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  • 1. Camada De RedeObjetivos Sumário: Explicar as funções da Serviços da camada de rede camada de rede Routeamento: seleção de rotas Roteamento (esc. Caminho) Roteamento hierárquico Escalabilidade Ip Como funciona um roteador Protocolos de roteamento da internet Tópicos avançados: ipv6, multicast Intra-domain Instanciação e Inter-domain implementação na intenet Como funciona um roteador IP Ipv6 Roteamento multicast
  • 2. Funções Da Camada De Rede Transportar pacotes entre os aplicação sistemas finais da rede transporte rede enlace A camada de rede deve ter uma fisica rede enlace rede rede entidade em cada sistema final enlace fisica enlace fisica ou roteador da rede fisica rede enlace3 funções importantes: fisica rede enlace Determinação de caminhos: rota fisica escolhida pelos pacotes entre a rede rede enlace origem e o destino. Algoritmos enlace fisica fisica de roteamento rede aplicação Comutação: mover pacotes entre enlace fisica transporte rede as portas de entrada e de saída enlace dos roteadores fisica Estabelecimento de conexão: algumas arquiteturas de rede exigem o estabelecimento de circuitos virtuais antes da transmissão de dados
  • 3. Modelo Do Serviço De Rede Q: como escolher um modelo de serviço para Nível mais geral o canal transportando de abstração na pacotes da origem ao camada de rede destino? Banda-passante garantida? ? ? circuito virtual abstração de serviço Preservação dos intervalos ou entre pacotes? datagrama Entrega sem perdas? Entrega em ordem? Realimentação de informação ? de congestionamento?
  • 4. Circuitos Virtuais (VC) “A ligação entre a origem e o destino emula uma ligação telefônica” Orientado ao dsempenho A rede controla a conexão entre a origem e o destino Estabelecimento da conexão deve proceder o envio de dados. Liberação da conexão após os dados. Cada pacote transporte um identificador do CV, não transporta o endereço completo do destino Cada roteador na rota mantém informação de estado para conexão que passa por ele. A conexão de camada de transporte envolve apenas os sistemas finais A banda passante e os recursos do roteador podem ser alocado por VC Controle de Qualidade de Serviço por VC
  • 5. Circuitos Virtuais: Sinalização Usado para estabelecer, manter e encerrar Circuitos Virtuais Usados em ATM, Frame-Relay e X-25, mas não na Internet aplicação 6. Recebe Dados aplicaçãotransporte 5. Inicia Fluxo de dados rede 4. Call connected 3. Accept call transporte rede enlace 1. Call Request 2. incoming call enlace fisica fisica
  • 6. Redes Datagrama: o modelo da Internet Não existem conexões na camada de transporte Não há informação de estado de conexão nos roteadores Não existe conexão na camada de rede Pacotes tipicamente transportam o endereço de destino Pacotes para o mesmo destino podem seguir diferentes rotas aplicação aplicaçãotransporte transporte rede rede enlace 1. Envia dados 2. Recebe dados enlace fisica fisica
  • 7. Modelos de Serviço da Camada de Rede: Parâmetros GarantidosArquitetura Modelo de Realim. de de Rede Serviço Banda Perda Ordem Tempo Congestão Internet melhor não não não não não (examina esforço perdas) ATM CBR taxa sim sim sim não há constante congestão ATM VBR taxa sim sim sim não há garantida congestão ATM ABR mínimo não sim não sim garantido ATM UBR não não sim não não Novos serviços na Internet: Intserv, Diffserv
  • 8. Datagrama versus Circuito VirtualInternet ATM Dados trocados entre Originário da telefonia computadores Conversação humana: Serviço elástico, requisitos de atraso não críticos Tempos estritos, Sistemas finais inteligentes exigências de Podem adaptar-se, realizar confiabilidade controle e recuperação de Necessário para serviço erros garantido A rede é simples, a Sistemas finais “burros” complexidade fica nas pontas Telefones Muitos tipos de enlaces Complexidade dentro da Características diferentes rede Difícil obter um serviço uniforme
  • 9. Roteamento Protocolo de Roteamento OBJ: determinar “bons” caminhos 5(seqüência de roteadores) através da rede da fonte ao destino. 3 B C 5 2 A 2 1 FAlgoritmos de roteamento são 3 1 2 descritos por grafos: D E 1 Nós do gráfico são roteadores Arestas do gráfico são “bons” caminhos: enlaces tipicamente corresponde aos caminhos de menor Custo do enlace: atraso, custo preço ou nível de congestão caminhos redundantes
  • 10. Classificação dos Algoritmos de RoteamentoInformação global ou Estático ou Dinâmico? descentralizada Estático:Global: As rotas mudam lentamente ao Todos os roteadores tem longo do tempo informações completas da Dinâmico: topologia e do custos dos As rotas mudam mais enlaces rapidamente algoritmos “Link state” Atualizações periódicasDescentralizada: Podem responder a Roteadores só conhecem mudanças no custo dos informações sobre seus enlaces vizinhos e os enlaces para eles Processo de computação interativo, troca de informações com os vizinhos algoritmos “Distance vector”
  • 11. Algoritmo Link-stateAlgoritmo de Dijkstra’s Notação: Topologia de rede e custo dos C(i,j): custo do enlace do nó i enlaces são conhecidos por ao nó j. Custo é infinito se não todos os nós. houver ligação entre i e j Implementado via “link D(v): valor atual do custo do state broadcast” caminho da fonte ao destino V Todos os nós têm a mesma P(v): nó predecessor ao longo informação do caminho da fonte ao nó v, Computa caminhos de menor isto é, antes do v custo de um nó (fonte) para N: conjunto de nós cujo todos os outros nós caminho de menor custo é Fornece uma tabela de definitivamente conhecido roteamento para aquele nó Convergência: após k iterações, conhece o caminho de menor custo para k destinos.
  • 12. Algoritmo de Dijsktra’s 1 Inicialização: 2 N = {A} 3 para todos os nós v 4 se v é adjacente a A 5 então D(v) = c(A,v) 6 senão D(v) = infty 7 8 Loop 9 ache w não em N tal que D(w) é um mínimo 10 acrescente w a N 11 atualize D(v) para todo v adjacente a w e não em N: 12 D(v) = min( D(v), D(w) + c(w,v) ) 13 /* novo custo para v é ou o custo anterior para v ou o menor 14 custo de caminho conhecido para w mais o custo de w a v */ 15 até que todos os nós estejam em N
  • 13. Exemplo: Algoritmo de Dijkstra’sPasso início N D(B),p(B) D(C),p(C) D(D),p(D) D(E),p(E) D(F),p(F) 0 A 2,A 5,A 1,A infinito infinito 1 AD 2,A 4,D 2,D infinito 2 ADE 2,A 3,E 4,E 3 ADEB 3,E 4,E 4 ADEBC 4,E 5 ADEBCF 5 3 B C 5 2 A 2 1 F 3 1 2 D E 1
  • 14. Discussão do Algoritmo de Dijkstra Complexidade do Algoritmo: n nós Cada iteração: precisa verificar todos os nós w, que não estão em N N*(n+1)/2 comparações: o(n**2) Implementações mais eficientes: o(nlogn) Oscilações possíveis: E.G., custo do enlace = total de tráfego transportado 1 A 1+e 2+e A 0 0 A 2+e 2+e A 0 D 0 0 B D 1+e 1 B D 0 0 B D 1+e 1 B 0 e 0 0 1 1+e 0 e1 C C C C 1 e … recalcula … recalcula … recalcula initial roteamento
  • 15. Algoritmo “Distance Vector”Iterativo: Continua até que os nós Estrutura de Dados da Tabela de não troquem mais Distância informações. Cada nó tem sua própria tabela Self-terminating: Não há Linha para cada possível destino sinal de parada Coluna para cada roteador vizinhoAssíncrono: Exemple: no nó X, para destino Y via Os nós não precisam vizinho Z: trocar informações simultaneamente!Distribuído: distância de X to Cada nós se comunica X = Y, via Z como prox. salto apenas com os seus D (Y,Z) vizinhos, diretamente Z = c(X,Z) + minw{D (Y,w)} conectados
  • 16. Exemplo de Tabela de Distância 1 custo via nó vizinho B C E 7 D () A B D A 8 2 1 A 1 14 5 E D 2 B 7 8 destino E 5 DD (C,D) = c(E,D) + minw {D (C,w)} = 2+2 = 4 C 6 9 4 E DD (A,D) = c(E,D) + minw {D (A,w)} D 4 11 2 = 2+3 = 5 loop! E BD (A,B) = c(E,B) + minw{D (A,w)} = 8+6 = 14 loop!
  • 17. A Tabela de Distâncias Gera a Tabelade Roteamento custo através de E D () A B D Enlace de saída, cost A 1 14 5 A A,1 B 7 8 destino 5 B D,5 destino C 6 9 4 C D,4 D 4 11 2 D D,4 Tabela de distância Tabela de Roteamento
  • 18. Roteamento Vetor-Distância: ResumoIterativo, assíncrono: Cada nó: cada iteração local é causada por: Mudança de custo dos espera por mudança no enlaces locais custo dos enlaces locais ou Mensagem do vizinho: seu mensagem do vizinho caminho de menor custo para o destino mudouDistribuído: recalcula tabela de Cada nó notifica seus distância vizinhos apenas quando seu menor custo para algum destino muda se o caminho de menor custo Vizinhos notificam seus para algum destino mudou, vizinhos e assim por diante notifica vizinhos
  • 19. Algoritmo Vetor-Distância:Para todos os nós, X:1 Initialização:2 para todos os nós adjacentes v:3 DX(*,v) = infinito /* o operador * significa ”para todas as colunas" */ X4 D (v,v) = c(X,v)5 para todos os destinos, y X6 envia min D (y,w) para cada vizinho /* w sobre todos vizinhos de X*/ w
  • 20. Algoritmo Vetor-Distância (Cont.): 8 loop 9 wait (até ocorrer uma mudança no custo do enlace para vizinho V 10 ou até receber atualização do vizinho V) 11 12 if (c(X,V) muda por d) 13 /* muda o custo para todos os destinos via vizinho v por d */ 14 /* nota: d pode ser positivo ou negativo */ 15 para todos os destinos y: DX(y,V) = DX(y,V) + d 16 17 else if (atualização recebida de V sobre destino Y) 18 /* caminho mais curto de V para algum Y mudou */ 19 /* V enviou um novo valor para seu min w DV(Y,w) */ 20 /* chame este novo valor recebido "newval" */ 21 para o único destino y: DX(Y,V) = c(X,V) + newval 22 23 if nós temos um novo min w DX(Y,w) para algum destino Y 24 envie novo valor de min w D X(Y,w) para todos os vizinhos 25 26 forever
  • 21. Exemplo: algoritmo vetor-distância Y 2 1X Z 7
  • 22. Exemplo: algoritmo vetor-distância Y 2 1X Z X Z 7 D (Y,Z) = c(X,Z) + minw{D (Y,w)} = 7+1 = 8 X Y D (Z,Y) = c(X,Y) + minw {D (Z,w)} = 2+1 = 3
  • 23. Vetor-Distância: Mudança no custo do enlace Mudança no custo do enlace: nó detecta que o custo do enlace local 1 mudou Y 4 1 atualiza tabela de distâncias (linha 15) X Z se o custo do caminho de menor custo 50 mudou, notifica vizinhos (linhas 23 e 24) algoritmo termina“boasnotíciasviajamdepressa”
  • 24. Vetor Distância: Mudança no custo doenlace Mudança no custo do enlace: 60 más notícias viajam devagar - Y problema da contagem ao 4 1 infinito X Z 50 algoritmo continua!
  • 25. Vetor Distância: Poisoned ReverseSe Z roteia através de Y para chegar a X 60 : Y Z diz a Y que sua (de Z) distância para X é 4 1 infinita (assim Y não roteará para X via Z) X Z 50 será que isso resolve completamente o problema da contagem ao infinito? algoritmo termina
  • 26. Comparação dos Algoritmos LS e VDComplexidade Robustez: o que acontece se um LS: com n nós, E links, o(ne) roteador funciona mal? mensagens enviadas Ls: DV: trocas somente entre Nós podem advertir custos vizinhos incorretos para os enlaces. Tempo de convergência varia Cada nó calcula sua própriaTempo de convergência tabela de roteamento LS: algoritmo o(n**2) exige Dv: o(ne) msgs Nó pode advertir caminhos Pode ter oscilações com custo incorreto DV: tempo de convergência varia Tabela de cada nó é usada por outros Podem haver loops de • Propagação de erros pela roteamento rede Problema da contagem ao infinito
  • 27. Roteamento Hierárquico Problemas do mundo real roteadores não são todos idênticos as redes não são “flat” na práticaEscala: com 50 milhões Autonomia Administrativa de destinos: Internet = rede de redes Não é possível armazenar Cada administração de rede todos os destinos numa pode querer controlar o única tabela de rotas! roteamento na sua própria As mudanças na tabela de rede rotas irão congestionar os enlaces!
  • 28. Roteamento Hierárquico Agrega roteadores em roteadores de borda regiões, “sistemas Roteadores de interface autônomos ” (AS) de um AS Roteadores no mesmo Rodam protocolos de roteamento intra-as AS rodam o mesmo com os outros protocolo de roteadores do AS roteamento Também responsáveis Protocolo de por enviar mensagens roteamento “Intra-as” para fora do AS Roteadores em Rodam protocolo de diferentes AS podem roteamento inter-as rodar diferentes com outros rotea- protocolos de dores de borda roteamento
  • 29. Roteamento Intra-as and Inter-as C.b Roteadores de Borda B.a • realizam A.a roteamento inter- b A.c c AS entre sia C a • realizam b a B roteamento intra- d AS com outros c roteadores do A b mesmo AS Camada de rede Roteamento inter-AS, Camada de enlaceintra-AS no roteador A.c Camada fisica
  • 30. Roteamento Intra-AS e Inter-AS roteamento Inter-AS C.b entre A e B B.a A.a Host b A.c c h2 a C a b a B Host d c roteamento Intra- h1 b A AS dentro do AS B roteamento Intra-AS dentro AS A
  • 31. A camada de rede da Internet Entidade de rede em roteadores ou hosts: Camada de Transporte: TCP, UDP Prot. de roteamento protocolo IP •escolha de caminhos •endereçamento •RIP, OSPF, BGP •formato dos datagramasCamada de •tratamento de pacotes Rede tabela de rotas protocolo ICMP •aviso de erros •sinalização de rotas Camada de enlace Camada física
  • 32. Endereçamento IP: Introdução endereço IP: identificador 223.1.1.1 de 32-bits para interfaces 223.1.2.1 de roteadores e hosts 223.1.1.2 Interface: conexão entre 223.1.1.4 223.1.2.9 roteador ou host e enlace 223.1.2.2 físico 223.1.1.3 223.1.3.27 Roteador tem tipicamente múltiplas interfaces 223.1.3.1 223.1.3.2 Hosts podem ter múltiplas interfaces endereços IP são associados com interfaces, não com o 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 host ou com o roteador 223 1 1 1
  • 33. Endereçamento IP Endereço IP: 223.1.1.1 parte de rede (bits mais 223.1.2.1 significativos) 223.1.1.2 223.1.2.9 parte de Host part (bits 223.1.1.4 menos significativos) 223.1.2.2 O que é uma rede? (na 223.1.1.3 223.1.3.27 prespectiva do endereço) Interfaces de LAN dispositivos com a mesma 223.1.3.1 223.1.3.2 parte de rede no endereço IP Podem fisicamente se comunicar sem o auxílio rede consistindo de de 3 redes IP de um rotedor (para endereços IP começando com 223, os primeiros 24 bits são o endereço de rede )
  • 34. Endereçamento IP Como encontrar as redes 223.1.1.1 223.1.1.2 223.1.1.4 Separe cada interface de roteadores e hosts 223.1.1.3 Criar ilhas de redes isoladas 223.1.9.2 223.1.7.0 Técnica de nuvens 223.1.9.1 223.1.7.1 223.1.8.1 223.1.8.0 223.1.2.6 223.1.3.27 Sistema com seis 223.1.2.1 223.1.2.2 223.1.3.1 223.1.3.2redes interconectadas
  • 35. Endereços IPendereçamento “class-full”: class 1.0.0.0 to A 0 rede host 127.255.255.255 B rede 128.0.0.0 to 10 host 191.255.255.255 192.0.0.0 to C 110 rede host 223.255.255.255 224.0.0.0 to D 1110 multicast address 239.255.255.255 32 bits
  • 36. Endereçamento IP: CIDR Endereçamento “Classful”: Uso ineficiente do espaço de endereçamento, exaustão do espaço de endereços E.G., rede de Classe B aloca endereços para 65K hosts, mesmo se só existem 2000 hosts naquela rede CIDR: classless interdomain routing A porção de endereço de rede tem tamanho arbitrário Formato do endereço: a.B.C.D/x, onde x é o número de bits na parte de rede do endereço parte de parte de rede host 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23
  • 37. Como obter um endereço IPHosts : Endereço fixo: definido pelo administrador DHCP: dynamic host configuration protocol: permite a atribuição dinâmica de endereços IP Host envia (broadcast) mensagem “DHCP discover” DHCP server responde com mensagem “DHCP offer” Host pede endereço IP com mensagem : “DHCP request” DHCP server envia endereço com a mensagem: “DHCP ack”
  • 38. Como obter um endereço IP Rede (porção de rede) Obter uma parte do espaço de endereços do seu ISP:bloco do ISP 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20Organização 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23Organização 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23Organização 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. ….Organização 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23
  • 39. Endereçamento Hierárquico: agregação derotas O endereçamento hierárquico permite uma propagação de rotas mais eficiente: Organização 0 200.23.16.0/23 Organização 1 “Me envie qualquer coisa com 200.23.18.0/23 endereço começando por Organização 2 200.23.16.0/20” 200.23.20.0/23 . Fly-By-Night-ISP . . . Internet . Organização 7 . 200.23.30.0/23 “Me envie qualquer coisa com ISPs-R-Us endereço começando por 199.31.0.0/16”
  • 40. Roteamento Hierárquico:rotas maisespecíficasISPs-R-Us tem uma rota mais específica para a organização 1 Organização 0 200.23.16.0/23 “Me envie qualquer coisa com endereço começando por Organização 2 200.23.16.0/20” 200.23.20.0/23 . Fly-By-Night-ISP . . . Internet . Organização 7 . 200.23.30.0/23 “Me envie qualquer coisa ISPs-R-Us com endereço começando por Organização 1 199.31.0.0/16 ou 200.23.18.0/23” 200.23.18.0/23
  • 41. Como obter um endereço IP...Q: Como o ISP obtém seu bloco de endereço?A: ICANN: internet corporation for assigned names and numbers Aloca endereços Gerencia DNS Atribuí nomes de domínios e resolve disputas
  • 42. Levando um Datagrama da Fonte ao Destino tabela de roteamento em A Rede destino próx. roteador Núm. saltos 223.1.1 1 223.1.2 223.1.1.4 2datagrama IP: 223.1.3 223.1.1.4 2outros endereço endereço IP origem IP destino dadoscampos A 223.1.1.1 os endereços do 223.1.2.1 datagrama não mudam ao 223.1.1.2 viajar da fonte ao destino 223.1.1.4 223.1.2.9 B 223.1.2.2 223.1.1.3 223.1.3.27 E 223.1.3.1 223.1.3.2
  • 43. Levando um Datagrama da Fonte ao Destinooutros Rede destino Próx. roteador Núm. saltos dadoscampos 223.1.1.1 223.1.1.3 223.1.1 1Começando em A, levar datagrama 223.1.2 223.1.1.4 2 IP para B: 223.1.3 223.1.1.4 2 examine endereço de rede de B descobre que B está na mesma rede A 223.1.1.1 de A 223.1.2.1 camada de enlace envia datagrama 223.1.1.2 diretamente para B num quadro da 223.1.1.4 223.1.2.9 camada de enlace B 223.1.2.2 Se necessário descobre endereço 223.1.1.3 223.1.3.27 E físico de B B e A são diretamente 223.1.3.1 223.1.3.2 conectados
  • 44. Levando um Datagrama da Fonte ao Destinooutros Rede destino Próx. roteador Núm. saltos dadoscampos 223.1.1.1 223.1.2.3 223.1.1 1Começando em A, dest. E: 223.1.2 223.1.1.4 2 examina endereço de rede de E 223.1.3 223.1.1.4 2 E está num rede diferente A, E não estão diretamente A 223.1.1.1 conectados 223.1.2.1 tabela de roteamento: próximo 223.1.1.2 roteador para E é 223.1.1.4 223.1.1.4 223.1.2.9 encontra endereço físico de B 223.1.2.2 223.1.1.4 e envia o datagrama 223.1.1.3 223.1.3.27 E num quadro de enlace datagrama chega em 223.1.1.4 223.1.3.1 223.1.3.2 continua…..
  • 45. Levando um Datagrama da Fonte ao Destino Próx. Núm. Endereço outro Rede destino roteador saltos Interface dadoscampos 223.1.1.1 223.1.2.3 223.1.1 - 1 223.1.1.4Chegando em 223.1.1.4, destined 223.1.2 - 1 223.1.2.9 for 223.1.2.2 223.1.3 - 1 223.1.3.27 examina endereço de rede de E E está na mesma rede da A 223.1.1.1 interface 223.1.2.9 do roteador 223.1.2.1 roteador e E estão 223.1.1.2 diretamente ligados 223.1.1.4 223.1.2.9 descobre endereço físico de B 223.1.2.2 223.1.2.2 e envia o datagrama 223.1.1.3 223.1.3.27 E num quadro da camada de enlace datagrama chega em 223.1.2.2!!! 223.1.3.1 223.1.3.2 (ufa!)