Modelo em Camadas
Arquitetura TCP/IP/Ethernet
Edgard Jamhour
Ethernet não-Comutada (CSMA-CD)
 A Ethernet não-comutada baseia-se no princípio de comunicação com
broadcast físico.
a
b
TIPO
a
transmitindo
DADOS (até 1500 bytes)
CRC
b
meio compartilhado
ou barramento
c
escutando
escutando
Quadros em
espera
Endereço MAC ou Físico
 O padrão IEEE 802 define o padrão de endereçamento MAC,
administrados localmente ou universais.
UNICAST (interface de rede)
Sistema Operacional
BROADCAST (ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff)
INTERRUPÇÃO
MULTICAST (01:00:5e:00:00:00)
Interface de Rede
MAC
DEST
ORIG
DADOS
CRC
HUB ou Concentrador
 Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam
internamente a construção dos barramentos físicos.
HUB
1
c a
c a
c a
a
3
2
b
c
Ethernet Comutada
 A utilização de switches permite colocar o Ethernet em modo
comutado.
Estado inicial
switch
1
(2)
(1)
c
a
3
2
c
a
(2)
...
c
a
PORTA
ENDEREÇO
...
...
Após a transmissão de A
a
b
c
PORTA
ENDEREÇO
1
a
Após a transmissão de C
switch
1
(4)
A
C
...
3
2
(3)
a
b
A
C
...
c
PORTA
ENDEREÇO
1
3
a
c
Domínios de Colisão
 Cada porta do switch define um domínio de colisão. Isto é, só é
possível haver colisão entre os computadores conectados a uma
mesma porta.
switch
2
1
3
hub
hub
Tabela de Encaminhamento
a
b
c
d
e
f
g
PORTA
ENDEREÇO
1
2
3
a,b,c
d,e,f
g
Cascateamento de Switches
 Apesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os
Switches ainda apresentam limitação de escala.
switch
1
2
3
5
4
Switch 1
a
switch
1
2
e
switch
1
2
c
b
3
e
3
5
4
Switch 2
f
5
4
Switch 3
g
h
i
PORTA
ENDEREÇO
1
2
3
4
d,e,f,g,h,i
a
b
c
PORTA
ENDEREÇO
1
2
3
4
5
a,b,c
d
e
f
g,h,i
PORTA
ENDEREÇO
2
3
4
5
g
h
i
a,b,c,d,e,f
Arquitetura Internet (WAN)
 A introdução do equipamento roteador determina a arquitetura WAN.
rede 2
rede 1
LAN
switch
LAN
1
Roteador
A
2
1
Roteador
B
WAN
3
2
switch
3
3
2
Roteador
C
rede 3
LAN
switch
LAN
1
Tabela de Roteamento
Rede
PORTA
Rede 3
Rede 1
Rede 2
C.1
C.2
C.3
NEXT
HOP
C.1
A.3
B.3
Quadro e Pacote
 Pacotes são transportados no campo de dados dos quadros. Os
pacotes IP são definidos pelo tipo 0x800.
QUADRO
PACOTE
DESTINO
ORIGEM
TIPO 0x800
ENDEREÇO FÍSICO:
definem o fabricante
ORIGEM
DESTINO
ENDEREÇO DE REDE:
definem a posição
DADOS
CRC
Endereço de Rede
 O agrupamento de computadores em rede permite reduzir a
quantidade de informações na memória do roteador.
REDE 200.0.0.0/8
se 200... envie para x
se 210 ... envie para y
SWITCH
a
b
c
x
200.0.0.1 200.0.0.2 200.0.0.3
Roteador
REDE 210.0.0.0/8
210.0.0.1
e
Roteador
y
SWITCH
d
m
z
z
f
210.0.0.3 210.0.0.4
e
y
66.1.2.3
210.0.0.3
m
66.1.2.3
210.0.0.2
Conexão de redes com tecnologia diferentes
 O endereçamento dos quadros é local ao enlace e o endereçamento
do pacote é fim a fim.
O encapuslamento do
quadro mude de acordo
com o meio físico
3
1
Ethernet
2
O pacote independe
da tecnologia
PPP
Token- Ring
Protocolos de Transporte
 Protocolos de transporte como o TCP e UDP introduzem um nível
adicional de endereçamento para identificar processos.
Processo
Servidor
Processo
Cliente
Porta
1024
Porta
Porta
TCP
Porta
80
Porta
Porta
TCP
UDP
UDP
Endereço IP
Endereço IP
IP
IP
End. Físico
End. Físico
Ethernet
Ethernet
1024
80
Mensagem
Portas TCP e UDP
 Números inteiros de 16 bits padronizadas pela IANA (Internet Assigned
Number Authority)
0
PORTAS BEM CONHECIDAS
1023
1024
PORTAS REGISTRADAS
49151
49152
PORTAS DINÂMICAS OU PRIVADAS
65535
Quadro, Pacote e Segmento/Datagrama
QUADRO
PACOTE
TCP/UDP PDU
dest.
orig
ENDEREÇOS
FÍSICO
(LOCAL)
protocolo
orig.
dest.
ENDEREÇOS IP
(FIM A FIM)
orig.
dest
ENDEREÇOS DE
PORTAS
(PROCESSOS)
dados
crc
Protocolo de Aplicação
 O protocolo de aplicação define, geralmente, um conjunto de
mensagens padronizadas que permite que clientes e servidores de
fabricante diferentes se comuniquem.
mail from: <...>
250 ok
cliente email
servidor email
rcpt to: <...>
250 ok
data
354 End data with <CR><LF>.<CR><LF>
dados <CR><LF>.<CR><LF>
dest.
orig.
prot.
orig
dest
orig
dest
prot. aplicação
dados
crc
Pilha TCP/IP
 O Ethernet não é considerado parte da pilha TCP/IP
DADOS
Aplicação
Camada de Aplicação
HTTP, FTP, SMTP, etc
Seqüência de
empacotamento
aplicação
Camada de Transporte
TCP, UDP
transporte
S.O.
Camada de Rede
IP
Placa de
Rede
Ethernet
pacote
quadro
OSI - Open Systems Interconnection Model
 Modelo de referência para classificação de protocolos
Mensagens padronizadas.
Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy)
HTTP, SSH, SMTP, SNMP, DNS, etc.
Aplicação
7
Apresentação
6
Sessão
5
Comunicação com controle de estado.
Transporte
4
Comunicação entre processos.
Dispositivo de Rede: Não há
TCP, UDP, SPX, NetBEUI, etc.
Rede
3
Roteamento dos pacotes através de redes diferentes
Dispositivo de Rede: Roteador
IP, IPx, etc.
Enlace de Dados
2
Empacotamento de dados em quadros dentro da rede.
Dispositivo de Rede: Ponte, Switch
Ethernet, PPP, Frame-Relay, ATM, …
Física
1
Transmissão de bits através do meio físico.
Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub
Representação de dados independente da plataforma.
Arquietura Internet e Endereçamento IP
 A arquitetura Internet é definida como uma coleção de redes físicas
interligadas por uma nuvem de roteadores.
Gateway ou roteador
Rede Física
Rede Física
internet
Rede Física
Rede Física
Notação Decimal Pontuada
 Endereços IP são números de 32 bits (4 bytes) representados em
notação decimal pontuada.
2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120
10000000 00001010 00000010 00011110
27=128
23+21=10
21=2
128.10.2.30
notação
binária
24+23+22+21=30
notação decimal
pontuada
Endereços IP
 Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST
Endereço IP de 32 bits
Id rede
(prefixo)
host
Id de host
Rede fisica
Rede física
internet
hosts com o
mesmo
identificador de
rede.
hosts com
identificadores
de rede
distintos.
Rede física
Rede Física
Classes de Endereçamento IP
Classe
Octetos
Número de
Prefixos
Endereços por
Prefixo
Faixa de Endereços
A
(0) R
H
H
H
128
16.777.216
1.0.0.0
127.255.255.255
B
(10) R
R
H
H
16.384
65.536
128.0.0.0
191.255.255.255
C
(110) R
R
R
H
2.097.152
256
192.0.0.0 até
223.255.255.255
D
(1110)
----
268.435.456
224.0.0.0 até
239.255.255.255
Res.
(1111)
reservado
reservado
240.0.0.0 até
255.255.255.254
Endereços IP com Classe
 As classes definem o tamanho das redes locais.
de 10.0.0.0
até 10.255.255.255
de 172.68.0.0
até 172.168.255.255
de 200.134.51.0
até 200.134.51.255
16,77
milhões
A
65,536
mil
B
256
C
Exemplo de Endereçamento
 As interfaces do roteador também fazem parte das redes.
200.0.0. 2
200.0.0. 3
200.0.0. 4
200.0.0. 5
200.0.1. 4
200.0.1. 5
sub-rede
200.0.0.0
200.0.0.1
roteador
200.0.1.1
sub-rede
200.0.1.0
200.0.1. 2
200.0.1. 3
Limitações do IP com classe
 Qual a melhor classe para cada uma das redes abaixo?
Universidade A
...
2000 computadores
Instituto B
...
200 computadores
Limitações do IP com Classe
Universidade A
Universidade A
...
253 computadores
...
...
253 computadores
OITO CLASSES C
2024 endereços
2000 computadores
UMA CLASSE B
65536 endereços
Endereços IP sem classe
 Classless Inter-Domain Routing (CIDR)
 Introduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de
rede em um endereço IP é determinado.
 O CIDR adota o conceito de máscara de subrede de tamanho variável,
que permite definir prefixos de qualquer tamanho
 VLSM (Variable Length Subnet Masking)
IP (32 bits)
Máscara de Subrede (32 bits)
Máscara de Subrede
 A Máscara de Subrede
 32 bits em notação decimal pontuada.
 bits 1 indicam o endereço da subrede
 bits 0 o endereço do host.
 Máscaras Default:
 classe A: 255.0.0.0 ou /8 ou
 11111111.00000000. 00000000. 00000000.
 classe B: 255.255.0.0 ou /16 ou
 11111111. 11111111. 00000000. 00000000.
 classe C: 255.255.255.0 ou /24 ou
 11111111. 11111111. 11111111. 00000000.
SubRedes
200.0.0.0/27
200.0.0.0/24
200.0.0.0/25
200.0.0.0/26
200.0.0.0
200.0.0.0
200.0.0.0
(64 IPs)
(128 IPs)
200.0.0.63
200.0.0.64/26
(256 IPs)
200.0.0.0
(32 IPs)
200.0.0.31
200.0.0.127
200.0.0.64
200.0.0.128/25
(64 IPs)
200.0.0.128
200.0.0.32/27
200.0.0.32
(32 IPs)
200.0.0.63
200.0.0.127
(128 IPs)
200.0.0.255
200.0.0.255
/24 = 255.255.255.0
/25 = 255.255.255.128
/26 = 255.255.255.192
/27 =255.255.255.224
SuperRedes
200.0.0.0/24
200.0.0.0/23
200.0.0.0
(256 IPs)
200.0.0.255
200.0.0.0
200.0.1.0/24
(512 IPs)
200.0.1.0
(256 IPs)
200.0.1.255
200.0.0.0/22
200.0.0.0
/24 = 255.255.255.0
/23 = 255.255.254.0
/22 = 255.255.252.0
200.0.1.255
(1024 IPs)
200.0.2.0/24
200.0.2.0
(256 IPs)
200.0.2.255
200.0.2.0/23
200.0.2.0
200.0.3.0/24
(512 IPs)
200.0.3.0
(256 IPs)
200.0.3.255
200.0.3.255
200.0.4.255
Máscaras em Notação Decimal Pontuada
 Por default, a máscara de uma rede classe C é
 255.255.255.0.
 11111111. 11111111. 11111111. 00000000.
 Para dividir a rede em 2 subredes, utiliza-se a máscara:
 255.255.255.128
 11111111. 11111111. 11111111. 10000000.
 Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a máscara:
 255.255.255.192
 11111111. 11111111. 11111111. 11000000.
 Para dividir a rede em 8 subredes, utiliza-se a máscara:
 255.255.255.224
 11111111. 11111111. 11111111. 11100000.
 Para dividir a rede em 16 subredes, utiliza-se a máscara:
 255.255.255.240
 11111111. 11111111. 11111111. 11110000.
Exemplo de Atribuição de Endereços
subrede 3
subrede 2
r2
r3
...
...
50 computadores
200.1.1.0/24
50 computadores
r1
...
100 computadores
subrede1
Exemplo de Atribuição de Endereços
200.1.1.193
200.1.1.129
subrede 3
200.1.1.128/26
subrede 2
200.1.1.192/26
r2
r3
...
200.1.1.130
...
200.1.1.0/24
200.1.1.194
200.1.1.179
200.1.1.243
r1
...
200.1.1.1
200.1.1.2
200.1.1.101
subrede 1
200.1.1.0/25
Endereços IP especiais
 Não podem ser atribuídos a nenhuma estação:
 Primeiro endereço do bloco de subrede
 Identificador da subrede
 Último endereço do bloco de subrede

Broadcast para a subrede
 127.0.0.0/8:
 Bloco de endereços de loopback
 0.0.0.0:
 Identificador da Internet
 Endereço de Inicialização (DHCP)
 255.255.255.255:
 Broadcast para todas as redes
 224.0.0.0 até 239.255.255.255:
 Endereços de multicast
Loopback = Transmissão Local
 Os pacotes IP com endereço de loopback não são enviados para
camadas inferiores da pilha TCP/IP.
 Eles são tratados localmente pela própria estação
 Recomendação do IETF: 127.0.0.0/8 é reservado para loopback
127.0.0.1
processo
A
processo
B
porta A
porta B
Transporte
Rede
Enlace
Física
ARP: Address Resolution Protocol
 O ARP faz a adaptação entre o Ethernet e o IP. O ARP é encapsulado
diretamente dentro do Ethernet.
 Todo computador, ao ter sua pilha IP (re)iniciada, envia um ARP
request para seu próprio endereço para detectar endereços
duplicados.
SWITCH
SWITCH
ARP
REQUEST
(broadcast)
qual o MAC do IP
200.0.0.2 ?
a
200.0.0.3
MAC destino
ff:ff:ff:ff:ff:ff
ARP
REPLY
(unicast)
b
c
200.0.0.4
200.0.0.2
o MAC do IP
200.0.0.2 é C
ARP – Inundação de Broadcast
 O protocolo ARP utiliza mensagens em broadcast que tem alto impacto
na carga total na rede.
 Para reduzir o tráfego total de ARP, os dispositivos que hospedam o
protocolo IP utilizam uma cache, visível pelo comando: arp -a
ARP Cache
endereço IP
200.0.0.1
200.0.0.3
endereço MAC
00:60:08:16:85:B3
00:60:08:16:85:ca
tipo
dinâmico
dinâmico
ARP e Roteamento
 Roteadores respondem, mas não propagam broadcast.
 Isso implica que não é possível localizar o endereço MAC de algum
computador situado do outro lado de um roteador.
SWITCH
SWITCH
...
intra-rede
inter-rede
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
DESTINO
MAC
ORIGEM
IP
ORIGEM
IP
DESTINO
DADOS
MAC
ORIGEM
IP
ORIGEM
IP
DESTINO
DADOS
INTER-REDES
MAC
ROTEADOR
Comunicação Inter-Redes
 O endereço IP de origem e de destino se mantém os mesmos durante
todos os saltos de um pacote através de vários roteadores.
 O endereço MAC é modificado para endereçar os elementos
participantes de cada salto.
b a
IPa IPd
d c
IPa IPd
roteador
b
c
IPb
IPc
a
f
IPa
IPd
Tabela de Roteamento

FORMATO GERAL

REDE DESTINO: 200.1.2.0 255.255.255.0

GATEWAY ou NEXT-HOP: 200.1.2.1

INTERFACE: eth0 ou 200.1.2.5

CUSTO: 1
200.1.2.0/24
200.1.2.0
200.1.2.255
ENDEREÇO DE BASE
PROPRIEDADE:
O resultado de um E-BINARIO de qualquer
endereço da rede
com a máscara resulta sempre no endereço
de base.
Rede de Destino
 Formada por um endereço de base e uma máscara de subrede.
Exemplos:
 200.134.51.0 (MASCARA 255.255.255.0):
 Rota para os computadores:

200.134.51.0 a 200.134.51.255
 200.134.0.0 (MASCARA 255.255.0.0):
 Rota para os computadores:

200.134.0.0 a 200.134.255.255.
 200.134.51.6 (MASCARA 255.255.255.255):
 Rota para o computador:

200.134.51.6.
 0.0.0.0 (MASCARA 0.0.0.0)
 Rota para todos os computadores

0.0.0.0 até 255.255.255.255
Exemplo de Tabelas de Roteamento
200.17.98.1
REDE 200.17.98.0/24
INTERNET
A
roteador
1
roteador
2
200.134.51.1
10.0.0.2/30
10.0.0.1/30
200.134.51.25
B
REDE 200.134.51.0/24
Tabela do computador B
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.134.51.0/24
não tem
eth0 ou 200.134.51.25
1
200.17.98.0/24
200.134.51.1
eth0 ou 200.134.51.25
1
0.0.0.0/0
200.134.51.1
eth0 ou 200.134.51.25
1
roteador
1
200.134.51.1
200.134.51.0/24
eth0
200.134.51.25
B
Seqüência de Análise da Rota
 1) Da rota mais específica para a mais genérica
 ROTA MAIS ESPECÍFICA:
 ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA
 2) Da rota com menor custo para a de maior custo
 3) Decisão dependente de implementação
 Consequencia: O significado de uma rede de destino na tabela de
roteamento é:
 A rede indicada pelo endereço, menos todas as redes menores.
Tabela do Roteador 1
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.134.51.0/24
não tem
200.134.51.1
0
200.17.98.0/24
não tem
200.17.98.1
0
0.0.0.0/0
10.0.0.2
10.0.0.1
1
REDE 0.0.0.0/0
REDE 200.17.98.0/24
200.17.98.1
roteador
1
roteador
2
200.134.51.1
REDE 200.134.51.0/24
10.0.0.2/30
10.0.0.1/30
Tabela do Roteador 2
Rede Destino
10.0.0
Interface
Custo
200.134.51.0/24
10.0.0.1
10.0.0.2
1
200.17.98.0/24
10.0.0.1
10.0.0.2
1
0.0.0.0/0
10.0.0.6
10.0.0.5
1
10.0.0.5/30
INTERNET
REDE 200.17.98.0/24
200.17.98.1
10.0.0.6/30
roteador
2
roteador
1
200.134.51.1
10.0.0.2/30
REDE 200.134.51.0/24
10.0.0.1/30
Rota Default e Gateway Default
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.134.51.0/24
não tem
eth0 ou 200.134.51.25
1
200.17.98.0/24
200.134.51.1
eth0 ou 200.134.51.25
1
0.0.0.0/0
200.134.51.1
eth0 ou 200.134.51.25
1
roteador
1
O roteador 1 é o gateway default para
a rede 200.134.51.1 pois ele é o
caminho para todas as demais redes
200.134.51.1
200.134.51.0/24
eth0
200.134.51.25
B
Múltiplas Rotas e Custos
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
0.0.0.0/0
10.0.0.6
10.0.0.5
1 (10)
0.0.0.0/0
10.0.0.2
10.0.0.1
2 (2)
200.134.51.0/24
10.0.0.6
10.0.0.5
2 (11)
200.134.51.0/24
10.0.0.2
10.0.0.1
1 (1)
200.17.98.0/24
Não tem
200.17.98.1
0
10.0.0.5/30
10.0.0.6/30
REDE 200.17.98.0/24
INTERNET
10 Mbps
R2
R1
100 Mbps
10.0.0.1/30
10.0.0.2/30
R3
100 Mbps
REDE 200.134.51.0/24
Roteamento com Subredes
200.1.2.1
REDE 200.1.2.0/25
10.0.0.5/30
200.1.2.2
10.0.0.6/30
A
INTERNET
roteador
1
roteador
2
200.1.2.129
10.0.0.2/30
10.0.0.1/30
200.1.2.130
B
REDE 200.1.2.128/25
Tabelas de Roteamento
Computador A
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.1.2.0/25
não tem
200.1.2.2
0
0.0.0.0/0
200.1.2.1
200.1.2.2
1
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.1.2.0/25
não tem
200.1.2.1
0
200.1.2.128/25
não tem
200.1.2.129
0
0.0.0.0/0
10.0.0.2
10.0.0.1
1
Rede Destino
Gateway
Interface
Custo
200.1.2.0/24
10.0.0.1
10.0.0.2
1
0.0.0.0/0
10.0.0.6
10.0.0.5
1
Roteador 1
Roteador 2
Conclusão
 Endereçamento baseado em classes
 Endereçamento sem classes (CIDR e VLSM)
 ARP (Address REsolution Protocol)
 Tabelas de roteamento
 Agregação de rotas