Camada de Rede

Unidade III
REDES DE COMPUTADORES E
TELECOMUNICAÇÃO
Prof. Luís Rodolfo
Redes de computadores e
telecomunicação
Objetivos da Unidade III
ƒ Apresentar as camadas de Transporte
(Nível 4) e Rede (Nível 3) do Modelo OSI
traçando um paralelo com a Arquitetura
TCP/IP.
Redes de computadores e
telecomunicação
Modelo Camadas OSI:
ƒ Camada de Transporte – Nível 4
Figura 1 – Camada de Transporte Modelo OSI
Fonte: Kovach, 2009
Camada de transporte
Características básicas:
ƒ Camada central da pilha de protocolos;
ƒ Fornece serviços de comunicação para
as camadas superiores;
ƒ É responsável pela comunicação fim-afim a
fim nas redes de computadores;
Camada de transporte
Serviços e protocolos de transporte:
ƒ Converte as mensagens das camadas
superiores em segmentos da camada de
transporte;
ƒ Responsável pela qualidade na entrega e
recebimento dos dados;
ƒ Comunicação lógica fim-a-fim entre as
camadas de transporte de origem e
destino;
Camada de transporte
A li
ã
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
SDU
PCI
PDU
Figura 2 – Montagem do PDU
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Figura 2: Conexão lógica fim-a-fim da camada
de Transporte
Camada de transporte
Origem e destino das mensagens:
Multiplexação e Demultiplexação
APLICAÇÃO 1
Porta 126 Porta 34
APLICAÇÃO 2
Porta 22
TRANSPORTE
IP
Figura 3: Multiplexação e Demultiplexação de
Portas de Protocolo da Camada de Transporte
Camada de transporte
Existem 2 tipos de portas:
Estáticas:
ƒ Estáticas ou conhecidas. Associadas a
processos que fornecem serviços
conhecidos e que não mudam com o
tempo. Ex. SMTP -> Porta 25.
Dinâmicas:
ƒ Portas assinaladas dinamicamente pelo
sistema operacional quando aplicações
solicitam serviços a servidores
servidores, ou seja
seja,
mudam a cada execução do programa.
Camada de transporte
Portas estáticas e dinâmicas:
ƒ Faixa de 0 a 1023 são chamadas de
portas conhecidas, ou seja, estão
associadas a uma aplicação comum.
Exemplos de portas conhecidas: 21
(FTP), 23 (Telnet), 25 (SMTP), 80 (HTTP),
entre outras;
ƒ Acima de 1023 (até 65535) são chamadas
portas altas e é possível associar uma
aplicação desconhecida (normalmente
aplicações cliente)
Camada de transporte
Serviços e Protocolos de Transporte
ƒ Cada aplicação da Internet usa pelo
menos um protocolo da camada de
Transporte para enviar e receber dados.
São dois os principais protocolos de
camada de Transporte:
ƒ TCP (Transmission Control Protocol) e;
ƒ
UDP (User Datagram Protocol).
Camada de transporte
Aplicações populares da Internet
Figura 4: Aplicações populares da Internet e
seus protocolos de Transporte
Camada de transporte
Protocolo UDP (User Datagram Protocol)
ƒ Serviço não orientado a conexão e sem
confiabilidade;
ƒ Não implementa controle de fluxo e
congestionamento;
ƒ Principal função implementada pelo UDP
é a multiplexação no acesso ao sistema
de comunicação;
ƒ Utilizado em aplicações de meios
contínuos de transmissão (voz
(voz, video);
ƒ Também utilizado em aplicações como
SNMP e DNS.
Camada de transporte
Formato do Cabeçalho UDP
0
7
Octeto 1
15
Octeto 2
23
Octeto 3
31
Octeto 4
UDP SOURCE PORT
UDP DESTINATION PORT
UDP MESSAGE LENGTH
UDP CHECKSUM
DATA
...
Opcional (campo=0)
Figura 5: Formato do Cabeçalho UDP
Camada de transporte
Protocolo TCP (Transmission Control
Protocol)
ƒ O protocolo TCP fornece, além da
multiplexação, um serviço com conexão,
implementando controle de erros e
controle de fluxo;
ƒ A multiplexação é implementada de
forma semelhante ao UDP;
ƒ O controle de erros e o controle de fluxo
são implementados através da técnica de
janela deslizante.
Camada de transporte
Formato do Cabeçalho TCP
0
7
OCTETO 1
15
OCTETO 2
23
OCTETO 3
31
OCTETO 4
TCP DESTINATION PORT
TCP SOURCE PORT
SEQUENCE NUMBER
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER
HLEN RESERVED
CTRL BITS
WINDOW
CHECKSUM
URGENT POINTER
OPTIONS (IF ANY)
PADDING
DATA
...
Figura 6: Formato do Cabeçalho TCP
Camada de transporte
Conexão TCP
ƒ Uma conexão TCP é formada pelo par
[Endereço IP Origem, Porta Origem] e
[Endereço IP Destino, Porta Destino].
Porta 22
Porta 2340
TCP
TCP
IP
IP
Host 139.82.17.10
Inter rede
Inter-rede
TCP/IP
Figura 7: Formato do Cabeçalho TCP
Host 139.82.55.3
Camada de transporte
Conexão TCP em 3 fases:
ƒ Estabelecimento da conexão;
ƒ Troca de mensagens;
ƒ Finalização da conexão.
SYN
SYN/ACK
ACK
TX DADOS
DADOS
ACK
RX DADOS
FECHA CONEXÃO
DADOS
ACK
FIN
ACK
FIN
ACK
Figura 8: 3 fases da conexão TCP
RX DADOS
TX DADOS
FECHA CONEXÃO
Interatividade
Relativo ao protocolo de transporte TCP,
pode-se afirmar:
a) Não orientado a conexão
b) Não orientado a conexão e baixa
confiabilidade
c) Orientado a conexão, implementa
controle de erros e controle de fluxo
d) Orientado a conexão e baixa
confiabilidade
e) Utilizado em aplicações de meios
contínuos de transmissão
Camada de rede
Modelo Camadas OSI:
ƒ Camada de Rede – Nível 3
Figura 9: Camada de Rede do modelo OSI
Fonte: Kovach, 2009
Camada de rede
ƒ Responsável pela interconexão de redes,
através de dispositivos denominados
roteadores.
Figura 10: Exemplo de interconexão de redes
utilizando roteadores. Fonte: Kovach, 2009
ƒ O roteador é o p
principal
p agente
g
no
processo de interconexão das redes, pois
determina as rotas baseado em critérios,
roteando os dados pelas redes e
gerenciando suas tabelas de roteamento.
Camada de rede
ƒ Roteamento pelo endereço IP de destino;
ƒ Portas de entrada e saída permitem ao
roteador encaminhar pacotes aos seus
roteadores vizinhos.
ƒ Toda rede possui uma porta de saída
padrão (default gateway) que é para onde
vão todos os pacotes de dados
recebidos e que não são para aquela
rede.
ƒ A camada de Rede que decide qual o
melhor caminho para se chegar ao
destino.
ƒ Mapeamento do endereço físico e
lógico através do protocolo ARP.
Camada de rede
X
Y
R3
R1
R2
HOST X
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
HOST Y
R1
Rede
Enlace
Física
R2
Rede
E l
Enlace
Física
R3
Rede
E l
Enlace
Física
Figura 10: Exemplo de interconexão
entre sistemas finais.
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Camada de rede
O protocolo IP (Internet Protocol)
ƒ Responsável pelo encaminhamento dos
pacotes da origem ao destino;
ƒ Não é orientado a conexão;
ƒ Suscetível a perda de dados
dados, atrasos e
sem garantias de entrega;
ƒ A correção de erros e recuperação de
pacotes perdidos é realizada pela
camada de Transporte (TCP);
ƒ Vantagem: Simplicidade – melhor
esforço.
Camada de rede
Fragmentação:
ƒ Ocorre quando o pacote a ser transmitido
é maior que o MTU da rede (Maximum
Transfer Unit);
ƒ Uma rede Ethernet tem MTU = 1500bytes,
portanto, datagramas maiores que este
MTU serão fragmentados pelo IP em
fragmentos;
ƒ Os datagramas são remontados no
destino final;
ƒ Se qualquer fragmento for perdido no
caminho, o datagrama não pode ser
remontado.
Camada de rede
Fragmentação:
Rede
Rede1 1
MTU=1500
Rede 3
Rede
3
MTU=1500
MTU=1500
G1
Rede
Rede 22
MTU=1500
MTU=500
MTU=1500
G2
Figura
g
11: Fragmentação
g
ç de um pacote
p
IP
Camada de rede
Endereçamento IPv4:
ƒ Todo dispositivo numa rede IP é
identificado por um endereço IP;
ƒ Endereço IP: 32 bits (4 bytes)
ƒ 232 endereços IPs possíveis,
possíveis cerca de 4
bilhões de endereços;
ƒ 4 conjuntos de bytes, representados por
um número decimal, separados por
pontos;
Camada de rede
Exemplo de um endereço IP:
11010000 11110101 00011100 10100011
Camada de rede
Exemplo de um endereço IP:
11010000 11110101 00011100 10100011
1 752 865 955
Camada de rede
Exemplo de um endereço IP:
11010000 11110101 00011100 10100011
208
245
28
163
Camada de rede
Exemplo de um endereço IP:
11010000 11110101 00011100 10100011
1 752 865 955
208
245
28
208.245.28.163
163
Camada de rede
O endereço IP é:
ƒ Um endereço lógico de rede que está
associado a uma interface física de rede
(placa de rede);
ƒ Globalmente exclusivo e não pode ser
escolhido de qualquer forma;
ƒ Determinado em parte pela sub-rede que
está conectado.
Camada de rede
Classes e formatos de endereços IP
ƒ A estratégia de atribuição de endereços
da Internet é conhecida como
roteamento interdomínio sem classes
(CIDR – Classless Interdomain Routing);
ƒ Antes da adoção do CIDR, os tamanhos
das parcelas de um endereço IP estavam
limitados a 8, 16 ou 24 bits, um esquema
de endereçamento definido por classes
de endereços.
Camada de rede
Classes e formatos de endereços IP
A
B
C
D
E
Figura 12: Classes e formatos de endereços IPs
Camada de rede
ƒ netid: identifica o prefixo da rede, pelo
qual o dispositivo está conectado;
ƒ hostid: identifica o dispositivo nessa
rede;
ƒ Um roteador conectado a “n”
n redes terá
“n” endereços IPs distintos.
Camada de rede
ƒ Quando todos os bits do hostid são “0”
diz-se que o endereço IP representa a
rede de computadores. Ex:
netid
hostid
11000000 10101000 00001010 00000110 - IP
(192.168.10.6)
11000000 10101000 00001010 00000000 – IP REDE
(192.168.10.0)
Camada de rede
Classes e ranges de endereços IPs:
ƒ Classe A (a.b.c.d)
a = 1 – 126
a: identifica a rede
b.c.d: identificam o host
Exemplo: 10.10.5.1
ƒ Classe B (a.b.c.d)
a = 128 – 191
a.b:
b identificam
id tifi
a rede
d
c.d: identificam o host
Exemplo: 129.10.5.1
Camada de rede
Classes e ranges de endereços IPs:
ƒ Classe C (a.b.c.d)
a = 192 – 223
a.b.c: identificam a rede
d: identifica o host
Exemplo: 194.10.5.1
ƒ Classe D (a.b.c.d)
a = 224 – 239
E d
Endereço
d multicast
de
lti
t
Exemplo: 224.10.5.1
Interatividade
Relativo ao protocolo de rede IP, pode-se
afirmar:
a) Não orientado a conexão e sem garantias
de entrega
b) Não orientado a conexão e de alta
confiabilidade
c) Orientado a conexão, implementa controle
de erros e controle de fluxo
d) Orientado a conexão e baixa
confiabilidade
e) Utilizado em aplicações de meios
contínuos de transmissão
Camada de rede
Máscaras de sub-redes:
ƒ É baseado no prefixo de rede que os
roteadores vão escolhendo seus
caminhos (o roteamento é feito) até
chegar ao último roteador antes da rede
de destino. Quando chegar à sub-rede de
destino, é que o endereço referente ao
hostid será olhado para buscar dentro da
sub-rede o dispositivo final a que se
destina a mensagem.
Camada de rede
Máscaras de sub-redes:
ƒ Bits que determinam o prefixo da rede;
ƒ Também composta por 32 bits;
ƒ Permite ao receptor identificar quais bits
são referentes ao netid e quantos ao
hostid;
ƒ Os bits em “1” da máscara indicam quais
bits do endereço IP serão o prefixo da
rede e;
ƒ Os bits em “0” da máscara indicam quais
bits do endereço IP serão o dispositivo
de rede (hostid).
Camada de rede
Máscaras de sub-redes:
ƒ Para o roteamento, utilizam-se máscaras
padrão (default) de cada classe até
chegar à rede de destino.
As máscaras padrão são:
Classe A: máscara sub-rede 255.0.0.0
Classe B: máscara sub-rede 255.255.0.0
Classe C: máscara sub-rede 255.255.255.0
Camada de rede
Máscaras de sub-redes:
ƒ Aumento da demanda de conexões de
dispositivos a rede;
ƒ Crescente uso de endereços IPs;
ƒ Rápido esgotamento de endereços;
ƒ Uso de máscaras de sub-redes
diferentes do padrão;
ƒ Ganho de novos endereços IP na divisão
em sub-redes;
Camada de rede
Máscaras de sub-redes:
ƒ Máscaras diferentes da padrão;
ƒ Representado pelo bits “1”, parte do
hostid agora representam sub-redes.
Figura 13: Máscara de Sub-rede
Camada de rede
Aplicação de máscaras de sub-redes:
ƒ Uma empresa possui uma inter-rede
composta por duas redes IP, com 50
estações em cada rede.
Camada de rede
Figura 14: Máscara de Sub-rede
Camada de rede
Aplicação de máscaras de sub-redes:
ƒ 1a. opção seria utilizar 2 redes classe C:
Rede Marketing - 200.18.160.0
Rede Engenharia - 200.18.161.0
Desperdício de 410 endereços!
ƒ 2ª opção seria dividir uma rede classe C
em sub-redes:
Máscara natural da classe C - 255.255.255.0
Vamos estender a máscara natural para
criar sub-redes.
Camada de rede
200.18.160.0 1100 1000 0001 0010 1010 0000 xxxx xxxx
255.255.255.0 1111 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000
200.18.160.0 1100 1000 0001 0010 1010 0000 00
255.255.255.192 1111 1111 1111 1111 1111 1111 11
xx xxxx
00 0000
200.18.160.64 1100 1000 0001 0010 1010 0000 01 xx xxxx
255.255.255.192 1111 1111 1111 1111 1111 1111 11 00 0000
200.18.160.128 1100 1000 0001 0010 1010 0000 10 xx xxxx
255.255.255.192
1111 1111 1111 1111 1111 1111 11 00 0000
1100 1000 0001 0010 1010 0000 11 xx xxxx
200.18.160.192
255.255.255.192 1111 1111 1111 1111 1111 1111 11 00 0000
Figura 15: Exemplo de cálculo de Sub-rede
Camada de rede
Aplicação de máscaras de sub-redes:
1ª. opção seria utilizar 2 redes classe C:
ƒ Rede Marketing - 200.18.160.0
ƒ Rede Engenharia - 200.18.161.0
ƒ Desperdício de 410 endereços!
2ª opção seria dividir uma rede classe C em
sub-redes:
ƒ Máscara natural da classe C 255.255.255.0
ƒ Vamos estender a máscara natural para
criar sub-redes.
Camada de rede
Divisão em sub-redes:
ƒ Despreza-se a 1ª e a última sub-rede por
representar o endereço da rede e o
endereço de broadcast da rede
respectivamente.
ƒ Rede Marketing - 200.18.160.64 / 26
(255.255.255.192)
ƒ Rede Engenharia - 200.18.160.128 / 26
(255.255.255.192)
ƒ Desperdício de 155 endereços!
Camada de rede
Figura 16: Máscara de Sub-rede
Camada de rede
Endereços IPs reservados (especiais)
ƒ 0. 0. 0. 0: endereço desconhecido.
Utilizado pela máquina quando ela não
conhece seu próprio IP;
ƒ 255.255.255.255: endereço de broadcast
dentro da rede local. Um pacote de
broadcast é destinado a todos os
dispositivos conectados à rede;
ƒ 127.0. 0. 0 – 127. 255. 255. 255: utilizados
como endereço de “loopback”
loopback para
testes internos na máquina.
Camada de rede
Endereços IPs privados
ƒ São reservados para redes privadas e
servem para montar uma rede TCP/IP
sem gerar conflitos com os endereços IP
da Internet.
ƒ 10. 0. 0. 0 – 10. 255. 255. 255
ƒ 172. 16. 0. 0 - 172. 31. 255. 255
ƒ 192. 168. 0. 0 - 192. 168. 255. 255
ƒ Não são considerados pelos roteadores
no roteamento global da internet.
Interatividade
Qual a máscara de sub-rede a ser aplicada
se precisarmos dividir um endereço de rede
em 6 sub-redes válidas?
a) 255.255.255.6
b) 255.255.255.0
c) 255.255.6.255
d) 255.255.255.224
e) 255.255.255.192
Camada de rede
NAT e DHCP:
ƒ NAT – Network Address Translator
ƒ Tradução de endereço privado para
endereço público e vice-versa.
ƒ Tradução estática: um endereço privado
é sempre convertido em um mesmo
endereço público.
ƒ Tradução dinâmica: o endereço privado
poderá não utilizar sempre o mesmo
endereço público.
público
Camada de rede
NAT e DHCP:
ƒ DHCP – Dynamic Host Configuration
Protocol
ƒ Um servidor DHCP distribui aos
computadores clientes um IP válido na
Internet sempre que um cliente solicita.
ƒ A alocação de endereços IPs é dinâmica
e nem sempre o mesmo IP é alocado
para a mesma máquina solicitante.
Camada de rede
Roteamento
ƒ Roteamento é o processo de escolher
um caminho para o envio dos
datagramas.
ƒ Direto: ocorre se ambas as máquinas
(origem e destino) estiverem conectadas
a mesma rede física;
ƒ Indireto: ocorre quando o destino não
estiver conectado a mesma rede física,
forçando o remetente a passar o
datagrama a um roteador conectado na
mesma rede física.
Camada de rede
Tabela de roteamento
ƒ Tabela existente em cada máquina que
indica a rota que o pacote deve seguir.
Contém os prefixos de rede e o endereço
IP do próximo roteador no caminho
(vizinho).
ƒ Os prefixos são calculados a partir do
endereço IP de destino do pacote e a
máscara de sub-rede aplicada.
ƒ A tabela de roteamento sempre aponta
para os roteadores conectados
diretamente.
Camada de rede
Tabela de roteamento
ƒ Caso não seja encontrado o prefixo de
rede na tabela, o pacote é encaminhado
para um gateway padrão (default
gateway).
ƒ Se não existir default gateway
configurado o pacote é descartado.
Camada de rede
Estação A
.37
Estação B
Roteador
.148
200 18 171 0
200.18.171.0
.45
.10
200.18.100.0
IP DESTINO
200.18.100.45
REDE
MASCARA
GATEWAY
Interface
200.18.171.148 255.255.255.255
127.0.0.1
127.0.0.1
200.18.171.0 255.255.255.0 200.18.171.148 200.18.171.148
200.18.100.10 255.255.255.255
127.0.0.1
127.0.0.1
200.18.100.0 255.255.255.0 200.18.100.10 200.18.100.10
Figura 17: Tabela de Roteamento
MTC
1
1
1
1
Camada de rede
Algoritmos e protocolos de roteamento
ƒ As tabelas de roteamento são criadas e
mantidas pelos Protocolos de
Roteamento;
ƒ A tabela de rotas pode ser montada por
roteamento estático (manualmente pelo
usuário) ou por roteamento dinâmico
(construção automática);
Camada de rede
Algoritmos de roteamento
ƒ O melhor caminho é definido pelo
algoritmo de roteamento, que o calcula
baseado em diversos parâmetros como
velocidade de transmissão, tempo de
atraso, entre outros, que formam uma
métrica particular de cada algoritmo de
roteamento.
Camada de rede
Algoritmos de roteamento
ƒ Distance Vector: é baseado no número
de saltos na rede (hops). Esse algoritmo
tem como princípio que o melhor
caminho (métrica) para se chegar ao
destino é através das rotas mais curtas,
independentemente de se a rota mais
curta é a mais congestionada.
ƒ Ex: RIP (Routing Information Protocol)
Camada de rede
Algoritmos de roteamento
ƒ Link state: é baseado no estado dos
enlaces. Esse algoritmo considera
diversos parâmetros na rede para
calcular a métrica e a melhor rota para se
chegar ao destino. Um dos parâmetros
que ele considera é a largura de banda,
que determina a velocidade de
transmissão de um pacote.
ƒ Ex: OSPF (Open Shortest Path First)
Camada de rede
Algoritmos de roteamento
ƒ IGP (Interior Gateway Protocols):
utilizados apenas para interconectar
roteadores internamente em uma rede.
Ex: RIP e OSPF
ƒ EGP (Exterior Gateway Protocols): para
interconectar redes independentes.
Ex: BGP (Border Gateway Protocol)
Interatividade
Um algoritmo de roteamento Distance
Vector é:
a) baseado no número de saltos na rede
(hops)
b) um protocolo roteável pela camada de
transporte
c) baseado no estado dos enlaces
d) baseado nas características dos links
e) n.d.a.
ATÉ A PRÓXIMA!