Estrutura da Internet
Protocolos de Roteamento
Multicast
IPv6
Edgard Jamhour
Estrutura da Internet
- Como as
informações são
roteadas na
Internet?
- Quem configura
os roteadores da
Internet?
INTERNET
Coleção de Roteadores
Estrutura da Internet
• A internet é estruturada na forma de sistemas autônomos:
A
B
C
F
E
G
I
D
SISTEMA AUTÔNOMO 1
H
J
SISTEMA AUTÔNOMO 2
X
Y
Z
SISTEMA AUTÔNOMO 3
Sistema Autônomo
(Autonomous System - AS)
• Um AS é uma rede que divulga seus endereços para
outras redes da Internet.
• Propriedades do AS
– Possui os seus próprios IP’s.
– Seus endereços independem do provedor de acesso.
– Pode conectar-se a vários provedores simultaneamente.
Redes
pertencentes
ao AS
Conexão com outro AS
F
G
I
Conexão com outro AS
H
J
Exemplo de AS
• Bloco de Endereços do AS:
– 200.17.0.0/16 (255.255.0.0)
– 200.17.0.0 ao 200.17.255.255
G: 200.17.1.1
H: 200.17.2.1
J: 200.17.3.1
200.17.1.0/24
AS: 200.17.0.0/16
Conexão com
outro AS
F
Conexão com
outro AS
200.17.2.0/24
G
I
H
J
200.17.3.0/24
Tipos de AS
• Sistemas autônomos podem ser:
– Redes Privadas:
• Transportam apenas o seu próprio tráfego.
– Provedores:
• Transportam o tráfego de outras redes.
privado
público
público
público
privado
Quem usa os endereços do Provedor não é um AS
Gateway Default da
Rede Corporativa
A
B
C
F
E
G
I
D
H
J
SISTEMA AUTÔNOMO 2
SISTEMA AUTÔNOMO 1
X
Y
Z
SISTEMA AUTÔNOMO 3
Roteadores na Internet
• Os roteadores da Internet são de dois
tipos:
• Exterior Gateways
– Troca informações com roteadores pertencentes a outros AS.
– Equipamento muito caro, com alta capacidade de memória.
• Interior Gateways
– Troca informações apenas no interior do seu AS.
– Roteador comum.
Gateway Interno
F
G
I
H
J
Gateway
Externo
Sistema Autônomo
• As rotas na Internet são atualizadas
automaticamente.
• A estratégia de roteamento no interior do
sistema autônomo rede é escolhida pelo
administrador do sistema.
– IGP: Internal Gateway Protocol
• A estratégia de roteamento entre sistemas
autônomos é definida por um protocolo de
roteamente padrão:
– BGP: Border Gateway Protocol
EGP e IGP
Conhece todas
as rotas da
Internet
Conhece apenas
as rotas no
interior do AS
216.1.2.0/24
AS: 216.1.2.0/16
IGP
A
IGP
B
IGP
IGP
F
E
D
G
IGP
IGP
IGP
SISTEMA
AUTÔNOMO 1
H
I
IGP
J
IGP
IGP
E
I
AS: 220.2.0.0/16
IGP
IGP
IGP
C
IGP
EGP
SISTEMA
AUTÔNOMO 2
220.2.1.0/24
EGP
SA3
IGP
Y
Z
•
ROTAS
•
•
200.17.0.0/16 por Z
200.18.0.0/16 por Z
IGP
X
IGP
W
IGP
EGP
200.17.0.0/16
200.18.0.0./16
•
ROTAS
•
•
•
210.7.0.0/16 por E
200.17.0.0/16 por E
200.18.0.0/16 por E
IGP
B
IGP
E
IGP
C
D
F
IGP
EGP
IGP
IGP
IGP
G
I
IGP
J
IGP
SA2
210.7.0.0/16
SA1
Correção de Rotas
• Tabelas de roteamento são
alteradas nos gateways quando
uma mensagem indica que:
–Uma nova rede foi encontrada.
–Um caminho melhor para uma rede
foi encontrado.
–Um caminho considerado
anteriormente “melhor” foi
degradado.
BGP: Border Gateway Protocol
• Função
– Troca de informação entre sistemas
autônomos
• Criado em 1989
– RFC 1267
– Substitudo do EGP
• Utiliza mensagens de “update” para
informar aos roteadores sobre alterações
nas tabelas de roteamento.
BGP
Mensagem de UPDATE
A
BGP
B
C
SISTEMA
AUTÔNOMO 4
E
F
G
H
D
SISTEMA
AUTÔNOMO 1
I
SISTEMA
AUTÔNOMO 2
BGP Speaker
SISTEMA
AUTÔNOMO 3
PROPAGAÇÃO DAS ALTERAÇÕES
IGP: Internal Gateway Protocol
• IGP: Interior Gateway Protocols
– RIP
– OSPF
• RIP: Routing Information Protocol
– Utilizado para redes pequenas e médias
– Utiliza número de saltos como métrica
– Configuração simples, mas limitado.
• OSPF: Open Shortest Path First
– Utilizado em redes grandes e muito grandes (mais de
50 redes)
– Atualiza rotas de maneira mais eficiente que o RIP.
IGP
• IGP: Interior Gateway Protocols
– RIP (utiliza o número de saltos como métrica)
– Hello (utiliza métrica mais flexíveis)
– OSPF
• Por que utilizar um protocolo IGP diferente
do BGP
– BGP funciona apenas para IP
– BGP suporta apenas uma rota para cada rede
de destino (melhor rota).
RIP
• Desenvolvido no PARC
– Xerox Palo Alto Research Center
– Padronizado pela RFC 1058
• Projetado para LAN’s
– Baseado em mensagens em Broadcast
– Os Gateways enviam periodicamente
mensagens em broadcast informando
sua tabela de roteamento para outros
roteadores.
RIP
• RIP
– Indicado para redes de pequeno a médio
porte.
– É muito simples de usar, mas torna-se
ineficiente para redes muito grandes.
• Mensagens RIP:
– Endereços de rede e custo (hop count)
– Valor máximo 15 (acima deste valor, a
rede é considerada inalcançável)
Elementos de uma rede RIP
• Ativos: envia e escuta mensagens RIP
• Passivos: apenas escuta mensagens RIP
Rede 200.192.0.X
PASSIVO
Usualmente host
ATIVO
Usualmente roteador
Rede 200.134.51.X
Exemplo de Operação RIP
G,R,D
…
G: Gateway
R: Rede
D: Distância
REDE 1
G1
(G1,R5,3)
(G1,R5,3)
REDE 2
2
(G2,R5,4)
G2
G3
(G3,R5,2)
1
REDE 3
(G4,R5,5)
REDE 4
G4
REDE 6
(G5,R5,1)
G5
G6
(G6,R5,1)
REDE 5
…
Tabela de Roteamento
• Roteador G3
Destino
Next Hop
Metrica
Direto/
Remoto
Local/
RIP
Interface
REDE 1
REDE 2
REDE 3
REDE 4
REDE 5
REDE 6
G1
0
G2
0
G5
G2
2
1
2
1
2
3
R
D
R
D
R
R
R
L
R
L
R
R
2
2
2
1
1
2
Timers para Rotas
• As mensagens de rotas (responses in RIP) são
enviadas a cada 30 segundos.
• Time-out timer
– Inicializado todas as vezes que uma rota é criada ou
atualizada.
– Se a rota não for atualizada em 180 segundos, ela é
considerada obsoleta.
• Garbage collection Timer
– As rotas que estiverem expiradas por mais de 120
segundos são removidas.
RIP Request e Response
• Um gateway pode enviar uma mensagem para
outro solicitando a atualização de uma rota
específica.
RIP REQUEST
RIP RESPONSE
RIP Versão 1
• PROBLEMAS:
–Não propaga máscaras (só permite
definir rotas segundo as classes A,
B e C).
–Envia mensagens em Broadcast.
–Não possui mecanismos de
autenticação.
RIP Versão 2
• RIP Versão dois suporta:
–Propaga as rotas utilizando
mensagens de broadcast, ao invés
de multicast.
–Suporta a definição de rotas com
uso de máscaras.
–Autenticação por Password Simples
Formato das Mensagens RIP v2
Byte 2
Byte 1
Command
(1: request, 2:
response)
Byte 3
Version
(1 ou 2)
Byte 4
Reserved
Address Family
(12 para IP)
Route tag
(número do sistema autonomo)
IP Address
Subnet mask
Next Hop IP Address
Metric
Até 24 outras rota (repete os últimos 20 bytes)
Exemplo
• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas
das redes conectadas fisicamente a eles.
10.26.128.0
255.255.128.0
3
2
192.168.0.0
255.255.255.0
1
INTERNET
0.0.0.0
0.0.0.0
192.168.1.0
255.255.255.0
Propagação da Rota 0
• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas
das redes conectadas fisicamente a eles.
10.26.128.0
255.255.128.0
0.0.0.0 por 3
(custo 3)
3
2
0.0.0.0 por 1
(custo 1)
1
INTERNET
0.0.0.0
0.0.0.0
0.0.0.0 por 2
(custo 2)
192.168.0.0
255.255.255.0
192.168.1.0
255.255.255.0
Propagação da Rota 0
• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas
das redes conectadas fisicamente a eles.
192.168.0.0 por 3
(custo 1)
10.26.128.0
255.255.128.0
3
2
192.168.0.0 por 2
(custo 1)
1
INTERNET
0.0.0.0
0.0.0.0
192.168.0.0 por
2 (custo 1)
192.168.0.0
255.255.255.0
192.168.1.0
255.255.255.0
OSPF
• Versão Atual:v2
– RFC 2328 e RFC 1246
– Único protocolo de roteamento dinâmico
obrigatório para roteadores.
• Protocolo de roteamento completo, mais
flexível que o RIP.
– RIPv2 permite apenas trabalhar com custo por
número de saltos.
– OSPF permite utilizar técnicas mais genéricas
para cálculo das métricas das rotas.
OSPF
• OSPF: Open Shortest Path First
–Protocolo do tipo IGP
–Específico para redes IP
• RIP funciona para outros
protocolos, e.g. IPX
–Ao contrário do que o nome sugere,
o algoritmo trabalha com o melhor
caminho ao invés do primeiro.
Características do OSPF
• Leva em conta o campo TOS (Type Of
Service) do IP.
• Permite balanceamento de carga.
• Permite a divisão da rede em áreas.
• Os roteadores trocam mensagens
autenticadas.
• Flexibilidade na criação de rotas (mascara
de subrede variável).
Terminologia OSPF
BACKBONE
OSPF
Area 0.0.0.0
Area 0
N1
R0
Fronteira
de Área
R1
Area 1
R2
N2
R3
Fronteira
de AS
R7
R4
R6
R5
N1
Area 2
Terminologia OSPF
• Roteadores Intra-Area:
– Conhecem apenas a topologia de rede do
interior de sua própria área.
• Roteadores de Fronteira de Área
– Conhecem duas ou mais áreas aos quais
estão diretamente conectados.
• Roteadores de Fronteira de AS
– Trocam informações com outros AS
Funcionamento do OSPF
•
Protocolo de Estado de Enlace
– Protocolo OSPF é diretamente encapsulado no IP
(protocolo tipo 89).
– São transmitidos em multicast para o endereço
padrão: 224.0.0.5.
•
Mensagens do OSPF:
1.
2.
3.
4.
5.
Hello
Descrição do Banco de Dados
Solicitação do Estado de Enlace
Atualização do Estado de Enlace
Reconhecimento do Estado de Enlace
Funcionamento OSPF
• Os roteadores que executam OSPF enviam
mensagens de anúncio de estado (4 tipos):
– Anúncios de Enlaces de Roteador:
• Produzidos por todos os roteadores e são espalhados
dentro de uma única área.
– Anúncios de Enlaces de Rede:
• Produzidos pelo roteador designado e são espalhados em
uma única área.
– Anúncio de Enlaces de Resumo:
• Produzidos pelos roteadores de fronteira de área.
Descrevem rotas para destinos em outras áreas e para os
roteadores de fronteira de AS.
– Anúncio de Enlaces de AS Externo:
• São produzidos pelos roteadores de fronteira AS e são
espalhados por todos as áreas.
Multicast e IGMP
Edgard Jamhour
Internet Multicasting e IGMP
• A função de multicast é definida através
dos endereços CLASSE D
• De:
– 11100000.00000000.00000000.00000000
– 224.0.0.0
• Até:
– 11101111.11111111.11111111.11111111
– 239.255.255.255
Endereços de Multicast
• 224.0.0.0
• 224.0.0.1
• 224.0.0.2
• 224.00.5
• 224.0.0.6
• 224.00.9
• 239.255.255.255
RESERVADO
TODOS OS GRUPOS DE
MULTICAST
TODOS OS ROTEADORES DA
SUBREDE
UTILIZADO PELO OSPF
UTILIZADO PELO OSPF
UTILIZADO PELO RIP2
Endereços de Multicast
• Os endereços IP de multicast aparecem apenas no
campo de destino
224.0.0.12
224.0.0.13
192.0.0.1
192.0.0.1
224.0.0.2
224.0.0.12
192.0.0.2
DADOS
192.0.0.3
224.0.0.13
192.0.0.4
192.0.0.5
Mapeamento de Endereços IP e MAC
• Os 25 bits mais significativos do endereço MAC
de multicast são fixos:
– 01.00.5E.00.00.00
• Os últimos 23 bits menos significativos do
endereço IP são colocados como os 23 bits
menos significativos do endereço MAC.
– Exemplo:
– IP: 224.0.0.1
– MAC: 01.00.5E.00.00.01
Níveis de Participação no Multicast
• Nível 0
– O host não envia nem recebe mensagens
Multicast
• Nível 1
– O host pode enviar, mas não pode receber
multicast
• Nível 2
– O host pode enviar e receber multicast
Multicast através da Internet
• A faixa de endereços 224.0.0.0 a 224.0.0.255 não é
propagada na Internet.
• Os roteadores ignoram as mensagens desses grupo.
Não pertencem ao mesmo grupo (224.0.0.11 – um salto)
224.0.0.11
224.0.0.11
INTERNET
200.134.51.0/24
Roteador de multicast
200.17.98.78.0/24
Roteador de multicast
Multicast através da Internet
• Para suportar multicast nível 2, os
roteadores e os hosts devem suportar o
protocolo IGMP
• IGMP
– Internet Group Management Protocol
• O protocolo IGMP permite que um host
informe aos demais hosts e ao roteador
que está se juntando ou saindo de um
grupo.
IGMP
• FASE 1:
– Quando um host se junta a um novo
grupo de multicast, ele envia uma
mensagem IGMP para o endereço de
multicast “todos os hosts” (224.0.0.1).
– Roteadores locais recebem a mensagem
e propagam a informação de grupo para
outros roteadores de multicast.
FASE 1
Informações de grupo
IGMP
IGMP
224.0.0.1
IGMP
IGMP
224.0.0.1
Roteador de multicast
224.0.0.1 224.0.0.1
Roteador de multicast
IGMP
• FASE 2:
– Como a participação em grupo é
dinâmica, roteadores locais questionam
periodicamente os computadores da
rede para ver se eles ainda fazem parte
do grupo.
– Se nenhum host responder, o grupo é
considerado desfeito.
FASE 2
Informações de grupo
IGMP
224.0.0.1
IGMP
224.0.0.1
IGMP
Resposta randômica entre 0 e 10 segundos
Se ninguém responder, o grupo é considerado desfeito.
Mensagem IGMP
• VERSÃO: 1 (atual)
• TIPO: 1 (consulta de roteador) 2 (resposta de host)
• GROUP ADDRESS: endereço classe D ou ZERO
na consulta
2 bytes
VERS
TIPO
SEM USO
CHECKSUM
ENDEREÇO DE GRUPO
(ZERO SE CONSULTA)
4 bytes
Propagação das Informações de Multicast
• A arquitetura TCP/IP não define um padrão
único para propagação de rotas multicast
através de roteadores.
• Os seguintes protocolos podem ser usados
para esse fim:
– DVMPR: Distance Vector Multicast Routing
Protocol
– MOSPF: Multicast OSPF
– PIM: Protocol Independent Multicast
DVMRP
• O mais utilizado na Internet.
• É baseado no princípio de tunelamento.
• Utiliza Mensagens IGP
RPM: Reverse Path
Multicast
Árvore de Distribuição de
Datagramas Multicast
tunel
Rede Não Multicast
Multicast
• Os roteadores de multicast fazem cópia dos
pacotes multicast recebidos
pacote
pacote
pacote
pacote
pacote
Multicast na Internet
• Para propagar Multicast na internet, utiliza-se
técnicas de tunelamento.
INTERNET
224.0.0.3
224.0.0.3
224.0.0.3
Roteador de multicast
Roteador de multicast
Tunelamento
IP UNICAST DO ROTEADOR
MULTICAST DE DESTINO
ENDEREÇO DE
MULTICAST
200.0.0.1
DADOS
210.0.0.1
192.0.0.2
192.0.0.1
224.0.0.2
224.0.0.2
200.0.0.1
210.0.0.1
192.0.0.1
224.0.0.2
DADOS
IP Versão 6
• IPv6: Internet Protocolo, versão 6.
–Também denominado IPng
• (ng: next generation)
–Utiliza endereços de 128 bits
–Permite criar pacotes
especializados.
–Utiliza um modelo mais flexível para
controle de informações.
Categorias de Endereço IPv6
• Unicast:
– O destinatário é um único computador.
• Cluster:
– O destinatário é um grupo de computadores
que compartilham um mesmo prefixo de
endereço (isto é, estão na mesma rede física).
• Multicast:
– O destinatário é um grupo de computadores,
possivelmente em redes físicas distintas.
Categorias de Endereço
unicast
cluster
multicast
Classes de Endereço IPv6
Allocation
Prefix (binary)
Fraction of
Address Space
Reserved
Unassigned
NSAP Allocation
IPX Allocation
Unassigned
Aggregatable Global Unicast
Addresses
Unassigned
Link -Local Unicast Addresses
.
Site-Local Unicast
Addresses
Multicast Addresses
Link-Local Unicast Addresses
Site-Local Unicast Addresses
Multicast Addresses
0000 0000
…
0000 001
0000 010
…
001
…
1111 1110 10
1111 1110 11
1111 111 1
1111 1110 10
1111 1110 11
1111 1111
1/256
…
1/128
1/128
…
1/8
…
1/1024
1/1024
1/256
1/1024
1/1024
1/256
Aggregatable Global Unicast
FP:
AGGR
3
FP
001
13
TLA ID
8
TLA
NLA
24
16
RES NLA ID SLA ID
SLA
SITE
PROVEDOR
PROVEDOR
BACKBONE
BACKBONE
Format Prefix (AGGR)
TLA ID:
Top Level Aggregation Identifier
NLA ID:
Next Level Aggregation Identifier
SLA ID:
Site Level Aggregation Identifier
Interface ID:
Link Level Host Identifier
64
Interface ID
SITE
Endereços IPv6
• Exemplo de Endereço IPv6:
– 8000:0000:0000:0000:68DA:8909:3A22:FECA
• endereço normal
– 8000:0:0:0:68DA:8909:3A22:FECA
• simplificação de zeros
– 8000 ::68DA:8909:3A22:FECA
• omissão de 0’s por :: (apenas um :: por
endereço)
– 47::47:192:4:5
• notação decimal pontuada
– ::192:31:20:46
• endereço IPv4 (0:0:0:0:0:0:0:0:192:31:20:46)
Datagrama IPv6
• IPv6 utiliza um formato de datagrama
completamente diferente do IPv4.
• O cabeçalho do IPv6 é composto de duas partes:
– um cabeçalho de tamanho fixo
– zero ou mais cabeçalhos de extensão
Cabeçalho
Base
tamanho fixo
Cabeçalho
Extensão
...
Cabeçalho
Extensão
Dados
tamanho fixo ou variável
Cabeçalho
Com todos as funções
DADOS
IPv4
IPv6
Cabeçalho IPv6
• A figura abaixo mostra a porção fixa do cabeçalho IP.
– O cabeçalho IPv6 tem menos campos que o IPv4
– No total, o IPv6 utiliza um cabeçalho de 40 bytes.
byte 1
Version
byte 2
Priority
Payload length
byte 3
byte 4
Flow Label
Next Header
Source Address
(16 bytes)
Destination Address
(16 bytes)
Hop Limit
Cabeçalho IPv6
• Version (4 bits)
– Contém o número fixo 6.
– Será utilizado pelos roteadores para determinar se
eles podem ou não transportar o pacote.
IPv4
IPv6
O roteador analisa o campo de
versão para determinar como o
restante do cabeçalho deve ser
interpretado.
Cabeçalho IPv6
• Priority (4 bits)
– Utilizado como descritor de tráfego.
– 0 a 7: tráfego assíncrono.
• a aplicação admite reduzir a taxa de comunicação em
caso de congestionamento.
– 8 a 15: tráfego em tempo real.
• a aplicação precisa manter o atraso constante, mesmo
que isso implique em perdas de pacotes.
– Quanto menor a prioridade, mais atraso pode ser
tolerado:
• Exemplo: 1 (News), 4 (FTP), 6 (Telnet), 0 (Não Importa)
Controle de Fluxo
• Flow Label (24 bits)
– Permite identificar 16 milhões de conexões entre 2 pares de IP.
– Permite controlar a banda associada a uma conexão.
– O tratamento dado a uma conexão deverá ser pré-definido em
cada roteador que participar da rota do datagrama, previamente a
comunicação.
No IPv6 os roteadores podem diferenciar as conexões.
FL=1
IPB
IPA
FL=2
Cabeçalho IPv6
• Payload Lenght
– Indica quantos bytes seguem o cabeçalho fixo de 40
bytes.
• Next Header
– Se houver cabeçalhos de extensão, indica o seu tipo.
• Atualmente são definidos 6 tipos de cabeçalho de
extensão
– Se não houverem, indica o cabeçalho de transporte.
• Hop Limit
– Equivalente ao Time to Live do IPv4.
Cabeçalhos de Extensão
• 6 tipos de cabeçalhos de extensão estão definidos
atualmente:
– Hop-by-hop options:
• informações para analisadas pelos roteadores
– Routing
• rota completa ou parcial que a mensagem deve seguir
– Fragmentation
• Gerenciamento de fragmentos de datagrama
– Authentication
• Verificação da identidade do transmissor
– Encrypted security payload
• Informação sobre o conteúdo criptografado
– Destination options
• Analisadas apenas pelos computadores.
Cabeçalhos de Extensão
• Os datagramas IPv6 podem ter 0 ou vários cabeçalhos
de extensão, conforme mostra o exemplo abaixo:
cabeçalho base
NEXT = TCP
segmento
TCP
cabeçalho base
NEXT = ROUTE
cabeçalho ROUTE
NEXT=TCP
segmento
TCP
cabeçalho base
NEXT = ROUTE
cabeçalho ROUTE
NEXT=AUTH
cabeçalho AUTH
NEXT=TCP
segmento
TCP
Hop-by-hop Header
• Define opções sobre o datagrama transportado, que todos os
roteadroes devem analisar.
• Exemplo de opção:
– Suportar datagramas com mais de 64K
– Esses datagramas são denominados jumbogramas
indica o tipo de cabeçalho de extensão (hop by hop)
indica o tamanho do cabeçalho de extensão
(menos 8 bytes que são mandatários)
1 byte
1 byte
2 bytes
Next
Header
0
194
Jumbo payload length
tamanho do datagrama,
valor superior a 64k
indica a opção “definir
tamanho do datagrama”
Destination Options Header
• Permite passar informações que devem ser interpretadas
apenas pelo destinatário.
– É destinado para suportar o desenvolvimento de novos softwares
sem causar problemas com os roteadores existentes.
– Essa opção permitirá a criação flexível de novos protocolos de
roteamento (para os roteadores) e novos protocolos entre
usuários finais.
1 byte
1 byte
2 bytes
Next
Header
Length
opcoes
opcões
seqüência de opções
individuais.
Routing Header
• Indica um ou mais roteadores que devem compor o
caminho do datagrama até o destinatário.
– o caminho completo pode ser especificado (strict routing)
– o caminho parcial pode ser especificado (loose routing)
Indica o índice do próximo
endereço. Começa com 0 e é
incrementado cada vez que
um dos endereços é visitado.
1 byte
Next Header
1 byte
1 byte
Routing Type
Number of addresses
(1-24)
Bit map
1 – 24 endereços
1 byte
Next address
indica se
cada
endereço
pertence a
uma rota
“strict” ou
“loose”.
Roteamento
strict routing
B
A
5-1-ABCDE
5-2-ABCDE
C
D
5-3-ABCDE
5-4-ABCDE
E
5-5-ABCDE
5-0-ABCDE
B
loose routing
A
3-0-ACE
3-1-ACE
3-1-ACE
C
D
3-2-ACE
3-2-ACE
E
3-3-ACE
Fragmentation Header
• A fragmentação no IPv6 funciona de maneira similar ao
IPv4.
– Ao contrário do IPv4, o IPv6 só permite efetuar a fragmentação na
origem.
– Os roteadores não podem fragmentar os pacotes. Se o pacote for
muito grande para ser colocado num quadro, ele é discartado
pelo roteador e uma mensagem ICMP é enviada de volta ao
cliente.
1 byte
Next
Header
1 byte
Reservado
15 bits
1 bit
Fragment Offset
MF
Datagram Identification
indica a posição do fragmento.
indica se
é o último
fragmento
ou não.
Autenticação e Criptografia
• IPv6 traz funções de segurança que não eram
contempladas pelo IPv4.
• Essas funções de segurança permitem:
– Autenticar quem enviou o pacote para o receptor.
– Gerenciar a criptografia dos dados.
• O IPv6 assume a utilização de um mecanismo de
criptografia baseado em chaves.
– Antes que os dados possam ser trocados de forma
segura, um contrato, denominado “SECURITY
ASSOCIATION (SA)”, deve ser estabelecido entre
dois computadores.
Security Association
• Num SA, ambos os computadores concordam em como
trocar e proteger a informação, definindo:
– Tipo de autenticação, Tipo de criptografia, Algoritmo de
Criptografia, Tamanho da Chave, etc.
• Serviços de rede implementados pelo sistema
operacional:
– ISAKMP
• Internet Security Association and Key Management Protocol
• centraliza a administração de associações de segurança,
reduzindo o tempo de conexão.
– Oakley
• Oakley generation protocol.
• Gera e gerencia as chaves de segurança utilizadas para proteger
a informação.
Security Associations
• Os pacotes IPv6 são protegidos de acordo
com os critérios definidos em uma
Associação de Segurança.
Protocolo de Criptografia
Algoritmo de Hashing
Tamanho da Chave
Método de Autenticação
Etc.
Protocolo de Criptografia
Algoritmo de Hashing
Tamanho da Chave
Método de Autenticação
Etc.
Security Parameter Index - SPI
•
•
Um servidor pode ter ao mesmo tempo várias associações de segurança
diferentes (SA), pois pode manter comunicações seguras com vários
usuários ao mesmo tempo.
Um parâtretro de 32 bits denominado SPI é enviado junto como os pacotes
IPv6 para indicar qual SA foi usado para proteger a mensagem.
IPV6 –SPI1
SA1
SPI1
IPV6 –SPI2
SA2
SPI1
SA1
SPI1
SA2
SPI2
SA3
SPI3
Distribuição de Chaves no IPsec
• Os pacotes IPv6 possuem um campo de 32 bits, denominado
“Security Parameter Index”, que indica qual associação de segurança
foi utilizada para proteger o pacote. O receptor utiliza esse indicador
para determinar como interpretar a informação recebida.
Segurança
no IPv6
Autenticação do Transmissor
• O princípio de autenticação adotado pelo IPv6 consiste
em enviar uma mensagem para o servidor com uma
assinatura digital.
– A mensagem é o próprio datagrama, pois ele contém o endereço
do emissor.
Pacote Assinado
Cabeçalho de
Base
Assinatura
Digital
Dados
Cabeçalho extensão
Authentication Header
• Permite identificar para o receptor de um datagrama
quem foi que o enviou.
– Length:
• comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32.
– Security Parameter Index:
• identificador de 32 bits, com a SA compartilhada pelo
transmissor e pelo receptor.
– Authentication Data:
• Checksum de 32 bits gerado pelo MD5 (ou outro protocolo)
1 byte
Next Header
1 byte
Length
1 byte
reserved
Security Parameter Index
Authentication Data
More Data
1 byte
reserved
Encrypted Security Payload Header
• A transmissão de dados criptografados pelo IPv6 é feita
através do cabeçalho Encrypted Security Payload.
– a chave de criptografia utilizada é definida pelo campo Security
Parameter Index.
– o algoritmo de criptografia pode ser qualquer, mas o DES CipherBlock Chainin é o default.
1 byte
Next Header
1 byte
Length
1 byte
reserved
Security Parameter Index
Encrypted Payload
(dados criptografados)
1 byte
reserved
Backbone IPv6
6bone
www.6bone.net
Backbone
experimental,
Organizado pelo
IETF.
Conta com
participantes do
mundo todo.
Integração IPv4 e IPv6
• Três estratégias:
–A) Utilizar dispositivos de rede com
duas pilhas de protocolo:
• IPv4 e IPv6
–B) Construir endereços IPv6 a partir
de endereços IPv4 acrescentando o
prefixo 0000
–C) Tunelamento
A) Pilha Dupla
• Roteadores e Sistemas operacionais de computadores
deverão suportar ambas as pilhas de protocolos em suas
novas versões:
– Linux e Windows 2000 já possuem extensões para IPv6.
– Funcionalidade completa em IPv4 e IPv6.
Host com dois
endereços: IPv4 e
IPv6
IPv6
IPv4
IPv4
IPv6
B) NAT (Prefixo 0000)
• Computadores que já possuem endereços IPv4 públicos
podem utilizar a classe 0000 do IPv6 para construir
endereços IPv6 compatíveis como IPv4.
Endereço
IPv4
translator
Endereço IPv6
com prefixo 0
Endereço
IPv4
IPv6
IPv4
IPv6
IPv4
IPv4
IPv6
IPv4
C) Tunelamento
• Foi definida uma estratégia de migração
gradual de IPv4 para IPv6, até que exista
ISP IPv6 e backbones com abrangência
equivalente ao IPv4 atual.
– Esta estratégia consiste em utilizar técnicas
de tunelamento, onde pacotes IPv6 são
transportados dentro de pacotes IPv4.
IPv4 origem IPv4 destino
Endpoints do Tunnel
Pacote IPv6
Tipos de Túneis IPv6overIPv4
• Os túneis podem ser criados de duas
maneiras:
– CONEXÃO A UMA ESTRUTURA COMUM:
• Estratégia: Redes IPv6 se conectam a um
backbone comum IPv6 através de túneis IPv4.
• Utiliza túneis permanentes.
– CONEXÃO FIM-A-FIM
• Estratégia: Criação dinâmica de túneis entre
cada dois parceiros que possuem redes IPv6 e
precisam se comunicar através da Internet.
• Cria túneis dinâmicos.
Túneis Permanentes
ISP que oferece um
serviço IPv6 nativo
Tunnel IP6over4
Host
IPv6
6 bone
Host
IPv6
IPv4
Pontos de acesso ao
6bone através de
tunelamento
IPv4
IPv4
Host
IPv6
Host
IPv6
Tuneis Dinâmicos
Roteadores IPv4, IPv6
com capacidade
tunelamento
Rede IPv6
Roteador IPv4
Normal
Internet
IPv4
Host
IPv6
Rede IPv6
Host
IPv6
Tunel IPv6to4
configurado
dinamicamente
IPv6: 6to4 Addressing Scheme
Allocation
Prefix (binary)
Fraction of
Address Space
Reserved
Unassigned
NSAP Allocation
IPX Allocation
Unassigned
Aggregatable Global Unicast
Addresses
Unassigned
Link-Local Unicast Addresses
. Addresses
Site-Local Unicast
Multicast Addresses
Link-Local Unicast Addresses
Site-Local Unicast Addresses
Multicast Addresses
0000 0000
…
0000 001
0000 010
…
001
…
1111 1110 10
1/256
…
1/128
1/128
…
1/8
…
1/1024
1111 1110 11
1111 1111
1/1024
1/256
1111 1110 10
1111 1110 11
1111 1111
1/1024
1/1024
1/256
AGGR (1/8)
6to4
scheme
1/65535
Suporte aos Túneis Dinâmicos:
Endereços 6to4
• Uma classe especial de endereços IPv6 foi criada para
suportar a criação de túneis automáticos (RFC 2529)
– 2002::/16
• Nessa classe, o endereço IPv4 do túnel é definido dentro
do próprio endereço IPv6 do destinatário, conforme
mostra a figura abaixo.
3
13
32
16
001
0 0000 0000 0010
V4ADDR
SLA ID
64
Interface ID
Site Address
2:0:0:2
Endereço IPv4 público
80 bits
Túneis Dinâmicos
DADOS IPv6B IPv6A
DADOS IPv6B IPv6A IPv4B IPv4A
Rede IPv6
IPv4A
2:0:0:2:IPv4A::/48
IPv4B
Internet
IPv4
2:0:0:2:IPv4B::/48
Quality of Service – QoS
• Quality of Service – QoS
– Refere-se a capacidade da rede de prover melhores
serviços para diferentes meios de transporte:
• ATM, Frame-Relay: Recursos Nativos
• IP: Recursos adicionados através de protocolos
especiais.
– QoS IP refere-se a capacidade das redes IP de
proverem qualidade de serviço utilizando ou não os
recursos disponíveis nas tecnologias de transporte.
• Parâmetros de QoS
– Atraso
– Jitter: Variação no Atraso
– Taxa de Perda de Pacotes
Parâmetros de QoS
ATRASO VARIÁVEL
ACEITÁVEL
Densidade de
probabilidade
MÁXIMO ATRASO
ACEITÁVEL
1-a
ATRASO
FIXO
ppCDV
a
ATRASO
PACOTES PERDIDOS
maxCTD
Classificação das Aplicações
• A QoS solicitada ao provedor de serviços
depende dos requisitos específicos das
aplicações.
– Aplicações tempo-real
• Aplicações sensíveis ao atraso
– Tolerantes a perda de pacotes
– Intolerantes a perda de pacotes
– Aplicações elásticas
• Aplicações que não são afetadas pelo
atraso.
Requisitos de QoS
Requisitos de QoS
Vídeo
Voz
FTP
E-mail
Vídeo
Broadcast
Interativo
Exigência de largura
de banda
Baixa a
Média
Baixa
Baixa
Alta
Alta
Sensibilidade ao
descarte aleatório de
pacotes
Média
Média
Média
Média
Média
Sensibilidade ao
atraso
Alta
Baixa
Baixa
Baixa
Alta
Sensibilidade ao jitter
Alta
Baixa
Baixa
Média
Alta
Atraso
• O Atraso é o principal fator de QoS.
• Em aplicações tempo-real o atraso provoca
perda de QoS.
– Por exemplo, na transmissão de voz:
• Eco e Sobreposição de conversação.
• Os principais fatores que influenciam na
latência de uma rede são:
– Atraso de propagação (Propagation Delay);
– Velocidade de transmissão e
– Processamento nos equipamentos
Fatores que Influenciam o Atraso
Capacidade do
Terminal
Congestionamento
na rede local
Bufferização nos
Roteadores
Congestionamento
nos links
Tempo de
propagação
Tempo de Propagação
• Atrasos de Propagação - Fibras Ópticas –
Exemplos
Trecho (Round Trip Delay)
Atraso de
Propagação
Miami a São Paulo
100 mseg
New York a Los Angeles
50 mseg
Los Angeles a Hong Kong
170 mseg
Fontes de Atraso
• Atraso introduzido por equipamentos:
–
–
–
–
Roteadores (comutação de pacotes)
LAN Switches (comutação de quadros)
Servidores de Acesso Remoto (RAS) (comutação de pacotes, ...)
Firewalls (processamento no nível de pacotes ou no nível de
aplicação, ...)
• Considerando que a latência é um parâmetro fim-a-fim:
–
–
–
–
Capacidade de processamento do processador
Disponibilidade de memória
Mecanismos de cache
Processamento nas camadas de nível superior da rede
(Programa de aplicação, camadas acima da camada IP, ...);
Perda de Pacotes
• Pacotes são perdidos devido a dois
fatores:
– Erros no pacote:
• Cabeçalho do pacote:
– Descartados pelos roteadores
• Campo de dados:
– Descartados pelo computador
– Falta de Banda
• Estouro de buffer dos roteadores .
• Priorização de tráfego
– Pacotes menos prioritários são descartados.
Estratégias para Implantação de QoS
• Duas estratégias possíveis:
– Reserva de Recursos (serviços integrados):
• recursos da rede são reservados de acordo com
a requisição de QoS da aplicação e sujeitos a
uma política de gerenciamento de banda.
– Exemplo: RSVP
– Priorização (serviços diferenciados):
• O tráfego da rede é classificado e os recursos
da rede são distribuídos de acordo com
critérios da política de gerenciamento de banda.
Níveis de Serviço QoS
• Três níveis básicos de QoS podem ser
providos através de redes heterogêneas:
– 1) Melhor Esforço (Best-effort Service):
• É a implementação default da Internet.
– 2) Serviço Diferenciado (Differentiated
service):
• Algum tráfego é tratado melhor que o resto.
– 3) Serviço Garantido (Guaranteed service)
• Reserva absoluta de recursos de rede para
tráfego específico.
Níveis de QoS
Reserva de Recursos
GARANTIDO
DIFERENCIADO
MELHOR ESFORÇO
Prioridade
Sem QoS
Técnicas de QoS Diferenciado
• Controle de Congestionamento
– Estabelece mecanismo para diferenciar o tráfego em
caso de congestionamento da rede.
– Permite tratar o tráfego de tempo real de maneira
diferente do tráfego elástico.
• Antecipação de Congestionamento
– Introduz técnicas que tomam ações preventivas para
evitar o congestionamento.
• Adequação do Perfil de Tráfego
– Forçam um perfil de tráfego específico na saída, de
maneira independente do fluxo de tráfego na entrada.
Controle de Congestionamento
• Os roteadores devem suportar
mecanismos de filas com priorização para
permitir a implementação de mecanismos
de QoS.
• As principais técnicas de priorização são:
– First-in, first-out (FIFO) queuing
– Priority queuing (PQ)
– Custom queuing (CQ)
– Weighted fair queuing (WFQ)
FIFO – First In Firt Out
• Trata as variações de tráfego através de uma fila, mas
não utiliza nenhum tipo de prioridade. É a opção default
dos dispositivos de rede.
LINK B
(rede WAN: 1 Mbps)
LINK A
(rede local: 100
Mbps)
LINK A > LINK B
FILA INTERNA NO ROTEADOR
PQ: Prioritizing Traffic
• Utiliza várias filas FIFO de prioridades diferentes:
– high, medium, normal ou low
• O tráfego é classificado e colocado em filas
diferentes, dependendo da sua prioridade.
• Os critérios de classificação podem ser diversos:
–
–
–
–
Tipo de protocolo
Interface de entrada
Tamanho do pacote
Endereço de origem e/ou destino
• A estratégia consiste em transmitir primeiro o
tráfego das filas de maior prioridade.
PQ: Prioritizing Traffic
CQ: Guaranteeing Bandwidth
• Esta técnica utiliza até 16 filas em escalonamento round
robin. O tamanho das filas é proporcional a prioridade do
tráfego.
• A classificação para entrada nas filas é feita por protocolo
ou interface de entrada.
Fila de baixa
prioridade
(1 pacotes de
cada vez)
1/10
2/10
3/10
4/10
Fila de alta
prioridade
(4 pacotes de
cada vez)
CQ: Guaranteeing Bandwidth
Weighted fair queuing (WFQ)
• Efetua classificação do tráfego por fluxo:
– Endereço IP de origem e destino
– Portas de origem e destino
– Tipo de protocolo
• Os fluxos são armazenados num número
configurável de filas.
– Fluxos de baixo volume, que são a grande
maioria do tráfego, recebem um serviço
preferencial.
– Fluxos de alto volume, dividem o restante da
banda de maneira proporcional entre eles.
Weighted fair queuing (WFQ)
Weighted fair queuing (WFQ)
• Dando prioridade para os fluxos mais curtos, o
WFQ reduz significativamente o atraso médio de
entrega dos pacotes.
Prioridades no IP
• O protocolo IPv4 possui um campo denominado tipo de
serviço, com informações que podem ser utilizadas para
definir a prioridade dos pacotes.
CABEÇALHO PACOTE IP
TOS
Bit
Prioridade
Bit
000
Muito Baixa
1
Minimizar retardo
001
Baixa
2
Maximizar vazão
Maximizar confiabilidade
3
Maximizar confiabilidade
Muito Alta
4
Minimizar custo
..
111
Requisição
Precedência de IP
• A ponderação das filas leva em conta as informações do
campo “Tipo de Serviço” do protocolo IP (3 bits):
– Prioridades de 0 (menos prioritário) a 7 (mais prioritário).
• É feito uma média ponderada para determinar a
quantidade de banda que cada fluxo recebe.
• Por exemplo, se estão chegando 3 fluxos de prioridade 2
e 4 fluxos de prioridade 1, cada fluxo recebe:
– 3*2 + 4*1 = 10: banda total disponível
– 2/10, 2/10, 1/10, 1/10, 1/10, 1/10: banda alocada por fluxo
Cabeçalho IP
TOS
1 byte, 3 bits de prioridade
Técnicas para Evitar Congestionamento
• As técnicas para evitar congestionamento antecipam a
tendência de congestionamento na rede e agem antes
que o congestionamento ocorra.
• RED:
– RED: Randon Early Detection
– Os roteadores iniciam um processo de descarte randômico de
pacotes assim que percebem um congestionamento nas suas
interfaces.
• WRED:
– RED ponderado
– A operação de descarte acontece levando em conta as
informações de prioridade do campo TOS dos pacotes IP.
RED
Ferramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego
• GTS
– Generic Traffic Shaping
– Baseado no Token Bucket Approach
– Reduz o tráfego de saída de uma interface para um taxa
constante
Ferramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego
• FRTS
– Frame Relay Traffic Shaping
– As informações fornecidas pelo Frame Relay são usadas para controlar
as funcionalidades de QoS implementadas pelo roteador.
• CIR: Committed Information Rate (CIR)
• FECN, BECN
• DE
O flag DE indica
quais pacotes
devem ser
descartados
em caso de
congestionamento.
Taxa definida pelo CIR
Circuito virtual
Indicações do BECN faz com que
os pacotes aguardem na fila.
Reserva de Recursos
• Ao contrário das técnicas de priorização, permite
reservar banda para as aplicações.
• Frame-Relay
– Trabalha apenas com priorização
• ATM
– Trabalha com priorização e reserva de recursos
• IP
– Trabalha apenas com o melhor esforço
– Novos protocolos foram criados para o IP para permitir
a reserva de recursos.
– Entre eles, o mais importante: RSVP
• Resource Reservation Protocol
RSVP
• O RSVP foi concebido
no “Information
Sciences Institute
(ISI)” da “University of
Southern California
(USC)”, MIT e no
“Xerox Palo Alto
Research Center”.
• RSVP é um protocolo
de controle, capaz de
implementar políticas
de qualidade de
serviço solicitadas
pelas aplicações (end
points)
1
2
Funcionamento
• 1. A aplicação servidora identifica sua
necessidade de QoS;
– O transmissor caracteriza seu tráfego de
saída:
• Tspec: limites inferior e superior de banda,
atraso e variação de atraso (jitter).
• Tspect é enviado através da mensagem PATH
para o endereço de destino (um ou mais
receptores).
– Cada roteador com o RSVP habilitado através
da rota percorrida estabelece um “path-state”
que inclui o último endereço da mensagem
PATH.
Funcionamento
• 2. A aplicação cliente solicita à rede a
garantia de QoS que lhe é conveniente
(Reserva) através do protocolo RSVP;
– Os receptores enviam uma mensagem RESV
(Reservation Request) de volta.
• Tspec: requisitos do transmissor
• Rspec: tipo de serviço (Diferenciado ou
Garantido)
• Filter spec: identifica os pacotes que devem de
beneficiar da reserva
– Protocolo de transporte e número de porta.
Funcionamento
• 3. A rede (Equipamentos roteadores e switch
routers) aceita eventualmente a solicitação e
"tenta garantir" a reserva solicitada.
– Quando um roteador recebe a mensagem RESV:
• autentica a requisição
• alocar os recursos necessários.
– Se a requisição não pode ser satisfeita (devido a falta
de recursos ou falha na autorização), o roteador
retorna um erro para o receptor.
– Se aceito, o roteador envia a mensagem RESV para o
próximo roteador.
Funcionamento
• 4. Confirmação
– Quando o último roteador recebe a mensagem
RESV e aceita sua solicitação, envia uma
mensagem de confirmação de volta para o
receptor (note que o último roteador é o mais
perto do transmissor ou o ponto de agregação
de reserva para fluxos multicast).
• 5. Operação
– Uma vez aceita a reserva, os fluxos de dados
(streams) correspondentes à aplicação são
identificados e roteados segundo a reserva
feita para os mesmos.
O RSVP suporta três tipos de tráfego
• Tráfego “best-effort” é o tráfego IP tradicional.
– Exemplo: email
• Tráfego “rate-sensitive”exige uma garantia de
taxa independente do atraso.
– Exemplo transmissão de vídeo não interativo.
– Um buffer no cliente compensa o atraso.
• Tráfego “delay-sensitive” requer um tempo de
entrega independente do tempo (atraso
constante) mesmo variando a sua taxa.
– Exemplo transmissão de video interativo.
– O número de quadro pode variar, mas não pode haver
perda de sincronia.