Redes I
Internet Protocol IP
Prof. Dr. Amine BERQIA
[email protected]
http://w3.ualg.pt/~bamine/
Motivação

Conectar várias tecnologias de ligação para formar uma
maior rede de interconexão
 Necessário um esquema de endereçamento universal
 Utilização genérica
 Oculta as tecnologias subjacentes de utilizador final
 Facilita a comunicação entre domínios autónomos
 Capaz mover pacotes entre quaisquer computadores numa
rede de interconexao
Conectar Redes Heterogéneas
 Sistema
computacional utilizado
 Propósito
especial
 Dedicado
 Suporta
tecnologias LAN ou de WAN
 Conhecido como
 router
 gateway
Ilustração de um Router
A

G
B
Nuvem representa uma rede arbitrária
 Uma interface por rede
Idéia base
Um router pode interconectar redes que
utilizam tecnologias diferentes, incluindo meios
e tecnologias de acesso a meios diferentes, e
esquemas de endereçamento físicos ou formatos
de quadro diferentes.
O Conceito de Internet
 Rede na Realidade
 Rede como visto pelos
utilizadores
Funções chave da Camada de rede
 Endereçamento global
 Fragmentação
 Routing

(encaminhamento)
Vamos focar principalmente o endereçamento e
encaminhamento
Exemplo de Camada de rede :
Protocolo Internet (IP)
Normalizado pelo IETF como RFC 791
Protocolo mais popular da Camada 3
Protocolo nuclear utilizado na Internet
pública
Protocolo sem conexão
datagramas contêm identidade do destino
cada datagrama enviado/tratado de forma
independente
Endereçamento de IP
Fornece uma abstracção
Independente de endereçamento de
hardware (MAC)
Utilizado por
protocolos de camada mais altas
aplicações
Endereço IP
Virtual
só reconhecido por software
Utilizado para toda a comunicação numa rede
de interconexão
IPv4 inteiro de 32 bits
Valor distinto para cada computador/interface
Atribuição do Endereço IP
Um endereço de IP não identifica um
computador específico. Pelo contrário, cada
endereço de IP identifica uma conexão
entre um computador e uma rede. Um
computador com conexões de rede
múltiplas (por exemplo, router) deve ser
atribuído um endereço IP para cada
conexão.
Endereço IP
Dividido em duas partes
prefixo identifica a rede
sufixo identifica o computador/interface
Autoridade global atribui um prefixo
distinto para a rede
Administrador local atribui sufixo distinto
para o computador/interface
Classe de Endereços IP
Class\bits 0
8
A
0
B
10
C
110
D
1110
E
11110
16
id-rede
24
id-computador
id-rede
id-computador
id-rede

id-comp.
endereço multicast
reservado para uso futuro
Endereço IPv4 = 32 Bits

31
Bits iniciais determinaram a classe
A classe determina o limite entre prefixo e sufixo
Exemplo de Notação decimal
 Representa cada octeto em decimal separado por pontos
 Não é igual a nomes como www.ualg.pt
129.194.69.68 = Endereço IP
129.194 = id-rede 1000 0001 1100 0010
69.68 = id-computador 0100 0101 0100 0100
 Quatro valores decimais por endereço de 32 bits
 Cada número decimal
 representa oito bits
 está entre 0 e 255 inclusivo
Classes e Tamanho de Rede

Tamanho máximo determinado por classe de
endereço
• Classe A grande
• Classe B média
• Classe C pequena
Exemplo de Endereçamento
Endereçamento IP : Problemas com
Classes
 Crescimento
de Internet
 Tamanho de tabela de routing
 Esgotamento de endereços
 Peso Administrativo
 Má utilização de endereços
Endereçamento IP : Soluções
Subnetting
 Máscara de Subrede de Comprimento
variável (VLSM)
 Supernetting
 Classless InterDomain Routing (CIDR)

Subnets(1)

Endereçamento por SubNet é uma técnica que permite um
conjunto múltiplo de redes interconectadas ser coberto por um único
número de rede IP. Os endereços IP têm uma estrutura bem definida
que permite a um gateway extrair a parte de rede dum endereço,
simplesmente sabendo a sua classe e uma mascara opcional.
 Quer-se reduzir o numero de rede visíveis pelo mundo;
 Quer-se simplificar a gestão das muitas redes existentes numa
organização;
 Uma organização grande pode ter 30 ou mais redes (uma para
cada departamento). Seria agradável se precisássemos de apenas
publicitar um único numero de rede para as 30 redes.
Subnets(2)
 Para implementar subnetting, computadores e gateways usam uma máscara
de subrede para extrair a parte de rede de um endereço de IP. No exemplo, 6
bits estão reservados para subrede, e 10 bits para o computador.
 Distinguir entre encaminhamento directo (o router sabe chegar ao destino) e
indirecto (o router envia o pacote para outro encaminhar),
 Sem subrede, um router tem tabelas da forma:
(outra_rede, 0) e (esta_rede,o computador).
 Com subrede, um router tem tabelas da forma:
(esta_rede, subrede, 0) e (esta_rede, esta_subnet, o computador).
Subnets(3)
27
26
25
24
23
22
21
20
128
64
32
16
8
4
2
1
140.192.56.45
1
0
0
140
0 1
1
0
0
1
1
0
192
0 0
0
0
0
0
0
1
N etwork
1
1
1
255
1 1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Subnet
1
1
1
1
1
1
255
1 1
1
0
0
1
1
0
0
0
192
0 0
140
1
56
1 1
1
1
1
1
1
1
255
1 1
0
0
0
0
0
1
1
1
56
1 1
192
0
45
0 1
0
1
0
0
0
0
H os t
0
NetMask
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
45
0 1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
56
1
IP A ddress
1
0
Netw ork A ddress
140.192.56.0/24
24-bit mask
8-bit subnet mask
140.192.56.45
1
0
0
140
0 1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
N etwork
1
1
1
255
1 1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
255
1 1
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
IP A ddress
H os t
1
1
1
1
1
1
240
1 0
0
0
0
0
0
1
1
192
140.192.48.0/20
20-bit mask
4-bit subnet mask
0
Subnet
140
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
48
0
0
NetMask
Netw ork A ddress
Subnets(4)
Subnet Mas k Bits
Bits
C om bo's
C las s
B
C las s
C
N/A
N et 's
H os ts
H os ts
Clas s B
Subnet Mas ks
Clas s C
Subnet Mas ks
2
22
4
-2 =
2
16382
62
Bits
N et work s
H os ts
Bits
N et work s
H os ts
3
23
8
-2 =
6
8190
30
4
14
H
4094
os ts
4
14
H 14
os ts
4
24
16
-2 =
14
4094
14
7
126
14
H510
os ts
2
14
2
H 62
os ts
5
25
32
-2 =
30
2046
6
12
4094
14
H 62
os ts
3
14
H os ts
6
26
64
-2 =
62
1022
2
6
14
H os ts
6
14
H os ts
7
27
128
-2 =
126
510
10
14
H os ts
8
28
256
-2 =
254
254
9
29
512
-2 =
510
126
10
210
1024
-2 =
1022
62
11
211
2048
-2 =
2046
30
12
212
4096
-2 =
4094
14
13
213
8192
-2 =
8190
6
14
214
16384
-2 =
16382
2
VLSM
 Máscara
de Subrede de Comprimento
variável
 Pode ser complexo e confuso
 Utiliza endereçamento mais
eficazmente.
Supernetting

Combina múltiplas classes de endereço menores
num bloco maior
208
1 1 0 1 0 0 0 0
207
1 1 0 0 1 1 1 1
52
0 0 1 1 0 1 0 0
208
1 1 0 1 0 0 0 0
207
1 1 0 0 1 1 1 1
53
0 0 1 1 0 1 0 1
208
1 1 0 1 0 0 0 0
207
1 1 0 0 1 1 1 1
54
0 0 1 1 0 1 1 0
208
1 1 0 1 0 0 0 0
207
1 1 0 0 1 1 1 1
55
0 0 1 1 0 1 1 1
208
1 1 0 1 0 0 0 0
207
1 1 0 0 1 1 1 1
52
0 0 1 1 0 1 0 0
0
208.207.52.0/24
0 0 0 0 0 0 0 0
0
208.207.53.0/24
0 0 0 0 0 0 0 0
0
208.207.54.0/24
0 0 0 0 0 0 0 0
0
208.207.55.0/24
0 0 0 0 0 0 0 0
0
0 0 0 0 0 0 0 0
208.207.52.0/22
CIDR




Classless Inter-domain Routing
Implementa informação de supernetting em
routers de IP
Anuncia blocos de CIDR menores
Diminui o tamanho da tabela de routing
Formato datagrama IPv4
bit
0
VERS
4
HLEN
8
Tipo deServiço
Identificação
Time to Live
16
19
24
31
Comprimento total
Flags
Tipo
Offset de fragmento
Checksum de cabeçalho
Endereço IP origem
Endereço IP Destino
Opções de IP (pode ser omitido)
DADOS
Padding
Datagramas IP






Pode-se atrasar
Duplicado
Entregue fora de ordem
Perdido
Pode mudar rotas de pacote para pacote
Sem conexão
IPv6(1)
Motivação:

Vamos ficar sem Classes B disponíveis (dentro de anos).

Eventualmente todo o espaço de endereçamento de 32 bits irá
esgotar. Embora 32 bits representa 4 bilhões nos, o routing
hierárquico não distribui endereços uniformemente.

Simplesmente não sabemos escalonar encaminhamentos para
além de algumas dezenas de milhares de redes. Assim,
aumentando o tamanho dos endereços IP resolve os problemas 1
e 2, mas não ajuda com o problema de escalonamento.
IPv6(2)
IPv6(3)





Este é um problema de engenharia no sentido que distribuir
actualizações de rotas, calcular novas tabelas de routing, e
guardar todas as rotas consome recursos de processador e
memória.
Podemos faze-lo para 10,000 redes, talvez até mesmo 100,000,
mas não para 1,000,000. Encontrar o equilíbrio certo entre estes
custos é difícil.
A necessidade de mais endereços dá-nos uma oportunidade para
melhorar em outros aspectos de actual IP (IPv4).
Repare no cabeçalho da Figura anterior, e a utilização do espaço
de endereçamento.
Durante o período de transição, serão incluídos endereços de
IPv4 em endereços de IPv6.
Transição De IPv4 Para IPv6
 Durante a transição, nem todos os routers serão actualizados
para IPv6; Como irá a rede funcionar?
 Duas aproximações propostas: Dual Stack e Tunneling
 Dual Stack:
 Alguns routers com pilha dupla (v6, v4); outros são só
routers de v4
 Routers de pilha dupla traduzem o pacote a para um pacote
v4 se o próximo router for só v4
 DNS pode ser usado para determinar se um router é pilha
dupla ou não
 Serão perdidas algumas informações e características de
v6 se um pacote tiver que passar por qualquer router v4
Protocolos Internet de Controlo
ICMP
 ARP / RARP
 BOOTP/DHCP

ICMP
Quando um módulo de IP encontra um erro enquanto processa um datagrama, envia de
volta uma mensagem de erro ICMP ao remetente original do datagrama.
Erros:
Destination Unreachable: Quando um router não consegue encaminhar um datagrama (
não tem uma entrada apropriada na sua tabela de encaminhamentos), este descarta o
datagrama e responde ao computador de origem com uma mensagem “destination
unreachable”. Na prática, o computador origem precisa dum encaminhamento diferente
ou de tentar novamente mais tarde.
Tempo Excedeu: À medida que um datagrama é processado, os routers fazem o campo
Time-To-Live (TTL) decrementar. Se o TTL alcança 0, o router descarta o datagrama e
envia uma mensagem “tempo excedeu” ao remetente. O campo de dados da mensagem
inclui parte do cabeçalho do datagrama.
Problema de parâmetro: Quando computador ou um router encontra um problema em
processar um datagrama IP, este devolve uma mensagem de “problema de parâmetro” ao
remetente do datagrama.
Source Quench: Quando um router entra em congestão e esgota o seu espaço de
memória, poderá descartar o pacote e enviar uma mensagem de “Source Quench”.
Mensagens de Source Quench servem para pedir que o remetente reduza a taxa à quu
está a enviar datagramas.
ARP
Protocolo de Resolução de endereço (ARP) é um protocolo que permite
aos computadores mapear endereços da Internet dinamicamente a
endereços físicos:
- O computador origem precisa apenas de saber o endereço do
computador destino.
- Envia uma quadro especial de pedido ARP que utiliza a capacidade de
difusão do Ethernet. Assim, todas as máquinas na LAN irão receber o
pedido de ARP.
- O pedido de ARP pergunta ` qual é o endereço Ethernet correspondente
ao endereço Internet A.B.C.D ´?
- Cada máquina recebe uma cópia da mensagem difundida, e a máquina
que tem o endereço de IP desejado responde com seu endereço de
Ethernet
. - Claro que, uma máquina não envia um pacote de ARP cada vez que
deseja enviar um datagrama IP.
- Em vez disso, cada máquina mantém uma memória (cache) de
mapeamentos recentemente usados, e um pedido de ARP só é enviado se
o mapeamento desejado já não estiver na memória.
RARP
ARP trata o problema de determinar o endereço de hardware que corresponde a um
determinado endereço IP.
Mas encontrar o meu próprio endereço IP? O protocolo que mapeia endereços de
hardware a endereços na Internet é chamado ARP Inverso, ou RARP.
Necessário quando uma máquina diskless (sem disco) arranca. Não sabe o seu
próprio endereço de IP (e não o pode ler isto do disco local!). O cliente em fase de
arranque comunica com um servidor para obter seu endereço na Internet.
O cliente comunica com um servidor usando um protocolo especial que requer só
quadros Ethernet. Basicamente diz “O meu endereço de ethernet é aa.bb.cc.dd.ee.ff.
alguém conhece o meu endereço IP?“
A difusão vai para todos os nós, inclusive o servidor de RARP. O servidor de RARP
mantém um banco de dados de mapeamentos de endereço físico para endereços
Internet.
DHCP
DHCP: Protocolo de Configuração Dinâmica de Computadores (RFC 1531)
Utilizado para fornecer a estações de trabalho um endereço de IP. Este endereço
pode ser mudado cada vez que a máquina arranca.
Permite flexibilidade de configuração.
A seguir descreve-se o protocolo:
Estação de trabalho difunde mensagem de DHCPDISCOVER no arranque.
Vários Servidores de DHCP podem responder com mensagens de DHCPOFFER,
que contem:
Endereço de IP, máscara de subrede,
Endereço de router
Tempo de renovação
Estação de trabalho responde a um oferta com DHCPREQUEST.
Pedido pode incluir informações como: servidores de DNS, servidores de
horas, ficheiros de arranque,
Servidor de DHCP aloca um endereço IP e responde com mensagem de
DHCPACK com opções pedidas.
BOOTP
BOOTP: protocolo de arranque (RFC 951)
Estação de trabalho difunde pedido BOOTP que contem
o seu endereço MAC no arranque;
Servidor de BOOTP responde com:
– Endereço de IP do computador
– Endereço de servidor de ficheiros, nome de ficheiro de arranque,
– Servidores de DNS, máscara de subrede, endereço de router,
Routers poderão encaminhar pedidos de BOOTP, dependendo de configuração.