Faculdade de Tecnologia Senac Pelotas
Unidade Curricular Redes de Computadores II
Camada de Rede
Resumo
Prof. Eduardo Maroñas Monks
Sumário
Funções da Camada de Rede
 Roteadores
 Protocolos
 Protocolo IP
 Roteamento Estático
 Protocolo ICMP
 NAT
 Referências Bibliográficas

Redes de Computadores II - Camada de Rede
2
Camada de Rede
 Transporta segmentos do
hospedeiro transmissor para o
receptor
 No lado transmissor, encapsula
os segmentos em datagramas
 No lado receptor, entrega os
segmentos à camada de
transporte
 Protocolos da camada de rede
em cada hospedeiro, roteador
 Roteador examina campos de
cabeçalho em todos os
datagramas IP que passam por
ele
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Roteamento de Datagramas
 Não existe estabelecimento de conexão na camada de rede
 Roteadores: não existe estado sobre conexões fim-a-fim
 O conceito “conexão” não existe na camada de rede
 Pacotes são encaminhados pelo endereço do hospedeiro de
destino
 Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas
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4
Roteadores
Duas funções-chave do roteador:
 Executar algoritmos/protocolos (RIP, OSPF, BGP)
 Comutar os datagramas do link de entrada para o link de saída
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Roteadores – Portas de Entrada
Camada física:
recepção de bits
Camada de enlace:
ex.: Ethernet
(veja capítulo 5)
Comutação descentralizada:
 Dado o destino do datagrama, procura a porta
de saída usando a tabela de comutação na
memória da porta de entrada
 Objetivo: completar o processamento da porta
de entrada na ‘velocidade da linha’
 Fila: se os datagramas chegam mais rápido do
que a taxa de comutação para o switch
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Roteadores – Portas de Saída
 Buffering necessário quando datagramas chegam do switch mais
rápido do que a taxa de transmissão
 Disciplina de agendamento escolhe entre os datagramas na fila
para transmissão
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Protocolos
Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros:
Camada de Transporte: TCP, UDP
Camada de
rede
Protocolo IP
• Endereçamento
• Formato dos datagramas
• Tratamento de pacotes
Prot. de roteamento
• Escolha de caminhos
• RIP, OSPF, BGP
Tabela
de rotas
Protocolo ICMP
• Aviso de erros
• Sinalização de rotas
Camada de enlace
Camada física
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Protocolo IP




IP = Internet Protocol
Responsável pela entrega dos pacotes
entre redes distintas
O envio dos pacotes é feito sem conexão
e garantias de entrega
Encapsula como dados, os PDUs (Packet
Data Units) das camadas de transporte e
aplicação
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Protocolo IP
versão do protocolo IP
tamanho do header
(bytes)
classe de serviço
número máximo
de saltos
(decrementado em
cada roteador)
ver head. type of
len service
16-bit identifier
prototime to
live
protocolo da camada
superior com dados no
datagrama
Tamanho do cabeçalho TCP
 20 bytes do TCP
 20 bytes do IP
 = 40 bytes + cabeçalho da
camada de aplicação
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colo
length
fragment
flgs
offset
Internet
checksum
tamanho total
do datagrama
(bytes)
para
fragmentação/
remontagem
32 bit endereço IP de origem
32 bit endereço IP de destino
Opções (se houver)
data
(tamanho variável,
tipicamente um segmento
TCP ou UDP)
Ex.: marca de
tempo,
registro de
rota, lista de
roteadores a
visitar
10
Protocolo IP - Fragmentação
 Enlaces de rede têm MTU
(max. transfer size) —
corresponde ao maior frame
que pode ser transportado
pela camada de enlace.
 Tipos de enlaces diferentes
possuem MTU diferentes
(Ethernet: 1.518 bytes)
 Datagramas IP grandes devem
ser divididos dentro da rede
(fragmentados)
 Um datagrama dá origem a
vários datagramas
 “Remontagem” ocorre
apenas no destino final
 O cabeçalho IP é usado para
identificar e ordenar
datagramas relacionados
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Endereçamento IP
 Endereço IP:
 Parte da sub-rede (bits
de ordem superior)
 Parte do hospedeiro
(bits de ordem inferior)
 O que é uma sub-rede?
 Interfaces de
dispositivo com a
mesma parte de subrede do endereço IP
 Podem alcançar
fisicamente uns aos
outros sem intervenção
de roteador
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Endereçamento IP
Multihomed
– hosts com
duas interfaces de rede,
ligados a mesma rede ou
a outras interfaces
O fato de ter duas
interfaces, mesmo em
redes diferentes, não
caracteriza o host
como roteador!

Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Roteamento




A padronização da arquitetura TCP/IP possibilitou a
interligação de redes das mais variadas tecnologias. Por
exemplo, podemos ter conectadas redes baseadas em
mainframes, com redes ethernet, token ring e ATM, apenas
fazendo uso de roteadores entre elas.
Em uma interligação de redes a 3a camada, camada de
rede da origem , se comunica diretamente com a camada
de rede do host de destino. Com isto, as característica da
tecnologia de rede são abstraídas das camadas superiores,
Transporte e Aplicação.
Portanto, podemos usar números Ips para acessar uma
página na Internet, e o aplicativo, no caso um browser, no
host de origem não fica sabendo que tipo de tecnologia de
rede local existia no host destino.
O único pré-requisito nesta comunicação, é que
ambos os hosts implementem a arquitetura TCP/IP.
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Roteamento

Para poder conectar redes heterôgeneas, um
roteador não pode transmitir uma cópia de
um quadro de uma rede, diretamente,
para outra. Para manter a heterogenidade,
uma interconexão de rede deve definir um
formato de pacotes independente do
hardware. No caso da Internet o pacote IP
tem esta função.
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Tabela de Roteamento
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Roteamento Estático



Configurado manualmente pelo
administrador
Não considera as alterações no estado da
rede
Comando para adição de uma rota indireta
no Linux:
Rede de Destino
Redes de Computadores II - Camada de Rede
Máscara de
Subrede
Interface do
Next Hop
17
Roteamento Estático

Default Gateway



Rotas indiretas



Define a saída padrão
Representado como a rede 0.0.0.0 e máscara de
subrede 0.0.0.0
Adicionadas pelo administrador
Que dizer que não está ligada diretamente ao
roteador
Rotas diretas

São aquelas que estão ligadas diretamente as
interfaces do roteador
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Resumo sobre roteamento
Este
procedimento
No roteador B, o
irá acontecer
até
quadro
será
Para
montar um
a chegada
no na e enviar
recebido
quadro
Ao saber o
roteador
B.
interface
externa
naArede
local, o
endereço
MAC,
cadaepassagem
serároteador irá
o roteador irá
por um
roteador,
encaminhado
gerar na na
sua
gerar
um quadro
o campo
TTL
do interna
interface
interface
contendo o
protocolo
IP A rede
interna.
mensagens
ARP
pacote IP
será de destino
do
em broadcast
decrementado
eenviado
pacote
está
solicitando
o
originalmente
e
o campo
cd
ligada
endereço físico
encaminhará na
checagem
diretamente
do IP dea destino.
rede local.
recalculado.
este roteador.
Não está. O
quadro
ethernet
O IP de
destino
deverá
está ser
na mesma
enviado
para
o Para descobrir o
rede da
origem?
Ao saberMAC
o
endereço
gateway.
Ao receber o
AND da máscara
doendereço
gateway,MAC
será
quadro
na
da interface
do host com aenviada
uma do
interface,
o
roteador
A,
rede do destino.
mensagem
emo
roteador
irá
host
poderá
Resultou na broadcast
ARP
verificar
o
o quadro
rede da origem?
naenviar
rede local.
endereço
IP de
até
o roteador
destino. Se
(gateway).
houver a rede de
destino em sua
tabela de
roteamento,
haverá o
repasse para a
interface do next
hop.
Protocolo
ICMP
 ICMP = Internet Control Message
Protocol
Usado por computadores e
roteadores para troca de
informação de controle da
camada de rede
 Error reporting: hospedeiro,
rede, porta ou protocolo
 Echo request/reply (usado pela
aplicação ping)
 Transporte de mensagens:
 Mensagens ICMP transportadas
em datagramas IP
 ICMP message: tipo, código,
mais primeiros 8 bytes do
datagrama IP que causou o erro
Redes de Computadores II - Camada de Rede
Tipo
0
3
3
3
3
3
3
4
8
9
10
11
12
Código Descrição
0
echo reply (ping)
0
dest. network unreachable
1
dest host unreachable
2
dest protocol unreachable
3
dest port unreachable
6
dest network unknown
7
dest host unknown
0
source quench (congestion
control - not used)
0
echo request (ping)
0
route advertisement
0
router discovery
0
TTL expired
0
bad IP header
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Protocolo ICMP
 O transmissor envia uma série de segmentos UDP para o destino
 O 1o possui TTL = 1
 O 2o possui TTL = 2 etc.
 no de porta improvável
 Quando o enésimo datagrama chega ao enésimo roteador:
 O roteador descarta o datagrama
 E envia à origem uma mensagem ICMP (type 11, code 0)
 A mensagem inclui o nome do roteador e o endereço IP
 Quando a mensagem ICMP chega, a origem calcula o RTT
 O traceroute faz isso três vezes
 Critério de interrupção
 O segmento UDP finalmente chega ao hospedeiro de destino
 O destino retorna o pacote ICMP “hospedeiro unreachable” (type 3,
code 3)
 Quando a origem obtém esse ICMP, ela pára.
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Protocolo ICMP

Mensagens de redirecionamento
•Neste exemplo H1 envia
para R1 um datagrama
destinado a rede N2.
Entretanto, R1 verifica que
R2 está na mesma rede e
possui uma rota direta para
N2. Então, R1 redireciona o
datagrama para R2 e
envia uma mensagem ICMP
de redirecionamento
(Redirect Message) para o
host H1 que guardará em
cache a nova rota para ser
utilizada na próxima vez.
•Comando no linux para
listar a entradas no cache
da tabela de roteamento:
ip route show cache
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Protocolo ICMP

Echo Request

Echo Reply
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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NAT (Network Address Translation)
restante da
Internet
rede local
(ex.: rede doméstica)
10.0.0/24
10.0.0.4
10.0.0.1
10.0.0.2
138.76.29.7
10.0.0.3
todos os datagramas que saem da rede
local possuem o mesmo e único
endereço IP do NAT de origem:
138.76.29.7,
números diferentes de portas de
origem
Redes de Computadores II - Camada de Rede
datagramas com origem ou destino
nesta rede possuem endereço
10.0.0/24 para origem, destino
(usualmente)
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NAT (Network Address Translation)
 Motivação: redes locais podem utilizar apenas um
endereço IP:
 Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP:
apenas um endereço IP é usado para todos os dispositivos
 Podem-se alterar os endereços dos dispositivos na rede
local sem precisar notificar o mundo exterior
 Pode-se mudar de ISP sem alterar os endereços dos
dispositivos na rede local
 Dispositivos da rede local não são explicitamente
endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (um
adicional de segurança).
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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NAT (Network Address Translation)
Implementação: o roteador NAT deve:
Datagramas que saem: substituir (endereço IP de origem, porta
#) de cada datagrama para (endereço IP do NAT, nova porta #)
. . . clientes/servidores remotos responderão usando (endereço
IP do NAT, nova porta #) como endereço de destino.
 Lembrar (na tabela de tradução do NAT) cada (endereço IP de
origem, porta #) para o par de tradução (endereço IP do NAT,
nova porta #).
 Datagramas que chegam: substituir (endereço IP do NAT, nova
porta #) nos campos de destino de cada datagrama pelos
correspondentes (endereço IP de origem, porta #) armazenados
da tabela NAT
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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NAT (Network Address Translation)
2: roteador NAT
substitui end. origem
do datagrama de
10.0.0.1, 3345 para
138.76.29.7, 5001,
atualiza a tabela
3: resposta chega
endereço de destino:
138.76.29.7, 5001
Redes de Computadores II - Camada de Rede
1: hospedeiro 10.0.0.1
envia datagrama
para 128.119.40, 80
4: roteador NAT
substitui o endereço de
destino do datagrama
de 138.76.29.7, 5001
para 10.0.0.1, 3345
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NAT (Network Address Translation)
 Campo número de porta com 16 bits:
 60.000 conexões simultâneas com um único endereço de
LAN
 NAT é controverso:
 Roteadores deveriam processar somente até a camada 3
 Violação do argumento fim-a-fim
 A possilidade de NAT deve ser levada em conta pelos
desenvolvedores de aplicações, ex., aplicações P2P
 A escassez de endereços deveria ser resolvida pelo IPv6
Redes de Computadores II - Camada de Rede
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Referências Bibliográficas






TCP/IP handbook -http://www.sans.org/security-resources/tcpip.pdf
IPv6 Pocket Guide - http://www.sans.org/securityresources/ipv6_tcpip_pocketguide.pdf
Capítulo 4 do livro “Redes de Computadores” – Kurose e Ross
TCP/IP Tutorial and Technical Overview- disponível em
http://www.redbooks.ibm.com/redbooks/pdfs/gg243376.
pdf
TCP/IP Guide – disponível em http://www.tcpipguide.com/
RFC 1918
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