Arquitetura de Redes de Computadores – Luiz Paulo Maia Camada de Redes1 Arquitetura de Redes de...

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 1

Arquitetura de Redes de Arquitetura de Redes de ComputadoresComputadores

Luiz Paulo MaiaLuiz Paulo Maia

Camada de RedesCamada de Redes

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 2

Comutação

Mensagem

A

B

C

F

G

D

E

H

Mensagem

Rede de interconexão

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 3

Modelo de camadas e comutação

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

D

Rede de interconexão

A B

HG

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 4

Comutação por circuito

Mensagem

A

B

C

F

G

D

E

H

Mensagem

Rede de interconexão

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 5

Comutação por pacote

A

B

C

F

G

D

E

H

Rede de interconexão

Mensagem

P1P2P3P4

Mensagem

P1P2P3P4

P1

P4

P3

P2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 6

Serviço de datagrama não-confiável

A

B

C

F

G

D

E

H

Rede de interconexão

Mensagem

P1P2P3P4

Mensagem

P1P3 P4

P1

P4

P3

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 7

Pacote ou datagrama IP

Tipo de serviçoVersão Tamanho totalTC

Identificação Deslocamento do fragmento

ProtocoloTempo de vida Checksum do cabeçalho

Endereço IP de origem

Endereço IP de destino

0 8 16 247 15 23 31

Flags

Opções Complemento

Dados

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 8

Serviço de circuito virtual

A

B

C

F

G

D

E

H

Rede de interconexão

Mensagem

P1P2P3P4

P1

P4P3

P2

Mensagem

P1P2P3P4

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 9

Formato do endereço IP

1

0 8 16 247 15 23 31

0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 00 00 0 0 0 100 1 01

146 164 2 70

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 10

Endereçamento hierárquico

IBM

9.0.0.0

Stanford

36.0.0.0

UFRJ

146.164.0.0

PUC-RJ

139.82.0.0

USP

143.107.0.0

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 11

Classes de endereços IP

0 Id. do hostId. da rede

0 8 16 247 15 23 31

0 Id. do hostId. da rede1

0 Id. do hostId. da rede1 1

0 Endereço multicast1 1 1

Endereço reservado1 1 1 1

A

B

C

D

E

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 12

Número de redes e hosts por classe

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 13

Intervalos de endereços por classe

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 14

Rede sem sub-redes

Rede146.164.0.0

H

H

H

H

H

H

H HH

H

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 15

Rede com sub-redes

Economia

Rede146.164.0.0

Engenharia

Medicina

Letras

Informática Sub-redes

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 16

Endereçamento e subendereçamento

Id. do hostId. da rede

Id. do hostId. da rede

(a)

Id. da sub-rede(b)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 17

Exemplo de subendereçamento

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 18

Endereçamento hierárquico

Outras redesda Internet

R

Economia

Engenharia

Medicina

Letras

Informática

146.164.1.0

146.164.2.0

146.164.3.0

146.164.4.0

146.164.5.0

InternetRede

146.164.0.0

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 19

Exemplos de máscaras de sub-rede

0000000011111111 00000000 00000000 0255= 0 0

1111111111111111 00000000 00000000 255255= 0 0

1111111111111111 11111111 00000000 255255= 255 0

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 20

Exemplo de máscara de sub-rede

255255

(a)

0 0

164146 2 70

Rede Host

255255

(b)

255 0

164146 2 70

Rede HostSub-rede

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 21

Endereçamento dinâmico

Solicita endereço

ClienteDHCP

ServidorDHCP

Envia endereço

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 22

Mapeamento de endereços

Host B

EE1

IP1

EE2

IP2

Host A

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 23

Comando arp

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 24

Intervalos de endereços privados

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 25

Funcionamento do NAT

Rede10.0.0.0

A

10.0.0.2

Internet

B

146.164.2.70

R192.1.2.310.0.0.1

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 26

Endereçamento multicast

Transmissor

Msg

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 27

Processo de roteamento

20.0.0.0 R1 30.0.0.0 R2 40.0.0.0 R3 50.0.0.0

20 E30 D40 D50 D

TR120 E30 E40 D50 D

TR220 E30 E40 E50 D

TR3

20 dados

pacote

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 28

Exemplo do roteamento por vetor de distância

ED

B

C

C1

C2

C5

C4C3

C6

A

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 29

Tabelas de roteamento em T0

Destino Caminho CustoA - 0

Destino Caminho CustoB - 0

Destino Caminho CustoC - 0

Destino Caminho CustoD - 0

Destino Caminho CustoE - 0

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 30

Vetores enviados em T1

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 31

Tabelas de roteamento em T1

Destino Caminho CustoA - 0B C1 1D C3 1

Destino Caminho CustoB - 0A C1 1C C2 1E C4 1

Destino Caminho CustoC - 0B C2 1E C5 1

Destino Caminho CustoD - 0A C3 1E C6 1

Destino Caminho CustoE - 0B C4 1C C5 1D C6 1

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 32

Vetores enviados em T2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 33

Tabelas de roteamento em T2

Destino Caminho CustoA - 0B C1 1D C3 1C C1 2E C1 2

Destino Caminho CustoB - 0A C1 1C C2 1E C4 1D C1 2

Destino Caminho CustoC - 0B C2 1E C5 1A C2 2D C5 2

Destino Caminho CustoD - 0A C3 1E C6 1B C3 2C C6 2

Destino Caminho CustoE - 0B C4 1C C5 1D C6 1A C4 2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 34

Falha no caminho C1

ED

B

C

C1

C2

C5

C4C3

C6

A

Destino Caminho CustoA - 0B C1D C3 1C C1E C1

88

8

Destino Caminho CustoB - 0A C1C C2 1E C4 1D C1

88

(a) (b)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 35

Tabelas de C, D e E após recebimento dos vetores de A e B

Destino Caminho CustoC - 0B C2 1E C5 1A C2D C5 2

Destino Caminho CustoD - 0A C3 1E C6 1B C3C C6 2

Destino Caminho CustoE - 0B C4 1C C5 1D C6 1A C4

8 8

8

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 36

Tabelas após recebimento dos vetores de C, D e E

Destino Caminho CustoA - 0B C1D C3 1C C3 3E C3 2

Destino Caminho CustoB - 0A C1C C2 1E C4 1D C4 2

Destino Caminho CustoC - 0B C2 1E C5 1A C2D C5 2

Destino Caminho CustoD - 0A C3 1E C6 1B C6 2C C6 2

Destino Caminho CustoE - 0B C4 1C C5 1D C6 1A C6 2

8 8

8

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 37

Tabelas de roteamento após a convergência

Destino Caminho CustoA - 0B C3 3D C3 1C C3 3E C3 2

Destino Caminho CustoB - 0A C4 3C C2 1E C4 1D C4 2

Destino Caminho CustoC - 0B C2 1E C5 1A C5 3D C5 2

Destino Caminho CustoD - 0A C3 1E C6 1B C6 2C C6 2

Destino Caminho CustoE - 0B C4 1C C5 1D C6 1A C6 2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 38

Exemplo do roteamento por estado do enlace

7

DA

G

B

H

C

FE

4

2

6

2

1

2

3

2

3

2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 39

LSP criados por cada roteador

B 2G 6

AA 2C 7E 2

BB 7D 3F 3

CC 3H 2

DB 2F 2G 1

EC 3E 2H 2

FA 6E 1H 4

GD 2F 2G 4

H

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 40

Base de dados após recebimento dos pacotes LSP

De Para CustoA B 2A G 6B A 2B C 7B E 2C B 7C D 3

D C 3D H 2E B 2E F 2E G 1

C F 3

F C 3F E 2F H 2G A 6G E 1G H 4H D 2H F 2H G 4

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 41

Árvore do caminho de menor custo

7

DA

G

B

H

C

FE

2 2

1

2

22

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 42

Construção da árvore de caminho de menor custo

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 43

Base de dados após falha de B-E

7

DA

G

B

H

C

FE

4

2

6 1

2

3

2

3

2

De Para CustoA B 2A G 6B A 2B C 7B EC B 7C D 3

D C 3D H 2E BE F 2E G 1

C F 3

F C 3F E 2F H 2G A 6G E 1G H 4H D 2H F 2H G 4

88

(b)(a)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 44

Árvore de caminho de menor custo após a falha de B-E

7

DA

G

B

H

C

FE

4

2

6 1

2

3

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 45

Exemplo de roteamento hierárquico

Região 1

Região 4

E4D4

B4

A1

A3

Região 3

Região 2

C2

B2

B1 A2

C4

A4

C1

B3

D2

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 46

Tabela de roteamento de A1

Destino Caminho CustoA1 - 0B1 B1 1C1 C1 1A2 B1 2B2 B1 3C2 B1 3D2 B1 4A3 C1 3B3 C1 2A4 C1 3B4 C1 4C4 B1 5D4 C1 5E4 C1 4

(a)

Destino Caminho CustoA1 - 0B1 B1 1C1 C1 1R2 B1 2R3 C1 2R4 C1 3

(b)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 47

Comparação entre roteamento unicast e broadcast

(a) B

D1

A

D2

Dn

C

...1000 1000

1

1

1

(b) B

D1

A

D2

Dn

C

...1 1

1

1

1

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 48

Roteamento por inundação

ED

C

F

B

P

A

P

ED

C

F

B

P

A

P

P

P

P

P

ED

C

F

B

P

A

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P

P P P

(a) (b)

(c)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 49

Roteamento por árvore de cobertura

(a)

B

DC E

A

F G

H I J K

(b)

B

DC E

A

F G

H I J K

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 50

Árvore de cobertura de menor custo

(a) C

H I

B D (b)

A

T

R

F

R

R

E

G

C

H I

B D

A

T

R

F

R

R

E

G

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 51

Árvore baseada em núcleo

(a) C

H I

B D (b)

A

T

R

F

R

R

E

G

C

H I

B

A

T

R

F

R

R

G

D E

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 52

Barramento compartilhado

UCP

Memória

Interfacede rede

Interfacede rede

Interfacede rede

Interfacede rede

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 53

Barramento compartilhado com múltiplas UCP

UCP

Memória

Interfacede rede

Interfacede rede

Interfacede rede

Interfacede rede

UCP

Memória

UCP

Memória

UCP

Memória

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 54

Barramento compartilhado com UCP na interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 55

Barramento cruzado comutado

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

Interface

UCP

Memória

UCP

Memória

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 56

Filas de entrada e saída

Unidade deinterconexão

UCP

Memória

P P P

Interface de saída

P P P

Interface de saída

P P P

Interface de entrada

P P P

Interface de entrada

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 57

Encapsulamento na camada de enlace

Cab.Enlace

Dado

Quadro

Cab.IP

Dado

Pacote

Camadade rede

Camadade enlace

Encapsulamento

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 58

Exemplo de fragmentação

Dados(3980 bytes)

Cabeçalho(20 bytes)

Dados(1480 bytes)

Cabeçalho(20 bytes)

Dados(1480 bytes)

Dados(1020 bytes)

Cabeçalho(20 bytes)

Cabeçalho(20 bytes)

Fragmento 1(1500 bytes)

Fragmento 2(1500 bytes)

Fragmento 3(1040 bytes)

Pacote(4000 bytes)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 59

Efeitos do congestionamento

Con

gest

iona

me

nto

Volume

Ta

xa d

e u

tiliz

açã

o (a

)

Col

apso

Nor

ma

l

Volume

Atr

aso

(b)

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 60

Variação do atraso

P1P2P3P4

Direção do fluxo

aa'a'’

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 61

Aplicações e suas necessidades de QoS

Arq

uit

etu

ra d

e R

edes

de C

om

puta

dore

s –

Luiz

Paulo

Maia

Camada de Redes 62

Política de escalonamento FCFS

R

P1P2

P1P2P3P4

P1P2

P1P1P1P2 P2P3P2P4

Tráfego de entrada

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