Arquitetura TCP/IP

Aplicação

Transporte

FísicaEnlaceRede

Camada de Rede

● A “cola” da Internet

Camada de Rede

● Funcionamento:○ 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

Camada de Rede

● Funções:○ Comutação

■ Mover da entrada para saída■ Ação local

○ Roteamento■ Determinar rota do início ao fim■ Caminho fim-a-fim

Camada de Rede

● Redes de datagrama○ Sem conexão na camada de rede

● Redes de circuito virtual○ Com conexão na camada de rede

Redes de Circuito Virtual

● Estabelecimento de conexão virtual● Estabelecimento de preceder envio de

dados● Cada pacote possui um CV (Circuito Virtual)● ATM, Frame-relay e X-25

Redes de Circuito Virtual

Redes de datagrama

● 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

Redes de datagrama

● No IP não há garantia:○ Temporização entre pacotes seja preservada○ Pacotes sejam recebidos na ordem em que foram

enviados;○ da eventual entrega dos pacotes transmitidos

● Outros procolos devem tratar esses problemas

● Complexidade nas extremindades● Sistemas finais inteligentes● Redes mais simples internamente e com

diversos tipos de enlace

Redes de datagrama

Redes de datagrama

Roteador

● Principal elemento de camada 3● Execução de algoritmos de roteamento

○ OSPF○ RIP○ BGP

● Comutar os datagramas do link de entrada para saída

Roteador

Roteador

Roteador

● Características○ Opera na camada superior a LAN○ Usa endereçamento lógico○ Faz muito processamento○ Processamento por software○ Aumenta latência na rede○ Modifica PDUs○ Não é totalmente autônomo○ Requer conhecimentos administrativos○ Custo elevado○ Mais portas = maior custo○ Dificulta ampliação da LAN

Roteador

● Características○ É um sistema computacional completo

■ CPU, RAM, ROM, BUS, I/O■ Exemplo SO: IOS – Internetwork Operational

System○ Conecta e permite a comunicação entre redes○ Determina o melhor caminho através das redes

conectadas○ Usa protocolos de roteamento para tomar decisões

Roteador

● Características○ Arquivos de configuração com instruções e

parâmetros que controlam o fluxo de tráfego que entra e sai do roteador

○ Opera na camada de rede do modelo OSI○ Opera na camada de internet do TCP/IP

Roteador

● Funcionamento○ Tabela de roteamento○ Interfaces○ Algoritmos de roteamento○ Vamos verificar!!!

Roteador

Roteador

● VLAN

Roteador

● VLAN

Camada de Rede

● Protocolos:○ IPv4○ IPv6○ ICMP○ IPsec

Camada de Rede

● IP○ Internet Protocol○ Projetado para interconexão de rede○ Versão 4 - Presente○ Versão 6 - Presente/Futuro○ Não há garantia de entrega○ Não há garantia de ordem de entrega

IPv4

● Pacote○ 20 bytes de cabeçalho○ Opcional: Variável○ Carga útil

IPv4

● Formato do quadro● Vamos analisar o quadro

IPv4

● Version - 4 bits○ Versão do protocolo

IPv4

● IHL - 4 bits○ Informa o tamanho do cabeçalho

IPv4

● TOS - 6 bits○ Diferencia classes de serviço

IPv4

● Total Length - 16 bits○ Tamanho em bytes do pacote

IPv4

● Identification, DF, MG, FO - 31 bits○ Utilizado na fragmentação e remontagem○ Veremos em mais detalhes

IPv4

● TTL - 8 bits○ Tempo restante de vida do pacote

IPv4

● Protocol - 8 bits○ Define o protocolo seguinte usado

IPv4

● Header Checksum - 16 bits○ Verifica a integridade a cada remontagem

IPv4

● Source Address - 32 bits○ Endereço de origem

IPv4

● Destination Address - 16 bits○ Endereço de destino

IPv4

● Options○ Campo opcional

IPv4

● Fragamentação○ Um pacote é dividido em vários fragmentos○ Remontagem realizada no destino○ Diversos MTUs○ Informações para remontagem no cabeçalho IP○ Necessidade de todos os fragmentos para

remontagem

IPv4

● Fragamentação

IPv4

● Identificação - 16 bits○ Identifica o pacote para remontagem

IPv4

● DF (Don’t Fragment) - 1 bits○ Idica que o pacote não deve ser fragmentado

IPv4

● MF (More Fragment) - 1 bits○ Idica se existem mais fragmentos restante

IPv4

● Fragmentation Offset○ Indica a posição do fragmento○ Sempre multiplo de 8

IPv4

● Exemplo○ Pacote de 4000 bytes com MTU máximo de 1500

IPv4

● Endereçamento○ Crucial para Internet○ Importante entendimento○ Não trata da entrega local○ Famoso Endereço IP

IPv4

● Endereçamento○ Comprimento de 32 bits ou 4 bytes○ Escrito de forma decimal separados por .○ Cerca de 4 milhões de endereços possíveis○ Cada interface deveria ter endereço único (NAT,

vamos falar ainda)○ Exemplo:

■ Decimal: 193.32.216.9■ Binário: 11000001 00100000 11011000 00001001

IPv4

● Endereçamento○ Designa o endereço a sub-rede○ Parte identifica a rede e outra porção o host da rede○ Máscara de sub-rede (netmask)○ Os bits mais a esquerda que representam o

endereço da rede○ Utiliza-se a notação da / para separação

■ Exemplo: /24○ OU na forma decimal

■ Exemplo: 255.255.255.0

IPv4

● Endereçamento

IPv4

● Endereçamento○ Antes do CIDR

■ Classes: A,B,C,D,E○ Utilizáveis:

■ /8 - ■ /16 - 65.634■ /24 - 254

IPv4

● Endereçamento○ CIDR (Classeless Interdomain Routing) -

Roteamento Interdomínio sem classe○ Formato

■ a.b.c.d/x○ x = máscara de rede, quantidade de bits que

representam o prefixo de rede○ 32 -x = Identificam os hosts da rede○ Exemplo:

■ 192.168.0.0/24

IPv4

● Endereçamento○ Detalhando : 192.168.0.0/24

■ 192.168.0.0 - Endereço da rede■ 192.168.0.255 - Broadcast■ 192.168.0.1 - 192.168.0.254 - Possíveis hosts

IPv4

● Endereçamento○ Calculando sub-redes e endereços:○ Endereços de hots possívies: 2n -2○ N = número de bits para identificação da rede

IPv4

● Endereçamento○ Faixas utilizadas internamente

■ Rede 10.0.0.0 (classe A)■ Rede 172.16.0.0 até 172.31.0.0 (classe B)■ Rede 192.168.0.0 (classe C)

○ NAT - Network Address Translation

IPv4

● Endereçamento○ Como o nó verifica se a estação está na mesma

rede?■ Máscara de rede

IPv4

● Alocação de endereços○ ISP fornece para a empresa○ Empresa pode fornecer para outras organizações○ Coordenação?

■ ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

IPv4

● Cálculo de sub-rede○ Evitar sub-utilização○ CIDR

IPv4

● Endereçamento○ Calculando sub-redes e endereços:

■ Endereços de hots possívies: 2n -2● Primeiro endereço: Identifica a rede

○ 192.168.0.0/24● Último endereço: Broadcast

○ 192.168.0.255/24■ N = número de bits para identificação da rede

IPv4

● Exemplo○ ISP conecta 8 empresas○ ISP responsável pela endereço de rede:

200.23.16.0/20○ ISP anucia para Internet que é responsável por essa

faixa de rede■ Agregação de endereços■ Agregação de rotas■ Resumo de rotas

○ Demais roteadores não conhecem a divisão

IPv4

● Exemplo○ 200.23.16.0/20

■ Divisão em redes e hosts■ Quantos bits para alocar 8 redes?■ Quantos bits para alocar hosts?■ Cálculos...

Tabela de rotas

● Cada entrada especifica um destino e o próximo roteador para alcançá-lo

● Mantém entradas para outras redes e hospedeiros locais

Tabela de rotas

● Quando um pacote é recebido, o roteador verifica a qual rede pertence○ Se for para uma rede distante, é encaminhado para

o próximo roteador conforme tabela○ Se for para rede local, o pacote é enviado

diretamente○ Se não estiver na tabela e não for local o destino é o

gateway padrão

Tabela de rotas

● Exemplo

Endereço/Máscara Próximo Salto

135.46.56.0/22 Interface 0

135.46.60.0/22 Interface 1

192.53.40.0/23 Roteador 1

Padrão Roteador 2

Tabela de rotas

● Exemplo○ O que o reteador fará com os pacotes destinados a:

■ 135.46.63.10■ 135.46.52.2■ 135.46.57.14■ 192.53.56.7■ 192.53.40.7

IPv4

● Roteamento○ Principal função da camada de rede○ Pode necessitar de diversos hops (saltos)○ Roteamento estático○ Roteamento dinâmico

IPv4

● Roteamento Estático○ Tabela definida manualmente○ Tabelas não se alteram de acordo com a topologia○ Sujeito a falhas de configuração○ Manutenção realizada manualmente○ Custo da manutenção cresce em função da

complexidade e tamanho da rede

IPv4

● Roteamento Dinâmico○ Divulgação e alteração das tabelas de roteamento

de forma dinâmica○ Sem intervenção constante do administrador○ Alteração das tabelas dinamicamente de acordo

com a alteração da topologia da rede○ Adaptativo○ Melhora o tempo de manutenção das tabelas em

grandes redes○ Também está sujeito a falhas

IPv4

● Roteamento Dinâmico○ Roteadores compartilham as informações sobre

alcançabilidade e estado das redes.○ Desvantagens

■ Criam tráfego extra na rede■ Podem ocorrer loops de pacotes enquanto a

informação de roteamento está sendo trocada entre os roteadores