Instituto de Informática - UFRGS
Redes de computadores
Nível de rede
Internet Protocol (IP)
Nível de rede
Aplicação
Apresentação
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Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Redes de Computadores
Protocolo nível de aplicação
Protocolo nível de apresentação
Protocolo nivel de sessão
Protocolo nivel de transporte
Protocolo nível de rede
Protocolo nível de enlace
Protocolo nível de físico
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
2
Terminologia (1)
 Rede de comunicação de dados
Facilidade que oferece serviço de transferência de dados
 internet (com i minúsculo)
Conjunto de redes interconectadas por pontes e roteadores
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 Internet (com I maiúsculo)
Rede global composta por milhares de máquinas e de redes
 Intranet
É uma internet corporativa
Utiliza a tecnologia da Internet (TCP/IP e http) para permitir acessos a
recursos e a documentos
Redes de Computadores
3
Terminologia (2)
 Sistema final
Dispositivo conectado a uma ou mais redes
Executa aplicações e oferece serviços a usuários
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 Sistema intermediário
Dispositivo empregado para conectar duas redes
Possibilita a comunicação entre sistemas conectados em redes diferentes
Redes de Computadores
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Terminologia (3)
 Pontes (bridges)
Sistema intermediário que conecta duas redes que utilizam um mesmo
protocolo de rede
Atua no nível de enlace (nivel 2 OSI)
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 Roteador (router)
Interconecta duas redes
Utiliza o mesmo protocolo do sistema final
Atua no nível de rede (nível 3 OSI)
 Portal (gateway)
Executa a tradução de protocolos
Redes de Computadores
5
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Pontes
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Redes de Computadores
Enlace
Físico
Físico
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
6
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Roteador
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Redes de Computadores
Rede
Enlace
Enlace
Físico
Físico
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
7
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Portais
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
Redes de Computadores
Aplicação
Apresent. Apresent.
Sessão
Sessão
Transporte Transporte
Rede
Rede
Enlace
Enlace
Físico
Físico
Aplicação
Apresent.
Sessão
Transporte
Rede
Enlace
Físico
8
Requisitos para interconexão de redes
 Objetivo é enviar pacotes de uma origem até um destino
 Necessidades:
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Conhecimento da topologia da subrede
Selecionar rotas
 Independentes da tecnologia de subrede
 Isolar nível de suporte do número, tipo e topologia de subredes
 Endereçamento uniforme entre subrede
 Serviços oferecidos:
Orientados a conexão
Não orientados a conexão
Redes de Computadores
9
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Exemplo
Redes de Computadores
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Características da arquitetura de redes
 Endereçamento
 Tamanho do pacote
 Mecanismo de controle de acesso ao meio
 Timeouts
 Recuperação de erros
 Status
 Roteamento
 Orientada a conexão ou não orientada a conexão
Redes de Computadores
11
Orientado a conexão
 Assume que cada rede é orientada a comutação de circuitos
 Sistema intermediário interconecta duas ou mais redes
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É visto como um sistema final para cada rede
Concatenação de circuitos virtuais
 Dependendo da rede é necessário criar suporte a criação de
circuitos virtuais
Padrões IEEE são redes orientadas a comutação de pacotes
 e.g.: X.75 usado para interconectar redes X.25 ( packet switched)
Redes de Computadores
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Arquitetura não orientada a conexão (1)
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 Mecanismo de datagrama de redes baseadas em comutação de
pacote
 Cada unidade de informação é tratada de forma independente
 Sistemas finais e intermediários executam um mesmo protocolo a
nível de rede
Denominado genericamente como protocolo internet
 Protocolo Internet (“i” maiúsculo)
Protocolo internet (“i” minúsculo) desenvolvido para a ARPANET
Descrito na RFC 791
Redes de Computadores
13
Arquitetura não orientada a conexão (2)
 Vantagens
Flexibilidade
Robustez
Elimina uma série de overheads
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 Não confiável (unreliable)
Não garante a entrega do pacote de dados ao destinatário
Não garante ordem de chegada
 Pacotes podem seguir diferentes rotas
Confiabilidade é responsabilidade do nível superio
 e.g. TCP para protocolo IP
Redes de Computadores
14
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Família de protocolos Internet
Redes de Computadores
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Protocolos nível de rede Internet
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ICMP
IP
ARP
RARP
Interface
Hardware
Redes de Computadores
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Protocolo IP
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 Define uma uma rede virtual sobre diferentes elementos de
hardware
 Funções IP
Roteamento de pacotes
Fragmentação
Manipulação de serviços
Monitoração de erros e controle através de um protocolo específico (ICMP)
Redes de Computadores
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Protocolo Internet (IP)
 Define a unidade básica de transferência de dados na Internet
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Datagrama IP
 Protocolo não orientado a conexão (serviço não confiável)
 Tenta executar best effort delivery
 Pacotes podem ser perdidos, chegar no destino fora de seqüência,
ou duplicados por diversas razões
Redes de Computadores
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Datagrama IP (1)
 Vers (4 bits):
 versão do protocolo IP (IPv4)
 Hlen (4 bits):
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 Tamanho do cabeçalho em palavras
de 32 bits (min=5)
 Tos (8 bits): tipo do serviço e
qualidade desejada
Redes de Computadores
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Datagrama IP (2)
 Comprimento total (16 bits):
 Tamanho em bytes do datagrama
 216 = 65535 bytes (inclui cabeçalho)
 Identificação (16 bits):
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 Nro. de seqüência que identifica de
forma não ambígua um datagrama
 Flags (3 bits):
 Apenas dois são empregados
 bit More
 bit D’ont fragment
Redes de Computadores
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Datagrama IP (3)
 Deslocamento (offset)(13 bits)
 A analisar mais tarde
 Time to live (8 bits)
 Número máximo de roteadores que
um datagrama pode passar
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 Protocolo (8 bits)
 Indicação do protocolo do nível
superior
 e.g.; 1=ICMP; 6=TCP; 17=UDP
 Checksum (16 bits)
 Soma em complemento de 1 ’s do
cabeçalho
 Verificado e recalculado a cada
roteador
Redes de Computadores
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Datagrama IP (4)
 Endereço fonte (32 bits)
 Endereço destino (32 bits)
 Opções (variável)
 Informações adicionais para
roteamento e segurança
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 Padding (variável)
 Bytes adicionais inseridos para
deixar cabeçalho múltiplo de 32 bits
 Dados (variável)
 Multiplo de 8 bits
Redes de Computadores
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Endereço IP (1)
 Número único 32 bits associado à uma máquina
Notação em decimal para cada byte
 129.52.6.34
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 Dividido em duas partes:
Prefixo: identifica a rede (network number)
Sufixo: identifica a máquina na rede (host number)
 Propriedades:
cada computador tem um único endereço
Prefixo (network number) é coordenado globalmente
Sufixo (host number) é coordenado localmente
Redes de Computadores
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Endereço IP (2)
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 Endereços são associados a interfaces de redes, não a máquinas
Redes de Computadores
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Classes de endereços IP
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 Endereços IP divididos em 3 classes primárias (A, B, C)
Redes de Computadores
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Endereços especiais (1)
 São endereços que nunca são atribuídos a máquinas
 Endereço da rede (network address): endereço zero no sufixo
e.g.: Classe B: 143.54.00.00
 Difusão (broadcast): endereço com 1’s no sufixo (direto)
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e.g.: Classe B: 143.54.255.255
 Difusão (broadcast): endereço com 1’s no prefixo e no sufixo
IP: 255.255.255.255
Redes de Computadores
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Endereços especiais (2)
 Este computador: endereço com zeros no prefixo e no sufixo
IP: 00.00.00.00
Endereço empregado no boot
Máquina não pode colocar endereço válido (ainda não conhece)
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 Loopback: endereço de classe A (127.0.0.0)
Convencionado 127.0.0.1
Endereço de teste
 Não é transmitido na rede
 Serve para testar software de rede na máquina local
Redes de Computadores
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Instituto de Informática - UFRGS
Fragmentação (1)
 Técnica empregada para reduzir datagramas que são maiores que
a MTU (Maximum Transfer Unit) da tecnologia de rede
 Protocolo IP considera a remontagem no destino
 Baseado nos campos identificação, flags e deslocamento (offset) do
cabeçalho
 Cada fragmento de um mesmo datagrama possui:
Seu próprio cabeçalho
Mesmo identificador de 16 bits
Quantidade de bytes múltiplo de 8
Redes de Computadores
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Fragmentação (2)
 Um datagrama é completamente identificado por:
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Endereço IP destino e fonte
Tipo de protocolo (e.g.; TCP)
Identificador
 O campo de deslocamento (offset) fornece a posição relativa desse
fragmento em relação ao datagrama original
Fornecido em multiplos de 8 bytes
 Campo Flags fornece informações adicionais para controle da
fragmentação
Redes de Computadores
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Fragmentação (3)
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 Fragmentos: datagrama dividido em vários segmentos.
Redes de Computadores
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Fragmentação (4)
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 Remontagem dos fragmentos
Destino remonta os datagramas fragmentados.
Desvantagens:
 A remontagem no destino pode ser ineficiente.
 Se fragmentos são perdidos, eles não podem ser remontados.
Vantagens:
 Fragmentos são roteados independentemente.
 Sistemas intermediários não armazenam nem remontam datagramas.
Redes de Computadores
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Protocolo IP: recepção de datagramas
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 Processamento na máquina destino
Verifica checksum, versão, e tamanho tamanho
 Se checksum calculado difere do checksum do datagrama, este é
descartado
Se o datagrama é fragmentado, é disparado um temporizador que evitará a
espera indefinida dos outros fragmentos do datagrama original
Entrega do campo de dados do datagrama para o processo indicado no
campo Tipo.
Redes de Computadores
32
Subredes
 Problemas com redes "grandes"
Gerenciamento
Desempenho
 Solução:
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subdividir (roteador)
Redes de Computadores
33
Subredes
 Como criar ?
Dividindo o sufixo (host id) em duas partes
 Máscara de subrede
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Número de 32 bits empregado para indicar quais bits identificam a rede e a
subrede e quais bits identificam uma estação dentro da subrede
Redes de Computadores
34
Instituto de Informática - UFRGS
Subredes
if dest_ip AND subnet_mask = my_ip AND subnet_mask then
send pkt on local network % dest is on the same subnet
else
send pkt to router
% dest is on diff subnet
Redes de Computadores
35
Roteamento
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 Processo de escolha de um caminho para envio de datagramas
 Protocolo IP realiza o roteamento considerando o número da rede
 Determinação de uma rota:
Selecionar quais caminhos são disponíveis
Selecionar o melhor caminho para um certo objetivo
Empregar caminhos para atingir outras redes
 Dispositivos especiais
Roteadores
Redes de Computadores
36
Tabelas de roteamento (1)
 Cada roteador mantém uma tabela de rotas
 Cada entrada possui:
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Qual conexão deve ser utilizada para atingir certa rede
Informações relacionadas com custo e desempenho
Roteador 1
10.0.0.5
20.0.0.5
10.0.0.0
10.0.0.0
20.0.0.0
30.0.0.0
40.0.0.0
20.0.0.5
entrega diretamente
entrega diretamente
30.0.0.7
Redes de Computadores
20.0.0.0
20.0.0.6
40.0.0.0
40.0.0.7
Roteador 2
Roteador 3
30.0.0.6
30.0.0.7
30.0.0.0
37
Tabelas de roteamento (2)
 Entrada em tabelas de roteamento:

< network, gateways, others >
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 Como criar rotas:
Estáticamente: route add 158.108.20.0 158.108.33.1
Dinamicamente: via protocolos de roteamento
Através de ICMP redirect
 Exemplo:
Redes de Computadores
38
Algoritmo elementar de roteamento (1)
Início
Há memória
para datagrama?
Não
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Sim
Descarta
datagrama
TTL = TTL -1
Fim
TTL=0
Calcula Checksum
Não
A
Sim
Checksum, versão
e tamanho OK?
Não
Descarta
datagrama
Fim
Redes de Computadores
Descarta datagrama
Fim
39
Algoritmo elementar de roteamento (2)
A
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Recupera end. IP
destino
Calcula endereço
rede destino
Rede destino
é alcançavel
diretamente?
Existe rota
específica?
Sim
Não
Rede destino
está na tabela de
roteamento?
Fim
Sim
Envia para roteador
responsável
Fim
Não
Existe uma
rota default?
Entrega datagrama
ao destino
Sim
Envia para roteador
default
Não
Não
Fim
Erro de roteamento
Redes de Computadores
40
Protocolos de roteamento
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 Protocolos de roteamento gerenciam e atualizam as tabelas de
roteamento em cada nó
 Em sistemas UNIX este procedimento é realizado por um de dois
daemons:
Routed: esquema de roteamento interno, normalmente utilizando o protocolo
RIP
Gated: roteamento interno e externo, utilizando protocolos mais sofisticados
como OSPF, BGP
Redes de Computadores
41
Protocolo IP
 Recursos críticos para o desempenho IP:
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Largura de banda disponível
Memória disponível para buffers
Processamento da CPU
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42