Aula 10   camada de rede
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Aula 10   camada de rede Aula 10 camada de rede Presentation Transcript

  • Fundamento de Redes de Computadores Aula 10 Camada de Rede
  • Notas da Aula✔ .● Fundamentos de Redes de Computadores 2/63
  • Relembrando as Camadas Fundamentos de Redes de Computadores 3/63
  • ObjetivosEntender os princípios por trás dos serviços da camada de rede:Modelos de serviço da camada de redeRepasse versus roteamentoComo funciona um roteadorRoteamento (seleção de caminho)Lidando com escalaTópicos avançados: IPv6, mobilidadeInstanciação, implementação na Internet Fundamentos de Redes de Computadores 4/63
  • Duas importantes funções da camada de redeRepasse: mover Analogia: pacotes da entrada do roteador para a saída Roteamento: processo apropriada do de planejamento da roteador viagem da origem aoRoteamento: determinar destino rota seguida pelos Repasse: processo de pacotes da origem ao passar por um único destino cruzamento − algoritmos de roteamento Fundamentos de Redes de Computadores 6/63
  • Interação entre roteamento e repasse algoritmo de roteamento tabela de repasse local valor do cab. enlace saída 0100 3 0101 2 0111 2 1001 1 valor no cabeçalho do pacote chegando 0111 1 3 2 Fundamentos de Redes de Computadores 7/63
  • Estabelecimento de conexãoFunção importante em algumas arquiteturas de rede: − ATM, frame relay, X.25Antes que os datagramas fluam, dois hospedeiros finais e roteadores entre eles estabelecem conexão virtual − roteadores são envolvidosServiço de conexão da camada de rede versus transporte: − rede: entre dois hospedeiros (também pode envolver roteadores entre eles) − transporte: entre dois processos Fundamentos de Redes de Computadores 8/63
  • Modelo de serviço de redeP: Que modelo de serviço é o melhor para o “canal” que transporta datagramas do remetente ao destinatário?exemplo de serviços para datagramas individuais: − entrada garantida − entrega garantida com atraso limitadoexemplo de serviços para fluxo de datagramas: − entrega de datagrama na ordem − largura de banda mínima garantida − restrições sobre mudanças no espaçamento entre pacotes Fundamentos de Redes de Computadores 9/63
  • Modelos de serviço da camada de rede Fundamentos de Redes de Computadores 10/63
  • Redes de circuitos virtuais e de datagramas Fundamentos de Redes de Computadores 11/63
  • Serviço com e sem conexão da camada de redeRede de datagrama fornece serviço sem conexão da camada de redeRede VC fornece serviço com conexão da camada de redeAnálogo aos serviços da camada de transporte, mas: − serviço: hospedeiro a hospedeiro − sem escolha: a rede oferece um ou outro − implementação: no núcleo da rede Fundamentos de Redes de Computadores 12/63
  • Circuitos virtuais“Caminho da origem ao destino comporta-se como um circuito telefônico” −com respeito ao desempenho −ações da rede ao longo do caminho da origem ao destinoEstabelecimento e término para cada chamada antes que os dados possam fluirCada pacote carrega identificador VC (não endereço do hospedeiro de destino)Cada roteador no caminho origem-destino mantém “estado” para cada conexão que estiver passandoRecursos do enlace e roteador (largura de banda, buffers) podem ser alocados ao VC (recursos dedicados = serviço previsível) Fundamentos de Redes de Computadores 13/63
  • Implementação do VCUm VC consiste em: 1.caminho da origem ao destino 2.números de VC, um número para cada enlace ao longo do caminho 3.entradas em tabelas de repasse nos roteadores ao longo do caminhoPacote pertencente ao VC carrega número do VC (em vez do endereço de destino)Número do VC pode ser alterado em cada enlace − novo número de VC vem da tabela de repasse Fundamentos de Redes de Computadores 14/63
  • Tabela de repasse número do VC 12 22 32 1 3 2tabela de repasse noroteador noroeste: número da interfaceRoteadores mantêm informação de estado da conexão! Fundamentos de Redes de Computadores 15/63
  • Circuitos virtuais: protocolos de sinalização● usados para estabelecer, manter e terminar VC● usados em ATM, frame-relay, X.25● não usados na Internet de hoje aplicaçãotransporte 5. Fluxo de dados iniciado 6. Recebe dadosaplicação rede transporte 4. Chamada conectada 3. Chamada aceita rede enlace 1. Inicia chamada 2. Chamada chegando enlace física física Fundamentos de Redes de Computadores 16/63
  • Redes de datagramaSem estabelecimento de chamada na camada de redeRoteadores: sem estado sobre conexões fim a fimSem conceito em nível de rede da “conexão”Pacotes repassados usando endereço do hospedeiro de destinoPacotes entre mesmo par origem-destino podem tomar caminhos diferentes aplicação aplicação transporte transporte rede rede enlace 1. Envia dados 2. Recebe dados enlace física física Fundamentos de Redes de Computadores 17/63
  • Tabela de repasse Faixa de endereços de destino (IP address) Interface de enlace11001000 00010111 00010000 00000000 até 011001000 00010111 00010111 1111111111001000 00010111 00011000 00000000 até 111001000 00010111 00011000 1111111111001000 00010111 00011001 00000000 até 211001000 00010111 00011111 11111111 senão 3 Fundamentos de Redes de Computadores 18/63
  • Rede de datagramas ou VC: por quê?Internet (datagrama) ATM (VC)Troca de dados entre computadores Evoluída da telefonia − Serviço “elástico”, sem conversação humana: requisitos de temporização − requisitos de estritosSistemas finais “inteligentes” temporização estritos, (computadores) confiabilidade −Pode adaptar, realizar − necessário para serviço controle, recup. de erros garantido −Simples dentro da rede, complexidade na “borda” sistemas finais “burros”Muitos tipos de enlace − telefones −Diferentes características − complexidade dentro −Serviço uniforme difícil da rede Fundamentos de Redes de Computadores 19/63
  • RoteadorDuas funções principais do roteador: − executar algoritmos/protocolo de roteamento (RIP, OSPF, BGP) − repassar datagramas do enlace de entrada para saída Fundamentos de Redes de Computadores 20/63
  • Funções da porta de entrada Camada física: recepção por bitCamada de enlace Comutação descentralizada: de dados:  dado destino do datagrama, porta de p. e., Ethernet saída de pesquisa usando tabela de ver Capítulo 5 repasse na memória da porta de entrada  objetivo: processamento completo da porta de entrada na ‘velocidade de linha’  fila: se datagramas chegarem mais rápido que taxa de repasse no elemento de comutação Fundamentos de Redes de Computadores 21/63
  • Comutação por memóriaRoteadores de primeira geração: − computadores tradicionais com a comutação via controle direto da CPU − pacote copiado para a memória do sistema − velocidade limitada pela largura de banda da memória (2 travessias de barramento por datagrama) porta memória porta entrada saída Barramento do sistema Fundamentos de Redes de Computadores 22/63
  • Comutação por um barramentoDatagrama da memória da porta de entrada à memória da porta de saída por um barramento compartilhadoDisputa pelo barramento: velocidade da comutação limitada pela largura de banda do barramentoBarramento Cisco 5600 de 32 Gbps: velocidade suficiente para roteadores de acesso e corporativos Fundamentos de Redes de Computadores 23/63
  • Comutação por uma rede de interconexãoContorna limitações de largura de banda do barramentoRedes Banya, outras redes de interconexão desenvolvidas inicialmente para conectar processadores no multiprocessadorProjeto avançado: fragmenta datagrama em células de tamanho fixo, comuta células através do elemento de comutaçãoCisco 12000: comuta 60 Gbps através da rede de interconexão Fundamentos de Redes de Computadores 24/63
  • Portas de saídaBuffering exigido quando os datagramas chegam do elemento de comutação mais rápido que a taxa de transmissãoDisciplina de escalonamento escolhe entre os datagramas enfileirados para transmissão Fundamentos de Redes de Computadores 25/63
  • Enfileiramento na porta de saídabuffering quando a taxa de chegada via comutador excede a velocidade da linha de saídaenfileiramento (atraso) e perda devidos a estouro de buffer na porta de saída! Fundamentos de Redes de Computadores 26/63
  • Quanto armazenamento em buffer?regra prática da RFC 3439: armazenamento médio em buffer igual à RTT “típica” (digamos, 250 ms) vezes capacidade do enlace Cp. e., C = enlace de 10 Gps: buffer de 2,5 Gbitrecomendação recente: com N fluxos, armazenamento deve ser igual a RTT . C N Fundamentos de Redes de Computadores 27/63
  • Enfileiramento da porta de entradaelemento de comutação mais lento que portas de entrada combinadas -> enfileiramento possível nas filas de entradabloqueio de cabeça de fila (HOL) : datagrama enfileirado na frente da fila impede que outros na fila sigam adianteatraso de enfileiramentoe perda devidos a estouro no buffer de entrada Fundamentos de Redes de Computadores 28/63
  • A camada de rede da Internet: Internet ProtocolFunções na camada de rede do hospedeiro e roteador: Camada de transporte: TCP, UDP prots. roteamento protocolo IP •seleção caminho •convs. de endereçamento •RIP, OSPF, BGP •formato de datagramaCamada •convs. manuseio de pacote de rede tabela de protocolo ICMP repasse •informe de erro •“sinalização” do roteador Camada de enlace Camada física Fundamentos de Redes de Computadores 29/63
  • Formato do datagrama IPQuanto overhead com TCP?20 bytes de TCP20 bytes de IP= 40 bytes + overhead da camada de aplicação Fundamentos de Redes de Computadores 30/63
  • Fragmentação e reconstrução do IPEnlaces de rede têm MTU (tamanho máx. transferência) – maior quadro em nível de enlace possível.Diferentes tipos de enlace, diferentes MTUsGrande datagrama IP dividido (“fragmentado”) dentro da redeUm datagrama torna-se vários datagramas“reconstruído” somente no destino finalBits de cabeçalho IP usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados Fundamentos de Redes de Computadores 31/63
  • Endereçamento IP: introduçãoEndereço IP: identificador de 223.1.1.1 32 bits para interface de 223.1.2.1 hospedeiro e roteador 223.1.1.2Interface: conexão entre 223.1.1.4 223.1.2.9 hospedeiro/ roteador e 223.1.2.2 223.1.1.3 223.1.3.27 enlace físicoRoteadores normalmente têm várias interfaces 223.1.3.2 223.1.3.1Hospedeiro normalmente tem uma interfaceEndereços IP associados a cada interface 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 1 1 1 Fundamentos de Redes de Computadores 32/63
  • Sub-redesendereço IP: 223.1.1.1 − parte da sub-rede (bits 223.1.2.1 de alta ordem) 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.2.9 − parte do host (bits de 223.1.2.2 baixa ordem) 223.1.1.3 223.1.3.27O que é uma sub-rede? sub-rede − dispositivo se conecta à 223.1.3.1 223.1.3.2 mesma parte da sub- rede do endereço IP − pode alcançar um ao rede consistindo em 3 sub-redes outro fisicamente sem roteador intermediário Fundamentos de Redes de Computadores 33/63
  • Receita 223.1.1.0/24 223.1.2.0/24Para determinar as sub- redes, destaque cada interface de seu hospedeiro ou roteador, criando ilhas de redes isoladas. Cada rede isolada é denominada sub-rede 223.1.3.0/24 Máscara de sub-rede: /24 Fundamentos de Redes de Computadores 34/63
  • 223.1.1.2 223.1.1.1 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.9.2 223.1.7.0 223.1.9.1 223.1.7.1 223.1.8.1 223.1.8.0 223.1.2.6 223.1.3.27223.1.2.1 223.1.2.2 223.1.3.1 223.1.3.2 Fundamentos de Redes de Computadores 35/63
  • Endereçamento IP: CIDRCIDR: Classless InterDomain Routing (roteamento interdomínio sem classes)parte de sub-rede do endereço de tamanho arbitrárioformato do endereço: a.b.c.d/x, onde x é # bits na parte de sub-rede do endereço parte de parte do sub-rede hosp. 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Fundamentos de Redes de Computadores 36/63
  • Endereços IP: como obter um?Como um hospedeiro obtém endereço IP?Fornecido pelo administrador do sistema em um arquivo − Windows: painel de controle → rede → configuração → tcp/ip → propriedades − UNIX: /etc/rc.configDHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: recebe endereço dinamicamente do servidor − “plug-and-play” Fundamentos de Redes de Computadores 37/63
  • DHCP: Dynamic Host Configuration ProtocolObjetivo: permitir que o hospedeiro obtenha dinamicamente seu endereço IP do servidor de rede quando se conectar à rede − pode renovar seu prazo no endereço utilizado − permite reutilização de endereços (só mantém endereço enquanto conectado e “ligado”) − aceita usuários móveis que queiram se juntar à redeVisão geral do DHCP: − host broadcasts “DHCP discover” msg [optional] − servidor DHCP responde com msg “DHCP offer” [opcional] − hospedeiro requer endereço IP: msg “DHCP request” − servidor DHCP envia endereço: msg “DHCP ack” Fundamentos de Redes de Computadores 38/63
  • DHCP – cenário cliente/servidor A servidor 223.1.2.1 223.1.1.1 DHCP 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.2.9 B 223.1.2.2 cliente DHCP 223.1.1.3 223.1.3.27 E chegando precisa de endereço nesta rede 223.1.3.1 223.1.3.2 Fundamentos de Redes de Computadores 39/63
  • Processo para ganhar um IPservidor DHCP: 223.1.2.5 Descoberta DHCP src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67 cliente yiaddr: 0.0.0.0 chegando transaction ID: 654 Oferta DHCP src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 654 Lifetime: 3600 secs Solicitação DHCP src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 tempo Lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs Fundamentos de Redes de Computadores 40/63
  • DHCP: mais do que endereço IPDHCP pode retornar mais do que apenas o endereço IP alocado na sub-rede: − endereço do roteador do primeiro salto para o cliente − nome e endereço IP do servidor DNS − máscara de rede (indicando parte de rede versus hospedeiro do endereço) Fundamentos de Redes de Computadores 41/63
  • Endereços IP: como obter um?P: Como a rede obtém a parte de sub-rede do endereço IP?R: Recebe parte alocada do espaço de endereços do seu ISPBloco 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 Fundamentos de Redes de Computadores 42/63
  • Endereçamento hierárquico: agregação de rotaEndereçamento hierárquico permite anúncio eficiente da informação deroteamento: Organização 0 200.23.16.0/23 Organização 1 “Envie-me qualquer 200.23.18.0/23 coisa com endereços Organização 2 começando com . 200.23.16.0/20” 200.23.20.0/23 . Fly-By-Night-ISP . . Internet . Organização 7 . 200.23.30.0/23 “Envie-me qualquer ISPs-R-Us coisa com endereços começando com 199.31.0.0/16” Fundamentos de Redes de Computadores 43/63
  • Endereçamento hierárquico: agregação de rotaISPs-R-Us tem uma rota mais específica para Organização 1 Organização 0 200.23.16.0/23 “Envie-me qualquer coisa com endereços Organização 2 começando com . 200.23.16.0/20” 200.23.20.0/23 . Fly-By-Night-ISP . . Internet . Organização 7 . 200.23.30.0/23 “Envie-me qualquer ISPs-R-Us coisa com endereços começando com 199.31.0.0/16 Organização 1 ou 200.23.18.0/23” 200.23.18.0/23 Fundamentos de Redes de Computadores 44/63
  • Endereçamento IP: a última palavra...P: Como um ISP recebe bloco de endereços?R: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers − aloca endereços − administra o DNS − atribui nomes de domínio e resolve disputas Fundamentos de Redes de Computadores 45/63
  • NAT: Network Address Translation: MotivaçãoRede local usa apenas um endereço IP no que se refere ao mundo exterior:Intervalo de endereços não necessário pelo ISP: apenas um endereço IP para todos os dispositivosPode mudar os endereços dos dispositivos na rede local sem notificar o mundo exteriorPode mudar de ISP sem alterar os endereços dos dispositivos na rede localDispositivos dentro da rede local não precisam ser explicitamente endereçáveis ou visíveis pelo mundo exterior (uma questão de segurança). Fundamentos de Redes de Computadores 47/63
  • NAT: Network Address Translation: ImplementaçãoRoteador NAT deve:Enviando datagramas: substituir (endereço IP de origem, # porta) de cada datagrama saindo por (endereço IP da NAT, novo # porta) . . . clientes/servidores remotos responderão usando (endereço IP da NAT, novo # porta) como endereço de destinoLembrar (na tabela de tradução NAT) de cada par de tradução (endereço IP de origem, # porta) para (endereço IP da NAT, novo # porta)Recebendo datagramas: substituir (endereço IP da NAT, novo # porta) nos campos de destino de cada datagrama chegando por (endereço IP origem, # porta) correspondente, armazenado na tabela NAT Fundamentos de Redes de Computadores 48/63
  • 2: roteador NAT 1: hospedeiro 10.0.0.1muda endereço de envia datagrama paraorigem do datagrama 128.119.40.186, 80de10.0.0.1, 3345 para138.76.29.7, 5001,atualiza tabela 3: Resposta chega endereço destino: 4: roteador NAT muda endereço 138.76.29.7, 5001 de destino do datagrama de 138.76.29.7, 5001 para 10.0.0.1, 3345 Fundamentos de Redes de Computadores 49/63
  • Campo de número de porta de 16 bits: − 60.000 conexões simultâneas com um único endereço no lado da LAN!NAT é controverso: − roteadores só devem processar até a camada 3 − viola argumento de fim a fim ● a possibilidade de NAT deve ser levada em conta pelos projetistas da aplicação, p. e., aplicações P2P − a falta de endereços deverá ser resolvida pelo IPv6 Fundamentos de Redes de Computadores 50/63
  • Problema da travessia da NATCliente quer se conectar ao servidor com endereço 10.0.0.1 −Endereço do servidor 10.0.0.1 local à 10.0.0.1 LAN (cliente não pode usá-lo como Client endereço destino) ? −Apenas um endereço NAT visível 10.0.0.4 externamente: 138.76.29.7solução 1: configure a NAT 138.76.29.7 roteador estaticamente para repassar as NAT solicitações de conexão que chegam a determinada porta ao servidor −p. e., (123.76.29.7, porta 2500) sempre repassado para 10.0.0.1 porta 25000 Fundamentos de Redes de Computadores 51/63
  • solução 2: Universal Plug and Play (UpnP) Internet Gateway Device (IGD) Protocol. Permite 10.0.0.1 que o hospedeiro com NAT: IGD − descubra endereço IP público 10.0.0.4 (138.76.29.7) 138.76.29.7 NAT − inclua/remova mapeamentos de router porta (com tempos de posse)ou seja, automatizar configuração estática do mapa de porta NAT Fundamentos de Redes de Computadores 52/63
  • solução 3: repasse (usado no Skype) − cliente com NAT estabelece conexão com repasse − cliente externo se conecta ao repasse − repasse liga pacotes entre duas conexões 2. conexão com 1. conexão com relay iniciado relay iniciado pelo cliente pelo hospedeiro 10.0.0.1 de NAT 3. relaying Cliente estabelecido 138.76.29.7 roteador NAT Fundamentos de Redes de Computadores 53/63
  • ICMP: Internet Control Message ProtocolUsado por hospedeiros & Tipo Cód, Descrição 0 0 resposta de eco (ping) roteadores para comunicar 3 0 rede de destino inalcançável informações em nível de rede 3 1 hosp. de destino inalcançável −Relato de erro: hospedeiro, rede, 3 2 protocolo de destino inalcançável porta, protocolo inalcançável 3 3 porta de destino inalcançável −Eco de solicitação/ resposta 3 6 rede de destino desconhecida (usado por ping) 3 7 hosp. de destino desconhecido 4 0 redução da fonte (controle de congestionamento – não usado)Camada de rede “acima” do IP: 8 0 solicitação de eco (ping) − msgs ICMP transportadas em 9 0 anúncio de rota datagramas IP 10 0 descoberta do roteador 11 0 TTL expirado 12 0 cabeçalho IP inválidoMensagem ICMP: tipo, código mais primeiros 8 bytes do datagrama IP causando erro Fundamentos de Redes de Computadores 54/63
  • Traceroute e ICMPOrigem envia série de Quando a mensagem ICMP segmentos UDP ao destino chega, origem calcula RTT − primeiro tem TTL = 1 Traceroute faz isso 3 vezes − segundo tem TTL = 2 etc. − número de porta improvável Critério de término − segmento UDP por fimQuando no datagrama chegar chega no hospedeiro de no no roteador: destino − roteador descarta − destino retorna pacote datagrama ICMP “host inalcançável” − e envia à origem uma msg (tipo 3, código 3) ICMP (tipo 11, código 0) − quando origem recebe esse − mensagem inclui nome do ICMP, termina. roteador & endereço IP Fundamentos de Redes de Computadores 55/63
  • IPv6Motivação inicial: espaço de endereço de 32 bit logo estará completamente alocadoMotivação adicional: − formato de cabeçalho ajuda a agilizar processamento e repasse − mudanças no cabeçalho para facilitar QoS formato de datagrama IPv6: − cabeçalho de 40 bytes de tamanho fixo − fragmentação não permitida Fundamentos de Redes de Computadores 56/63
  • Cabeçalho IPv6Prioridade: identificar prioridade entre datagramas no fluxoRótulo de fluxo: identificar datagramas no mesmo “fluxo.” (conceito de “fluxo” não bem definido)Próximo cabeçalho: identificar protocolo da camada superior para dados Fundamentos de Redes de Computadores 57/63
  • Outras mudanças do IPv4Soma de verificação: removida inteiramente para reduzir tempo de processamento em cada saltoOpções: permitidas, mas fora do cabeçalho, indicadas pelo campo de “Próximo Cabeçalho”ICMPv6: nova versão do ICMP − tipos de mensagem adicionais, p. e. “Pacote Muito Grande” − funções de gerenciamento de grupo multicast Fundamentos de Redes de Computadores 58/63
  • Transição de IPv4 para IPv6Nem todos os roteadores podem ser atualizados simultaneamente − sem “dia de conversão” − como a rede operará com roteadores IPv4 e IPv6 misturados?Implantação de túnel: IPv6 transportado como carga útil no datagrama IPv4 entre roteadores IPv4 Fundamentos de Redes de Computadores 59/63
  • Implantação de Túnel A B E FVisão lógica: túnel IPv6 IPv6 IPv6 IPv6 A B E FVisão física: IPv6 IPv6 IPv4 IPv4 IPv6 IPv6 Fundamentos de Redes de Computadores 60/63
  • Visão lógica:Visão física: Fundamentos de Redes de Computadores 61/63
  • Para Entregar na Próxima AulaLaboratório IV – Protocolo IP.● Fundamentos de Redes de Computadores 62/63
  • Slides baseados no material do livro Fundamento de Redes da Pearson Editora. Fundamentos de Redes de Computadores 63/63