Rede de Computadores
MATA59 - Redes de
Computadores I
Universidade Federal da Bahia
Instituto de Matemática
Departamento de Ciência da Computação
Rede de Computadores
CAMADA INTER-REDE
PROTOCOLO IP
Rede de Computadores
INTERNET
DIGITAL
IBM
Outros
Rede de Computadores
Características da Arquitetura Internet
• Dividida em quatro camadas
• Desenvolvidas de acordo com as
especificações do mercado
• Cresceu de acordo com a demanda do
mercado
• Espaço de endereçamento Limitado
• Arquitetura Balanceada
• Interconectividade Universal
4
Rede de Computadores
Camadas da Internet
•
•
•
•
5
Camada de Aplicação
Camada de Transporte ( Serviços )
Camada de Inter-Rede
Camada Host/Rede
Rede de Computadores
Protocolo IP
Rede de Computadores
Características do IP
• Sistema de entrega fim-a-fim
• É um protocolo
– Não orientados à conexão
– Sem controle de erros e sem reconhecimento
– Isso significa que o protocolo IP não executa:
•
•
•
•
7
Controle de erros sobre os dados da aplicação
Controle de fluxo
Sequenciamento de dados
Entrega ordenada
Rede de Computadores
Características do IP
• Serviço de entrega: Best-effort
– Os pacotes não são descartados sumariamente, o
protocolo torna-se não confiável somente quando
há exaustão de recursos
• Datagrama de tamanho variável
– IPv4: tamanho máximo 64 Kbytes
• Provê envio e recebimento
– Erros: ICMP
8
Rede de Computadores
Endereçamento
Notação Decimal Pontuada
32 bits
10000000 00001010 00000010 00011110
128
9
.
10
.
2
.
30
Rede de Computadores
Endereçamento
O protocolo IP é responsável pelo
endereçamento a nível de rede.
Os endereços IP possuem 3 campos, num total
de 32 bits.
• Classe
• NetID
• Host ID
Rede de Computadores
O campo classe determina como devem ser
interpretados os outros campos. As classes
mais usadas são as classes A, B e C.
0
A 0
8
Net ID
B 10
C 110
D 1110
E 11110
11
16
24
31
Host ID
Net ID
Host ID
Net ID
Host ID
Multcast ID
Reservado para novas implementações
Rede de Computadores
O campo Net ID identifica o endereço da rede.
Este endereço é único para cada sub-rede ligada à
rede principal.
O campo Host ID identifica a estação da rede. Este
endereço deve ser único dentro de uma mesma subrede.
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Rede de Computadores
CLASSE
MENOR
ENDEREÇO
MAIOR
ENDEREÇO
A
1.0.0.0
126.255.255.255
B
128.0.0.0
191.255.255.255
C
192.0.0.0
223.255.255.255
D
224.0.0.0
239.255.255.255
E
240.0.0.0
247.255.255.255
13
Rede de Computadores
MÁSCARA DE REDE
Serve para “extrair” a identificação de rede de um
endereço IP através de uma operação simples de
AND binário.
Endereço IP:
200 . 237 . 190 . 21
AND
Máscara de rede: 255 . 255 . 255 . 0
=====================
Endereço de rede: 200 . 237 . 190 . 0
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Rede de Computadores
MÁSCARA DE REDE
Para obter o endereço de máquina faz-se uma
operação binária AND com o complemento da
máscara de rede.
Endereço IP:
200 . 237 . 190 . 21
AND
NOT Máscara de rede: 0 . 0 . 0 . 255
=====================
Endereço de Máquina: 0 . 0 . 0 . 21
15
Rede de Computadores
Desvantagens do Endereçamento IP
 Quantidade máxima de endereçamento.
Pouco para a perspectiva de crescimento.
 Limitações das classes (Expansão da
Rede)
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Rede de Computadores
Network Information Center(NIC)
Orgão responsável pela manutenção de endereços IP.
17
Rede de Computadores
Interface IP e Físico
O protocolo IP trata apenas do endereçamento a
nível de rede. O endereçamento a nível de enlace
depende do protocolo e arquitetura adotados.
18
Rede de Computadores
Mapeamento de Endereços

Mapeamento Direto (campo HOST ID)
Tabelas para resolução de endereços: mais
simples, porém nem sempre aplicáveis

Protocolos para resolução de endereços:

 ARP ( Address
Resolution Protocol ): estação tem o
endereço IP, mas não tem o endereço físico.
 RARP ( Reverse Address Resolution Protocol) : estação
tem o endereço físico, mas não tem o endereço IP.
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Rede de Computadores
DHCP
• Admite três métodos de endereçamento
– Alocação automática: Servidor DHCP atribui
endereço permanente ao cliente, quanto este se
conecta à rede pela primeira vez.
– Alocação manual: Servidor DHCP atribui
endereço específico pré-determinado a um
cliente específico.
– Alocação dinâmica: O cliente “arrenda” ou
“loca” um endereço IP
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Rede de Computadores
Datagramas
Formato do Datagrama IP
0
3 4
7 8
versão tam
15 16
tipo de serviço *
identificação
tempo de vida
31
comprimento total
flags *
protocolo
offset de fragmento
checksum do cabeçalho
endereço de origem
endereço de destino
opções *
21
dados
padding
Rede de Computadores
Datagramas
O campo tipo de serviço determina a forma
como o datagrama deveria ser tratado.
Seus 8 bits são divididos em:
 Precedence (3 bits): Varia desde de precedência
normal (0) até controle de rede (7)
 Bit D: Mínimo atraso
 Bit T: Alto “throughput”
 Bit R: Alta confiabilidade
 Bits 6 e 7: Não utilizados
22
Rede de Computadores
Datagramas
O campo Flags é utilizado na fragmentação e
remontagem dos datagramas. Seus 3 bits indicam:
 Se o datagrama pode ser fragmentado
 Se o fragmento pertenceu ao meio do
datagrama original
Se o fragmento é o último fragmento do
datagrama original
23
Rede de Computadores
Datagramas
O campo Opções não é obrigatório, mas quando
ele existe o seu primeiro byte indica o código da
opção e os outros variam de acordo com a opção
escolhida.
24
Rede de Computadores
Datagramas
O código da opção é dividido em:
 Copy(1 bit): Copiar para todos os fragmentos,
ou somente para o primeiro
Class(2 bits): Indica a classe da opção *
Number(5 bits): Número da opção desejada *
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Rede de Computadores
Datagramas
Classes de Opções
Bits
0
0
1
1
26
0
1
0
1
Classe de Opções
0
1
2
3
Significado
Datagrama ou Controle de Rede
Reservada para uso futuro
Pesquisa e Medição de Erros
Reservada para uso futuro
Rede de Computadores
Datagramas
Exemplos de Opções da Classe 0
Número Descrição
da Opção
2
Segurança e restrições de
manuseio(aplicações militares)
7
Registro de Rota
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Rede de Computadores
Fragmentação & Remontagem
Origem
28
Destino
N. 7
N. 7
N. 4
N. 4
N. 3
N. 3
N. 2
N. 2
N. 1
N. 1
Rede de Computadores
Host A
Ethernet (1500)
Roteador 1
Roteador 2
Ethernet (1500)
Host B
29
Rede X.25
(128)
Rede de Computadores
Header IP
30
Dados (tamanho 1400 bytes)
Header IP
Offset 0
Dados (tamanho 100 bytes)
Header IP
Offset 100
Dados (tamanho 100 bytes)
Header IP
Offset 200
Dados (tamanho 100 bytes)
.
.
.
Rede de Computadores
Datagramas
Desvantagens da Fragmentação
 Subutilização de redes com frames
maiores
 Maior possibilidade para descarte do
datagrama fragmentado
31
Rede de Computadores
Roteamento
O roteamento dos datagramas pode ser feito de
duas formas:
 Direta: Dentro da mesma rede física
 Indireta: Para outra rede física
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Rede de Computadores
Host A
192.5.48.1
Roteador 1
192.5.48.2
200.3.25.2
192.5.48.0
200.3.25.0
Roteador 2
200.3.25.3
202.1.37.3
Host C
202.1.37.1
202.1.37.0
33
Host B
200.3.25.1
Rede de Computadores
Roteamento
Tabelas de Roteamento
Tabela de Roteamento do Roteador 1
192.5.48.0
Direto
200.3.25.0
Direto
202.1.37.0
200.3.25.3
Tabela de Roteamento do Roteador 2
192.5.48.0
200.3.25.2
200.3.25.0
Direto
202.1.37.0
Direto
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Rede de Computadores
Roteamento na Internet
Elementos que participam do roteamento na
Internet:
• “Core Gateways”
• “Noncore Gateways”
• Algoritmos de roteamento (Vector Distance,
Shortest Path First - SPF)
• Protocolos para manutenção (GGP, EGP, IGP)
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Rede de Computadores
Protocolos de Roteamento
• Sistema Autônomos
• Tipos de gateaways e seus protocolos
– Core Gateways
– Interior Gateways
– Exterior Gateways
GGP
IGP
EGP (BGP)
• Sistema Core
– INOC (Internet Network Operations Center)
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Rede de Computadores
Limites de um Sistema Autônomo
• Como determinar os limites de um sistema
autônomo?
– Conhecimento da topologia
– Conhecimento do protocolo
– Conhecimento do Delay e do Overhead
• Gerenciamento de tráfego
• Políticas administrativas
37
Rede de Computadores
Limites de um Sistema Autônomo
• Sistema Autônomo (SA)
– conjunto de roteadores sob uma mesma política de
roteamento e mesma administração.
– um dos roteadores é escolhido como o roteador
que comunica-se com outros roteadores na Internet
e é capaz de enviar rotas corretas aos demais.
– o SA possui identificação
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Rede de Computadores
Protocolos de Roteamento
Sistema Core
INOC
CG
CG
SA 1
SA 2
G1
39
G2
G3
G4
Rede de Computadores
PROTOCOLO GGP
• Gateway to Gateway Protocol
• Utilizado somente pelos Core Gateways
• Utilização do algoritmo SPF
40
Rede de Computadores
Protocolo GGP
• Tipo das Mensagens
– Atualização de Tabela GGP
– Confirmação GGP
– Teste de Comunicação de Gateway
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Rede de Computadores
Protocolos IGP
•
•
•
•
Interior Gateway Protocol
Utilizado somente por Interior Gateways
Substitui a atualização manual de tabelas
Composta de três protocolos:
– RIP (Routing Information Protocol)
– Hello Protocol
– OSPF (Open Shortest Path First)
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Rede de Computadores
Protocolos IGP (RIP)
• Existência de dois grupos
– Ativos (geralmente Roteadores)
– Passivos (geralmente estações)
• Utilização do algoritmo de vector-distance
com unidade métrica em hops
• Limite de 16 hops
• Atualização em, no máximo, 180 seg.
• Utilizada por SA pequenos
43
Rede de Computadores
Protocolos IGP (RIP)
• Tabela de Roteamento:
– Endereço -> IP da rede;
– Roteador -> Próximo roteador da rota de destino;
– Interface -> O enlace utilizado para alcançar o
próximo roteador da rota de destino;
– Métrica -> Número indicando a distância da rota (0 a
15), sendo uma rota com métrica 16 considerada uma
rota infinita;
– Tempo -> Quando a rota foi atualizada pela última
vez;
44
Rede de Computadores
RIP - Exemplo
C
D
A
Router 1
Router 2
Router 3
Tabela de Roteamento
B
Tabela de Roteamento
Destino
A
B
.......
Gateway
Router1
Router1
.......
Métrica
0
0
45
Gateway
C
.......
Router2
.......
Métrica
0
Tabela de Roteamento
Router1 envia para Router2
<A, 0>
<B, 0>
Destino
Tabela de Roteamento
Destino
Gateway
C
A
B
Router2
Router1
Router1
Router1 envia para Router3
Métrica
0
1
1
Destino
Gateway
D
.......
Router3
.......
Métrica
0
Tabela de Roteamento
Destino
Gateway
D
C
A
B
Router3
Router2
Router2
Router2
Métrica
0
1
2
2
Rede de Computadores
RIP - Problemas
• Não tem controle de “idade” das mensagens
– Mensagens “velhas” podem ser processadas após
mensagens “novas”
• Inconsistência nas tabelas de roteamento
• Problemas de laços na divulgação das rotas
• Limitação de número de roteadores
intermediários
– Métrica = 16, indica rota inalcançável
46
Rede de Computadores
RIP - Melhorias
• Técnicas de resolução de problemas:
– Partição do SA
– Retenção da Informação de divulgação para evitar
precipitação
– Não divulga novas rotas para o roteador que
enviou a mensagem que serviu de base para as
novas rotas
47
Rede de Computadores
Protocolos IGP (Hello)
• Funcionamento idêntico ao RIP
• Unidade métrica é o Tempo de Retardo
• Aproveita características da rede :
– velocidade
– troughtput
– congestionamento ou não de link’s
48
Rede de Computadores
Protocolos IGP (OSPF)
• Troca de Informações com vizinhos
periodicamente
• Escolha de um Roteador Mestre
• Utilização do algoritmo de Roteamento SPF
(métricas físicas, retardo, etc.)
• Suporta Balanceamento de carga e
tunelamento
• Utilizada por SA de grande porte
• Caminhando para ser padrão entre SA´s
49
Rede de Computadores
Protocolos IGP (OSPF)
• Tipos de mensagens:
–
–
–
–
–
50
Hello: Descobrir vizinhos
Database description: Divulga atualizações
Link Status Request: Solicita informações
Link Status Update: Fornece custos aos vizinhos
Link Status acknowledgment: Confirma
atualização do estado do enlace
Rede de Computadores
• Comparação entre protocolos:
 O RIP, apesar de sua facilidade de configuração, é
recomendado apenas para pequenas redes ( 40 ou 50 nós ).
 RIP é implementado pela grande maioria de roteadores e
sistemas operacionais.
 O OSPF é complicado de configurar mas, possui vantagens
como: organização hierárquica, protocolo seguro quanto a
ataques de informações de roteamento, redução de
overhead, convergência de roats mais rápida e maior
tolerância a falhas.
 O OSPF é ideal para ambientes mais complexos ou com
previsão de crescimento.
51
Rede de Computadores
Protocolo EGP - BGP
• Exterior Gateway Protocol
• Usado por Exterior Gateways Vizinhos
• Basicamente consiste em troca de tabelas de
roteamento
• Não utiliza um algoritmo padrão
• Permite que um ou mais SA sejam utilizados
como intermediários do tráfego
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Rede de Computadores
Protocolo EGP - BGP
• É um protocolo do tipo “pooling”
• Gateways Vizinhos
• Três tipos básicos de mensagem:
– Aquisição de Vizinho
– Determinação da Disponibilidade do Vizinho
– Determinação do Alcance do Vizinho
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Rede de Computadores
Protocolo EGP - BGP
• Mensagem de Determinação da
Disponibilidade do Vizinho
–
–
–
–
54
Hello
I heard You
Gateway going down
Gateway going down acknowledgment
Rede de Computadores
Protocolo EGP - BGP
• Mensagem de Determinação de Alcance de um
Vizinho
– NR POLL
– NR MESSAGE
• lista de todas as redes para as quais G é o melhor
gateway de saída
• lista de todos os vizinhos de G que estão disponíveis
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Rede de Computadores
ICMP
(Internet Control Message Protocol)
• Protocolo IP
– Serviço não orientado a conexão
– Técnica de Comutação de Mensagens
– Sem conexão entre Origem e Destino
• IP fornece um Serviço Não Confiável
– Não reporta possíveis erros com seu datagrama
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Rede de Computadores
ICMP
– Utilizado para enviar mensagens de erro e de
controle
– Protocolo de Nível 3
– Encapsulado em um datagrama IP
– Recebe o mesmo tratamento de um Datagrama IP
Header ICMP
Header IP
57
Mensagem ICMP
ICMP
Rede de Computadores
ICMP
• Protocolo para reporte de erros e mensagens de
controle
• Somente informa à fonte sobre determinada
ocorrência de erro
• Fonte terá que retransmitir o datagrama ou
identificar o motivo do problema
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Rede de Computadores
ICMP
• Formato do Header
TYPE
CODE
CHECKSUM
• Type identifica a função da mensagem ICMP:
Echo, Timeout, Descarte, etc.
• Code: Especificação do tipo de mensagem:
Rede inválida, Host inválido, falha de rota, etc.
59
Rede de Computadores
ICMP
• Principais funções das mensagens ICMP
–
–
–
–
–
–
–
60
Checagem da Capacidade de Alcance a um destino
Destino Inatingível
Congestionamento de Rede
Mudança de Rota
Tempo excedido para um datagrama
Problemas com algum parâmetro do Datagrama
Solicitação do Tempo Corrente de outra máquina