentes diferentes os quais existem por alguma razão, sendo que todos esses componentes se encaixam em duas categorias, ativo ou passivo. A diferença entre eles é muito simples de ser observada através da identificação se o componente requer ou não fonte de alimentação. Se requer então é ativo, caso contrário, passivo.
Todos os componentes (ativos e passivos) possuem uma dentre duas propriedades distintas: perda ou ganho.
Se o sinal que chega é maior que o que sai, então o comportamento daquele componente é de perda. Caso o sinal que chega é menor que o que sai, então o comportamento é de ganho e ele é chamado de amplificador. Todo amplificador é um componente ativo.
A atenuação de um sinal é o fenômeno de perda de sinal quando comparado com o sinal de entrada. Todo componente passivo que provoca perda de sinal transforma a parcela do sinal atenuado em calor, e essa propriedade de dissipação de calor, chamada de impedância térmica é medida em Celsius por watt (watt é a unidade de medida de potência).
A relação entre o sinal de saída e o sinal de entrada, de ganho ou de perda, é medida em decibéis (dB). Sendo que a inclusão de amplificadores ou atenuadores em série faz com que o sinal também seja multiplicado ou dividido em série.
O modelo matemático de cálculo de ganho ou de perda toma como premissa de que a potência do sinal de saída pode ser bilhões de vezes maior ou menor que o do sinal de entrada, por isso foi adotada a escala logarítmica para a sua representação.
Apenas para referência: perda ou ganho é igual a 10log(potência de saída/potência de entrada) medido em dB.
Na prática e amparado pela expressão acima, quando um sinal é:
Amplificado em 2 vezes, significa que o sinal foi aumentado em 3dB.
Amplificado em 10 vezes, significa que o sinal foi aumentado em 10dB.
Atenuado em 2 vezes, significa que o sinal foi reduzido em 3dB.
Atenuado em 10 vezes, significa que o sinal foi reduzido em 10dB.
Note que uma perda de 6dB no sinal é a mesma coisa que uma variação de –6B no sinal, e não que o sinal teve perda de –6dB.
Observe que devido às propriedades matemáticas do logaritmo, o efeito multiplicativo ou divisor do sinal torna-se apenas uma somatória ou subtração de todas as variações, assim na cadeia de RF, dada uma quantidade de componentes de amplificação e atenuação, a variação total é a somatória de todas as variações em potência do sinal de cada componente ativo ou passivo.
Como o uso dessa escala em dB não é restrita unicamente a identificação da variação de potência de saída versus potência de entrada, logo, é possível dizer que o aumento de clientes em 100% significa que a quantidade de clientes aumentou em 3dB.
1.1.1 Análise de Fourier (1904)
Qualquer função g(t) periódica com o período T pode ser escrita como uma soma de senos e cossenos.
g t c a sen nft b nftnn
nn
( ) ( ) cos( )
1
22 2
1 1
, onde:
f = 1/T (freqüência fundamental)
a bn n, são as amplitudes dos senos e cossenos da n-ésima harmônica.
Para qualquer g(t), a, b e c podem ser calculados.
1.1.2 Largura de Banda
Nenhum sistema transmite sinais sem perdas de energia no processo. Adicionalmente as perdas ocorrem de maneira diferente para diferentes harmônicas, o que insere distorção. Normalmente, as freqüências são transmitidas sem alterações até uma determinada freqüência fc. As freqüências acima de fc são fortemente atenuadas.
O limite fc, muitas vezes é devido à propriedades físicas do meio. Em outros casos, é intencionalmente colocado na linha.
No caso de linhas telefônicas comuns, fc = 4 KHz.
Largura de Faixa, também conhecida como bandwidth é termo aplicado para expressar a diferença entre a freqüência mais alta e a mais baixa que um determinado dispositivo está manipulando em um determinado instante, medido em Hz. Comumente bandwidth também é referenciada como largura de banda, sendo medido em bps.
1.1.3 Taxa Máxima de Transmissão de um Canal:
Para linhas sem ruído : Teorema de Nyquist
Velocidade Máxima = 2 2H Vlog bits/seg, onde:
H é a largura máxima de banda
V é o número de níveis discretos.
Para linha telefonica com fc= 3 KHz, velocidade máxima = 6 Kbps.
Para linhas com ruído : Teorema de Shannon
Velocidade Máxima = H s nlog ( / )2 1 , onde:
H é a largura máxima de banda
S/n é relação sinal ruído que nada mais é que Potência do Sinal (s) dividido Potência do Ruído (n)
Assim, numa linha telefonica com fc = 3 KHz e 30 dB, temos max rate = 30 Kbps, independente do número discreto de níveis.
1.1.4 Meios de Transmissão
1.1.4.1Cabo Coaxial
Existem vários tipos de cabos coaxiais, cada um com suas características específicas. Alguns são melhores para transmissão em alta freqüência, outros tém atenuação mais baixa, e outros são imunes a ruídos e interferências. Os cabos coaxiais de alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar e os cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para trafegar dados em alta velocidade e longas distâncias.
A ligação do cabo coaxial causa reflexão devido a impedância não infinita do conector. A colocação destes conectores, em ligação multiponto, deve ser controlada de forma a garantir que as reflexões não desapareçam em fase de um valor significativo. A maioria dos sistemas de transmissão de banda base utilizam cabos de impedância com características de 50 Ohm, geralmente utilizados nas TVs a cabo e em redes de banda larga. Isso se deve ao fato de a transmissão em banda base sofrer menos reflexões, devido às capacitâncias introduzidas nas ligações ao cabo de 50 Ohm.
Os cabos coaxiais possuem uma maior imunidade a ruídos eletromagnéticos de baixa freqüência e, por isso, eram o meio de transmissão mais usado em redes locais.
Baseband - 50 ohms - Transmissão digital
Broadband - 75 ohms - Transmissão Analógica.
Impedância é medida que descreve a “dificuldade” que um sinal tem ao passar através de um condutor qualquer. A impedância é relacionada diretamente com a parte da transmissão antes de ser transmitida através do ar, enfim, o cabeamento e a conectorização são os principais componentes de avaliação da impedância.
A impedância entre os componentes interconectados deve “casar”, sendo que a qualidade da comunicação depende diretamente do casamento dessa impedância. A taxa que avalia o casamento de impedância é o VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), ou seja, o VSWR é a unidade de medição comparativa que indica o desvio da impedância de entrada ou de saída quando comparado com 50ohm.
Assim, quanto maior for esse desvio, maior a perda da qualidade de comunicação entre dois componentes. Dentre outras conseqüências do efeito do descasamento de impedância, a principal é que devido ao fato do descasamento de impedância, o fenômeno de reflexão do sinal transmitido pode vir a causar a queima do próprio equipamento transmissor (rádio, amplificador, etc). O perfeito casamento é observado quando o VSWR é 1.0:1.
1.1.4.2Par Trançado
Os cabos de par trançado possuem dois ou mais fios entrelaçados em forma de espiral e, por isso, reduzem o ruído e mantém constante as propriedades elétricas do meio, em todo o seu comprimento.
A desvantagem deste tipo de cabo, é que devido ao fato de ele pode ser usado tanto para transmissão analógica quanto digital, é sua suscetibilidade às interferências a ruídos (eletromagnéticos e radiofreqüência). Esses efeitos podem, entretanto, ser minimizados com blindagem adequada.
Esse cabo se adapta muito bem às redes com topologia em estrela, onde as taxas de dados mais elevadas permitidas por ele e pela fibra óptica ultrapassam, e muito a capacidade das chaves disponíveis com a tecnologia atual. Usado também em conjunto com sistemas ATM para viabilizar o tráfego de dados a uma velocidade de 155 Mbps.
O padrão EIA/TIA 568-B define a pinagem normal:
/--T2 1 Branco/Laranja par2 \--R2 2 Laranja /----------T3 3 Branco/Verde / /-R1 4 Azul par3 \ par1 \-T1 5 Branco/Azul \----------R3 6 Verde /--T4 7 Branco/Marrom par4 \--R4 8 Marrom
A pinagem do cabo cross é:
BL 1 <--------------> 3 BV L 2 <--------------> 6 V BV 3 <--------------> 1 BL A 4 <--------------> 4 A BA 5 <--------------> 5 BA V 6 <--------------> 2 L BM 7 <--------------> 7 BM M 8 <--------------> 8 M
Os pinos utilizados por tecnologia são:
ATM 155Mbps à pares 2 e 4 (pinos 1-2, 7-8) Ethernet 10Base-T à pares 2 e 3 (pinos 1-6) Ethernet 100Base-Tx à pares 1,2,3 e 4 (pinos 1-8) Token-Ring à pares 1 e 3 (pinos 3-6)
Cabeamento por Tecnologia:
Categoria 1 = 1 Mhz à Não definidoCategoria 2 = 4 Mhz à TelefoniaCategoria 3 = 10 Mhz à 10baseTCategoria 4 = 16 Mhz à Token RingCategoria 5 = 20 Mhz à 10baseT, 100baseT
1.1.4.3Fibra Óptica
Tecnicamente falando, os dados são transmitidos por pulsos de luz., sendo que um pulso de luz corresponde ao bit "1"e a ausência de luz ao bit "0", sendo que a potencial de largura de faixa é
de 108 MHz, dentro do domínio de freqüência do infravermelho a uma velocidade de 10 a 15 MHz.
O cabo óptico consiste de um filamento de sílica e de plástico, onde é feita a transmissão da luz. As fontes de transmissão de luz podem ser diodos emissores de luz (LED) ou lasers semicondutores.
O cabo óptico com transmissão de raio laser é o mais eficiente em potência devido a sua espessura reduzida. Já os cabos com diodos emissores de luz são muito baratos, além de serem mais adaptáveis à temperatura ambiente e de terem um ciclo de vida maior que o do laser.
Os cabos de fibra óptica são mais imunes às interferências de ruídos eletromagnéticos e com radiofreqüências e permitem um quase total isolamento entre transmissor e receptor.
O cabo de fibra óptica pode ser utilizado tanto em ligações ponto a ponto quanto em ligações multiponto. A exemplo do cabo de par trançado, a fibra óptica também se aplica a sistemas ATM, que transmitem os dados em alta velocidade.
Componentes de um sistemas de transmissão :
"Multimode Fiber " (MMF): Os raios incidentes pulam de uma borda para outra da fibra.
"Singlemode Fiber" (SMF): O diâmetro da fibra é reduzido ao comprimento de onda de luz. Dado o fato que a luz se propaga em linha com o condutor a eficiência do meio é maior permitindo uma distância maior sem emendas ou repetidor.
1.1.4.4Wireless
Descrevendo de forma mais simples possível, todo sistema de transmissão digital possui os 6 componentes básicos a seguir:
Sinal è Amplificador è (Misturador + Oscilador) è Filtro è Antena
1.1.4.4.1 Amplificador
Como já vimos um Amplificador aumenta a amplitude do sinal, mas ele também tem a propriedade de “ouvir” sinais extremamente baixos. Essa característica é chamada de LNA (Low Noise Amplifier) e é unidade de medição da qualidade de detectar sinal é Figura de Ruído, ou seja, quanto menor for a figura de ruído melhor a qualidade de recepção do sinal.
HPA (High Power Amplifier) é o amplificador que tem a função específica de aumentar a potência de transmissão, e é medido em dBm (30 dBm é igual a 1 watt).
Assim, toda cadeia de RF possui os dois amplificadores, sendo que é comum o mesmo amplificador fazer as duas funções, mas uma função é relativa à saída do sinal (HPA) e a outra função é relativa à entrada do sinal (LNA).
1.1.4.4.2 Misturador + Oscilador
O misturador também é conhecido como up ou down converter tem a função básica de efetuar a conversão entre os sinais que estão sendo transmitidos pelo ar e os sinais manipulados pelos componentes em terra.
A função básica do oscilador é fornecer sinais ao misturador o qual os utilizará para efetuar a conversão dos sinais.
1.1.4.4.3 Filtro
O nome auto-explicativo denota claramente a função desse componente, que é de permitir somente a passagem da freqüência definida, quer seja definindo a menor freqüência, a maior, ou ambas, neste caso o filtro é chamado de filtro de banda passante.
1.1.4.4.4 Antena
Os 2 fatores que determinam o tamanho e o formato de uma antena, são a freqüência e a cobertura, sendo que quanto maior a freqüência, menor o tamanho, e vice-versa. Se o objetivo de uso de uma antena for para todas as direções, essa antena é chamada omni-direcional e tem um ganho (amplificação) inferior às antenas direcionais, porém, teoricamente, possui abrangência de 360˚.
Quando um sinal viaja no ar, as ondas podem trafegar horizontalmente ou verticalmente, o que é chamado de polarização. O objetivo da implementação dessa técnica na transmissão de sinais é para obter transmissão simultânea na mesma faixa de freqüência no mesmo lugar ao mesmo tempo.
1.1.4.4.5 Freqüência
A tabela de alocação de freqüência por tipo de serviços.
FAIXA DE FREQÜÊNCIA
(Hz)
DESIGNAÇÃO TÉCNICA
CARACTERÍSTICA DE PROPAGAÇÃO ÚTIL
PRINCIPAL UTILIZAÇÃO
300 a3.000
ELF(Extremely Low Frequency)
Penetram na superfície terrestre e na água
Comunicação para submarinos e escavações de minas.
3K a30K
VLF(Very Low Frequency)
Ótima reflexão na ionosfera e alguma penetração na superfície
Comunicação para submarinos e escavações de minas.
30K a300K
LF(Low Frequency)
Reflexão na ionosfera até 100K. Acima de 100K, ondas de superfície
Serviços marítimos e auxílio a navegação aérea.
300K a3.000K
MF(Medium Frequency)
Ondas de superfície com pouca atenuação
Radiodifusão local.
3M a30M
HF(High Frequency)
Refração na ionosfera Radiodifusão local e distante.Serviços marítimos
30M a300M
VHF(Very High Frequency)
Pode ser focalizada por antenas convenientes
TV, sistemas comercias e particulares de comunicação.
300M a3.000M
UHF(Ultra High Frequency)
Direcionamento por antenas mais eficiente, tropodifusão (1 a 2 GHz)
TV, serviços de segurança pública
3G a30G
SHF(Super High Frequency)
Comunicação pública à longa distância
30G a300G
EHF(Extremely High Frequency)
1.1.4.5Satélite
Redes baseado em satélites visam a troca de informações onde as distancias são estrondosas. A sua implementação nas aplicações sem fio foi lenta, apesar da vantagem de se poder ter um satélite, que cubra uma vasta área incluindo florestas, mares e lagoas.
Basicamente os satélites se estabelecem em três níveis. Os satélites de baixa órbita LEO (Low Earth Orbit) são posicionados em torno de 1000 Km de altitude, mas, em diferentes posições em relação á terra. Os satélites de órbitas médias MEO (Medium Earth Orbit) estão aproximadamente a 10000 Km de altitude. E os satélites de órbitas elevadas ou estacionárias GEO (Geosynchronous Earth Orbit) estão situados á aproximadamente 36000 Km de altitude e em regiões próximas a linha do equador.
Sistema Patrocínio Tipo Altura #Sat. (Orb.) ServiçosMsat American M. Sat GE
O19.000 1(a) Veicular e tel. Fixo
Globis Consórcio União Sov. GEO
20.000 1(a) Tel. Fixo e TV
Odissey TRW MEO
4.600 12 (a) Voz, dados, localiz.
Ellipso Mobile Comm. Hold. MEO
4.212 15 (b) 6 (a) Voz, dados, fax
Archimede European Space MEO
n.d 4 (n.d) Voz, dados, fax
Iridium Motorola LEO 413 66(a) Voz digital, dados, localiz.
Globalstar Loral & Qualcomm LEO 750 48(a) Voz digital, dados, localiz.
Áries Constellation LEO 550 48(a) Voz digital, dados, localiz.
Teledisc Teledisc LEO 378 840(a) Tel fixo, vídeo relay
Orbcom Orbital Sci.Corp LEO 424 18(a)2(c) Dados (Store forward)Starsys Starsys Positio. Inc. LEO 702 24 (a) Dados (Store forward)LeoStar Italspuzio LEO 432 24 (a) Dados (Store forward)Ecco Telebrás,Cci,Bell Atl.,
etcLEO 1.100 11 + 1 (res.) (a) Voz, dados, paging
(*) Milhas Náuticas; Orbitas (a)Circular, (b) Elíptica, (c) Síncrona com o sol Tabela 3.1Sistemas de comunicação via satélite. Os satélites LEO foram os primeiros a serem lançados e apresentam um complexo problema de roteamento dos sinais e rastreamento em terra. Devido ás baixas altitudes é necessário um número elevado de unidades para maior cobertura, apesar dos equipamentos serem também menores por trabalharem em baixas potências. Os atrasos no processos também são menores.
A segunda geração são os satélite GEO que movimentam em sincronia com a terra, mantendo a mesma posição em relação à linha do equador. Isto permite manter as estações terrestres em
posições fixas. O primeiro satélite GEO foi lançado pela INTELSAT em 1965, e a partir daí, passaram a predominar.Com o sincronismo os problemas de roteamento e rastreamento são reduzidos. Aumentando a altitude também se reduz o número de unidades para uma maior cobertura. Uma unidade com antena não direcionada pode cobrir até 30% da superfície terrestre, bastando três satélites direcionados a 120 graus para uma ampla cobertura. Mas, a proximidade à linha do equador deixa algumas regiões polares sombreadas. Também se eleva as dimensões dos equipamentos pelo uso de grandes potências, reduz-se a portabilidade dificulta atendimento pela massa. Outra característica importante é o atrasos de comunicação comprometendo aplicações e sistemas. O atraso por enlace é de aproximadamente 120 ms de ida e volta. Envolvendo mais de um satélite esse atraso aproxima de 1s, o que inviabiliza muitos serviços.
1.1.4.5.1 GSM
O GSM foi criado para prover serviços celulares digitais modernos, que permitam às pessoas viajarem sem encontrar problemas com voz e aplicações com dados.
O desenvolvimento do GSM começou em 1982 quando a CEPT (Conference European Post and Telegraphf), formaram um grupo de estudo chamado de Groupe Specilale Mobile (GSM), com o objetivo de estudar e desenvolver um sistema celular Pan-Europeia na faixa de 900 MHz, usando o espectro que foi previamente alocado.
Alguns dos critérios básicos para o sistema proposto era boa qualidade subjetivo da fala, baixo custo de terminais e serviços, suporte para roaming internacional. Entre outros.
Em 1985, a responsabilidade do GSM foi transferido para o Instituto Europeu de padrões e telecomunicações.
Uma rede GSM é constituído pelos mesmos componentes de uma rede celular convencional: antenas, estações base, backbones fixos, gateways para sistemas de telefones públicas. Os componentes funcionais de um sistemas GSM podem ser de um modo geral divididos em: dispositivos de usuário móvel ou estação móvel, subsistema de estações base subsistemas de rede.Cada subsistema é compreendido de entidades funcionais que comunicam através de várias interfaces, usando protocolos específicos.
Mobile station – tem duas partes distintas. O hardware, ou o dispositivo móvel, e uma informação de assinaste que inclui um identificador ’único chamado de IMST( International Mobile Subscriber Identity), que é armazenado num módulo SIM (subscriber Identity Module) implementado num smart card.
Subsistema da estação base compreende um BTS (Base Transceiver Station), e um BTC (Base Transceiver Controllers). O BTS aloja os radio transceptores que definem a célula e manuseio do protocolo de interface de radio com estações móveis. O BTC gerencia os recursos o rádio para um ou mais BTS, incluindo setup, freqüência hopping.
Subsistema de rede – o componente central do subsistemas de rede é o MSC (Mobile switching center), equivalente a PSTN ou ISDN. O MSC prove todas as funcionalidade para adquirir assinantes móveis, incluindo registros, autenticação e atualização de local, roteamento de chamadas, em conjunção com quatro bases de dados inteligentes e juntos formas o subsistema de rede. São eles:
- HLR (Home location Registrer) – que contem todas as informações administrativas pertinentes a cada assinante, registrado na respectiva rede na localização atual. Cada rede GSM contem uma única SLR
- VLR (Visitor location Registres)- que contem informações HLR administrativas suficientes para manter o controle de uma camada e prover a todos os serviços para cada móvel na área controlada pelo VLR
- EIR (Equipaments Identity Registers) que contém uma lista de todos os equipamentos moveis em uso na rede. Cada peça do equipamento é identificado por um IMEI - (International mobile euipament identity code).
- AuC (Autentication Center) que compreende banco de dados contendo uma copia da chave secreta armazenada no cartão SIM. O GSM tornou-se um padrão internacional para serviços celulares digitais. Cerca de 74 países assinaram um memorando para adota-lo como padrão. O desenvolvimento maior tem sido na Europa.
1.1.4.6Sistema Telefônico.
A infraestrutura interna do sistema telefônifo é digital e utiliza o método PCM (Modulação Codificada por Pulsos), que consiste em amostrar o sinal de voz limitado em 4 kHz a uma taxa de 8 kHz (taxa de Nyquist) e representar a amplitude dessas amostras por 8 bits. Assim, é gerada uma taxa de 8000 x 8 = 64 Kbps.
Para aproveitar a capacidade de transmissão dos canais disponíveis (que geralmente é maior que 64 Kbps), é utilizada uma técnica de multiplexação no tempo (TDM - Time Division Multiplexing), onde vários sinais podem ser transportados por um único meio físico, intercalando-se bytes (ou octetos) de cada sinal durante o intervalo de transmissão. Por exemplo, a hierarquia européia de 2 Mbps resulta do agrupamento de 30 canais de voz de 64 Kbps (e mais 2 canais de controle) em um único canal de 2048 Kbps.
Dado que os sinais do sistema TDM são provenientes de fontes diferentes ocorre assim uma diferença de sincronismo entre eles, o que impede a multiplexação direta dos tributários (tributários são os canais que carregam sinais dos usuários) e se faz necessária a inclusão de bits de ajuste (enchimento) pelo multiplexador para compatibilizar a fase e a taxa de transmissão dos canais de voz. Esta diferença de freqüência de amostragem entre os sinais é conhecida como Plesiochronous Digital Hierarquy (PDH) – (plesios vem do grego "próximo" e chronous = tempo) .
Uma das principais dificuldades do PDH é a pouca flexibilidade de inserção/extração de tributários pois para se inserir ou extrair tributários de um sistema PDH é necessária uma operação de multiplexação/demultiplexação.
Criou-se então o SDH (Synchronous Digital Hierarquy) com compatibilidade retroativa com o PDH. Em paralelo foi criado o padrão SONET (Synchronous Optical Network).
A finalidade do padrão SDH é padronizar a interconexão de equipamentos ópticos de diversos fornecedores, que através de sua arquitetura flexível é capaz de se adaptar a aplicações com taxas variáveis.
O sistema telefônico é organizado de maneira altamente redundante com hierarquia de multicamadas, algo como segue:
1.1.4.6.1 Transmissão Analógica
As linhas telefônicas normais não podem ser usadas diretamente para interconexão de dois computadores. Os sinais digitais são degradados drasticamente, para isso foi criado o equipamento MODEM (MOdulator DEModulator) que converte sinais digitais em analógicos e vice-versa, onde a portadora tem um sinal de 1 a 2 KHz que é introduzido na linha. Sua amplitude, freqüência ou fase podem ser modulados para se conseguir transmitir informações.
A interface entre o computador e o modem é um exemplo de um protocolo de camada física. Este protocolo deve especificar em detalhes as características mecanicas, elétricas, funcionais e procedurais.
Circuit Switching
Quando uma conexão é feita, um caminho dedicado é aberto entre a fonte e o destino. Um caminho porta-a-porta deve ser estabelecido antes da transmissão de qualquer dado. Normalmente aplicável para voz.
A comutação de circuitos implica na existência de um caminho dedicado para comunicação entre duas estações, com uma taxa de transmissão fixa. A comunicação via comutação de circuitos envolve três etapas: - estabelecimento da conexão; - transferência da informação; - desconexão do circuito;
Há a alocação de um canal que permanece dedicado à conexão até a sua desconexão (feita por um dos usuários através de sinais de controle). Para o caso de tráfego variável, este canal pode estar sendo subutilizado e para o tráfego em rajadas há um melhor rendimento na utilização de uma técnica de comutação por pacotes. Isso faz com que esta técnica seja muito utilizada na transmissão de voz (telefonia) que possui as características necessárias de taxa de transmissão constante (64 kbps) e tráfego contínuo.
Packet Switching
Os tamanhos de blocos são limitados. Os IMPs não têm que dispor de buffers para armazenar blocos longos."A principal razão para implementação de paquet switching é evitar o tempo de conexão. Aplicável para dados.
As técnicas de comutação de circuitos apresentam alto rendimento quando utilizadas em telefonia para transmissão de voz, pois o canal está ocupado quase que todo o tempo de conexão (um dos usuários está sempre falando). Porém, com o aumento da utilização da rede telefônica para a transmissão de dados, ocorrem alguns problemas, como por exemplo, a característica de variação da taxa na transmissão de dados e o dimensionamento da linha com base na taxa de pico, provocando subutilização da rede quando a taxa for menor. Esses incovenientes são evitados pelas técnicas de comutação de pacotes. Nesta técnica, quadros de informação são transmitidos por rotas definidas nó a nó, não havendo necessidade de estabelecimento de um caminho dedicado entre as estações. Isso implica em um maior aproveitamento das linhas de comunicação, uma vez que os canais podem ser compartilhados por várias mensagens ao longo do tempo (as mensagens são transmitidas por demanda). Um dos mais graves problemas desta técnica é que os cabeçalhos dos pacotes são excessivamente grandes e isso dificulta a sua aplicação onde se tem altas taxas de transmissão. Além disso, como cada pacote a ser transmitido é armazenado e transmitido apenas quando o canal não está ocupado, quando o tráfego na rede é grande podem haver altos retardos entre pacotes, o que não é desejável para aplicações como voz, que exigem taxa constante de transmissão.
a) Circuit Switching b) Packet Switching
1.1.5 Sub-camada de Acesso ao Meio
Do ponto de vista estrutura física as redes de comunicação de dados podem ser classificadas em redes ponto a ponto e redes de difusão.
Redes de Difusão é aquela onde há apenas um canal de comunicação que pode ser compartilhado e para isso depende do método de acesso de controle do meio, o qual tem por função determinar como e qual dispositivo terá direito de usar o canal quando há uma disputa por ele.
A implementação dentro do modelo OSI é baseado no seguinte diagrama esquemático:
Redes locais, redes de comunicação sem fio, comunicação via satélite e os sistemas de transmissão de TV via cabo são os principais exemplos de redes de difusão.
OSI Model PracticesIEEE Standards
CDMA,DAMA,FDMA,TDMA,WDMA
CAMADAENLACE
CAMADAFÍSICA
CAMADAENLACE
802.2 - LLCCONTROLE DO LINK LÓGICO
802.1BRIDGE
802.11WIRELESS
LAN
802.3CSMA/CD
802.4TOKEN BUS
802.5TOKEN RING
1.1.5.1IEEE 802.3 - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)
Esse padrão atende a dois modos distintos de operação: half e full duplex, sendo que num dado momento um host pode operar num ou noutro modo, ainda que o modo full duplex não utiliza o tradicional algoritmo CSMD/CD para compartilhamento do meio.
No modo half duplex, o método de acesso CSMA/CD é implementado quando há duas ou mais estações compartilhando o mesmo meio de transmissão, sendo que para transmitir uma determinada estação aguarda até que não haja transmissão no meio, isto é, não existe nenhuma estação transmitindo, e então envia a mensage numa forma de bit-stream. Se após o início da transmissão a mensagem colide com a de uma outra, então cada uma das estações retransmite a mensagem após um período aleatório de tempo.
A operação em full duplex permite simultâneas conexões entre um par de estação usando um canal dedicado. Como não há necessidade do transmissor observar o meio não a disputa pelo meio compartilhado nesse modo. Full duplex pode ser utilizado somente quando todas as seguintes situações são verdadeiras:
O meio físico é capaz de suportar simultaneamente transmissão e recepção sem interferência.
Quando há exatamente duas estações conectadas através de um enlace full-duplex ponto-a-ponto. Como não há disputa pelo meio, os algoritmos do CSMA/CD são desnecessários.
Ambas estações na rede local são capazes e estão configuradas para operação no modo full-duplex.
A mais comum operação full-duplex consiste de um switch com cada porta conectada a uma única estação. Por essência os repetidores não operam em modo full-duplex.
Preâmbulo (7 octetos), contém sempre bits alternados 1 e 0, assim: 10101010
Start Frame Delimiter (1 octeto), sempre: 10101011
Endereço de origem e destino (6 octetos)Multicast: envio de uma mesma mensagem para um grupo de estações (MSB = 1)Broadcast: envio de uma mesma mensagem para todas as estações. (Todos os bits = 1)
Tamanho/Tipo (2 octetos): Se o conteúdo é menor que X’0600’ o campo identifica tamanho, caso contrário, identifica o tipo encapsulado do campo Dados.
X’0800’: IPV4X’0806’: ARPX’809B’: AppleTalk
Dados/PAD: O tamanho mínimo desse campo é de 46 octetos, sendo que quando o campo de dados é menor que algum múltiplo de 8, esse campo é complementado pelo PAD.FCS: O algoritmo CRC é utilizado para calcular o valor do FCS que sera transmitido e recebido. O campo FCS é calculado em função dos conteúdos dos campos origem, destino, tamanho/tipo e dados/PAD. A codificação é definida pelo seguinte gerador polynomial:
G(x)=x^32 +x^26 +x^23 +x^22 +x^16 +x^12 +x^11 +x^10 +x^8 +x^7 +x^5 +x^4 +x^2
+x+1
7 1 6 6 2 46-1500 4
Preâmbulo SFD Endereço Destino
Endereço Origem
Tam./Tipo
Dados/PAD FCS
A eficiência desse protocolo numa operação half-duplex é dada pela fórmula:
Eficiência =
1
1 2 BLeCF , onde:
B = largura de bandaL = comprimento do caboC = velocidade de propagaçãoF = comprimento do frame
1.1.5.2IEEE 802.5 - Token Ring
A rede token ring consiste de um sistema baseado em estrela com estações conectadas ao concentrador TCU (Trunk Coupling Unit), conforme exibe a figura abaixo. Um concentrador contém múltiplas TCU’s e são conectados serialmente utilizando as portas “ring in” e “ring out”, formando assim o caminho principal e o backup. A interconexão dos dois caminhos pode ser realizada através de repetidores e conversores que dividem o caminho total em segmentos distintos.
Cada TCU tem um modo de conexão (“insertion” or “bypass”) descrito na figura como “Conectada” ou “Desconectada”. Esse mecanismo é normalmente controlado pelo modulo RAC (Ring Access Control) de cada estação. Enquanto está em “bypass” a estação realiza uma série de self-tests entre a interface e o TCU. Assim que o TCU recebe a sinalização da estação muda o status para o modo “insertion”, permitindo o início da recepção de dados.
As informações no token ring é transferido sequencialmente, bit a bit, iniciando pelo primeiro bit inserido na rede. Na figura acima, caso a Estação 1 transmita para a Estação 3, o fluxo de dados não passará pela Estação 2, o que seria a situação normal caso a Estação 2 estivesse no modo “insertion”.
Cada estação regenera e repete cada bit que passa através dela.
Uma estação ganha o direiro de transmitir no meio assim que ela detecta o token passando pelo meio físico. Um token é um sinal de controle constando uma sinalização sequencial que circula no meio. Qualquer estação após detectar um apropriado token pode capturá-lo modificando-o e incluindo a sequência de início de e demais campos de controles, campos de status, campos de endereços, informações de roteamento, dados, checksum e finalmente a sequência de fim de frame.
O contador CTO (Counter, Transmitted Octet) define o período máximo de tempo que uma estação pode transmitir no meio antes de liberar o token.
A velocidade de propagação de um sinal elétrico num cabo coaxial é da ordem de 200 metros por microssegundo.
D = V*TD = 200 m/microseg.*1/x microseg.
Ring in Ring out
Concentrador
Concentrador
Ring out Ring in
Caminho Primário Caminho Backup
Estação 1Conectada
Estação 2Descon.
Estação 3Conectada
TCUTCU TCU
D = 200/x metros
Por exemplo, numa rede rodando a 10 Mbps: D = 20 metros.
Formato do frame token:
SD AC ED
SD = Starting Delimiter (1 octeto)AC = Access Control (1 octeto)ED = Ending Delimiter (1 octeto)
Formato do frame de dados:
SD AC FC DA SA RI INFO FCS ED FS IFG
SD = Starting Delimiter (1 octeto)AC = Access Control (1 octeto)
Indica a prioridade do tokenFC = Frame Control (1 octeto)
Indica o tipo de frameDA = Destination Address (6 octetos)SA = Source Address (6 octetos)RI = Routing Information (0 até 30 octetos)INFO = Information (0 or mais octetos)FCS = Frame Check Sequence (4 octetos)ED = Ending Delimiter (1 octeto)FS = Frame Status (1 octeto)
Indica se o frame é originado ou não pela estação que está de posse do token.IFG = Interframe Gap
Em condições normais o primeiro bit do frame vai circular todo o anel e retornar antes de terminar a transmissão do frame. Por isto, a estação retransmissora deve retirar os bits que ela coloca na rede.
Enquanto o controle das redes em duto é feito de maneira descentralizada, Token Ring tem uma estação de monitoramento, sendo que qualquer estação tem capacidade de ser monitora.
As velocidades de transmissão dentro do anel são normalmente de 4 Mbps ou 16Mbps. Em anéis de 4 Mbps apenas um token ou frame de dados pode circular pelo anel num determinado tempo. Isto assegura uma ordem, um tempo determinado para circular, de acordo com o tamanho do anel e também ausência de colisões para as mensagens/frames.
Nos anéis de 16Mbps, é implementado o conceito chamado de “Early Token Release”, o qual permite que um ou mais frames estejam circulando pelo anel ao mesmo tempo que o token. Neste caso uma estação pode enviar o token logo após ter inserido seus dados no anel, ao invés de aguardar uma volta completa para retirar sua mensagem e liberar um novo token no anel. Assim, uma estação poderá transmitir seus dados antes que a primeira tenha sido retirada do anel. Isto faz com que seja aumentado a quantidade de informações na rede, especialmente para pequenas mensagens/frames.
1.1.5.3IEEE 802.11 - CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)
Padrão implementado para o sistema Wireless LAN, onde os transmissores têm baixa potência, significando que a os sinais terão a potência somente para curtas distâncias, além disso substâncias metálicas acabam obstruindo o sinal. A ausência da comunicação plena faz com que os elementos da Wireless LAN não possam utilizar as mesmas características do CSMA/CD.
A B C
“Hiden Station” ocorre as situações onde a estação C está distante o suficiente de A de tal forma que não haja a possibilidade de conexão direta. Para assegurar que eles compartilhem o meio de forma correta, usando a técnica do CSMA/CA, a estação A envia um RTS para a estação B, solicitando o início da comunicação, o qual, por sua vez, retorna com um CTS para A informando que está pronto para receber. O método backoff (retransmissão do pacote por n vezes) entra em ação caso as estações A e C transmitam o RTS simultaneamente (o que obviamente causou uma colisão).
A faixa de freqüência de implementação do Wireless LAN é conhecida como ISM (Industrial, Scientific and Medical), a qual foi definida pelo FCC (Federal Communications Commission) em 1985 como sendo freqüência não licenciada com possibilidade de uso comercial para comunicação wireless desde que a transmissão ocorra com potência máxima de 1 watt.
As faixas de freqüência alocadas para ISM são:
UHF 902-928 MHz
S-Band 2.4-2.5 GHz
C-Band 5.725-5.875 GHz
Pelo motivo de uso de baixa potência de transmissão e pelo fato de que existe uma variedade e quantidade muito ampla de uso dessa faixa, foi criada a comunicação por modulação de espalhamento espectral (spread spectrum), a qual permite o compartilhamento da mesma faixa de freqüência entre várias estações (ponto-multiponto), sendo que a característica mais importante é a transmissão dos sinais espalhados numa faixa de freqüência maior que a faixa de freqüência alocada para transmissão daquela estação.
No caso de Wireless LAN, embora cada canal tem 5khz os sinais são transmitidos espalhados numa faixa de freqüência de 22khz, sendo assim, num mesmo ponto de conexão pode ser utilizado somente 3 canais (1, 6 e 11), se for implementado polarização inversa a quantidade de canais em uso pode chegar a 6 sem comprometer e sem interferir um canal no outro.
O formato do frame 802.11 é:
Frame Control : Indica o tipo do frame
Duration/ID : Se o conteúdo for menor que X’7D8’ então o dado é o ID de association, caso contrário indica o período de duração.
Addr x : Indica os endereços MAC de destino, de origem, do receptor e do transmissor.
Sequence Control : É o indicador de sequenciação do frame
Frame Body : Campo de dados
FCS : CRC-32
1.1.5.3.1 Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS)
\DSSS usa uma seqüência de 11 bits para espalhar os dados antes de transmiti-los. Cada bit transmitido é modulado por esta seqüência. Este processo espalha a energia de rádio-freqüência em torno de uma larga largura de banda que pode ser necessária para transmitir o dado. A carga de processamento do sistema é definido como sendo 10 vezes o logaritmo da taxa de espalhamento (também conhecido como taxa de chip) para o dado. O receptor concentra o sinal de rádio-freqüência recebido para recuperar o dado original. A vantagem deste técnica é que ela reduz os efeitos de interferência de fontes de banda estreita.
1.1.5.3.2 Frequency-Hopping Spread Spectrum (FHSS)
FHSS tem 22 "modelos de salto" (hop patterns) para serem escolhidas. Esta camada é requerida para saltar em torno da banda ISM de 2,4 GHz, cobrindo 79 canais. Cada canal ocupa 1 MHz de largura de banda e deve saltar para uma taxa mínima especificada pelo corpo de regulamento do país intencionado.
........Cada uma das camadas físicas usa seus próprios cabeçalhos para sincronizar o receptor e determinar o formato de modulação do sinal e o tamanho do pacote de dados. Os cabeçalhos de camada física são sempre transmitidos a 1 Mbps. Campos pré-definidos nos cabeçalhos permitem a opção de aumentar a taxa de dados para 2 Mbps para o pacotes de dados atual.
O plano de freqüência do DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) é:
Canal Freqüência EUA
(X’10’)
Canadá
(X’20’)
Europa
(X’30’)
Espanha
(X’31’)
França
(X’32’)
Japão
(X’40’)
1 2412 MHz X X X - - -
2 2417 MHz X X X - - -
2 2 6 6 6 2 6 0-2312 4
MAC Header
FCSAddr 3Sequence
ControlAddr 4
FrameBody
FrameControl
DurationID
Addr 1 Addr 2
3 2422 MHz X X X - - -
4 2427 MHz X X X - - -
5 2432 MHz X X X - - -
6 2437 MHz X X X - - -
7 2442 MHz X X X - - -
8 2447 MHz X X X - - -
9 2452 MHz X X X - - -
10 2457 MHz X X X X X -
11 2462 MHz X X X X X -
12 2467 MHz - - X - X -
13 2472 MHz - - X - X -
14 2484 MHz - - - - - X
Pelo fato da técnica de modulação em quadratura QPSK a largura de banda total do sistema pode chegar a 11Mbps.
Existem duas arquiteturas de rede: Infra-estrutura e Rede Ad Hoc. Uma Rede infra-estrutura é uma arquitetura de rede para prover comunicação entre clientes Wireless LAN e clientes de redes tradicionais com fio. A transição de informações da Wireless LAN para o meio tradicional é feito via um Access Point. A área de cobertura é definida por um Access Point (AP) e ele associa os clientes Wireless, e todos os dispositivos associados a rede, isto define a área de cobertura básica (basic service set – BSS).
Uma rede Ad Hoc é a arquitetura de rede que é utilizada para comunicação somente entre clientes Wireless.
Uma rede Ad Hoc não acessa clientes de redes com fio, e não necessita um Access Point para fazer parte da rede. Os principais serviços que a Camada de Rede deve prover são :
a) Transferência de Informações: Os clientes Wireless usam o protocolo CSMA/CA para acesso ao meio;
b) Associação: Este serviço habilita o estabelecimento de links Wireless entre clientes Wireless e Access Points na rede Infra Estrutura;
c) Reassociação: É a forma de associação de um cliente Wireless, que se move da sua para uma outra BSS. Duas BSS’s adjacentes formam uma Extensão da área de cobertura básica (Extended Service Set – ESS), e são definidas por ESSID. Com a definição de um ESSID, o cliente Wireless pode fazer roaming de uma área para outra. Apesar da reassociação ser especificada na norma 802.11, o mecanismo que permite a determinação dos Access Points para roaming não é especificado;
d) Autenticação: Autenticação é o processo de dar um cliente Wireless a sua identificação, na IEEE 802.11 este processo determina a prioridade para um cliente Wireless LAN associado com um Access Point. Por default os dispositivos da IEEE 802.11 operam em um sistema aberto, onde essencialmente qualquer cliente Wireless pode associar-se a um Access Point sem checar suas credenciais. Autenticação verdadeira é possível com o uso da opção da IEEE 802.11, conhecida como Wired Equivalent Privacy ou WEP, onde uma chave compartilhada (SK) é configurada no Access Point e em seus clientes. Somente estes dispositivos com uma SK válida permitirão ser associados ao Access Point;
e) Privacidade: Por padrão as informações são transferidas claramente, qualquer dispositivo que atenda a IEEE 802.11 pode escutar o tráfego da camada física dentro do range e antes de enviar pelo meio Wireless, usando um algoritmo de encriptação de 40 bits conhecido como RC4. A mesma chave compartilhada (SK) que é usada na autenticação, é usada para encriptar ou decriptar a informação, então somente os clientes Wireless com a SK exata podem decifrar corretamente as informações.
1.1.5.3.3 Gerenciamento de Energia
Há 2 modos de energia, um Modo Ativo (Active Mode), onde um cliente Wireless provê energia para transmitir e receber, e um modo econômico (Power Save), onde o cliente Wireless não é habilitado para receber ou transmitir, consumindo pouca energia. Atualmente o consumo de energia não é definido, depende de cada implementação.
1.1.5.3.4 Interoperabilidade
Padronização e interoperabilidade entre dispositivos que usam a interfaces da mesma camada física é a intenção da norma IEEE 802.11. A interoperabilidade de produtos Wireless LAN é importante, uma vez que vários produtos, de vários fabricantes devem coexistir e se inter-relacionar em uma Wireless LAN. Cinco áreas específicas são vitais para a interoperabilidade da Wireless LAN:
a) Comunicação de Dados: Com segurança, a comunicação de dados deve ocorrer entre clientes, como também entre clientes e hosts ou Access Point e vice–versa;
b) Segurança: Informações devem ser protegidas de acessos não autorizados mas ao mesmo tempo, clientes e Access Point devem ser habilitados a reconhecer e compartilhar esquemas de segurança;
c) Roaming: Devido a característica da uma Wireless LAN, os clientes devem possuir a facilidade de deslocamento sem perder a conectividade e a integridade das informações;
d) Configuração: Configurações de clientes e hosts devem ser configuráveis entre diferentes fabricantes. Isto inclue configurações regionais, identificação de domínios, canais e sub-canais.
e) Coexistência: Diversos produtos Wireless devem coexistir com outros produtos Wireless LAN e LANs com fios, sem interferência.
1.1.5.3.5 Tipos de Redes
1.1.5.3.5.1 Rede Local sem Fio Ad-hoc Vários computadores, cada um equipado com placas de interface de rede sem fio. Cada computador pode comunicar diretamente com todos os outros equipados com placas de interface. Eles podem compartilhar arquivos, impressoras, mas não acessar os recursos de uma rede fixa.
1.1.5.3.5.2 Rede Local sem Fio Cliente/Servidor com Ponto de Acesso (AP) Uma rede local sem fio pode possuir um ponto de acesso, que funciona como os hubs das outras redes. Esses pontos de acesso podem conectar (como uma ponte) uma rede local sem fio a uma rede local fixa, permitindo aos computadores acessar os recursos dessa rede.
.Os pontos de acesso podem ser hardwares dedicados (HAP – Hardware Access Point) (figura acima), ou softwares rodando em computadores equipados com uma placa de interface de rede sem fio (figura abaixo).
1.1.5.3.5.3 Rede Local sem Fio com Múltiplos Pontos de Acesso e Pontos de Extensão Se uma área é muito grande para ser coberta por um único ponto de acesso, então múltiplos pontos de acesso ou pontos de extensão podem ser usados.
Pontos de extensão não foram definidos nos padrões de transmissão sem fio, porém foram desenvolvidos por alguns fabricantes. A principal diferença entre pontos de acesso (figura acima) e pontos de extensão (figura abaixo) está no fato de os pontos de extensão não necessitarem de uma rede fixa.
1.1.5.3.5.4 Roaming Um usuário pode se mover da Área 1 para a Área 2 de forma transparente, ou seja, sem a perda da comunicação. O hardware da rede automaticamente muda o usuário para o ponto de acesso em que o sinal for o melhor.
1.1.5.3.5.5 Redes Locais sem Fio Conectando Redes Locais Fixas Na figura abaixo, dois pontos de acesso foram utilizados para conectar a Rede Ethernet Fixa 1 com a Rede Ethernet Fixa 2. Nesse caso, os pontos de acesso devem estar dentro do alcance de comunicação.
Na figura abaixo, duas antenas direcionais foram utilizadas, permitindo que as duas redes fixas estejam a uma distância maior.
1.1.5.3.5.6 Rede Local sem Fio com Acesso à Internet Redes locais sem fio podem se conectar à Internet, uma vez que o protocolo 802.11 só padroniza as camadas 1 e 2 da Arquitetura ISO/OSI, e os protocolos de roteamento (como IP) e de transporte (como TCP) são definidos para as camadas 3 e 4 do ISO/OSI, respectivamente.
O acesso de redes locais sem fio à Internet pode ser feito tanto por um HAP (figura acima) quanto por um computador (figura abaixo).
1.1.5.3.5.7 Redes Locais sem Fio e Fixa Compartilhando o Acesso a Internet Se uma rede local fixa já existente tiver uma conexão à Internet, então os pontos de acesso simplesmente se conectam à rede local sem fio e permitem a estes computadores usar a conexão existente da mesma forma que computadores da rede local fixa (figura abaixo).
De forma análoga, se é um ponto de acesso que tem uma conexão à Internet, então tanto a rede local sem fio quanto a fixa podem se conectam à Internet (figura abaixo).
1.1.5.4FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
Funcionamente o FDDI opera a 100Mbps, em distâncias a 200Km, permitindo até 1000 estações no ring, sendo que é normalmente utilizado em backbones
A fibra ótica é o meio físico usual, normalmente MMF pois até 100Mbps não é necessário SMF, sendo que consiste de dois canais em fibra; um no sentido horário e outro no sentido anti-horário. Se um anel quebra, o outro assume.
A estação deve regenerar o token logo após a transmissão de seu frame (diferente do 802.5). O formato dos frames do FDDI são similares ao 802.5. Adicionalmente, permite a transmissão síncrona de frames para uso em transmissão de voz (PCM) e tráfego ISDN.
O formato do frame é o seguinte:
Formato do frame token:
SD AC ED
SD = Starting Delimiter (1 octeto)
AC = Access Control (1 octeto)
ED = Ending Delimiter (1 octeto)
Formato do frame de dados:
PREAMBLE SD FC DA SA INFO FCS ED
PREAMBLE = Padrão de bits para “setar” o clock do receptor(1 ou mais octetos)
SD = Starting Delimiter (1 octeto)
FC = Frame Control (1 octeto)
DA = Destination Address (6 octetos)
SA = Source Address (6 octetos)
INFO = Information (0 or mais octetos)
FCS = Frame Check Sequence (4 octetos)
ED = Ending Delimiter (1 octeto)
1 erro em 2.5x1010bits (pior caso)
1.1.5.5FDMA (Frequency Division Multiple Access)
É o mecanismo mais simples de alocação de freqüência, aplicável quando existe um número fixo e pequeno de dispositivos e cada um tem uma carga grande de tráfego, entretanto, como a alocação da faixa de freqüência é fixa por dispositivo, o sistema usa de forma ineficiente o meio.
Os sinais são transmitidos através de portadoras usando diferentes freqüências centrais de RF. O arranjo mais simples dentro da arquitetura FDMA utiliza uma portadora para cada canal. Este esquema é conhecido como SCPC (Single Channel Per Carrier). Na estação base, os canais podem ser acessados por qualquer estação móvel, sendo a alocação feita sob o demanda à medida que os recursos forem sendo solicitados. Dada uma banda no espectro de freqüência, o número de canais será função da largura de cada canal. Dentre os canais disponíveis, uma pequena porção é dedicada a canais de controle, sendo os demais utilizados para tráfego de voz.
O AMPS (Advanced Mobile Phone System), que é o sistema celular analógico ainda em operação no Brasil utiliza FDMA com 416 canais 30KHz em cada uma das bandas A e B, para cada uma das quais reservam-se 25MHz de banda (12,5MHz para os canais diretos e outros 12,5MHz para os reversos).
1.1.5.6TDMA (Time Division Method Access)
A mesma portadora pode ser compartilhada por diferentes canais, fazendo uso desta portadora em diferentes instantes de tempo. O maior número de canais por portadora implica uma maior taxa de transmissão que, por sua vez implica maior faixa. Desta forma, técnicas de redução da taxa de transmissão, através de algoritmos eficientes de codificação da fala e de esquemas eficientes de modulação são essenciais.
Tanto as portadoras quanto os intervalos de tempo alocados aos canais podem ser acessados de forma troncalizada. Note que o esquema TDMA descrito e utilizado pelos sistemas celulares digitais é, efetivamente, uma combinação FDMA e TDMA. A transmissão neste esquema processa-se na forma buffer-and-burst (armazenamento-e-surto), sendo que transmissão e recepção utilizam intervalos distintos.
Os sistemas celulares digitais com arquitetura TDMA em operação no Brasil, o D-AMPS (Digital AMPS) utiliza o padrão IS-136, em que três canais compartilham uma portadora de largura de 30 KHz, com uma taxa de transmissão de 48,6Kbps. O sistema digital europeu, o GSM (Global System for Mobile Communication), também com arquitetura TDMA, utiliza 8 canais em portadoras de 200KHz de largura, transmitindo a uma taxa de 271Kbps.
1.1.5.7CDMA (Code Division Method Access)
A mesma portadora é compartilhada por todos os usuários que podem transmitir simultaneamente (todos ao mesmo tempo) através de sinais que ocupam toda a faixa disponível. Para isto, cada conexão transmissor-receptor é provida com um código particular, de tal forma que as conexões simultâneas são diferenciadas por códigos distintos e com baixa correlação (similaridade) entre sí. Idealmente, esta correlação deveria ser nula através do uso de códigos ortogonais. O par transmissor-receptor trabalha de forma síncrona e, obviamente, o código utilizado na transmissão deverá ser conhecido na recepção. Este sincronismo, no entanto, constitui sincronismo entre pares individuais e não entre todos os pares, isto é de sistema. De fato, no que concerne ao sistema, os canais direto (base-estação) operam de forma síncrona, enquanto os canais reversos (estação-base) trabalham de forma assíncrona.
Os sistemas celulares CDMA, hoje em uso, seguem o padrão IS-95, em que as taxas básicas são 9,6 ou 14,4 Kbps, e a taxa de espalhamento é de 1,2288Mbps, utilizando uma portadora de 1,25Mhz de banda. O uso de uma taxa básica menor (9,6Kbps) implica maior capacidade (ganho de processamento de 128, ou seja, 21dB), porém menor qualidade de transmissão. O uso de uma taxa maior (14,4Kbps) implica menor capacidade (ganho de processamento de 85, ou seja, 19 dB), porém melhor qualidade de transmissão.
1.2 Camada de Enlace
A tarefa desta camada é tornar um sistema de transmissão cru e transformá-lo numa linha que se mostra livre de erros de transmissão à camada de rede. Organiza a entrada em data frames (algumas centenas de bits), transmite os frames sequencialmente e procura frames de aviso de recebimento para enviar de volta ao transmissor.
Coloca sinalizadores e identifica inequivocamente o início e fim de dados.
Resolve problemas de danificação, perda e duplicação de frames.
Deve tratar do problema de conexão de máquinas de diferentes velocidades.
Dentre as principais tarefas desempenhadas pela camada de enlace está o agrupamento dos bits recebidos a partir da camada física em quadros, a divisão de um pacote enviado pela camada de rede em vários quadros, a detecção e correção de erros ocorridos durante a transmissão de um quadro e o controle do fluxo de quadros de forma a evitar que uma máquina lenta não seja derrubada por uma máquina que pode enviar quadros mais rapidamente que a primeira pode receber.
1.2.1 Serviços oferecidos pela camada de enlace
Os serviços oferecidos pela camada de enlace pode, de forma grosseira, serem divididos em três categorias:
Serviços sem conexão e não confirmado.
Serviços sem conexão e confirmado.
Serviço orientado a conexão e confirmado.
Uma vez que a camada de transporte oferece serviços com confirmação, por exemplo o protocolo TCP, a oferta de serviços confirmados não é um requisito necessário à camada de enlace, mas sim uma otimização. Imagine que a camada de transporte esteja enviando uma mensagem que será dividida em 10 quadros pela camada de enlace e que 20% dos quadros enviados são perdidos. Neste cenário, se somente a camada de transporte implementa serviços confirmados a mensagem levará um longo período de tempo para ser transmitida sem problemas, pois a camada de transporte terá retransmitir várias vezes os quadros da mensagem até que todos eles sejam recebidos sem erros. Entretanto, se a confirmação se desse quadro a quadro, a mensagem seria transmitida de forma mais rápida e menos retransmissões seriam necessárias. Em canais confiáveis, tais como as fibras óticas, exigir que os serviços da camada de enlace sejam confirmados pode não trazer muitos benefícios e impor um alto custo à transmissão de dados, mas num canal de rádio(sem fio) essa exigência é tão benéfica quanto aconselhável.
1.2.2 Enquadramento (Framing)
Enquadramento é a ação de dividir uma sequência de bits em quadros. Há várias maneiras para se fazer esta divisão, por exemplo, pode-se inserir intervalos de tempo entre dois quadros da mesma maneira que inserimos espaços em branco entre duas palavras de um texto.Entretanto, como poderíamos garantir que todas as máquinas da rede estivessem sincronizadas ou que intervalos de tempo não sejam inseridos durante a transmissão de um quadro? É muito difícil e arriscado utilizar esta metodologia para identificar o início e fim de cada quadro, outras metodologias serão discutidas:
a. Contagem de caracteres
Um campo no cabeçalho de cada quadro é utilizado para especificar o número de caracteres no quadro. O problema com este método é que o conteúdo deste campo pode ser alterado por um erro durante a transmissão do quadro. Por exemplo, se para um quadro o conteúdo deste campo é 5 e após sua transmissão o quadro é recebido com o valor 7 neste campo, a máquina que recebeu o quadro irá sair da sincronização e não conseguirá mais encontrar o início do próximo quadro. Mesmo que a máquina destino possa detectar o erro no quadro recebido, ela continua não tendo como dizer onde o próximo quadro começa. Enviar um quadro de volta para solicitar a retransmissão dos dados não ajudaria muito, pois a máquina destino não tem como saber quantos caracteres foram perdidos. Por estas razões este método raramente utilizado.
b. Uso de caracteres especiais para marcar o início e o final de um quadro e realizar o estofamento de caracter (character stuffing)
Este método resolve o problema da re-sincronização encontrado no método anterior, todo quadro deve iniciar com a sequência de caracteres DLE STX e finalizar com a sequência DLE ETX. (DLE significa Data Link Escape, STX significa Start of TeXt e ETX significa End of TeXt). Desta maneira, a máquina destino poderá sempre identificar os limites de um quadro.
Um problema sério ocorre quando dados binários são enviados, tais como, arquivos de programas ou imagens. Quando este tipo de dado é enviado podemos facilmente encontrar as sequências DLE STX e DLE ETX no meio dos dados, isso irá certamente interferir no funcionamento do método de enquadramento. Para resolver este problema, a máquina remetenrte deve, após cada ocorrência do caracter DLE nos dados a serem transmitidos, inserir um novo caracter DLE. Os caracteres DLE nos dados são sempre duplicados. Na máquina destino os caracteres DLE inseridos são retirados antes do quadro ser passado para a camada de rede. Esta técnica é chamada estofamento de caracter. Desta maneira, as sequências de ínicio e final de quadro poderão sempre serem reconhecidas.
A maior disvantagem deste método é que ele é mais adequado para o envio de dados que possam ser divididos em um número inteiro de caracteres de 8-bits cada, em particular este método é adequado para o envio de dados no formato ASCII.
c. Uso de flags para marcar o início e o final de um quadro e realizar o estofamento de bit (bit stuffing).
Este método permite aos quadros conterem um número arbitrário de bits assim como o envio de caracteres com um número arbitrário de bits por caracter. Cada quadro deve iniciar e ser finalizado com um padrão especial de bits, 01111110, chamado flag. Se a camada de enlace da máquina remente encontrar uma sequência de 5 bits 1 consecutivos nos dados a serem transmitidos, ela irá inserir de forma automática um bit 0 logo após a sequência de 1s. Esta técnica é conhecida como estofamente de bits. Quando a camada de enlace da máquina destino percebe uma sequência de 5 bits 1 seguida por um bit 0 no quadro recebido, ela retira esse bit 0 dos dados e então os passa para a camada de rede. Então, se os dados a serem
transmitidos possuem o padrão 01111110, essa parte dos dados será transmitida como 011111010. Desta forma, os limites de um quadro poderão sempre serem reconhecidos.
d. Violando a codificação da camada física.
Este método só pode ser aplicado a redes onde a codificação utilizada pela camada física contém alguma redundância. Por exemplo, algumas LANs codificam um bits de dado como 2 bits físicos. Normalmente, um bit 1 é codificado como um par alto-baixo de bits e um bit 0 é codificado como um par baixo-alto de bits. Então, as combinações alto-alto e baixo-baixo podem ser utilizadas para marcar o início e o fim de um quadro. O uso de códigos inválidos para a camada física é parte dos padrões de LANs IEEE 802.
1.2.3 Controle de Erros
Quando a camada de enlace oferece um serviço confirmado ela, geralmente, envia um quadro de reconhecimento positivo (ack) sempre que um quadro é recebido sem problemas e envia um quadro de reconhecimento negativo sempre que um quadro é recebido com problemas.
Entretanto, quando um quadro é completamente perdido devido a, por exemplo, uma falha do hardware, a camada de enlace da máquina destino não tem porque reagir e a camada de enlace da máquina remetente ficaria eternamente esperando por um quadro de reconhecimento positivo ou negativo. Este problema introduz a necessidade de temporizadores nos protocolos da camada de enlace, assim a camada de enlace da máquina remetente esperaria somente por um período de tempo pré-estabelecido e então retransmitiria o quadro perdido. O tempo de espera dever longo o sufuciente para o quadro chegar à máquina destino e o quadro de reconhecimento retornar à máquina remetente.
Porém, quando o quadro de reconhecimento é perdido, o tempo de espera por ele irá expirar e a camada de enlace da máquina remetente irá retransmitir o quadro que foi transmitido perfeitamente. Portanto, um mecanismo deve ser implementado pelos protocolos da camada de enlace para evitar a duplicidade de quadros. Os protocolos poderiam, por exemplo, numerar os quadros de uma mensagens e descartar quadros repetidos.
1.2.4 Protocolos
1.2.4.1ADSL
A taxa de passagem dos dados depende de vários fatores, tais como o comprimento da linha de cobre, diâmetro, presença de derivações, e interferência de outros pares. A atenuação da linha aumenta com o comprimento e a freqüência, e diminui com aumento do diâmetro do fio. Ignorando as derivações, o ADSL terá a seguinte performance:
Taxa Medida do Fio Distância Diâmetro Distância
1.5/2.0 Mbps 24 AWG 18.000 pés 0.5 mm 5.5 Km
1.5/2.0 Mbps 26 AWG 5.000 pés 0.4 mm 4.6 Km
6.1 Mbps 24 AWG 12.000 pés 0.5 mm 3.7 Km
6.1 Mbps 26 AWG 9.000 pés 0.4 mm 2.7 Km
Enquanto a medida varia conforme a empresa, estas capacidades podem cobrir até 95% da planta dependendo da taxa de dados desejada. Os clientes além destas distâncias podem ser atendidos com um sistema digital baseado em fibras óticas. Enquanto estes sistemas de cabeamento ficam comercialmente disponíveis, as companhias de telefone podem oferecer acesso virtualmente presente em um tempo relativamente pequeno.
Muitas aplicações previstas para o ADSL envolvem vídeo comprimido digital. Com um sinal em tempo real, o vídeo digital não pode ter o nivel de erro comumente encontrado em sistemas de comunicações de dados. O modem ADSL incorpora um sistema de correção que dramaticamente reduz os erros causados por ruídos elétricos, além dos presentes nos pares trançados.
1.2.4.1.1 Tecnologia
O ADSL depende de um processo digital avançado de sinal e algoritmos criativos para comprimir a informação para linhas de telefone com pares-trançados. Além disso, foram necessários muitos avanços em transformadores, filtros analógicos, e conversores de A/D. As linhas de telefone longas podem atenuar sinais a um megahertz (a extremidade inferior da faixa usada pelo ADSL) por 90 dB, forçando as seções analógicas do modem ADSL a trabalhar muito para atingir faixas largas e dinâmicas, canais separados, e manter baixas figuras de ruído.
No lado de fora, o ADSL parece um simples duto de dados síncrono transparente com várias taxas de dados em cima de linhas de telefone comuns. No lado de dentro, onde todos os amplificadores trabalham, há um milagre da tecnologia moderna.
Ao criar canais múltiplos, os modems ADSL dividem a largura de banda disponível de uma linha telefônica em uma das suas duas formas: Multiplexing por Divisão de Frequência (FDM) ou Cancelamento de Eco. O FDM determina uma faixa inferior de dados e outra faixa superior. A inferior é dividida então através de multiplexação por divisão de tempo em um ou mais canais de alta velocidade ou em um ou mais canais de baixa velocidade. A faixa superior está também multiplexada em canais correspondentes de baixa velocidade. O cancelamento de eco sobrepõe a faixa superior na inferior, e separa os dois por meio de cancelamento de eco local, uma técnica conhecida em modems V.32 e V.34. Em ambas as técnicas, o ADSL divide uma faixa de 4 kHz da linha comum até o final da banda.
Um modem de ADSL organiza o fluxo de dados agregado, criado por multiplexação de canais, canais duplex, e manutenção de canais agregados em blocos, prendendo um código de correção de erro a cada bloco. Os receptores, então, corrigem erros que acontecem durante a transmissão até os limites indicados pelo código e extensão do bloco. A unidade pode, por opção do usuário, criar também superblocos de dados intercalando páginas em branco dentro dos subblocos; isto permite ao receptor corrigir qualquer combinação de erros dentro de um pedaço específico de bits. Isto permite a transmissão efetiva de dados e vídeo com sinais semelhantes.
1.2.4.1.2 Padrões e Associações
O American National Standart Institute (ANSI), trabalhando no grupo T1E1.4, aprovou recentemente um padrão de ADSL a taxas de até 6.1 Mbps (ANSI Padrão T1.413). O European Technical Standart Institute (ETSI) contribuiu com um anexo a T1.413 refletindo as exigências européias. T1.413 incorpora uma única interface terminal. A Edição II ampliará o padrão para incluir uma interface de multiplexação nos terminais, protocolos para configuração e administração de cadeia, entre outras melhorias.
O ATM Forum e DAVIC, ambos reconheceram o ADSL como um protocolo de transmissão de camada física para pares trançados sem blindagem.
O ADSL Forum foi formado em dezembro de 1994 para promover o conceito de ADSL e facilitar o desenvolvimento de arquiteturas de sistema ADSL, protocolos, e interfaces para as principais aplicações ADSL. O Forum tem aproximadamente 300 membros que representam os provedores de serviço, fabricantes de equipamento, e companhias de semicondutores de todo o mundo.
Foram testados, com êxito, modems ADSL em mais de 100 companhias de telefone nos EUAs, operadoras de telecomunicações, e milhares de linhas foram instaladas com tecnologias variadas na América Norte, Europa e Ásia. Algumas companhias telefônicas planejam diversas alternativas de mercado que usam o ADSL, principalmente porque têm acesso a dados, mas também incluindo aplicações em vídeo compras on-line, jogos interativos, e programação educacional.
As companhias de semicondutores introduziram transceptores de chipsets que já estão sendo usados como alternativa de mercado para os modems. Estes chipsets combinam os componentes comuns, processadores digitais programáveis e costumização da ASICS. O investimento efetuado pelas companhias de semicondutores aumentou a funcionalidade,
reduziram custos, baixou o consumo de energia, possibilitando o desenvolvimento em massa de serviços baseados em ADSL.
Em casa:A. Dentro de Seu PC: O modem ADSL de seu computador conecta a uma linha de telefone
analógica padrão.B. Voz e Dados: Um modem ADSL tem um chip chamado "POTS Splitter" que divide a
linha telefônica existente em duas partes: um para voz e um para dados. Voz viaja nos primeiros 4kHz de freqüência. As freqüências mais altas (até 2MHz, dependendo das condições da linha, densidade do arame e distância) é usado para tráfego de dados.
C. Dividida Novamente: Outro chip no modem, chamado "Channel Separator", divide o canal de dados em duas partes: um maior para download e um menor para o upload de dados.
Na Central TelefônicaA. Pelo Fio: Na outra ponta do fio (18,000 pés de distância no máximo) existe outro
modem ADSL localizado na central da companhia telefônica. Este modem também tem um "POTS Splitter" que separa os chamados de voz e de dados.
B. Chamadas de Telefone: Chamadas de voz são roteadas para a rede de comutação de circuitos da companhia telefônica (PSTN – Public Switched Telephone Network) e procede pelo seu caminho como de costume.
C. Pedidos de Dados: Dados que vem de seu PC passam do modem ADSL ao multiplexador de acesso à linha de assinante digital (DSLAM – Digital Subscriber Line Access Multiplexer). O DSLAM une muitas linhas de ADSL em uma única linha ATM (Asynchronous Transfer Mode) de alta velocidade que fica conectada a Internet por linhas com velocidades acima de 1Gbps.
D. De Volta para Você: Os dados requeridos anteriormente retornam da Internet e são roteados de volta através do DSLAM e o modem ADSL da central da companhia telefônica chegando novamente ao seu PC.
1.2.4.1.3 Como os modens para ADSL trabalham
Na prática, um circuito ADSL conecta um modem ADSL em cada ponta de uma linha de telefone de par-trançado comum e cria três canais lógicos de alta velocidade para download, um canal duplex de média velocidade (dependendo do implementação da arquitetura de ADSL na companhia telefônica), e uma POTS (Plain Old Telephony Services ou linha de voz comum utilizada hoje pelas companhias telefônicas). O canal de POTS é dividido do modem digital por filtros, garantindo canal de voz ininterruptos, até mesmo se houver falhas com o ADSL. As faixas de capacidade do canal de alta velocidade podem ir de 256Kbps a 6.1 Mbps, enquanto a faixa de capacidade das taxas dúplex vão de 16Kbps a 640 kbps. Cada canal pode ser submultiplexado para formar canais de múltiplas taxas mais baixos dependendo do sistema utilizado.
Os modems ADSL provêem dados de acordo com os padrões norte-americanos e europeus de hierarquias digitais e pode ser comprado com vários alcances de velocidade e capacidades. A configuração mínima provê 256Kbps para download e um canal duplex de 16Kbps. Outros provedores oferecem taxas de 6.1 Mbps de download e 256Kbps para upload. Produtos com taxas acima dos 8Mbps de download e 640kpbs de upload já existem. Os modems ADSL acomodarão transporte de redes ATM com taxas variáveis e compensação de overhead gerados nestas redes, bem como redes baseadas nos protocolos IP.
1.2.4.2ATM – Asynchronous Transfer Mode
ATM é uma tecnologia de comunicação, ou mais especificamente de comutação rápida de pacotes - baseada em padrões abertos (não privativos de qualquer grupo ou empresa) que se propõe a servir de transporte comum para diversos tipos de tráfego, como dados, voz (áudio), imagem estática e vídeo. Entre outras importantes diferenças em relação às tecnologias de comunicação de dados existentes, deve-se notar que ATM emerge com a possibilidade de ser algo como a tecnologia de all area network, uma vez que pode ser utilizada tanto em redes de longa distância (WANs), quanto em redes locais, passando pelas redes intermediárias (MANs), diluindo limites e
fazendo inclusive com que esses conceitos percam progressivamente muito do seu sentido original.
A exemplo de outras tecnologias tradicionais de comutação de pacotes, e a exemplo do que ocorre no modelo das redes telefônicas, as redes ATM são orientadas à conexão. Isto significa que um circuito virtual precisa ser estabelecido através da rede, entre os pontos envolvidos numa comunicação antes de qualquer transferência de dados entre esses pontos. O objetivo é permitir à rede reservar com antecedência os recursos necessários à comunicação, buscando simplificação e maior rapidez no processo de comutação. A tecnologia ATM garante que, numa dada conexão, a ordem de transferência das células é preservada, de um extremo ao outro da comunicação.
Basicamente, há dois tipos de conexões ou circuitos virtuais ATM: os PVCs, Permanent Virtual Círcuits (Circuitos Virtuais Permanentes), e os SVCs, Switched Virtual Circuits (Circuitos Virtuais Comutados). As conexões do primeiro tipo são estabelecidas através de algum tipo de mecanismo externo, normalmente a intervenção manual da administração da rede; como o nome sugere, são conexões fixas que permanecem inalteradas até que nova intervenção seja realizada. As conexões do segundo tipo são estabelecidas automaticamente, por meio um protocolo de sinalização, e não requerem intervenção manual. Nesse caso o estabelecimento de uma conexão precede a comunicação a qual se refere e após o término dessa, a conexão é liberada.
A utilização de células traz algumas importantes vantagens para um ambiente em que convivem tipos diferentes de informação. Em primeiro lugar, o emprego das entidades de tamanho fixo torna mais fácil a previsão de retardos na rede, o que favorece os projetos da própria rede e dos serviços que ela pode suportar. Serviços sensíveis ao retardo, normalmente impõem fortes restrições aos máximos retardos admissíveis entre os extremos envolvidos na comunicação. Comunicações multimídia reforçam ainda mais essas restrições, já que impõem a necessidade de estreita sincronização entre diversos canais de informação.
Outra vantagem da utilização das células é a previsibilidade que introduzem no projeto do hardware de suporte dos protocolos de comunicação. Essa previsibilidade facilita, por exemplo, a especificação de buffers e de suas estruturas de controle e o uso da integração em larga escala. Por fim, o emprego das células facilita enormemente o projeto modular dos elementos comutadores, as switches. O tamanho fixo das células favorece o paralelismo e a escalabilidade dos recursos internos das switches, que, em consequência podem ser mais rápidas que as convencionais. Uma desvantagem inerente ao Cell Relay, é o overhead introduzido pela presença obrigatória do cabeçalho em cada célula.
Um conceito importante fortemente associado às especificações da tecnologia ATM é o QoS, Quality of Service (Qualidade de Serviço). A motivação por trás desse conceito é a de procurar garantir ao usuário que objetivos predefinidos de desempenho da rede possam ser alcançados, isso é particularmente importante nas redes que suportam aplicações em tempo real. O ATM Forum define QoS como um conjunto de parâmetros de desempenho - tais como retardo, variação de retardo, taxa de perda de células, etc. - que pode ser negociado pelo usuário, como parte de um Contrato de Tráfego, durante o estabelecimento de uma conexão. Para cada direção de uma conexão ATM, o usuário pode solicitar uma classe de QoS específica, dentre as que são oferecidas pela rede. Durante toda a duração de uma dada conexão a rede assume o compromisso de atender a QoS associada, desde que o usuário cumpra a sua parte no Contrato de Tráfego.
Uma Rede ATM é composta por vários equipamentos ligados em conformidade com o padrão ATM. Os diferentes possíveis arranjos das interconexões nessa rede, os equipamentos necessários para permitir essas múltiplas conexões e as regras fixadas para garantir sua correta operação impõem, todos eles, a adoção de um modelo de estrutura para as Redes ATM. Como sempre ocorre quando se representa uma realidade complexa através de um modelo, há um preço a pagar em troca da vantagem obtida. No caso de modelo de arquitetura de uma Rede ATM, a vantagem é a simplificação e o subsequente tratamento do problema propiciados por sua divisão em módulos bem identificados. Já o preço a pagar, neste caso, é o inevitável esforço de abstração que a
distância modelo-realidade exige, além da necessidade de familiarização com uma quantidade razoável de novos termos, siglas e conceitos que serão apresentados neste capítulo.
A) Equipamentos do usuário
Os TEs - Terminal Equipments - (Equipamentos do Usuário) são a razão de ser da rede. São esses equipamentos e seus usuários que pela necessidade de troca de informações entre si, suscitam a existência da rede. A ligação desses equipamentos de processamento a uma rede ATM exige adaptação, normalmente na forma de dispositivos e programas adicionais. Exemplificando, caso uma estação de trabalho venha a ser incorporada a uma rede ATM, esta necessitará de uma placa adaptadora também conhecida como NIC (Network Interface Card), compatível com as características internas da estação, à qual se liga através de conectores adequados. Em geral, a própria placa é inserida em conectores apropriados preexistentes na estação, constituintes do chamado barramento do sistema.
Além da placa, o TE precisará também de um software responsável pela adequada interação do equipamento com a rede. O software deverá permitir:
1) Controle da placa adaptadora pelo equipamento hospedeiro;
2) A adaptação das aplicações executadas no TE à conexão ATM, com maior ou menor grau de transparência para o usuario;
3) A incorporação de novas características funcionais a aplicações já utilizadas anteriormente;
4) A incorporação de novas aplicações.
Dependendo da solução adotada no projeto da placa adaptadora, pode haver uma parcela do software que é executada na própria placa, contribuindo para que as funções enumeradas sejam executadas de maneira mais eficiente.
É possível antecipar a futura presença entre os TEs dos mais diversos tipos de dispositivos de intercomunicação de voz, dados e imagens: telefone, videofone, fac-símile, TV de definição normal, terminais de videoconferência, TV interativa e HDTV.
B) Switches
As Switches podem desempenhar variadas funções na rede ATM. Como o próprio nome do dispositivo sugere, essas funções são resultado da evolução, no mundo ATM, da idéia básica de chaveamento. A função básica da Switch é permitir interligações de diferentes pontos da rede e alterá-las conforme a necessidade. O objetivo é propiciar a ligação apropriada entre quaisquer TEs na rede, concentrando ou expandindo ligações físicas, ou ainda provendo pontos de acesso aos usuários. Para que consiga atingir esses objetivos uma Switch ATM deve ser capaz de desempenhar duas funções básicas:
1) Comutação Espacial - Toda informação apresentada em uma porta de entrada será dirigida, como resultado de uma conexão prévia, a uma porta de saída específica.
2) Comutação Temporal - Assim como no STM, a mesma porta de entrada pode trazer informações destinadas ora a uma, ora a outra porta de saída. No STM, o direcionamento de um determinado conjunto de informações à sua porta de saída correta é feito com base no intervalo de tempo que essa informação ocupa dentro de um ciclo completo. Entretanto, a switch ATM pode praticar a comutação temporal, ou seja, alterar a posição na escala de tempo ocupada por um determinado conjunto de informações. Como, diferentemente do STM, não há uma relação prefixada entre intervalos de tempo e portas de entrada ou saída, a informação apresentada em uma determinada entrada precisa trazer explícitos dados de endereçamento que permitam dirigi-la ao destino correto.
A comutação espacial e a comutação temporal podem ser reunidas como técnicas distintas e complementarepara se atingir o mesmo objetivo: direcionar as informações.
A cada switch no caminho entre origem e destino finais da comunicação, os dados de endereçamento são verificados e eventualmente alterados, para adequá-los ao roteamento que a próxima switch (comutador) no caminho da informação terá de fazer.
Existe uma questão na colisão de informações originárias de entradas diferentes e destinadas à mesma saída, onde a solução é atrasar uma das informações, já que não há instante de tempo a ser estritamente obedecido para o despacho das informações. O atraso no envio das informações implica a necessidade de capacidade de armazenamento temporário na switch, também referida como buffering ou queuing (enfileiramento). Tem-se assim uma nova atribuição da switch: armazenamento temporário de células.
C) GatewaysO principal objetivo de um gateway é interligar redes ATM e redes não-ATM. Porém esse objetivo principal de um gateway não impede que outros objetivos, semelhantes aos que se busca atingir com as switches, possam ser simultaneamente buscados. Isso frequentemente ocorre, e muitas vezes, gateways incorporam funções típicas de switches (comutação espacial e temporal,
manipulação de cabeçalhos e armazenamento temporário), ao lado da conversão de protocolos de comunicação.
1.2.4.3X.25
A conexão de um host a uma rede de comutação de pacotes envolve a implementação, nesta máquina, de um protocolo de acesso à rede. O protocolo usualmente utilizado para acesso a redes públicas é o especificado na recomendação X.25 do ITU. Nesse protocolo são especificados os níveis correspondentes aos níveis físico, de enlace e de rede da arquitetura RM-OSI. O nível físico descreve as características físicas, elétricas e funcionais da conexão física e é definido pelas normas X.21 e X.21bis. O nível de enlace descreve procedimentos derivados do HDLC (High Level Data Link Control), denominados LAP e LAPB, para controle da linha entre o host e um nó de comutação da rede, ou IMP. Com a finalidade de que o nível de rede possa atender a uma larga gama de usuários, dois tipos de serviços são definidos: o serviço de circuito virtual e o serviço de datagrama. Dentro do modelo ISO, estas duas classes de serviço são chamadas, respectivamente, serviço de rede orientado à conexão e serviço de rede não orientado à conexão.
No serviço de circuito virtual a interface da camada de rede fornece aos seus usuários um meio de comunicação sem erros, através do qual mensagens são transportadas sem perdas, duplicações ou alterações de ordem. A interação dos usuários com o nível de rede apresenta três fases distintas: estabelecimento do circuito virtual, transferência de dados e finalização. Existem duas modalidades de circuito virtual: circuito virtual permanente (CVP) e circuito virtual comutado (CVC). Os circuitos virtuais permanentes são um tipo especial de circuito virtual onde a fase de conexão não é necessária, isto é, os ETDs comunicantes são considerados permanentemente conectados. Neste caso, o canal lógico está permanentemente no estado de transferência de dados.
No serviço de datagrama, as mensagens (pacotes) são transportadas da fonte ao destino sem o estabelecimento de conexões de rede e sem o armazenamento de informações de rota dentro da rede. Cada pacote deve possuir todas as informações necessárias para o seu roteamento, o que implica um cabeçalho mais longo. Dois pacotes de uma mesma mensagem são tratados de forma independente pelos nós de comutação e podem seguir rotas diferentes para atingir o mesmo destino. Isto possibilita a ocorrência de chegada de pacotes fora de ordem e deve ser corrigida pelas camadas superiores. Em outras palavras, a rede não garante a seqüencialização das mensagens nem implementa mecanismos de controle de fluxo fim-a-fim. Também fica a cargo das camadas superiores todas as tarefas de recuperação de erros.
A escolha de qual classe de serviço deve ser utilizada depende fortemente do tipo de usuário que deseja conectar-se à rede. A decisão está ligada não apenas a critérios técnicos, mas também a critérios políticos e comerciais. O serviço de circuito virtual oferece uma transferência de dados teoricamente livre de erros, o que facilita a tarefa de implementação da camada superior (transporte). Muito embora a implementação da camada de transporte seja mais simples, no serviço com circuito virtual, a implementação da camada de rede é mais complexa.
A arquitetura do protocolo X.25 é constituída de três níveis : físico, quadro e pacotes. Os níveis de protocolo X.25 coincidem com os respectivos padrões da OSI (Open Systems Interconnection) da ISO (International Standards Organizations ).
1.2.4.3.1 RECOMENDAÇÕES X.3, X.28, e X.29
Pelo fato de ser bastante elaborado, oprotocolo X.25 implica recursos normalmente não disponíveis em equipamentos de dados mais simples e de baixo custo, como é o caso dos terminais assíncronos.
Para permitir o acesso desses terminais,as redes comutadas de pacotes possuem interface PAD (Packed Assembler/Diassembler), cuja função principal é exatamente o empacotamento e o desempacotamento de dados, ou seja, o PAD recebe os caracters originadod por um terminal START/STOP e forma pacotes para transmissão através de rede, executando a operação inversa no sentido rede/terminal. Dessa forma pode-se dizer que o PAD atua como um conversor de protocolo.
As especificações para acesso à rede comutada de pacotes, via interfaces PAD, constam das recomendações X.9, X.28 e X.29 do CCITT.
O PAD pode ser visto pela rede como um terminal X.25 . No entanto, isto não obriga que o PAD seja um equipamento à parte do nó de comutação da rede, ou seja, esta função pode estar residente no mesmo hardware que o resto das funções do nó.
1.2.4.3.2 RECOMENDAÇÃO X.32
Esta recomendação do CCITT define os aspectos funcionais e os procedimentos de interface terminal/modem, permitindo permitindo o acesso de um terminal modo pacote (que opera com X.25) a uma rede de pacotes, através de uma rede comutada por circuitos. No caso do Brasil essa recomendação atenderá a interligação de terminais , trabalhando com protocolo X,25, acessando à Renpac via rede telefônica (acesso comutado).
Três serviços poderão ser suportados pela recomendação X.32: serviço não identificado, onde o usuário não será vínculo comercial com a empresa mantenedora da rede de pacotes ( no Brasil, a empresa é a Embratel com a Renpac); serviço identificado, onde o usuário terá vinculo comercial com a empresa mantenedora da rede de pacotes; serviço personalizado, que atenderá o usuário com vínculo comercial e com características de serviços compatíveis com as suas necessidades, tais como identidade do ETD, método de identificação do ETD, endereço do ETD e registro, designação de canais lógicos , facilidade opcionais (locação temporária, rediscagem de segurança).
1.2.4.4Frame-Relay
As redes e os equipamentos de computação dos dias de hoje têm um potencial para trabalhar a velocidades muito mais altas e transferir dados em grande quantidade. Com a diversidade e a complexidade dessas redes, o gerenciamento pode se tornar uma tarefa gigante se você não tiver as ferramentas adequadas. Os diversos ambientes têm sua configuração particular de equipamentos de diferentes fabricantes.
Rede Frame Relay Tipica:
O Frame Relay, um método de comunicação de rede relativamente novo, tem ganhado popularidade ultimamente. Assim como o X.25, o FR usa uma tecnologia de comutação de pacotes, porém, de modo mais eficiente. Como resultado, sua rede poderá ficar mais rápida, simples e mais barata de manter. O Frame Relay foi desenvolvido para resolver problemas de comunicação que outros protocolos não conseguiam: a necessidade cada vez maior por velocidades mais altas, eficiência em altas larguras de banda, particularmente para surtos de tráfego, aumento da inteligência dos dispositivos de rede para a redução do processamento dos protocolos e a necessidade de contar LANs e WANs.
Assim como no X.25, o Frame Relay é um protocolo de comutação de pacotes. Só que o Frame Relay é uma versão mais enxuta. Há diferenças significativas que fazem do Frame Relay uma rede mais rápida e mais eficiente. Uma rede Frame Relay não realiza detecção de erros, o que resulta em um processamento significativamente menor que o X.25. O Frame Relay também é independente de protocolo (ele aceita dados de diferentes protocolos). Os dados são encapsulados pelo equipamento Frame Relay, não pela rede.
Os dispositivos inteligentes conectados em uma rede Frame Relay são responsáveis pela correção de erros e pelo formato do frame. O tempo de processamento é minimizado para que a transmissão dos dados seja muito mais rápida e eficiente.
Além disso, o Frame Relay é totalmente digital, o que reduz a chance de erros e oferece taxas de transmissão excelentes. O Frame Relay opera tipicamente de 64 até 2048 Mbps.
O Frame Relay envia as informações em pacotes, também conhecidos como frames, através da rede. Cada frame contém todas as informações necessárias para encaminhá-lo para o destino certo.
Desse modo, cada ponto pode se comunicar com muitos destinos diferentes usando uma única linha de acesso à rede. E, ao invés de se atribuir uma largura de banda fixa, o serviço Frame Relay oferece CIR (Committed Information Rate), que é uma garantia de que os dados terão uma determinada largura de banda garantida se a transmissão exigir. Dependendo dos parâmetros, os dados podem até exceder essa largura de banda garantida.
Como o processamento dos pacotes no Frame Relay é rápido, ele é ideal para as redes complexas de hoje. Você ganha vários benefícios: em primeiro lugar, são as múltiplas conexões lógicas que podem ser transmitidas em uma única conexão física, reduzindo os custos de comunicação. Pela redução da quantidade de processamento necessária, você consegue maior desempenho e tempo de resposta. E como o Frame Relay usa um protocolo de rede simples, seu equipamento só vai precisar de pequenas modificações de software ou hardware. Assim, você não vai precisar investir muito dinheiro para atualizar seu sistema. Uma aplicação que tem usada com o Frame Relay é o VOFR, ou voz sobre Frame Relay.
Como o Frame Relay é independente de protocolo, ele pode processar tráfego a partir de protocolos como IP, IPX™ e SNA.
O Frame Relay é a escolha ideal para a conexão de WANs (Redes de Área Extensa), as quais têm alto volume de tráfego em surtos imprevisíveis. Essas aplicações, tipicamente incluem transferência de dados, CAD/CAM e aplicações cliente-servidor.
O Frame Relay também oferece vantagens para interconxão de WANs. No passado, a instalação de WANs requeria o uso linhas privativas (LPs) ou comutação de circuitos baseados em linhas privativas. No Frame Relay, não é necessário instalar linhas privativas dedicadas para se fazer uma conexão WAN-WAN, reduzindo assim os custos.
Como o Frame Relay não faz conversão de protocolos nem detecção/correção de erros, os dispositivos do usuário final precisam ser inteligentes. Alguns dos equipamentos Frame Relay são os FRADs (Frame Relay Assembler/Disassembler), roteadores, bridges e switches de frame.
Roteadores de frame.
Os roteadores de Frame traduzem os protocolos de comunicações de dados existentes, para transmiti-los na rede Frame Relay, depois roteiam os dados através da rede para outro roteador de frames ou outro dispositivo compatível. Os roteadores de Frame podem lidar com muitos tipos de protocolos incluindo os protocolos de rede. Eles são usados em ambientes que necessitam de velocidades de acesso E1 (2 Mbps) ou menor. Os roteadores suportam várias interfaces físicas de dados e podem proporcionar muitas portas de usuários.
Bridges, roteadores e FRADs.
Bridges, roteadores ou FRADs (Dispositivos de acesso Frame-Realy) agregam e convertem dados em pacotes Frame Relay.
As bridges são fáceis de configurar e manter e normalmente conectam uma filial a uma localidade central.
Os roteadores podem tratar do tráfego de outros protocolos de WAN, re-rotear uma conexão se a linha cair, ou proporcionar suporte para controle de fluxo e controle de congestionamento.
Os FRADs formatam os dados para a rede Frame Relay, alguns até mesmo funcionam como roteadores. Eles trabalham bem em aplicações onde já existam roteadores e bridges ou quando se estiver enviando dados de mainframe.
1.2.4.5MPLS (Multi Protocol Label Switch)
O MPLS é um esquema de encaminhamento de pacotes que atua entre as camadas 2 (camada de Enlace) e 3 (camada de Rede) do modelo de referência OSI (RM-OSI).
O esquema de Label Switching é uma funcionalidade que habilita roteadores localizados nas bordas de uma rede a aplicarem simples rótulos aos pacotes, permitindo aos dispositivos no núcleo da rede, chavearem os pacotes de acordo com esses rótulos, de forma a se ter uma atividade mínima na leitura/escrita das tabelas de roteamento. Essa funcionalidade pode ser encontrada tanto em switches (ATM por exemplo) como em roteadores.
O MPLS utiliza um protocolo, o LSP (Label Switched Path), para distribuir rótulos e estabelecer um caminho fim-a-fim dentro de um determinado domínio. Um LSP opera de forma similar a um circuito virtual numa rede ATM; estabelece um caminho unidirecional do emissor ao receptor.
A escolha do caminho (rota) pode ser estabelecida usando o protocolo de roteamento nó a nó ou utilizando uma ER (Explicit Route).
Resumindo, o MPLS é um mecanismo atraente a ser aplicado em redes IP, pois desempenha uma rápida classificação e encaminhamento de pacotes e atua como um eficiente mecanismo de tunelamento.
Dessa forma, principalmente pela segunda característica citada, o MPLS se apresenta como uma importante ferramenta a ser utilizada na Engenharia de Tráfego.
Um esquema do emprego de MPLS com Serviços Diferenciados com Encaminhamento Expresso com SLA dinâmico, é mostrado na figura 3.
1.3 Camada de Rede
A principal tarefa é determinar o melhor caminho de conectividade para se chegar ao destino, baseado em tabelas de roteamento criadas a partir de rotas estáticas ou dinâmicas. Também faz controle de tráfego e congestionamento, conversão de protocolos, estatísticas de utilização, etc.
1.4 Camada de Transporte
A função desta camada é obter os dados da camada de sessão, quebrá-los em partes menores, se necessário, passá-los para a camada de rede e garantir que as partes cheguem na ordem correta no host receptor. Esta camada isola as camadas superiores das mudanças inevitáveis no hardware podendo criar uma conexão distinta na camada de rede para cada conexão requisitada pela camada de sessão.
No caso de uma requisição para conexão de grande desempenho, a camada de transporte pode criar múltiplas conectivas na camada de rede.
Outras características dessa camada é a multiplexação, difusão de mensagens (broadcast) para múltiplos destinatários.
A camada de transporte é a primeira camada fim-a-fim, ou seja, um programa na máquina fonte conversa diretamente com um programa na máquina destino. Nas camadas inferiores, os protocolos são entre cada máquina e seu host vizinho imediato.
Muitos hosts permitem multiprogramação, o que implica que múltiplas conexões podem estar entrando e saindo de cada host. O cabeçalho do quadro de transporte diz qual mensagem pertence a qual conexão.
1.5 Camada de Sessão
A camada de sessão permite usuários em máquinas diferentes estabelecerem sessões (por exemplo, login, transferência de arquivos) entre elas. Um serviço oferecido por esta camada é o controle de diálogo.
Para alguns protocolos, é essencial que ambos os lados não tentem a mesma operação ao mesmo tempo. Um sistema de tokens pode ser gerenciado pela camada de sessão. Numa transferência, o problema de sincronização deve ser elaborado.
1.6 Camada de Apresentação
Trata da sintaxe e semântica da informação transmitida. Por exemplo, trata da codificação dos dados numa forma padrão. Faz também compressão de dados e criptografia para garantir privacidade.
1.7 Camada de Aplicação
Contém uma variedade de protocolos que são comumente necessários: tipos de terminais; tipos de convenções de nomes em transferência de arquivos; correio eletrônico, etc..
1.8 Serviços
Cada serviço possui um SAP (Service Address Point), os quais identificam univocamente aquele serviço específico.
Os serviços podem ser orientados à conexão, como no sistema telefônico, ou não orientado à conexão, como no sistema postal.
Os serviços podem ter característica de garantia de entrega ou não. Com isso, a seguinte matriz de conectividade versus Garantia de entrega indica alguns exemplos:
Orientado à conexão + Garantia de Entrega ↔ Transferência de arquivos
Orientado à conexão + Sem Garantia de Entrega ↔ Voz
Não Orientado à conexão + Garantia de Entrega ↔ Carta Registrada
Não Orientado à conexão + Sem Garantia de Entrega ↔ Carta Comum
1.9 Primitivas dos Serviços
Um serviço utiliza-se de uma série de primitivas (operações), as quais possuem parâmetros específicos e individuais.
A primitivas do modelo OSI para o estabelecimento de uma sessão são:
CONNECT REQUEST: Uma entidade quer o serviço para executar alguma tarefa.
CONNECT INDICATION: Uma entidade deve ser informada sobre o evento.
CONNECT RESPONSE: Uma entidade que responde a um evento.
CONNECT CONFIRM: Uma entidade deve ser informada sobre um pedido.
O seguinte exemplo faz uma analogia de uma ligação telefônica para convidar alguém para jantar com o modelo OSI:
CONNECT.REQUEST Você disca um número
CONNECT.INDICATION O telefone toca
CONNECT.RESPONSE Alguém atende
CONNECT.CONFIRM Você percebe que o telefone parou de tocar
DATA.REQUEST Você faz o convite
DATA.INDICATION Ela ouve o convite
DATA.REQUEST Ela diz que gostou muito
DATA.INDICATION Você ouve ela aceitando
DISCONNECT.REQUEST Você desliga
DISCONNECT.INDICATION Ela ouve e desliga
2 Conceitos de Internet e TCP/IP
A Internet é uma rede pública de comunicação de dados, com controle descentralizado e que utiliza o conjunto de protocolos TCP/IP como base para a estrutura de comunicação e seus serviços de rede. Isto se deve ao fato de que a arquitetura TCP/IP fornece não somente os protocolos que habilitam a comunicação de dados entre redes, mas também define uma série de aplicações que contribuem para a eficiência e sucesso da arquitetura. Entre os serviços mais conhecidos da Internet estão o correio eletrônico (protocolos SMTP, POP3), a transferência de arquivos (FTP), o compartilhamento de arquivos (NFS), a emulação remota de terminal (Telnet), o acesso à informação hipermídia (HTTP), conhecido como WWW (World Wide Web).
A Internet é dita ser um sistema aberto uma vez que todos os seus serviços básicos assim como as aplicações são definidas publicamente, podendo ser implementadas e utilizadas sem pagamento de royalties ou licenças para outras instituições.
O conjunto de protocolos TCP/IP foi projetado especialmente para ser o protocolo utilizado na Internet. Sua característica principal é o suporte direto a comunicação entre redes de diversos tipos. Neste caso, a arquitetura TCP/IP é independente da infra-estrutura de rede física ou lógica empregada. De fato, qualquer tecnologia de rede pode ser empregada como meio de transporte dos protocolos TCP/IP, como será visto adiante.
Alguns termos utilizados freqüentemente, são explicados de forma resumida adiante:
A Internet (nome próprio) é a denominação da rede mundial que interliga redes no mundo. É formada pela conexão complexa entre centenas de milhares de redes entre si. A Internet tem suas políticas controladas pelo IAB (Internet Architecture Board), um fórum patrocinado pela Internet Society, uma comunidade aberta formada por usuários, fabricantes, representantes governamentais e pesquisadores.
Um internet é um termo usado para definir uma rede genérica formada pela interligação de redes utilizando o protocolo TCP/IP, porém é mais usual referirmos como rede tcp/ip.
Uma intranet é a aplicação da tecnologia criada na Internet e do conjunto de protocolos de transporte e de aplicação TCP/IP em uma rede privada, interna a uma empresa. Numa intranet, não somente a infra-estrutura de comunicação é baseada em TCP/IP, mas também grande quantidade de informações e aplicações são disponibilizadas por meio dos sistemas Web (protocolo HTTP) e correio eletrônico.
Uma extranet, ou extended intranet é a extensão dos serviços da intranet de uma empresa para interligar e fornecer aplicações para outras empresas, como clientes, fornecedores, parceiros, etc… Desta forma a extranet é a utilização de tecnologia como Web e correio eletrônico para simplificar a comunicação e a troca de informações entre empresas.
World Wide Web é a designação do conjunto de informações públicas disponibilizadas na Internet por meio do protocolo HTTP. É o somatório das informações que podem ser acessadas por um browser Web na Internet. As informações internas de uma empresa que são acessíveis via um browser Web são enquadradas no termo intranet.
2.1 Evolução de TCP/IP e Internet
Em 1966, o Departamento de Defesa do governo americano iniciou, através de sua agência DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) projetos para a interligação de computadores em centros militares e de pesquisa, com o objetivo de criar um sistema de comunicação e controle distribuído com fins militares. Esta iniciativa teve como um dos motivadores o surgimento de minicomputadores com grande poder de processamento, que poderiam ter seu emprego enriquecido com o acesso a uma grande rede de comunicação. Esta rede recebeu o nome de ARPANET. O principal objetivo teórico da ARPANET era formar uma arquitetura de rede sólida e robusta que pudesse sobreviver a uma perda substancial de equipamento e ainda operar com os computadores e enlaces de comunicação restantes. Para alcançar este objetivo, o sistema de comunicação deveria suportar diversos tipos de equipamentos distintos, ser dividido em diversos níveis de protocolos distintos para permitir a evolução independente de cada um deles e ser baseado em transferência de pacotes de informação.
Durante a década de 70 até 1983, a ARPANET era baseada em IMPs (Interface Message Processor), rodando diversos protocolos, sendo o principal o NCP (Network Control Protocol). O TCP/IP ainda estava sendo projetado e a Internet era formada por máquinas de grande porte e minicomputadores ligados aos IMPs. O roteamento fora dos IMPS não existia, impedindo a conexão de máquinas em rede local que surgiam. Ou seja, para se ligar à ARPANET era necessária a ligação direta a um IMP.
Nesta época, os computadores com potencial para se ligar na rede eram de grande porte e em número reduzido. As diferenças de porte desta rede imaginada na época e o que se observa hoje é gigantesco. Um dos projetistas dos sistemas de comunicação da ARPANET, referindo-se ao tamanho de um byte para os identificadores das máquinas, afirmou que “256 máquinas é essencialmente infinito”.
No começo de 1980, a ARPANET foi dividida em ARPANET e MILNET, separando a porção acadêmica e militar. Nesta época, a ARPA decidiu adotar o Unix como sistema operacional prioritário para o suporte de seus projetos de pesquisa (dos quais a ARPANET era um deles), escolhendo a Universidade da Califórnia - Berkeley com centro de desenvolvimento. A ARPA incentivou a criação nativa do suporte de TCP/IP no Unix.
O protocolo TCP/IP começou a ser projetado em 1977 com o objetivo de ser o único protocolo de comunicação da ARPANET. Em 1/1/1983, todas as máquinas da ARPANET passaram a utilizar o TCP/IP como protocolo de comunicação. Isto permitiu o crescimento ordenado da rede, eliminando as restrições dos protocolos anteriores. Em 1986, a NSF (Network Science Foundation) passou a operar o backbone (espinha dorsal) de comunicações com o nome de NSFNet e iniciou a formação de redes regionais interligando os institutos acadêmicos e de pesquisa. Desde 1983 começaram a surgir diversas redes paralelas nos Estados Unidos financiadas por órgãos de fomento a pesquisa como a CSNET (Computer Science Net), HEPNet (High Energy Physics Net) , SPAN (Nasa Space Physics Network) e outras. Estas redes foram integradas ao NSFNet e adicionadas a redes de outros países, caracterizando o início de uso do termo Internet em 1988.
Em 1993, foram criados os protocolos HTTP e o browser Mosaic, dando início ao World Wide Web (WWW). O World Wide Web foi o grande responsável pela crescimento exponencial da Internet, pois permitiu o acesso a informações com conteúdo rico em gráficos e imagens e de forma estruturada. O WWW foi também o grande motivador do uso comercial da Internet, permitindo às empresas disponibilizar informações e vender produtos via Internet.
A NSFNet foi privatizada em 1995, e o backbone passou a ser distribuído e complexo, formado por múltiplas redes de prestadoras de serviços de telecomunicações como AT&T, MCI, Sprint e outros. Hoje a Internet não é mais formada por um único backbone central, mas por um conjunto de grandes provedores de acesso. Em 1995 foi permitido também o tráfego de informações comerciais na Internet.
No Brasil, o acesso à Internet foi iniciado com a conexão de instituições acadêmicas como a Fapesp, USP, Unicamp, PUC, UFRJ e outras em 1989. Foram formados dois backbones regionais, a RedeRio e a ANSP (An Academic Network at São Paulo) interligando as principais instituições destes estados. Posteriormente foi criada a RNP (Rede Nacional de Pesquisa) com o objetivo de formar um backbone nacional de acesso à Internet e de estimular a formação de redes regionais como a Rede Minas, Rede Tchê e outras. Em 1995, foi liberado o tráfego comercial, com a Embratel montando e operando o backbone comercial no Brasil. O fornecimento de serviços IP não foi considerado monopólio da Telebrás, permitindo o surgimento de provedores de backbone e de acesso à Internet.
Hoje o backbone da Internet no Brasil é formado por diversos backbones nacionais interligados entre si, como a Impsat, a RNP, Embratel, IBM, Unisys, IFX, GlobalOne entre outros. O Comitê Gestor da Internet Brasil é o responsável pela determinação de regras, políticas e aprovação de fornecimento de endereços IP (CIDR) para redes autônomas para a porção brasileira da Internet cuja função foi delegada à Fapesp que também é responsável pelo registro de nomes de domínio .br.
A ARIN (American Registry Internet Numbers) fornece os números das redes autônomas para todo o continente americano (rede autônoma se constitui quando há a necessidade de multihoming, ou seja, uma rede conectada a mais de um provedor de backbone, por ex.: Global One).
2.2 Protocolos TCP/IP
TCP/IP é um acrônimo para o termo Transmission Control Protocol/Internet Protocol Suite, ou seja é um conjunto de protocolos, onde dois dos mais importantes (o IP e o TCP) deram seus nomes à arquitetura. O protocolo IP, base da estrutura de comunicação da Internet é um protocolo baseado no paradigma de comutação de pacotes (packet-switching).
Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer estrutura de rede, seja ela simples como uma ligação ponto-a-ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, pode-se empregar estruturas de rede como Ethernet, Token-Ring, FDDI, PPP, ATM, X.25, Frame-Relay, barramentos SCSI, enlaces de satélite, ligações telefônicas discadas e várias outras como meio de comunicação do protocolo TCP/IP.
A arquitetura TCP/IP, assim como OSI realiza a divisão de funções do sistema de comunicação em estruturas de camadas. Em TCP/IP as camadas são:
AplicaçãoTransporteInter-RedeRede
A figura 1 ilustra a divisão em camadas da arquitetura TCP/IP:
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Inter-redeInter-rede
RedeRede
Mensagens da aplicação
Datagramas IP
HDLC, X.25, PPP, SLIP,Ethernet, Token-Ring, FDDI,ATM, LLC, NDIS, ...
2.2.1 Camada de rede
A camada de rede é responsável pelo envio de datagramas construídos pela camada Inter-Rede. Esta camada realiza também o mapeamento entre um endereço de identificação de nível Inter-rede para um endereço físico ou lógico do nível de Rede. A camada Inter-Rede é independente do nível de Rede.
Alguns protocolos existentes nesta camada são:
Protocolos com estrutura de rede própria (X.25, Frame-Relay, ATM)
Protocolos de Enlace OSI (PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, SLIP, …)
Protocolos de Nível Físico (V.24, X.21)
Protocolos de barramento de alta velocidade (SCSI, HIPPI, …)
Protocolos de mapeamento de endereços (ARP - Address Resolution Protocol) - Este protocolo pode ser considerado também como parte da camada Inter-Rede.
Os protocolos deste nível possuem um esquema de identificação das máquinas interligadas por este protocolo. Por exemplo, cada máquina situada em uma rede Ethernet, Token-Ring ou FDDI possui um identificador único chamado endereço MAC ou endereço físico que permite distinguir uma máquina de outra, possibilitando o envio de mensagens específicas para cada uma delas. Tais rede são chamadas redes locais de computadores.
Da mesma forma, estações em redes X.25, Frame-Relay ou ATM também possuem endereços que as distinguem uma das outras.
As redes ponto-a-ponto, formadas pela interligação entre duas máquinas não possuem, geralmente, um endereçamento de nível de rede (modelo TCP/IP), uma vez que não há necessidade de identificar várias estações.
2.2.2 Camada Inter-Rede
Esta camada realiza a comunicação entre máquinas vizinhas através do protocolo IP. Para identificar cada máquina e a própria rede onde estas estão situadas, é definido um identificador, chamado endereço IP, que é independente de outras formas de endereçamento que possam existir nos níveis inferiores. No caso de existir endereçamento nos níveis inferiores é realizado um mapeamento para possibilitar a conversão de um endereço IP em um endereço deste nível.
Os protocolos existentes nesta camada são:
Protocolo de transporte de dados: IP - Internet Protocol
Protocolo de controle e erro: ICMP - Internet Control Message Protocol
Protocolo de controle de grupo de endereços: IGMP - Internet Group Management Protocol
Protocolos de controle de informações de roteamento
O protocolo IP realiza a função mais importante desta camada que é a própria comunicação inter-redes. Para isto ele realiza a função de roteamento que consiste no transporte de mensagens entre redes e na decisão de qual rota uma mensagem deve seguir através da estrutura de rede para chegar ao destino.
O protocolo IP utiliza a própria estrutura de rede dos níveis inferiores para entregar uma mensagem destinada a uma máquina que está situada na mesma rede que a máquina origem. Por outro lado, para enviar mensagem para máquinas situadas em redes distintas, ele utiliza a função de roteamento IP. Isto ocorre através do envio da mensagem para uma máquina que executa a função de roteador. Esta, por sua vez, repassa a mensagem para o destino ou a repassa para outros roteadores até chegar no destino.
MensagemMensagemidênticaidêntica
PacotePacoteidênticoidêntico
RoteadorRoteador
Rede Física 1Rede Física 1 Rede Física 2Rede Física 2
Inter-rede
Rede RedeRede
Host AHost A
QuadroQuadroidênticoidêntico
DatagramaDatagramaidênticoidêntico
Inter-Rede
Transporte
Aplicação
Rede
Host AHost A
QuadroQuadroidênticoidêntico
DatagramaDatagramaidênticoidêntico
Inter-Rede
Transporte
Aplicação
2.2.3 Camada de Transporte
Esta camada reúne os protocolos que realizam as funções de transporte de dados fim-a-fim, ou seja, considerando apenas a origem e o destino da comunicação, sem se preocupar com os elementos intermediários. A camada de transporte possui dois protocolos que são o UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol).
O protocolo UDP realiza apenas a multiplexação para que várias aplicações possam acessar o sistema de comunicação de forma coerente.
O protocolo TCP realiza, além da multiplexação, uma série de funções para tornar a comunicação entre origem e destino mais confiável. São responsabilidades do protocolo TCP: o controle de fluxo, o controle de erro, a sequenciação e a multiplexação de mensagens.
A camada de transporte oferece para o nível de aplicação um conjunto de funções e procedimentos para acesso ao sistema de comunicação de modo a permitir a criação e a utilização de aplicações de forma independente da implementação. Desta forma, as interfaces socket ou TLI (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções padrão para permitir que as aplicações possam ser desenvolvidas independentemente do sistema operacional no qual rodarão.
2.2.4 Camada de Aplicação
A camada de aplicação reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em protocolos de serviços básicos ou protocolos de serviços para o usuário:
Protocolos de serviços básicos, que fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, BOOTP, DHCP.
Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP, TFTP, NFS, NIS, LPR, LPD, ICQ, RealAudio, Gopher, Archie, Finger, SNMP e outros
2.2.5 Posicionamento do Nível OSI
A arquitetura TCP/IP possui uma série de diferenças em relação à arquitetura OSI. Elas se resumem principalmente nos níveis de aplicação e Inter-rede da arquitetura TCP/IP, principais diferenças pode-se citar:
OSI trata todos os níveis, enquanto TCP/IP só trata a partir do nível de Rede OSI OSI tem opções de modelos incompatíveis. TCP/IP é sempre compatível entre as várias
implementações OSI oferece serviços orientados a conexão no nível de rede, o que necessita de inteligência
adicional em cada equipamento componente da estrutura de rede. Em TCP/IP a função de roteamento é bem simples e não necessita de manutenção de informações complexas
TCP/IP tem função mínima (roteamento IP) nos nós intermediários (roteadores)Aplicações TCP/IP tratam os níveis superiores de forma monolítica, Desta forma OSI é mais eficiente pois permite re-aproveitar funções comuns a diversos tipos de aplicações. Em TCP/IP, cada aplicação tem que implementar suas necessidades de forma completa.
Note que a camada inter-rede TCP/IP apresenta uma altura menor que o correspondente nível de Rede OSI. Isto representa o fato de que uma das funções do nível de Rede OSI é realizada pelo nível de Rede TCP/IP. Esta função é a entrega local de mensagens dentro da mesma rede. O IP só trata a entrega e a decisão de roteamento quando o origem e o destino da mensagem estão situados em redes distintas.
Arquitetura OSI
Físico
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Arquitetura TCP/IP
Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
DS, MHSFTAM
ISO Presentation
ISO Session
ISOTransport
C4
X.25SNDCP
LLCIEEE 802.2
IEEE 802.3IEEE 802.5
Ethernet Ethernet Ethernet
X.25
PPP
Serial
IP, ICMPIPX
SPX
DD MLID DD NDISUnix
LSL
NCP
Shell
Binding ARP
TCP, UDP
Winsock socket TLI
DNS SMTP
FTP
pingHTTP
NFS
POP
Telnet
2.2.6 Internet e Padronização de Protocolos e Funções
A Internet é controlada pelo IAB (Internet Architecture Board) em termos de padronizações e recomendações. Este gerencia as funções de definição de padrões de protocolos, criação de novos protocolos, evolução, etc.. O IAB é um fórum suportado pela Internet Society (ISOC), cujos membros organizam as reuniões e o funcionamento do IAB, além de votarem os seus representantes.
O controle da Internet em relação a sua operação normal é dividida em diversos órgãos, alguns centrais e outros por países. Por exemplo, o órgão que gerencia toda a política de fornecimento de endereços IP e outros códigos utilizados nos protocolos é o IANA - Internet Assigned Numbers Authority. Por sua vez, a distribuição de endereços IP é realizada pela ARIN, por outro lado nomes de domínio (DNS), assim como a manutenção da documentação de padronização da Internet é realizada pelo InterNIC (Internet Network Information Center) que atualmente é operado por um conjunto de empresas, principalmente Network Solutions Inc. Outro órgão relevante é o GTLD-
Mou, um comitê criado em 1997 para decidir sobre a padronização de novos nomes básicos da Internet (como .com, .org, .gov, .arts, .web e outros).
A figura 4 ilustra o diagrama da IAB. Este consiste de um órgão executivo, o IETF (Internet Engineering Task Force), que é responsável pela definição e padronização de protocolos utilizados na Internet. O IRTF (Internet Research Task Force) é responsável por criar, projetar e propor novas aplicações, em nome do IAB. Além das contribuições iniciadas pelo IRTF, qualquer instituição ou pessoa pode submeter propostas de novos protocolos ou aplicações ao IRTF.
IRSG: Internet ResearchIRSG: Internet ResearchSteering GroupSteering Group
IESG: Internet EngineeringIESG: Internet EngineeringSteering GroupSteering Group
IRTFIRTF IETFIETF
Working GroupsWorking GroupsResearch GroupsResearch Groups
THE BOARDTHE BOARD
Area 1Area 1
IESGIESG
Area 8Area 8
IRSGIRSG
Internet Society
IANA
O processo de padronização é baseado em um documento chamado RFC (Request for Comments) que contém a definição ou proposição de algum elemento (prática, protocolo, sistema, evolução, aplicação, histórico, etc…) para a Internet. Quando uma nova proposta é submetida ela recebe o nome de Draft Proposal. Esta proposta será analisada pelo Working Group especializado na área que se refere e se aprovada por votação, recebe um número e se torna uma RFC. Cada RFC passa por fases, onde recebe classificações como Proposed Standard, Draft Standard, até chegar a um Internet Standard. Um protocolo não precisa se tornar um Internet Standard para ser empregado na Internet. De fato são poucos os que tem esta classificação.
As RFCs podem ter os seguintes status:
S = Internet Standard
PS = Proposed Standard
DS = Draft Standard
BCP = Best Current Practices
E = Experimental
I = Informational
H = Historic
Hoje existem aproximadamente mais de 2500 RFCs publicadas. Cerca de 500 reúnem as informações mais importantes para implementação e operação da Internet
Abaixo enumera-se algumas RFCs importantes e a classificação por STANDARD. O STANDARD é o agrupamento das RFC que se referem a um determinado padrão:
Classif. STD RFC Descrição
Padrões STD-1 2200 INTERNET OFFICIAL PROTOCOL STANDARDS
STD-2 1700 ASSIGNED NUMBERS
STD-3 1122 Requirements for Internet hosts - communications layers
STD-3 1123 Requirements for Internet hosts - application and support
STD-4 1009 Requirements for Internet Gateways
1812 Requirements for IP Routers
1918 Address Allocation for Private Internets
Internet 2135 Internet Society By-Laws
2134 Articles of Incorporation of Internet Society
2008 Implication of Various Address Allocation Policies for Internet Routing
2026 The Internet Standards Process - Rev.3
2050 The Internet Registry IP Allocation Guidelines
IP STD-5 791 IP - Internet Protocol
STD-5 792 ICMP - Internet Control Message Protocol
STD-5 919 Broadcasting Internet Datagrams
STD-5 922 Broadcasting Internet datagrams in the presence of subnets
STD-5 950 Internet standard subnetting procedure
STD-5 1112 Host extensions for IP multicasting - IGMP
2101 IPv4 address Behaviour Today
1256 ICMP Router Discovery Protocol
2236 Internet Group Management Protocol, v.2
1788 ICMP Domain Name Messages
1191 Path MTU Discovery Protocol
UDP STD-6 768 User Datagram Protocol - UDP
TCP STD-7 793 Transmission Control Protocol
1144 Compressing TCP headers for low speed serial links
1323 TCP Extensions for High Performance
Telnet STD-8 854 Telnet Protocol specification
STD-8 855 Telnet Option Specification
FTP STD-9 959 File Transfer Protocol - FTP
SMTP STD-10 821 Simple Mail Transfer Protocol - SMTP
STD-10 1869 SMTP Service Extensions
STD-10 1870 SMTP Service Extension for Message Size Declaration
1652 SMTP Service Extensions for 8-bit MIME transport
1891 SMTP Service Extensions for Delivery Status Notification
2142 Mailbox Names for Common Services, Roles and Functions
Mail-Content
STD-11 822 Standard Format for ARPANET Messages
STD-11 1049 Content-type header field for Internet messages
NTP STD-12 1119 Network Time Protocol v.2 - NTP
DNS STD-13 1034 Domain names - concepts and facilities
STD-13 1035 Domain names - implementation and specification
STD-14 974 Mail Routing and the Domain Name System
STD-15 1137 A Simple Network Management Protocol - SNMP
1034, 1035
Domain Names, concepts, facilities, implementation and specification
2100 The Naming of Hosts
2136 Dynamic Updates in the Domain Name System
2181 Clarifications to DNS Specification
2182 Selection and Operation of Secondary DNS Servers
SNMP-MIB STD-16 1155 Structure and Identification of Management Information for TCP/IP-based Internets
STD-16 1212 Concise MIB Definitions
STD-17 1213 Management Information Base for Network Management of TCP/IP-based internets - MIB II
Netbios/IP STD-19 1001 Protocol standard for a NetBIOS service on a TCP/UDP transport: Concepts and Methods
STD-19 1002 Protocol standard for a NetBIOS service on a TCP/UDP transport: Detailed specifications
TFTP STD-33 1350 Trivial FTP Protocol Rev.2
IP-SLIP STD-47 1055 IP datagrams over serial lines: SLIP
PPP STD-51 1661 Point-to-Point Protocol - PPP
1662 PPP in HDLC like Framing
1332 IPCP - PPP IP Control Protocol
1570 PPP LCP Extensions
1662 PPP in HDLC Framing
2153 PPP Vendor Extensions
POP3 STD-53 1939 Post Office Protocol v.3 - POP3
RIP 1722, 1723
RIP - Routing Information Protocol version 2
OSPF STD-54 2328 Open Shortest Path Protocol - OSPF v.3
2154 OSPF with Digital Signatures
ARP 866 ARP - Address Resolution Protocol
903 RARP - Reverse Address Resolution Protocol
1027 Proxy ARP
ATM 1483 Multiprotocol Encapsulation Over ATM
1577 Classic IP over ATM
BOOTP 951 BOOTP - Bootstrap Protocol
1497 BOOTP Vendor Extensions
1533 DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions
BGP 1771 Border Gateway Protocol 4
1517, 1518, 1519
CIDR - ClassLess Interdomain Router
1930 Guidelines for creation, selection and registration of an Autonomous System (AS)
DHCP 2131 DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol
2132 DHCP Options and BOOTP Vendor Extensions
1534 Interoperation Between DHCP and BOOTP
2241 DHCP Options for Novell Directory Services
2242 Netware/IP Domain Name and Information
RADIUS 2138 Remote Authentication Dial-in User Service (RADIUS)
2139 RADIUS Accounting
HTML 1866 HTML - HyperText Markup Language
2110 MIME E-mail Encapsulation of Aggregate Documents such as HTML
HTTP 2068 HTTP/1.1 - HyperText Transfer Protocol
2109 HTTP State Management Mechanism
2168 Resolution of Uniform Resource Identifiers using the Domain Name System
2145 Use and Interpretation of HTTP Version Numbers
LDAP 2251 LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) v.3
IRC 1459 IRC - Internet Relay Chat
MIME 1521 MIME - Multipurpose Internet Mail Extension
NFS 1813 NFS Version 3 - Network File System
NNTP 977 NNTP - Network News Transport Protocol
IPV6 2147 TCP and UDP over IPv6 Jumbograms
2185 Routing Aspects of IPv6 Transition
ICP 2186 Internet Cache Protocol (ICP), v2
2187 Application of ICP, v2
Segurança 2196 Site Security Handbook
Histórico 2235 Hobbe’s Internet Timeline
Resumos 2151 A Primer on Internet and TCP/IP Tools and Utilities
No Brasil, assim como nos outros países, existem órgãos específicos para o controle local. No Brasil o Comitê Gestor da Internet é responsável pela definição de políticas de utilização, e a FAPESP é responsável pela distribuição de endereços e atribuição de nomes de domínio.
2.2.7 Exemplos de aplicação de redes com arquitetura TCP/IP
Seguem abaixo, alguns exemplos de aplicações da arquiteturas distintas de rede baseadas em TCP/IP, como por exemplo, redes internas de empresas baseadas em transporte TCP/IP, serviços de redes de empresas conectados à Internet, provedores de acesso à Internet.
Exemplo 1: Redes internas à empresa utilizando protocolos TCP/IP para formar a estrutura de comunicação e a base das aplicações de rede (correio eletrônico), compartilhamento de arquivos, distribuição de informação via hipertexto, etc… e chamadas de intranet:
Roteador principal
Hub ou switch
M
M
M
Roteador B
Servidor HTTPServidor DNS
Gerência SNMP
Servidor SMTPPOP3/ IMAP4
Servidor FTPServidor News
M
Servidor NFS, NISServidor LPD
Exemplo 2: Uma estrutura de rede TCP/IP conectada à Internet de forma segura, através da utilização de um firewall, que realiza o filtro de pacotes IP e o transporte de protocolo de aplicações por meio de um gateway (proxy):
Clientes
Servidor ExternoHTTP, FTP, DNS
Roteador
Acesso Remoto
Servidor SMTP/POP3Correio corporativo
Servidor HTTPDNS, FTP
FirewallFiltros, NATProxy HTTP, FTP, TelnetGateways seguros
ServidorProxy
Exemplo 3: Um provedor de acesso à Internet, fornecendo serviços de conexão a usuários discados e empresas por meio de ligação dedicada, além de oferecer os serviços básicos de Internet como HTTP, SMTP, POP3, FTP, etc…
Internet
Roteador A
M
SistemaTelefônico
M M M M M...
M
Hub ou switch
M
M
M
Roteador B
Acesso IPDedicado
Acesso IPDiscado
Servidor HTTPServidor DNS
GerênciaServidor SMTPPOP3/ IMAP4Radius/Tacacs
Servidor FTPServidor News
2.2.8 Protocolos da Camada Inter-Rede
A figura 8 ilustra o posicionamento de diversos protocolos da arquitetura TCP/IP:
Rede
Inter-rede
Transporte
Aplicação
ICMP
IP
IGMP
TCP UDP
TELNETSMTP/DNS
HTTPFTP
ARP RARP
Meio FísicoMeio Físico
802.3 802.4 802.5 802.6 X.25
Interface de Hardware
. . .
Nível Inter-rede compreende principalmente os protocolos IP e ICMP e IGMP (Internet Group Management Protocol). Os protocolos ARP e RARP são pertencentes na verdade aos dois níveis, Inter-rede e Rede pois realizam funções com informações de ambos.
3 Protocolo IP
Protocolo IP é responsável pela comunicação entre máquinas em uma estrutura de rede TCP/IP. Ele provê a capacidade de comunicação entre cada elemento componente da rede para permitir o
transporte de uma mensagem de uma origem até o destino. O protocolo IP provê um serviço sem conexão e não confiável entre máquinas em uma estrutura de rede. Qualquer tipo de serviço que necessite dessas características deve ser fornecido pelos protocolos de níveis superiores. As funções mais importantes realizadas pelo protocolo IP são a atribuição de um esquema de endereçamento independente do endereçamento da rede utilizada abaixo e independente da própria topologia da rede utilizada, além da capacidade de rotear e tomar decisões de roteamento para o transporte das mensagens entre os elementos que interligam as redes.
Na arquitetura TCP/IP, os elementos responsáveis por interligar duas ou mais redes distintas são chamados de roteadores. As redes interligadas podem ser tanto redes locais, redes geograficamente distribuídas, redes de longa distância com comutação de pacotes ou ligações ponto-a-ponto seriais. Um roteador tem como característica principal a existência de mais de uma interface de rede, cada uma com seu próprio endereço específico. Um roteador pode ser um equipamento específico ou um computador de uso geral com mais de uma interface de rede.
Por outro lado, um componente da arquitetura TCP/IP que é apenas a origem ou destino de um datagrama IP (não realiza a função de roteamento) é chamado de host.
As funções de host e roteador podem ser visualizadas na figura 9:
RoteadorRoteador
Inter-rede
Rede RedeRede
Host AHost A
Inter-Rede
Transporte
Aplicação
Rede
Host BHost B
Inter-Rede
Transporte
Aplicação
3.1 Endereços IP
Um endereço IP é um identificador único para certa interface de rede de uma máquina. Este endereço é formado por 32 bits (4 bytes) e possui uma porção de identificação da rede na qual a interface está conectada e outra para a identificação da máquina dentro daquela rede. O endereço IP é representado pelos 4 bytes separados por . e representados por números decimais. Desta
forma o endereço IP: 11001000 11000100 1000010 00000001 é representado por 200.196.66.1.
Como o endereço IP identifica tanto uma rede quanto a estação a que se refere, fica claro que o endereço possui uma parte para rede e outra para a estação. Desta forma, uma porção do endereço IP designa a rede na qual a estação está conectada, e outra porção identifica a estação dentro daquela rede.
Uma vez que o endereço IP tem tamanho fixo, uma das opções dos projetistas seria dividir o endereço IP em duas metades, dois bytes para identificar a rede e dois bytes para a estação. Entretanto isto traria inflexibilidade pois só poderiam ser endereçados 65536 redes, cada uma com
65536 estações. Uma rede que possuísse apenas 100 estações estaria utilizando um endereçamento de rede com capacidade de 65536 estações, o que também seria um desperdício.
A forma original de dividir o endereçamento IP em rede e estação, foi feita por meio de classes. Um endereçamento de classe A consiste em endereços que tem uma porção de identificação de rede de 1 byte e uma porção de identificação de máquina de 3 bytes. Desta forma, é possível endereçar até 256 redes com 2 elevado a 32 estações. Um endereçamento de classe B utiliza 2 bytes para rede e 2 bytes para estação, enquanto um endereço de classe C utiliza 3 bytes para rede e 1 byte para estação. Para permitir a distinção de uma classe de endereço para outra, utilizou-se os primeiros bits do primeiro byte para estabelecer a distinção (veja figura abaixo).
Nesta forma de divisão é possível acomodar um pequeno número de redes muito grandes (classe A) e um grande número de redes pequenas (classe C). Esta forma de divisão é histórica e não é mais empregada na Internet devido ao uso de uma variação que é a sub-rede, como será visto em seção adiante. Entretanto sua compreensão é importante para fins didáticos.
As classes originalmente utilizadas na Internet são A, B, C, D, E., conforme mostrado abaixo. A classe D é uma classe especial para identificar endereços de grupo (multicast) e a classe E é reservada.
11 netid00 hostidhostid
netid11 hostidhostid11 00
Endereço Multicast 11 11 11 00
Reservado para uso futturo11 11 11 11 00
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 400 77 1515 2323 3131
netid hostidhostid00Classe A
Classe B
Classe C
Classe D
Classe E
A Classe A possui endereços suficientes para endereçar 128 redes diferentes com até 16.777.216 hosts (estações) cada uma.
A Classe B possui endereços suficientes para endereçar 16.284 redes diferentes com até 65.536 hosts cada uma.
A Classe C possui endereços suficientes para endereçar 2.097.152 redes diferentes com até 256 hosts cada uma.
As máquinas com mais de uma interface de rede (caso dos roteadores ou máquinas interligadas à mais de uma rede, mas que não efetuam a função de roteamento) possuem um endereço IP para cada uma, e podem ser identificados por qualquer um dos dois de modo independente. Um endereço IP identifica não uma máquina, mas uma conexão à rede.
Alguns endereços são reservados para funções especiais:
Endereço de Rede: Identifica a própria rede e não uma interface de rede específica, representado por todos os bits de hostid com o valor ZERO.
Endereço de Broadcast: Identifica todas as máquinas na rede específica, representado por todos os bits de hostid com o valor UM.
Desta forma, para cada rede A, B ou C, o primeiro endereço e o último são reservados e geralmente não são usados por nenhuma interface de rede.
Endereço de Broadcast Limitado: Identifica um broadcast na própria rede, sem especificar a que rede pertence. Representado por todos os bits do endereço iguais a UM = 255.255.255.255.
Endereço de Loopback: Identifica a própria máquina. Serve para enviar uma mensagem para a própria máquina rotear para ela mesma, ficando a mensagem no nível IP, sem ser enviada à rede. Este endereço é 127.0.0.1. Permite a comunicação inter processos (entre aplicações) situados na mesma máquina. Função muito utilizada para efetuar balanceamento entre dois roteadores conectados por 2 interfaces de igual velocidade.
As figuras abaixo mostram exemplos de endereçamento de máquinas situadas na mesma rede e em redes diferentes. Pode ser observado que como o endereço começa por 200 (ou seja, os dois primeiros bits são 1 e o terceiro 0), eles são de classe C. Por isto, os três primeiros bytes do endereço identificam a rede. Como na primeira figura, ambas as estações tem o endereço começando por 200.195.240, elas estão na mesma rede. Na segunda figura, as estações estão em redes distintas e uma possível topologia é mostrada, onde um roteador interliga diretamente as duas redes.
Rede = 200.195.240.0
200.195.240.1 200.195.240.2
Estação A Estação B
200.195.240.0 200.194.249.0
200.195.240.17
200.195.240.99 200.194.249.99 200.194.249.1
Estação A Estação B
Roteador
A figura abaixo ilustra um diagrama de rede com o endereçamento utilizado. Note que não há necessidade de correlação entre os endereços utilizados nas redes adjacentes. O mecanismo para que uma mensagem chegue na rede correta é o roteamento. Cada elemento conectando mais de uma rede realiza a função de roteamento IP, baseado em decisões de rotas. Note que mesmo os enlaces formados por ligações ponto-a-ponto são também redes distintas.
Neste diagrama existem 6 redes, identificadas por 200.201.133.0, 200.123.0.0, 200.195.4.0, 210.201.0.0, 10.0.0.0 e 200.1.3.0.
200.201.133.0
200.201.133.1 200.201.133.20 200.201.133.35
200.123.5.3
200.123.5.14
200.123.5.15 200.123.5.12
9
210.201.0.1
200.123.5.0
200.195.4.0
200.195.4.56 200.195.4.57 210.201.0.0
210.201.0.3
10.0.0.1 10.0.0.2
200.1.3.0
200.195.4.3
200.1.3.2
200.1.3.1
3.2 Broadcast
Através do uso de valores pré-estabelecidos nos identificadores de sub-redes e de estação do endereço IP, é possível utilizar funcionalidades adicionais realizadas pela camada IP. Estas funções são descritas a seguir.
A função directed broadcast (difusão dirigida) permite o envio de uma mensagem a uma sub-rede de destino para que seja feita a sua difusão às estações dessa rede. Neste caso, o campo id.estação do endereço IP é preenchido com ls e o id.rede contém o identificador da sub-rede. A função limited broadcast (difusão restrita) possibilita o envio de uma mensagem as estações locais. Neste caso, tanto o id.rede como o id.sub-rede são preenchidos com ls. Em geral, o valor "0" no endereço IP significa "este" e o valor "1", todos". A utilização destes valores é restrita a situações excepcionais, na maioria das vezes quando se desconhece o endereço exato do destinatário a ser alcançado. A Figura 4 apresenta os casos de utilização de valores pré-estabelecidos e o significado associado.
3.3 Mapeamento de endereços IP em endereços de rede
Os protocolos de rede compartilhada como Ethernet, Token-Ring e FDDI possuem um endereço próprio para identificar as diversas máquinas situadas na rede. Em Ethernet e Token-Ring o endereçamento utilizado é chamado endereço físico ou endereço MAC - Medium Access Control , formado por 6 bytes, conforme a figura abaixo:
I/G U/L ID Organização (22-Bits) ID Atribuído (24-Bits)
Este tipo de endereçamento só é útil para identificar diversas máquinas, não possuindo nenhuma informação capaz de distinguir redes distintas. Para que uma máquina com protocolo IP envie um pacote para outra máquina situada na mesma rede, ela deve se basear no protocolo de rede local, já que é necessário saber o endereço físico. Como o protocolo IP só identifica uma máquina pelo
endereço IP, deve haver um mapeamento entre o endereço IP e o endereço de rede MAC. Este mapeamento é realizado pelo protocolo ARP.
O mapeamento via protocolo ARP só é necessário em uma rede do tipo compartilhada como Ethernet, Token-Ring, FDDI, etc.. Em uma rede ponto-a-ponto como, por exemplo, um enlace serial, o protocolo ARP não é necessário já que há somente um destino possível.
A figura abaixo mostra uma rede com 3 estações, onde uma máquina A com endereço IP 200.195.240.1 deseja enviar uma mensagem para a máquina B cujo endereço é 200.195.240.3. A mensagem a ser enviada é uma mensagem IP. No caso do exemplo abaixo, antes de efetivamente enviar a mensagem IP, a estação utilizará o protocolo ARP para determinar o endereço MAC da interface cujo endereço IP é o destino da mensagem.
200.195.240.3
200.195.240.1
200.195.240.4
para 200.195.240.3
O funcionamento do protocolo ARP é descrito abaixo:
Estação A verifica que a máquina destino está na mesma rede local, determinado através dos endereços origem e destino e suas respectivas classes.
O protocolo IP da estação A verifica que ainda não possui um mapeamento do endereço MAC para o endereço IP da máquina destino.
O protocolo IP solicita ao protocolo que o endereço MAC necessário
Protocolo ARP envia um pacote ARP (ARP Request) com o endereço MAC destino de broadcast (difusão para todas as máquinas)
200.195.240.3 200.195.240.1
200.195.240.4
para 200.195.240.3
OD.OA.12.07.48.05
IP
Placa Eth ARP
IP MAC
ARP Req
A mensagem ARP enviada é encapsulada em um pacote Ethernet conforma mostrado abaixo:
PreâmbuloEnd. FísicoBroadcast
0D.0A.12.07.48.05
ARP Dados (ARP Request) FCS
8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 64 - 1500 bytes 4 bytes
Todas as máquinas recebem o pacote ARP, mas somente aquela que possui o endereço IP especificado responde. A máquina B já instala na tabela ARP o mapeamento do endereço 200.195.240.1 para o endereço MAC de A.
200.195.240.3 200.195.240.1
200.195.240.4
IP
MAC Placa Eth
ARP
IP MAC
ARP Req
OD.OA.12.07.71.FF ARP Reply
IP MAC
200.195.240.3 = 0D.0A.12.07.71.FF
200.195.240.1 = 0D.0A.12.07.48.05
Cache
A resposta é enviada no pacote Ethernet, encapsulado conforme mostrado abaixo, através de uma mensagem ARP Reply endereçado diretamente para a máquina origem.
Preâmbulo0D.0A.12.07.48.05
0D.0A.12.07.71.FF
ARP Dados (ARP Reply) FCS
8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 64 - 1500 bytes 4 bytes
A máquina A recebe o pacote e coloca um mapeamento do endereço IP de B e seu endereço MAC respectivo. Esta informação residirá em uma tabela que persistirá durante um certo tempo.
Finalmente a máquina A transmite o pacote IP inicial, após saber o endereço MAC da estação destino.
Preâmbulo0D.0A.12.07.71.FF
0D.0A.12.07.48.05
IP Dados (TCP sobre IP) FCS
8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 64 - 1500 bytes 4 bytes
Os protocolos de nível de Rede como Ethernet possuem um identificador para determinar o tipo do protocolo que está sendo carregado no seu campo de dados. Um pacote Ethernet pode, por exemplo, carregar os protocolos ARP, IP, RARP, IPX, Netbios e outros. A figura abaixo mostra o formato do quadro Ethernet. Note que o campo protocolo, de 2 bytes de tamanho identifica o protocolo sendo carregado no campo de dados. No caso de transporte de um pacote ARP, o valor é 0806h (hexadecimal), enquanto que no caso de IP este campo tem o valor 0800h.
PreâmbuloEnd. Físico
DestinoEnd. Físico
OrigemTipo Dados (IP, IPX, …) FCS
8 bytes 6 bytes 6 bytes 2 bytes 64 - 1500 bytes 4 bytes
O protocolo ARP possui dois pacotes, um REQUEST e um REPLY, com o formato abaixo. No REQUEST, são preenchidos todos os dados exceto o endereço MAC do TARGET. No REPLY este campo é completado.
PROTOCOL TYPEHARDWARE TYPE
SENDER HA
TARGET HA
OPERATIONHLEN PLEN
SENDER HA SENDER IP
SENDER IP TARGET HA
TARGET IP
Ethernet = 1Token Ring = 4
FDDI ...
IP = 2048IPX =
AppleTalk = 32823...
OP = 1: ARP RequestOP = 2: ARP ResponseOP = 3: RARP RequestOP = 4: RARP Response
HLEN = Hardware LengthPLEN = Protocol Length
HARDWARE TYPE identifica o hardware (Ethernet, Token-Ring , FDDI, etc) utilizado, que pode variar o tamanho do endereço MAC.
PROTOCOL TYPE identifica o protocolo sendo mapeado (IP, IPX, etc,) que pode variar o tipo do endereço usado.
OPERATION identifica o tipo da operação, sendo
1 = ARP Request, 2 = ARP Reply, 3 = RARP Request, 4 = RARP Reply
3.4 Roteamento IP
O destino de um mensagem IP sendo enviado por uma máquina pode ser a própria estação, uma estação situada na mesma rede ou uma estação situada numa rede diferente. No primeiro caso, o pacote é enviado ao nível IP que o retorna para os níveis superiores. No segundo caso, é realizado o mapeamento por meio de ARP e a mensagem é enviada por meio do protocolo de rede.
Quando uma estação ou roteador deve enviar um pacote para outra rede, o protocolo IP deve enviá-lo para um roteador situado na mesma rede. O roteador por sua vez irá enviar o pacote para outro roteador, na mesma rede que este e assim sucessivamente até que o pacote chegue ao destino final. Este tipo de roteamento é chamado de Next-Hop Routing, já que um pacote é sempre enviado para o próximo roteador no caminho.
Neste tipo de roteamento, não há necessidade de que um roteador conheça a rota completa até o destino. Cada roteador deve conhecer apenas o próximo roteador para o qual deve enviar a mensagem. Esta decisão é chamada de decisão de roteamento. Uma máquina situado em uma rede que tenha mais de um roteador deve também tomar uma decisão de roteamento para decidir para qual roteador deve enviar o pacote IP.
Quando uma estação deve enviar uma mensagem IP para outra rede, ela deve seguir os seguintes passos:
Determinar que a estação destino está em outra rede e por isto deve-se enviar a mensagem para um roteador
Determinar, através da tabela de rotas da máquina origem, qual roteador é o correto para se enviar a mensagem
Descobrir, através do protocolo ARP, qual o endereço MAC do roteador
Enviar a mensagem IP com o endereço de nível de rede apontado para o roteador e o endereço IP (na mensagem IP) endereçado para a máquina destino.
Uma questão importante no pacote roteado consiste no fato de que o pacote a ser roteado é endereçado fisicamente ao roteador (endereço MAC), mas é endereçado logicamente (endereçamento IP) à máquina destino. Quando o roteador recebe um pacote que não é endereçado a ele, tenta roteá-lo.
A decisão de roteamento é baseada em uma tabela, chamada de tabela de rotas, que é parte integrante de qualquer protocolo IP. Esta tabela relaciona cada rede destino ao roteador para onde o pacote deve ser enviado para chegar a ela.
As figuras abaixo mostram o funcionamento do roteamento:
200.195.240.0 200.170.194.0 200.195.240.37 200.195.240.148 200.170.194.10 200.170.194.200
Estação A Estação B
Roteador
IP Dest = 200.170.194.200 MAC Dest = OD.OA.12.07.48.05
OD.OA.12.07.48.05 OD.OA.12.07.71.FF
200.195.240.0 200.170.194.0 200.195.240.37 200.195.240.148 200.170.194.10 200.170.194.200
Estação A Estação B
Roteador
IP Dest = 200.170.194.200 MAC Dest =
OD.OA.12.07.48.05 OD.OA.12.07.71.FF
OD.OA.12.07.71.FF
Nas figuras acima o roteamento é realizado somente por um roteador. Caso houvesse mais de um roteador a ser atravessado, o primeiro roteador procederia de forma idêntica à Estação A, ou seja determinaria a rota correta e enviaria a mensagem para o próximo roteador.
3.4.1 Algoritmo de Transmissão de um pacote IP
Algoritmo de Transmissão de um pacote IP é descrito abaixo. A transmissão pode ser aplicada tanto a um host quanto a uma estação:
1. Datagrama pronto para ser transmitido
1.1.Endereço Destino é igual ao Endereço Transmissor ?1.1.1. Entrega datagrama pela interface loopback (127.0.0.1) Þ FIM
1.2.Endereço de rede do destino é igual ao endereço de rede local ?1.2.1. Descobre o endereço físico do destino (ARP)1.2.2. Transmite datagrama pela interface correta Þ FIM
1.3.Endereço de rede do destino é diferente do endereço de rede local ?1.3.1. Verifica tabela de rotas1.3.2. Descobre rota que se encaixa com a rede destino1.3.3. Descobre o endereço físico do gateway (ARP)1.3.4. Transmite o datagrama para o gateway Þ FIM
3.4.2 Algoritmo de Recepção de um pacote IP
1. Datagrama recebido da camada intra-rede, desfragmentado e testado1.1.End. destino = End. host, ou End. destino = outras interface host, ou End.
destino = broadcast1.1.1. Passa datagrama para níveis superiores Þ FIM
1.2.Máquina que recebeu não é roteador1.2.1. Descarta datagrama Þ FIM
1.3.Máquina é roteador (possui mais de uma interface IP)1.3.1. Endereço IP destino é igual Rede IP com interface diretamente
conectada1.3.2. Descobre o endereço físico do destino (ARP)1.3.3. Transmite datagrama pela interface respectiva Þ FIM
1.4.Endereço de rede destino é diferente dos endereços das interfaces1.4.1. Verifica tabela de rotas1.4.2. Descobre o endereço físico do gateway (ARP)1.4.3. Transmite o datagrama para o gateway Þ FIM
O exemplo abaixo ilustra uma estrutura de redes e a tabela de rotas dos roteadores. As tabelas de rotas de cada roteador são diferentes uma das outras. Note nestas tabela a existência de rotas diretas, que são informações redundantes para identificar a capacidade de acessar a própria rede na qual os roteadores estão conectados. Este tipo de rota apesar de parecer redundante é útil para mostrar de forma semelhante as rotas diretas para as redes conectadas diretamente no roteador.
Outra informação relevante é a existência de uma rota default. Esta rota é utilizada durante a decisão de roteamento no caso de não existir uma rota específica para a rede destino da mensagem IP. A rota default pode ser considerada como um resumo de diversas rotas encaminhadas pelo mesmo próximo roteador. Sem a utilização da rota default, a tabela de rotas deveria possuir uma linha para cada rede que pudesse ser endereçada. Em uma rede como a Internet isto seria completamente impossível.
R R R
201.0.0.0 202.0.0.0 203.0.0.0 204.0.0.0
.1 .2 .3 .4 .5 .6
InternetInternet
eth0 eth1
A tabela de rotas para o roteador da esquerda é descrita abaixo:
Rede Destino
Roteador (Gateway)
Hops
201.0.0.0 eth0 (rota direta) 0
202.0.0.0 eth1 (rota direta) 0
203.0.0.0 202.0.0.3 1
204.0.0.0 203.0.0.3 2
default 203.0.0.3 --
A tabela de rotas para o roteador central é descrita abaixo:
Rede Destino
Roteador (Gateway)
Hops
202.0.0.0 eth0 (rota direta) 0
203.0.0.0 eth1 (rota direta) 0
201.0.0.0 202.0.0.2 1
204.0.0.0 203.0.0.5 1
Default 203.0.0.5 --
A tabela de rotas para o roteador da direita é descrita abaixo:
Rede Destino
Roteador (Gateway)
Hops
203.0.0.0 eth0 (rota direta) 0
204.0.0.0 eth1 (rota direta) 0
202.0.0.0 203.0.0.4 1
201.0.0.0 203.0.0.4 1
Default 204.0.0.7** --
** Não mostrado na figura.
A rota default geralmente é representada nos sistemas operacionais como a rede 0.0.0.0
3.5 Roteamento estático x Roteamento dinâmico
A alimentação das informações na tabela de rotas pode ser de modo estático ou dinâmico ou ambos simultaneamente. Na alimentação estática, as rotas são preenchidas manualmente, geralmente pela configuração inicial da máquina. Na alimentação dinâmica, protocolos como RIP, RIP2, EIGRP, OSPF ou BGP4 são responsáveis pela aquisição de informações sobre a topologia da rede e a publicação de rotas na tabela de rotas dos roteadores envolvidos.
Como exemplos de rotas definidas estaticamente, pode-se citar:
Uma rota default (ou roteador default) configurado manualmente nas estações (caso típico da maioria das estações cliente em uma rede. Exemplo: Janela de configuração básica de TCP/IP em Windows 98, Windows NT e Windows 2000.
Mais de uma rota default, com os roteadores configurados manualmente nas estações.
Rotas adicionais estáticas configuradas manualmente endereçando redes específicas. Por .ex. Comando route add dos sistemas operacionais Windows NT e Windows 2000 .
Roteadores descobertos através do protocolo ICMP Router Advertisement
Rotas informadas através do protocolo ICMP Redirect
3.6 Pacote IP
O protocolo IP define a unidade básica de transmissão, que é o pacote IP. Neste pacote são colocadas as informações relevantes para o envio deste pacote até o destino.
O pacote IP possui o formato descrito abaixo:
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 40 7 15 23 31
VERS SERVICE TYPE TOTAL LENGTH
IDENTIFICATION FLAGS FRAGMENT OFFSET
TIME TO LIVE PROTOCOL HEADER CHECKSUM
SOURCE IP ADDRESS
HLEN
DESTINATION IP ADDRESS
IP OPTIONS (IF ANY)
DATA
...
PADDING
Os campos mais importantes são descritos abaixo:
VERSION - Informa a versão do protocolo IP sendo carregado. Atualmente a versão de IP é 4
HEADER LENGTH - Informa o tamanho do cabeçalho IP em grupos de 4 bytes
TYPE OF SERVICE - Informa como o pacote deve ser tratado, de acordo com sua prioridade e o tipo de serviço desejado como Baixo Retardo, Alta Capacidade de Banda ou Alta Confiabilidade. Normalmente este campo não é utilizado na Internet
IDENTIFICATION - Identifica o pacote IP unicamente entre os outros transmitidos pela máquina. Este campo é usado para identificar o pacote IP no caso de haver fragmentação em múltiplos datagramas
FLAGS (3 bits) - um bit (MF - More Fragments) identifica se este datagrama é o último fragmento de um pacote IP ou se existem mais. Outro bit (DNF - Do Not Fragment) informa aos roteadores no caminho se a aplicação exige que os pacotes não sejam fragmentados.
FRAGMENT OFFSET - Informa o posicionamento do fragmento em relação ao pacote IP do qual faz parte.
TIME-TO-LIVE - Este valor é decrementado a cada 1 segundo que o pacote passa na rede e a cada roteador pelo que ele passa. Serve para limitar a duração do pacote IP e evitar que um pacote seja roteador eternamente na Internet como resultado de um loop de roteamento.
PROTOCOL - Informa que protocolo de mais alto nível está sendo carregado no campo de dados. O IP pode carregar mensagens UDP, TCP, ICMP, e várias outras.
HEADER CHECKSUM - Valor que ajuda a garantir a integridade do cabeçalho do pacote IP
SOURCE ADDRESS - Endereço IP da máquina origem do pacote IP
DESTINATION ADDRESS - Endereço IP da máquina destino do pacote IP
OPTIONS - Opções com informações adicionais para o protocolo IP. Consiste de um byte com a identificação da opção e uma quantidade de bytes variável com as informações específicas. Um pacote IP pode transportar várias opções simultaneamente.
3.6.1 Opções IP
formato das opções IP é descrita no quadro abaixo:
Option Code Length Data 1 . . . Data n
Copy Option Class Option Number
1 octeto 1 octeto 1 octeto 1 octeto 1 octeto
1 bit 2 bits 5 bits
Copy = 0: Opção deve ser copiada apenas para o primeiro fragmentoCopy = 1: Opção deve ser copiada para todos fragmentos
Classe 0: Controle da Rede e DatagramasClasse 1: Reservada para uso futuroClasse 2: Depuração e mediçãoClasse 3: Reservada para uso futuro
As opções IP que podem ser utilizadas são:
Classe Código Composição Descrição
0 0 -- Fim da Lista de Opções
0 1 -- Nenhuma Operação
0 3 variável LOOSE SOURCE ROUTING (Especifica a rota aproximada que um datagrama deve seguir)
0 7 variável RECORD ROUTE (Escreve os endereços dos roteadores por onde o pacote passou)
0 9 variável STRICT SOURCE ROUTING (Especifica a rota exata que um datagrama deve seguir)
2 4 variável INTERNET TIMESTAMP (A cada roteador grava a hora da passagem para outra rede)
As opções IP são utilizadas basicamente como forma de verificação e monitoração de uma rede IP. As opções que especificam a rota até o destino não são utilizadas normalmente pois o IP é baseado na técnica de Next-Hop routing. Ainda assim, estes mecanismos são pouco utilizados como ferramenta de testes e verificação, sendo raros os programas que os implementam.
3.6.2 Fragmentação
Como um datagrama trafega através de diversos tipos de rede e cada tecnologia tem um tamanho de bloco diferente, a camada IP possui o mecanismo de fragmentação , para garantir que um datagrama possa atravessar redes que utilizem tamanhos de bloco de transmissão diferentes. Quando for necessário transportar um datagrama de tamanho maior do que aquele que a sub-rede pode suportar, o mecanismo de fragmentação é acionado. O datagrama original é particionado em fragmentos. O tamanho de fragmento é determinado de maneira a poder ser transportado em único bloco de transmissão da sub-rede.
Os fragmentos são transportados como se fossem datagramas independentes até o destino. Ao receber o primeiro fragmento, a estação inicia uma temporização para aguardar o conjunto completo de fragmentos; se algum faltar, o datagrama é descartado. Assim, o processo de fragmentação provoca uma perda de eficiência devido à preservação dos fragmentos até a estação destinatária (mesmo que sejam transportados por sub-redes com tamanho de blocos superiores) e devido ao aumento do índice de retransmissões nos casos de perda de fragmentos, quando, então, o datagrama completo é descartado.
Para fragmentar um datagrama longo, são criados vários datagramas menores que recebem uma cópia do datagrama original sendo alguns dos seus campos modificados. Nos datagramas criados, o tamanho da parte de dados é múltiplo de 8 octetos e está limitado pelo tamanho máximo do bloco de transmissão permitido na sub-rede. Pode ser que o último fragmento não seja múltiplo de 8 octetos. Na definição do tamanho do fragmento são levadas em conta a parte dos dados e a do cabeçalho. A primeira parte dos dados do datagrama original é inserida no primeiro fragmento e neste o campo comprimento total é atualizado com o tamanho dessa parte de dados e do cabeçalho. Nesse primeiro fragmento, um dos bits do campo flags, chamado bit mais-fragmentos, recebe o valor 1 para indicar que mais fragmentos deverão seguir-se. O seu campo fragment offset permanece igual ao datagrama original.
O restante dos dados é inserido em fragmentos subsequentes. Nestes, o campo comprimento total corresponde à quantidade de dados efetivamente enviada. O valor do fragment offset em cada um desses fragmentos é a soma do fragment offset e do número de octetos de dados do
fragmento anterior. Se o fragmento não for o último, o bit mais-fragmentos do campo flags recebe o valor 1; caso contrário, o valor "0". Além destes campos essenciais ao processo, os outros campos são alterados, como o campo de opções, o campo de comprimento do cabeçalho e o checksum.
Na recepção, um datagrama é reconhecido como fragmento pela indicação do bit mais-fragmentos do campo flags e da ocorrência de valor diferente de zero no campo fragment offset (exceto se for o primeiro fragmento). Os fragmentos de um mesmo datagrama são identificados através do campo identificação, dos endereços IP de origem e destino e do campo de protocolo, copiados a partir do datagrama original no momento da fragmentação. O último fragmento é identificado por ter o campo mais-fragmentos igual a zero e pelo valor diferente de zero do campo fragment offset.
Enfim, um pacote IP pode ter um tamanho de até 64 Kbytes. Entretanto o nível de rede geralmente tem um tamanho máximo menor que 64K. Por exemplo, uma rede Ethernet pode transmitir uma mensagem de até 1500 bytes. Este valor é chamado de MTU - Maximum Transmission Unit - para este tipo de rede. A camada IP deve então ser capaz de dividir um pacote IP maior que 1500 bytes em diversos fragmentos de até 1500 bytes cada um.
A fragmentação do pacote IP pode ocorrer na máquina origem ou em algum roteador que possua uma rede com MTU menor que o tamanho do pacote IP sendo roteado. Note que durante o percurso até o destino, um fragmento pode ser novamente fragmentado se o MTU da rede seguinte for ainda menor que o tamanho do fragmento. A remontagem do pacote só é realizada pela máquina destino, baseado nas informações de FRAGMENT OFFSET e bit MF. A perda de um fragmento inutiliza o datagrama inteiro.
O campo fragment offset identifica a posição em Bytes do fragmento face ao pacote IP completo conforme pode ser visto nas figuras abaixo:
44 0000000000000000 40204020
6378463784 000000 00
88 UDPUDP 01F501F5
139.82.17.20139.82.17.20
55
206.12.56.23206.12.56.23
DVB9834H4K432BVIVVDVB9834H4K432BVIVVFVNEOFVHNOEF9345FFVNEOFVHNOEF9345F342589J3948302FJJFV342589J3948302FJJFV
2020OCTETOSOCTETOS
44 0000000000000000 15001500
6378463784 100100 00
88 UDPUDP 07560756
139.82.17.20139.82.17.20
55
206.12.56.23206.12.56.23
Primeiros 1480 octetosPrimeiros 1480 octetos
44 0000000000000000 15001500
6378463784 100100 14801480
88 UDPUDP 0FD00FD0
139.82.17.20139.82.17.20
55
206.12.56.23206.12.56.23
Próximos 1480 octetosPróximos 1480 octetos
44 0000000000000000 10601060
6378463784 000000 29602960
88 UDPUDP 4AFF4AFF
139.82.17.20139.82.17.20
55
206.12.56.23206.12.56.23
Últimos 1040 octetosÚltimos 1040 octetos
Fragmento 1Fragmento 1 Fragmento 2Fragmento 2 Fragmento 3Fragmento 3
40004000OCTETOSOCTETOS
A figura abaixo mostra a fragmentação de um pacote quando este passa para uma rede com MTU menor que o tamanho do pacote IP.
GG GG
Rede 1MTU=1500
Rede 3MTU=1500
11 22
Rede 2Rede 2MTU=500MTU=500
3.7 Endereçamento em Sub-redes
A divisão de endereçamento tradicional da Internet em classes, causou sérios problemas de eficiência na distribuição de endereços. Cada rede na Internet, tenha ela 5, 200, 2000 ou 30 máquinas deveria ser compatível com uma das classes de endereços. Desta forma, uma rede com 10 estações receberia um endereço do tipo classe C, com capacidade de endereçar 256 estações. Isto significa um desperdício de 246 endereços. Da mesma forma, uma rede com 2000 estações receberia uma rede do tipo classe B, e desta forma causaria um desperdício de 62000 endereços.
número de redes interligando-se à Internet a partir de 1988 aumentou, causando o agravamento do problema de disponibilidade de endereços na Internet, especialmente o desperdício de endereços em classes C e B. Desta forma, buscou-se alternativas para aumentar o número de endereços de rede disponíveis sem afetar o funcionamento dos sistemas existentes. A melhor alternativa encontrada foi flexibilizar o conceito de classes - onde a divisão entre rede e host ocorre somente a cada 8 bits.
A solução encontrada foi utilizar a identificação de rede e host no endereçamento IP de forma variável, podendo utilizar qualquer quantidade de bits e não mais múltiplos de 8 bits conforme ocorria anteriormente. Um identificador adicional, a MÁSCARA, identifica em um endereço IP, que porção de bits é utilizada para identificar a rede e que porção de bits para host.
A máscara é formada por 4 bytes com uma seqüência contínua de 1’s, seguida de uma seqüência de 0’s. A porção de bits em 1 identifica quais bits são utilizados para identificar a rede no endereço e a porção de bits em 0, identifica que bits do endereço identificam a estação.
Obs. A máscara pode ser compreendida também como um número inteiro que diz a quantidade de bits um utilizados. Por exemplo uma máscara com valor 255.255.255.192, poderia ser representada como /26. Este tipo de notação é empregada em protocolos de roteamento mais recentes
Este mecanismo está representado na figura abaixo:
XX XX XX XX
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 400 77 1515 2323 3131
11 11 11 11
End.
Mask
200.00 01 00 10
18.10 10 00 00 10
00 00 00 00
11 00 10 00
11 11 11 11 1111 11 11 11
160 128 -191
255. 255. 255. 192
Neste endereço 200.18.160.X, a parte de rede possui 26 bits para identificar a rede e os 6 bits restantes para identificar os hosts. Desta forma, o endereço 200.18.160.0 da antiga classe C, fornecido a um conjunto de redes pode ser dividido em quatro redes com as identificações abaixo. Note que os 4 endereços de rede são independentes entre si. Elas podem ser empregadas em redes completamente separadas, e até mesmo serem utilizadas em instituições distintas.
200.18.160.[00XXXXXX] 200.18.160.[01XXXXXX]200.18.160.[10XXXXXX] e200.18.160.[11XXXXXX]
Em termos de identificação da rede, utiliza-se os mesmos critérios anteriores, ou seja, todos os bits de identificação da estação são 0. Quando os bits da estação são todos 1, isto identifica um broadcast naquela rede específica. Desta forma temos as seguintes identificações para endereço de rede:
200.18.160.64200.18.160.128 e200.18.160.192
Os endereços de broadcast nas redes são:
200.18.160.127200.18.160.191 e200.18.160.255
Os possíveis endereços de estação em cada rede são:
200.18.160.[1-62] 200.18.160.[65-126]200.18.160.[129-190] e200.18.160.[193-254]
O mesmo raciocínio de sub-rede pode ser usado para agrupar várias redes da antiga classe C em uma rede com capacidade de endereçamento de um maior número de hosts. A isto dá-se o nome de superrede. Hoje, já não há mais esta denominação pois não existe mais o conceito de classes. Um endereço da antiga classe A, como por exemplo 32.X.X.X pode ser dividido de qualquer forma por meio da máscara.
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 400 77 1515 2323 3131
11 11 11 11
X XX XX
~ 5000 maq.
End.
Mask
200.00 01 00 10
18.10 1 XX XX XX XX
0 00 00 00 00 00 00
11 00 10 00
11 111 11 11 11
160-191. X
255. 255. 224. 0
As máscaras das antigas classes A, B e C são um subconjunto das possibilidades do esquema utilizado atualmente, conforme mostrado abaixo:
Classe A: máscara equivalente = 255.0.0.0
Classe B: máscara equivalente = 255.255.0.0
Classe C: máscara equivalente = 255.255.255.0
3.8 Flexibilidade de Endereçamento
Uma conclusão que pode-se obter da análise acima é que uma identificação de uma rede, composta de um endereço de rede e uma máscara (por ex. 200.195.240.64 e máscara 255.255.255.192) é, na verdade, um espaço de endereçamento, que pode ser usado da forma mais indicada. Por exemplo um espaço de endereçamento dado por
Rede = 32.10.20.128 com máscara 255.255.255.192
Pode-se endereçar 64 endereços (62 endereços válidos) em uma rede só. Mas podemos subdividi-lo em sub-redes, de tal forma que poderemos ter:
1 rede de 64 endereços (usando o endereço e a máscara como estão)
2 redes de 32 endereços (aumentando em mais um bit a máscara)
Neste caso temos o endereço 32.10.20.128 dividido da seguinte forma:
Rede 1 = 32.10.20.128 com máscara 255.255.255.224 e
Rede 2 = 32.10.20.160 com máscara 255.255.255.224
Neste caso, cada rede formada pode ter até 30 endereços, pois deve-se sempre reservar os bits TODOS ZERO para o endereço de rede e os bits TODOS UM para o endereço de broadcast.
Desta forma, os endereços de máquina em cada rede são:
Rede 1: 32.10.20.[129-158] e
Rede 2: 32.10.20.[161-190]
Note que deve-se sempre respeitar o espaço de endereçamento original. Um dos erros mais comuns é utilizar parte do endereçamento vizinho, o que está errado pois pertence a outro espaço de endereçamento.
4 redes de 16 endereços (aumentando em dois bits a mascara original)
Neste caso temos o endereço 32.10.20.128 dividido da seguinte forma:
Rede 1 = 32.10.20.128 com máscara 255.255.255.240
Rede 2 = 32.10.20.144 com máscara 255.255.255.240
Rede 3 = 32.10.20.160 com máscara 255.255.255.240
Rede 4 = 32.10.20.176 com máscara 255.255.255.240
Neste caso, cada rede formada pode ter até 14 estações
Então os endereços de máquina em cada rede são:
Rede 1: 32.10.20.[129-142]
Rede 2: 32.10.20.[145-158]
Rede 3: 32.10.20.[161-174]
Rede 4: 32.10.20.[177-190]
Note que o espaço de endereçamento original sempre se manteve, variando de 128 a 191
8 redes de 8 endereços
16 redes de 4 endereços (onde 4 endereços são na verdade duas estações, devido aos endereços reservados de rede e broadcast)
E só ! pois 32 redes de 2 estações não existe pois seria uma rede sem nenhuma estação pois os dois endereços disponíveis já seriam utilizados para rede e broadcast.
Entretanto, as formas acima ainda não são as únicas formas de divisão do espaço de endereçamento. Pode-se dividir em mais uma dezena de forma, utilizando-se divisões do espaço de endereçamento de forma não homogênea. Um exemplo claro pode ser dado por exemplo observando redes reais, onde a quantidade de estações pode variar bastante entre cada uma. Po exemplo, supondo que o espaço de endereçamento acima com capacidade de endereçar 64 estações deva ser utilizado em uma empresa com 50 estações. Estas 50 estações estão divididas em 3 redes, sendo uma com 30 estações e duas com 10 estações. Pode-se observar que nenhuma das formas de divisão acima são aceitáveis pois ou não comportam o número de redes necessárias (divisão em duas) ou não comportam o número de estações (divisão em 4).
A solução é realizar uma divisão do espaço de endereçamento de forma não homogênea. Isto é realizado de forma simples, utilizando metade do espaço original para a rede de 30 estações e dividindo o espaço restante em duas redes de 16 endereços.
De forma resumida, a divisão é da seguinte forma:
espaço original; é dividido em dois, onde temos duas redes de 32 endereços:
Rede 1 = 32.10.20.128 com máscara 255.255.255.224
Rede 2 = 32.10.20.160 com máscara 255.255.255.224
Utiliza-se a rede 1 que possui os endereços de estação 32.10.20[129-158] para a rede com 30 estações. A rede 2 é na verdade um outro espaço de endereçamento (!) dado por 32.10.20.160 com máscara 255.255.255.224. Pode-se então dividir este espaço de endereçamento em duas rede, bastando aumentar um bit na máscara de rede:
Rede 2 = 32.10.20.160 com máscara 255.255.255.240
Rede 3 = 32.10.20.176 com máscara 255.255.255.240
Então, o resultado final são três redes, onde a rede 2 possui os endereços de rede 32.10.20.[161-174] para estações e a rede 3 possui os endereços 32.10.20.[177-190] para as estações.
A figura abaixo mostra um exemplo de redes de uma empresa que ao se ligar à Internet, recebeu o espaço de endereçamento 200.195.240.0 com máscara 255.255.255.0 para ser utilizado em suas 3 redes internas. As rede possuem cada uma 50 estações, de modo que a divisão mais adequada é dividir o espaço em 4 redes de 64 endereços.
Neste caso o espaço de endereçamento 200.195.240.0 com máscara 255.255.255.0 foi dividido em três sub-redes, cada uma com capacidade de endereçar até 62 estações (64 endereços retirando o [000000] e o [111111]).
Note neste exemplo, que para a Internet, as três redes são vistas como uma só pois as rotas na Internet sempre se referem à rede 200.195.240.0 com máscara 255.255.255.0. Por isto os termos rede e espaço de endereçamento são utilizados de forma indistinta.
Rede = 200.195.240.0 Mask = 255.255.255.192
Rede = 200.195.240.128 Mask = 255.255.255.192 Rede =
200.195.240.0 Mask = 255.255.255.0
Rede = 200.195.240.64 Mask = 255.255.255.192
200.195.240.66 200.195.240.65
200.195.240.3
200.195.240.2
200.195.240.129 200.195.240.130...
200.195.240.1
200.195.240.4
10.10.10.1
10.10.10.2
3.9 Roteamento com Sub-rede
Com a utilização de sub-rede, a tabela de rotas possui um campo adicional que é a mascara de rede, já que a identificação de uma rede possui uma máscara.
No caso do exemplo anterior, um roteador qualquer na Internet que conecte este conjunto de redes à Internet possui apenas uma rota para a rede 200.195.240.0, com máscara 255.255.255.0, endereçada para o roteador 10.0.0.1. Isto mostra que a informação roteamento das diversas sub-redes pode ser agregada em uma única linha na tabela de rotas.
Por exemplo apesar de possuir centenas de redes, os roteadores na Internet possuem um conjunto de rotas agrupadas para cada provedor. Os roteadores internos devem saber distinguir as diversas sub-redes formadas.
No exemplo anterior, o roteador interna da empresa não pode ter uma rota genérica para a rede 200.195.240.0, mas precisa saber endereçar as diversas sub-redes. Isto se dá pela utilização de rotas associadas a máscara. A tabela abaixo mostra a tabela de rotas deste roteador:
Rede Destino Máscara Roteador (Gateway)
Hops
200.195.240.0 255.255.255.192 200.195.240.1 (eth0)
0
10.0.0.0 255.0.0.0 10.0.0.1 (serial1) 0
200.195.240.64
255.255.255.192 200.195.240.3 1
200.195.240.128
255.255.255.192 200.195.240.2 1
default 0.0.0.0 10.0.0.2 --
A tabela de rotas do roteador inferior é dada pela tabela abaixo:
Rede Destino Máscara Roteador (Gateway)
Hops
200.195.240.0 255.255.255.192 200.195.240.3 (eth0)
0
200.195.240.64
255.255.255.192 200.195.240.65 (eth1)
0
200.195.240.128
255.255.255.192 200.195.240.2 1
default 0.0.0.0 200.195.240.1 --
A máscara de rede faz parte de toda tabela de rotas.
Algoritmo de Recepção de pacote IP e roteamento com a introdução da máscara de sub-rede fica alterado conforme abaixo:
3.9.1 Algoritmo de Recepção de pacote IP com máscara
Datagrama recebido da camada intra-rede, desfragmentado e testado
End destino = End. host, ou End. destino = outras interfaces host, ou End. destino = broadcast
Passa datagrama para níveis superiores Þ FIM
1.1.Máquina que recebeu não é roteador1.1.1. Descarta datagrama Þ FIM
1.2.Máquina é roteador (possui mais de uma interface IP)1.2.1. Endereço de rede IP destino = Rede IP com interface diretamente
conectada1.2.1.1. Descobre o endereço físico do destino (ARP)1.2.1.2. Transmite datagrama pela interface respectiva Þ FIM
1.2.2. AND lógico do end IP destino e das rotas da tabela com máscaras de cada rede
1.2.2.1. Se algum conferir, descobriu uma rota1.2.2.2. Obtém da tabela o end IP do roteador destino da rota mais
específica.1.2.2.2.1. Descobre o endereço físico do gateway (ARP)1.2.2.2.2. Transmite o datagrama para o gateway Þ FIM
3.10 Sub-Redes não utilizáveis:
Devido a motivos históricos do desenvolvimento de TCP/IP, a divisão em sub-redes tem algumas restrições quanto a utilização de algumas sub-redes. Basicamente, não se pode utilizar o endereçamento que contêm todos os bits UM da porção da sub-rede. As implementações mais novas permitem que este endereçamento seja utilizado.
A figura abaixo ilustra esta restrição na utilização da sub-rede com os dois bits 11, para o caso da máscara 255.255.255.192. No caso da utilização da máscara 255.255.255.224, não se deve utilizar a sub-rede com bits 111.
11111111 11111111
11111111
00000000
Máscara: 255.255.255.0
Máscara: 255.255.255.192
netid 3 octetos
hostid 1 octeto
11111111 11111111
11111111
11000000
netid 3 octetos + 2 bits
hostid 6 bits
1 rede rede = 200.18.171.0 estações de 1 a 254
4 redes rede = 200.18.171.0 estações de 1 a 62 rede = 200.18.171.64 estações de 65 a 126 rede = 200.18.171.128 estações de 129 a 190 rede = 200.18.171.192 estações de 193 a 254
3.11 Endereços IP’s para uso exclusivo de Redes Privativas
Tendo em vista o crescimento de corporações que estão implementando TCP/IP como protocolo de rede, o IANA (Internet Assigned Numbers Authority) reservou 3 faixas de endereçamento a serem utilizados para as redes privativas através da criação da RFC 1918 (Request for Comments), que são:
10.0.0.0........................................................................................ - 10.255.255.255 ....................................................................(prefixo 10/8)
172.16.0.0 - 172.31.255.255 (prefixo 172.16/12) 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (prefixo 192.168/16)
Nós referimos ao primeiro bloco como "bloco 24-bit ", o segundo como "bloco 20-bit ", e ao terceiro como “bloco 16-bit ".Note que (pre-CIDR notação) primeiro nada mas é que uma única rede classe A, enquanto que a segunda é um conjunto de 16 redes classes B contíguas, e a terceira é um conjunto de 256 redes contíguas classes C.
4 Protocolo ICMP
O protocolo ICMP é um protocolo auxiliar ao IP, que carrega informações de controle e diagnóstico, informando falhas como TTL do pacote IP expirou, erros de fragmentação, roteadores intermediários congestionados e outros.
Uma mensagem ICMP é encapsulada no protocolo IP, conforme ilustrado na figura abaixo. Apesar de encapsulado dentro do pacote IP, o protocolo ICMP não é considerado um protocolo de nível mais alto.
Cabeçalho IP Mensagem ICMP
Datagrama IP
Cabeçalho ICMP Dados ICMP
A mensagem ICMP é sempre destinada ao host origem da mensagem, não existindo nenhum mecanismo para informar erros aos roteadores no caminho ou ao host destino.
As mensagens ICMP possuem um identificar principal de tipo (TYPE) e um identificador de sub-tipo (CODE), conforme pode ser visto no formato de mensagem ilustrado abaixo:
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
TYPE CHECKSUMCODE
MENSAGEM ICMP ESPECÍFICA
Os tipos de mensagem ICMP são listados na tabela abaixo:
TipoTipo
0
3
4
5
8
11
12
13
14
15
16
17
18
Mensagem ICMPMensagem ICMP
Echo Reply
Destination Unreachable
Source Quench
Redirect
Echo Request
Time Exceeded for a Datagram
Parameter Problem on a Datagram
Timestamp Request
Timestamp Reply
Information Request (obsoleto)
Information Reply (obsoleto)
Address Mark Request
Address Mark Reply
CategoriaCategoria
Controle
Erro
Controle
Controle
Controle
Erro
Erro
Controle
Controle
Controle
Controle
Controle
Controle
9 Router Advertisement (RFC 1256) Controle
10 Router Solicitation (RFC 1256) Controle
As mensagens ICMP são listadas abaixo:
4.1 Echo Request e Echo Reply
Utilizada pelo comando ping, a mensagem Echo Request enviada para um host causa o retorno de uma mensagem Echo Reply. É utilizada principalmente para fins de testes de conectividade entre as duas máquinas.
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
TYPE (8 ou 0) CHECKSUMCODE (0)
OPTIONAL DATA
IDENTIFIER SEQUENCE NUMBER
. . .
4.2 Destination Unreachable
Esta mensagem possui diversos sub-tipos para identificar o motivo da não alcançabilidade: os sub-tipos utilizados atualmente são:
0 : Network Unreachable - Rede destino inalcançável1 : Host Unreachable (ou falha no roteamento para subnet) - Máquina destino inalcançável2 : Protocol Unreachable - Protocolo destino desativado ou aplicação inexistente3 : Port Unreachable - Port destino sem aplicação associada4 : Fragmentation Needed and DNF set - Fragmentação necessária mas bit DNF setado. Alterado também pela RFC 1191 para suporta o protocolo Path MTU Discovery5 : Source Route Failed - Roteamento por rota especificada em opção IP falhou6 : Destination Network Unknown7 : Destination Host Unknown
8 : Source Host Isolated9 : Communication with destination network administratively prohibited10 : Communication with destination host administratively prohibited
O sub-tipo Fragmentation Needed and DNF set é utilizado como forma de um host descobrir o menor MTU nas redes que serão percorridas entre a origem e o destino. Por meio desta mensagem, é possível enviar pacotes que não precisarão ser fragmentados, aumentando a eficiência da rede. Esta técnica, que forma um protocolo é denominado de ICMP MTU Discovery Protocol, definido na RFC 1191.
A operação é simples. Todo pacote IP enviado é marcado com o bit DNF (Do Not Fragment), que impede sua fragmentação nos roteadores. Desta forma, se uma pacote IP, ao passar por um roteador para chegar a outra rede com MTU menor, deva ser fragmentado, o protocolo IP não irá permitir e enviará uma mensagem ICMP Destination Unreacheable para o destino. Para suportar esta técnica, a mensagem ICMP foi alterada para informar o MTU da rede que causou o ICMP. Desta forma, a máquina origem saberá qual o valor de MTU que causou a necessidade de fragmentação, podendo reduzir o MTU de acordo, nos próximos pacotes. Esta mensagem está ilustrada abaixo:
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
TYPE (3) CHECKSUMCODE (4)
Não usado (deve ser 0)
IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM
. . .
MTU of next HOP
4.3 Source Quench
Esta mensagem é utilizada por um roteador para informar à origem, que foi obrigado a descartar o pacote devido a incapacidade de roteá-lo devido ao tráfego.
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 4
TYPE (4)TYPE (4) CHECKSUMCHECKSUMCODE (0)CODE (0)
UNUSED (MUST BE ZERO)UNUSED (MUST BE ZERO)
IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAMIP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM
. . .. . .
4.4 Redirect
Esta mensagem, uma das mais importantes do protocolo IP, é utilizada por um roteador para informar ao host origem de uma mensagem que existe uma rota direta mais adequada através de outro roteador. O host, após receber a mensagem ICMP, instalará uma rota específica para aquele host destino:
0 : Redirect datagrams for the Net (obsoleto)0 : Redirect datagrams for the Net (obsoleto)1 : Redirect datagrams for the Host1 : Redirect datagrams for the Host2 : Redirect datagrams for the Type of Service and Net2 : Redirect datagrams for the Type of Service and Net3 : Redirect datagrams for the Type of Service and Host3 : Redirect datagrams for the Type of Service and Host
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 4
TYPE (5)TYPE (5) CHECKSUMCHECKSUM
GATEWAY INTERNET ADDRESSGATEWAY INTERNET ADDRESS
IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAMIP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM
. . .. . .
CODE (0-3)CODE (0-3)
A operação do ICMP Redirect ocorre conforme os diagramas abaixo. Note que a rota instalada é uma rota específica para host, com máscara 255.255.255.255, não servindo para outras máquinas na mesma rede. Se uma máquina se comunica com 10 máquinas em outra rede e se basear em ICMP Redirect para aprender as rotas, ele instalará pelo menos 10 entradas na tabela de rede, uma para cada máquina
Datagrama IP Datagrama IP Origem: 200.123.17.22 Origem: 200.123.17.22 Destino: 200.123.19.55 Destino: 200.123.19.55
200.123.17.2 200.123.17.2
200.123.16.1 200.123.16.1
200.123.17.22 200.123.17.22 200.123.16.3
3 200.123.16.33
200.123.18.44 200.123.18.44
200.123.17.1 200.123.17.1
200.123.18.1 200.123.18.1
200.123.16.2 200.123.16.2 200.123.19.1 200.123.19.1
200.123.19.55 200.123.19.55
Mensagem ICMP Mensagem ICMP
200.123.17.22 200.123.17.22 200.123.16.33 200.123.16.33 200.123.18.44 200.123.18.44
200.123.19.55 200.123.19.55
5 5 CHECKSUM CHECKSUM 200.123.17.1 200.123.17.1
IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM
1 1
200.123.17.2 200.123.17.2 200.123.16.1 200.123.16.1 200.123.17.1 200.123.17.1 200.123.18.1 200.123.18.1
200.123.16.2 200.123.16.2 200.123.19.1 200.123.19.1
Na figura acima, a estação 200.123.17.22 criou, após a mensagem ICMP, a seguinte rota na tabela de rotas:
Rede Máscara Roteador Hops
Destino (Gateway)
200.123.19.55
255.255.255.255 200.123.17.1 0
4.5 TTL Expired
Esta mensagem ICMP originada em um roteador informa ao host de origem que foi obrigado a descartar o pacote, uma vez que o TTL chegou a zero.
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 4
TYPE (11)TYPE (11) CHECKSUMCHECKSUMCODE (0-1)CODE (0-1)
UNUSED (MUST BE ZERO)UNUSED (MUST BE ZERO)
IP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAMIP HEADER + FIRST 64 BITS OF DATAGRAM
. . .. . .
Esta mensagem é utilizada pelo programa traceroute (ou tracert no Windows) para testar o caminho percorrido por um pacote. O programa funciona da seguinte forma:
É enviada uma mensagem ICMP Echo Request para um endereço IP destino. Esta mensagem é enviada com TTL = 1.
Quando chega ao primeiro roteador, este decrementa o valor de TTL da mensagem IP e retorna uma mensagem ICMP TTL Expired. O programa armazena o endereço IP do roteador que enviou a mensagem TTL Expired.
O programa envia outra mensagem ICMP Echo Request para o endereço IP destino. Esta mensagem é enviada desta vez com TTL=2.
A mensagem atravessa o primeiro roteador e tem o TTL decrementado para 1. Quando chega ao segundo roteador, o TTL torna-se 0 e este roteador envia uma mensagem ICMP TTL Expired para a máquina origem. Esta armazena o endereço do segundo roteador.
Esta operação prossegue até que a máquina destino responda. Todos os roteadores no caminho são registrados.
Note, entretanto, que devido à diferenças de rotas seguidas pelos diversos pacotes, o caminho obtido não necessariamente é único. A execução do programa traceroute mais de uma vez pode revelar rotas diferentes seguidas pelos pacotes.
4.6 ICMP Router Solicitation/Advertisement
Esta variação de ICMP, definido na RFC 1256 foi projetada para permitir que um roteador possa divulgar sua existência para as máquinas existentes na rede. O objetivo desta função é evitar a necessidade de se configurar manualmente todas as estações da rede com a rota default e
permitir que uma estação conheça outros roteadores além do default que possam rotear no caso de falha do principal.
A mensagem é composta de duas formas: a solicitação de divulgação de uma roteador e o anúncio de um roteador. O roteador pode ser configurado para enviar automaticamente as mensagens de anúncio ou fazê-lo apenas comandado por uma mensagem de solicitação.
A mensagem ICMP Router Solicitation é mostrada abaixo:
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 4
TYPE (10)TYPE (10) CHECKSUMCHECKSUMCODE (0)CODE (0)
RESERVADORESERVADO
A mensagem ICMP Router Solicitation é mostrada abaixo:
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 4
TYPE (9)TYPE (9) CHECKSUMCHECKSUM
NUM ADDRNUM ADDR
ROUTER ADDRESS 1ROUTER ADDRESS 1
PREFERENCE LEVEL 1PREFERENCE LEVEL 1
CODE (0)CODE (0)
2 (Tam Reg)2 (Tam Reg) LIFETIME (seg)LIFETIME (seg)
. . .. . .
Esta mensagem pode conter a divulgação de diversos roteadores iniciada a partir de um que seja configurado para divulgá-los. O número de preferência é a ordem de preferência que estes roteadores podem ser utilizados pelas estações.
4.7 Aquisição de informações de roteamento
Em uma estação e em um roteador, as informações constantes na tabela de rotas podem ser obtidas de diversas formas.
As rotas podem ser obtidas por uma estação ou em um roteador de diversas formas, com limitações dependendo da implementação do TCP/IP em cada sistema operacional:
Estação sem nenhuma rota. Neste caso, a estação vai precisar de pelo menor um roteador default. A estação pode obter um roteador default através de:
protocolo ICMP Router Advertisement
Protocolo BOOTP ou DHCP durante a etapa de boot ou após ela.
Escuta dos protocolos de roteamento como RIP e outras para descobrir roteadores
outras, sempre não respeitando a divisão em camadas
Estação com somente um roteador default. Com um roteador, a estação já pode operar corretamente. No caso de existir rotas melhores através de outros roteadores, o roteador default informará rotas específicas através de ICMP Redirect, sempre específica para uma estação destino.
Estação com mais de um roteador default, poderá utilizar os diversos roteadores default, no caso de falha do primeiro.
Estação com rotas específicas para outras redes configuradas de forma manual.
Estação executando algum protocolo de roteamento, geralmente na forma SOMENTE ESCUTA. Desta forma, a estação pode aprender informações de rotas trocadas entre os roteadores sem divulgar rotas.
É possível inclusive ocorrer o recebimento de informações conflitantes ou não idênticas de rotas para determinadas redes. O roteador resolve estes conflitos com a adoção de prioridades para rotas aprendidas por meios diferentes. Geralmente, a ordem de prioridade da forma de aprendizagem das rotas é da seguinte forma:
Rotas configuradas estaticamente tem maior prioridade, exceto se houver outra rota mais específica (com máscara mais longa). P. exemplo, um roteador possui uma rota para a rede 200.0.0.0 mas aprende uma rotas específica para 200.0.0.123. Esta última terá maior prioridade
Rotas específicas aprendidas por meio de ICMP Redirect e rotas default aprendidas por meio de ICMP Router Advertisement
Rotas aprendidas por meio dos protocolos OSPF e BGP
Rotas aprendidas por meio do protocolo RIP
5 Protocolos da Camada de Transporte
A figura 1 ilustra a divisão em camadas da arquitetura TCP/IP:
AplicaçãoAplicação
TransporteTransporte
Inter-redeInter-rede
RedeRede
Mensagens da aplicação
Datagramas IP
HDLC, X.25, PPP, SLIP,Ethernet, Token-Ring, FDDI,ATM, LLC, NDIS, ...
5.1 Camada de Transporte
Esta camada reúne os protocolos que realizam as funções de transporte de dados fim-a-fim, ou seja, considerando apenas a origem e o destino da comunicação, sem se preocupar com os elementos intermediários. A camada de transporte possui dois protocolos que são o UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol).
O protocolo UDP realiza apenas a multiplexação para que várias aplicações possam acessar o sistema de comunicação de forma coerente.
O protocolo TCP realiza além da multiplexação, uma série de funções para tornar a comunicação entre origem e destino mais confiável. São responsabilidades do protocolo TCP o controle de fluxo, o controle de erro, a sequenciação e a multiplexação de mensagens.
A camada de transporte oferece para o nível de aplicação um conjunto de funções e procedimentos para acesso ao sistema de comunicação de modo a permitir a criação e a utilização de aplicações de forma independente da implementação. Desta forma, as interfaces socket (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções padrão para permitir que as aplicações possam ser desenvolvidas independentes do sistema operacional no qual rodarão.
6 Protocolo UDP
O protocolo UDP fornece uma forma simples de acesso ao sistema de comunicação, provendo um serviço sem conexão, sem confiabilidade e sem correção de erros. A principal função do nível de transporte implementada em UDP é a capacidade de multiplexação de acesso ao sistema de comunicação. Esta função permite que vários processos ou programas executando em um computador possam acessar o sistema de comunicação e o tráfego de dados respectivo a cada um deles seja corretamente identificado, separado e utilize buffers individuais.
Um processo é o programa que implementa uma aplicação do sistema operacional, e que pode ser uma aplicação do nível de aplicação TCP/IP.
A forma de identificação de um ponto de acesso de serviço (SAP) do modelo OSI é o port de protocolo em TCP/IP. O port é a unidade que permite identificar o tráfego de dados destinado a diversas aplicações. A identificação única de um processo acessando os serviços TCP/IP é, então, o endereço IP da máquina e o port (ou ports) usados pela aplicação. Cada processo pode utilizar mais de um port simultaneamente, mas um port só pode ser utilizada por uma aplicação em um dado momento. Uma aplicação que deseje utilizar os serviços de comunicação deverá requisitar uma ou mais ports para realizar a comunicação. O mesmo port usado por uma aplicação pode ser usada por outra, desde que a primeira tenha terminado de utilizá-la.
A forma de utilização de ports mostra uma distinção entre a parte cliente e a parte servidora de uma aplicação TCP/IP. O programa cliente pode utilizar um número de port qualquer, já que nenhum programa na rede terá necessidade de enviar uma mensagem para ele. Já uma aplicação servidora deve utilizar uma número de port bem conhecido (Well-known ports) de modo que um cliente qualquer, querendo utilizar os serviços do servidor, tenha que saber apenas o endereço IP da máquina onde este está executando.
Se não houvesse a utilização de um número de port bem conhecido, a arquitetura TCP/IP deveria possuir um mecanismo de diretório para que um cliente pudesse descobrir o número do port associado ao servidor. Para evitar este passo intermediário, utiliza-se números de port bem conhecidos e o cliente já possui pré programado em seu código o número de port a ser utilizado.
Os números de port de 1 a 1023 são números bem conhecidos para serviços (aplicações) atribuídos pela IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Os números de 1024 a 65535 podem ser atribuídos para outros serviços e são geralmente utilizados pelas programas cliente de um protocolo (que podem utilizar um número de port qualquer). Este conjunto de números tem ainda a atribuição de alguns serviços de forma não oficial, já que os primeiros 1024 números não conseguem comportar todos os protocolos TCP/IP existentes.
A figura abaixo ilustra a multiplexação/demultiplexação realizada pelo protocolo UDP, camada de transporte:
Aplicação 1
IP
Aplicação 2
Porta 34 Porta 22
UDP
Porta 126
6.1 Formato da mensagem UDP
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 4
UDP SOURCE PORT UDP DESTINATION PORT
UDP MESSAGE LENGTH UDP CHECKSUM
DATA
. . .
Opcional (campo=0)
A mensagem UDP é representada pela figura acima. O dado carregado é o pacote de nível de aplicação. UDP acrescenta apenas mais 8 bytes que são o port de protocolo origem o port de protocolo destino, o tamanho da mensagem UDP e um checksum para averiguar a correção dos dados do cabeçalho UDP.
7 Protocolo TCP
O protocolo TCP trabalha no mesmo nível que o protocolo UDP, mas oferece serviços mais complexos, que incluem controle de erros e fluxo, serviço com conexão e envio de fluxo de dados. TCP utiliza o mesmo conceito de port de UDP. Para TCP, uma conexão é formada pelo par (End. IP. Origem, Port Origem) e (End. IP Destino, Port Destino).
O protocolo TCP oferece as seguintes características:
Controle de Fluxo e Erro fim-a-fim Serviço confiável de transferência de dados Comunicação full-duplex fim-a-fim A aplicação basta enviar um fluxo de bytes Desassociação entre qtde. de dados enviados pela aplicação e pela camada TCP Ordenação de mensagens Multiplexação de IP, através de várias ports Opção de envio de dados urgentes
A conexão TCP é ilustrada na figura abaixo:
TCPTCP
IPIP
TCPTCP
IPIP
Porta 22 Porta 2340
Host 139.82.17.10 Host 139.82.55.3
Inter-redeTCP/IP
Uma conexão TCP é formada por três fases: o estabelecimento de conexão, a troca de dados e o finalização da conexão, conforme ilustrado na figura abaixo:
ACK
DADOS
DADOS
ACK
ACK
FINACKFINACK
Transmite dados
Transmite dados
Recebe dados
Recebe dados
Fecha conexão Fecha conexão
SYN/ACK
A fase inicial de estabelecimento de conexão é formada de três mensagens, formando o three-way-handshaking, conforme a figura abaixo:
21 -SEQ ACK
152 22SEQ ACK
- 153SEQ ACK
pacote TCP é formado pela mensagem mostrada abaixo:
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 40 7 15 23 31
TCP DESTINATION PORTTCP SOURCE PORT
DATA
...
WINDOWHLEN
SEQUENCE NUMBER
RESERVED CODE BITS
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
URGENT POINTERCHECKSUM
PADDINGOPTIONS (IF ANY)
Estes campos são definidos da seguinte forma:TCP SOURCE PORT: Port origem da mensagem
TCP DESTINATION PORT: Port destino da mensagem
SEQUENCE NUMBER: número de seqüência dos dados sendo transmitidos face ao conjunto total de dados já transmitidos. Este número indica a posição do primeiro byte de dados sendo transmitido em relação ao total de bytes já transmitidos nesta conexão. O primeiro número de seqüência utilizado não é zero ou um, mas começa de um valor aleatório. Logo se um pacote está transmitindo do 1234o. byte até o 2000o. byte de uma conexão e o SEQUENCE NUMBER inicial utilizado nesta conexão foi 10000, o campo SEQUENCE NUMBER conterá o valor 11234. O sequence number em um sentido da conexão (máquina A para B) é diferente do sequence number do sentido inverso, já que os dados transmitidos por um e outro lado são completamente distintos.
ACKNOWLEDGE NUMBER: número que significa o reconhecimento dos dados recebidos até então no sentido inverso. O ACK de um sentido é transmitido em piggy-backing no outro sentido. O ACK contém o número do próximo byte do fluxo de dados recebido, que a origem deste pacote espera receber da outra máquina. Este valor leva em consideração o número de SEQUENCE NUMBER inicial praticado pela outra máquina. O valor de ACK informa sempre o próximo byte ainda não recebido do conjunto contíguo de bytes recebidos do transmissor.
CODE BITS: São formados por seis bits, URG, ACK, PSH, RST, SYN e FIN, cuja utilização é mostrada abaixo:
URG: bit de Urgência: significa que o segmento sendo carregado contém dados urgentes que devem ser lidos com prioridade pela aplicação. A aplicação origem é responsável por acionar este bit e fornecer o valor do URGENT POINTER que indica o fim dos dados urgentes. Um exemplo da
utilização desta facilidade é o aborto de uma conexão (por exemplo por Control-C), que faz com que a aplicação destino examine logo o pacote até o fim da área de urgência, descubra que houve um Control-C e termine a conexão.
ACK: bit de Reconhecimento: indica que o valor do campo de reconhecimento está carregando um reconhecimento válido.
PSH: bit de PUSH: Este mecanismo que pode ser acionado pela aplicação informa ao TCP origem e destino que a aplicação solicita a transmissão rápida dos dados enviados, mesmo que ela contenha um número baixo de bytes, não preenchendo o tamanho mínimo do buffer de transmissão.
RST: bit de RESET: Informa o destino que a conexão foi abortada neste sentido pela origem
SYN: bit de Sincronismo: ë o bit que informa que este é um dos dois primeiros segmentos de estabelecimento da conexão.
FIN: bit de Terminação: indica que este pacote é um dos pacotes de finalização da conexão
WINDOW: Este campo informa o tamanho disponível em bytes na janela de recepção da origem deste pacote. Por meio deste valor, o TCP pode realizar um controle adequando de fluxo para evitar a sobrecarga do receptor. Quando este valor é igual a zero, o transmissor não envia dados, esperando receber um pacote com WINDOW maior que zero. O transmissor sempre vai tentar transmitir a quantidade de dados disponíveis na janela de recepção sem aguardar um ACK. Enquanto não for recebido um reconhecimento dos dados transmitidos e o correspondente valor de WINDOW > 0, o transmissor não enviará dados.
OPTIONS: O campo de opções só possui uma única opção válida que é a negociação do MSS (Maximum Segment Size) que o TCP pode transmitir. O MSS é calculado através do MTU ou através do protocolo ICMP Path MTU Discovery.
7.1 Características do TCP
Há três técnicas utilizadas pelo TCP para oferecer transferência confiável considerando que o protocolo utilizado na camada de rede apenas oferece transferência não confiável:
Positive acknowledge (aviso de recebimento positivo) Retransmissão Sliding Window (para aumentar a eficiência)
No mesmo instante que o host envia um determinado pacote, ele mantém cópia do que enviou, ativa o timer interno e retransmite o pacote caso o timeout tenha sido alcançado e ele não recebeu um ack.
7.1.1 Sliding Windows:
Slide Window ou janela deslizante é a técnica onde o emissor do pacote não necessita ficar aguardando o ack do receptor para transmitir o próximo pacote, onde existe um timer para cada pacote enviado.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Inicial
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Após receber
primeiro ack
Como o método utiliza-se de 3 ponteiros para o controle, a implementação de slide window é a nível de byte. Onde o destinatário acusa o recebimento de “cada byte”, na realidade o reconhecimento é feito no “último byte recebido +1”, ou seja, o receptor envia um ack informando qual o próximo byte que ele espera receber.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 1213 14
Início dos dados a serem reconhecidos
Último dado transmitido
Fim da window
Abaixo está um exemplo de como é realizado o reconhecimento da recepção:
Remetente:
42
A b c d e f
48
g h i j k l m n
Destinatário:
ACK 48 ACK 56
7.1.2 Controle de Fluxo no TCP
O objetivo do controle de fluxo do TCP é tornar a velocidade de transmissão da máquina fonte compatível com a velocidade de processamento da máquina destino, como em qualquer outro sistema de comunicação. A técnica não pode ser implementada de forma que o destinatário simplesmente "segure" o seu ACK, pois isto causaria um timeout e consequentemente a retransmissão. A saída é o destinatário definir um "tamanho de janela" disponível, ou seja, definir a quantidade de bytes que ele está apto a receber.
Enquanto o destinatário estiver recebendo os pacotes normalmente, o tamanho da janela vai aumentando até que chegue no tamanho máximo de janela definido .
42
a b c d e f------------------------>
<---------------------- ACK 48 / WIN 1024
48
g h i j k l m n------------------------>
<---------------------- ACK 56 / WIN 1024
56
o p q r s t------------------------>
<---------------------- ACK 62/ WIN 1024
O controle de fluxo ocorre na situação onde o host destinatário começa a não aceitar mais dados e indicando que o tamanho da janela diminuiu, esse processo ocorrerá até que o host destinatário comece a aumentar a janela ou até que a janela chegue a zero.
<---------------------- ACK 42/ WIN 1024
42
a b c d e f------------------------>
<---------------------- ACK 48 / WIN 1018
48
g h i j k l m n------------------------>
<---------------------- ACK 56 / WIN 1010...
<---------------------- ACK 1066 / WIN 0
7.1.3 Fluxo Normal de Transferência de Dados
No host origem:
1. Aplicação chama "send (string)" 2. TCP envia pacote, a menos que a WINDOW do destinatário esteja fechada 3. TCP guarda cópia do dado para possível retransmissão
No host destino:
1. Pacote chega 2. Check-Sum OK ? Se não, descarta 3. O comprimento dos dados está dentro da janela ? Se não, descarta. 4. Bufferiza dados para serem lidos pela aplicação 5. Envia acknowledgement 6. Quando o buffer é liberado, abre janela
7.1.4 Estabelecimento de Conexões TCP
Normalmente uma extremidade é passiva (um serviço esperando ser chamado- por exemplo, TELNET SERVER) e a outra extremidade é ativa (um usuário começando uma sessão TELNET).
Para toda conexão as estações geram o ISM (Initial Sequence Number), utilizando o TCP option para determinar o tamanho máximo do segmento.
7.2 Protocolos da camada de Rede e Protocolos auxiliares de TCP/IP
Este protocolos são agrupados neste capítulo, por fornecerem serviços auxiliares para TCP/IP, tanto a nível de enlace OSI quanto a nível a de aplicação.
7.3 BOOTP e DHCP
Este protocolos fornecem aos protocolos TCP/IP, as informações iniciais de configuração da máquina tais como endereço IP, máscara, roteadores default, rotas, servidores de Boot, servidores de nome e diversas outras informações. Eles são utilizados principalmente para realizar a administração centralizada de máquinas TCP/IP e possibilitar o BOOT de máquinas sem rígido e sem informações iniciais de configuração. O BOOTP (Bootstrap Protocol) é o protocolo mais antigo e o DHCP (Dynamic Host Control Protocol) está aos poucos substituindo-o. O BOOTP é bastante utilizado para o boot inicial de dispositivos de rede, como roteadores, switches, hubs gerenciáveis, além de estações diskless. O DHCP é um pouco mais complexo e mais versátil e vem sendo utilizado principalmente para simplificar a administração de endereços e outros parâmetros de configuração de grandes instalações de máquinas TCP/IP.
7.3.1 Protocolo BOOTP
A mensagem BOOTP é encapsulada em UDP e possui o seguinte formato:
Octeto 1 Octeto 2 Octeto 3 Octeto 40 7 15 23 31
HLENGTH
SECONDS (tempo desde o boot) UNUSED
YOUR IP ADDRESS
HW TYPE
GATEWAY IP ADDRESS
SERVER IP ADDRESS
HOPS
CLIENT HARDWARE ADDRESS (16 OCTETS)
SERVER HOST NAME (64 OCTETS)
BOOT FILE NAME (128 OCTETS)
VENDOR-SPECIFIC AREA (64 OCTETS)
TRANSACTION ID
CLIENT IP ADDRESS (se cliente souber)
OP (1=Req,2=Rep)
As mensagens BOOTP Request e BOOTP Reply tem o mesmo formato mas no Request alguns campos não são preenchidos. Uma estação que deseja obter informações de configuração pode enviar uma mensagem BOOTP Request por broadcast. Um servidor de BOOTP pré configurado na rede com os parâmetros de cada cliente, receberá a mensagem e enviará os dados previamente armazenados para o cliente.
1 1 6 0003267A3
2 000000000000000000000000000000000000
EF234A671234A012000000000000000000
UNIX
ClienteBOOTP
2 1 6 0003267A3
2 000000000000
139.82.17.10139.82.20.15139.82.17.55
EF234A671234A012servidor.inf.puc-rio.br
/bootfiles/vmunix
Servidor BOOTP
Na área Vendor Specific da mensagem BOOTP podem ser colocadas uma série de variáveis possíveis adicionais para configuração da estação cliente de BOOTP. Estas opções são definidas em RFCs adicionais e servem tanto para BOOTP quanto para DHCP.
7.3.2 Protocolo DHCP
DHCP tem como principal vantagem em relação ao BOOTP a sua capacidade de configuração automática de estações, sem necessidade de criação de uma tabela de configuração para cada máquina (com seus parâmetros e endereços MAC respectivos, como é o caso de BOOTP). Desta forma, um administrador de rede pode configurar as diversas estações IP existentes na rede de modo genérico, sem especificar uma tabela para cada uma.
DHCP tem a capacidade de distribuir endereços de forma dinâmica para as estações, usando três métodos de fornecimento distintos:
Empréstimo (leasing) de endereço aleatório por tempo limitado: Neste tipo de fornecimento de endereço IP, o servidor fornece ao cliente um endereço IP obtido de um conjunto pré-definido de endereços (por ex. 192.168.0.10 a 192.168.0.90) por um tempo pré determinado.
Empréstimo de endereço aleatório por tempo infinito: Neste tipo, o servidor associa um endereço obtido do conjunto de endereços a um cliente na primeira vez que este cliente contatar o servidor. Nas demais vezes, será fornecido o mesmo endereço a este cliente (associado através do endereço MAC), mesmo que as duas máquinas sejam desligadas e ligadas. Este método simplifica a atribuição de endereços para uma quantidade grande de máquinas.
Empréstimo de endereço fixo: Neste tipo de fornecimento, o DHCP opera como o BOOTP, onde há a associação explícita entre o endereço IP e o endereço MAC da máquina origem, estipulado em uma tabela de configuração
A mensagem DHCP é compatível com BOOTP e possui o formato abaixo:
Octeto 1Octeto 1 Octeto 2Octeto 2 Octeto 3Octeto 3 Octeto 4Octeto 400 77 1515 2323 3131
OP
CLIENT IP ADDRESS
CLIENT HARDWARE ADDRESS (16 bytes)
TRANSACTION ID
SECONDS FLAGS
HTYPE HLEN HOPS
YOUR IP ADDRESS
SERVER IP ADDRESS
ROUTER IP ADDRESS
SERVER HOST NAME (64 bytes)
BOOT FILE NAME (128 bytes
OPTIONS (Variavel)
Ao contrário da mensagem BOOTP que possui apenas dois tipos de comandos (REQUEST e REPLY), a mensagem DHCP possui 8 tipos de comandos. Este comandos não são colocados no campo OP, como em BOOTP, mas para manter a compatibilidade, são colocados como uma opção especial no campo OPTIONS, a de código 53, associado a um dos comandos abaixo:
DHCP DISCOVER - Enviado pelo cliente para solicitar uma resposta de algum servidor DHCPDHCP OFFER - Oferta de endereço IP de um servidor para um cliente. Um cliente pode receber várias ofertas de diferentes servidores DHCPDHCP REQUEST - Requisição de um endereço específico daqueles oferecidos pelos servidores. É enviado por broadcast apesar de ser endereçado a um único servidor para que os demais tomem conhecimento da escolha.DHCP DECLINE - Informa que a oferta contêm parâmetros incorretos (Erro)DHCP ACK - Confirmação do servidor sobre a atribuição do endereço para a requisição do cliente.DHCP NAK - Servidor nega o fornecimento do endereço previamente oferecido, geralmente causado por um erro ou pelo fato do cliente ter demorado muito a requisitar o endereço solicitado.DHCP RELEASE - Cliente libera o endereço IP utilizado. Ë raramente utilizado na prática, pois geralmente o cliente é desligado sem liberar o endereço. Ele retorna ao conjunto de endereços disponíveis no servidor devido ao estouro do tempo de leasing.DHCP INFORM - Cliente que já possui endereço IP pode requisitar outras informações de configuração respectivas àquele endereço.
A operação de DHCP define diversos estados de funcionamento, quando o cliente está executando alguma ação e enviando uma das mensagens acima:
INITIALIZE Configura interface com valor zero pois não tem endereço disponível - 0.0.0.0Envia DHCPDISCOVER(UDP 67) como broadcast e muda para estado SELECT. Nesta mensagem, pode colocar opções de configurações desejadasSELECTPode receber uma ou várias mensagens DHCPOFFER, cada uma com seus parâmetros distintosEscolhe uma, envia DHCPREQUEST como broadcast e vai para estado REQUESTREQUESTAguarda até receber DHCPACK do servidor escolhido. Se não receber, escolhe outra oferta e a solicitaVai para o estado BOUND. BOUNDÉ o estado normal de funcionamento.Passa a utilizar o endereço, durante o tempo especificado pelo servidor
Quando o tempo atingir 50%, envia novo DHCPRequest para o servidor e passa para estado RENEWPara cancelar o uso da endereço envia DHCPReleaseRENEWServidor pode enviar DHCPNAK, DHCPACK ou nenhuma resposta à solicitação de RequestSe receber ACK, volta para o estado BOUNDSe não receber resposta nenhuma, o cliente envia DHCPREQUEST em broadcast para que outros servidores possam enviar ofertas.Se receber DHCPNAK, libera IP e vai para estado INITIALIZE
7.3.2.1Opções DHCP
As opções DHCP tem o formato abaixo:
CODE LENGTH VARIÁVEL ...
Código indica o tipo da opção. Os comandos DHCP tem sempre o código 53 e tamanho 1, sendo o próximo byte o código específico do comando:
1 = DHCPDISCOVER2 = DHCPOFFER3 = DHCPREQUEST4 = DHCPDECLINE5 = DHCPPACK6 = DHCPNACK7 = DHCPRELEASE8 = DHCPINFORM
As opções de DHCP e BOOTP informam dados úteis para as diversas camadas TCP/IP, desde o nível de Rede ao Nível de Aplicação. Enumera-se algumas abaixo:
Opções Básicas:Code Param DescriçãoPad - alinhamentoFim das opções1 MASK Máscara a ser utilizada pela estação3 IP1, IP2, ... Lista de roteadores default para a estação6 IP1, IP2, … Lista de servidores de DNS9 IP1, IP2, … Lista de servidores de impressão LPR12 nome Nome da máquina13 número Tamanho do arquivo de boot15 nome Nome do domínio16 IP Endereço do servidor de swap17 nome Path do diretório / da máquina
Opções de DHCPCode Param Descrição50 IP Endereço IP requerido preferencialmente51 tempo (s) Tempo de empréstimo de endereço53 mensagem Mensagem DHCP54 IP Identificação do servidor DHCP remetente55 COD1, … Cliente requisita opções ao servidor56 texto Mensagem de erro57 número Tamanho máximo da mensagem DHCP58 tempo T1 - Tempo de espera para estado RENEWING59 tempo T2 - Tempo de espera para estado REBINDING
Opções de IP
Code Param Descrição19 1/0 Habilita IP Forwarding na estação20 1/0 Habilita Source Routing na estação22 número.............................................................................. Tamanho máximo do datagrama que cliente deve ..............................................receber23 número Tamanho do TTL default da máquina26 número MTU da interface27 1/0 Todas as interfaces tem o mesmo MTU ?28 IP Endereço de broadcast da rede29 1/0 Realizar ICMP Mask Discovery ?31 1/0 Realizar ICMP Router Discovery ?33 IP1/DEST1, IP2/DEST2, .. Rotas estáticas
7.4 Protocolo PPP
O protocolo PPP (Point-to-Point Protocol) é o principal protocolo para o transporte de IP sobre ligações ponto a ponto, criando um nível de enlace em um meio que não o possua. O PPP é empregado como protocolo de enlace nos seguintes tipos de meio: ligações seriais discadas, ligações seriais dedicadas (enlaces telefônicos, satélite, rádio), ligações ISDN e outras.
Pode-se diferenciar o funcionamento de PPP em dois grupos principais: quando empregado em ligações discadas ele provê os mecanismos de autenticação, com a correspondente interação com os dispositivos para verificar a autenticidade do originador da chamada, além de que as mensagens trocadas diferenciam o originador da chamada do receptor da chamada. Quando empregado em ligações dedicadas, geralmente não são trocadas mensagens de autenticação e o funcionamento do protocolo é praticamente simétrico em relação às mensagens trocadas.
PPP é genérico podendo carregar diversos protocolos de nível de rede OSI, além de possuir uma série de opções que podem ser negociadas pelos dois lados da conexão. PPP provê três tipos de funcionalidade:
Encapsulamento
Protocolos de Controle do Enlace PPP (protocolo LCP, PAP, CHAP, LQM)
Protocolos de Controle do Protocolo de Nível 3 sendo carregado (protocolos IPCP, IPXCP, …)
Encapsulamento de PPP na verdade não faz parte do protocolo, permitindo que ele se encaixe em outros protocolos de nível de enlace. O PPP pode utilizar diversos tipos de encapsulamento compatíveis com HDLC, ISDN e outros. Na sua forma default, o encapsulamento de PPP é similar ao início de um pacote HDLC, conforma a figura abaixo:
FLAG Ctrl Protocolo DadosAddr FLAGFCS
7E 7EFF 03
Os campos FLAG, ADDR e CTRL são similares a HDLC. Os campos Protocolo, Dados e FCS são comuns a todo pacote PPP. Protocolo contém o protocolo sendo carregado no campo de dados, sendo por exemplo os valores: LCP = C021, IPCP = 8021, IPXCP = 802B, PAP = C023, CHAP = C223, LQR = C025, IP = 0021, IPX = 002B, Bridging NCP = 8031, Netbios = 803F, ...
encapsulamento dos diversos protocolos sobre PPP é mostrado na figura abaixo:
FLAG Ctrl Protocolo DadosAddr FLAGFCS
Pacote PPP
Pacote LCP
Pacote LQM
Pacote PAP
Pacote IPCP
Pacote IP
7.4.1 Protocolo LCP - Link Control Protocol
Este protocolo controla o enlace PPP. O formato de sua mensagem é dado abaixo:
COMANDO ID Length Dados Variáveis
Comando pode ser um dos seguintes tipos:
Configure-Request: Solicita o aceite para as opções especificadas no campo de dados
Configure-Ack: Concorda com as opções, para serem utilizadas pelo outro lado
Configure-Nack: Rejeita as opções, enumerando-as no campo de dados
Configure-Reject: Rejeita as opções que não possuem um campo de valor
Terminate-Request: Informa o fim da conexão PPP
Terminate-Ack: Concorda com o fim da conexão
Code-Reject: Informa erro no código do comando LCP
Protocol-Reject: Informa erro no protocolo da mensagem PPP
Echo-Request
Echo-Reply
Discard-Request
A troca de dados em uma conexão PPP é realizada conforme a figura abaixo. Os comandos de configuração do link PPP (LCP) são trocados com o objetivo de estabelecer os parâmetros de operação da ligação. Após o acordo dos comandos de configuração, são passados os comandos de configuração do protocolo de dados (IPCP) e, após estes, são finalmente passados os pacotes do protocolo IP.
A B
Configure-Request para parâmetros default A
Configure-Nack para alguns parâmetros propostos porA
Configure-Request para parâmetros A modificados
Configure-Ack para parâmetros A
Configure-Reject para parâmetros sem campo de dados
Configure-Request para parâmetros default B
….
Terminate-Request
Pacotes NCP de testePacotes IPCP, PAP, CHAP, IP, etc...
T
Terminate-Ack
As opções de configuração LCP mais utilizadas são:
Maximum Receive Unit
Authentication Protocol
Quality Protocol
Magic Number
Protocol Field Compression
Address Control Field Compression
Em ligações discadas é comum os servidores de acesso remoto possuírem a opção de detecção automática de PPP. Neste caso, como, geralmente os primeiros pacotes PPP trocados são os Configure-Request, basta que o receptor verifique se os dados correspondem aos códigos deste comando e, então, iniciem automaticamente o PPP.
7.4.2 Protocolo IPCP - Network Control Protocol
Os comandos possíveis no protocolo IPCP são:
Configure-Request: Solicita o aceite para as opções especificadas no campo de dados
Configure-Ack: Concorda com as opções, para serem utilizadas pelo outro lado
Configure-Nack: Rejeita as opções, enumerando-as no campo de dados
Configure-Reject: Rejeita as opções que não possuem um campo de valor
Terminate-Request: Informa o fim da troca de dados IP
Terminate-Ack: Concorda com o fim da troca de dados
Code-Reject: Informa erro no código do comando IPCP
Este comandos são trocados de forma semelhante ao LCP, sendo que ao término da fase de acordo do IPCP, passam os dados do protocolo IP.
As principais opções de configuração de IPCP são:
IP Compression Protocol: Informa se será utilizado algum protocolo de compressão (e qual) para o cabeçalho IP
IP Address: origem informa ao destino o endereço IP a ser utilizado pela origem. No caso de conter 0.0.0.0 (que ocorre tipicamente na estação que realiza uma ligação serial discada), o outro lado (neste caso o servidor de acesso remoto) fornece o endereço IP a ser utilizado pela origem, através do comando Configure Nack.
As possíveis formas de negociação de endereço IP são dadas pela figura abaixo:
ClIente
Servidor
de
Acesso
Configure-Request IP = 200.0.2.3
Configure-Ack
Configure-Ack
Configure-Request IP = 200.0.2.100
T1. Cliente e servidor tem endereços específicos (ligação dedicada)
2. Cliente solicita endereço IP qualquer (ligação discada)
Configure-Request IP = 0.0.0.0
Configure-Nack IP = 200.0.2.99
Configure-Ack
Configure-Request IP = 200.0.2.100 (servidor informa seu próprio end.)
7.5 Protocolo SLIP
SLIP fornece apenas o encapsulamento para um enlace serial. Sua mensagem é dado na forma abaixo:
Flag FlagData
0xDB - ESC 0xC0 - END
funcionamento de SLIP ocorre da seguinte forma:
Transmite ESCTransmite datagrama, caracter por caracter, substituindo um ESC nos dados por ESC ESCTransmite END
7.6 Interfaces do Nível de Transporte (socket, WinSock)
A interface de socket do Unix é um conjunto de funções para permitir a utilização do sistema de comunicação por processos (programas) neste sistema operacional. A interface Winsock é composta de funções semelhantes a socket, para o ambiente Windows.
A interface socket possui funções distintas para a comunicação com e sem conexão.
A utilização das funções de socket para a comunicação sem conexão é dada abaixo:
bind()bind()socket()socket()
SistemaSistemaOperacionalOperacional
AplicaçãoAplicação
SistemaSistemaOperacionalOperacional
AplicaçãoAplicaçãobind()bind()socket()socket()ClienteCliente ServidorServidor
Inter-redeTCP/IP
sendto()sendto()recvfrom()recvfrom()
close()close() close()close()
sendto()sendto() recvfrom()recvfrom()
A utilização destas funções é dada abaixo:
socket: Inicializa a estrutura de dados do socket (equivalente ao SAP - Ponto de acesso de serviço), determinando qual o protocolo (PF_INET = TCP/IP) e o tipo do serviço (DGRAM = UDP e STREAM = TCP)
bind: associa o socket a um port UDP ou TCP - pode-se dizer que para o programador, o port do protocolo TCP ou UDP é efetivamente o socket.
sendto: solicita ao sistema de comunicação o envio de dados, especificando o endereço IP destino e o port destino, além dos próprios dados.
recvfrom: informa ao sistema de comunicação que o programa está aguardando dados. O programa será congelado enquanto não houverem dados para receber, sendo reativado quando chegarem dados.
close: desassocia o port do socket e desativa o socket.
Deve-se observar que nem todas as funções geram mensagens de rede. De fato, apenas a função sendto gera uma mensagem.
A sintaxe destas funções é mostrada abaixo:
sock1 = socket (pf, type, protocol)pf = PF_INET | PF_APPLETALK | PF_NETW | PF_UNIXtype = SOCK_STREAM | SOCK_DGRAM | SOCK_RAW | SOCK_RDGRAM
close (sock1)
bind (sock1, localaddr, addrlen)localaddr = struct {ADDR_FMLY, PROTO_PORT, IP_ADDR}
sendto (sock1, message, length, flags, destaddr, addrlen)
recvfrom (sock1, buffer. length, flags, fromaddr, addrlen)
nptr = gethostbyname (name)nptr = struct {name, aliases, address_type, address}
nptr = gethostbyaddr (addr, len, type)
sptr = getservbyname (servname, proto)sptr = struct {name, protocol, port)
No caso de comunicação utilizando conexão, a utilização das funções é dada na figura abaixo:
bind()bind()socket()socket()
write( )write( )connect()connect()
SistemaSistemaOperacionalOperacional
AplicaçãoAplicação
SistemaSistemaOperacionalOperacional
AplicaçãoAplicação
read( )read( )
close( )close( )
bind()bind()socket()socket()
read( )read( )accept()accept()
write( )write( )
close( )close( )
ClienteCliente ServidorServidor
Inter-redeTCP/IP
Inter-redeTCP/IP
A sintaxe das funções adicionais é dada abaixo:
connect (sock1, destaddr, addrlen)destaddr = struct {ADDR_FMLY, PROTO_PORT, IP_ADDR}
write (sock1, data, length)
read (sock1, buffer, length)
listen (sock1, qlength)
newsocket = accept (sock1, addr, addrlen)
ready = select (ndesc, indesc, outdesc, excdesc, timeout)ndesc = numero de descritores a serem examinadosindesc = descritores examinados excdesc = descritores examinados para exceçãotimeout = tempo máximo de espera
7.7 Protocolos de Nível de Aplicação
Os protocolos de aplicação TCP/IP são aqueles que realizam as funções de alto nível e que utilizam os serviços da camada de transporte UDP ou TCP para a comunicação.
Os protocolos de aplicação podem realizar funções diretamente acessíveis pelo usuário como FTP, HTTP, SMTP, POP3, IMAP4, Finger, Telnet, Chat, NFS, TFTP, NNTP e outros. Além disto, podem também realizar funções mais próximas do sistema de comunicação, tais como os protocolos DNS, BOOTP, DHCP, SNMP, BGP4, e outros.
As aplicações são ilustradas na figura abaixo:
HARDWARE + ENLACE DE DADOS + PROTOCOLOS DE ACESSO
ARP RARP
ASN.1ASN.1 SMTPSMTP RLOGINRLOGINRSHRSH DNSDNS ASN.1ASN.1 TFTPTFTP BOOTPBOOTP RPCRPC
IP + ICMP + IGMP
CMOTCMOT FTPFTP SNMPSNMP
NFSNFS
CMOTCMOT
APLICAÇÕESAPLICAÇÕES
XDRXDR
TELNETTELNET HTTPHTTP
UDPTCP
7.8 Protocolo DNS
O protocolo DNS (Domain Name System) especifica duas partes principais: regras de sintaxe para a definição de domínios e o protocolo utilizado para a consulta de nomes.
DNS é basicamente um mapeamento entre endereços IP e nomes. A abordagem inicial para este mapeamento era a utilização de nomes planos, ou seja, sem hierarquia. Esta abordagem possui limitações intrínsecas quanto a escalabilidade e a manutenção. O sistema de nomes utilizado na Internet tem o objetivo de ser escalável, suportando a definição de nomes únicos para todas as redes e máquinas na Internet e permitir que a administração seja descentralizada.
A estrutura de nomes na Internet tem o formato de uma árvore invertida onde a raiz não possui nome. Os ramos imediatamente inferiores à raiz são chamados de TLDs (Top-Level Domain Names) e são por exemplo .com, .edu., .org, .gov, .net, .mil, .br, .fr, .us, uk, etc… Os TLDs que não designam países são utilizados nos EUA. Os diversos países utilizam a sua própria designação para as classificações internas. No Brasil, por exemplo, temos os nomes .com.br., .gov.br, .net.br, .org.br e outros.
Cada ramo completo até a raiz como, por exemplo, impsat.com.br, saraiva.com.br, nasa.gov, e outros são chamados de domínios. Um domínio é a área administrativa englobando ele próprio e os subdomínios abaixo dele. Por exemplo o domínio .br engloba todos os subdomínios do Brasil. O domínio impsat.com.br tem a responsabilidade por todos os domínios abaixo dele.
A delegação de responsabilidade de um domínio é a capacidade do DNS de simplificar a administração. Ao invés do domínio .br ser responsável diretamente por todos os seus subdomínios e os que vierem abaixo deles, há na verdade uma delegação na atribuição de nomes
para os diversos subdomínios. No exemplo abaixo, a empresa Techno possui a responsabilidade de administração do domínio impsat.com.br.
A hierarquia de domínios pode ser observada na figura abaixo:
root
edu com net org gov mil int uk
com
impsat colibri
plutao mercurio venus odeon
saraiva
plutao.impsat.com.br
br . . .
MIT UCLA gov
ceara
adm
rh fin
servserv.rh.adm.ceara.gov.br
Os domínios principais genéricos, chamados de GTLDs (Generic Top Level Domain Names) que são .net, .com e .org são administrados pelo InterNIC (Internet Network Information Center) que também é responsável pela administração do espaço de endereçamento IP. Recentemente foram criados novos nomes de domínio genéricos que serão utilizado a partir de 98. São eles: .firm, .store, .web, .arts, .rec, .infor, .nom.
Os domínios são completamente independentes da estrutura de rede utilizada. Não existe necessariamente algum relacionamento entre eles. O DNS possui uma estrutura inversa para poder representar o endereçamento de rede, ou permitir que seja feito o mapeamento do endereço IP correspondente a um nome. Esta estrutura possui como raiz principal a notação .arpa e possui como único ramo o .in-addr. Abaixo deste são colocados em ordem os bytes do endereço IP.
7.8.1 Implementação do DNS
DNS é implementado por meio de uma aplicação cliente-servidor. O cliente é o resolver (conjunto de rotinas em uma implementação de TCP/IP que permite a consulta a um servidor) e um servidor geralmente é o programa bind ou uma implementação específica de um servidor de DNS (Windows 2000).
Um servidor de DNS pode ser responsável pela resolução de uma ou mais nomes de domínios (ex. impsat.com.br, presid.impsat.com.br). Seu escopo de atuação define a Zona de atuação de um servidor DNS. Por exemplo, para resolver o domínio impsat.com.br e seus subdomínios existem três zonas: a primeira resolve o próprio domínio principal e os subdomínios net.impsat.com.br e internet.impsat.com.br; a segunda resolve os domínios engen.impsat.com.br e proj.engen.impsat.com.br; e a terceira resolve o domínio lab.engen.impsat.com.br. Cada zona possui um servidor de nomes principal ou primário, que mantêm em tabelas o mapeamento dos nomes em endereços IP daquele domínio. Uma zona pode ter servidores secundários que possam substituir os primários em caso de falha. Os secundários, entretanto não possuem fisicamente as tabelas de mapeamento mas carregam regularmente as informações do primário.
Veja figura abaixo:
br
impsat
oper internetengen
lab proj B C A B C A B
C D E F G
Zona
Zona
Zona
com
Por outro lado, a representação do domínio reverso .in-addr.arpa para uma das máquinas de proj.engen.impsat.com.br é visto abaixo:
br
impsat
engen
proj B C
serv1 G
arpa
in-addr
serv1.proj.engen.impsat.com.br =200.196.80.2
1 2 3 ... 254200 ...
1 2 ... 254196 ...
1 2 ... 25480 ...
1 2 3 ... 254253
serv1.proj.engen.impsat.com.br
A resolução de um nome é realizada de forma recursiva, consultando diversos servidores de nome até chegar àquele responsável pelo domínio consultado. Por exemplo a resolução do endereço www.lab.engen.impsat.com.br, será realizado pelo servidor da zona responsável por lab.engen.impsat.com.br.
brcomorgimpsat...
com gov
ceara
turism
impsat
www
NS3
NS4
NS1
resolverwww =
200.196.65.14
NS2
1
234
5
6
7 8
9
8 Radius – Remote Dial-In User Service
8.1 Tipos de Serviços ao Usuário
No RADIUS existem 5 tipos de serviços ao usuário que podem ser definidos. São eles:
Login-User Framed-User Dialback-Login-User Dialback-Framed-User Outbound-User
Login UserQuando definido, este campo especifica que o usuário terá acesso direto ao servidor ou à rede, de acordo com o seu username e o password.
Framed-UserQuando especificado, este campo indica que o usuário possui permissão para fazer uma conexão SLIP ou PPP. Como opção, os campos Framed-Protocol, Framed-Address e Framed-Netmask deverão também ser especificados. Os campos Framed-Routing e Framed-Compression também poderão ou não ser definidos.
Dialback-Login-UserQuando definido, este campo informa que o usuário deverá ter a ligação retornada (dialback) para um determinado número de telefone, de acordo com seu username e o password.
Dialback-Framed-UserQuando definido, este campo especifica o usuário como tendo permissão de se co_nectar usando SLIP ou PPP e de ter a ligação retornada. O número de telefone para discagem e demais informações associadas são mantidos na Tabela de Localização.
Outbound-User Quando definido, este usuário será autenticado pelo RADIUS quando estiver usando uma conexão externa via modem.
8.2 Atributos/ Pares de Valores
Esta sessão contém o dicionário de tradução para parsing o pedido do RADIUS e gerar uma resposta. Todas as transações são composta por atributos/pares de valores. Os valores devem ser guardados no arquivo de usuários de forma a facilitar a sua administração. O formato para todos os entries , exceto o userid, é:
attribute=<value>
8.2.1 Login/Atributos de senha
User-NameEste string denota o usuário (login name) a ser autenticado.
PasswordEste string possui um par de valores que pode ser quotado como uma senha em texto puro contido no arquivo de usuários ou um valor citado do Unix, que força o RADIUS a usar o
/etc/passwd no sevidor RADIUS ou, se o NIS estiver sendo usado, pedir ao servidor NIS pela autenticação da senha.
Client-IdEste campo, que deve ser sua notação compatível com a internet (ou seja, com ".'), contém o endereço IP do PortMaster que é usado na autenticação de um usuário. Client-Port-IdEste campo identifica uma porta PortMaster que é usado na autenticação de um usuário.
8.2.2 Framed-Attributes
Framed-ProtocolEste campo é usado para identificar o usuário como um usuário SLIP ou PPP. O padrão para o User Type of Network User é o protocolo PPP.
Framed-AddressEste campo é usado para especificar o endereço IP do destinatário ou o nome do servidor autenticado do usuário da rede. Se o PortMaster estiver configurado para usar endereços pré-configurados, a ação padrão será designar um endereço para o usuário, ou então o PortMaster irá negociar o endereço.
Framed-NetmaskEste campo é usado para especificar o netmask destino de um usuário autenticado. O netmask padrão é 255.255.255.255
Framed-ipxnetEste campo é usado para especificar o número da rede IPX de um usuário autenticado. Este número deve estar no formato HEX
Framed-RoutingEste campo define as opções de roteamento RIP. Existem quatro possíveis valores que podem ser especificados aqui. O default é None. A descrição das opções são as seguintes:
NoneSe o valor especificado for None ou for omitido, os pacotes RIP (Routing Infor_mation Protocol) estarão desabilitados no Dial In do usuário.
BroascastSe um broadcast é especificado, os pacotes padrão RIP terão permissão para serem mandados através da interface.
ListenSe a especificação for Listen, os pacotes padrão RIP terão permissão para serem recebidos através da interface
Broadcast-ListenSe esta for a especificação do campo, os pacotes RIP terão permissão para trafegarem em ambas as direções.
Framed-Filter-IdEste campo identifica o filtro de pacotes que será configurado no PortMaster pelo qual o usuário estará acessando a rede. Se um usuário puder acessar múltiplos PortMaster numa rede, cada PortMaster deverá ter filtros idênticos instalados. Note que ao se especificar um nome neste campo ele será mapeado no formato ID.in ou ID.out dependendo se o que estiver definido for um filtro de entrada ou de saída. Se o Framed-Filter-ID estiver nomeado como, por exemplo, FredFilter, internamente o PortMaster usará um filtro denominado FredFilter.out.
Framed-MTU
Este campo especifica a unidade máxima de transmissão permitida através do conec_tor serial da rede. O valor máximo para o SLIP é de 1006 bytes, enquanto o PPP suporta um MTU de até 1500. O default é 1500 bytes.
Framed-CompressionEste campo especifica se a compressão Van-Jacobson será ou não utilizada. Os valores possíveis são Van-Jacobson TCP-IP ou None. Caso o protocolo padrão seja o PPP o default para a compressão será On. Login-HostEste campo identifica o sevidor no qual um usuário está conectado.
Login-ServiceEste campo possui quatro possíveis configurações. São elas:
TelnetUsa o protocolo telnet (porta 23 por default) para estabelecer uma conexão com o servidor;
RloginUsa o protocolo rlogin (porta 513 por default) para estabelecer uma conexão;
TCP-ClearUsa o protocolo PortMaster Netdata (porta 6000 por default) para estabelecer a conexão;
PortMasterUsa o protocolo PortMaster pmd (porta 1642) para estabelecer a conexão;
Login-TCP-PortQuando definido, este campo é usado para forçar a conexão do usuário para uma porta TCP especificada (tal como a porta 23, default para o telnet).
Dialback-NoEste campo deve ser definido de forma a utilizar a facilidade de dialback no PortMaster. É um string que contém o número de telefone a ser discado pelo PortMaster depois de uma autenticação bem sucedida.
ExpirationEste campo numérico especifica a quanto tempo falta antes de uma senha expirar. É expresso como December 12, 1999 por exemplo.
Framed-RouteEste campo permite a especificação de uma rota única. Poderá haver tantas Framed-Routes quantas necessárias para uma conexão remota. O formato deste atributo é: Framed-Route=destination gateway metric
onde:
destination é o servidor ou a rede de destino;gateway é o node que informa a rota para o servidor ou à rede;metric é o custo (ou hot-count) para o gateway.
Se a conexão for configurada para usar um endereço pré-configurado ou se o endereço for negociado, a notação 0.0.0.0 fará com que o gateway seja aprendido.
8.3 Exemplo de Arquivo de Usuários
O arquivo de usuários (localizado no diretório /etc/raddb por default) usa atributos/pares de valores providos pelo arquivo de dicionário. Este arquivo pode ser modificado, mas não é recomendado a menos que você realmente entenda o funcionamento do RADIUS.
Em seguida estão alguns exemplos de como o arquivo de usuários pode ser configurado usando algumas das facilidades do servidor RADIUS:
Login-User:fabio Password = "UNIX"User-Service-Type = Login-User,Login-Host = powerhost,Login-Service = PortMaster
No exemplo acima, a identificação do login fabio tem sua senha mantida ou em /etc/passwd ou através do NIS. Este usuário pode literalmente se logar (no prompt login:) como fabio. O servidor padrão será um servidor o qual pode ser look up com sucesso através de /etc/hosts ou um nome tal como NIS, DNS. O RADIUS também suporta segurança nível C2. Finalmente, o login-Service do usuário fabio é definido como PortMaster.Note que a linha de username/password não possui vírgula em seguida enquanto que as outras possuem. Isso acontece porque a primeira linha contém os itens de autenticação enquanto que as linhas restantes são conhecidos como itens de resposta. Além disso, a última linha também não possui a vírgula inficando o final do entry.
Dialback-Login-User bfabio Password ="something"User-Service-Type = Dialback-User,Dialback-No = "18005551212",Login-Host = powerhost,Login-Service = PortMaster
No exemplo acima, note que o password é something. Este é o string que o usuário fabio colocou como sendo a sua senha no prompt password. Exceto pelo Dialback-User e o Dialback-No, o usuário não é tratado diferentemente do que o exemplo anterior.
Framed-User sfabio Password = "UNIX', Client-Id=portmaster1, Client-Port-Id=1User-Service-Type = Framed-User,Framed-Protocol = SLIP,Framed-Address = 199.199.1.50,Framed-Netmask = 255.255.255.0,Framed-Routing = None,Framed-Compression = Van-Jacobsen-TCP-IP,Framed-MTU = 1006
No exemplo acima, o usuário SLIP com a identificação sfabio tem seu password gravado ou em /etc/passwd ou no NIS e tem o SLIP como sendo o protocolo definido. As configurações Client-Id e Client-Port-Id forçam fabio a ter acesso somente à porta S0 do portmaster1. Além disso, o endereço de destino foi configurado como 199.199.1.50 e o netmask como 255.255.255.0. O netmask deverá ser igual àquele da rede de destino. Configurando o Framed-Routing = None, nenhum pacote padrão RIP será mandado ou recebido através da interface; note que se o Framed-Routing não fosse incluído, nenhum pacote RIP poderia ser mandado ou recebido através da interface. Ao se colocar a linha Framed-Compression, a compressão Van Jacobsen foi abilitada. Finalmente, a unidade máxima de transmissão (MTU) foi configurada para 1006, que é a máxima permitida pelo protocolo SLIP.
Dialback-Framed-User sbfabio Password = "UNIX"User-Service-Type = Dialback-Framed-User,Dialback-Name = "f_location",
Neste exemplo, o usuário sfabio é definido como um usuário do tipo Dialback-Framed usando o protocolo SLIP. O campo Dialback-Name é usado para especificar o nome da Tabela de Localização a ser usada para discar para o local onde se encontra o usuário.
8.3.1 Gerenciando o Arquivo Client
O arquivo de clientes é um arquivo de formato:
Nome_PortMaster Chave_Criptografia
onde: Nome_PortMaster é o nome do PortMaster que está usando o RADIUS; Chave_Criptografia é o segredo do RADIUS que está sendo usado por aquele PortMaster.
Exemplo:
O arquivo client se encontra no diretório /etc/raddb do servidor RADIUS.
9 Protocolos de Roteamento
A Internet é organizada numa estrutura contendo um conjunto de domínios separados, denominados Autonomous Systems – AS. Um Sistema Autônomo consiste em um grupo de redes e gateways relativamente homogêneos controlados por uma única autoridade administrativa.
Dentro desse ambiente, identificam-se então, dois tipos de gateways: Interior Gateways (IG) e Exterior Gateways (EG). Diz-se que dois gateways são IG quando pertencem a um mesmo AS. O protocolo de roteamento executado entre IG, denominado Interior Gateway Protocol (IGP), é de propriedade do AS não necessita ser executado pelos gateways fora do AS. No caso simples, um sistema autônomo pode consistir em sistema em somente um gateway conectado, por exemplo, uma sub-rede ao Sistema Core. Este gateway é chamado stub gateway, uma vez que seu único objetivo é o de fornecer uma interface entre tal sub-rede e o Backbone Internet.
Por outro lado, diz-se dois gateways são Exterior Gateways (EG) quando pertencem a diferentes AS. O protocolo de roteamento executado entre EG é denominado Exterior Gateway Protocol (EGP).
9.1 Protocolo RIP
Conforme citado em capítulos anteriores, o IP possui vários mecanismos para obter informações para sua tabela de rotas (específicas de cada máquina). A tabela de rotas de IP pode ser preenchida por meio de:
Rotas default por meio de configuração estática (manual)
Rotas específicas por meio de configuração estática (manual)
Rotas default por meio do protocolo ICMP Router Advertisement
Rotas específicas para estação por meio de ICMP Redirect
Rotas aprendidas dinamicamente por meio de protocolos de roteamento (ex. RIP, OSPF, BGP-4)
A última forma de aprendizado se aplica normalmente aos próprios roteadores, quando situados em redes complexas, já que suas tabelas de rota devem conter os detalhes de roteamento da rede (Uma estação por outro lado, pode ter rotas para um único roteador default e aprender rotas melhores por meio de ICMP Redirect).
O protocolo RIP é do tipo Vetor de Distância pois baseia a escolha de rotas por meio da distância em número de roteadores. O funcionamento do protocolo RIP é bem simples, consistindo na divulgação de rotas de cada roteador para seus vizinhos (situados na mesma rede).
Cada roteador divulga sua tabela de rotas através de um broadcast na rede. Os demais roteadores situados na mesma rede recebem a divulgação e verificam se possuem todas as rotas divulgadas, com pelo menos o mesmo custo (custo é a quantidade de roteadores até o destino).
Se não possuírem rota para determinada rede divulgada, incluem mais uma entrada na sua tabela de rotas e colocam o roteador que a divulgou como o gateway para aquela rede. Em seguida, sua própria divulgação de rotas já conterá a rota nova aprendida. Este processo se repete para todos os roteadores em um conjunto de redes, de modo que, após várias interações, todos já possuem rotas para todas as redes. Uma rota aprendida é mantida enquanto o roteador que a originou
continuar divulgando. Caso o roteador pare de divulgar a rota ou nenhuma mensagem de divulgação seja recebida dele, o roteador que havia aprendido a rota a mantêm por 160 segundos, findos os quais a rota é retirada da tabela de rotas. Neste caso, se outro roteador divulgar uma rota para aquela rede específica, esta será utilizada.
No caso em que um roteador, recebe rotas para uma mesma rede divulgadas por roteadores diferentes, a com menor custo é usada, sendo as demais descartadas.
O protocolo RIP não possui suporte para sub-rede (máscara de rede), o que só vem a ser suportado no protocolo RIPv2.
O custo de uma rota é a quantidade de roteadores que uma mensagem terá que atravessar desde o roteador que possui a rota até a rede destino. O custo máximo em RIP tem o valor de 16, que significa infinito. Por isto, o diâmetro máximo de uma rede com protocolo RIP é de 14 roteadores.
A mensagem RIP tem o seguinte formato:
0 7 15 23 31
Octeto 1 Octeto 1 Octeto 1 Octeto 1
COMMAND VERSION MUST BE ZERO
FAMILY OF NET 1 MUST BE ZERO
IP ADDRESS OF NET 1
MUST BE ZERO
MUST BE ZERO
DISTANCE TO NET 1
FAMILY OF NET 2 MUST BE ZERO
IP ADDRESS OF NET 2
MUST BE ZERO
MUST BE ZERO
DISTANCE TO NET 2
. . .
Nesta mensagem, as rotas divulgadas por cada roteador são incluídas na parte IP ADDRESS OF NET X ….
As figuras abaixo mostram a divulgação de rotas por meio do protocolo RIP. Os roteadores divulgam e recebem informações de rotas via RIP, enquanto as estações apenas aprendem as rotas (RIP passivo).
Roteador G1 divulga sua tabela de rotas, que inicialmente contêm apenas as rotas diretas, para as redes ligadas diretamente.
Rede 1Rede 1
A B C
11G 22G
Rede 3Rede 3Rede 2Rede 2
Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M
Tabela de RotasTabela de Rotas
Rede 2Rede 2G1G1 00 Rede 1Rede 1G1G1 00
Rede 1 - 0 Rede 1 - 0
Rede 2 - 0
Rede 2 - 0 Rede 3 - 0
O roteador G2, possui rotas para as redes ligadas diretamente, mas recebe um pacote de divulgação de rotas de R1, com uma rede nova (Rede 1). O roteador G2 instala a rota nova na sua tabela de rotas.
Rede 1Rede 1
A B C
11G 22G
Rede 3Rede 3Rede 2Rede 2
Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M
Tabela de RotasTabela de Rotas
Rede 1Rede 1G1G1 00
Rede 1 - 0
Rede 2 G1 1
Rede 1 - 0
Rede 2 - 0
Rede 2 - 0
Rede 1 G1 1
Rede 1 G1 1
Rede 3 - 0Rede 2 - 0
Rede 3 - 0
O Roteador G2 divulga suas rotas para as redes ligadas diretamente, incluindo a rota nova aprendida de G1. G1, recebendo esta divulgação, instala uma rota nova para a Rede 3.
Rede 1Rede 1
A B C
11G 22G
Rede 3Rede 3Rede 2Rede 2
Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M Rede GW M
Tabela de RotasTabela de Rotas
Rede 3G2 0
Rede 1 - 0
Rede 2 G1 1
Rede 1 - 0
Rede 2 - 0
Rede 2 - 0
Rede 1 G1 1
Rede 1 G1 1
Rede 3 - 0Rede 2 - 0
Rede 3 - 0
Rede 1G2 1
Rede 2G2 0
O protocolo RIP possui problemas intrínsecos de loop e convergência. O problema de convergência ocorre no seguinte caso:
Rede A R1 R2 R3 Rede BX
O roteador R2 havia aprendido uma rota para a Rede A, através de R1. Tanto R1 quanto R2 divulgam de 30 em 30 segundos a sua tabela de rotas por meio de RIP. No funcionamento normal, se R1 perder a rota para a Rede A, o roteador R1 divulgará uma mensagem RIP contendo uma rota para a Rede A com custo infinito (=16). O roteador R2, ao receber esta rota, verificará que ela veio de R1, de onde havia aprendido a rota para a rede A. Ele então procederá como determina o protocolo RIP e colocar a rota também com custo = 16.
Entretanto se, quando R1 perder a rota para a Rede A, R2 enviar sua tabela de rotas por RIP antes que R1 o tenha feito, R1 verificará que R2 possui uma rota melhor que ele para a rede A, com custo = 2 (já que R2 enviaria por meio de R1). R1 então instala uma rota para a rede A com custo = 3, sendo R2 o gateway da rota. Na próxima divulgação de R1, R2 constatará uma rota para a rede A com custo = 3. Ele então atualizará sua própria rota (já que a havia aprendido de R1), com custo = 4. A próxima divulgação de R2, causará a respectiva alteração do custo da rota em R1 para 5. Isto ocorre até que o custo desta rota atinja o valor 16.
O problema de convergência pode ser reduzido adotando-se as seguintes técnicas:
split -horizon update: não divulga rotas de volta para a interface de onde recebeu a informação de rota
hold-down: não aceita por 60s informações sobre uma rede após ela ser dada como não -alcançável
poison-reverse: divulga rotas de volta para a interface de onde recebeu a rota, mas com métrica 16 (não -alcançável e mantém este estado durante um tempo mínimo, mesmo recebendo rota para a rede
riggered-updates: força um roteador a divulgar imediatamente as rotas quando recebe rede não-alcançável
9.1.1 Protocolo RIP2
O protocolo RIP2 é bastante semelhante ao RIP, com as seguintes adições:
As rotas contêm a máscara da rede destino, permitindo divulgar rotas para sub-redes
O protocolo pode ser autenticado, adicionando segurança
RIP2 pode carregar informações de outros roteadores adjacentes, que funcionam com outros protocolos (como OSPF e BGP-4)
A mensagem RIP é mostrada abaixo:
00 77 1515 2323 3131
Octeto 1Octeto 1 Octeto 1Octeto 1 Octeto 1Octeto 1 Octeto 1Octeto 1
COMMAND (1) VERSION (2) MUST BE ZERO
FAMILY OF NET 1 ROUTE TAG
IP ADDRESS OF NET 1
SUBNET MASK
NEXT HOP GATEWAY
DISTANCE TO NET 1
. . .
9.2 Protocolo OSPF
O protocolo OSPF Open Shortest-Path-First Protocol foi elaborado por um grupo de trabalho da Internet Engineering Task Force com o propósito de atender às exigências de roteamento de grandes redes, ou seja, um IGP para sistemas autônomos de porte. É um protocolo que usa o algoritmo SPS e compreende uma série de facilidades adicionais listados a seguir, as quais permitem diminuir a sobrecarga necessária para a manutenção da topologia atualizada de uma rede internet:
roteamento levando em consideração o tipo de serviço; balanceamento de carga entre rotas de mesmo tamanho; participação dos gateways e redes em subgrupos denominados áreas, sendo a topologia de
uma área conhecida apenas dentro da mesma, facilitando o crescimento modular do AS ; definição da topologia de rede virtual que abstraia detalhes de rede real; divulgação e informações recebidas de exterior gateways. O formato da mensagem permite
distinguir informações recebidas de fontes externas daquelas recebidas dentro do AS.
O protocolo OSPF é baseado nas mensagens: Hello, Database Description, Link Status Request e Link Status Update. Quando um gateway OSPF é inicializado, sua primeira ação é contatar os gateways vizinhos, através de mensagens Hello. Os gateways trocam mensagens entre si para eleger o gateway mestre (DR -Designated Router). Este gateway torna-se responsável pela notificação de informações de roteamento a todos os gateways presentes na rede (gateways secundários). Nos protocolos de roteamento discutidos anteriormente todos os gateways enviavam e recebiam informações de roteamento, gerando tráfego excessivo. A figura de um gateway mestre, com o função de gerador/distribuidor de informações, reduz significativamente o tráfego relativo às mensagens de roteamento, que são trocadas somente entre o gateway mestre e os demais gateways secundários.
OSPF usa o roteamento link state. As informações de roteamento trocados entre gateways, através da mensagem Database Description, indicam o estado e o custo associado às interfaces e aos gateways vizinhos. Estas mensagens são confirmadas pelos gateways que a recebem. Como as bases podem ser grandes, uma base de topologia pode gerar várias mensagens. A mensagem Link Status Request é usada por um gateway na requisição de dados atualizados a outro gateway. Na mensagem Link Status Update é usada por um gateway no envio de informações sobre o estado de seus enlaces. Uma vez estabelecido o gateway mestre da cada sub-rede internet , realizada a troca de informações de roteamento entre o gateways mestres das várias sub-redes em que esteja conectado, o gateway monta a sua base de dados de roteamento. O algoritmo SPF é, então
executado a partir dessa base e, como resultado, é obtida uma árvore de roteamento com o gateway na raiz, indicando a conectividade com outras redes. A partir dos dados de custo, são calculados os custos totais das rotas até cada sub-rede da internet.
9.3 Protocolo BGP-4
Com o crescimento da Internet, o uso do EGP tornou-se limitado. Existia a necessidade de acrescentar funções de policiamento no roteamento e o protocolo devia suportar topologias complexas. Consequentemente surgiu o BGP - Border Gateway Protocol, para suprir as deficiências do EGP no roteamento entre sistemas autônomos.
Roteadores com BGP se preocupam com critérios políticos de roteamento. Um sistema autônomo (SA) deve querer habilidade de enviar pacotes para algum site e receber pacotes de outro site de seu interesse. Entretanto, ele não deve gostar de conduzir pacotes entre sistemas autônomos (AS's) que não seja de seu interesse. Por exemplo, companhias telefônicas devem atuar como portadora de seus clientes, mas não dos outros.
protocolo BGP foi projetado para permitir muitos critérios de roteamento a serem aplicadas no tráfego entre AS's. Critérios típicos envolvem considerações de ordem política, de segurança, ou econômicas. Alguns exemplos de limites de roteamento são: nunca coloque o Iraque na rota para o Pentágono; tráfego iniciando ou terminando na IBM, não trafega para Microsoft. Os critérios são configurados manualmente em cada roteador BGP.
Do ponto de vista do roteador BGP, o mundo consiste de outros roteadores BGP interconectados. Dois roteadores BGP são considerados conectados se eles compartilham uma rede comum. Dado o interesse de um BGP especial no tráfego, as redes são agrupadas em três categorias. A primeira categoria é stubs networks, na qual somente tem conexão para um roteador BGP. Estas não podem ser usadas para trânsito na rede, porque só tem uma ligação. A segunda é as redes multiconnected networks. Podem ser usadas para tráfego em trânsito, exceto se recusarem. Finalmente, existem as redes transit networks, como um backbone, que estão dispostas a manipular pacotes de outros, possivelmente com algumas restrições. Pares de roteadores BGP se comunicam através de conexões TCP. Operando deste modo eles fornecem uma comunicação confiável e escondem os detalhes da rede que os pacotes estão passando.
BGP é um protocolo que usa o algoritmo vector distance, mas com uma pequena diferença. Ao invés de manter a distância de cada destino, cada roteador BGP mantém o caminho usado. Similarmente, ao invés de periodicamente dar a cada vizinho a distância estimada para cada possível destino, cada roteador diz a seus vizinhos o caminho exato que está usando.
BGP facilmente resolve o problema de contagem infinita que causa problema a outros algoritmos de roteamento.
vector-distance, uma diferente estratégia de podar a árvore deve ser seguida. O algoritmo básico é o reverse path forwarding. Entretanto, quando um roteador que não faz parte do grupo, recebe uma mensagem multicast, ele responde para que o emissor não envie mensagens para ele.
Uma desvantagem deste algoritmo é que para grandes redes muita memória é necessária. Supor que uma rede tem n grupos, cada um com a média de m membros. Para cada grupo, m spanning trees podadas são armazenadas, para um total de m.n árvores. Quando muitos grupos grandes existem, é gasto muito memória para armazenar as árvores.
Uma alternativa é usar árvores chamadas core-base tree. Aqui uma única árvore spanning tree por grupo é computada, com a raiz ("the core") perto do meio do grupo. Para enviar uma
mensagem multicast, uma estação envia-a para a raiz, que então envia para os nós do grupo. Embora esta técnica não seja ótima, ela reduz os custos de armazenagem de m árvores para uma árvore por grupo.
9.3.1 Por que utilizar BGP-4 ?
O BGP é um protocolo de roteamento dinâmico externo empregado entre dois Autonomous Systems distintos, fazendo assim uma rede ser multihomed, ou seja, estar conectada a mais de uma rede autônoma.
Pré-requisito para a implantação de BGP-4:
- Possuir Classe CIDR adquirida junto à FAPESP/Comitê Gestor (http://registro.fapesp.br/ip.html)- Possuir Autonomous Systems Number adquirido junto à ARIN (http://www.arin.net/initial-isp.html)
Roteamento:
Os roteadores CISCO sempre dão preferência a rotas mais específicas do que outras mais genéricas.
O BGP-4 envia e divulga rotas do seu A.S., dos seus clientes, e também de toda a Internet, dependendo da necessidade.
Que tipo de rota divulgar?
Rotas default:
Permite à rede multihomed evitar a manutenção de informações detalhadas de roteamento (filtragem das rotas recebidas ou transmitidas, manipulação de custos das rotas, e até a alocação de memória para receber rotas). A rota default é propagada para algum protocolo de roteamento dinâmico interno - IGP, tal qual OSPF, EIGRP ou RIP (são os mais comuns) e divulgada dentro daquele A.S.Empregável no atendimento à conexões backup, onde há mais de uma rota default, com custo diferenciado. Utilizado também quando as duas conexões estão no mesmo router com custo igual, fazendo assim um balanceamento de carga.
Configuração mínima: Roteador Cisco série 2500 com 8Mbytes memória.Banda mínima necessária: 64Kbps.Skill mínimo necessário: Analista Junior.
Rotas parciais:
O Provedor fornece rotas parciais a pedido do cliente. Utilizado quando se deseja aproveitar pouca memória do roteador para receber essas rotas parciais, e ainda assim manter uma relação boa de roteamento, pois é possível receber rotas de um provedor (e encaminhar o fluxo de tráfego dessas rotas recebidas para esse provedor) e fluir todo o tráfego restante para o outro provedor, via default gateway.
Necessita de configuração um pouco mais apurada. Roteamento quase ótimo.Configuração mínima: Roteador Cisco série 3600 com 32Mbytes memória.Banda mínima necessária: 256Kbps.Skill mínimo necessário: Analista Pleno.
Rotas completas:
A recepção de rotas completas permite o roteamento ótimizado para todos os destinos. Exige maiorentendimento para manutenção e manipulação das rotas, necessita também de significante aumentode memória dos roteadores.Utilizado por todos os roteadores de borda dos grandes provedores.Configuração mínima: Roteador Cisco série 7200 com 128Mbytes memória.Banda mínima necessária: 512Kbps.Skill mínimo necessário: Analista Pleno.
A decisão de se tornar multihomed envolve uma grande variedade de considerações, dentre elas, as seguintes:
Multihomed para um ou vários provedores ?
Isso depende de vários fatores, incluindo tamanho da banda disponível desses provedores, proximidade de roteamento e até aspectos de negócios, custos.
Obtenção de endereços do provedor ou possuir o seu próprio ?
Se optar por vários provedores, a escolha deve evidentemente ser por possuir a sua própria faixa de endereços. Caso optasse por um único provedor, ainda que possível, é desaconselhável.
Configuração do protocolo
Dependendo das políticas de roteamento e de tráfego, as configuraçôes do BGP4 podem variar muito em complexidade, refletindo inclusive nas configurações de IGP dentro do próprio A.S.Quanto mais complexo for a configuração maior skill técnico é necessário.
Balanceamento de carga entre múltiplas conexões aos provedores
Uma vez havendo múltiplas conexões com provedores, existe a motivação de utilizá-las.Há diferentes mecanismos de balancear o tráfego entre múltiplas conexões, as quais requerem o uso de roteamento IGP. Deve ser notado que a rede consegue de forma eficiente efetuar o balanceamento de tráfego de saída. O tráfego de entrada pode ser manipulado através da divulgação de rotas com atributos, porém sem a conotação de balanceamento.A RFC 1998 enfoca o uso do balanceamento entre conexões com o mesmo provedor.
Roteamento simétrico
O roteamento simétrico (o pedido sai por um enlace e retorna por outros enlaces de dados),pode evitar eventuais inconsistencias de delay para as aplicações, ou seja, um pacote chegouao destino antes do pacote anterior.A política de roteamento assimétrico deve enfatizar o retorno dos pacotes de uma mesma conexãoTCP pelo mesmo caminho.
9.3.2 Questões relacionadas à alocação de endereços IP
Uma rede Multihomed não consegue utilizar a conexão com o provedor, a menos que o provedor faça a divulgação das rotas para a Internet. Isso independe se as rotas pertencem ou não àquele provedor.
Um A.S. trânsito é aquele que permite o tráfego entre por uma porta de um roteador e saia por qualquer outra porta.
Definições de termos:
Neighbor: A.S. ao qual diretamente se troca informações de roteamento Advertise/announce/anúncio/divulgação: envio de informações de roteamento para um
neighbor Accept: receber e tratar as informações enviadas pelo neighbor Originate: Inserção de atributos no anúncio Peer: um roteador no AS neighbor (eBGP) ou dentro do próprio AS (iBGP), com o qual há troca
de informações de roteamento. iBGP: Peer de roteamento interno eBGP: Peer de roteamento externo Prefix: identificação de uma rota, tal qual 200.196.64.0/19
Para que as informações passe através de dois AS, o seguinte fluxo deve ocorrer:
AS1 anuncia rotas para AS2 AS2 aceita rotas do AS1 AS2 anuncia rotas para AS1 AS1 aceita rotas do AS2
Para que haja conectividade entre duas redes, todos os AS intermediários devem permitir a passagem desse tráfego, para isso é necessário que os AS intermediários recebam as rotas e divulguem para os outros roteadores. Muitos A.S. efetuam filtragem de pacotes de divulgação, o que evidentemente impede o fluxo normal, e somente liberando quando houver uma solicitação formal.
Há mais de 55000 prefixos sendo divulgados na Internet, com centenas de AS, o que implica numa instabilidade independente de haver ou não conectividade.
A política de implementação de roteamento possui alguns problemas que são a limitação de rotas baseadas somente em destino, topologia global é impossível de se conhecer, não há formas de efetuar agrupamento total de rotas por AS e o conjunto total de rotas na Internet é desconhecido.
A divulgação como pôde ser vista é totalmente dependente da cooperação entre os provedores.
Apesar de poder haver um roteamento otimizado dentro de um AS. não é possível garantir o roteamento otimizado fora da Internet.
A fim de facilitar a agregação de várias rotas em um único prefixo, o uso de rotas consecutivas distribuídas por sites é altamente desejável.
O CIDR (Classless Inter Domain Routing) elimina a necessidade de distinção entre diferentes classes de redes,ou seja, muitos grupos de redes classes C e B podem ser divulgada ou recebida num mesmo update, com supressão das rotas mais específicas.
A seguir está uma comparação das características dos protocols IGP e EGP:
IGP: (OSPF, EIGRP, RIP, etc) Possui mecanismo de descoberta automática dos roteadores Há uma relação confiança entre os roteadores As rotas são divulgadas para todos os roteadores
EGP:(BGP4, etc) Roteadores peers devem ser especificamente configurados A conexão é com routers externos, de outro AS. Há uma definição da política de roteamento.
O BGP4 (roda sobre TCP, port 179) aprende múltiplos caminhos para o mesmo destino via iBGP ou eBGP, e utiliza o melhor caminho para a criação da tabela de roteamento.
O processo de roteamento ocorre assim:
Recepção:1. BGP receive as informações divulgadas e passa pelos filtros2. BGP coloca essas rotas selecionadas numa tabela BGP, e identifica o melhor caminho com
um flag.3. BGP copia as melhores rotas para a tabela de roteamento
3.1.1. Se o prefixo é único colocar o prefixo na tabela de roteamento3.1.2. Senão compara as rotas baseados na distância administrativa, o vencedor vai para
a tabela de roteamento.
Envio:1. BGP seleciona as rotas através de filtros e divulga as melhores rotas para os peers.
Distância administrativa:
Interface diretamente conectada 0Rota estática 1Rota sumarizada EIGRP 5EBGP 20Internal EIGRP 90IGRP 100OSPF 110IS-IS 115RIP 120EGP 140External EIGRP 170IBGP 200Desconhecido 255
iBGP:
É utilizado para troca de informações de roteamento dentro de um mesmo A.S.O é mais flexível para redistribuição de rotas dentro do mesmo A.S. do que um protocolo IGP,visto Ocorre entre peers BGP dentro de um mesmo AS, não necessita estar conectado diretamente,neighbors iBGP devem estar numa malha full-meshed.Pode estar distante por vários hops.Para garantir a estabilidade da conexão BGP, os peers devem utilizar a interface loopback, evitandoassim oscilações na conexão BGP, evitando tráfego desnecessário.
eBGP:
Ocorre entre peers BGP de AS diferentes e devem estar conectados diretamente.
distribute-list => IP Addressfilter-list => AS-PATH
Em construção!
Sincronização:
Em construção!
9.3.3 Processo de seleção do envio de pacotes via protocolo BGP-4.
O BGP seleciona somente uma rota como a melhor rota. Quando uma rota é selecionada, o BGP põe a rota selecionada em sua tabela de distribuição e propaga a rota para a seus vizinhos. O BGP usa os seguintes critérios, na ordem apresentada, para selecionar uma rota para um destino:
1. Se a rota especificar um próximo hop que esteja inacessível, essa rota é descartada;2. A rota com o maior weigth será preferida;3. Se mais que uma rota tiver weigth iguais, a rota escolhida será a que tiver maior local-preference;
4. Se mais que uma rota tiver local-preference iguais, a rota escolhida será aquela que foi originado pelo BGP local desse router;5. Se nenhuma rota for originada localmente, terá preferência a rota com o menor AS_PATH;6. Se mais que uma rota tiver AS_PATH de mesmo tamanho, a rota escolhida será a que tiver menor origin (IGP é menor EGP, EGP é menor que incomplete);7. Se origin forem iguais, a rota preferida será a que tiver menor MED;8. Se mais que uma rota tiver mesmo MED, a rota com path externo terá preferência sobre o path interno;9. Se as rotas forem internas, terá preferência aquela que o neighbor for mais próximo;10. Enfim a rota com o menor router ID do BGP terá a preferência.
9.3.3.1Valores possíveis dos atributos
Atributo Valores DescriçãoORIGIN 0 (IGP); 1 (EGP); 2 Especifica a origem de uma
(incomplete) rota. Incomplete indica que a rota foi originado pela redistribuição no BGP através de um IGP.
AS_PATH De 0 até N (2-bytes) Indica a lista de todos ASN que a rota atravessa.
NEXT_HOP IP address Indica para onde enviar os dados
MULTI_EXIT_DISC De 0 até 2 elevado a 32 Indicação interna e externamente do weight
LOCAL_PREF De 0 até 2 elevado a 32 Indicação interna do weightATOMIC_AGGREGATE TRUE/FALSE Indica se esta rota é a mais
específica conhecida pelo router
AGGREGATOR { ASN, IP address } par Se a rota é um agregado, indica quem criou a rota.
COMMUNITY De 0 até N (4-bytes) CommunityORIGINATOR_ID Usado pelo BGP Route
ReflectionCLUSTER_LIST Usado pelo BGP Route
Reflection
Rotas originadas localmente tem por default o weight de 32768 e 0 para rotas vindas de outro router.O valor default do atributo local_pref é 100.Origin indica se a rota foi criada pelo IGP via parâmetro network, pelo EGP via algum anúncio recebido, ou incomplete via redistribuição do IGP no BGP.
9.3.3.2Expressões regulares para seleção de rotas
As expressões regulares são usadas com os seguintes componentes e formas:
A: Ranges: Um range é uma seqüência de caracteres contidos entre chaves, ex.: [abcd]
B: Atoms Um atom é um dos seguintes caracteres:
.: (ponto – indica qualquer caractere)
^: (circunflexo – indica o início de uma string)
$: (cifrão – indica o fim de uma string)
\caractere: (barra invertida e um caractere – indica um caractere específico)
-: (menos – indica uma vírgula (,), um colchete esquerdo ({), um direito (}), o início de uma string, o fim de uma string ou um espaço.
C: Pieces
Um piece é um atom seguido por um dos seguintes símbolos:
*: (indica 0 ou mais seqüências de atom)
+: (indica 1 ou mais seqüências de atom)
?: (indica o atom ou uma string nula)
D: Branch
Um branch é a concatenação de 0 ou mais pieces.
Exemplos de expressões regulares:
a*: Indica qualquer ocorrência da letra a inclusive nada.
a+: Indica que no mínimo a ocorrência de uma letra deve estar presente.
ab?a: Indica aa ou aba.
_100_: (Indica via AS100)
^100$: (Indica rota originada pelo AS100)
^100.*: (Indica rota proveniente do AS100)
^$: (Indica rota originada por este AS)
9.4 IP Multicast
A comunicação IP normal é ponto-a-ponto. Entretanto, para algumas aplicações, a comunicação multiponto é útil para o processo de enviar mensagens para um grande número de receptores simultaneamente. Exemplos de aplicações multiponto são replicação de dados, banco de dados distribuídos e multiconferência. IP suporta multicast, usando a classe de endereços D. Cada endereço da classe D identifica um grupo de estações. No endereço IP, 28 bits estão disponíveis para identificar grupos. Quando um processo envia um pacote para endereço de classe D, o pacote é liberado para todos os membros do grupo, mas não garante que todos receberão o pacote.
Existe dois tipos de grupos de endereços: permanente e temporário. Um grupo permanente sempre existirá e não precisa ser configurado. Alguns exemplos de endereços de grupo permanente são:224.0.0.1 - todos os sistemas numa rede local; 224.0.0.2 - todos os roteadores numa rede local; 224.0.0.5 - todos os roteadores OSPF numa rede local.
Multicasting é implementado por roteadores multicast especiais. Cerca de uma vez a cada minuto, cada roteador multicast envia um pacote para as estações de sua rede local (endereço 224.0.0.1) perguntando para eles responderem de volta, quais os grupos que seus processos pertencem. Estes pacotes de consultas e respostas usam um protocolo chamado IGMP (Internet Group Management Protocol), que é similar ao ICMP. Ele tem dois tipos de pacote: consulta e resposta, cada um com formato fixo contendo alguma informação de controle na primeira palavra do campo payload e um endereço classe D na segunda palavra. Isto está descrito com maiores detalhes na [RFC1122].
9.4.1 Roteamento Multicast
A versão padrão do protocolo IGMP é de 1988. A versão usada no MBone hoje é inteiramente compatível com os novos desenvolvimentos tais como MOSPF e PIM. Muito vendedores estão agora incluindo-o no seu suporte de rede. Isto tornará uma característica padrão de pacotes TCP/IP.
A especificação MOSPF publicada em 1994, e vários vendedores de roteadores tem implementado-o. As especificações PIM foram publicadas antes de 1995. Alguns vendedores de roteadores tem iniciado a implementação do PIM modo denso; ele é muito mais simples e aparece como substituto natural para a tecnologia MBone. Entretanto vários pontos terão que ser estudados, em particular a interação entre PIM, MOSPF e DVMRP. Existe pouca experiência com as dinâmicas destes protocolos. Portanto existe muito trabalho a ser realizado.
Para algumas aplicações, os processos estão separados em vários locais, mas trabalham juntos em grupo. Por exemplo, um grupo de processos implementando um sistema de banco de dados distribuído. Nele é frequente um processo enviar uma mensagem para todos os outros membros do grupo. Então necessita-se de um modo de enviar mensagens para grupos bem definidos que são numericamente grandes, mas pequenos comparados ao tamanho da rede. Para realizar esta tarefa é necessário utilizar uma técnica de roteamento multiponto, que será abordada nesta seção.
Para fazer multicasting, cada roteador constrói sua spanning tree selecionando enlaces na rede formando uma árvore, de forma a cobrir todos os outros roteadores na sub-rede.
Pacotes multicast são enviados somente na spanning tree apropriada. Vários modos de podar a árvore são possíveis. O modo mais simples é usar o roteamento link-state, sendo que cada roteador deve conhecer a topologia completa da sub-rede. Então a spanning tree pode ser construída iniciando no final de cada caminho até a raiz, eliminando os roteadores que não pertencem ao grupo.
Com o roteamento vector-distance, uma diferente estratégia de podar a árvore deve ser seguida. O algoritmo básico é o reverse path forwarding. Entretanto, quando um roteador que não faz parte do grupo, recebe uma mensagem multicast, ele responde para que o emissor não envie mensagens para ele. Uma desvantagem deste algoritmo é que para grandes redes muita memória é necessária. Supor que uma rede tem n grupos, cada um com a média de m membros. Para cada grupo, m spanning trees podadas são armazenadas, para um total de m.n árvores. Quando muitos grupos grandes existem, é gasto muito memória para armazenar as árvores.
Uma alternativa é usar árvores chamadas core-base tree. Aqui uma única árvore spanning tree por grupo é computada, com a raiz ("the core") perto do meio do grupo. Para enviar uma mensagem multicast, uma estação envia-a para a raiz, que então envia para os nós do grupo. Embora esta técnica não seja ótima, ela reduz os custos de armazenagem de m árvores para uma árvore por grupo.
9.4.2 MBone - Multicast Backbone
Enquanto a indústria está fazendo grande publicidade e planos para o futuro do vídeo sob demanda, a comunidade Internet tem implementado seu sistema multimídia digital chamado MBone. Para uma pesquisa mais aprofundada ver um livro sobre Mbone.
MBone pode ser pensado como um rádio e televisão da Internet. Diferente de vídeo sob demanda, onde a ênfase está na chamada e na visão de filmes armazenados no servidor, MBone é usado para difusão de áudio e vídeo na forma digital para o mundo via Internet. Ele está operacional
desde 1992. Muitas conferências científicas, especialmente os encontros do IETF, têm sido difundidos. Um concerto dos Rollings Stones foi difundido sobre MBone.
Maioria das pesquisas sobre MBone é sobre como fazer "multicast" eficientemente sobre a Internet. Pouco tem sido feito sobre codificação de áudio e vídeo.
Tecnicamente, MBone é uma rede virtual sobre a Internet. Consiste de ilhas multicast conectadas por túneis. Os túneis propagam pacotes MBone entre as ilhas. Cada ilha (tipicamente uma rede local ou grupos de rede locais) suporta hardware multicast. Algum dia no futuro, quando todos os roteadores serão capazes de manipular tráfego multicast diretamente, esta superestrutura não será mais necessária.
Cada ilha contém um ou mais roteadores especiais chamados de mrouters (multicast routers). Alguns destes são roteadores normais, mas a maioria são workstations UNIX executando software especial à nível de usuário. Os mrouters são logicamente conectados por túneis. No passado, pacotes MBone eram conduzidos de mrouter para mrouter ( usualmente através de um ou mais roteadores que não conheciam sobre MBone) usando roteamento de cada fonte. Hoje, pacotes MBone são encapsulados em pacotes IP e enviados como pacotes unicast regulares para o endereço IP destino do mrouter.
Túneis são configurados manualmente. Usualmente um túnel executa sobre um caminho para que uma conexão física exista, mas não é um requisito. Se por acidente, um caminho físico quebra, sobre um túnel, os mrouters usando um túnel não perceberão, desde que a Internet automaticamente re-direcionará todo tráfego destes caminhos para outra linhas.
Quando uma nova ilha aparece e deseja se juntar ao MBone, seu administrador envia uma mensagem anunciando sua existência para a lista de correio MBone. Os administradores dos sites vizinhos entram em contato com ele para arrumar e configurar os túneis. Túneis não tem existência física. São definidos por tabelas nos mrouters e podem ser adicionados, excluídos ou movidos usando as tabelas. Tipicamente cada país no MBone tem um backbone, com ilhas regionais. Até maio de 1994, MBone era composto de 900 roteadores e ligava 20 países.
9.4.2.1Roteamento MBone
Inicialmente o MBone usou o algoritmo de roteamento DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) baseado no algoritmo Vetor-Distância. Por exemplo, na figura 14, a ilha C pode rotear para A via B ou via E. Ele faz sua escolha, tomando os valores destes nós, que são fornecidas para ele, sua respectiva distância para A e então somando sua distância para deles. Estas rotas não são atualmente utilizadas desta maneira, entretanto será visto resumidamente.
Agora veremos como multicast funciona. Para fazer o multicast de um programa de áudio ou vídeo, a fonte deve primeiro adquirir um endereço multicast classe D, que atua como uma freqüência de canal ou número de canal. Periodicamente, cada mrouter envia um pacote broadcast IGMP (Internet Group Management Protocol) limitado a sua ilha, perguntando quem está interessado naquele canal. As estações que querem receber um ou mais canais, enviam um pacote IGMP em resposta. Estas respostas são alternadas no tempo, para evitar sobrecarga na rede local. Cada mrouter mantém uma tabela de quais canais que deve retirar da rede, para evitar desperdício de largura de banda pelos canais multicast que ninguém quer.
Pacotes multicast propagam no MBone da seguinte forma. Quando uma fonte de áudio e vídeo gera um novo pacote, ele difunde na sua ilha usando equipamento multicast. Este pacote é mantido no mrouter local, que então copia para os túneis que estão conectados.
Cada mrouter captura tal pacote via túnel e então verifica se o pacote veio pela melhor rota, isto é, a rota que sua tabela diz para usar, para alcançar a fonte (como ela fosse um destino). Se o
pacote vem ao longo da melhor rota, o roteador copia o pacote para outros túneis. Se o pacote chega, por outra rota, ele é descartado. Este algoritmo é o reverse path forwarding. Não é perfeito, mas é simples para implementar.
Além disso, usando-se reverse path forwarding, previne-se de inundar (flooding) a Internet. Para isso deve ser usado o campo tempo de vida do pacote IP, com objetivo de limitar o escopo do multicasting. Cada pacote com algum valor, determinado pela fonte. Cada túnel possui um peso. Um pacote somente passa pelo túnel, se tiver peso suficiente, por outro lado é descartado.
Muita pesquisa tem sido devotada para aperfeiçoamento do MBone. Uma proposta mantém a idéia do roteamento Vetor-Distância, mas faz o algoritmo hierárquico pelo agrupamento dos sites MBone em regiões. Outra proposta é para usar uma forma modificada do roteamento link-state do roteamento vetor-distância. Em particular, um grupo de trabalho do IETF, está modificando o OSPF, tornando ele adequado para multicast com um simples sistema autônomo. O multicast resultante é chamado de MOSPF.
Uma segunda área de pesquisa é roteamento entre sistemas autônomos. Aqui um algoritmo chamado PIM (Protocol Independent Multicast) está sendo desenvolvido por outro grupo do IETF [HUITE95].
9.4.3 Aplicações MBone
A maioria das aplicações MBone, são orientadas para grupos de comunicações e produtividade. Correntemente, a maioria das aplicações citadas aqui, usam o UDP multicast. É esperado que a adoção do Real-time Transport Protocol (RTP) [RFC1889] conduza a um largo uso do RTP para aplicações multicast. Alguns exemplos de aplicações prontas para serem usadas são:
mmcc (Multimedia Conference Control) da Universidade de Califórnia do Sul; sd (Session Directory) da Laurence Berkeley Laboratories (LBL); vat (Visual Audio Terminal) da LBL; nvt (Network Voice Terminal) da Universidade de Massachusetts; nv (Network Video) da Xerox PARC; ivs (INRIA Videoconfenrencing Systems).
10Gerenciamento TCP/IP
10.1 QUEUE – Gerenciamento de Congestionamento
fair-queue limite dinâmica reservadas
limite:default=64, varia entre 1 e 512, descarta pacotes quando chega limitedinâmica:default=256, varia entre 16 e 4096reservada:default=0, varia entre 0 e 1000, utilizado para RSVP
10.1.1 Stochastic Fairness Queueing (SFQ)
SFQ não é determinística, mas funciona bem (em média). Seus principais benefícios são que ela requer pouco uso da CPU e da memória. É menos precisa que outras implementações de Fair Queueing, mas requer menos calculus.
SFQ usa hashing para mapear os pacotes que chegam no roteador para uma fila FIFO. Entretanto, ao invés de manter uma fila para cada fluxo possível (o que seria intuitivo), o algoritmo utiliza menos filas do que o número de fluxos possíveis. Todos os fluxos que são mapeados para o mesmo valor da tabela hash são tratados de maneira equivalente, o que simplifica a computação, mas implica que esses fluxos que "colidem" na tabela são tratados "injustamente." Se tamanho do índice de hashing for suficientemente maior do que o número de fluxos ativos, a probabilidade de "injustiça" fica muito reduzida.
As filas são servidas seguindo um algoritmo de round robin, sem considerar os tamanhos dos pacotes.
10.1.2 Class-Based Queueing (CBQ)
Provê particionamento e compartilhamento da largura de banda de um link através do uso de classes hierarquicamente estruturadas. Cada classe tem sua própria fila e recebe uma "fatia" da banda. Uma classe filha pode "emprestar" largura de banda de sua classe mãe desde que haja banda em excesso disponível.
A figura abaixo mostra os componentes básicos de CBQ. Ela funciona da seguinte maneira: o "classificador" designa os pacotes que chegam à classe apropriada. O "estimador" estima a largura de banda usada por uma classe recentemente. Se uma classe excede um limite predeterminado, o estimador marca essa classe. O "escalonador" determina o próximo pacote a ser enviado dentre as várias classes, baseado nas prioridades e estados das classes. Um algoritmo de round robin com pesos é usado entre classes com a mesma prioridade.
10.1.3 Random Early-Detection (RED)
O mecanismo de controle de congestionamento do RED monitora a média de tamanho para cada fila de saída e usa “randomização” para escolher as conexões que serão notificadas deste congestionamento.
Congestionamentos temporários são acomodados por um aumento temporário na fila. Congestionamentos mais demorados refletem em um aumento da média do tamanho da fila, além de notificar algumas conexões escolhidas randomicamente. A probabilidade de uma conexão ser notificada de congestionamento é proporcional ao tamanho da “fatia” da largura de banda gerenciada pelo gateway que é utilizada por esta conexão.
O gateway pode notificar a ocorrência de congestionamento para conexões de duas maneiras, dependendo do protocolo de transporte: descartando pacotes ou setando um bit no cabeçalho do pacote (quando isso acontece diz-se que o pacote é marcado). A média do tamanho dos pacotes é comparada com dois valores: o mínimo e o máximo. Quando a média do tamanho da fila é menor que o valor mínimo, nenhum pacote é marcado. Quando a média do tamanho do pacote é maior que o valor máximo, todo pacote que chega é marcado. E quando a média do tamanho do pacote está entre o mínimo e o máximo, os pacotes que chegam são marcados dentro de uma certa probabilidade. 10.1.4 Deficit Round Robin (DRR)
O DRR usa SFQ para atribuir fluxos para as filas. Para o serviço das filas é usado round robin com uma fatia de tempo de serviço (quantum) atribuída a cada fila. A única diferença entre o round robin tradicional e o DRR é que se uma fila não foi capaz de enviar um pacote no round anterior, porque o tamanho do pacote era muito grande, o resto do quantum anterior é adicionado ao quantum do próximo round. Desta maneira, os déficits são monitorados; filas que são desfavorecidas em um round são compensadas no próximo round.
Em construção
10.2 SNMP - Simple Network Management Protocol
SNMP é um dos métodos utilizados para fazer gerenciamento de rede e também ter acesso a roteadores. Com o SNMP podemos agrupar estatísticas ou configurar roteadores. Agrupar estatísticas a partir de messages get-request e get-next-request, e configurar roteadores a partir de mensagens set-request. Cada uma destas mensagens SNMP tem uma string de comunidade que é uma senha, não encriptada (cleartext), enviada em todo pacote entre uma estação de gerenciamento e o roteador ( o qual contém um agente SNMP). A string de comunidade SNMP é usada para autenticar mensagens enviadas entre o gerente e agente. Apenas quando o gerente envia uma mensagem com a string de comunidade correta o agente irá responder.
agente SNMP no roteador permite configurar comunidades diferentes para acesso não privilegiado e privilegiado. A string de comunidade do roteador pode ser configurada pelo comando "snmp-server community string [RO | RW] [access-list] ".
Strings de comunidade SNMP são enviadas na rede em cleartext ASCII. Assim é possível capturar pacotes na rede pode descobrir a string de comunidade. Isto pode levar usuários sem autorização a examinar ou modificar roteadores via SNMP. Por esta razão, usando o comando "no snmp-server trap-authentication" podemos impedir intrusos de usar mensagens de trap (enviou entre os gerentes e agentes SNMP) para descobrir a string de comunidade.
A comunidade da Internet reconhecendo este problema, aumentou a segurança através do SNMP versão 2 (SNMPv2) como descrito no Request For Comments (RFC) 1446. O SNMPv2 usa um algoritmo chamado MD5 para autenticar a comunicações entre um servidor e agente SNMP. O MD5 verifica a integridade da comunicação, autentica a origem e confere o timeliness. Futuramente, o SNMPv2 terá a habilidade para usar o Data Encryption Standard para encriptação de informação. Os roteadores Cisco suportam SNMPv2 na versão 10.3 e posteriores.
10.2.1 Controlando acesso SNMP a roteadores
controle de acesso a roteadores Cisco é implementado usando os seguintes métodos: Acesso a Console Acesso via Telnet (incluindo Terminal Access Controller Access Control System [TACACS]) Acesso Simple Network Management Protocol (SNMP) Acesso ao Servidor de Rede para os arquivos de configuração dos roteadores
Os três primeiros métodos podem ser assegurados empregando características contidas no software do roteador. Para cada método, pode ser permitido acesso não privilegiado e acesso privilegiado para o usuário (ou grupo de usuários). O acesso não privilegiado permite aos usuários monitorar o roteador, mas não configurar o roteador. O acesso privilegiado permite ao usuário configurar o roteador completamente.
A partir da console e do Telnet, podemos setar dois tipos de senhas. O primeiro tipo de senha, a senha de login, permite usuários não privilegiados acessar o roteador. Depois de ter acesso ao roteador, o usuário pode entrar em modo privilegiado utilizando o comando enable e a senha específica. O modo privilegiado proporciona ao usuário todas as capacidades de configuração.
O acesso SNMP permite setar comunidades SNMP diferentes para ambos acesso não privilegiado e privilegiado. O acesso não privilegiado permite aos usuários enviar aos roteadores mensagens SNMP get-request e SNMP get-next-request. Estas mensagens são usadas para agrupar estatísticas do roteador. O acesso privilegiado permite os usuários enviar mensagens SNMP set-request para fazer mudanças às configurações e estado operacional do roteador
10.2.2 Modo não privilegiado
A opção de RO do comando "snmp-server community" prove acesso não privilegiado a seus roteadores via SNMP. Os seguintes comandos de configuração setam o agente no roteador para permitir apenas mensagens SNMP get-request e get-next-request que são enviadas com a string de comunidade "public": snmp-server community public RO Podemos também especificar uma lista de endereços IP que tem permissão para enviar mensagens ao roteador usando a opção "access-list" com o comando "snmp-server community". No seguinte exemplo de configuração, apenas os hosts 1.1.1.1 e 2.2.2.2 são permitidos para acesso ao modo SNMP não privilegiado ao roteador: access-list 1 permit 1.1.1.1access-list 1 permit 2.2.2.2snmp-server community public RO 1
10.2.3 Modo privilegiado
A opção de RW do comando "snmp-server community" prove acesso privilegiado para seus roteadores via SNMP. O seguintes comando de configuração seta o agente no roteador para permitir apenas mensagens SNMP set-request que são enviadas com a string de comunidade "private": snmp-server community private RW Podemos também especificar uma lista de endereços IP que são permitidos para enviar mensagens ao roteador usando a opção do access-list do comando "snmp- server community". No seguinte exemplo de configuração, apenas os hosts 5.5.5.5 e 6.6.6.6 são permitidos acessar o modo SNMP privilegiado ao roteador:
access-list 1 permit 5.5.5.5access-list 1 permit 6.6.6.6
snmp-server community private RW 1
11Ports TCP e UDP
Serviço Tipo da Port Port Bloquear ?File Transfer Protocol (FTP)---Data TCP 20FTP---Commands TCP 21Telnet TCP 23Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)---E-mail TCP 25Terminal Access Controller Access Control System
UDP 49
Domain Name Server (DNS) TCP e UDP 53Trivial File Transfer Protocol (TFTP) UDP 69 simfinger TCP 79link---commonly used by intruders TCP 87 simSUN Remote Procedure Call (RPC) UDP 111 simNetwork News Transfer Protocol (NNTP) TCP 119Network Time Protocol (NTP) TCP e UDP 123NewS TCP 144Simple Management Network Protocol (SNMP) UDP 161SNMP (traps) UDP 162Border Gateway Protocol (BGP) TCP 179rlogin TCP 513 simrexec TCP 514 simNFS UDP 2049 simBSD UNIX r commands (rsh, rlogin, and so forth)
TCP 512 –514 sim
line printer daemon (lpd) TCP 515 simUNIX-to-UNIX copy program daemon (uucpd) TCP 540 simOpen Windows TCP e UDP 2000 simX Windows TCP e UDP 6000+ sim
12Modelo para solução de problemas gerais
Antes de entrar no processo de determinação de problemas, tenha um plano para identificar os prováveis problemas, isole as causas mais prováveis destes problemas, e então, sistematicamente elimine cada causa potencial.
O modelo de de solução de problemas que segue não é uma receita de bolo muito rígida para resolver problemas de internetworking. Mas é uma base para traçar planos para resolver os mais variados casos.
12.1 Componentes de um modelo de solução de problemas
A figura 1.1 mostra um modelo de soluções gerais de problemas descritos em passos que seguem.
Definir o problema
Levantar os fatos
Considerar possibilidadesbaseadas em fatos
Criar um plano de ação
Implementar o plano de ação
Observar os resultados
Problema reesolvido, Terminar o processo
Se o(s) erro(s) continuar(em)...
Se o(s) erro(s) parar(em)...
Figura 1.1 Diagrama de solução geral de problemas
Os passos seguintes detalham o processo de determinação de problemas da figura 1.1:
Passo 1:Defina os problemas em um conjunto de sintomas e causas associadas.Defina claramente o problema. Você pode reconhecer e definir tipo do problema/falha identificando qualquer sintoma associado e a partir daí procurar os tipos de problema possíveis que resultam nos sintomas levantados.
Passo 2:Coletando dados.Uma vez listados os sintomas e identificadas as possíveis causas, colete dados. A coleta de dados pode envolver traces de rede através de analisadores de LAN, traces de
linhas seriais, stack dumps, core dumps, e dados de retorno de uma variedade de comandos show e debug.
Passo 3:Crie um plano de ação.O plano de ação deve ser criado a partir do conjunto de possibilidades que foi criado. Esse plano deve limitar a manipulação de uma variável por vez, para que a causa do problema seja melhor identificada.
Passo 4:Implemente o plano de ação.Essa fase consiste na execução do plano de ação criado. É importante ser muito específico na criação do plano de ação ( isto é, identifique um conjunto de passos específicos e implemente cuidadosamente cada passo).
Passo 5:Observe os resultados de cada ação.Após manipular uma variável na tentativa de encontrar a solução do problema, observe os resultados baseado no plano de ação (copie os traces relevantes, capture dados dos comandos debug e show, etc.). Esses dados podem ser utilizados para otimizar o plano de ação até que a solução seja alcançada. É durante essa fase que você deve determinar se o problema foi resolvido. Esse é o ponto de saida do loop estabelecido na figura 1.1.
Passo 6:Limite as possibilidades baseado em resultados.
Para alcançar um ponto onde você pode sair do problema/loop da solução, você deve esforçar-se para obter progressos através de um pequeno conjunto de possibilidades, até que reste apenas um.
Passo 7:Aplique o processo de determinação de problemas interativamente.Depois de limitar a lista de possibilidades, repita o processo, começando com um novo plano de ação baseado em uma nova lista de possibilidades. Continue o processo até que a solução seja encontrada. A resolução do problema pode consistir na mudança de várias configurações em servidores, roteadores, etc.
12.2 Usando esse manual para determinar problemas específicos
Ao utilizar esse manual para determinar problemas de rede, siga os seguintes passos:
Step 1: Identifique os sintomas que estão ocorrendo na rede.
Step 2: Elimine o Hardware Cisco como um possível problema (através do manual "Diagnosticando Hardware Cisco"), mesmo que seja necessária a substituição do equipamento.
Step 3: Analise o Módulo de Sintomas de cada capítulo desse conjunto de manuais direcionados à tecnologias ou protocolos utilizados na sua rede para identificar sintomas similares.
Step 4: Após verificar os módulos de sintomas, avalie problemas listados nas seções de Possíveis causas e ações sugeridas.
Step 5: Sistematicamente aplique ações para cada problema suspeito até que todos os sintomas sejam eliminados o a possível lista de causas acabe.
13Utilizando as ferramentas de diagnóstico Cisco
As ferramentas a seguir são utilizadas para a coleta de informações para determinação de problemas em redes baseadas em equipamentos Cisco:
show - comandos de demonstração de configuração e parâmetros específicos.
debug - comandos de diagnóstico. ping (Echo Request/Echo Reply) e trace - testes de conectividade exception dump and write core - comandos de configuração.
Os ítens que seguem demonstram a utilização desses comandos. O Capítulo XX, "O comando Debug" define comandos debug para protocolos e tecnologias discutidas nesse conjunto de manuais, o Apêndice X, "Criando Core Dumps", explica os comandos exception dump e write core.
13.1 Usando comandos Show
Os comandos show são as ferramentas mais importantes para entender o "status" do roteador, monitorando a rede em geral, verificando as conexões, e isolando problemas da rede.
Esses comandos são essenciais em quase todos os casos de determinação de problemas e monitiração. Use comandos show para as seguintes atividades:
Observar o comportamento do roteador durante a instalação inicial
Monitorar se a operação da rede está normal
Isolar problemas de interfaces, configurações, etc.
Determinar quando uma rede está congestionada
Determinar o "status" dos servidores, clientes ou roteadores "vizinhos"
Ex.: Use o comando show protocol route (como sh ip route) para determinar se determinada rede está na tabela de rotas do roteador.
13.2 Usando comandos debug
Os comandos debug podem fornecer muita informação à respeito do tráfego que está fluindo (ou que não está mas deveria) em uma interface, mensagens de erro geradas na
rede ou no próprio roteador, pacotes de diagnósticos de protocolos, e outros tipos de dados a serem utilizados na determinação do problema.
Use comandos debug para isolar problemas, não para monitorar a operação da rede. Não utilize esse tipo de comando à menos que você esteja procurando por tipos específicos de tráfego ou problemas que possam ter poucas causas.
Cuidado: O uso de comandos debug são sugeridos em vários capítulos dos manuais para obter informações sobre o tráfego da rede e "status" do roteador. Use esses comandos com muito cuidado. Ao habilitar o "debbuging" o roteador passa a consumir mais memória, ficando muito carregado, o que pode levá-lo à falhas. Ao terminar de usar esses comandos, lembre-se de desabilitá-los através do comando no debug all.
13.3 Usando os comandos Ping e Trace
Esses são os dois comandos de diagnóstico mais utilizados. O comando ping é um mecanismo para determinar se pacotes estão chegando em um destino. O comando trace permite determinar o caminho percorrido para se chegar à um determinado destino e onde os pacotes estão parando.
Usando Core Dumps
Os comandos exception dump e write core são as ferramentas de diagnóstico menos claras de um roteador. O resultado desses comandos são arquivos binários que devem ser processados por um Syslog Server antes de serem interpretados por uma pessoa técnica. O Apêdice X, "Criando Core Dumps" descreve resumidamente esse processo.
14Cenários de problema de Conectividade
Esse capítulo apresenta alguns cenários de resolução de problemas, focando na identificação, isolamento e solução de problemas que interferem na conectividade entre redes.
Os cenários de resolução de problemas mostrados aqui fornecem detalhes de situações específicas e ilustram o processo de isolamento de problemas e solução. O objetivo dos cenários é ilustrar um método de resolução de problemas baseado no modelo definido no capítulo 1, "Um Overview em Determinação de Problemas". Esses cenários são compostos por situações que ocorrem no mundo real.
Cada cenário contém os seguintes elementos:
Demonstração dos sintomas Descrição do ambiente de rede Discussão do isolamento de problemas e processos Resumo da solução
Os capítulos subsequentes apresentam uma série de Módulos de Sintomas que fornecem tabelas dos sintomas mais ocorridos, pssíveis causas, e ações a serem tomadas.
Overview
Problemas de conectividade se manifestam de várias maneiras. Alguns exemplos são rotas não aparecendo nas tabelas de rotas, usuários não coneseguindo acessar algum servidor, etc.). Esses indícios podes ser resultado de uma variedade de problemas.
Esse capítulo apresenta uma série de discussões e inclui a aplicação de várias ferramentas de diagnóstico.
COLOCAR A TOPOLOGIA DO SITE INTERNET E SIMULAR SITUAÇÕES DE ERROS!!!
DETERMINANDO PROBLEMAS EM LINHAS SERIAIS
Esse capítulo apresenta informações gerais para determinação de problemas em portas seriais através dos seguintes tópicos:
Usando o comando show interfaces serial Usando o comando show controllers Usando o comando debug Usando o comando extended ping Determinando problemas de clock Ajustando buffers Testes especiais em linhas seriais
14.1 Usando o comando show interfaces serial
O comando show interfaces serial mostra informações específicas das portas seriais. A figura 3.1 mostra a tela de resultado de um comando show interfaces serial executado em uma porta HDLC.
Esse tópico descreve como usar esse comando para diagnosticar problemas de conectividade em portas WAN. As seções abaixo mostram alguns campos importantes a serem observados.
“Status” da porta e do protocolo Pacotes de saída descartados Pacotes de entrada descartados Erros de entrada “Resets” ocorridos na interface Oscilações de portadora
Figura 3.1 Resultado do comando show interfaces serial em uma porta HDLC
14.1.1 “Status” da linha serial e do protocolo
É possível identificar cinco problemas no “status” da linha serial (veja na figura 3.1):
Serial x is down, line protocol is down Serial x is up, line protocol is down Serial x is up, line protocol is up (looped) Serial x is up, line protocol is down (disabled) Serial x is administratively down, line protocol is down
A tabela 3.1 mostra os possíveis “status” das interfaces, possíveis problemas e soluções para esses problemas, exibidos através do comando show interface serial
“Status” da interface Provável problema
14.1.1.1 Solução
Serial x is up, line protocol is up
Essa é a condição normal, ou seja, os enlaces lógico e físico estão ok.
Serial x is down, line protocol is down (roteador é DTE)
Indica que o roteador não está recebendo o sinal CD1 do DCE (LP, Rádio, etc.)1 Problema de enlace
ou o cabo não está conectado à interface do DCE
2 Cabo incorreto ou com defeito
3 Erro de configuração ou porta do DCE com defeito
Passo 1 Verifique os LEDs do DCE para ver se o sinal CD está “up”
Passo 2 Verifique se o cabo utilizado é o correto e se a interface elétrica (V.35, V.36, etc.) está configurada corretamente no DCE
Passo 3 Coloque um monitor na linha e verifique a sinalização
Passo 4 Verifique se há algum problema no enlace (LP, Rádio, Modem Satelital, etc.)
Passo 5 Se houver suspeitas de falha no roteador, configure outra porta serial e mude a conexão. Se, após isso, a conexão funcionar a interface anterior está com problemas
Serial x is up, line protocol is down (roteador é DTE)
1 O roteador local ou remoto não está configurado corretamente
2 Keepalives não estão sendo enviados ao roteador remoto
3 Problema físico enlace (LP, Rádio, etc.)
4 O DCE não está gerando clock
5 Falha de hardware do roteador (local ou remoto)
Passo 1 Coloque o modem em loop e verifique, através do comando show interfaces serial, e verifique se o “status” do protocolo muda para “up (looped)”. Se isso ocorrer há um problema físico de enlace
Passo 2 Se o problema parecer estar ocorrendo no roteador remoto, repita o Passo 1 no DCE remoto
Passo 3 Verifique todos os cabos. Tenha certeza de que o cabo está conectado à interface correta do roteador e do DCE. Use o comando show controllers para saber que tipo de cabo está conectado à interface
Passo 4 Execute o comando debug serial interface e terminal monitor
Passo 5 Se mesmo com loopback local o protocolo não de linha não mudar o “status” para “up (looped)” e se nos dados demonstrados pelo comando debug serial interface o contador de keepalive (HDLC mysek) não estiver sendo incrementado, provavelmente há uma falha de hardware do roteador. Troque de porta
Passo 6 Se o protocolo de linha está up e o contador HDLC mysek está
sendo incrementado, o problema não é no roteador local. Siga as instruções dos tópicos “Determinando problemas de clock” e “Testes de loopback” deste capítulo
Serial x is up , line protocol is down (roteador é DCE)
1 O roteador não está gerando clock
2 O DTE não está configurado ou não suporta o modo SCTE2
3 Falha no DCE remoto4 Cabo com defeito ou
incorreto5 Falha de hardware do
roteador
Passo 1 Entre no modo de configuração da interface e adicione o comando clockrate
Passo 2 Se possível, configure o DTE para o modo SCTE. Se isso não for possível, desabilite o modo SCTE na interface do roteador. Verifique o tópico “Invertendo a transmissão de clock” deste capítulo
Passo 3 Verifique se o cabo que está sendo utilizado é o correto
Passo 4 Se o protocolo de linha continua “down”, é possível que haja uma falha de hardware ou de cabo. Coloque um analisador na linha e verifique a sinalização.
Passo 5 Substitua os equipamentos com defeito
Serial x is up, line protocol is up (looped)
Existe um loop no circuito. A seqüência de números dos pacotes de keepalive nesse caso muda para um número randômico. Se esse número retorna quando enviado, existe o loop
Passo 1 Execute o comando show running-config e verifique se o parâmetro loopback está configurado na interface
Passo 2 Se estiver, use o comando no loopback no modo de configuração da interface para remover o loop
Passo 3 Se você não encontrar alguma entrada loopback na configuração da interface, examine o DCE e verifique se ele está em loopback (botão LDL da LP, por exemplo). Se estiver, remova o loopback
Passo 4 Desligue e ligue o DCE e verifique o status da linha no roteador. Se o protocolo mudar o status para up, havia um problema no DCE
Passo 5 Se o DCE não está configurado com loop, há um problema de enlace físico
Serial x is up, line protocol is down (disabled)
1 Está ocorrendo um grande número de erros no enlace físico
2 O DCE está com algum problema de hardware
3 O roteador está com alguma falha de hardware (porta)
Passo 1 Utilize um analizador na linha e verifique se os sinais CTS3 e DSR4 estão oscilando
Passo 2 Force um loop no DCE. Se o problema persistir, é provável que haja uma falha de hardware. Se o problema não continuar, é provável que haja um problema no enlace físico
Passo 3 Troque os equipamentos com
defeito (DCE, switch, router, etc.)
Serial x is administratively down, line protocol is down
1 O comando shutdown está configurado na interface
2 Endereço IP duplicado
Passo 1 Verifique a configuração da interface e cheque se o comando shutdown está configurado
Passo 2 Use o comando no shutdown no modo de configuração da interface para remover esse parâmetro
Passo 3 Verifique se não há nenhum endereço IP duplicado usando o comando show running-config ou show interfaces
Passo 4 Se há algum endereço duplicado, resolva o conflito mudando um deles
1 CD=Carrier Detect2 SCTE=Serial Clock Transmit External, indica que o equipamento está configurado para receber
clock externo.3 CTS=Clear To Send4 DSR=Data Set Ready
14.1.1.2 Saídas descartadas
São mostrados no campo “output drops” da tela de resultado do comando show interfaces serial (Veja a figura 3.1). Pacotes são descartados quando não há espaço nos buffers de transmissão e o sistema envia pacotes para esses buffers.
Sintoma: A taxa de pacotes de saída descartados está muito alta e aumentando em um enlace serial
Causa provável: A taxa de entrada da interface serial excede a banda disponível do enlace
Ação recomendada: Os passos a seguir são sugeridos para esse problema:
Passo 1 No modo de configuração da interface afetada execute o comando no ip route-cache
Passo 2 Na configuração da interface execute o comando hold queue nnnn out para configurar filas
Nota Os descartes são aceitáveis sob certas condições. Por exemplo, se um enlace está sendo super-utilizado é melhor que os pacotes sejam descartados que enfileirados, pois o protocolo TCP/IP possui controle de fluxo.
14.1.1.3 Entradas descartadas
As entradas descartadas aparecem no campo “input drops” da tela de resultado do comando show interfaces serial (Veja a figura 3.1). As entradas passam a ser descartadas quando o sistema está processando muitos pacotes em determinada interface.
Sintoma: A taxa de entradas descartadas está muito alta e aumentando em um enlace serial
Causa provável: A taxa de entrada da interface serial excede a capacidade de processamento do roteador ou as filias de entrada excedem o tamanho das filas de saída.
Nota Esses problemas geralmente ocorrem quando o tráfego está sendo roteado entre interfaces de alta velocidade (como ethernet, fast-ethernet, token ring, etc.) e interfaces seriais. Quando o tráfego é baixo, não há problema. O roteador só descarta pacotes em períodos de congestionamento.
Ação recomendada: Os passos a seguir são sugeridos para esse problema:
Passo 1 Aumente o tamanho da fila de saída da interface que está descartando pacotes. Use o comando hold-queue nnnn in para fazer essa configuração.
Passo 2 Reduza o tamanho da fila de entrada, usando o comando hold-queue nnnn in no modo de configuração da interface, para forçar que os descartes de entrada tornem-se descartes de saída. Pacotes descartados na saída afetam menos a performance do roteador.
14.1.1.4 Erros de entrada
Há muitos tipos de problemas que podem causar erros de entrada, que são verificados com o comando show interfaces serial (Veja figura 3.1). As causas mais comuns são listadas a seguir.
Nota Qualquer valor de erros de entrada para CRC (CRC error), erros de montagem de frame (framing erros), ou pacotes abortados acima de um porcento do tráfego total da interface sugere algum tipo de problema de enlace que deve ser isolado e resolvido.
Sintoma: Número de erros de entrada crescente e acima de um porcento do tráfego total da interface.
Causa provável: Os seguintes problemas podem gerar esse tipo de problema:
Falha no modem Enlace com nível de ruído muito alto Configuração incorreta de clock (SCTE não configurado) Cabo incorreto ou muito longo Cabo ou conector com defeito Roteador com problema
Ação recomendada: Os passos a seguir são sugeridos para esse problema:
Passo 1 Use um analisador serial para isolar a fonte dos erros de entrada. Se forem detectados erros, é provável que haja algum problema de hardware ou algum problema de configuração de clock de algum equipamento que compõe o enlace físico.
Passo 2 Faça testes com loopback e ping para isolar a fonte do problema. Veja o tópico “Usando o comando extended ping” e “Testes de loopback no DTE e DCE” deste capítulo.
A tabela 3.2 descreve os vários tipos de erros de entrada demonstrados através do comando show interfaces serial (Veja a figura 3.1), possíveis problemas que podem estar causando esses erros, e suas soluções.
Tabela 3.2 Linhas seriais: Determinando problemas de erros de entrada
Tipo de erro de entrada (nome do campo)
Provável problema Solução
Erros de CRC (CRC)
Erros de CRC acontecem quando o cálculo do CRC do pacote não bate (indicando que houve alteração do pacote na transmissão)1 Ruído no enlace físico2 O cabo da interface
serial é muito longo ou está passando junto com cabos elétricos
3 O modo SCTE não está configurado no DTE
4 O DCE não está gerando clock corretamente
Passo 1 Certifique-se de que a qualidade do enlace está aceitável, através de testes de BER, por exemplo
Passo 2 Verifique se as configurações de clock estão corretas. Se os DCEs estão gerando clock e se os DTEs estão configurados para receber clock (modo SCTE)
Passo 3 Solicite testes nos equipamentos que compõem o enlace físico
Erros na montagem de frames (frame)
Erros de montagem de frames ocorrem quando o último byte do frame não possui 8 bits1 Ruído no enlace físico2 Cabo não apropriado;
cabo muito longo3 O DTE não está
configurado para receber clock externo; o DCE não está configurado para gerar clock;
Passo 1 Certifique-se de que a qualidade do enlace está aceitável, através de testes de BER, por exemplo
Passo 2 Verifique se as configurações de clock estão corretas. Se os DCEs estão gerando clock e se os DTEs estão configurados para receber clock (modo SCTE)
Passo 3 Solicite testes nos equipamentos que compõem o enlace físico
Transmissões abortadas (abort)
Indicam uma sequência ilegal de bits1 O DTE não está
configurado para receber clock externo
2 A configuração de clock no DCE não está correta
3 O cabo serial é muito longo
4 Pacote terminado no meio da transmissão (por causa de um reset na interface ou erro de montagem de pacote)
Passo 1 Certifique-se de que a qualidade do enlace está aceitável, através de testes de BER, por exemplo
Passo 2 Verifique se as configurações de clock estão corretas. Se os DCEs estão gerando clock e se os DTEs estão configurados para receber clock (modo SCTE)
Passo 3 Cheque o hardware dos dois equipemantos-fim do enlace e troque de interface, se necessário
Passo 4 Diminua o tráfego e verifique se o número de aborts diminui
5 Problema de hardware – circuito com problema, DCE/DTE com problema, ou falha na interface do roteador remoto
Passo 5 Use loopbacks locais e remotos para determinar a origem dos aborts
Passo 6 Solicite um teste no enlace físico
14.1.1.5 Resets ocorridos na interface
Os resets de interface, que aparecem no comando show interfaces serial (Veja a figura 3.1), são resultados de pacotes de keepalive perdidos.
Sintoma: Resets de interfaces aumentando em interfaces seriais
Causa provável: As seguintes situações podem gerar esse tipo de problema:
Link congestionado (tipicamente associado à descartes de saída) Problema de enlace, causando oscilações do sinal CD Possível problema de hardware no DCE, switch ou DTE
Ação recomendada: Quando estiver ocorrendo resets na interface, examine outros campos demonstrados com o comando show interfaces serial para determinar a fonte dos problemas. Assumindo que o contador de resets está aumentando, examine os seguintes campos (ilustrados na figura 3.1):
Passo 1 Se está ocorrendo um grande número de descartes de pacotes de saída e esse número está aumentando (use o comando show interfaces serial para verificar isso) leia o tópico “Saídas descartadas” deste capítulo.
Passo 2 Cheque o campo de oscilações de portadora. Se o número de oscilações estiver incrementando, provavelmente há alguma falha no enlace físico ou no DCE/DTE ligado diretamente ao roteador. Solicite um teste nos equipamentos do enlace.
Passo 3 Cheque o campo de erros de entrada. Se o número de erros de entrada estiver incrementando, provavelmente há alguma falha no enlace físico ou no DCE/DTE ligado diretamente ao roteador. Solicite um teste nos equipamentos do enlace.
14.1.1.6 Oscilações de portadora
Oscilações de portadora ocorrem quando há interrupções no sinal da portadora (como um reset da interface do roteador remoto)
Sintoma: Contador de oscilações de portadora está aumentando
Causa provável: As seguintes situações podem gerar esse tipo de problema:
Interrupções na linha devido à um problema externo, como uma separação física de cabo
Falha de hardware do roteador ou problema no DCE/DTE conectado à ele
Ação recomendada: Siga os seguintes passos:
Passo 1 Cheque o hardware dos equipamentos-fim do enlace (coloque um analisador na linha para determinar a origem do problema).
Passo 2 Se não for possível identificar erros através do analisador, verifique se não há problema de hardware no roteador.
Passo 3 Troque os equipamentos com defeito, se necessário.
14.2 Usando o comando show controllers
Outra ferramenta de diagnóstico de linhas seriais importante é o comando show controllers. A sintaxe do comando varia dependendo da plataforma:
Em roteadores Cisco da família 7000 use o comando show controllers cbus
Nos Access Servers use o comando show controllers
A figura 3.2 mostra o resultado do comando show controllers serial n/n em um roteador Cisco 7200. No resultado do comando pode ser verificado o clock que a interface está recebendo, o tipo de cabo que está sendo utilizado e os sinais da linha serial.
Figura 3.2 Resultado do comando show controllers serial em uma porta HDLC (Roteador 7206)
O resultado desse comando em roteadores de outra família, como a 2500 por exemplo, é diferente, como pode ser observado na figura 3.3, que é o resultado do comando show controllers em um roteador Cisco 2501, onde a interface serial 0 possui um cabo V.35 e a serial 1 não possui nenhum cabo.
Figura 3.3 Resultado do comando show controllers serial em uma porta HDLC (Roteador 2501)
14.3 Usando comandos de debug
O resultado dos comandos debug fornece informações de status de um determinado protocolo e atividade da rede.
CUIDADO Esse tipo de comando deve ser utilizado com muito cuidado. O processamento do roteador é extremamente afetado quando comandos de debug são habilitados. Após a análise dos dados gerados pelo comando, utilize o comando no debug all para retirar todos os debugs.
A seguir são demonstrados alguns comandos debug que são úteis para a determinação de problemas em portas seriais WAN.
debug serial interface – Através desse comando é possível verificar se os pacotes HDLC de keepalive estão incrementando. Se não estiver, algum erro está ocorrendo na porta do roteador ou na rede.
debug frame-relay events – Determina se está ocorrendo troca de pacotes entre o roteador e o switch Frame Relay.
debug ppp negotiation – Mostra os pacotes PPP transmitidos durante o estabelecimento da sessão, onde as opções são negociadas.
debug ppp packet – Mostra os pacotes PPP enviados e recebidos.
Para executar os comandos de debug, faça telnet no roteador, entre com a senha de enable, execute o comando terminal monitor para receber as mensagens de debug na sessão de telnet aberta. Após isso digite o comando de debug desejado e verifique os dados necessários, seguem abaixo alguns resultados desse tipo de comando.
Figura 3.4 Resultado do comando debug serial interface & terminal monitor
Figura 3.5 Resultado do comando debug ppp packet & terminal monitor
Figura 3.6 Resultado do comando debug frame-relay packet & terminal monitor
14.4 Usando o comando extended ping
O comando ping é útil para fazer testes de conectividade entre equipamentos e de erros de entrada registrados no comando show interfaces serial.
Para determinar problemas de erros no enlace, faça os seguintes testes com o comando ping:
Passo 1 Coloque o DCE em loop.
Passo 2 Configure o comando ping para enviar pacotes com dados e tamanhos diferentes. As figuras 3.7 e 3.8 mostram dois tipos interessantes de teste, um com pacotes de 1500 bytes “0” e outro com 1500 bytes “1”, respectivamente.
Figura 3.7 Teste com o comando ping – 100 pacotes de 1500 bytes com valor “0”.
Figura 3.8 Teste com o comando ping – 100 pacotes de 1500 bytes com valor “1”.
Passo 3 Examine, através do comando show interfaces serial (Veja a Figura 3.1), e determine se os erros de entrada aumentaram. Se não, os hardwares locais (DCE, cabo ou interface do roteador) estão sem problemas.
Assumindo que com esse teste ocorreram vários erros de CRC ou montagem de frame, provavelmente há um erro de clock. Verifique a configuração de clock no DCE.
Passo 4 Se não houver erro de configuração de clock, nem estiver acontecendo erros de CRC ou de montagem de frame, coloque o DCE ou DTE remoto em loop.
Passo 5 Repita o teste de ping e verifique as estatísticas de erros de entrada.
Passo 6 Se os erros aumentarem, pode haver um problema no DCE/DTE remoto ou no enlace. Solicite um teste de erros no enlace e, se necessário, substitua o DCE/DTE remoto.
14.5 Determinando problemas de clock
Problemas de clock em conexões WAN podem resultar em perda de conexão ou em uma degradação de performance. Os itens a seguir mostram alguns aspectos de problemas de clock:
Causa dos problemas de clock Detectando problemas de clock Isolando problemas de clock Solução de problemas de clock
14.5.1 Causa dos problemas de clock
Em geral, os problemas de clock podem ser atribuídos à uma das seguintes causas:
Configuração incorreta do DTE Configuração incorreta do DCE Cabos com defeito Cabos passando com fiação elétrica
14.5.2 Detectando problemas de clock
Para detectar problemas de clock em enlaces WAN, procure por erros de entrada conforme o roteiro abaixo:
Passo 1 Execute o comando show interfaces serial nos roteadores-fim do enlace.
Passo 2 Procure por erros de CRC, montagem de pacotes e descartes.
Passo 3 Se algum dos casos a taxa de erros exceder ao range 0,5 à 2 porcento do tráfego da interface, provavelmente está ocorrendo problema de clock em algum ponto do enlace WAN.
Passo 4 Isole a fonte dos problemas de clock seguindo os passos do próximo tópico (“Isolando problemas de clock”)
14.5.3 Isolando problemas de clock
Depois de determinar que os problemas de clock estão gerando os erros de entrada na interface, siga os passos a seguir para isolar a fonte dos erros:
Passo 1 Execute uma série de testes de ping e loopback (locais e remotos).
Passo 2 Descubra qual lado da conexão está gerando o problema, ou se o problema está no enlace físico. Através de loopback local, faça testes de ping com tamanho de pacote e valores diferentes para os bytes (use datagramas de 1500 bytes, por exemplo).
Passo 3 Use o comando show interfaces serial e verifique se os contadores de erros de entrada estão aumentando.
Se os erros estão ocorrendo nas duas pontas, provavelmente há problema no clock do DCE.
Se os erros de entrada estiverem ocorrendo em apenas um lado, provavelmente há algum problema de cabo ou de configuração de clock no DTE.
Se estiverem ocorrendo descartes em algum lado, provavelmente o outro está mandando pacotes com problemas ou há problema no enlace físico.
Nota Sempre execute o comando show interfaces serial e verifique se ocorreram ou não mudanças nos contadores de erro.
14.5.4 Isolando problemas de clock
A tabela 3.3 descreve algumas sugestões para problemas de clock, baseadas na origem do problema.
Tabela 3.3 Linhas seriais: Problemas de clock e soluções
Provável problema14.5.4.1 Solução
Configuração incorreta do DCE Passo 1 Verifique se a configuração de clock dos DCEs
das duas pontasPasso 2 Configure os parâmetros de clock dos DCEs, se
necessário
Configuração incorreta do DTE Passo 1 Verifique se os DTEs das duas pontas estão
configurados para receber clock externo (modo SCTE)Passo 2 Se não estiverem, onfigure os DTEs para receber
clock externo
Cabo com defeitoVerifique se não há problema de cabo (comprimento, passando junto com fiação elétrica, etc.)
14.5.5 Invertendo a transmissão de clock
Se você está usando um equipamento para conectar ao roteador (em velocidades superiores à 64 Kbps) que não suporta o modo SCTE, pode ser necessário inverter a transmissão de clock no roteador. A inversão da transmissão de clock compensa a troca de fase entre os sinais de clock e dados.
O comando para inverter a transmissão de clock varia entre as plataformas. Em um roteador Cisco 7000 a sintaxe é invert-transmit-clock, para a família 4000 é dte-invert-txc.
14.6 Ajustando buffers
Utilização excessiva de banda acarreta na redução da performance geral e pode causar falhas intermitentes. Por exemplo, uma transmissão em protocolo UDP pode estar falhando porque pacotes estão sendo descartados em algum lugar da rede.
Se a situação é muito ruim, deve-se aumentar a largura de banda do enlace. No entanto, isso não é imediato. Uma maneira de resolver problemas de super-utilização do enlace é controlar a utilização de buffers no roteador.
CUIDADO Esse tipo de comande deve ser utilizado com muito cuidado, pois ele pode reduzir a performance do roteador e da rede se utilizado incorretamente.
Use uma das três opções abaixo para controlar a utilização dos buffers:
Ajuste parâmetros associados com os buffers de sistema Especifique o número de pacotes que podem ser enfileirados na saída (hold
queues) Defina a prioridade de como o tráfego é enfileirado para a transmissão
(priority hold queuing)
14.6.1 Ajustando os buffers de sistema
Há dois tipos de buffers nos roteadores Cisco. São os buffers de hardware e de sistema. Somente os de sistemas são configuráveis pelos administradores do sistema.
Os buffers de hardware são utilizados para transmissão e recepção das interfaces e são associados e gerenciados dinamicamente pelo sistema.
Os buffers de sistema são associados com a memória principal e são alocados para blocos de memória de tamanhos diferentes. Para verificar o status dos buffers de sistema execute o comando show buffers. A figura 3.9 mostra o resultado do comando show buffers.
Figura 3.9 Resultado do comando show buffers
Hits – Contador de buffers alocados com sucesso.
Misses – Contador de tentativas de alocação de buffer que resultaram no crescimento do pool de buffers
Trim – Contador de buffers liberados ao sistema por não estarem sendo utilizados.
Criados – Número de buffers criados devido à falhas.
Se o comando mostrar um grande número de falhas no campo “no memory”, deve ser reduzida a utilização dos buffers de sistema ou a memória RAM deve ser aumentada.
Se houver um grande número nos campos trims e created (acima de 12000), é possível melhorar a performance do enlace aumentando o valor “max-free” configurado para os buffers de sistema. Use o comando buffers max-free nnnn para aumentar o número de buffers de sistema livre. O valor a ser configurado deve ser 150 porcento do campo “total”. Repita esse processo até que não sejam mais demonstrados valores para os campos trims e created.
14.6.2 Implementando Hold Queues (Filas de espera)
Hold queues são buffers usados por cada interface do roteador para armazenar pacotes de entrada e saída. Use o comando hold-queue no modo de configuração da interface para aumentar o número de pacotes que podem ser armazenados antes do roteador começar a descartá-los, em caso de super-utilização do enlace.
Nota Geralmente é necessário aumentar os buffers de sistema quando hold queues de saída são configuradas. O valor usado depende do tamanho dos pacotes que trafegam pelo enlace.
14.7 Testes especiais em linhas seriais
Além das ferramentas básicas de diagnóstico dos roteadores Cisco há uma série de outras ferramentas e técnicas que podem ser utilizadas para determinar a condição de cabos, switches, modems, estações e equipamentos de rede remotos.
14.7.1 Testes de loopback
Se o comando show interface serial indica que a linha está “up”, mas o protocolo de linha está “down”, faça testes de loopback para determinar a origem dos problemas. Execute testes de loopback locais, depois remotos. A figura 3.10 mostra uma topologia básica de testes de loop local e remoto.
PSTN
Mux, Switch WAN,Modem, etc.
Mux, Switch WAN,Modem, etc.
Roteador BRoteador A
Loop local para oroteador A
Loop remoto parao roteador A
Loop remoto parao roteador B
Loop local para oroteador B
Figura 3.10 Testes de loopback local e remoto
14.7.1.1 Testes de loopback locais para enlaces HDLC ou PPP
Os passos abaixo indicam um procedimento geral para fazer testes de loopback juntamente com ferramentas de diagnóstico dos roteadores Cisco.
Passo 1 Coloque o DCE em loop local. Quando em loop, o equipamento é forçado a usar o clock local.
Passo 2 Use o comando show interfaces serial e verifique se o status da linha mudou de “line protocol is down” para “line protocol is up (looped)”, ou se permanece em “down”.
Passo 3 Se o protocolo de linha mudar o status para “up” com o loop local ativo, provavelmente o problema está ocorrendo no outro lado do conexão. Se o status não mudar, é possível que haja um problema no roteador, no cabo ou no DCE.
Passo 4 Se o problema aparentar ser local, use o comando debug serial interface e o comando terminal monitor.
Passo 5 Retire a configuração de loop no DCE local. Quando o protocolo mudar o status para “down” novamente o debug indicará que o contador de keepalive não está aumentando.
Passo 6 Configure o loop local novamente. Com isso os pacotes de keepalive devem ser incrementados. Se não estiverem incrementando, provavelmente há problemas de configuração de clock no DCE ou problemas na interface do roteador.
Passo 7 Cheque os equipamentos locais e os cabos conectados. Verifique se os cabos estão conectados às portas corretas.
A figura 3.11 mostra o resultado de um comando debug serial interface para uma conexão HDLC, com perda de pacotes de keepalive, mudando o status da linha para “down” e um reset na interface.
Figura 3.11 Comando debug serial interface & terminal monitor
14.7.1.2 Testes de loopback remotos para enlaces HDLC ou PPP
Se for determinado que os equipamentos locais estão funcionando mas ainda estão ocorrendo problemas com o enlace, tente fazer testes de loopback remoto para isolar a causa do problema.
Nota Esse teste assume que o protocolo de encapsulamento do enlace é HDLC.
Passo 1 Coloque o DCE remoto em loopback.
Passo 2 Verifique através do comando show interfaces serial se o protocolo de linha continua “up”, com o status “line protocol is up (looped)” ou “line protocol is down”.
Passo 3 Se o status permanecer “up (looped)”, o problema está ocorrendo entre o DCE remoto e o roteador. Faça os testes de loop local no outro lado da conexão para isolar a origem do problema.
Passo 4 Se o status mudar para “line protocol is down”, provavelmente há problemas no enlace físico.
