Tecnologias Ethernet e IP
Prof. Edgard Jamhour
email: [email protected]
URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
Módulo 1
• I) Introdução ao Ethernet
• II) Aquitetura IP
• III) Integração de Ethernet e IP
• IV) Modelo em Camadas TCP/IP
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
I – Introdução ao Ethernet
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
Evolução do Ethernet
• 1970 - 1976 – Xerox Corporation
– Robert Metcalfe
– Artigo: “Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer
Networks”
– 3 Mbps
– CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
• 1980 – Xerox, Digital, Intel
–
–
–
–
Robert Metcalfe fundou a 3Com
Ethernet I: não mais usado
Ethernet II: formato DIX (DEC, Intel, Xerox)
Padrão proposto em 10 Mbps
• 1985
– ANSI/IEEE 802.3
– Formato do quadro: IEEE 802.3 LLC
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
QUADROS ETHERNET II
• O quadro (frame) é a menor estrutura de informação
transmitida através de uma rede local.
ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO (6 bytes)
FRAME CHECK
ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM (6 bytes)
SEQUENCE
(4 bytes)
TIPO ou TAMANHO (2 bytes)
DA SA
Length/
Type
DADOS
FCS
46 – 1500 bytes
CABEÇALHO
Redes Ethernet GVT
FECHO
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processo
transmissor
7
6
5
4
7
processo
receptor
dados
dados
dados
APDU
6
7
dados
5
6
7
dados
4
5
6
7
dados
6
7
dados
5
6
7
dados
5
4
5
6
7
dados
4
3
4
5
6
7
dados
3
4
5
6
7
dados
5
6
PPDU
SPDU
dados
7
7
TPDU
6
pacote
3
3
4
5
6
7
dados
NPDU
quadro
2
1
2
3
4
5
6
7
dados
1
2
3
4
5
6
7
2
dados
DL-PDU
E
1
2
1
2
3
3
4
7
dados
E
2
2
1
1
0 1 0 0 1 0 0 ...
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Comunicação no Modelo OSI
Aplicação
protocolo aplicação
protocolo apresentação
Apresentação
Sessão
protocolo sessão
protocolo transporte
Transporte
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
protocolo rede
Rede
Rede
Enlace de Dados
protocolo enlace
protocolo da camada física
Física
Redes Ethernet GVT
Enlace de Dados
Física
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Camadas do Modelo OSI
HTTP, FTP,, DNS,
DHCP, etc
JPEG, MPEG, etc
RPC, NFS, SQL, etc
TCP, SPX, NetBEUI
IP, IPX, OSPF
Ethernet, PPP, HDLC
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de Dados
Física
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Gateway de Aplicação
segmento
Router
pacote
Ponte, Switch quadro
Hub, Repetidor
bit
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Padrões IEEE 802.3
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
•
A camada de enlace é dividida em 2 subcamadas
– Camada LLC: Logical Link Control
– Camada MAC: Medium Access Control
Rede
Enlace de
Dados
Física
Redes Ethernet GVT
Logical Link Control
(LLC)
IEEE 802.2
Media Access (MAC)
IEEE 802.3
Physical (PHY)
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Quadro Ethernet
• Os quadros Ethernet incluem informações de preâmbulo utilizados
para sincronização e delimitação dos quadros.
Redes Ethernet GVT
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Tipos de Quadros Ethernet
• A máxima unidade transportável em quadros Ethernet
(MTU) é 1500 bytes.
• Dois tipos de quadros Ethernet são utilizados.
– Formato DIX: Utiliza o campo Type
– Formato IEEE 802.x LLC: Utiliza o campo Length
• Valores até 1500:
– O quadro é do tipo IEEE 802.x, e o significado do campo é
Tamanho
• Valores acima de 1500
– O quadro é do tipo Ethernet II, e o significado do campo é Tipo
– Exemplos: 0x0806 ARP, 0x0800 IP
Redes Ethernet GVT
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A camada LLC
• A camada LLC introduz um nível adicional de endereçamento,
permitindo a multiplexagem de vários protocolos sobre a camada
MAC.
• O cabeçalho LLC pode ser seguido do cabeçalho SNAP (Subnetwork
Access Protocol) que inclui um campo com a mesma função que o
Ethertype do formado DIX.
IEEE
Organizationally
Unique Identifier
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Endereço MAC
• O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento
MAC
– endereços administrados localmente
• Quem instala a placa de rede.
– endereços universais
• OUI (Organizationally Unique Identifier).
1
2
OUI
Redes Ethernet GVT
3
4
5
6
Número de
Série
Exemplos de OUI:
XEROX
00-00-00 a 00-00-09
CISCO
00-00-0C
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Endereços MAC
•
•
Endereços MAC podem ser individuais ou em grupo.
Endereços de grupo podem ser
– broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF) ou mulitcast (e.g. 01-00-5E-XX-XX-XX)
Redes Ethernet GVT
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Multicast para Protocolos Padronizados
• The following 48-Bit Universal Address Block has been allocated for
use by standard protocols:
• 0X-80-C2-00-00-00 to 0X-80-C2-FF-FF-FF
– X = 0 (unicast)
– X = 1 (grupo)
• IEEE 802.1D MAC Bridge Filtered MAC Group Addresses:
– 01-80-C2-00-00-00 to 01-80-C2-00-00-0F;
– Não encaminhados por bridges IEEE 802.1D.
• Standard MAC Group Addresses:
– 01-80-C2-00-00-10 to 01-80-C2-FF-FF-FF;
– Encaminhados por bridges IEEE 802.1D.
Redes Ethernet GVT
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Princípio do Ethernet
• A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no
princípio de comunicação com broadcast físico.
B
A
DADOS
A
FCS
B
C
quadro
Redes Ethernet GVT
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Recepção: Filtragem de Endereços
IP
REDE
MAC
INTERRUPÇÃO
ENLACE/FÍSICA
MACD = PLACA DE REDE LOCAL
MACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF)
MACD = MULTICAST (01.5E …)
MACD
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MACO
DADOS
FCS
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Transmissão: CSMA/CD
N
Meio
Livre
?
Aguarda
o meio
ficar livre
Número
de
Tentativas
Esgotado
?
N
Espera um
tempo
aleatório
S
S
Iniciar Transmissão
S
Houve
Colisão
?
Continuar até
atingir o tamanho
mínimo
N
Informa Sucesso
para Camadas
Superiores
Redes Ethernet GVT
Informa Falha
para Camadas
Superiores
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ETHERNET NÃO COMUTADA
Tempo para acesso a rede aumenta com o número de terminais.
ESCUTANDO
ESCUTANDO
A
B
C
quadros na fila de espera
Redes Ethernet GVT
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ETHERNET NÃO COMUTADA
Taxa de ocupação máxima diminui com a distância entre os
terminais
• O tempo de propagação entre as estações afeta
a taxa de ocupação máxima da rede.
T
A
B
A TRANSMITE
B RECEBE
t
A RECEBE
B TRANSMITE
tempo para o sinal ir de A para B
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Exemplo
• Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s:
– Tempo para transmitir um quadro T = 10 10-6 s
• Velocidade de propagação no meio: 200 000 Km/s
– Tempo de propagação: t = 1 10-6 s para 200 m
– Tempo de propagação: t= 10 10-6 para 2 Km
HALF-DUPLEX
eficiência = T/(T+t)
L
eficiência200m = 91%
eficiência2Km = 50%
eficiência100Mbits e 2Km = 9,1%
A
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B
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ETHERNET NÃO COMPUTADA
Existe possibilidade de colisão
A
B
C
COLISÃO DETECTADA POR A
A
A TRANSMITE
t
RECEBIDO DE C
COLISÃO DETECTADA POR C
C
t
RECEBIDO DE A
C TRANSMITE
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Exemplo
• eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T)
– t: tempo de propagação
• L = 200m então t=1 10-6s
– T: tempo para transmitir o quadro
• T = 10 10-6 s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s)
HALF-DUPLEX
eficienciaL=200m = 60,8 %
L
eficienciaL=2Km = 13,4%
eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 %
A
Redes Ethernet GVT
B
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LIMITAÇÕES DAS LANS NÃO COMUTADAS
• O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO
– Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o
desempenho da rede diminui na medida em que muitos
computadores são colocados no mesmo barramento.
• A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É
LIMITADA
– Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento
antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver
desocupado.
– Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance
de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado
de colapso e baixo desempenho.
Redes Ethernet GVT
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HUBS
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam
internamente a construção dos barramentos físicos.
HUB
C A
C A
A
Redes Ethernet GVT
C A
B
C
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Repetidor: BIT
10101
10101
repetidor
amplitude
fibra
cobre
Redes Ethernet GVT
distância
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Hub: Bit
Hub
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Operação Half-Duplex
•
•
•
O tamanho mínimo do quadro está relacionado com o máximo diâmetro de colisão.
O quadro deve ser suficientemente grande para que a colisão seja detectada pelo
transmissor antes que a transmissão termine.
Isso impõe limitações ao tamanho mínimo de um quadro ou a máxima distância de
operação.
Parameter
10 Mbps
100 Mbps
1000 Mbps
Minimum frame size
64 bytes
64 bytes
520 bytes1 (with
extension field added)
Maximum collision
diameter, DTE to DTE
100 meters UTP
100 meters UTP
412 meters fiber
100 meters UTP
316 meters fiber
Maximum collision
diameter with repeaters
2500 meters
205 meters
200 meters
Maximum number of
repeaters in network
path
5
2
1
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ETHERNET COMUTADA: SWITCH
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a
construção dos barramentos físicos.
PORTA
SWITCH
1
C A
2
C A
C A
A C
1
A
3
C
A C
A
Redes Ethernet GVT
3
COMPUTADOR
B
C
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SWITCH
• Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local
analisando os endereços físicos. Permitem também interligar
dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes.
SWITCH
HUB
A
Redes Ethernet GVT
B
HUB
C
D
E
F
G
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Operação em Full-Duplex
•
•
•
O modo de operação em full-duplex é bem mais simplex que a operação half-duplex,
pois não existe necessidade de controlar o compartilhamento do meio.
O quadros podem ser transmitidos em um fluxo contínuo, mas há necessidade de
respeitar-se um intervalo mínimo entre frames (IFG – InterFrame Gap).
A operação full-duplex inclui a implementação do controle de congestionamento por
hardware.
Flow Control
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Autonegociação
• A auto-negociação ocorre na inicialização do link:
– O nó envia uma mensagem de anuncio, com sua versão de Ethernet e
capacidades opcionais.
– Reconhece o recebimento dos modos operacionais compartilhados pelas
NICs
– Rejeita os modos operacionais que não são compartilhados
– Configura sua NIC com o maior modo operacional que ambas as placas
podem suportar.
Selection Level
Operational Mode
Maximum Total Data Transfer Rate (Mbps)1
9
1000Base-T full-duplex
2000
8
1000Base-T half-duplex
1000
7
100Base-T2 full-duplex
200
6
100Base-TX full-duplex
200
5
100Base-T2 half-duplex
100
4
100Base-T4 half-duplex
100
3
100Base-TX half-duplex
100
2
10Base-T full-duplex
20
1
10Base-T half-duplex
10
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Prática - 1
• Comandos Básicos
–
–
–
–
show interfaces
show interfaces interface-id
show mac address table dynamic
show mac address table aging-time
• Verifique:
– Mecanismo de aprendizagem do switch
– Atualização da tabela MAC em caso de reconfiguração
(troca de cabos)
Redes Ethernet GVT
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Prática - 2
Verificar tabela MAC nos Switches
SWITCH
SWITCH
A
Redes Ethernet GVT
B
SWITCH
C
D
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Prática – 3
Verificar tabela MAC nos Switches
SWITCH
SWITCH
A
Redes Ethernet GVT
B
SWITCH
C
D
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Prática – 4
Verificar tabela MAC nos Switches
SWITCH
SWITCH
A
Redes Ethernet GVT
B
SWITCH
C
D
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BroadCast e Multicast Ethernet
•
Por default, quadros transmitidos com endereços de destino multicast
desconhecidos ou endereços broadcast são encaminhados para todas as
portas do switch.
PORTA
SWITCH
F
A
F
1
A
Redes Ethernet GVT
F
A
F
2
B
COMPUTADOR
3
F
A
F
C
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LANS Virtuais
• SEGMENTO = Domínio de Colisão
– Os computadores de um Hub estão no mesmo segmento físico.
• VLAN = Domínio de Broadcast
– O tráfego de broadcast pode passar de uma VLAN para outra apenas
através de um roteador.
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
B
FF.FF.FF.FF.FF.FF
C
A
SWITCH
A,B,C: VLAN 1
D
D,E: VLAN 2
E
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Interligação de Switches
B
C
VLAN 2
VLAN 2
VLAN 1,2,3
VLAN 1
SWITCH
A
D
SWITCH
TRUNK
ACCESS
VLAN 3
VLAN 1,2,3
Interface Trunk: Tráfego de
Várias VLANs
IEEE 802.1Q
Interface de Acesso: Tráfego
de uma única VLAN
IEEE 802.3
Redes Ethernet GVT
VLAN 1,2,3
SWITCH
VLAN 2
E
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Modos das Portas de Switch
• As portas de um switch pode trabalhar em dois
modos:
– Modo Access
• Cada porta do switch pertence a uma única VLAN.
• Quadros Ethernet: Formato Normal.
– Modo Trunk
• O tráfego de múltiplas VLANs é multiplexado em um único link
físico.
• Usualmente interconectam switches.
• Quadros Ethernet: formato especial (VLAN).
• Apenas computadores com placas especiais podem se
conectar a essas portas.
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Protocolos Trunk
• Os quadros nas interfaces Trunk são formatados em
quadros especiais para identificar a quais LANs eles
pertencem.
• O IEEE 802.1Q é um protocolo para interface Trunk.
0x8100
6 Bytes
6 Bytes
2 Bytes
3 Bits
1 Bit
12 Bits
DESTINO
ORIGEM
TYPE
PRIO
CFI
VLAN ID
Esses campos são removidos
quando o quadro é enviado para
uma interface do tipo access.
Redes Ethernet GVT
2 Bytes
TYPE
Dados
CRC
PRIO: IEEE 802.1 P
CFI: Canonical Format Indicator
• 0 em redes Ethernet
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Configuração das Portas do Switch
• 1) Entrar em modo terminal:
– configure terminal
• 2) Selecionar uma interface
– interface Gi1/0/1 ou interface Fa0/1
– interface range Gi1/0/1 – 10
• 3) Executar comando de configuração:
–
–
–
–
speed auto
duplex auto
flowcontrol receive on
mdix auto
• 4) Sair do modo terminal
– end
• 5) Mostrar configuração
– show interfaces
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Auto-MDIX
• Auto-MDIX: Automatic Medium-Dependent Crossover
switch
Cabo paralelo
(straight through)
host
switch
Cabo cruzado
(crossovet)
switch
switch
Cabo paralelo
(straight through)
Redes Ethernet GVT
roteador
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Prática - 5
• Divida cada um dos switches em 3 VLANS:
– VERMELHO
– VERDE
– AZUL
• Utilizando o Ethereal verifique:
– Como o tráfego broadcast se propaga entre as VLANs
– Como o tráfego unicast se propaga entre as VLANs
Redes Ethernet GVT
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Comandos para VLANs
• Criação de VLANs
–
–
–
–
configure terminal
vlan 20
name test20
end
• Adição de portas as VLANs
–
–
–
–
–
configure terminal
interface G1/0/1
switchport mode access
switchport access vlan 2
end
• Verificar configuração atual
– show VLAN brief
Redes Ethernet GVT
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II – Arquitetura IP
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
WAN – Interligação de Redes LAN
• A interconexão de LANs (ou VLANs) é feita através de roteadores.
• A rede resultante denomina-se WAN (Wide Area Network)
(V)LAN
(V)LAN
roteador
switch
switch
internet
(V)LAN
switch
Ponto-a-Ponto full-duplex
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Roteamento na WAN
Por pacote
Por circuito
Destinatário
final
ID de
circuito
Subrede
Redes Ethernet GVT
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ROTEADORES
• Os roteadores são dispositivos responsáveis por rotear os
pacotes através da rede. Cada roteador possui apenas uma
visão local da rota, isto é, ele decide apenas para qual de suas
portas enviar o pacote.
PORTA
PACOTE
ROTEADOR
?
PORTA
PORTA
Redes Ethernet GVT
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QUADRO E PACOTE
• Os pacotes são transportados no interior dos
quadros.
QUADRO
PACOTE
DESTINO
ORIGEM
ORIGEM
DESTINO
DADOS
CRC
ENDEREÇO DE REDE
ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede
Redes Ethernet GVT
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200.17.106.x
QUADRO E PACOTE
O QUADRO MUDA DE ACORDO COM O MEIO FÍSICO
O PACOTE É SEMPRE O MESMO
ENLACE
PONTO-A-PONTO
REDE LOCAL
TOKEN-RING
REDE LOCAL
ETHERNET
Redes Ethernet GVT
200.17.176.x
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Endereçamento IP
• INTERNET = WAN IP
gateway
internet
internet
REDE
REDE
REDE
Redes Ethernet GVT
REDE
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Endereços IP
• Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST
Endereço IP de 32 bits
id rede
id host
Máscara de Subrede de 32 bits
host
REDE
REDE
internet
hosts com o
mesmo
identificador de
rede.
hosts com
identificadores
de rede
distintos.
REDE
Redes Ethernet GVT
REDE
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Notação Decimal Pontuada
2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120
10000000 00001010 00000010 00011110
27=128
23+21=10
21=2
128.10.2.30
Redes Ethernet GVT
notação
binária
24+23+22+21=30
notação decimal
pontuada
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Máscara de Subrede
• Interpretação:
– Bit 1: Identificador de rede
– Bit 0: Identificador de host
• Exemplo:
– 255.255.255.0 =
– b’11111111. b’11111111. b’11111111. b’00000000 =
– /24
192.168.1.2/24
192.168.1.0/24
192.168.1.0
....
192.168.1.255
192.168.1.2/16
192.168.0.0/16
192.168.0.0
....
192.168.0.255
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Classe IP
10.0.0.0/8
...
16 milhões
A
172.68.0.0/16
...
65 mil
B
200.134.51.0/24
...
255
Redes Ethernet GVT
C
2006, Edgard Jamhour
REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE
ENDEREÇOS IP
• HOSTS NA MESMA REDE LOCAL
– DEVEM TER O MESMO ID DE REDE
• HOSTS COM ID DE REDE DIFERENTE
– DEVEM SER LIGADOS ATRAVÉS DE
ROTEADORES.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Exemplo
REDE 1
...
100 computadores
200.17.98.0
255.255.255.0
REDE 2
...
50 computadores
...
50 computadores
REDE 3
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Divisão dos IP’s
255.255.255.0 [256]
255.255.255.b’00000000 [256]
255.255.255.b’10000000 [128]
255.255.255.b’11000000 [64]
= 255.255.255.192
200.17.98.0
200.17.98.63
200.17.98.64
REDE 1:
ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.0/25
MÁCARA: 255.255.255.128
200.17.98.127
200.17.98.128
200.17.98.191
200.17.98.192
200.17.98.255
Redes Ethernet GVT
REDE 2:
ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.128/26
MÁCARA: 255.255.255.192
REDE 3:
ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.192/26
MÁCARA: 255.255.255.192
2006, Edgard Jamhour
200.17.98.1/25
...
200.17.98.2
/25
REDE 2
200.17.98.128/26
(50 hosts)
200.17.98.129
...
200.17.98.101
/25
200.17.98.130
/26
200.17.98.179
/26
REDE 1
200.17.98.0/25
(100 hosts)
...
200.17.98.193/26
REDE 3
200.17.98.192/26
(50 hosts)
Redes Ethernet GVT
200.17.98.194
/26
200.17.98.243
/26
2006, Edgard Jamhour
Endereços IP especiais
• Não podem ser atribuídos a nenhuma estação:
– 127.0.0.1:
• Endereço de Loopack
– 0.0.0.0:
• Endereço de Inicialização (DHCP)
– Primeiro endereço de um bloco de sub-rede
• Identificador da rede
• e.g. 192.168.1.0/24
– Último endereço de um bloco de sub-rede
• Broadcast para o bloco
• e.g. 192.168.1.255/24
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
III – Integração Ethernet e IP
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
Mapeamento de Endereços IP e MAC
• O endereços IP são endereços lógicos.
• Os endereços MAC são endereços físicos associados a uma
interface Ethernet
IP (200.17.98.217)
NIC
Redes Ethernet GVT
Endereços de 48 bits
(6 bytes)
MAC (00-60-08-16-85-B3)
2006, Edgard Jamhour
Relação entre IP e MAC
endereço IPA
Estação A
Estação B
NIC
endereço
físico MACA
NIC
endereço IPB
endereço físico
MACB
datagrama
MACB
MACA
IPA
IPB
Dados
quadro
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Address Resolution Protocol - ARP
• O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para
MAC.
– As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o
destinatário através do endereço IP.
– O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para
passa a camada de enlace de dados.
Rede
Enlace de Dados
LLC +MAC
Redes Ethernet GVT
IP ORIGEM
MAC de
Destino
MAC de
Origem
IP DESTINO
Tipo
Dado
Dado
ECC
2006, Edgard Jamhour
ARP
qual o MAC do IP 200.134.51.6 ?
o MAC do IP 200.134.51.6 é C ?
ARP
REQUEST
A
Redes Ethernet GVT
ARP
REPLY
B
C
2006, Edgard Jamhour
ARP
• O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os
datagramas enviados na ARP Cache.
– Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache.
– Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast
para subrede.
• Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve
o endereço para o roteador ao invés do destinatário final.
ARP Cache
endereço IP
endereço MAC
200.17.98.217 00-60-08-16-85-B3
10.17.98.30
00-60-08-16-85-ca
Redes Ethernet GVT
tipo
dinâmico
dinâmico
2006, Edgard Jamhour
O ARP só funciona na rede local
ARP request
Redes Ethernet GVT
o roteador não propaga broadcast
2006, Edgard Jamhour
Detecção de Endereços IP Duplicados
• Quando o endereço IP de uma maquina é configurado, ela
envia uma mensagem ARP perguntando o MAC desse IP.
Se alguém responder, então o endereço já existe.
IP Source: 200.1.2.3
MAC Source: 00-06-5B-28-BA-DB
IP Destination: 200.4.5.6
MAC Destination: ?
Detecção de
endereço duplicado
ARP
REQUEST
200.1.2.3
Redes Ethernet GVT
200.4.5.6
200.1.2.3
2006, Edgard Jamhour
Roteamento
comunicação intrarede.
internet
REDE
REDE
REDE
REDE
comunicação interredes
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Roteamento
• Comunicação intra-rede
– Os endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do
computador de destino.
• Comunicação inter-redes
– O endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do roteador
ligado a mesma rede física que a estação transmissora.
INTRA-REDE
MAC
DESTINATARIO
MAC
TRANSMISSOR
IP
TRANSMISSOR
IP
DESTINATARIO
DADOS
IP
TRANSMISSOR
IP
DESTINATARIO
DADOS
INTER-REDES
MAC
ROTEADOR
Redes Ethernet GVT
MAC
TRANSMISSOR
2006, Edgard Jamhour
Comunicação Inter-Redes
B A IPA IPD
D C IPA IPD
B
IPB
A
IPA
Redes Ethernet GVT
C
IPC
D
IPD
2006, Edgard Jamhour
Exemplo
primeiro salto:
IP origem: 10.0.0.2
IP destino: 30.0.0.2
endereço físico de origem: A
endereço físico de destino: B
segundo salto:
IP origem: 10.0.0.2
IP destino: 30.0.0.2
endereço físico de origem: C
endereço físico de destino: D
terceiro salto:
IP origem: 10.0.0.2
IP destino: 30.0.0.2
endereço físico de origem: E
endereço físico de destino: F
quadro
quadro
rede 10.0.0.0
quadro
roteador
rede 20.0.0.0
IP: 20.0.0.3
endereço físico: D
emissor
IP: 10.0.0.2
endereço físico: A
IP: 10.0.0.3
endereço físico: B
Redes Ethernet GVT
roteador
rede 30.0.0.0
receptor
IP: 30.0.0.3
endereço físico: E
IP: 30.0.0.2
endereço físico: F
IP: 20.0.0.2
endereço físico: C
2006, Edgard Jamhour
Roteamento entre VLANs
• O roteamento entre VLANs é uma funcionalidade disponível em
switches de camada 3.
Routed port
SVI
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Configurações de Roteamento
• Os switches disponibilizam 2 tipos de interface para fazer roteamento:
– SVI (Switch Virtual Interface)
• Utilizado para roteamento interno
• Comando:
– interface vlan vlaid
• Não está associado a uma porta física
– Routed Port
• Utilizado para roteamento externo
• Porta física configurada em layer 3
• Comando:
– no switchport
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Configuração
• Route Port
–
–
–
–
–
–
–
–
configure terminal
interface interface-id
no switchport
ip address ip-address subnet-mask ou no ip address
no shutdown
end
show interface interface-id
show ip interface interface-id
• SVI
–
–
–
–
configure terminal
interface vlan-id ou no interface vlan-id
ip address ip-address subnet-mask
end
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Roteamento
•
O roteamento não é habilitado por default:
–
–
–
–
configure terminal
ip routing
router rip
end
show ip arp
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Pratica
10.0.0.0/24
10.1.0.0/24
Fa0/1-8
Fa0/1-8
VLAN 1: svi 10.0.0.1
VLAN 2: svi 10.0.0.2
3750
2950
Vlan 1
Fa0/1-8
10.0.0.0/24
Redes Ethernet GVT
2950
Vlan 2
Vlan 1
Vlan 2
Fa0/916
Fa0/1-8
Fa0/916
10.1.0.0/24
10.0.0.0/24
10.1.0.0/24
2006, Edgard Jamhour
Tabela de Roteamento
POR ONDE
o pacote é enviado
PARA ONDE
o pacote é enviado
Rede Destino
Interface
Gateway
Custo
10.0.0.0/24
10.0.0.19
10.0.0.19
0
10.1.0.0/24
10.0.0.19
10.0.0.1
1
/24 = 255.255.255.0
10.0.0.0
10.0.0.255
Redes Ethernet GVT
ENDEREÇO DE BASE
PROPRIEDADE:
O resultado de um E-BINARIO de
qualquer endereço da rede
com a máscara resulta sempre no
endereço de base.
2006, Edgard Jamhour
Sequência de Análise da Rota
• 1) DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA
– ROTA MAIS ESPECÍFICA:
• ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA
• 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO
• 3) ORDEM DAS ROTAS NA TABELA
Endereço de rede
Máscara
Gateway
Interface
Custo
0.0.0.0
0.0.0.0
10.0.0.1
10.0.0.19
1
10.0.0.0
255.255.255. 0
10.0.0.19
10.0.0.19
1
10.0.0.19
255.255.255.255
127.0.0.1
127.0.0.1
1
10.255.255.255
255.255.255.255
10.0.0.19
10.0.0.19
1
127.0.0.0
255.0.0.0
127.0.0.1
127.0.0.1
1
224.0.0.0
224.0.0.0
10.0.0.19
10.0.0.19
1
255.255.255.255
255.255.255.255
10.0.0.19
10.0.0.19
1
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Fragmentação IP e MTU Ethernet
•
Conceito: Denominação dada à unidade de dados do protocolo de rede
IP. Os datagramas são transportados no campo de dados do quadros
da camada de enlace de dados, num processo conhecido como
encapsulamento.
Cabeçalho do
datagrama
Cabeçalho do
quadro
Redes Ethernet GVT
Campo de dados do datagrama
Campo de dados do quadro
Camada de rede
Camada de enlace
de dados
2006, Edgard Jamhour
Fragmentação de datagramas
•
O tamanho máximo permitido para os quadros pode ser inferior ao
tamanho máximo de um datagrama. Por exemplo, as redes Ethernet
limitam o tamanho dos quadros a apenas 1500 bytes, enquanto os
datagramas IP podem chegar até 64 K bytes. Nesse caso, é necessário
transmitir um datragrama utilizando vários quadros.
Cabeçalho do
datagrama
Campo de dados do datagrama
600
0
Dados1
o cabeçalho do
datagrama
original é
reproduzido em
cada um dos
segmentos.
Dados2
Dados3
Cabeçalho do
datagrama
Dados1
Fragmento 1 (Deslocamento 0)
Cabeçalho do
datagrama
Dados2
Fragmento 2 (Deslocamento 600)
Cabeçalho do
datagrama
Redes Ethernet GVT
1500 bytes
1200
Dados3
Fragmento 3 (Deslocamento 1200)
2006, Edgard Jamhour
Formato de um datagrama
• O formato de um datagrama é mostrado abaixo:
0
4
8
12
Byte 1
VERS
16
Byte 2
HLEN
Byte 3
Tipo de serviço
28
31
Byte 4
Comprimento total
Identificação
Tempo de vida
24
20
flags
Protocolo
Deslocamento do fragemento
Checksum do cabeçalho
cabeçalho
Endereço IP de origem
Endereço IP de destino
Opções IP
Preenchimento
Dados
…..
Redes Ethernet GVT
dados
2006, Edgard Jamhour
Prática
• Utilizando o comando ping do Windows e o Ethereal verifique o
processo de fragmentação do IP sobre o Ethernet.
• ping –l tamanho_mensagem_bytes ip_destino –t
• Analise:
– Ponto de fragmentação
– Identificadores de Fragmento
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
IV – Modelo em Camadas TCP/IP
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
Camada de Transporte
Processo
Processo
Processo
APLICAÇÃO
PORTA
APLICAÇÃO
PORTA
TRANSPORTE
Processo
PORTA
PORTA
TRANSPORTE
IP
TRANSPORTE
IP
IP
REDE
REDE
MAC
MAC
ENLACE/FÍSICA
ENLACE/FÍSICA
REDE
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
PORTAS
• Exemplo: Protocolo TCP/IP
– Portas são números inteiros de 16 bits
– Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority)
0
1023
PORTAS RESERVADAS PARA
SERVIDORES PADRONIZADOS
1024
PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E
SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS
65535
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Protocolo do nível de transporte
• Conceito: Os protocolos de transporte são capazes de manipular
múltiplos endereços numa mesma estação, permitindo que várias
aplicações executadas no mesmo computador possam enviar e
receber datagramas independentemente.
Camada de Aplicação
Camada de Transporte
(TCP ou UDP)
cabeçalho
de controle
Dados
Dados
Unidade de dados do
protocolo de transporte
T-PDU
datagrama IP
Camada de Rede
(IP)
Dados
Camada de Enlace de
dados
quadros
representação lógica binária
0001101010101010101010001
A T-PDU é
encapsulad
a no campo
de dados
do
datagrama
IP.
Camada Física
representação elétrica ou óptica
meio físico de transmissão
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Protocolo TCP
• Conceito: Protocolo da camada de transporte que oferece um serviço
de comunicação confiável e orientado a conexão sobre a camada de
rede IP.
• O Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) é um protocolo
orientado a conexão destinado a construir comunicações ponto a
ponto confiáveis.
• O protocolo TCP utiliza um nível de endereçamento complementar
aos endereços IP, que permite distinguir vários endereços de
transporte numa mesma estação.
•
• Os endereços de transporte são números inteiros de 16 bits
denominados portas.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Endereçamento por Portas
O protocolo TCP identifica u ma conexão
pelo par (IP,porta) de ambas as
extremidades. Dessa forma, u ma mes ma
porta pode ser usada para estabelecer
simu ltaneamente duas conexões sem
nenhuma ambiguidade.
A aplicação B se comunica como se
estivesse utilizando uma ligação ponto a
ponto dedicada com cada u ma das outras
aplicações.
Aplicação
B
Aplicação
A
CAMADA DE
APLICAÇÃO
CAMADA
TDP
Porta
53
Porta
1184
4
Porta
25
Porta
53
Aplicação
C
Porta
1184
Porta
1069
CAMADA
IP
CAMADAS
INFERIO RES
128.10.2.3
ESTAÇÃO A
Conexão bid irecional formada pelo
par (128.10.2.3,1184) e
(128.10.2.4,53)
Redes Ethernet GVT
128.10.2.4
128.10.2.5
ESTAÇÃO B
ESTAÇÃO C
Conexão bid irecional formada
pelo par (128.10.2.5,1184) e
(128.10.2.4,53)
2006, Edgard Jamhour
Transmissão Por Fluxo
• O protocolo TCP é implementado no sistema operacional.
• Ele oferce aos desenvolvedores a possibilidade de escrever
aplicações que transmitem e recebem bytes num fluxo contínuo, sem
se preocupar com a fragmentação dos dados em pacotes.
aplicação
aplicação
Fluxo contínuo de
bytes (stream)
socket
Fluxo contínuo de
bytes (stream)
socket
TCP
TCP
segmentos
IP
Redes Ethernet GVT
segmentos
IP
2006, Edgard Jamhour
Segmentação
• O fluxo contínuo de bytes é transformado em segmentos para
posterior encapsulamento no protocolo IP. O tamanho máximo de um
segmento é denominado MSS (Maximum Segment Size).
• O valor default do MSS é geralmente escolhido de forma a evitar a
fragmentação IP (MSS < MTU).
Fluxo Contínuo de Bytes
0
200
0
Dados
SEGMENTO
Redes Ethernet GVT
800
500
200
Dados
SEGMENTO
500
bytes
Dados
SEGMENTO
2006, Edgard Jamhour
QUADRO, PACOTE E SEGMENTO
QUADRO
PACOTE
SEGMENTO
ORIGEM
DESTINO
ORIGEM
DESTINO
ENDEREÇOS
DE REDE
ORIGEM
DESTINO
DADOS
CRC
PORTAS
(ENDEREÇOS DE
PROCESSOS)
ENDEREÇOS
FÍSICO
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Segmento TCP
0
4
8
12
Byte 1
16
Byte 2
20
Byte 3
Porta de origem
24
28
31
Byte 4
Porta de destino
Número de Seqüência
Número de Confirmação
HLEN
Reservado
Janela de Recepção
BITS DE CÓDIGO
Ponteiro de Urgência
Checksum
Opções
Dados
…..
FLAGS: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Campos TCP
• Número de Sequência
– Corresponde ao número do primeiro byte do segmento
em relação a fluxo contínuo de bytes da conexão TCP.
– Na prática, o número inicial não é 0, mas sim um
número escolhido de forma aleatória para cada
conexão.
• Essa técnica diminua a possiblidade de que segmentos de
uma conexão antiga já encerrada sejam inseridos em novas
conexões TCP.
• Número de Confirmação
– Número de sequência do próximo byte que o host está
aguardando receber.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Retransmissão
• A técnica de retransmissão do TCP é o
reconhecimento positivo com temporizadores.
– O TCP não usa NAK.
– Se o ACK não chegar no transmissor num tempo prédeterminado, o segmento é retransmitido.
• O receptor pode enviar pacotes sem dados,
apenas com confirmação, quando não tem nada
para transmitir.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Retransmissão
• Segmentos que são recebidos fora de ordem não
são confirmados pelo receptor.
– O receptor repete o último valor confirmado para o
transmissor.
• Se o transmissor receber 3 segmentos com o
mesmo número de confirmação, ele retransmite
os segmentos perdidos.
– Essa técnica é denominada retransmissão rápida
(retransmissão antes de expirar o temporizador do
segmento).
– Algumas implementações de TCP usam a
retransmissão de 3 ACK duplicados como um NAK
implítico.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Temporização
• A temporização é estimada em função do tempo médio de Round-Trip
Time (RTT) para enviar e confirmar um segmento.
• O transmissor pode adotar várias técnicas para estimar este tempo.
Uma estratégia comum é a seguinte:
– EstimatedRTT = 0.875 EstimatedRTT + 0.125 SampleRTT
– Temporizador = EstimatedRTT + 4 . Desvio
– Desvio = 0.875 Desvio + 0.125 (SampleRTT – EstimatedRTT)
• Onde:
– SampleRTT: última medição de RTT
– Desvio: medida da flutuação do valor do RTT
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Recomendações RFC 1122 e 2581
EVENTO
•
Chegada de um segmento na
ordem.
•
Chegada de um segmento fora de
ordem.
•
Chegada de um segmento que
preenche a lacuna.
Redes Ethernet GVT
AÇÃO TCP DESTINATÁRIO
•
Aguarda 500 ms. Se outro
segmento não chegar, confirma o
segmento. Se outro segmento vier,
confirma os dois com um único
ACK.
•
Envia imediatamente o ACK
duplicado com o número do byte
aguardado.
•
Envia imediatamente o ACK (se o
preechimento foi na parte contigua
baixa da lacuna).
2006, Edgard Jamhour
Controle de Fluxo
• Janela de Recepção
– Informa a quantidade de bytes disponíveis no
buffer de recepção do host.
– Quando o receptor informa ao transmissor que
a janela de recepção tem tamanho 0, o
transmissor entra num modo de transmissão
de segmentos de 1 byte, até que o buffer do
receptor libere espaço.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Estabelecimento de uma Conexão TCP
• Estágio 1: do cliente para o servidor (segmento SYN)
– Define o valor inicial do número de sequência do cliente:
• SEQ = clienteseq
– Flag de controle:
• SYN = 1, ACK = 0
• Estágio 2: do servidor para o cliente (segmento SYNACK)
– Confirma o valor do número de sequência:
• ACK = clienteseq + 1
– Define o valor inicial do número de sequencia do servidor
• SEQ = servidorseq
– Flag de controle:
• SYN = 1, ACK = 1
• Estágio 3: do cliente para o servidor
– Confirma o valor do número de sequência:
• SEQ = servidorseq + 1
• ACK = servidorseq + 1
• SYN = 0, ACK = 1
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Encerramento da Conexão
• O encerramento de conexão e feito utilizando o
Flag FIN.
• Exemplo: O cliente encerra a conexão
1. Do cliente para o servidor
– FIN = 1
2. Do servidor para o cliente
– ACK
3. Do servidor para o cliente
– FIN = 1
4. Do cliente para o servidor
– ACK
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Outros Bits de Controle
• PHS
– O receptor deve passar os dados
imediatamente para a camada superior.
• URG
– Existem dados no segmento marcados como
urgentes.
– A indicação do último byte considerado urgente
no segmento é definida pelo ponteiro de
urgência.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Protocolo UDP
•
•
Conceito: Protocolo
da camada de
transporte que
oferece um serviço
de comunicação
não orientado a
conexão,
construído sobre a
camada de rede IP.
Sendo não
orientado a
conexão, o
protocolo UDP
pode ser utilizado
tanto em
comunicações do
tipo difusão
(broadcast) quanto
ponto a ponto.
aplicação
A
aplicação
B
CAMADA DE
APLICAÇÃO
Porta 1
Porta 2
Porta 3
As aplicações
recebem as
mensagens
endereçando as
portas da camada
UDP.
Porta N
...
Demulti plexagem
CAMADA UDP
CAMADA IP
CAMADAS
INFERIO RES
A
demult iplexagem
é feita analisando
a porta de
destino, indicada
no cabeçalho de
controle das
mensagens que
chegam na
estação.
datagrama co m a
mensagem UDP
encapsulada.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Mensagem UDP
• As mensagens UDP são bem mais simples que o
TCP pois não oferece a mesma qualidade de
serviço.
16
0
31
Porta de Origem
Porta de Destino
Comprimento da Mensagem
checksum
Dados
…..
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Protocolos do nível de aplicação.
• Conceito: Protocolos que disponibilizam serviços padronizados de
comunicação, destinados a dar suporte ao desenvolvimento de
aplicações para os usuários.
Modelo OSI
Arquitetura TCP/IP
Aplicação
FTP
TELNET SMTP
HTTP
Apre sentação
SNMP
...
NFS
Protocolos
de
Aplicação
Sessão
Transporte
TCP
UDP
Rede
IP
Enlace de Dados
Enlace de Dados
Física
Física
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
Descrição dos Protocolos de Aplicação
•
•
•
•
•
•
FTP: File Transfer Protocol. Protocolo que implementa serviços de
transferência de arquivos de uma estação para outra (ponto a ponto) através
de rede.
TELNET: Serviço de Terminal Remoto. Protocolo utilizado para permitir aos
usuários controlarem estações remotas através da rede.
SMTP: Simple Mail Transfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência
de mensagens de correio eletrônico de uma estação para outra. Esse
protocolo especifica como 2 sistemas de correio eletrônico interagem.
HTTP: Hypertext Tranfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência de
informações multimídia: texto, imagens, som, vídeo, etc.
SNMP: Simple Network Monitoring Protocol. Protocolo utilizado para
monitorar o estado das estações, roteadores e outros dispositivos que
compõe a rede.
NFS: Network File System. Protocolo desenvolvido pela "SUN Microsystems,
Incorporated", que permite que as estações compartilhem recursos de
armazenamento de arquivos através da rede.
Redes Ethernet GVT
2006, Edgard Jamhour
OSI - Open Systems Interconnection Model
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de
Dados
Física
Redes Ethernet GVT
Mensagens padronizadas.
Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy)
Representação de dados independente da
plataforma.
Comunicação com controle de estado.
Comunicação entre processos.
Dispositivo de Rede: Não há
Roteamento dos pacotes através de redes diferentes
Dispositivo de Rede: Roteador
Empacotamento de dados em quadros dentro da rede.
Dispositivo de Rede: Ponte, Switch
Transmissão de bits através do meio físico.
Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub
2006, Edgard Jamhour