Introdução aos Conceitos Básicos de Redes de Dados – Versão Resumida Rafael Rocha Sales Engineer [email protected] (21) 3535 – 9314 (21) 9640 – 3054 Leituras Recomendadas • Redes de Computadores • Andrew Tanenbaum • Editora Campus • Nortel Data Networking Technology • Nortel Press Agenda Introdução aos Conceitos Básicos de Redes de Dados • Conhecimento Teórico • • • • • • • • • • • Breve histórico da Internet Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP Conhecimento Aplicado • • • • • Exemplos típicos de arquitetura de rede Modelo de 2 e 3 camadas Meios de transmissão: Cobre e Fibra Cabeamento estruturado Serviços de telecomunicações Conhecimento Teórico Rafael Rocha Sales Engineer [email protected] História da Internet Evolução Tecnológica • • • • • • • • • • • • • • • • • Telégrafo (~1850) Telefone (~1870) Rádio (~1895) Transistor (1947 – Bell Telephone) Circuito Integrado (1958 – Texas Instruments) Microprocessador Intel 4004 (4 bits – 2.300 transistores) (1971) Intel 8008 (8 bits – 3.500 transistores) (1972) Intel 8080 (8 bits – 6.000 transistores) (1974) Intel 80286 (16 bits – 134.000 transistores) (1982) Intel 80386 ou i386 (32 bits - 275.000 transistores) (1985) Intel 80486 ou 1486 (32 bits - +1 milhão de transistores) (1989) Intel Pentium P5 (3,1 milhão de transistores) (1993) Intel Pentium II (7,5 milhão de transistores) (1997) Intel Pentium III (9,5 milhões de transistores) (1999) Intel Pentium 4 (42 milhão de transistores) (2000) Intel Pentium Dual-Core (2006) Intel i7 Gulftown (1.1179 milhões de transistores) Referência: wikipedia.com História da Internet Fatos Importantes • • 1950 - Guerra Fria: todas as comunicações militares utilizavam a rede pública de telefonia que era considerada vulnerável porque tinha diversos pontos de falha, apresentando baixa redundância. (a) 1960 – Departamento de Defesa contratou RAND Corporation para encontrar solução. Paul Baran apresentou projeto distribuído. Pentágono gostou do conceito e solicitaram a AT&T (monopólio) a construção de protótipo. A empresa informou que não havia como ser construído. (b) Referência Tanenbaum História da Internet • • • • 60’ – Criação da agência de pesquisa de defesa ARPA. 1967 – ARPA volta-se para redes e Wesley Clark sugeriu criação de redes de pacotes, cada host seria seu próprio roteador. Presidente da ARPA decidiu criar uma rede de computadores que seria conhecida como ARPANET. 1968 - ARPA seleciona BBN para construção. 1969 – Rede experimental (UCLA; UCSB; SRI e Utah) O crescimento da ARPANET. (a) Dezembro de 1969. (b) Julho de 1970. (c) Marco de 1971. (d) Abril de 1972. (e) Setembro de 1972 História da Internet • • • • • 1974 – Invenção dos protocolos e do modelo TCP/IP (Cerf e Kahn, 1974). ARPA encoraja BBN e Berkley a utilizar. Universidade incorpora no Unix. 80’ – várias redes foram incorporadas na ARPANET. Criação do DNS. 70’ – National Science Foundation (NSF) percebe sucesso da ARPANET e cria uma rede aberta a todos grupos de pesquisa (NSFNET). Para entrar na ARPANET era necessário um contrato com o DoD. Continuo crescimento e vontade de organizações comerciais de participar mostraram a NSF que não deveria continuar a patrocinar a rede. NSF estimulou a MERIT, MCI e IBM a formarem uma empresa sem fins lucrativos, ANS (Advanced Networks and Services). Em 1990 a ANS assumiu a NSFNET, os links foram atualizados de 1,5 Mbps para 45 Mbps. Backbone da NSFNET em 1988 História da Internet Fatos Importantes • • • • • • • • • Em 1974 o protocolo TCP foi criado. Em 1983, a Internet <ARPANET> (então com cerca de 1000 hosts) passa a ter o protocolo TCP/IP como único oficial. NSFNET e ARPANET se interconectam e crescimento vira exponencial. Em 1989 a World Wide Web é criada. Em 1993 o Mosaic (browser que iniciou a popularização da Internet) é criado. A rede foi operada por 5 anos e vendida para America Online. Outras empresas já operavam o serviço comercial em IP. Para facilitar a transição a NSF contratou 4 operadoras para interconexão: PacBell (San Francisco), Ameritech (Chicago), MFS (Washington, D.C.) e Sprint (cidade de Nova York). Todas as operadoras que desejassem ofertar o serviço de backbone para regionais deveriam estabelecer conexão com todos os pontos de interconexão. Desta forma, existia a possibilidade de escolha do provedor entre origem e destino. As concessionárias de backbone e regionais passaram a concorrer entre si. O conceito de backbone único foi substituído pelo da infraestrutura competitiva com fins lucrativos. WWW – No início de 1990 o físico do CERN Tim Berners-Lee criou a aplicação que iria atrair milhares de novos usuários, a World Wide Web. Juntamente, Marc Andreessen criou o navegador Mosaic no NCSA (National Center for Supercomputer Applications) em Urbana, Illinois. Grande parte do crescimento na década de 90 foi impulsionado pelos ISPs (Internet Service Provider). Estas empresas fornecem aos usuários individuas e domésticos a possibilidade de se conectar à Internet, inicialmente por MODEMs tipicamente de 56 kbps. Referência Tanenbaum História da Internet Crescimento Explosivo de Tráfego das Operadoras Tráfego de Internet • • • 1B de usuários de Internet em 2005 crescendo para de 2B em 2010 Tráfego Internacional cresceu 74% in 2009 Operadoras adicionaram 9.4Tbps de capacidade banda internacional em 2009 (mais que o total de todos os links existente em 2007) Banda Larga e Web móvel • 940 M usuários de banda larga 2009 contra 550M fixa • 5.3 B de celulares mundial • Aparelhos móveis irão ultrapassar os PCs para acesso a internet em 2012 Rich media, Web 2.0 & efeito da nuvem • Computação em Nuvem crescendo de $16B em 2008 para mais de $40B em 2012 • 31Billhões de videos on line assistidos somente em março de 2010 nos Estados Unidos (Source: IDC, Infonetics, TeleGeography, ComScore) Statistics from the IITF Report The Emerging Digital Economy * To get a market of 50 Million People Participating: • Radio took 38 years • TV took 13 years • Once it was open to the General Public, The Internet made to the 50 million person audience mark in just 4 years!!! http://www.ecommerce.gov/emerging.htm • Released on April 15, 1998 * Delivered to the President and the U.S. Public on April 15, 1998 by Bill Daley, Secretary of Commerce and Chairman of the Information Infrastructure Task Force Agenda • Conceitos de redes de dados • • • • • • • • Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP Conceitos: Redes, Comutação e Protocolos Comunicação é a troca de mensagens entre partes através de um meio. Rede de comunicação de dados é um conjunto de dispositivos, denominados nós de rede, que são interconectados formando uma malha que permite a comunicação entre dispositivos usuários. Comutação é o processo realizado pelos nós da rede para que as mensagens sejam encaminhadas entre os pontos de origem e destino. Protocolo de comunicação é um conjunto de normas que estabelece a forma como os dispositivos devem se comunicar, organizando a troca de mensagens. Rede de comunicação de dados REDE Enlaces de acesso A B C D Troncos Nó de rede Topologias e abrangências de redes Anel Barramento A Hub & Spoke B A B D A B C C D Abrangências de redes • Local Area Network (LAN) – Redes locais com cobertura restrita a prédios e edificações. Full-Mesh A B D C • Metropolitan Area Network (MAN) – Redes metropolitanas que cobrem extensões equivalentes ao perimetro de uma cidade. • Wide Area Network (WAN) – Rede de longa distância com cobertura superior às MANs. C Tipos de Comutação Comutação de circuitos. Exemplo: Sistema telefônico. Comutação de mensagens. Exemplo: Telegrama. Comutação de pacotes. Exemplo: Redes de comunicação de dados X.25, Frame Relay, redes IP. Comutação de células. Exemplo: Redes ATM. Comutação por Circuito 1 A 2 3 B Estabelecimento do circuito físico Dados Desconexão do circuito físico Mensagem pode ser trocada em ambos sentidos sofrendo somente o atraso de propagação do meio. Não existe qualquer armazenamento ao longo do circuito estabelecido. Nó de rede de comutação por circuito 1 1 A 2 ORIGEM DESTINO Porta Porta 1 2 2 Comutação por Pacotes A B Pacote 1 – 128bytes Dados Pacote 2 – 256bytes Pacote 1 – 128bytes Pacote 3 – 64bytes Pacote 2 – 256bytes Pacote 1 – 128bytes Pacote 3 – 64bytes Pacote 2 – 256bytes Pacote 3 – 64bytes O Nó Comutador de Pacotes Roteador DADOS ED EO X Y Roteamento por End. Destino Pacote 1 DADOS C EO – Endereço de Origem 4 ED – Endereço de Destino Tabela de rotas End. Dest. X Rota R Interf. Saída 4 ED EO X Y Comutação de Pacotes Circuito Virtual. Com conexão. Com controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida na formação do circuito virtual. Endereço pequeno do circuito virtual. Exemplo: X.25, Frame Relay. Datagrama. Sem conexão. Sem controle de erros e sequenciamento. Rota escolhida pacote a pacote. Endereço de origem e destino completos. Exemplo: IP, UDP. Características do uso de conexão 3 1 2 A 4 B 8 Com conexão 5 • Com garantia de entrega sequêncial C • Sem conexão Sem garantia de entrega sequêncial D Modalidades de Comutação Referência: Redes de Computadores – Andrew Tanenbaum Item Comutação de Circuito Comutação de Pacotes Caminho de “cobre” dedicado Sim Não Largura de banda disponível Fixa Dinâmica Largura de banda potencialmente desperdiçada Sim Não Transmissão store-and-forward Não Sim Cada pacote segue a mesma rota Sim Não Configuração de chamada Necessária Desnecessária Quando pode haver congestionamento Durante a configuração Em todos os pacotes Tarifação Por minuto Por pacote Pergunta Quais os tipos de comutação existentes? Comutação de circuitos, de mensagens, de pacotes e de células. Qual a principal motivação para a comutação de pacotes? Aprimorar o compartilhamento do meio físico, diminuindo o potencial desperdício de largura de banda. Quais os tipos de comunicação de pacotes? Cite exemplos. Circuito virtual: orientado a conexão, com garantia de entrega de pacotes e sequenciamento. Ex: Frame Relay e ATM. Datagrama: não há conexão, sem garantia de entrega de pacotes e sequenciamento. Ex: IP. Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa) Modelo de referência OSI da ISO 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede 2 Enlace 1 Físico OSI – Open System Interconnection ISO – International Standardization for Organization Define uma série de funções necessárias para a comunicação de elementos de forma modular e estruturada em níveis/camadas A comunicacão entre os elementos é feita através da técnica de encapsulamento Modelo não significa implementação (protocolo) Funções das camadas 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede 2 Enlace Controle de acesso ao meio físico, divisão em quadros, DTE/DCE, MAC/DLCI/VPI/VCI, controle de erro (CRC –retransmissão) 1 Físico Transmissão de bits brutos no meio físico, Características elétricas, padrões de interface, half/full duplex, velocidade, paridade Interface entre aplicação e usuário, garantia de recursos, identificação da aplicação Syntaxe e semântica de dados entre as aplicações (ASCII – Unicode), compressão e criptografia Estabelecimento/terminação de sessão, gerenciamento de token, sincronização Multiplexação, Segmentação, Formato do segmento, sequenciação, controle de fluxo Interconexão de redes, Endereço de rede, protocolo superior, identificador de fragmento Encapsulamento e cabeçalhos A comunicação entre duas ou mais camadas de terminais distintos é feita através dos chamados Protocol Data Units – PDU. Uma camada encapsula o PDU da camada superior no payload de seu PDU. 7 6 5 4 3 2 1 PDU Aplicação H-Aplic Payload H-Apres H-Aplic Header Payload Apresentação Payload Sessão Dados H-Sess H-Apres H-Aplic Payload H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Payload H-Rede H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Payload H-Enlac H-Rede H-Trans H-Sess H-Apres H-Aplic Controle Transporte Rede Enlace Físico BITs Payload T-Enlac Modelo OSI na prática Host/Server Host/Server Aplicação Aplicação REDE Apresentação Apresentação Sessão Sessão Transporte Transporte Rede Rede Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Enlace Enlace Físico Físico Físico Físico Físico Funções das camadas Camadas Superiores Comunicação fim-a-fim Protocolo entre origem e destino Camadas Inferiores Comunicação entre vizinhos (encadeada) Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido OSI Modelo Híbrido Modelo TCP/IP 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte Transporte Transporte 3 Rede Rede Inter-rede Aplicação Aplicação 2 Enlace Enlace FR/ATM/802.3 1 Físico Físico Fibra/Serial/Hub Host To Network Família de Protocolos TCP/IP Modelo TCP/IP possui uma única camada Host to Network. Não define esta camada. Modelo TCP/IP x Modelo Híbrido OSI Modelo Híbrido Modelo TCP/IP 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte Transporte Transporte 3 Rede Rede Inter-rede Aplicação Aplicação 2 Enlace Enlace FR/ATM/802.3 1 Físico Físico Fibra/Serial/Hub Host To Network Família de Protocolos TCP/IP Modelo TCP/IP possui uma única camada Host to Network. Não define esta camada. Exemplos de protocolos por camadas OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte Transporte TCP/UDP 3 Rede Rede IP 2 Enlace Enlace FR/ATM/802.3 1 Físico Físico Fibra/Serial/Hub Aplicação DNS/FTP/SMTP/ HTTP/Telnet Família de Protocolos TCP/IP Perguntas Quais as camadas do modelo OSI? Aplicação, apresentação, sessão, transporte, rede, enlace de dados (enlace) e física. Quais as camadas do modelo TCP / IP (híbrido)? Aplicação, transporte, rede, enlace de dados (enlace) e física Qual o nome da unidade básica de comunicação entre camadas pares? PDU Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa) Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Suportado por: • Protocolos • Padrões • Software Multilayer switch Rede Roteador 2 Enlace Bridge 1 Fisico Hub/MUX Switch Cabos e Conectores Elementos de rede da camada física 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede Suportado por: • Protocolos • Padrões • Software Roteador 2 CAMADA 1 Enlace Bridge 1 Multilayer switch Fisico Hub Switch Cabos e Conectores Hub Equipamento do nivel fisico que conecta 2+ equipamentos de rede em um unico segmento – – – – – – Não inteligente Sinal de entrada e repetido para todas as portas Amplifica o sinal Utilizado como um ponto de concentracao na rede Nao faz filtragem de pacotes Nao descobre caminhos ou faz switching de pacotes Usuarios compartilham a banda de rede Centro de uma topologia em barramento • Tambem chamado de repetidor de multiplas portas ou concentrador (em Ethernet) “Domínio de colisão” Exemplo Hub 121 123 envia uma mensagem para 122 125 O hub envia a mensagem para todos os sistemas (copia todas as portas) 122 Hub 122 checa por seu endereco e abre a mensagem Todos os outros descartam a mensagem 124 123 Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 Aplicacao 6 Apresentacao 5 Sessao 4 Transporte 3 Rede Suportado por: • Protocolos • Padroes • Software Roteador 2 Multilayer switch Enlace Bridge 1 CAMADA 2 Fisico Hub Switch Cabos e Conectores Como os switches e bridges encaminham os quadros Filtragem Transmissão Bridge nao transmite entre estes dois equipamentos. Somente tráfego entre segmentos passam pela bridge. Bridge transmite pacotes entre estes equipamentos. F972.5151.0123 F972.5151.0120 E0 F972.5151.0121 E1 Aprendizado E0: F972.5151.0120 E0: F972.5151.0121 E1: F972.5151.0123 E1: F972.5151.0124 F972.5151.0124 F972.5151.0125 F972.5151.0122 Segmento 1 Segmento 2 Switches e Bridges Bridges—Compartilhado Switches—Dedicado Workstation Workstation 34 31 32 35 Bridge 34 31 32 Switch 36 33 36 33 Segmento 1 Segmento 1 35 Segmento 2 Segmento 2 Loop – Broadcast Storm Em uma rede camada 2 um loop é desastroso O tráfego é multiplicado até consumir toda a banda disponível A maneira efetiva de terminar um broadcast storm é desconectar um dos cabos que causa o Loop • A maioria dos switches vai ignorar o gerenciamento, pois estará sobrecarregado com o processamento do brocast storm 5 5 4 3 1 2 2 5 Estação A 3 3 4 1 - Estação A transmite um Broadcast (um ARP por exemplo) 5 4 Estação B Spanning Tree Protocol Criado para resolver problemas causados por links redundantes (loops) na rede Garante uma topologia livre de loops através da ativação de um caminho único através da rede Produz uma topologia lógica em árvore a partir de qualquer topologia física definida pelos Switches Provê reconfiguração automática em caso de falha de um link ou switch Spanning Tree O Spannig Tree foi criado para eliminar Loops em uma rede camada 2 Algumas portas são bloqueadas para o tráfego de modo que a rede assuma uma topologia em árvore 3 1 2 Estação A 4 Estação A transmite um Broadcast (um ARP por exemplo) 4 Estação B Spanning Tree - Terminologia LAN 1 10 Porta A Bridge 3 Porta B 5 Porta para o Root 10 Porta A 10 Porta A Bridge 1 Bridge 2 Porta B 10 Porta B 10 LAN 2 10 Porta A Bridge 4 Porta B 10 LAN 3 Root Bridge LAN 5 Porta A Bridge 5 Porta Porta B C =Porta Bloqueada LAN 4 Spanning Tree – Estados Listening (Eleição do Root) Learning (Aprendendo os caminhos) Blocking (estado inicial de todas as portas; permite tráfego somente de BPDUs) Forwarding (aberta a todo tráfego) Virtual LANs - VLANs A B C 1 2 D 3 E 4 5 6 7 Agrupa portas de acesso do switch Criando segmentos de LAN que não se comunicam entre si. VLAN VERDE – 1,3,7,A e B VLAN VERMELHA – 2,5 e D VLAN AZUL – 4, 6 e C VLAN Trunking O tráfego de todas as VLANs passa pelo mesmo meio físico. 1 2 A B C D 3 E 4 5 6 7 Numa interface configurada para VLAN trunking os quadros Ethernet são modificados com o acréscimo de um TAG que identifica a VLAN a que eles pertencem. O 802.1Q é o padrão usado no mercado. Formato do Quadro numa VLAN Trunking Quadro Ethernet original na porta de acesso DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 DADOS 00101011001100 Mesmo quadro numa interface VLAN Trunking DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 VLAN TAG DADOS 00101011001100 VID = Vlan ID 12 bits = 4096 vlans (4094 pois endereços 0x000 and 0xFFF são reservados) Perguntas Cite exemplos de equipamentos na camada física, enlace e rede? Física: Cabos de rede, hubs, repetidores. Enlace: Bridge e switches. Rede: Roteadores (switches L3). Qual a principal diferença entre um hub e um switch? No hub a banda é compartilhada em um domínio de colisão. Apenas uma comunicação ocorre por vez. Em um switch cada comunicação possui banda dedicada. Várias comunicações podem ocorrer simultâneamente. Perguntas O que é uma VLAN? É uma forma de criar redes virtuais em um switch através do agrupamento de portas. Como as VLANs são estendidas entre os switches? Com a utilização de ligações chamadas VLAN TRUNKS. Qual o padrão para criação de VLAN TRUNK? IEEE 802.1Q Como os quadros em um TRUNK são associados com as diferentes VLANS? Com a utilização da adição de um campo VLAN TAG, que carrega a identificação da VLAN. Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa) Equipamentos de Rede x Modelo OSI 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Sessão 4 Transporte 3 Rede Suportado por: • Protocolos • Padrões • Software Roteador 2 Multilayer switch Enlace Bridge 1 CAMADA 3 Fisico Hub Switch Cabos e Conectores Como surgiu o protocolo IP? INTERNET REDE IP A B Aplicação C Transporte D Rede Enlace Roteador IP = INTERNET PROTOCOL Especifica a troca de mensagens da chamada Internet protocolo de camada de rede Física Características das redes IP • • • • • Camada 3 Não orientada à conexão Endereços de 4 octetos Transporte baseado em roteamento Não há garantia da qualidade de serviço A B Tipos de endereços IP Cada máquina deve possuir um endereço IP único Endereços Unicast • Usados para enviar uma mensagem a um dispositivo em específico. Endereços Multicast • Usados para enviar uma mensagem a um grupo específico de usuários. Endereço de Broadcast • Usados para enviar uma mensagem para todos os dispositivos conectados em um mesmo domínio de colisão Endereçamento IP O Endereço IP é composto por 4 octetos Utilizamos a notação Dotted Decimal (decimal com ponto) Os octetos estão divididos em 2 partes: • Endereço de rede • Endereço de host 143.107.111.1 Associado a um endereço existe sempre uma máscara • Aplica-se a máscara ao endereço para identificar rede e host 143.107.111.1/24 ou 143.107.111.1 / 255.255.255.0 Endereço de rede IP Rede 10.10.10 Nó/Host .1 Notação Decimal por ponto 32 bits Rede Nó/Host 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits 192 16 158 201 •Um endereço IP consiste de 32 bits, agrupados em 4 octetos em notação decimal Classes de Endereçamento Class A • 1st bit 0 • 1st octet 00000000 – 01111111 • 1.0.0.0 – 127.255.255.255 • Porção da rede é representada pelo primeiro octeto Regra do primeiro octeto Class B • 1st 2 bits 10 • 1st octet 10000000 – 10111111 • 128.0.0.0 – 191.255.255.255 • Porção da rede é representada pelos dois primeiros octetos Class C • 1st 3 bits 110 • 1st octet 11000000 – 11011111 • 192.0.0.0 – 223.255.255.255 • Porção da rede é representada pelos três primeiros octetos 127.xx.yy.zz reservado para testes de loopback Classe de Endereçamento Class D • 1st 4 bits 1110 • 1st octeto 11100000 – 11101111 • Range de endereços: 224.0.0.0 – 239.255.255.255 • Reservado para multicast Class E • 1st 4 bits 1111 • 1st octeto 11110000 – 11111111 • Range de endereços 240.0.0.0 – 247.255.255.255 • Reservado para uso futuro e experimental 255.255.255.255 reservado como endereço de broadcast Classes de endereçamento No. de bits Classe A 0 7 24 Rede Host Host Host 128 64 32 16 8 4 2 1 14 Classe B 1 0 0 Rede 16 Rede Host ICMP 21 Classe C 1 1 0 Rede Rede Host 8 Rede Host Cont. Problema com Endereçamento por Classes – Máscaras Fixas Classe A Classe B Classe C Número de Redes 126 16.382 2.097.152 Número de Hosts 16.777.214 65.534 254 Desperdício de endereços IP Endereços IP estavam acabando Eliminação das máscaras fixas Subnet -> divisão das redes em partes menores Supernet -> agregação de redes Solução: CIDR / VLSM • Classless Interdomain Routing (agregação) • Variable Length Subnet Masks (subnet) Problema com Endereçamento por Classes – Máscaras Fixas http://oglobo.globo.com/tecnologia/mat/2011/02/03/enderecos-de-ipv4chegam-ao-fim-923728518.asp Os últimos cinco blocos de endereços, totalizando 83,9 milhões, foram alocados em cada um dos cinco Registros Regionais da Internet (RIR). (03/fev2011) No Brasil o Comitê Gestor da Internet (CGI) prevê que os estoques durem até 2012. Nos EUA, o prazo é mais curto: de três a nove meses, de acordo com John Curran, CEO da American Registry for Internet Numbers (Arin), uma das cinco RIR. Máscaras Default Endereços Classe A Endereços Classe B Endereços Classe C 255 0 0 0 11111111 00000000 00000000 00000000 255 255 0 0 11111111 11111111 00000000 00000000 255 255 255 0 11111111 11111111 11111111 00000000 Subredes Endereço Classe B : Antes de ser usado em subredes 1 0 Rede 1 0 Rede Rede Rede Host SUBREDE Host Host Endereço Classe B : Depois de ser usado em subredes • Ao se criar subredes, Bits de Host são “ emprestados” para o endereço de rede Conceito de subrede Consiste em emprestar alguns dos bits da parte do host para representarem partições (subnets) da rede. Endereço IP Classe A 10 0 8 5 Endereço IP binário 00001010 00000000 00001000 00000101 Máscara default 11111111 00000000 00000000 00000000 Máscara de subrede 11111111 11111111 11111000 00000000 REDE SUBREDE HOST Problema com Endereçamento por Classes – Máscaras Fixas Classe A Classe B Classe C Número de Redes 126 16.382 2.097.152 Número de Hosts 16.777.214 65.534 254 Desperdício de endereços IP Endereços IP estavam acabando Endereços Privados Estes não são roteados na Internet; podem ser repetidos livremente NAT - Network Address Translation The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has reserved the following three blocks of the IP address space for private internets: • • • 10.0.0.0 - 10.255.255.255 (10/8 prefix) 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (172.16/12 prefix) 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (192.168/16 prefix) Faixas Reservadas Classes de end IP Faixa de endereços Classe A 10.X.X.X Classe B 172.16.X.X a 172.31.X.X Classe C 192.168.X.X • Endereços reservados para uso interno nas empresas. • Não “roteáveis” na Internet NAT Example Outgoing PPTP Client Through NAT a Internet 10.0.0.2 NAT b c 10.0.0.3 10.0.0.4 10.0.0.1 204.x.1.10 web server Perguntas O endereço IP é composto de quantos bits? Como é organizado para melhor compreensão humana? 32 bits separados em quatro octectos convertidos em números decimais. Quais os principais tipos de endereço IP? Unicast, multicast e broadcast. Quais são as classes de endereçamento IP? Classe A, B, C, D (multicast), E (experimental). Para que serve a máscara de rede? Para determinar o endereço de rede e de host. Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa) Endereçamento IP Exemplo de Rede 172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.4.13/30 172.16.17.9/30 172.16.4.12/30 CE 172.16.4.14/30 172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.2.10/24 172.16.17.8/30 172.16.17.10/30 172.16.3.2/24 172.16.3.0/24 172.16.2.0/24 172.16.1.2/24 172.16.3.32/24 172.16.16.1/24 172.16.16.0/24 172.16.4.32/24 Funções do roteador de pacotes Roteamento = contrução de mapas (tabelas) e definição de direções (portas) - Camada 3 Switching = mover pacotes entre interfaces - Camada 2 Switching = Encaminhamento Funções do roteador de Pacotes Aplicação Transporte Roteamento Rede H-IP Enlace 4 Encaminhamento Payload H-IP 3 Física 2 5 Layer 2 RIB FIB Layer 2 6 7 1 H-Enlac Payload Interface 1 H-IP Payload Interface X H-Enlac H-IP Payload Tabela de Roteamento 1 4 Lista de rotas para uma determinada rede de destino 172.16.1.0/24 172.16.1.1/24 172.16.4.13/30 172.16.17.9/30 172.16.4.12/30 CE 172.16.4.14/30 172.16.2.1/24 172.16.3.1/24 172.16.2.10/24 172.16.17.8/30 172.16.17.10/30 172.16.3.2/24 172.16.3.0/24 172.16.2.0/24 172.16.1.2/24 172.16.3.32/24 172.16.16.0/24 172.16.4.32/24 Tabela de Roteamento 1 4 Lista de rotas para uma determinada rede de destino 172.16.17.9/30 Tabela de Roteamento - Roteador X 172.16.17.8/30 Rede IP Destino Gateway Métrica 172.16.16.0/24 conectado 0 172.16.17.8/30 conectado 0 172.16.4.12/30 172.16.17.9 2 0.0.0.0 172.16.17.9 1 172.16.17.10/30 172.16.16.1/24 172.16.16.0/24 172.16.3.32/24 Exemplo de tabela de roteamento Router# show ip route Codes: I - IGRP derived, R - RIP derived, O - OSPF derived C - connected, S - static, E - EGP derived, B - BGP derived * - candidate default route, IA - OSPF inter area route E1 - OSPF external type 1 route, E2 - OSPF external type 2 route Gateway of last resort is 131.119.254.240 to network 129.140.0.0 O E2 150.150.0.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:01:00, Ethernet2 E 192.67.131.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 O E2 192.68.132.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:00:59, Ethernet2 O E2 130.130.0.0 [160/5] via 131.119.254.6, 0:00:59, Ethernet2 E 128.128.0.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 129.129.0.0 [200/129] via 131.119.254.240, 0:02:22, Ethernet2 E 192.65.129.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 131.131.0.0 [200/128] via 131.119.254.244, 0:02:22, Ethernet2 E 192.75.139.0 [200/129] via 131.119.254.240, 0:02:23, Ethernet2 Construindo a tabela de roteamento Estáticas • Rotas manualmente definidas Dinâmicas • Rotas aprendidas dinâmicamente através de um protocolo de roteamento Roteamento Rotas estáticas • Rotas configuradas manualmente • Úteis quando existe somente uma rota de saída • Frequentemente usadas como rotas default Default Routes • Rotas usadas se durante o roteamento de um pacote nenhuma rota mais específica for encontrada para o mesmo (best match) • Pode ser introduzida na tabela por protocolos de roteamento Perguntas Quais os tipos de roteamento? Estático, rotas permanentes ao longo do tempo. Dinâmico, a tabela de roteamento é construída dinamicamente com o uso de um protocolo de roteamento. Qual a finalidade de uma rota default? Para qual serão encaminhados os pacotes para os quais não houve rota específica (ex: uma rota Internet). Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP Voice-sobre-IP (tentativa) Que endereços identificam as máquinas Endereço físico identifica lógicamente a máquina no segmento físico e é usado nos quadros ethernet Endereço IP identifica a rede, segmento de rede e a máquina nos pacotes IP MAC Address 48 Bit Hexadecimal (Base16) Unique Layer two address 1234.5678.9ABC First 24 bits = Manufacture Code assigned by IEEE Second 24 bits = Specific interface, assigned by Manufacture 0000.0cXX.XXXX XXXX.XX00.0001 Quadro Ethernet (Camada de Enlace) DESTINO 1111.1111.1111 ORIGEM 2222.2222.2222 Host A 1111.1111.1111 DADOS 00101011001100 Host B 2222.2222.2222 BROADCAST = DESTINADO A TODAS AS ESTAÇÕES FFFF.FFFF.FFFF Como os end. MAC são aprendidos pelos computadores e roteadores ARP = Address Resolution Protocol Host B quer se comunicar com Host A Host B Host A Host B envia um ARP REQUEST para o Host A O ARP REQUEST chega a todas as estações (broadcast) 1111.1111.1111 Host A envia um ARP REPLY para o Host B 3333.3333.3333 Agora, tanto Host A como Host B conhecem seus respectivos endereços MAC R1 R1 também escutou o broadcast e aprendeu o endereço de B Os endereços são armazenados durante um tempo fixo no cache local das máquinas • RFC 826 (não especifica timeout) 2222.2222.2222 Exemplo EXEMPLO: ARP REQUEST DESTINO FFFF.FFFF.FFFF ORIGEM 2222.2222.2222 DESTINO 20.20.20.1 ORIGEM 20.20.20.2 DADOS ARP REQUEST EXEMPLO: ARP REPLY DESTINO 2222.2222.2222 Host A 20.20.20.1 1111.1111.1111 ORIGEM 1111.1111.1111 DESTINO 20.20.20.2 ORIGEM 20.20.20.1 DADOS ARP REPLY Host B (20.20.20.2) 2222.2222.2222 ARP TABLE DO HOST B: IP MAC 20.20.20.1 1111.1111.1111 Roteando pacotes entre redes .10 172.16.16.0/24 .9 172.16.17.8/30 .1 .32 .2 X Y 172.16.15.0/24 .1 X Tabela de Roteamento - Roteador Y Rede IP Destino Gateway Métrica IP Destino IP Origem 172.16.15.0/24 172.16.16.0/24 DADOS conectado 0 172.16.17.8/24 172.16.17.8/30 172.16.16.32 172.16.16.1 conectado DADOS 0 0.0.0.0 172.16.17.9 1 IP Origem IP Destino 172.16.16.1 172.16.16.32 172.16.15.1 DADOS DADOS Perguntas Como as estações são identificadas em uma rede Ethernet? Através de seu endereço MAC. Como é o formato do endereço MAC? É composto de 48 bits e representado em Hexadecimal . A primeira metade é designada pelo IEEE unicamente aos fabricantes, a segunda é determinada pelos fabricantes unicamente a cada interface de rede. Como as estações aprendem os endereços MAC das outras? Através da utilização do protocolo ARP, que proporciona a construção de uma tabela (tabela ARP) que relaciona os endereços MAC e IP. Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Internet Protocol Intervalo Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP / UDP Voice-sobre-IP Transmission Control Protocol (TCP) Parte da família de protocolos TCP/IP Permite a transferência de dados orientada a conexão RFC 793 Padrão para Internet Por que surgiu o protocolo TCP? Cobrir algumas funções inerentemente não realizadas pelo protocolo IP Definir uma comunicação fim-a-fim que garanta a entrega dos pacotes O que fazem os componentes da camada de transporte: Aplicação Transporte Rede Enlace Recebem dados das aplicações e os segmenta Podem oferecer detecção e correção de erro de transmissão Multiplexação Física Segmentação TCP recebe dados da aplicação e os segmenta O tamanho do pacote é definido pela camada de enlace (Ex: Ethernet é 1518 bytes) O TCP recebe os dados da aplicação (ex: um arquivo de 5K bytes) e o segmenta em pacotes que possam ser transmitidos pelo protocolo da camada de enlace No receptor, o TCP remonta o arquivo a partir dos pacotes recebidos e o entrega a aplicação destino Detecção e correção de erro O TCP oferece um serviço de transporte orientado a conexão Antes que qualquer dado seja transferido, os peers TCP trocam informações de configuração e criam uma conexão A conexão é um acordo para se trilhar os pacotes que são enviados entre os dois peers O computador que envia o pacote espera receber um reconhecimento do computador destino Se o computador originador não recebe o reconhecimento, ele reenvia o pacote até que este seja reconhecido ou que seja determinado que a entrega dos dados não seja possível. Multiplexação - Portas TCP Os ports são divididos em grupos: Well Known Ports: 0 – 1023 Aplicação A1 A2 An Aplicações “Clássicas” Usualmente privilégio root Registered Ports: 1024 – 49151 Transporte Transporte Rede Rede Enlace Enlace Física Física Aplicações proprietárias Privilégio de usuário Dynamic Ports: 49152 - 65535 Exemplos: Telnet – 23 FTP DATA – 20 FTP Control – 21 SMTP - 25 Secure Shell - 22 HTTP - 80 HTTPS - 443 Referências http://www.iana.org/assignments/port-numbers http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_TCP_and_UDP_port_numbers#.28Registered.29_Ports_1024_to_49151 User Datagram Protocol (UDP) Parte da família de protocolos TCP/IP Permite a transferência de dados não orientada a conexão (Best Effort) RFC 768 Padrão para Internet UDP - Segmentação e tratamento de erros Segmentação Transferência de único pacote Registro indivisível – não é um fluxo Detecção e correção de erro Deteção através de checksum Não faz correção User Datagram Protocol Connectionless Protocol No connection No Sequence, Acknowledgement or Flag Fields in packet Commonly used for broadcasts Multiplexação Uses ports like TCP SNMP is UDP port 161 TFTP is UDP port 69 Perguntas Quais os 2 protocolos de transporte mais utilizados no modelo TCP / IP? TCP (orientado a conexão) e UDP (sem conexão). Quais as principais funções da camada de transporte? Estabelecimento de comunicação fim-a-fim. Multiplexação: permite que várias aplicações utilizem o mesmo IP através da utilização de PORTS. Segmentação: divide e reconstrói mensagens da aplicação que sejam maior do que a camada enlace pode transmitir. Agenda Conceitos de redes de dados Modelo OSI x TCP/IP Modelo OSI e dispositivos de rede Intervalo Internet Protocol Roteamento Rede IP em funcionamento Protocolos TCP / UDP Voice-sobre-IP Telefonia Hoje Centrais Digitais Utilização de TDM Voz é transmitida em pacotes multiplexados no tempo Comunicação orientada a conexão Banda dedicada = garantia de qualidade Características importantes para voz: • • • • Garantia de banda Perda Atraso Jitter – Variação do atraso Voice to Digits: Pulse Code Modulation (PCM) Quantize 256 Steps Using 8 Bits Sample 8,000/sec DS0 = Nyquist Frequency 64 Kbps 4000 Hz Analog Signal Sample Quantize Encode Analog Audio Source Frame = 0101 Everything Is Bits G.711 Pulse Code Modulation (PCM) is the DS0 (64 kbps) or “channel” Convergência Voice-sobre-IP (VoIP) VOIP é a transmissão de voz em uma rede IP IP não é orientado a conexão IP não garante as características importantes para voz: • • • • Garantia de banda Perda Atraso Jitter – Variação do atraso Como garantir a qualidade da voz em redes IP? Utilizando técnicas de QoS (qualidade de serviço)! Perguntas Qual a unidade básica, que representa um canal de voz, em um sistema de telefonia? Qual a sua banda? DS0. 64 Kbps. Qual o desafio na transmissão de voz em uma rede IP? Como solucionar este desafio? Uma rede IP não possui garantia dos requisitos necessários para qualidade da transmissão da voz, tais como banda, atraso, perda, latência e jitter. Com a utilização das técnicas de QoS para proporcionar uma transmissão da voz dentro dos requisitos mínimos. Conhecimento Aplicado Rafael Rocha Sales Engineer [email protected] Exemplo 1 Computadores Switch Core Servidores Switches Acesso Laptop Firewall PC / Workstation Roteador Link Wan UTP Fibra Internet Wan 111 Exemplo 2 Matriz Filial 1 Filial 2 Operadora Filial 3 UTP Internet Filial 4 Fibra Wan 112 Exemplo Prédio 113 Exemplo Prédio 114 Exemplo Prédio 115 Exemplo Prédio 3 Andar Laptop 2 Andar PC / Workstation 1 Andar PC / Workstation UTP Fibra Wan 116 Exemplo Prédio Shaft Laptop Área de trabalho. Baias de funcionários. PC / Workstation Sala de Telemática / Cabeamento / Armário de Telecomunicações PC / Workstation CPD / Datacenter / Sala de Equipamentos Cabeamento Horizontal Cabeamento Vertical / Backbone 117 Redundância Shaft Norte Shaft Sul De equipamento De caminho CPD / Datacenter UTP Fibra Wan 118 Network Design Flexibility Simple Two Tier Architecture Small Closet Stackable Centralized Core Or Distributed Core Medium Closet Stackable Large Closet Chassis Large Closet Stackable Application Servers Campus Switch Cluster Core 119 Network Design Flexibility Three Tier Architecture Small Closet Stackable Distribution Switch Centralized or Distributed Layer 3 Medium Closet Stackable Large Closet Chassis Campus Campus Large Closet Stackable Distribution Switch Cluster Application Servers Optional Distribution Layer Add It When You Need It Centralized Core Switch Cluster Core 120 Meio de Transmissão Normalmente os acessos aos micros, estações e servidores é feito em cabos de cobre (UTP). Normalmente os enlaces entre os switches de acesso e core é feito em cabos de fibra ótica. A distância máxima que o comprimento de uma interconexão pode ter depende da velocidade e tipo de mídia. Existem dois tipos básicos de fibra ótica, multimodo e monomodo. multimodo: menor custo e menor distância monomodo: maior custo e maior distância Meio de Transmissão Par trançado Fibra ótica Recomendado para cabeamento horizontal Menor custo Maior facilidade de operação/manutenção Menor imunidade a ruídos e interferência Recomendado para cabeamento vertical Maior custo Maior complexidade para operação/manutenção Maior imunidade a ruídos e interferência Meio de Transmissão Par trançado Formado de 8 fios de cobre divididos em 4 pares Cada par é trançado para formar um par balanceado – mesma amplitude, fases opostas Objetivo de reduzir a interferência eletromagnética UTP – unshielded twisted pair Um par para transmissão; um par para recepção Distância máxima de 100 metros Gigabit Ethernet utiliza 4 pares (8 fios) para transmitir e receber simultaneamente Conector RJ-45 Categorias de Cabo de Cobre Categoria Velocidade Máxima Frequência Cat 5 100 Mbps (2 pares); 1 Gbps (4 pares) 100 MHz Cat 5e 1 Gbps 100 MHz Cat 6 1 Gbps 250 MHz Cat 6e 10 Gbps 500 MHz Cat 6a 10 Gbps 625 MHz Fonte: Nortel Data Networking Technology Especificado pela norma ANSI/TIA/EIA 568-B-2 (2002) American National Standads Institute (ANSI); Eletronics Industries Association (EIA); Telecommunicatioms Indrustry Associantion (TIA). Recomendado utilizar CAT5e ou superior Estes padrões utilizam 4 pares trançados e conector RJ-45 Meio de Transmissão Vantagens da Fibra ótica • • • • • • Maior capacidade Grandes distâncias Baixa taxa de erros Imunidade a ruídos e interferências Seguro Leve e pequeno Perguntas Quais os dois principais meios de transmissão física em redes de computadores atuais? Cabos de par trançado de cobre (UTP) e fibra ótica. Quais as principais vantagens no uso da fibra ótica? Maior capacidade; Grandes distâncias; Baixa taxa de erros; Imunidade a ruídos e interferências; Seguro; Leve e pequeno. Meio de Transmissão Comunicação Full-Duplex Par de fibras Uma fibra é RX Uma fibra é TX Meio de Transmissão Transceiver Interface elétrica – ótica; Determina o padrão a ser utilizado Multimodo ou Monomodo Distância máxima GBIC SFP ou miniGBIC Meio de Transmissão Tipos diferentes de conectores Perguntas Qual o componente de HW utilizado para transformar os sinais elétricos em sinais óticos? Transceiver. Quais as principais padrões de transceivers? 1GE: GBIC e SFP (mini-GBIC). 10GE: XFP e SFP+. IEEE – Nomenclatura Meio Físico Nortel Data Networking Technology Código Descrição 10 Rede opera a 10 Mbps G Gigabit Ethernet Base Sinalização banda básica T Par trançado X Full duplex F Fibra ótica 10Base-T 10 indica a velocidade de 10 Mbps Base indica a sinalização banda básica T indica Par Trançado Meio de Transmissão Mídia Velocidade Padrão Distância Máxima Cobre 10 Mbps 10Base-T 100 metros Cobre 100 Mbps 100Base-T 100 metros Fibra Multimodo 100 Mbps 100Base-FX 2 kilometros Cobre 1 Gbps 1000Base-T 100 metros Fibra Multimodo 1 Gbps 1000Base-SX 275 / 550 metros Fibra Multimodo 1 Gbps 1000Base-LX 550 metros Fibra Monomodo 1 Gbps 1000Base-LX 10 kilometros Fibra Monomodo 1 Gbps 1000Base-ZX 70 kilometros Fibra Multimodo 10 Gbps 10GBase-SR 2-26 / 2-33 metros Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-SR 2-66 / 2-82 / 2-300 metros Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-LR 10 kilometros Fibra Monomodo 10 Gbps 10GBase-ER 40 kilometros Cabeamento Não Estruturado Você Imagine o que diria nesta situação ?? Socorro !!!!!!! Cabeamento Não Estruturado Cabeamento Estruturado Definição da Wikipedia Cabeamento estruturado é a disciplina que estuda a disposição organizada e padronizada de conectores e meios de transmissão para redes de informática e telefonia, de modo a tornar a infra-estrutura de cabos independente do tipo de aplicação e do layout. Permitindo a ligação a uma rede de: servidores, estações, impressoras, telefones, switches, hubs e roteadores. O SCS (Structure Cabling System) utiliza o conector RJ45 e o cabo UTP como mídias padrão para transmissão de dados, uma analogia ao SCS é a tomada de energia que permite a alimentação elétrica de um equipamento independente do tipo de aplicação. (07 de Julho de 2010) Para o Brasil temos a norma técnia da ABNT: NBR 14565. Cabeamento Estruturado Nortel Data Networking Technology ABNT: NBR 14565:2000 NOTA - Os números 1 a 7 identificam os sete subsistemas de um sistema de Cabeamento Estruturado de Telecomunicações. 1 - Área de trabalho 2 - Rede secundária 3 - Armário de telecomunicações 4 - Rede primária nível 1 5 - Sala de equipamento 6 - Sala de entrada de telecomunicações 7 - Cabo de interligação externo Cabeamento Estruturado Normalmente, o projeto de cabeamento estruturado é feito juntamente com o projeto de engenharia civil e/ou arquitetura. A execução do mesmo, atualmente, acontece como uma das etapas da obra de contrução ou reforma. Cabeamento Estruturado Cabeamento Estruturado Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • • • • Ponto a ponto Internet Frame Relay MPLS Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • Ponto a ponto Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • Internet Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • Internet • Conexão entre sites utilizando VPN Ipsec Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • Frame Relay Serviços de Telecomunicações Enlaces de dados • MPLS Muito obrigado !!! Rafael Rocha Sales Engineer [email protected] http://br.convergencepoint.westcon.com/