Redes de Computadores Camada 3 A camada de rede A camada de rede está relacionada à transferencia de pacotes da origem para o destino. Para alcançar seus objetivos, a camada de rede deve conhecer a topologia da rede e escolher os caminhos mais apropriados que a compõem. Camada 3 A camada de rede Rede de datagrama: Rede de circuitos virtuais: Camada 3 Camada de rede + Camada de transporte Camada de transporte é a comunicação fim-a-fim Camada de rede é a comunicação entre redes (no caso de rede ponto-a-ponto computador-a-computador) Camada 3 IP - Internet Protocol Um datagrama IP v4 consitem em uma parte de cabeçalho e uma parte de dados: Camada 3 IP - Internet Protocol Ver.: Indica a versão do protocolo IP IHL: Informa o tamanho do cabeçalho, o tamanho do cabeçalho IP é variável Tipo de Serviço: Sugere o tratamento que deve ser dado pelos roteadores ao datagrama (prioridade, custo, confiabilidade, taxa de transmissão) Comprimento do Pacote: Informa o tamanho do datagrama em bytes Identificação: Constitui um número de sequência controlado pelo host que é usado para reconstituição no host de destino Flag: Don´t frag, More fragments e Reserved Deslocamento de Fragmento: Informação sobre a fragmentação do pacote Tempo de Vida: TTL indica o tempo que resta a um datagrama, é subtraido uma unidade em cada passagem por um roteador Checksum: Garante a integridade do cabeçalho IP Protocolo: Indica qual protocolo estão no campo da de dados Endereço de origem e destino Camada 3 Datagrama IP Versão do IP é 4, tamanho do cabeçalho 20 bytes a única flag ativa é a de não fragmentar, o tempo de vida esta em 128, o protocolo que esta sendo encapsulado é o TCP, o chechsum não esta sendo utilizado, a origem é 192.168.0.100 e o destino é 200.182.35.144 Camada 3 Endereçamento IP Cada host e roteador na Internet tem um endereço IP, também na maioria das intranets existem equipamentos utilizando um endereço IP. É importante observar que um enderço IP não se refere realmente a um host, ele se refere a uma interface de rede; assim se um host tiver duas redes, ele precisará ter dois endereços IP. Para implementar esse enderço, foi utilizado um número inteiro com 32 bits, o que a principio permitiria o endereçamento de 232 equipamentos (cerca de 4 bilhões ). Esse enderço é representado por meio de quatro números decimais, cada um associado a 8 bits do endereço (um byte), separados entre si por pontos. 11111111.00000000.11111111.00000000 255.0.255.0 Camada 3 Endereçamento IP Binário: 00001010. 00001010.00000001.11000000 Decimal: 10.10.1.192 Binário: 11000000. 10101000.00000000.00000001 Decimal: 192.168.0.1 Camada 3 Classes de endereçamento Historicamente, o espaço para o endereço IP foi dividido em três 'classes de rede' principais, onde cada classe tinha um tamanho fixo de rede. Também foram criadas 2 classes especiais D e E. Classe Endereçamento A 0.0.0.0 até 127.255.255.255 B 128.0.0.0 até 191.255.255.255 C 192.0.0.0 até 223.255.255.255 D 224.0.0.0 até 239.255.255.255 E 240.0.0.0 até 247.255.255.255 Camada 3 Multicast Multicast é a entrega de informação para múltiplos destinatários simultaneamente usando a estratégia mais eficiente onde as mensagens só passam por um link uma única vez e somente são duplicadas quando o link para os destinatários se divide em duas direções. Em comparação com o Multicast, a entrega simples ponto-a-ponto é chamada de Unicast, e a entrega para todos os pontos de uma rede chama-se Broadcast. Classe Endereçamento Multicast D 224.0.0.0 até 239.255.255.255 Localhost Quaisquer pacotes enviados para estes endereços ficarão no computador que os gerou e serão tratados como se fossem pacotes recebidos pela rede. Endereçamento Localhost 127.0.0.0 até 127.255.255.255 Camada 3 Classes de endereçamento Para diferenciar as classes de redes foram utilizados os bits mais significativos: Classe A 00000001.00000000.00000000.00000000 = 1.0.0.0 01111111.00000000.00000000.00000000 = 127.0.0.0 Classe B 10000000.00000000.00000000.00000000 = 128.0.0.0 10111111.00000000.00000000.00000000 = 191.0.0.0 Camada 3 Classes de endereçamento Um problema com o endereçamento com classes é que cada classe é dividida em um número fixo de blocos. Quando uma organização solicitava uma um bloco de endereços, ela recebia um de classe A, B ou C, depedendo do tamanho da organização. No endereçamento com classes, grande parte dos endereços disponíveis era desperdiçada. Camada 3 Rede e host NetID e HostID: No endereçamento com classes, um endereço IP na classe A, B e C é dividido em NetID e HostID. Essas partes são de comprimentos variáveis, dependendo da classe do endereço. Classe Binária Decimal Pontuada CIDR A 11111111.00000000.00000000.00000000 255.0.0.0 /8 B 11111111.11111111.00000000.00000000 255.255.0.0 /16 C 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 /24 Números em vermelho são para redes e em preto para hosts Camada 3 Sub-rede Durante a era do endereçamento com classes, foram introduzidos as sub-redes. Se uma organização recebesse um grande bloco de endereços poderia dividir os endereços em vários grupos menores. O uso de sub-redes aumenta a quantidade de bits 1 como NetID. Exemplo de divisão de uma classe A em sub-redes: Classe Binária Decimal Pontuada CIDR A 11111111.10000000.00000000.00000000 255.128.0.0 /9 A 11111111.11000000.00000000.00000000 255.192.0.0 /10 A 11111111.11100000.00000000.00000000 255.224.0.0 /11 No caso da primeira sub-rede acima ao invés de uma rede podendo conter 16.777.214 hosts são possiveis 2 redes independentes com 8.388.606 hosts. Na segunda são possiveis 4 redes de 4.194.302 hosts. Na terceira são possiveis 8 redes de 2.097.150 hosts. Camada 3 Super-rede Houve um tempo em que as classes A e B acabaram e a classe C não possuia endereços suficientes para grandes empresas, então utilizando a mesma regra da sub-rede é possivel fazer super-redes. Exemplo de super-rede com classe C: Classe Binária Decimal Pontuada CIDR C 11111111.11111111.10000000.00000000 255.255.128.0 /17 C 11111111.11111111.11000000.00000000 255.255.192.0 /18 C 11111111.11111111.11100000.00000000 255.255.224.0 /19 No primeiro exemplo ao invés de uma rede podendo conter 254 hosts são possiveis 2 redes independentes com 32.768 hosts. No segundo são possiveis 4 redes de 16.382 hosts. No terceiro são possiveis 8 redes de 8.190 hosts. Camada 3 Endereçamento sem classe As falhas no método de enderçamento com classes levou ao rápido esgotamento dos endereços disponíveis. Neste contexto o endereçamento com classes, que se tornou praticamente obsoleto, foi substituido pelo endereçamento sem classe. O CIDR (Classeless Interdomain Routing) Roteamento Interdomínios Sem Classes fez a rede ser identicada com soma dos bits mais significativos: Classe Binária Decimal Pontuada CIDR C 11111111.11111111.10000000.00000000 255.255.128.0 /17 C 11111111.11111111.11000000.00000000 255.255.192.0 /18 C 11111111.11111111.11100000.00000000 255.255.224.0 /19 VLSM (Variable Lenght Subnet Mask) Sub-rede com Tamanho de Máscara Variável é um conceito aplicado os enderçamentos interno de um ISP ou organização. Veremos melhor a utilização do CIDR e VLSM na divisão de IPs e roteamento. Camada 3 Máscara de rede O CIDR é uma maneira de representar a quantidade de bits utilizados para rede, porém o modelo decimal pontuado também é uma maneira muito comum: Binária 11111111.11111111.11111111.00000000 Decimal Pontuada 255.255.255.0 As possiblidades de máscaras VLSM são: Máscara Binária 128 10000000 192 11000000 224 11100000 240 11110000 248 11111000 252 11111100 254 11111110 Camada 3 Endereço de rede e broadcast Um conceito importante no endereçamento IP é o endereço de rede. Quando um bloco de endereços é concedido a uma organização, esta está livre para alocar os endereços aos dispositivos, porém o primeiro endereço da classe ou da sub-rede é chamado de endereço de rede. Este endereço é de extrema importancia no roteamento. Rede Máscara Broadcast 10.0.0.0 255.0.0.0 10.255.255.255 192.168.0.0 255.255.255.0 192.168.0.255 192.168.64.0 255.255.192.0 192.168.127.255 Na comunicação broadcast, a relação entre origem e destimo é de umapara-todos. Existe apenas uma origem, mas todos os demais hosts são destinos. Quando uma mensagem precisa ser enviada para todos os hosts de uma rede é utilizado o broadcast. Na internet não existe um suporte para este serviço para evitar a grande quantidade de dados geredos em uma comunicação deste tipo na grande rede. Camada 3 Endereço de rede e broadcast A quantidade máxima possivel de hosts em uma rede é sempre o total da rede menos 2 (o endereços de rede e o de broadcast): Rede Máscara Broadcast Total de IP IP para host 10.0.0.0 255.0.0.0 10.255.255.255 16.777.216 16.777.214 192.168.0.0 255.255.255.0 192.168.0.255 256 254 192.168.127.255 16384 16382 192.168.64.0 255.255.192.0 Camada 3 Cálculo com Máscara de rede A combinação entre os bits de um endereço IP e sua máscara nos dá informações sobre o endereço de rede: AND RESULTADO 11000000.10101000.00000001.01100100 IP 192.168.1.100 11111111.11111111.11000000.00000000 255.255.192.0 É A MÁSCARA 11000000.10101000.00000000.00000000 192.168.0.0 É A REDE Sobre o último endereço da rede: 11000000.10101000.00000001.01100100 192.168.1.100 É A REDE OR 00000000.00000000.00111111.11111111 É A MÁSCARA INVERTIDA RESULTADO 11000000.10101000.00111111.11111111 192.168.63.255 É O ÚLTIMO ENDEREÇO Sabendo a rede e a máscara conseguimos saber todos os endereços da rede: 11000000.10101000.00000000.00000000 192.168.0.0 É A REDE 11111111.11111111.11000000.00000000 255.255.192.0 É A MÁSCARA Temos 14 bits em zero na máscara dedicados aos hosts, então 214 = 16384 hosts, começando no endereço de rede 192.168.0.0 até 192.168.63.255 Camada 3 Cálculo com Máscara de rede AND RESULTADO 11000000.10101000.00000000.01100100 IP 192.168.0.100 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 É A MÁSCARA 11000000.10100000.00000000.00000000 192.168.0.0 É A REDE Sabendo a rede e a máscara conseguimos saber todos os endereços da rede: 11000000.10101000.00000000.00000000 192.168.0.0 É A REDE 11111111.11111111.11111111.00000000 255.255.255.0 É A MÁSCARA Temos 8 bits em zero na máscara dedicados aos hosts, então 28 = 256 hosts, começando no endereço de rede 192.168.0.0 até 192.168.0.255 Ou podemos subtrair a máscara em decimal do valor máximo de hosts: MÁSCARA 255.255.255.0 = 256 – 0 = 256 hosts MÁSCARA 255.255.255.192 = 256 – 192 = 64 hosts MÁSCARA 255.255.192.0 = 256 – 192 = 64 e 256 – 0 = 256 = 256 * 64 = 16384 Camada 3 Exercícios: 1) Um bloco de endereços é concedido a uma pequena empresa. Sabemos que um dos endereços é 205.16.37.39/28. Qual é o primeiro endereço do bloco? 2) Qual é o último endereço para o bloco de endereços? 3) Qual é a quantidade de endereços do bloco? 4) Qual é o endereço da rede e do broadcast? 5) Quantas redes são possíveis com esta máscara? Camada 3 Exercícios: 11001101.00010000.00100101.00100111 AND 11111111.11111111.11111111.11110000 11001101.00010000.00100101.00100000 205.16.37.32 = Primeiro endereço (Endereço de Rede) 11001101.00010000.00100101.00100111 OR 00000000.00000000.00000000.00001111 11001101.00010000.00100101.00101111 205.16.37.47 = Último endereço (Endereço de Broadcast) 24 = 16 Endereços 205.16.37.32 Rede e 205.16.37.47 Broadcast Considerando a divisão VLSM deste /28: é possível 2 sub-redes de 8 ou 4 de quatro endereços. Considerando que é CIDR /24: 16 redes /28 Camada 3 Exercícios: Rede de até Broadcast 205.16.37.0 205.16.37.1 205.16.37.14 205.16.37.15 205.16.37.16 205.16.37.17 205.16.37.30 205.16.37.31 205.16.37.32 205.16.37.33 205.16.37.46 205.16.37.47 205.16.37.48 205.16.37.49 205.16.37.62 205.16.37.63 205.16.37.64 205.16.37.65 205.16.37.78 205.16.37.79 205.16.37.80 205.16.37.81 205.16.37.94 205.16.37.95 205.16.37.96 205.16.37.97 205.16.37.110 205.16.37.111 205.16.37.112 205.16.37.113 205.16.37.126 205.16.37.127 205.16.37.128 205.16.37.129 205.16.37.142 205.16.37.143 205.16.37.144 205.16.37.145 205.16.37.158 205.16.37.159 205.16.37.160 205.16.37.161 205.16.37.174 205.16.37.175 205.16.37.176 205.16.37.177 205.16.37.190 205.16.37.191 205.16.37.192 205.16.37.193 205.16.37.206 205.16.37.207 205.16.37.208 205.16.37.209 205.16.37.222 205.16.37.223 205.16.37.224 205.16.37.225 205.16.37.238 205.16.37.239 205.16.37.240 205.16.37.241 205.16.37.254 205.16.37.255