Gerência de Comunicações de
Dados - Parte II
Prof. Milton Kaoru Kashiwakura
PUC-SP
1
Tamanho da Rede
• Classificação:
– LAN (“Local Area Network”)
• Pode atender um prédio ou campus
– MAN (“Metropolitan Area Network”)
• Pode atender uma cidade
– WAN (“Wide Area Network”)
• Pode atender “sites” em várias cidades, países ou continentes
• Principal diferença entre LAN e WAN é a
escalabilidade
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2
Principal Elemento de WAN
• Packet Switches
– É um computador que tem
processador, memória e
dispositivos de I/O para
enviar e receber pacotes
– Store and Forward,
armazena o pacote quando
este chega (store), avisa
CPU que pacote chegou e
determina para qual
interface este vai (forward)
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3
Formando uma WAN
• Escalabilidade: uma WAN deve poder crescer quanto
necessário para conectar vários sites com vários
computadores espalhado por enormes distancias
geográficas
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4
Endereço Físico e roteamento
• Endereço Físico hierárquico
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5
Roteamento na WAN
• Roteamento Universal: A tabela de
roteamento deve conter um “next-hop
route” para cada destino possível
• Roteamento Ótimo: Em um switch, o valor
do “next-hop” na tabela de roteamento para
um dado destino deve apontar para o
caminho mais curto até o destino.
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6
Network
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7
Uso de “Default Routes”
• “Default Route” é opcional, o uso de “default
route” (*) é possível se mais que um destino tem o
mesmo valor de “next-hop”
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8
Computação da Tabela de
Roteamento
• Roteamento Estático: um programa computa e
instala rotas quando um packet switch é ligado; as
rotas não mudam.
• Simplicidade e pequeno overhead
• Inflexível
• Roteamento Dinamico: um programa constroi uma
tabela de roteamento inicial quando o packet
switch é ligado; o programa então altera a tabela
se as condições da rede mudam.
• Trata problemas de rede automaticamente
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9
Computação “Shortest Path”
• Algoritmo de Dijkstra computa o caminho mais
curto no gráfico usando pesos nos links como
medida de distancia.
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10
Algoritmo de Dijkstra
• Dado um grafo com pesos não negativos
associado a cada link e designado um nó de
origem, o algoritmo computa a menor distancia a
partir deste nó de origem para qualquer outro nó e
a tabela de roteamento para o nó de origem.
• S= conjunto dos nós
• D= peso dos links
• R= Next-hop
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11
Algoritmo de Dijsktra
sequência
S
D
R
1
1,2,3,5,6,7 ->7
,,11,0, , ,3
0,0,3,-,0,0,7
2
1,2,3,5,6 ->6
,,11,0, , 8,3
0,0,3,-,0,7,7
3
1,2,3,5
->3
,16,10,0, , 8,3
0,7,7,-,0,7,7
4
1,2,5
->2
,13,10,0, , 8,3
0,7,7,-,0,7,7
5
1,5
->5
,13,10,0, 19, 8,3
0,7,7,-,7,7,7
6
1
28,13,10,0, 19, 8,3 7,7,7,-,7,7,7
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12
Proprietário da Rede
• Privado: tecnologia LAN é frequentemente
usado para redes privadas; grandes
corporações podem ter uma WAN privada
para conectar computadores em multiplos
sites.
• Público: é análogo ao sistema telefonico,
qualquer um pode fazer uma assinatura para
o serviço e conectar um computador.
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13
VPN – Virtual Private Network
• Uma VPN combina as vantagens das redes
privadas e públicas permitindo que uma empresa
com várias filiais tenha a ilusão de estar usando
uma rede completamente privada, mas utilizando
uma rede pública para transportar dados entre
sites.
• O sistema VPN examina o destino, criptografa o
pacote, e envia o resultado através de uma rede
pública para o sistema VPN do site destino.
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14
Paradigma do Serviço
• Serviço Orientado a Conexão:
–
–
–
–
Opera análogo a um sistema telefonico
Stream interface
A comunicação não precisa ser contínuo
Facil de contabilizar e informa computador
imediatamente se a conexão cai.
• Serviço Não Orientado a Conexão:
– Opera similar a um sistema de correio
– Uma falha no sistema pode passar despercebido
– Menor “overhead” inicial
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15
Duração da Conexão e
Persistencia
• Serviço Orientado a Conexão
pode ser :
– Conexão Permanente, por
requerer esforço manual para
ser estabelecido normalmente
persiste por dias, meses ou
anos.
– Conexão Chaveada, usado para
conexões temporárias, de curta
duração
PUC-SP
16
Exemplos de Paradigma de
Serviço
PUC-SP
17
Desempenho da Rede
• Delay (atraso)
–
–
–
–
Atraso de propagação (“propagation delay”)
Atraso do Chaveador (“Switching delay”)
Atraso do acesso ( “Access delay”)
Atraso de fila (“queueing delay”)
• Throughput (desempenho)
– Taxa de transmissão em bps (bits por segundo)
– Bandwidth e speed são utilizados como sinonimos
– Mede capacidade e não velocidade
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18
Relação entre Delay e
Throughput
• D = Do / (1-U)
– Se a rede está “idle”, U é zero
– D é delay efetivo
– Do é delay quando a rede está “idle”
• T x D , mede o volume de dados que podem
estar presente na rede. Uma rede com
throughput T e delay D tem um total de
TxD bits em transito.
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19
Protocolos e Camada
• Protocolo de comunicação é um conjunto de
regras que especifica o formato da mensagem e a
ação apropriada requerida para cada mensagem
trocada entre computadores.
• Em vez de ter um único e enorme protocolo que
especifica detalhadamente todas as formas de
comunicação, projetista optaram por dividir o
problema de comunicação em sub-pedaços e
projetar um protocolo separado para cada subpedaço.
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20
Modelo de 7 camadas
• ISO (“International
Organization for
Standardization”)
• Modelo de 7 camadas
ou OSI (“Open
Systems
Interconnection”)
PUC-SP
21
Camada 1 - Físico
• Corresponde ao hardware básico da rede
• Estabelece a interface elétrica e mecânica
do meio físico da rede (ex.: cabo)
• Transporta os bits de um ponto a outro
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22
Camada 2 - Enlace
• É responsável pelo acesso ao meio físico
• Lida com as funções de transferencia física,
enquadramento, controle de fluxo, controle de
erros sobre um único enlace de transmissão
• Muitas vezes é dividida em duas: Controle do
Enlace Lógico (LLC-”Logical Link Control”) e
Controle de Acesso ao Meio (MAC – “Medium
Access Control”)
PUC-SP
23
Camada 3 - Rede
• Estabelece, mantém e termina ligações
lógicas e/ou físicas
• A camada de rede é responsável por
converter endereços lógicos, em endereços
físicos
• Implementa as funções de roteamento da
rede e controle de fluxo entre o computador
e a interface de rede.
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24
Camada 4 - Transporte
• Está relacionado com a confiabilidade da
troca de mensagem. Tem a responsabilidade
de, se os dados forem enviados
incorretamente, pedir a retransmissão dos
mesmos.
• Considerado complexo
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25
Camada 5 - Sessão
• Providencia um método para estabelecimento
da conexão entre dois dispositivos para que os
dispositivos possam enviar e receber dados.
• Gerencia o início e término da conexão
• Especifica detalhes de segurança como
autenticação usando senha
• Sincroniza fluxo de dados entre as aplicações
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26
Camada 6 - Apresentação
• Auxilia na representação dos dados,
chamada sintaxe. Ela examina a sintaxe
usada pela aplicação origem e a utilizada
pela aplicação destino, e se necessário, cria
uma sintaxe de transferência para ser
utilizada entre as duas
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27
Camada 7 - Aplicação
• Providencia os serviços para os aplicativos
do usuário final, tais como correio
eletrônico, transferência de arquivos,
“login” remoto (emulação de terminal),
gerenciamento de rede, etc.
• Especifica os detalhes de como uma
aplicação faz requisição e como uma
aplicação em outro computador responde.
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28
Pilhas: camadas do software
• Cada módulo comunica
somente com o módulo
imediatamente superior e
inferior.
• Computador pode executar mais
de uma pilha de protocolo por
vez, se necessário.
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29
Múltiplos cabeçalhos encadeados
• Alguns softwares de protocolo faz mais que prepende de
cabeçalho, insere caracter especial para marcar início e fim do
quadro e insere caracteres adicionais no meio para evitar
ocorrencia de caracteres especiais.
PUC-SP
30
Base Científica para uso de
camadas – Princípio das camadas
• Princípio de camada:
• Software da camada N no
computador destino deve
receber a mensagem
exatamente como enviada
pelo software de camada
N do computador de
origem.
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31
Técnicas utilizadas pelos
protocolos
• Sequenciamento – utilizada para resolver
problema de entrega fora de ordem.
• Sequenciamento – utilizado para eliminar pacotes
duplicados
• Retransmissão – para resolver problema de perda
de pacote
• Identificação única de cada sessão – para evitar
repetição causado por atraso excessivo.
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32
Entrega fora de ordem
Envia
Chega ao destino
Solução: Sequenciamento
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33
Pacotes duplicados
Envia
Chega ao destino
Solução: Sequenciamento
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34
Perda de pacotes
Envia
Chega ao destino
Solução: Retransmissão
PUC-SP
35
Pacote duplicado em sessões
diferentes
Origem:
1
2
1
4
3
4
2
3
2
3
5
4
6
7
8
5
6
7
8
4
5
6
7
Destino:
1
1
2
3
4
4
5
6
8
7
8
Solução: Identificador único da sessão
PUC-SP
36
Controle de Fluxo para evitar
“overrun”
• Tw = min( B, Tg x W )
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37
Mecanismo para evitar
congestionamento na rede
• Packet Switches
informa o transmissor
que houve
congestionamento
• Utiliza perda de pacote
como estimativa de
congestionamento
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38
Internetworking
PUC-SP
39
Motivação - Tecnologica
• Cada tecnologia de rede é projetado para atender
um conjunto de premissas.
– Tcnologias LAN são projetados para prover alta
velocidade a curtas distâncias.
– Tecnologias WAN são projetados para prover
comunicação através de grandes áreas.
• Conclusão: Não existe uma única tecnologia que
seja a melhor para atender a todas as
necessidades.
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40
Motivação: Conceito de
Serviço Universal
• Problemas:
– um computador conectado numa rede só pode se
comunicar com computadores da mesma rede.
– Usuário para realizar uma determinada tarefa tinha que
se dirigir ao computador alocado para aquela tarefa.
• Um Sistema de Comunicação que fornece Serviço
Universal possibilita que quaisquer pares de
computadores se comuniquem.
• Serviço Universal é desejado porque aumenta a
produtividade do indivíduo.
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41
Motivação : Serviço Universal
em redes heterogeneas
• Apesar do Serviço Universal ser altamente
desejado, incompatibilidade de formatos de
pacotes e esquemas de endereços físico
desmotivavam as organizações em montar uma
rede que incluia diferentes tecnologias.
• Internetworking é um esquema capaz de prover
Serviço Universal em redes heterogêneas. O
sistema resultante é conhecido como internetwork
ou internet
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42
Roteador
• Roteador é um computador
dedicado para a tarefa de
interconectar redes.
• Roteador pode interconectar
redes que utilizam diferentes
tecnologias, incluindo
diferentes meios, esquemas
de endereçamento físico, ou
formato de ‘frame”.
PUC-SP
43
Arquitetura internet
• Topologia internet depende :
– Capacidade (largura de banda
das redes físicas e tráfego
esperado)
– Confiabilidade desejada
– Custo (dos roteadores
disponíveis e links)
PUC-SP
44
Rede Virtual
• A internet é um sistema de
rede virtual, os detalhes das
conexões físicas entre redes,
endereços físicos,
informações de roteamento
são escondidos.
• Software de Protocolo em
cada computador e roteadores
são vitais para ter serviço
universal.
PUC-SP
45
TCP/IP
• TCP/IP (“Transmission
Control Protocol/Internet
Protocol)
• O modelo de 7 camadas
não correspodem
exatamente ao modelo de
camadas TCP/IP.
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46
Endereço IP
• Esquema de endereço abstrato que associa a cada host um
endereço único. Utilizado pelos usuários, programas
aplicativos e camadas superiores do protocolo de
software.
• IPv4 usa 32 bits, hierárquico (prefixo + sufixo)
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47
Notação
PUC-SP
48
Exemplo de Rede
• Autoridade para designar endereço:
– IANA (“Internet Assigned Number
Authority”) designou para RIR ou LIR esta
tarefa:
– APNIC (Asia Pacific Network Information
Centre) - Asia/Pacific Region
– ARIN (American Registry for Internet
Numbers) - North America and Sub-Sahara
Africa
– LACNIC (Regional Latin-American and
Caribbean IP Address Registry) – Latin
America and some Caribbean Islands
– RIPE NCC (Réseaux IP Européens) Europe, the Middle East, Central Asia, and
African countries located north of the
equator
PUC-SP
49
Endereços IP especiais
PUC-SP
50
Roteador e Endereço IP
• Um endereço IP não identifica um computador
específico. Um endereço IP identifica a conexão
entre um computador e a rede.
PUC-SP
51
Mapeamento de Endereço
• Antes que um software de protocolo possa
enviar um pacote através da rede física o
software deve traduzir o endereço de
destino IP em endereço de hardware
equivalente.
• A tradução de endereço IP para endereço
físico equivalente é conhecido como
“Resolução de Endereço”
PUC-SP
52
Tecnicas para resolução de
endereço
• Table Lookup
• Closed-Form Computation
• Message Exchange
PUC-SP
53
Table Lookup
• Cada entrada contém
par (P,H), onde P é o
endereço de protocolo
(IP) e H é endereço de
hardware (Físico).
PUC-SP
54
Closed-Form Computation
• Endereço IP 220.123.5.101
• Endereço de Hardware 101
• Operação booleana
hardware_address = ip_address & 0xff
PUC-SP
55
Comparação
PUC-SP
56
ARP- Address Resolution
Protocol
• Envia mensgem
broadcast para a rede
• Só computador com
endereço IP
consultado responde
PUC-SP
57
ARP – Formato da Mensagem
PUC-SP
58
ARP - envio
• Frame Ethernet
PUC-SP
59
Datagrama IP
• Formato de pacote independente de hardware
PUC-SP
60
Encapsulamento do pacote IP
PUC-SP
61
MTU
PUC-SP
62
Rede Virtual
PUC-SP
63
Motivação
• Tecnologia LAN - alta velocidade, curta
distância
• Tecnologia WAN - comunicação em longas
distâncias
• Resultado:
– Não existe uma tecnologia que seja a melhor
para todas necessidades
PUC-SP
64
Serviço Universal
• Um computador conectado numa dada rede
só pode se comunicar com computadores
conectados na mesma rede
• Várias redes para várias tarefas - o usuário
era obrigado a se deslocar para o
computador específico à tarefa
(“insatisfação”)
• Solução : Serviço Universal
PUC-SP
65
Serviço Universal
• Um sistema de comunicação que fornece
serviço universal possibilita a comunicação
de qualquer par arbitrário de computadores.
• O serviço universal é desejado porque
aumenta a produtividade individual
• Redes heterogêneas :
– esquema : INTERNETWORKING
– sistema : INTERNET
PUC-SP
66
Roteador
• É um computador de
propósito especifico dedicado
à tarefa de interconectar
redes, seja de mesma
tecnologia ou não, incluindo
meios diferentes, esquema de
endereços físicos diferentes
ou formatos de quadro
diferentes
PUC-SP
67
Rede Virtual
• Combinação de SW e
HW faz parecer que a
Internet é um sistema
de rede uniforme
• Software de protocolo
internet esconde os
detalhes da rede física
• Abstração
PUC-SP
68
Protocolos para
“Internetworking”
• TCP/IP Internet Protocols
• início nos anos de 1970
– ARPA (“Advanced Research Projects Agency”)
• meados dos anos 1980
– NSF (“National Science Foundation”)
– NSFNET (1987-1995)
PUC-SP
69
TCP/IP e Modelo de Camadas
• Camada 3
– Formato dos pacotes
– mecanismo
(“forwarding”)
• Camada 4
– especifica como
garantir uma
transferencia segura
PUC-SP
70
Host, Roteador e TCP/IP
• Host - qualquer sistema de computador que
conecta à internet e executa uma aplicação
• Roteador - Não usa todas as camadas do
modelo TCP/IP. Por exemplo, um roteador
não necessita da camada 5 para uma
aplicação de transferencia de arquivo
porque ele não executa tal aplicação
PUC-SP
71
Endereço para uma rede
virtual
• Esquema de endereço abstrato,
cada “host” está associado a
um único endereço IP.
• Usuários, programa de
aplicação, e camadas
superiores do protocolo TCP/IP
usam este esquema.
• Hierarquia
– prefixo (rede física)
– sufixo (“host”)
PUC-SP
72
Notação ponto decimal
• Binário -> Decimal
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PUC-SP
20 = 1
21 = 2
22 = 2*2 = 4
23 = 2*2*2 = 8
24 = 2*2*2*2 = 16
25 = 2*2*2*2*2 = 32
26 = 2*2*2*2*2*2 = 64
27 = 2*2*2*2*2*2*2 = 128
Ex.: 10000001= 27 +20=129
73
Autoridade para endereço IP
• IANA (“Internet Assigned Number
Authority”)
– http://www.iana.org
• ARIN (“American Registry for Internet
Numbers”)
– http://www.arin.net
• FAPESP
– http://registro.fapesp.br ou http://registro.br
PUC-SP
74
Exemplo de endereçamento
• Os roteadores precisam
ter um endereço IP para
cada interface de rede.
• Ex.: Roteador 1
– 128.10.0.5
– 128.211.10.1
PUC-SP
75
Endereços IP Especiais
• Endereço da Rede
– host address zero
• Endereço de Broadcast Direcionado
– sufixo com todos os bits “1”
• Endereço de Broadcast Limitado
– todos os bits “1”
– usado para conhecer o numero da rede
PUC-SP
76
Endereços IP Especiais
• Endereço “This Computer”
– todos os bits “0”
– “startup protocols” quando do “boot”
• Endereço de “loopback”
– prefixo 127
– teste da pilha TCP/IP
– não há pacote na rede com endereço de
“loopback”
PUC-SP
77
Endereços IP Especiais
• Endereço Berkeley Broadcast
– BSD Unix
– sufixo, todo zero para indicar broadcast direcionado
PUC-SP
78
Ligando Endereço de
Protocolo
• Endereço de Protocolo é uma abstração
providenciada pelo software
• A rede física não sabe como localizar um
computador a partir do endereço de
protocolo
• Antes de transmitir um pacote o endereço
de protocolo do “next hop” deve ser
transladado para um endereço de hw
equivalente
PUC-SP
79
Resolução de Endereço
• Mapeamento entre um endereço de protocolo e
um endereço de hardware é chamado resolução
de endereço
• Um “host” ou roteador usa resolução de
endereço sempre que necessitar enviar um
pacote para um outro computador na mesma
rede física
• Um computador nunca resolve endereço de um
computador conectado numa rede remota
PUC-SP
80
Técnica de Resolução de
Endereço
• “Table lookup”
• “Closed Form computation”
• “Message exchange”
PUC-SP
81
“Table Lookup”
• Array (P,H)
– P é endereço de
protocolo
– H é endereço de
hardware
• Técnica de busca
– sequencial
– hashing
– indexação direta
PUC-SP
82
“Closed Form Computation”
• Quando um computador é conectado numa
rede que usa endereço configurável, o
administrador de rede deve escolher o
endereço de hardware e o endereço IP. Os
dois valores devem ser escolhidos de forma
que a resolução de endereço seja trivial.
• Ex.: end. IP 220.123.5.1 e end. MAC
00:00:00:00:00:01
•
end. IP 220.123.5.2
e end. MAC 83
PUC-SP
“Message Exchange”
• Servidores
– tem a tarefa de resolver as requisições de
endereço
• Broadcast
– cada computador concorda em responder à
resolução de endereço do seu endereço
PUC-SP
84
Resolução de Endereço Resumo
Característica
Pode ser utilizado com qualquer hardware
Tipo de
resolução
T
Troca de endereço afeta todos os “hosts”
T
Endereço de protocolo independente do endereço de hardware
T, D
Endereço de hardware deve ser menor que endereço de protocolo
C
Endereço de protocolo determinado pelo endereço de hardware
C
Utiliza broadcast de hardware
D
Adiciona tráfego na rede
D
A resolução de endereço se dá com mínimo atraso
T, C
Implementação é mais difícil
D
T=table lookup; C=closed-form computation; D=dynamic message exchange
PUC-SP
85
ARP - “Address Resolution
Protocol”
• incluso no protocolo TCP/IP
• 2 tipos básicos de mensagens
– request
• envia endereço IP e pede o correspondente endereço
de hardware
– response
• resposta ao pedido de request, contém todas as
informações do request + endereço de hardware
PUC-SP
86
Exemplo - ARP
• Request
• Response
PUC-SP
87
Formato da Mensagem ARP
• Ethernet e IP
– Hardware
Address
Type = 1
Operation:
1= request ; 2=response
PUC-SP
– Protocol
Address
Type =
0x0800
88
Transmissão de uma
mensagem ARP
PUC-SP
89
Resolução de Endereço e
Modelo de Camadas
• Modelo de 5
camadas
• Endereço de
hardware nas
camadas 1 e 2
• Endereço de
protocolo nas
demais
PUC-SP
90
Datagrama IP
•
•
•
•
pacote virtual
independente da rede física
pacote do protocolo TCP/IP
por conectar redes heterogêneas, um
roteador não pode transmitir uma cópia do
quadro que chega de uma rede para outra
distinta
PUC-SP
91
Datagrama IP
• Mesma forma geral do
quadro de hardware
• tamanho dos dados é
variável e determinado
pela aplicação
– máximo de 64 K
octetos
PUC-SP
92
“Forwarding”
• Cada destino na tabela
de rotas corresponde a
uma rede
• O número de entradas
na tabela de rotas é
proporcional ao
número de redes em
uma internet
PUC-SP
93
Endereço IP e Entradas na
Tabela de Rotas
• If ((Mask[i] &D) ==
Destination[i])
forward to
NextHop[i];
– onde D é endereço de
destino do datagrama
IP
PUC-SP
94
Entrega “Best-Effort”
• IP não garante que resolve problemas de:
–
–
–
–
duplicação de datagrama
entrega fora de ordem ou atrasado
dados corrompidos
perda de datagrama
PUC-SP
95
Formato do Header do
Datagrama IP
• Type = tipo de dados
• H.LEN em múltiplo de
32 bits
• Time to live, ao passar
por roteador este valor é
decrementado; se chegar
a zero o datagrama é
descartado
PUC-SP
96
Encapsulamento do
Datagrama IP
• Um datagrama é
encapsulado em um
quadro para
transmissão pela rede
física.
• O endereço de destino
do quadro é o
endereço do next hop
PUC-SP
97
Transmissão pela Internet
• Header depende da tecnologia de rede
PUC-SP
98
MTU, tamanho do datagrama
e encapsulamento
• MTU depende da tecnologia de rede
PUC-SP
99
Remontagem do datagrama
fragmentado
• A remontagem só ocorre no destino final
• IP não garante a entrega, assim os fragmentos podem ser
perdidos ou chegar fora de ordem
• Identification , fragment offset
• O destino não sabe quantas fragmentações ocorreram
PUC-SP
100
Rede Virtual - Continuação
PUC-SP
101
ICMP - “Internet Control
Message Protocol”
• Na comunicação “best effort”
–
–
–
–
o datagrama pode ser perdido
o datagrama pode ser duplicado
o datagrama pode ter atraso
o datagrama pode ser entregue fora de ordem
• Apesar do serviço “best effort” não
necessitar de qualquer mecanismo de
detecção de erro ele não é realizado sem
cuidado.
PUC-SP
102
ICMP
• ICMP faz parte da pilha TCP/IP
• É um mecanismo para reportar erro
• Se houver erro no HEADER CHECKSUM
do cabeçalho do datagrama IP, o
roteador/host:
– Não consegue avisar o “host” origem da
mensagem que houve erro
– Tem que descartar o datagrama
PUC-SP
103
Lista de mensagem ICMP
•
Type de 8 bits
PUC-SP
104
ICMP - Source Quench
• O roteador envia source quench sempre
que ele receber mais datagrama do que ele
pode tratar.
• O roteador descarta o datagrama
• O “host” origem do datagrama descartado
ao receber a mensagem de source quench
reduz a taxa de transmissão
PUC-SP
105
ICMP - Time Exceeded
• TIME TO LIVE do header é reduzido a
ZERO
– roteador envia mensagem ICMP de “Time
Exceed” para o “host” origem
– o datagrama no roteador é descartado
• Fragmentação
– o “host”envia mensagem Time Exceed se
esgotar o tempo para remontagem e todos os
fragmentos não chegarem.
PUC-SP
106
ICMP - Destination
Unreachable
• Sempre que o roteador concluir que não dá
para entregar o datagrama recebido ele
envia uma mensagem Destination
Unreachable para o “host” origem
• A mensagem Destination Unreachable
especifica se o problema é na rede ou no
“host”
PUC-SP
107
ICMP - Redirect
• Se o roteador concluir que o datagrama não
deveria ser enviado para ele e sim para um
outro roteador ele envia a mensagem
Redirect para o “host” origem para que ele
troque de rota.
PUC-SP
108
ICMP - Parameter Problem
• Um ou mais parâmetros especificado no
datagrama está incorreto.
PUC-SP
109
ICMP - Echo Reply / Request
• Uma mensagem echo request pode ser
enviada para o software ICMP de qualquer
computador
• O computador que receber esta mensagem
envia uma mensagem de echo reply
• A mensagem de echo reply transporta a
mesma mensagem recebida no echo request.
PUC-SP
110
ICMP - Address Mask Request
/ Reply
• O “host” envia um broadcast de mensagem
ICMP Address Mask Request quando do
“boot”
• O roteador que recebe o request envia a
mensagem ICMP Address Mask Reply que
contém a máscara sub-net de 32 bits
utilizado pela rede.
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111
Transporte da mensagem ICMP
• ICMP usa IP para transportar a mensagem de erro
ou de informação.
PUC-SP
112
Usando ICMP - “Ping”
• “Ping” usa ICMP echo request / reply
• Ao enviar a mensagem echo request para
um destino especifico este inicia uma espera
• Ao término da espera se não chegar echo
reply ele retransmite echo request
• Após algumas tentativas sem echo reply ele
declara que a máquina remota não é
localizável.
PUC-SP
113
Usando ICMP - “Traceroute”
•
•
•
•
•
Utiliza TTL e ICMP Time Exceeded
TTL = 1, descobre o primeiro roteador
...
TTL = n, descobre o n-ésimo roteador
UDP para um programa inexistente no
“host” destino
• Destino envia mensagem ICMP
Destination Unreachable.
PUC-SP
114
Usando ICMP - “Path MTU”
• Fragmentação afeta o desempenho
• Aplicações podem evitar fragmentação se
usar “Path MTU”, o menor MTU do
caminho entre a origem e o destino
• Probe - conf. campo FLAGS para que não
possa fragmentar a mensagem
• O roteador envia mensagem ICMP de erro.
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115
Protocolo de Transporte
PUC-SP
116
Protocolo de Transporte
• Camada da pilha de Protocolo TCP/IP
• Conceitualmente entre as camadas de
– Aplicação
– IP
PUC-SP
117
Terminologia
• IP
– Providencia comunicação computador-a-computador
– Endereços de origem e destino são computadores
– Chamado de comunicação “máquina-a-máquina”
• Protocolo de Transporte
– Providencia comunicação aplicação-a-aplicação
– Necessita estender mecanismo de endereçamento para
identificar a aplicação
– Chamado de comunicação “fim-a-fim”
PUC-SP
118
Funcionalidade do Protocolo
de Transporte
• Identifica a aplicação transmissora e
receptora
• Opcionalmente proporciona
– Confiabilidade
– Controle de Fluxo
– Controle de Congestionamento
• Nota: nem todo protocolo de transporte
proporciona as facilidades acima
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119
Dois Protocolos de Transporte
Disponíveis
• “Transmission Control Protocol” (TCP)
• “User Datagram Protocol” (UDP)
• Maiores diferenças
– Interface para aplicação
– Funcionalidade
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120
“User Datagram Protocol”
(UDP)
• Providencia transferência sem garantia
• Requer mínimo
– “Overhead”
– Processamento computacional
– Comunicação
• Melhor para aplicações LAN
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121
Detalhes UDP
• Paradigma do serviço não orientado a
conexão
– interface orientado a mensagem
• Cada mensagem é encapsulada num
datagrama IP
• O header UDP identifica :
– Aplicação transmissora
– Aplicação receptora
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122
Identificando uma aplicação
• O endereço IP não pode ser estendido
– não tem bits sem uso
• Não pode usar valor dependente do SO
– Process ID
– Task number
– Job name
• Deve trabalhar em todos os sistemas de
computadores
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123
Identificando uma aplicação
(continuação)
• Nova abstração
– usado somente com TCP/IP
– identifica transmissor e receptor sem
ambiguidade
• Técnica
– cada aplicação recebe um número inteiro único
– chamado “protocol port number”
PUC-SP
124
Portas de Protocolo
• Servidor
– segue o padrão
– sempre usa o mesmo número de porta
– usa número de portas baixa
• Cliente
– obtém uma porta do software de protocolo não
utilizado
– usa número de portas alta
PUC-SP
125
Exemplo de Portas de
Protocolo
• aplicação Domain Name Server recebe o
número de porta 53
• aplicação que usa DNS obtém o número de
porta 28900
• datagrama UDP enviado a partir da
aplicação para o servidor DNS tem:
– número de porta origem 28900
– número de porta destino 53
PUC-SP
126
Exemplo de Porta de Protocolo
(continuação)
• Quando o servidor DNS responde, o
datagrama UDP enviado tem:
– número de porta origem 53
– número de porta destino 28900
PUC-SP
127
TCP - “Transmission Control
Protocol”
• Protocolo de transporte mais utilizado na
Internet
• Usado massivamente
• Serviço de entrega confiável
• Serviço orientado à conexão
• ponto a ponto
• comunicação “full-duplex”
PUC-SP
128
TCP - Características
• “Stream Interface” - sequência contínua de
octetos
• “stream” dividido em segmentos para
transmissão
• cada segmento é encapsulado em datagrama
IP
• utiliza porta de protocolo para identificar a
aplicação
PUC-SP
129
TCP - Características
• TCP providencia um serviço de transporte
de fluxo contínuo, “full duplex”, orientado à
conexão e completamente confiável ( não
há perda de dados ou duplicações). Permite
que dois programas aplicativos forme uma
conexão, envie dados em ambas as direções
e então termine a conexão.
PUC-SP
130
Relação entre TCP e outros
protocolos
• TCP em um computador usa IP para comunicar
com TCP em outro computador
PUC-SP
131
Contradição aparente
• IP oferece entrega “best effort”
• TCP usa IP
• TCP garante uma transferência
completamente confiável
• Como isto é possível ?
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132
Obtendo confiabilidade
• Conexão “startup” confiável
• Transmissão de dados confiável
• Conexão “shutdown” “polido”
PUC-SP
133
Transmissão de dados confiável
• “Positive acknowledgment”
– Computador destino retorna uma mensagem curta
quando o dado chega
– Chamado “acknowledgment”
• Retransmissão
– Origem inicia um “timer” sempre que uma mensagem
é transmitida
– Se o “timer” expirar antes que “acknowledgment”
chegue, a origem retransmite a mensagem
PUC-SP
134
Ilustração de uma retransmissão
PUC-SP
135
Quanto tempo o TCP deverá
esperar antes de retransmitir ?
• Tempo para a chegada do
“acknowledgment” depende:
– da distância até o destino
– das condições do tráfego corrente
• Multiplas conexões podem ser abertas
simultaneamente
• As condições de tráfego podem variar
rapidamente
PUC-SP
136
Ponto Importante
O “delay” necessário para que um dado chegue no
seu destino e um “acknowledgment” retorne
depende do tráfego na Internet assim como da
distância até o destino. O TCP por permitir que
múltiplos programas de aplicação comuniquem
com vários destinos concorrentemente, deve
tratar uma variedade de “delays” que podem
mudar rapidamente em função do tráfego.
PUC-SP
137
Resolvendo o problema da
retransmissão
• Tome o “round trip time” (rtt) estimado de
cada conexão
• Utilize o tempo estimado para retransmissão
do conjunto corrente
• Este método é chamado retransmissão
adaptativa
• É a chave do sucesso para o TCP
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138
Ilustração da retransmissão
adaptativa
• “Timeout” depende do “round trip time” corrente
estimado
PUC-SP
139
Controle de Fluxo TCP
• Destino
– Anuncia o tamanho do “buffer” disponível
– O “buffer” chama-se “window”
• Origem
– Pode enviar vários datagramas até o limite do
“window” antes que um “ack” retorne
PUC-SP
140
Anuncio do “window”
• Cada “acknowledgment” transporta a
informação do novo “window”
– Chama-se “window advertisement”
– O valor pode ser zero ( chama-se “closed
window” )
• Interpretação: “Eu recebi até X de
mensagem e posso receber ainda mais Y
octetos
PUC-SP
141
Ilustração de “window advertisement”
PUC-SP
142
“Startup” e “Shutdown”
• Conexão “Startup”
– Deve ser confiável
• Conexão “Shutdown”
– Deve ser “polido”
• Difícil
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143
Porque é difícil
“Startup/Shutdown”
• Segmentos podem ser:
–
–
–
–
–
–
Perdidos
Duplicados
Atrasados (“delayed”)
Entregue fora de ordem
Ambos os lados podem deixar de funcionar
Ambos os lados podem dar “reboot”
• É necessário evitar mensagem de
“shutdown” duplicado
PUC-SP
144
Solução para
“Startup/Shutdown” do TCP
• Utiliza três trocas de mensagens
• Conhecido como “3-way handshake”
• É necessário e suficiente para:
– “Startup” confiável” e sem ambiguidade
– “Shutdown” polido e sem ambiguidade
• SYN é usado para “startup”
• FIN é usado para “shutdown”
PUC-SP
145
Ilustração de “3-way handshake”
PUC-SP
146
Formato do segmento TCP
• Todos os segmentos TCP tem o mesmo
formato
–
–
–
–
Dados
Acknowledgment
SYN (“startup”)
FIN (“shutdown”)
• Segmento é dividido em duas partes:
– “Header”
– “Payload” (zero ou mais bytes de dados)
PUC-SP
147
Formato do segmento TCP
(continuação)
• O “Header” contém:
– Números de porta de protocolo para identificar
• Aplicação transmissora
• Aplicação receptora
– Bits para especificar itens como :
• SYN
• FIN
• ACK
– Campo para “window advertisement”,
acknowledgment, etc.
PUC-SP
148
Ilustração do Segmento TCP
• “Sequence number” especifica qual é a posição do
segmento no fluxo dos dados transmitidos
• Poucos segmentos contém “options”
PUC-SP
149
Resumo
• Protocolo de transporte está entre a aplicação e
o Protocolo Internet
• Dois protocolos de transporte na pilha TCP/IP
– “User Datagram Protocol” (UDP)
– “Transmission Control Protocol” (TCP)
• UDP
– Não confiável
– Interface orientada à mensagem
PUC-SP
150
Resumo ( continuação)
• TCP
– Protocolo de transporte mais utilizado na
Internet
– Completamente confiável
– Interface orientada a fluxo
– Utiliza retransmissão adaptativa
PUC-SP
151
Resumo ( continuação )
• Porta de protocolo
– Número Inteiro
– Usado para identificar a aplicação no
transmissor e no receptor
– Permite multiplas aplicações comunicando
simultaneamente e sem ambiguidade
– ftp://ftp.registro.br/innotes/iana/assignments/port-numbers
PUC-SP
152