Nível 3 1

O Nível de Rede

• Obtém pacotes na origem e faz chegar ao destino final. Realiza saltos em pontos intermediários (roteadores). Contrasta com o nível de enlace que apenas faz os quadros chegarem de uma máquina a outra adjacente. 

• Objetivos:– Serviços independentes da tecnologia da sub-rede;– Poupar o Nível de Transporte dos detalhes das

topologias, do número e tipo de sub-redes presentes;– Endereçamento disponível ao Nível de Transporte deve

ter um plano uniforme através das LANs e WANs.

Nível 3 2

Para definir o caminho pelo qual os pacotes devem seguir da origem ao destino (Roteamento), deve responder:• A determinação da rota é estática ou dinâmica?• Que ação tomar em caso de congestionamento?• Como contabilizar o uso para cobrar dos

usuários?• Como compatibilizar endereçamentos diferentes

em redes heterogêneas?• Como compatibilizar protocolos diferentes nas

várias etapas do caminho?

Questões típicas do Nível de Rede

Nível 3 3

Um host com um pacote a enviar, o transmite ao roteador mais próximo que espera o pacote inteiro chegar, confere o checksum e encaminha para o próximo roteador. Assim sucessivamente até chegar ao host de destino.

Comutação de pacotes Store-and-forward

Nível 3 4

Serviços oferecidos ao Transporte

• Sem conexão: deixa ao nível 4 a complexidade – confiabilidade delegada às pontas (abordagem defendida pela comunidade Internet).

Pacotes independentes chamados datagramas.• Orientado a conexão: antes do envio de dados estabelece-

se a conexão com o par – simplifica o nível 4, pois o nível 3 já apresenta serviço confiável (abordagem defendida pelas companhias telefônicas).

• No protocolo IP (Internet Protocol) o serviço de Rede é sem conexão – alivia os roteadores; a medida que as garantias de qualidade de serviço tornam-se importantes, a Internet evolui, adquirindo propriedades associadas ao serviço com conexão.

Nível 3 5

Sem conexão

Pacotes injetados individualmente na rede independentes uns dos outros. Decisão de rota a cada pacote (Rede de datagramas).

Ex: Uma msg longa enviada de H1 a H2 foi quebrada em 4 partes. No envio da msg 4, havia alteração na tabela de rotas de A.

Nível 3 6

Com conexão

• Decisão de rota tomada no estabelecimento do circuito. Sub-rede de circuito virtual (cv).

• Ex: H1 conecta-se com H2 (cv=1) e a seguir H3 quer conectar-se a H2: A atribui outro identificador para a segunda conexão (cv=2). Operação chamada troca de rótulos. Ex. de protocolo assim: MPLS (MultiProtocol Label Switching) insere um cabeçalho com rótulo no pacote IP.

Nível 3 7

Comparação: Circuito Virtual versus Datagrama

Nível 3 8

Algoritmos de Roteamento

Um roteador tem 2 processos em seu interior:

Processo 1: Encaminhamento - trata pacote que chega, procura linha de saída consultando tabelas.

Processo 2: Algoritmo de roteamento – Preenche e atualiza as tabelas de rotas.

Nível 3 9

Propriedades desejáveis

• É desejável que o algoritmo seja:– Correto e simples;– Robusto: se algum problema ocorrer no caminho

(topologia ou tráfego) as operações em andamento não devem ser interrompidas;

– Estabilidade – Algoritmos devem convergir para equilíbrio;– Compromisso entre eficiência global (otimização) e

eqüidade para as conexões individuais: para ser eficiente desative o fluxo entre X e X’, o que não é justo...

Nível 3 10

Classes de Algoritmos

• Não adaptativos – Estáticos

A decisão do roteamento não se baseia em tráfego e topologia correntes. A rota é previamente determinada, off-line e carregada nos roteadores na inicialização da rede. (Útil quando a escolha é óbvia).

• Adaptativos – Dinâmicos

As decisões refletem alterações na topologia ou tráfego. Obtêm informações da rede e tomam a decisão baseado em alguma métrica – distância, número de saltos, tempo estimado de trânsito.

Nível 3 11

Princípio de Otimização: rotas ideais

Seja r1r2 a rota ideal entre os nos I e K; se existisse uma rota melhor para o trecho J-K, r2’, a rota ideal seria r1r2’, contrariando a afirmação inicial.

I J Kr1r2

r2’

A rota ideal entre I e K que passa por J inclui a rota ideal entre J e K. O conjunto de rotas ideais de todas as origens p/ determinado destino forma uma árvore com raíz no destino (árvore de escoamento).

Nível 3 12

Princípio de Otimização

O objetivo dos algoritmos de roteamento é descobrir e utilizar as árvores de escoamento em todos os roteadores.

Uma árvore não é necessariamente exclusiva: pode haver outras com os mesmos tamanhos de caminho.

Árvore para destino B:

Nível 3 13

Algoritmos estáticos

• Shortest Path Routing (O caminho mais curto): considera a rede como um grafo e computa o menor caminho entre 2 nós - utilizar alguma métrica para rotular o caminho, (distância geográfica=>atraso, custo da comunicação, largura de banda...)

• Flooding (Inundação): pacotes de entrada encaminhados em todas as linhas de saída. Busca todos os caminhos em paralelo. Para aplicações especiais - ignorando o overhead do flood, é o algoritmo que tem o menor delay. Manter algum controle para evitar repetições infinitas.

Nível 3 14

Caminho mais curto (Dijkstra)

• As cinco primeiras etapas utilizadas no cálculo do menor caminho de A a D. As setas indicam o nó ativo.

Nível 3 15

Roteamento de Estado de Enlace(Link State Routing)

Algoritmo empregado no OSPF (Open Shortest Path First). O roteamento é dividido em 5 partes:

1. Descobrir seus vizinhos e aprender seus endereços de rede;

2. Medir o retardo ou custo até cada vizinho;

3. Criar um pacote que informe tudo o que acabou de aprender;

4. Enviar esse pacote a todos os outros roteadores;

5. Calcular o caminho mais curto até cada um dos outros roteadores.

Nível 3 16

Passos 1 e 2

• Passo 1 – conhecer os vizinhos:

Enviar um pacote HELLO em cada linha ponto-a-ponto. Recebe a resposta informando quem é.

• Passo 2 – medir o custo do enlace de alguma forma:

Ex: Considerar custo inversamente proporcional à largura de banda. Poderia ser: 1Gbps => custo 1; FastEthernet => custo 10;

Ou, custo=atraso;

A forma mais simples: ping – mede o tempo de ida e volta – dividir por 2.

Nível 3 17

Passo 3

• Passo 3 - criar pacote de estado do enlace:

Criar periodicamente ou quando ocorre evento;

Pacote tem Identidade do transmissor, número de sequência e tempo de vida.

Seq: qdo pacote novo for recebido, encaminha-se a todos os enlaces (exceto o de entrada). Qdo Seq recebido for mais baixo, considerado obsoleto. Seq de 32 bits para não repetir. Ex: Uma rede com os pacotes correspondentes:

Nível 3 18

Passo 4

• Passo 4 - Distribuição dos pacotes de estado do enlace:

Usar flooding para distribuir; eventuais problemas com Seq: (1) Roteador com falha – perde controle do número de sequencia; (2) Pacote com erro, adulterando Seq.

TTL: garantir que o pacote não terá duração indefinida. Pacotes com a idade zero serão descartados. A idade é decrementada a cada segundo.

Ex: Buffer no roteador B do slide anterior:

Flags indicam em que interface devem ser transmitidos ou confirmados os pacotes.

Nível 3 19

Passo 5

• Passo 5 – Cálculo das novas rotas;

Usar Algoritmo do Caminho mais curto.

Protocolos da Internet que usam o algoritmo de Estado de Enlace:

– IS-IS (Intermediate System-Intermediate System) utilizado por muitos ISPs; transporta simultaneamente informações sobre outros protocolos de rede como IPX, AppleTalk além do IP.

– OSPF (Open Shortest Path First) o mais popular.

Nível 3 20

Roteamento para dispositivos móveis (1)

• Hosts móveis: dispositivos usados em qualquer lugar, como se estivesse em casa. Como os outros hosts vão localizar o host móvel?

• Alternativas:–A medida que o host altera a localização, modificar as

rotas: com muitos hosts se movendo os roteadores se sobrecarregariam...

–Oferecer mobilidade acima da camada de rede; ex: Skype – aceita conexão de qualquer lugar, mas a medida que muda de local, precisa reiniciar a conexão.

• Outro problema: serviços contratados pelo IP não são aceitos fora de casa;

Nível 3 21

• Desejo: localizar o host e associá-lo ao local fixo.• Idéia: Host Móvel informe algum Host no local fixo

(Agente Local) onde está agora de modo que possa encaminhar os pacotes para ele.

• Exemplo: Transmissor em Seattle costuma enviar pacotes para New York, mas o receptor está em San Diego.

• Host Móvel adquire um endereço (care of) em San Diego.

Roteamento para dispositivos móveis (2)

Nível 3 22

Passos do roteamento móvel:

1) Host Móvel comunica care of ao Agente local;

2) Transmissor envia pacote para endereço original;

3) Agente Local intercepta o pacote, o encapsula com novo cabeçalho (tunelamento) e envia ao Host Móvel;

4) Host móvel envia resposta ao transmissor;

5) Transmissor adota endereço care of para tunelar os próximos pacotes.

Roteamento para dispositivos móveis (3)

Nível 3 23

Roteamento em redes Ad Hoc (1)

Problema maior que roteamento para hosts móveis: Hosts e roteadores são móveis!

• MANETs (Mobile Ad hoc Networks).

• Alg de roteamento: AODV (Ad hoc On-demand Distance Vector) considera limitadas largura de banda e bateria.

• Cada nó precisa manter uma tabela de vetor de distância classificada por destino com o vizinho a enviar pacotes para alcançar o destino.

• Quando um nó quer alcançar outro, neste momento vai descobrir a rota (on-demand). Emite um pacote ROUTE REQUEST (flooding);

Nível 3 24

Roteamento em redes Ad Hoc (2)

a) A quer transmitir um pacote para o nó I, emite um pacote ROUTE REQUEST alcançado por B e D;

b) B e D retransmitem, alcançando C, F e G. Os pacotes tem número de sequencia para manter o controle de cópias. (D recebeu de A e B e não faz flood 2 vezes);

c) E e H recebem e inundam (I recebe 2 vezes de G e H);

d) Quando I recebe, responde (ROUTE REPLY) que segue pelo caminho inverso. Cada nó deve lembrar quem enviou a solicitação.

As setas indicama rota inversa armazenada.

Nível 3 25

Manutenção de rotas

Periodicamente, cada nó transmite por broadcast uma msg Hello que os vizinhos respondem. Se não houver resposta, o nó elimina a entrada correspondente da tabela.

Se G sair do ar, D elimina as entradas para G e I; D notifica A que elimina sua entrada para I.

Vizinhos ativos contam para vizinhos ativos recursivamente até que todas as rotas dos nós que dependem do que saiu sejam eliminadas de todas as tabelas de rotas.

Nível 3 26

Congestionamento

Congestionamento: Quantidade de pacotes presente na sub-rede é tão grande que a sub-rede não consegue entregar todos => a fila explode => pacotes são descartados

=> pacotes devem ser retransmitidos => o desempenho é degradado.

É uma questão global, diferente do controle de fluxo que é uma questão entre transmissor e receptor.

Estratégias empregadas:• o nível de transporte deve reduzir a carga e/ou;• usar técnicas para evitar congestionamento;• usar técnicas para lidar com congestionamento qdo ocorre.

Nível 3 27

Colapso

Throughput (Vazão): Velocidade média da transferência, incluindo overhead dos protocolos e pacotes retransmitidos por erros ou conflitos;

Goodput: taxa com que pacotes úteis são entregues pela rede; pode ser medido como tamanho dos dados transmitidos pelo tempo que leva para transmitir (throughput a nível de aplicação).

Nível 328

Soluções para congestionamento

Ajustar as rotas de acordo com padrões de tráfego: causam oscilação nas tabelas de rotas (não é normalmente utilizado). Idéia: dividir o tráfego por vários caminhos.

Escala de meses: Aumentar recursos

Diminuir a carga: recusa novos acessos

Na iminência do congestionamento (monitorar parâmetros), a rede solicita que as fontes atrasem ou a rede atrasa o tráfego.

Escolher que pacotes descartar.

Em diferentes escalas de tempo:

Nível 3 29

Controle de Tráfego

Ao monitorar, por exemplo, o atraso de fila, pode-se determinar a proximidade de congestionamento.

O esquema mais usado na Internet é marcar um pacote para sinalizar esta situação. O destino do pacote, quando enviar uma resposta (no nível TCP), informa o transmissor para que ele reduza suas transmissões.

Notificação Explícita de Congestionamento – ECN (Explicit Congestion Notification) – bit do cabeçalho IP.

Nível 3 30

Corte de Carga

Que pacotes descartar?• Depende do tipo de aplicação usando a rede: as

aplicações deveriam marcar a importância dos pacotes. Ex: Transferência de arquivo prefere manter pacotes antigos; mídia em tempo real prefere pacotes novos...

• Hosts percebem sempre perda de pacotes, e nem sempre recebem ECN (ou não recebem em tempo):

O roteador pode tomar a iniciativa de descartar aleatoriamente uma pequena fração de pacotes antes do buffer encher. Os transmissores mais rápidos receberão mais rapidamente a informação, sem envio de um sinal explícito: Detecção Aleatória Prematura - RED (Random Early Detection).

Nível 3 31

5.4 - Qualidade de Serviço

Algumas aplicações exigem throughput mínimo e uma latência máxima => oferecer Qualidade para os Serviços.

Fluxo: Sequência de pacotes de uma origem a um destino.

Necessidades de cada fluxo:– Largura de Banda (Throughput);– Atraso (Delay);– Flutuação (Jitter): algumas aplicações são sensíveis

a pacotes com intervalos irregulares de chegada;– Perda (Drop): uma certa porcentagem de pacotes

descartados pode ser admitida em certas aplicações.

Nível 3 32

Rigidez de Requisitos

Aplicações podem tentar ocultar os problemas da rede; ex: para problema de flutuação, manter um buffer.

Onde está médio, entenda: pode irritar, mas não inviabiliza o serviço

Nível 3 33

Categorias de QoS

• Taxa de bits constante: largura de banda e atraso uniformes (ex. telefonia);

•Taxa de bits variável em tempo real: quando um quadro pode ser bem maior que o outro (ex. videoconferência compactada);

•Taxa de bits variável não de tempo real: quadros de tamanhos variáveis com menor requisito de atraso (ex. filme por demanda – alguns segundos de vídeo podem ser armazenados antes de iniciar a reprodução, a flutuação causa variação no buffer não na exibição);

•Taxa de bits disponível: não sensível a atraso ou flutuação, com a banda que estiver disponível. (ex. transferência de arquivo).

34

Modelagem de Tráfego

(b) Balde furado (Leaky bucket): independente da velocidade de entrada, a saída ocorre a taxa constante R. Se balde cheio até B, escorre pelas bordas; (a) Se o pacote chega com balde cheio, espera em uma fila ou é descartado.

(c) Token bucket: retiram-se do balde, cuja entrada é na taxa R, na medida da demansímbolos da, não mais que B símbolos.

Técnicas de modelagem tentam regular a taxa média dos fluxos que entram na rede, permitem tratar rajadas curtas.

35

Escalonamento de pacotes

Algoritmos podem alocar recursos do roteador entre fluxos concorrentes.

FIFO: Descartam a cauda (os mais novos que não cabem). Não dá boa QoS.

RED: Descartam aleatoriamente quando fila cresce. Risco.

Rodízio de Fila (Round Robin): Filas diferentes para fluxos diferentes.

WFQ (Weighted Fair Queueing): rodízio de filas ponderado. Atribuir um peso a um fluxo que precise de mais banda.

36

Conceito: Endereço de Rede

Endereços de Rede podem ser classificados em:

Unicast: Endereço que especifica um único dispositivo de rede.

Broadcast: Endereço reservado para o envio de mensagens a todas as máquinas de um dado grupo.

Multicast: Endereço que se refere a múltiplos dispositivos de rede, ou seja, endereço de um grupo. Utiliza um bloco de endereços reservado para este fim específico.

Anycast: Também utilizado para a comunicação um-para-um-de-muitos. O dado com o endereço unicast será enviado a um dos receptores: para alta disponibilidade e balanço de carga (Ex: DNS).

Nível 3 37

Serviços Integrados (IntServ) - 1

RSVP (Resource reSerVation Protocol) para melhorar QoS: Cada grupo recebe um endereço (multicast), que está no pacote. Alg. de rota constrói spanning tree com os membros.

Receptor envia msg de reserva; os roteadores guardam a largura de banda necessária. Quando msg chegar a origem a banda foi reservada em todo o caminho.

(b) ST para 1

(c) ST para 2

Nível 3 38

Serviços Integrados (IntServ) - 2

Exemplo do processo de reserva:

(a) Host 3 solicita um canal ao Host 1;

(b) Host 3 solicita um segundo canal ao Host 2;

(c) Host 5 solicita um canal ao Host 1. No trecho A-E-H já reservado.

Problema: configurar antecipadam/ os fluxos (“conexão” c/ muitos fluxos...) e manter estado de cada fluxo nos roteadores.

Nível 3 39

Serviços Diferenciados (DiffServ) – 1

IntServ tem problemas de escalabilidade: estratégia mais simples que não exige configuração antecipada nem envolvimento de todo o caminho: DiffServ.

No domínio do ISP definem-se classes de serviço e são oferecidos serviços diferenciados a cada classe (usa campo do cabeçalho IP para a classificação). Classes de serviço (IETF): (1) Classe de encaminhamento expresso:

=> pouca perda, atraso e flutuação; (está comum marcar VoIP como expresso).

Nível 3 40

Serviços Diferenciados (DiffServ) – 2

(2) Classe de encaminhamento garantido: mais elaborada: define 4 classes de prioridade, e 3 classes de descarte, totalizando 12 classes.

• Uma implementação possível:Após classificar o pacote quanto a prioridade, passar por um gerenciador de tráfego, como token bucket que combina informação de descarte. Roteador pode utilizar enfileiramento ordenado com rodízio de fila ponderado.

Nível 3 41

5.5 – Interligação de redes

A heterogeneidade veio para ficar! Enquanto não verificarem que a tecnologia [preencha a gosto] é melhor...

• Diferenças possíveis entre redes relativas à camada de rede (não físico, nem enlace):

Nível 3 42

Conectar redes - 1

• Camada comum acima que oculta as diferenças das redes; foi separada nos protocolos TCP e IP de Cerf e Kahn : Turing Award (2004) – Nobel de Computação.

a) Rede composta de 3 tipos de redes: 802.11, MPLS e Ethernet;

MPLS – protocolo de nível 2,5 orientado a conexão que cria circuito virtual

b) Processamento dos protocolos => necessidade de fragmentação :WiFi/Eth

Nível 3 43

Conectar redes - 2

• Bridges poderiam fazer esta tradução de um tipo de LAN para outra, mas as diferenças são tantas que não é mais comum utilizá-las para isto.

• Hoje, bridges conectam LANs iguais, e roteadores conectam LANs diferentes: Problemas difíceis de contornar como tamanho de pacotes diferentes, já tem um esquema de fragmentação na camada de rede que pode ser usado.

• O roteador tem habilidade também para lidar com vários protocolos de rede (IPx, AppleTalk), porém hoje são mais relevantes IPv4 e IPv6 que não são compatíveis.

• Traduzir pacotes IPv4 para IPv6 e vice-versa pode ser difícil (128 bits para 32 bits de endereço), então...

Nível 3 44

Tunelamento

Se a rede de origem é do mesmo tipo da rede de destino, mas há uma rede diferente entre elas, encapsular os dados das pontas dentro de pacotes transportados pela rede intermediária.

Nível 3 45

Roteamento entre redes

• Uma rede de um ISP usa em seu backbone um protocolo de roteamento do tipo OSPF, escolhido e gerenciado pelo ISP. Este é sistema autônomo – Autonomous System (AS). O protocolo utilizado é chamado protocolo de gateway interior (intradomínio)

• Como ligar ASs? Quem cuidará do roteamento interdomínio? Qual será o protocolo de gateway exterior? Na Internet, o protocolo de roteamento interdomínio adotado é o BGP (Border Gateway Protocol).

• Com esta separação as decisões internas dos ISPs não precisam ser conhecidas fora de seus limites, apenas devem ser definidas as políticas de roteamento.

Nível 3 46

Fragmentação

(a) Pacote original contendo 10 bytes de dados

(b) Fragmentos após passarem por uma rede que admite 8 bytes de dados

(c) Fragmentos após passarem por uma rede que admite 5 bytes de dados

Cada rede impõe um tamanho máximo a seus pacotes: Ethernet:1.500B; WiFi: 2.272B; IP: 65.515B

Nível 3 47

Descoberta de MTU

MTU – Maximum Transmission Unit

Como cabeçalho de fragmento é transmitido (overhead) e perder um fragmento implica em perder o pacote (overhead), é preferível remover a fragmentação, descobrindo a MTU do caminho.

Roteador liga um bit no cabeçalho IP para não usar fragmentação e descarta pacote. Quando a origem recebe o pacote de erro, usa a informação do erro para gerar pacotes menores. Tarefa migra dos rots para os hosts.

Nível 3 48

5.6 - A Camada de Rede da Internet

Internet: coleção interconectada de muitas redesIP (Internet Protocol) a camada de rede da Internet

Nível 3 49

O cabeçalho IPv4 - 1

Version: versão do protocolo sendo usado; atualmente há transição entre IPv4 e IPv6;

IHL: Header Lenght – quantas palavras de 32 bits há no cabeçalho, pois este não tem tamanho constante; a parte fixa tem 20 bytes.

Serviços Diferenciados: 6 bits – Classe de Serviço; 2 bits - Notificação de congestionamento (ECN);

Nível 3 50

O cabeçalho IPv4 - 2

Tamanho Total: Inclui cabeçalho e dados. Até 64Kbytes (Em redes Ethernet o máximo é 1500 bytes.

Identificação: Número identificando a qual pacote este fragmento pertence.

DF : D´ont fragment: para descoberta da MTU;

Nível 3 51

O cabeçalho IPv4 - 3

MF : More Fragments – para informar que seguem mais fragmentos – o último fragmento tem este bit desligado;

Deslocamento de fragmento: onde este fragmento se encaixa no pacote corrente; Múltiplos de 8 bytes.

Time to Live: Iniciado com 255, é decrementado a cada hop; quando atinge zero o fragmento é descartado. Evita vida indefinida para um pacote;

Nível 3 52

Exemplo de fragmentação - 1

Nível 3 53

ID=x

offset=0

MF=0

tamanho=4000

ID=77

offset

=0

MF=1

tamanho=1500

ID=77

offset

=185

MF=1

tamanho=1500

ID=77

offset

=370

MF=0

tamanho=1040

Um grande datagrama se tornavários datagramas menores

20 bytes no cabec1480 bytes nocampo de dados

offset =185*8=1480(insira a partir do byte 1480)

offset =370*8=2960(insira a partir do byte 2960)

Exemplo de fragmentação - 2

4000 bytes no pacote:20 no cabec, 3980 nocampo de dados

Nível 3 54

O cabeçalho IPv4 - 4

Protocol: Que protocolo de transporte é usado (TCP/UDP);

Header checksum: Deve ser recomputado em cada roteador, pois no mínimo mudou o campo time to live;

Source Address e Destination Address

Options:Permite incluir informação não presente no projeto original.

Nível 3 55

Opções do IP

Security: pode ser usado por ex. p/ listar onde não passar...

Strict Source Routing: lista roteadores que devem ser exatamente seguidos; (p/ resolver pane em tab de rota);

Loose Source Routing: lista roteadores a seguir, podendo incluir outros; (bom para considerações políticas);

Nível 3 56

Endereços IP

O endereço IP identifica unicamente uma rede e uma máquina nesta rede.

• O endereço utiliza 4 bytes normalmente escritos em notação decimal com um ponto como separador. Possibilidades entre 0.0.0.0 e 255.255.255.255

• Endereços IP são hierárquicos: composto de uma parte de rede nos bits superiores e uma parte de host nos bits inferiores => uma rede tem um bloco contíguo de endereços IP;

• Números de redes são atribuídos pela ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) criada em 1998 para evitar conflitos; delegam endereços à autoridades regionais.

Nível 3 57

Classes de endereços IP

Definidas inicialmente na Internet (antes de 1993) e não mais utilizadas:

• Classe A – 126 redes com 16 milhões de hosts cada;• Classe B – 16.382 redes (214) com 64k (216) hosts cada;• Classe C – 2 milhões de redes (221) com 254 hosts cada.• Classe D – Endereços multicast – para encaminhar um

datagrama a múltiplos hosts.

Nível 3 58

Máscaras de Rede

O tamanho do prefixo corresponde a uma máscara de sub-rede, com 1s na parte destinada a rede.

Os prefixos são manipulados pelos roteadores que não precisam conter todos os endereços alcançáveis, mas apenas todas as redes alcançáveis.

Nível 3 59

Subdivisão de Redes

• É possível subdividir a rede para uso interno, para melhor organização e aproveitamento do espaço de endereçamento:

• Suponha uma universidade dona do espaço: 128.208.0.0/16; deixou metade dos endereços para a CC, ¼ dos endereços para a EE e 1/8 dos endereços para Artes; esta subdivisão não precisa ser conhecida externamente.

EE:1000 0000 1101 0000 00xx....

CC:1000 0000 1101 0000 1xxx....

Artes:1000 0000 1101 0000 011x...

Nível 3 60

CIDR:Classless InterDomain Routing

Para diminuir o tamanho das tabelas de rotas combinam-se pequenos prefixos em um único prefixo maior (agregação de rota). O maior prefixo é a super-rede.

Exemplo: A partir de 194.24.0.0 há 8192 (=213) ends em um bloco disponível. Cambridge solicitou 2048 (=211) endereços; Oxford solicitou 4096 (=212) endereços; Edinburgh solicitou 1024 (=210) endereços.

O maior prefixo neste caso é 194.24.0.0/19 que contém o bloco todo incluindo a porção disponível.

Nível 3 61

Agregação de prefixos IP

Cada faixa atribuída deve ser conhecida pelos roteadores? Não necessariamente: o roteador de Londres que conhece as 3 redes, agrega os 3 prefixos em um: 194.24.0.0/19, que é passado para Nova York. NY reduziu 3 entradas para uma.

Nível 3 62

Maior prefixo combinado

Se São Francisco solicitou 1024 endereços e foi alocado o bloco que ainda estava disponível dentro de 194.24.0.0 (194.24.12.0/22), os pacotes devem ser enviados na direção da rota mais específica, ou do maior prefixo combinado. Tente o casamento com o maior prefixo primeiro. (Há algoritmos sofisticados para encontrar a saída)

Nível Rede 63

Exemplo – configuração de rota

200.161.0.120/24

M3

200.161.0.121/24

200.161.0.100/24

M1

200.161.0.110/24

M2

200.161.0.190/24

M4

Como M1 vai alcançar M4?

Se usar a entrada da tabela de rota:

200.161.0.0/24, entrega no barramento, mas não atinge M4...

200.161.0.1/24

Rot

Nível 3 64

Tabela de Roteamento

Indica para onde enviar as mensagens.

RIT – Routing Information Table. Indica:

Destino Máscara Gateway Interface Métrica

End. de rede ou

IP destino

Máscara na sub-

rede

Próximo roteador

que possa entregar

datagrama

Endereço da

Interface pela qual

será enviada a

mensagem

Quantos roteadores atravessar

até o destino.

Nível Rede 65

RIT de M1Destino/Mask Gateway Interface• 200.161.0.100/32 o próprio host por software• 200.161.0.0/24 sua própria rede por eth0• 127.0.0.0/8 lo por lo• 0.0.0.0 200.161.0.1 por eth0

No caso de M1 falar com M4 forçar encaminhamento por M3

Acrescentar a linha abaixo na tabela de rotas:• 200.161.0.190/32 200.161.0.120 por eth0

• Em que ordem deve entrar esta linha? O primeiro casamento é o que vale.

Exercício: preencha as tabelas de rotas de M1, M2, M3, M4.

NAT – Network Address Translation

Técnica contra esgotamento de endereços IP:• Atribuir a cada empresa um único endereço IP válido;

internamente utilizam-se IPs privativos. Na saída do pacote ocorre conversão para o IP válido.

• Intervalos privativos: (Classe A) 10.0.0.0 , (Classe B)172.16.0.0 e (Classe C) 192.168.0.0

Problema: quando o pacote volta endereçado ao IP válido, como saber para quem devolver a resposta? Manipular porta de origem. Nível 3 66

Nível 3 67

DHCP

• Dynamic Host Configuration Protocol foi projetado pelo IETF: centraliza a configuração TCP/IP e gerencia a alocação da informação de configuração; atribui automaticamente endereços IP aos sistemas configurados. Ajuda também na questão do esgotamento dos ends IP. São necessários:

– Clientes DHCP – marcar que DHCP está ativo. A cada boot envia solicitação de IP ao servidor;

– Servidor DHCP – Possui o escopo DHCP, ou uma coleção de endereços IP que pode emprestar aos clientes. Ao receber uma solicitação, obtém um endereço de sua coleção e oferece ao cliente.

Nível 3 68

DHCP – Vantagens e Desvantagens

• Vantagens:– O usuário não precisa solicitar ao administrador dados

que ele não sabe: end. IP, máscara, end. do gateway;– Diminuem os erros de configuração – definir IP errado ou

2 IPs iguais na rede é trabalhoso para descobrir;– O administrador não precisa controlar endereços IP.

Numa rede grande e dinâmica é difícil e impossível onde há mais máquinas que endereços livres;

– Quando uma máquina muda de sub-rede, o endereço é automaticamente devolvido e na nova rede recebe novo automaticamente.

• Desvantagem:– Rastrear uma determinada máquina dá um trabalho muito

maior. Quem estava usando este IP a tal hora?

Nível 3 69

IPv6Metas de uma nova versão do IP:

(1) Suportar bilhões de hosts, mesmo com ineficiência na alocação do espaço de endereçamento;

(2) Reduzir tamanho das tabelas de roteamento;

(3) Simplificar o protocolo, permitindo aos roteadores processamento mais rápido dos pacotes.

(4) Melhorar segurança (autenticação e privacidade) em relação ao IPv4;

(5) Melhorar atendimento a tipos de serviço, particularmente para dados em tempo-real.

(6) Ajudar endereçamento multicasting;

(7) Tornar possível o host viajar sem mudar de endereço;

(8) Permitir ao protocolo evoluir no futuro, mas coexistir com o IPv4;

Nível 3 70

Principais Características

(1) Endereços de 16 bytes de comprimento. Suporta 2128 , aproximadamente 3x1038, o que na prática significa endereços ilimitados; Possibilidade do IPv4: 4.3 bilhões - Hoje estima-se 5.5 bilhões de dispositivos;

(2) Simplificação do cabeçalho: De 13 campos no IPv4 para 7 no IPv6 -> processamento mais rápido nos roteadores;

(3) Melhor suporte a opções: campos antes necessários, passam a ser opcionais. O roteador pode saltar opções não pertinentes.

(4) Avanços em segurança com características de privacidade e autenticação.

(5) Melhor tratamento de tipo de serviço: com o tráfego multimídia necessita mais que 8 bits.

Nível 3 71

Problemas para decolar

Algumas razões que retardaram implantação (disponível desde 1998, com todos os SOs incorporando a implementação):

(1) Porque preciso mudar? Menos de 1% ainda usando.

(2) Incompatível com IPv4;

(3) IPv4 passou a ter mais segurança;

(4) IPv4 melhorou tratamento de QoS com serviços diferenciados;

(5) Existência de NAT

Tamanho Fixo: 40 Bytes

Cabeçalho IPv6

Nível Rede 73

Campos do Cabeçalho IPv6

• Serviços Diferenciados – mesmo papel do IPv4.   • Rótulo de fluxo - Para permitir que uma origem e

destino configurem uma pseudoconexão com propriedades e necessidades específicas. Roteador deve ser instruído como tratar pac de (origem, destino, número de fluxo);

• Tamanho da carga útil: sem o cabeçalho;• Próximo cabeçalho: Qual dos 6 tipos de cabeçalho de

extensão segue este cabeçalho. • Limite de Hops: Equivalente ao Time-to-Live do IPv4.

Ao chegar em 0 é descartado.

Nível Rede 74

Cabeçalhos de Extensão

• Oferecem informações extras, opcionais.

• Exemplo de cabeçalho: Hop-by-hop para passar jumbogramas

Nível Rede 75

O endereço

Notação: escrita com 8 grupos de 4 dígitos hexadecimais cada com dois pontos separando cada grupo. Exemplo:

8000:0000:0000:0000:0123:4567:89AB:CDEF

Otimizações na notação: 1) Zeros à esquerda dentro de um grupo podem ser omitidos - 0123 pode ser escrito como 123; 2) Um ou mais grupos de 16 bits zeros podem ser substituídos por um par de dois pontos:

8000::123:4567:89AB:CDEF

3) Endereços IPv4 são escritos iniciando com um par de dois pontos seguidos do endereço na velha notação de número decimal. Exemplo - ::192.31.20.46

Nível Rede 76

Controvérsias

• Tamanho do campo de endereço:

16 bytes nunca vão se esgotar : Há 7x1023 ends IP por metro quadrado - com muito desperdício 1000 IPs/m2

• Tamanho do hop limit : Ficou 1 byte - 255 hops;

• Tamanho máximo do pacote: Jumbogramas opcionais;

• Tirar o checksum: ok;

• Hosts móveis - terão o mesmo endereço IPv6 ou agentes?Não houve consenso;

• Segurança - já no nível 3? Opcional.

Nível Rede 77

Transição IPv4 – IPv6

Que tal “dia de vacinação”? Pára tudo e muda...

Transição gradual, prevê 2 abordagens:

• Pilha dupla: nós IPv6 também tem IPv4 – Os nós IPv4/IPv6 teriam 2 endereços;quando o nó quer comunicar-se com outra máquina pelo nome, o servidor DNS devolve um endereço IPv4 ou IPv6 para aquele nome.

• Tunelamento: Os nós IPv4 geram pacotes IPv4 que carregam pacotes IPv6 como dados.

Nível Rede 78

Pilha Dupla

A

B

C

D

E

F

Ipv6

Ipv6

Ipv4

Ipv6

Ipv6

Ipv4A quer enviar mensagem para F. Ambos são IPv6, porém há IPv4 no meio, e a tradução é necessária.

Nível Rede 79

Túnel

A

B

C

D

E

F

Ipv6

Ipv6

Ipv4

Ipv6

Ipv6

Ipv4

A quer enviar mensagem para F. O IPv4 que há no meio encapsula o IPv6.