Camada de Rede

Arquitetura TCP/IP
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
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