Click here to load reader

Edgard Jamhour Modelo em Camadas Arquitetura TCP/IP/Ethernet

  • View
    220

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Edgard Jamhour Modelo em Camadas Arquitetura TCP/IP/Ethernet

INTRANET/INTERNET

Edgard JamhourModelo em CamadasArquitetura TCP/IP/Ethernet1O objetivo deste mdulo apresentar uma viso geral de como os protocolos de redes de computadores so estruturados em camadas.

Ethernet no-Comutada (CSMA-CD)A Ethernet no-comutada baseia-se no princpio de comunicao com broadcast fsico.

ameio compartilhado ou barramentoabDADOS (at 1500 bytes) CRCTIPObcQuadros em esperatransmitindoescutandoescutando2Na Ethernet no-comutada, apenas um computador pode ter acesso ao meio de cada vez. Se mais de um computador efetuar a transmisso ao mesmo tempo, os dados transmitidos sero sobrepostos, e os quadros chegaro com defeito ao seus destinatrios.

A fim de evitar que dois ou mais computadores transmitam ao mesmo tempo, o Ethernet emprega uma tcnica de controle de acesso ao meio descentralizada denominada CSMA/CD. A tcnica dita descentralizada pois ela consiste em um algoritmo que roda de forma independente em cada um dos computadores da rede, sem o auxlio de uma entidade central. A sigla CSMA/CD significa: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection.

O CSMA/CD ser estudado com mais detalhes no curso, mas para o momento, iremos descrever seu funcionamento de forma simplificada, com segue: 1) Todos os computadores deve escutar o meio antes de transmitir; 2) Se o meio estiver ocupado, os quadros so armazenados em filas de espera internas no computador. Quando o meio est desocupado, os computadores podem transmitir; 3) Durante a transmisso de um quadro, o emissor deve continuamente comparar os dados enviados com os presentes no barramento. Quando dois ou mais computadores enviam quadros simultaneamente ao barramento, os nveis de tenso observados no barramento diferem da representao lgica dos bits do quadro original, permitindo ao computador detectar a ocorrncia de uma coliso.4) No caso de coliso, o quadro precisa ser transmitido novamente.Endereo MAC ou FsicoO padro IEEE 802 define o padro de endereamento MAC, administrados localmente ou universais.MACInterface de RedeSistema OperacionalUNICAST (interface de rede)

BROADCAST (ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff)

MULTICAST (01:00:5e:00:00:00)

DESTORIGDADOSCRCINTERRUPO

3Os endereos MAC (6 bytes) so bem maiores que os endereos IP (4 bytes). Apesar do tamanho, os endereos MAC no tem relao com a topologia da rede, como os endereos IP.

Na verdade, sua relao com o fabricante da interface de rede. As interfaces de rede, presentes no computador j vem com um endereo MAC pr-definido, formado pelo cdigo do fabricante seguido de um nmero de srie.

Muitos drivers de interface de rede permitem alterar o endereo MAC. Se o usurio no quiser correr o risco de entrar em conflito com o endereo MAC de algum outro computador de sua rede, ele deve tomar o cuidado de utilizar a faixa de endereos dita: administrada localmente.

Os casos onde a administrao local dos endereos necessria ou vantajosa absolutamente rara. Nenhuma aplicao de usurio utiliza o endereo MAC para enderear outro computador. A forma de enderear os computadores, na arquitetura TCP/IP sempre feita utilizando-se o endereo IP. Cabe ao prprio sistema operacional do transmissor descobrir o endereo MAC do destinatrio antes de fazer o encapsulamento de um pacote dentro de um quadro.

HUB ou ConcentradorHubs ou concentradores so dispositivos que simulam internamente a construo dos barramentos fsicos.cacaca123HUBabc4A primeira evoluo da Ethernet no comutada aconteceu pela introduo dos dispositivos de rede denominados HUBS.

A introduo dos HUBS permitiu a substituio dos cabos Ethernet, inicialmente do tipo coaxial, para o tipo par tranado.

importante destacar que o HUB no apresenta ganhos em termos de desempenho para rede, pois ele continua a operar segundo o princpio do broadcast fsico, isto , um quadro recebido em uma das portas do HUB retransmitido para todas as demais portas independentemente do endereo de destino.

O ganho conseguido pela introduo do HUB foi uma conectividade mais fcil. No modelo de cabo coaxial, qualquer abertura do barramento implicava em interrupo em toda a rede devido a problemas de reflexo de sinal causadas pelo casamento de impedncia. No HUB, possvel inserir e remover computadores sem prejuzo na comunicao dos demais computadores. O HUB tambm aumenta a distncia mxima entre os computadores pois ele funciona como um repetidor, compensando as perdas no nvel do sinal devido a atenuao introduzida pelo par tranado quando o quadro retransmitido de uma porta para outra.Ethernet ComutadaA utilizao de switches permite colocar o Ethernet em modo comutado.PORTA

1ENDEREO

a123ca...(1)ca...ca...(2)(2)switchEstado inicialPORTA

ENDEREO

Aps a transmisso de APORTA

13ENDEREO

acAps a transmisso de C123AC...(3)AC...(4)switchabcabc5O switch Ethernet um equipamento de comutao que permite encaminhar o quadro recebido em uma porta apenas para a onde o computador de destino est conectado. Para realizar a operao de encaminhamento, o switch mantm em memria uma tabela que indica o endereo dos computadores conectados em cada uma de suas portas.

O processo de preenchimento da tabela de encaminhamento totalmente automtico. O switch Ethernet opera de modo transparente para os computadores da rede. Isto , no necessrio fazer nenhuma alterao ou configurao nos computadores para que eles passem a operar com o switch. De fato, para os computadores, a intermediao feita pelo switch totalmente transparente.

Conforme mostra a figura, inicialmente, a tabela de encaminhamento est vazia. Quando o computador A envia um quadro para o computador C, o switch interpreta o quadro e tenta localizar em que porta o computador C est localizado. Como ele no consegue, o quadro enviado para todas as portas do switch, em uma operao idntica a realizada pelo HUB.

Ao interpretar o endereo de origem do quadro, o switch apreende que o computador A est na porta 1. Dessa forma, uma eventual resposta do computador C para A enviada apenas para porta 1. De forma similar, ao encaminhar o quadro oriundo do computador C, o switch aprende que o computador C est na porta C.Domnios de ColisoCada porta do switch define um domnio de coliso. Isto , s possvel haver coliso entre os computadores conectados a uma mesma porta.123switchhubhubTabela de EncaminhamentoPORTA

123

ENDEREO

a,b,cd,e,fg

abcdefg6Inicialmente, o preo dos switches Ethernet era bastante elevado, tornando-se invivel conectar apenas um computador em cada porta do switch. Assim, uma estratgia comum consistia em conectar vrios computadores em uma nica porta, utilizando HUBS.

Cada porta do switch constitui em um domnio de coliso isolado. Isto , s possvel haver coliso entre computadores conectados a uma mesma porta. Internamente, o switch possui uma matriz de comutao de capacidade elevada, que permite realizar mltiplas transmisses em paralelo. Como um computador s concorre pelo direito de acesso ao meio com os computadores conectado a mesma porta do switch, o ganho de desempenho para rede bastante elevado.

Ao contrrio dos HUBS, os switches permitem realizar converses de velocidade. Por exemplo, o computador na porta 3 pode ser um servidor operando a 100Mbps, enquanto que os computadores na porta 1 operam em apenas 10 Mbps.

Observe que a tabela de encaminhamento do switch pode possuir mltiplos computadores associados a cada uma de suas entradas.Cascateamento de SwitchesApesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os Switches ainda apresentam limitao de escala.Switch 1PORTA

1234ENDEREO

d,e,f,g,h,iabcswitch12435switch12435switch12435Switch 2PORTA

12345ENDEREO

a,b,cdefg,h,iSwitch 3PORTA

2345ENDEREO

ghia,b,c,d,e,fabceefghi7Atualmente, a maioria dos switches Ethernet disponveis no mercado possuem 12 ou 24 portas. Para criar redes maiores, possvel conectar os switches em cascata. Existem vrias maneiras de cascatear switches. A maneira indicada na figura uma das mais simples.

Apesar dos switches melhorarem significativamente o desempenho de uma rede Ethernet, a rede no pode crescer indefinidamente utilizando apenas essa tecnologia. Se observarmos as tabelas de encaminhamento dos switches, observamos que cada switch precisa conhecer a posio de cada um dos computadores nos demais switches. Isso significa que se criarmos uma rede Ethernet com 1000 computadores, teremos 1000 endereos fsicos alocados nas tabelas de encaminhamento. Do ponto de vista da organizao da rede, todos os switches em cascada constituem uma nica LAN.

Fica claro que construir uma rede do tamanho da Internet (que possui atualmente 500 milhes de computadores com endereos nicos) utilizando somente a tecnologia Ethernet invivel.Arquitetura Internet (WAN)A introduo do equipamento roteador determina a arquitetura WAN.RoteadorARoteadorCLAN

LANswitchswitchswitchWANRoteadorBLAN

LAN

rede 1rede 2rede 3123123132Tabela de RoteamentoPORTA

C.1C.2C.3

Rede

Rede 3Rede 1Rede 2

NEXT HOPC.1A.3B.3

8Afim de construir redes maiores, adota-se uma arquitetura denominada WAN (Wide Area Network). A Internet segue essa arquitetura.

Uma rede WAN forma pela interconexo de vrias redes LAN, utilizando-se um outro tipo de dispositivo de rede denominado roteador. O roteador utiliza uma estratgia de encaminhamento bastante diferente da do switch. Ao invs de associar os endereos dos computadores as suas portas, o roteador associa identificadores de rede que representam uma LAN.

As tabelas dos roteadores so denominadas tabelas de roteamento. A figura ilustra a estrutura da tabela de roteamento correspondente ao roteador 3. Como veremos mais adiante, a tabela de roteamento necessita de mais algumas colunas de informao omitidas na figura.

A grande vantagem dessa estratgia que a quantidade de entradas na tabela de roteamento contada em redes, e no em computadores. Por exemplo, a Internet atual conta com 500 milhes de computadores, mas com apenas 300 mil redes.

Os endereos fsicos definidos pelo protocolo Ethernet no possuem identificador de rede. A fim de suportar a identificao das redes um outro tipo de endereo necessrio: o endereo IP.

Quadro e PacotePacotes so transportados no campo de dados dos quadros. Os pacotes IP so definidos pelo tipo 0x800.CRCDADOSDESTINOORIGEMDESTINOORIGEMPACOTEQUADROENDEREO FSICO: definem o fabricanteENDEREO DE REDE: definem a posioTIPO 0x8009Assim como o Ethernet, o protocolo IP define uma unidade bsica para transporte de informaes, denominada pacote.

Assim como o quadro Ethernet, o pacote constitudo por um cabealho e um campo de dados. O cabealho inclui campos para transporte dos endereos IP de origem e destino, e de outras informaes utilizadas no processo envio das informaes pelos roteadores.

importante destacar que os protocolos Ethernet e IP trabalham de forma cooperada, pois, de fato, os pacotes so transmitidos no interior dos quadros.

A distino entre quadro e pacote nem sempre clara na literatura, pois algumas vezes possvel encontrar denominaes como pacote Ethernet. No nosso curso, todavia, o termo quadro ser usada para a designar a estrutura completa e o termo pacote, apenas para a estrutura definida pelo IP, conforme indicado na figura.Endereo de RedeO agrupamento de computadores em rede permite reduzir a quantidade de informaes na memria do roteador.SWITCHSWITCHacREDE 200.0.0.0/8REDE 210.0.0.0/8xy200.0.0.1200.0.0.2200.0.0.3zm210.0.0.1zse 200... envie para xse 210 ... envie para ym66.1.2.3210.0.0.2ey66.1.2.3210.0.0.3bd210.0.0.3e210.0.0.4fRoteadorRoteador10Como vimos, um endereo IP define um computador e ao mesmo tempo a rede ao qual ele pertence. A estruturao do IP define que todos os computadores em um mesma LAN possuem o mesmo identificador de rede. Computadores localizados em LANs distintas possuem necessariamente identificadores de rede distintos.

Um roteador pode ser considerado como um computador com mltiplos adaptadores de rede. Isto , cada porta de um roteador possui, de fato, um endereo fsico. Em um pacote, os endereos de origem e destino necessariamente identificam o transmissor e o receptor do pacote. Numa WAN, contudo, o endereo fsico, nem sempre identifica um computador.

De fato, o endereo fsico identifica apenas as entidades envolvidas em um trecho da comunicao. Esse trecho da comunicao comumente chamado de enlace. Por exemplo, quando o pacote est sendo transportado entre dois roteadores, os endereos fsicos indicam as portas nos roteadores de origem e destino. Quando o pacote enviado pelo roteador ao seu destino final, os endereos fsicos indicam a porta do roteador e o computador que vai receber a mensagem.

Conexo de redes com tecnologia diferentesO endereamento dos quadros local ao enlace e o endereamento do pacote fim a fim.132O encapuslamento do quadro mude de acordo com o meio fsicoO pacote independe da tecnologiaEthernetPPPToken- Ring11A relao entre quadro e pacote tambm garante a independncia do protocolo IP em relao as tecnologias de transmisso.

A figura acima ilustra um cenrio onde este conceito aplicado. Um quadro criado na LAN1 e enviado para LAN2. A tecnologia da LAN1 o Ethernet. Ao chegar no roteador 1, o pacote IP contido no quadro Ethernet copiado, e inserido em outro quadro, conforme a tecnologia de transmisso adotada no enlace entre os dois roteadores, que pode ser, por exemplo, ATM. Ao chegar no roteador 2, o pacote IP novamente extrado, e colocado dentro de um quadro Token-Ring.

Em resumo, uma das grandes vantagens do protocolo IP sua independncia em relao as tecnologias de transmisso. Uma rede WAN pode ser, e usualmente, composta por tecnologias de transmisso heterogneas.Protocolos de TransporteProtocolos de transporte como o TCP e UDP introduzem um nvel adicional de endereamento para identificar processos.TCPIPEthernetEnd. FsicoEndereo IPPorta 1024ProcessoClienteUDPPortaPorta1024 80 MensagemTCPIPEthernetEnd. FsicoEndereo IPPorta 80UDPPortaPortaProcessoServidor12Os protocolos IP e Ethernet contm informaes que permitem enderear um computador. Para que uma comunicao possa ocorrer, contudo, necessrio enderear um processo especfico dentro do computador.

Os protocolos responsveis por enderear processos so denominados protocolos de transporte. Dois protocolos de transporte so utilizados juntamente com a tecnologia IP: o TCP (Transmission Control Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol).

A razo de haver dois protocolos que eles foram projetados para suportar aplicaes com necessidades diferentes. O TCP um protocolo confivel, que oferece vrios recursos para garantir a entrega das mensagens enviadas ou gerar notificaes automticas em caso de falha. Tudo isso conseguido com aumento no volume de trfego gerado e do processamento no computador. O protocolo UDP, por outro lado, bastante leve, mas no oferece nenhum tipo de proteo para mensagem.

Tanto o TCP quanto o UDP utilizam o conceito de endereamento por portas (um nmero de 16 bits). Dessa forma, para que um processo A no computador 1 possa enviar uma mensagem para o processo B no computador 2, ele precisa incluir o nmero da porta na mensagem enviada.

Portas TCP e UDPNmeros inteiros de 16 bits padronizadas pela IANA (Internet Assigned Number Authority)0

10231024

49151PORTAS BEM CONHECIDASPORTAS REGISTRADAS49152

65535PORTAS DINMICAS OU PRIVADAS13A entidade IANA (Internet Assigned Number Authority) responsvel por definir como as portas TCP e UPD so mapeadas nas aplicaes.

Como as portas so nmeros de 16 bits, os valores possveis de porta vo de 0 a 65535. A IANA divida os valores de porta em trs faixas.

A primeira faixa denominada portas bem conhecidas, e vai de 0 a 1023. Em geral, elas so utilizadas para enderear processos servidores padronizadas que so independentes de fabricante, como servidores web (80) e servidores de telnet (23).

A segunda faixa denominada portas registradas, e vai de 1024 a 49151. Essas portas tambm so alocadas pela IANA, mas representam processos servidores de fabricantes especficos, como portas de servidores de banco de dados.

As terceira faixa denominada portas dinmicas ou privadas, e vai de 49152 at 65535. Essa faixa pode ser utilizada por processos servidores sem permisso da IANA.

Os processos clientes utilizam portas dinmicas que esto na faixa entre 1024 e 65535. Essas portas so escolhidas pelo sistema operacional, de maneira a evitar conflito com as portas de processos servidores j em execuo no computador.Quadro, Pacote e Segmento/Datagramacrcorig.dest.orig.dest.origPACOTEQUADROENDEREOS FSICO(LOCAL)ENDEREOS IP(FIM A FIM)destdadosENDEREOS DE PORTAS

(PROCESSOS)TCP/UDP PDUprotocolo14A unidade de informao transportada por um protocolo denominada genericamente de PDU (Unidade de Dado de Protocolo). O PDU do TCP denominado segmento, e o PDU do UDP geralmente denominado de datagrama UDP.

O PDU dos protocolos de transportado no interior do campo de dados do pacote IP conforme mostra a figura. O cabealho do pacote IP traz um campo denominado protocolo, que permite identificar se a PDU sendo transportada do tipo TCP ou UDP (ou algum outro tipo).

Observe que na figura, inmeros campos de protocolo foram omitidos, pois no so relevantes para essa introduo.

Dessa forma, o cabealho do Ethernet precede o cabealho IP, que por usa vez precede o cabealho do TCP ou do UDP. Esse conceito de empilhamento de cabealhos denominado pilha de protocolos.Protocolo de AplicaoO protocolo de aplicao define, geralmente, um conjunto de mensagens padronizadas que permite que clientes e servidores de fabricante diferentes se comuniquem.crcorigdestorigdest.orig.destprot. aplicaoprot.dadosmail from: rcpt to: data250 ok250 ok354 End data with . dados . cliente emailservidor email15Existem muitos servios distintos implementados sobre o protocolo IP. Exemplos tpicos so email, web e acesso remoto via SSH ou TELNET. Muitos desses servios seguem a arquitetura cliente-servidor, onde uma aplicao cliente troca mensagens com uma aplicao servidora.

A fim de permitir que clientes e servidores de fabricantes diferentes se comuniquem, aplicaes tpicas da internet adotam um formato padronizado para essas mensagens, denominado protocolo de aplicao. Como seu prprio nome diz, um protocolo de aplicao especializado para uma aplicao especfica. Ele no genrico como o IP, o TCP e o UDP. Alguns protocolos de aplicao so implementados sobre UDP e outros sobre TCP, de acordo com as necessidades da aplicao.

A figura ilustra o protocolo de aplicao denominado SMTP (Simple Message Transfer Protocol) utilizado no envio de e-mail. O protocolo de aplicao transportado no interior do PDU do protocolo de transporte, seguindo o conceito de pilha de protocolos. Pilha TCP/IPO Ethernet no considerado parte da pilha TCP/IPCamada de AplicaoHTTP, FTP, SMTP, etc

Camada de TransporteTCP, UDP

Ethernet

Camada de RedeIPSeqncia de empacotamentoDADOSaplicaotransportepacotequadroAplicaoS.O.Placa de Rede16A figura ilustra o conceito do que comumente denominado de: pilha de protocolos TCP/IP.

Oficialmente, o Ethernet no considerado parte da pilha TCP/IP. Isso se deve ao fato de que o protocolo IP independente da tecnologia de transmisso. Nesse caso, o Ethernet foi colocado na pilha a ttulo de exemplo.

A pilha TCP/IP segue o conceito de modelo de redes em camadas. A arquitetura TCP/IP composta pelas camadas de aplicao, transporte e rede. Protocolos que se situam na mesma camada so concorrentes e protocolos em camadas distintas so complementares. Por exemplo, como TCP e UDP esto na camada de transporte, apenas um dos dois pode ser utilizado no processo de encaminhamento de uma mensagem. Por outro lado, como o IP est numa camada diferente, possvel ter as combinaes TCP/IP e UDP/IP.

Conforme mostra a figura, a pilha de protocolos determinar a seqncia de empacotamento dos dados at o momento onde um quadro criado. Quanto mais alta a camada do protocolo, mais interno a posio do seu cabealho em relao a estrutura do quadro.AplicaoApresentaoSessoTransporteRedeEnlace de DadosFsicaMensagens padronizadas.Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicao (Proxy)HTTP, SSH, SMTP, SNMP, DNS, etc.Comunicao entre processos.Dispositivo de Rede: No hTCP, UDP, SPX, NetBEUI, etc.Roteamento dos pacotes atravs de redes diferentesDispositivo de Rede: RoteadorIP, IPx, etc.Empacotamento de dados em quadros dentro da rede.Dispositivo de Rede: Ponte, SwitchEthernet, PPP, Frame-Relay, ATM, Transmisso de bits atravs do meio fsico.Dispositivo de Rede: Repetidor, HubOSI - Open Systems Interconnection ModelModelo de referncia para classificao de protocolosComunicao com controle de estado.Representao de dados independente da plataforma.123456717Muitos sistemas de telecomunicaes seguem o modelo de rede em camadas. Ento a gama de protocolos existentes bastante ampla.

Por essa razo, um modelo de referncia genrico, denominado Modelo OSI, foi definido pela ISO (International Organization for Standardization). O Modelo OSI usa mais camadas que o modelo TCP/IP. O modelo composto por sete camadas, numeradas de 1 a 7 a partir da camada mais baixa do modelo.

Na prtica, a camada de aplicao da arquitetura TCP/IP engloba funes das camadas de Aplicao, Apresentao e Sesso do modelo OSI. O Ethernet tambm engloba funes de duas camadas: Fsica e Enlace.

O modelo OSI til tambm para classificar os equipamentos de rede de acordo com o cabealho de protocolo que eles utilizam. Por exemplo, um Switch um dispositivo de camada 2, pois para encaminhar os quadros ele utiliza as informaes de endereamento do protocolo de enlace. Um roteador, por outro lado, um dispositivo de camada 3, pois ele realiza suas funes analisando as informaes de endereamento do protocolo de rede.

No mercado, existem equipamentos de realizam funes de mais de uma camada. Por exemplo, um switch de camada 3 tambm capaz de realizar roteamento. Arquietura Internet e Endereamento IPA arquitetura Internet definida como uma coleo de redes fsicas interligadas por uma nuvem de roteadores.Rede FsicaRede FsicaRede FsicaRede FsicainternetGateway ou roteador18O protocolo IP define uma arquitetura de rede formada pela interligao de redes fsicas. Na topologia IP, a rede fsica normalmente uma rede IP, formada por Hubs ou Switches. Como veremos mais adiante no curso, atualmente, esse conceito um pouco mais complexo devido a introduo do endereamento privado. Mas neste captulo, iremos considerar que todos os endereos IP so nicos (pblicos).

Os roteadores so utilizados para interligar as redes fsicas entre si. Eles oferecem mltiplos caminhos para interconectar as redes fsicas. O caminho escolhido de acordo com informaes previamente configuradas nos roteadores, denominadas tabelas de roteamento.

As tabelas de roteamento indicam para cada roteador como ele deve encaminhar um pacote a fim de que este chegue a uma certa rede fsica de destino. Na Internet, as tabelas de roteamento so preenchidas automaticamente, atravs de protocolos de roteamento padronizados, como o BGP (Border Gateway Protocol) e o OSPF (Open Shortest Path First).Notao Decimal PontuadaEndereos IP so nmeros de 32 bits (4 bytes) representados em notao decimal pontuada.

19O protocolo IPv4 (Internet Protocol version 4), atualmente utilizado na Internet, define endereos de 32 bits. Os endereos de 32 bits correspondem a quatro octetos (bytes). Na notao decimal pontuada, cada um desses octetos representado por um nmero decimal, calculado como se cada octeto fosse independente dos demais.

A figura ilustra a representao do endereo IP 128.10.2.30. Um endereo IP identifica um computador, mas tambm permite identificar a qual rede o computador pertence.

De fato, a parte mais significativa do endereo IP corresponde ao identificador de rede (ou prefixo), e a parte menos significativa ao identificador de host.

A quantidade exata de bits que corresponde ao identificador de rede varivel. Atualmente, existem duas estratgias para determinar o tamanho desse identificador:

Endereos IP com classeO identificador de rede (prefixo) determinado pelo valor do endereo IPEndereos IP sem classeO identificador de rede (prefixo) independe do valor do IP e determinado por um outro nmero, denominado mscara de sub-rede.Endereos IPEndereo IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOSTId rede(prefixo)Endereo IP de 32 bitsRede fisicainternetRede fsicaRede FsicaRede fsicahosts com omesmoidentificador derede.hosts comidentificadoresde rededistintos.hostId de host20Numa rede IP, a forma de atribuio dos endereos est diretamente relacionada a topologia da rede. Independente da estratgia utilizada para determinar o tamanho do identificador de rede, a forma padro de atribuir endereos IP a uma rede deve obedecer as seguintes regras:

Computadores e interfaces de equipamentos de rede numa mesma rede fsica (LAN) devem ter o mesmo identificador de rede.

2) Redes fsicas distintas devem possuir identificadores de rede distintos.

importante observar que na nomenclatura da arquitetura TCP/IP o termo sub-rede comumente usado como sinnimo de LAN ou rede fsica.

possvel fazer uma rede funcionar sem respeitar as regras acima. Contudo, essa prtica seria muito imprpria, pois levaria a um aumento de complexidade desnecessrio nas tabelas de roteamento de computadores e roteadores.Classes de Endereamento IPClasseOctetosNmero de PrefixosEndereos por PrefixoFaixa de EndereosA(0) RHHH12816.777.2161.0.0.0127.255.255.255B(10) RRHH16.38465.536128.0.0.0191.255.255.255C(110) RRRH2.097.152256 192.0.0.0 at 223.255.255.255D(1110)----268.435.456 224.0.0.0 at 239.255.255.255Res.(1111)reservadoreservado240.0.0.0 at 255.255.255.25421O mtodo antigo usado para determinar o tamanho do identificador de rede era baseado na tabela mostrada pela figura.

O mtodo dividia o espao de endereamento IP em 4 classes, denominadas A,B,C e D. As classes A,B e C so de endereos unicast, isto , elas so usadas para atribuir endereos para computadores individuais. Quando o endereo de destino de um pacote do tipo unicast, apenas um computador em toda a rede dever receb-lo. A classe D de endereos multicast, que utilizada para atribuir endereos para grupos de computadores. Quando o endereo de destino de um pacote do tipo multicast, o mesmo pode ser lido por mltiplos computadores ou dispositivos de rede que compartilham o mesmo endereo.

Apenas as classes de A at C possuem o conceito de identificador de rede. Nesse caso, o tamanho do identificador definido para cada classe. Na classe A o identificador tem 8 bits (1 byte). Na classe B, 16 bits e na classe C, 24 bits. Para determinar em qual classe um endereo pertence necessrio examinar os primeiros bits do endereo, conforme indicado na figura.

Mais simples do que identificar os primeiros bits do endereo localizar em que faixa o endereo se encontra. Por exemplo, um endereo em que o primeiro octeto est entre 1 e 127 um classe A (exemplo, 10.32.1.2). Um endereo onde o primeiro octeto est entre 128 e 191 um classe B (exemplo, 130.10.1.2), e assim por diante.Endereos IP com ClasseAs classes definem o tamanho das redes locais.16,77 milhes65,536 milde 10.0.0.0at 10.255.255.255de 172.68.0.0at 172.168.255.255de 200.134.51.0at 200.134.51.255AB256C22O conceito de endereamento com classes foi criado em uma poca em que a rede Internet era muito pequena. O mtodo de diviso adotado muito rgido, e leva a um grande desperdcio de endereos.

Uma rede classe A representa uma rede fsica com 16 milhes de endereos. Considerando as tecnologias de rede atualmente utilizadas, esse nmero no faz muito sentido. No incio da histria da rede IP, contudo, acreditava-se que a Internet seria formada por um pequeno nmero de redes, e desejou-se limitar o tamanho das tabelas de roteamento nos roteadores que, nos anos 70, tinham capacidade de processamento e memria muito limitada. Na concepo original, a rede Internet poderia interconectar redes maiores, de diferentes tecnologias, que no necessariamente seguissem a filosofia das LANs. Inicialmente, a classe B foi a classe mais usada para atribuir endereos IP para as redes que se conectam a internet. Por volta de 1992, contudo, metade das classes B disponveis j havia sido utilizada, e os prefixos das classes C passaram a ser utilizados.

O problema dessa estratgia de alocao que a quantidade de prefixos de classe B limitada (16384). Alm disso, ao atribuir uma classe B para uma universidade com 10 mil computadores, por exemplo, os 55 mil endereos restantes sero perdidos.

O mtodo tambm muito rgido, pois no possvel criar redes com tamanhos intermedirios entre as classes.roteador200.0.0.2200.0.0.3200.0.0.4200.0.0.5200.0.0.1200.0.1.1200.0.1.2200.0.1.3200.0.1.4200.0.1.5Exemplo de EndereamentoAs interfaces do roteador tambm fazem parte das redes.sub-rede200.0.0.0sub-rede200.0.1.023A figura mostra um exemplo de alocao de endereos classe C. No exemplo, duas redes LANs (ou sub-redes) foram conectadas: a sub-rede 200.0.0 e a sub-rede 200.0.1. Por que o prefixo 200.0.0 pertence a classe C, ele define um bloco de endereos que vai do 200.0.0.0 at o 200.0.0.255.

O primeiro e o ltimo endereo desses blocos so no podem ser usados com endereos de unicast (o primeiro usado para identificar a rede e o ltimo um endereo de broadcast para todos os computadores da rede). Similarmente, a sub-rede 200.0.1 define o bloco de endereos 200.0.1.0 at 200.0.1.255.

Observe que o roteador possui dois endereos IP, um para cada uma de suas interfaces. Cada interface do roteador pertence a sub-rede ao qual ele est conectado e deve, portanto, ter um endereo unicast do bloco que define a sub-rede. O endereo do roteador pode ser qualquer endereo do bloco. Uma boa prtica, contudo, consiste em atribuir o primeiro endereo unicast vlido do bloco para o roteador.

Antes que um computador envie um pacote par outro, ele precisa decidir se o destinrio est na mesma rede que ele ou no. Se no estiver, ele envia o pacote para o roteador da rede. Para tomar esta deciso, basta ao computador verificar se o endereo do destinatrio est contido no bloco de endereos que define sua prpria sub-rede.Limitaes do IP com classeQual a melhor classe para cada uma das redes abaixo?...2000 computadoresUniversidade A...200 computadoresInstituto B24Os endereos IP com classe implicam em um grande desperdcio de endereos. A classe mais utilizada at o incio dos anos 90 era a classes B. Todavia, quando a quantidade de prefixos disponveis nessa classe comeou a decair drasticamente com o crescimento da Internet, os prefixos classe C comearam a ser utilizados.

Para ilustrar como as classes implicam em desperdcio de endereos, e porque o uso das classes C foi prejudicial, considere o cenrio acima. Imagine que voc precisa conectar duas redes de tamanhos distintos, uma com 2000 computadores e outra com 200, utilizando a tecnologia IP.

O primeiro passo escolher um identificador de rede para cada uma das sub-redes. Para a sub-rede com duzentos computadores, uma identificador pertencente a classe C suficiente. A rede precisa de 200 endereos para os computadores e um endereo para Interface interna do roteador. Uma classe C possui 254 endereos unicast vlidos. Os 53 endereos restantes esto perdidos, pois eles no podem ser alocados a nenhuma outra rede. Para a rede com 2000 computadores, o desperdcio tende a ser muito maior. Duas solues possveis so utilizar uma classe B (nesse caso a perda de endereos seria na ordem de 63534). Ou oito prefixos de classes C, o que diminuiria a perda para 32 endereos, mas prejudicaria o desempenho da rede, como veremos a seguir.

Limitaes do IP com Classe253 computadoresUniversidade A253 computadoresOITO CLASSES C2024 endereos...2000 computadoresUniversidade AUMA CLASSE B65536 endereos......25A figura ilustra as duas opes para escolher as classes do identificador de rede para a sub-rede com 2000 computadores (Universidade). A direita, a opo de escolher uma classe B a mais simples. Utilizar uma classe B implica em que 65234 endereos seriam perdidos. Isto , eles ficariam reservados para uso pela matriz em uma expanso futura.

O lado esquerdo ilustra a opo de escolher oito classes C. O problema de adotar esta opo, que a matriz seria realmente dividida em diversas sub-redes que precisariam ser interconectados por um ou mais roteadores. Ou seja, a escolha de classes menores implica em um incmodo para o administrador de rede, pois ele precisa adaptar a topologia de sua rede a escolha dos identificadores. Outro problema mais significativo que o nmero de entradas na tabela de roteamento dos demais roteadores da Internet seria desnecessariamente maior. Enquanto basta uma entrada para representar a rede com o prefixo de classe B so necessrias oito entradas para representar a mesma rede com os prefixos de classe C.

Endereos IP sem classeClassless Inter-Domain Routing (CIDR)Introduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de rede em um endereo IP determinado.O CIDR adota o conceito de mscara de subrede de tamanho varivel, que permite definir prefixos de qualquer tamanhoVLSM (Variable Length Subnet Masking)IP (32 bits)Mscara de Subrede (32 bits)26A maneira como o tamanho do prefixo de rede de um endereo IP determinado foi alterado em 1993. A fim de flexibilizar a atribuio de endereos IP na Internet foi introduzido o conceito de CIDR (Classless Inter-Domain Routing).

Essa nova estratgia permite definir prefixos de qualquer tamanho, pela introduo do conceito de mscara de sub-rede. A mscara de sub-rede um nmero que acompanha um endereo IP e indica qual parte do endereo deve ser interpretado como um prefixo de rede. Em sua forma mais geral, uma mscara de sub-rede um nmero de 32 bits. Na forma mais compacta, a mscara de sub-rede apenas um nmero que indica quantos bits mais significativos do endereo IP devem ser usados como prefixo de rede. Essas formas de representao sero discutidas mais adiante neste captulo.

O conceito de mscara de sub-rede tambm referenciado na literatura como VLSM (Variable Length Subnet Masking). Este termo utilizado para distinguir do conceito de mscaras padronizadas para as classes A, B e C, que seriam representadas da seguinte forma:

Classe A: (prefixo de 8 bits) - mscara 255.0.0.0 ou /8Classe B: (prefixo de 16 bits) - mscara 255.255.0.0 ou /16Classe C: (prefixo de 24 bits) - mscara 255.255.255.0 ou /24Mscara de SubredeA Mscara de Subrede32 bits em notao decimal pontuada. bits 1 indicam o endereo da subrede bits 0 o endereo do host.Mscaras Default:classe A: 255.0.0.0 ou /8 ou11111111.00000000. 00000000. 00000000.classe B: 255.255.0.0 ou /16 ou11111111. 11111111. 00000000. 00000000.classe C: 255.255.255.0 ou /24 ou11111111. 11111111. 11111111. 00000000.27Em sua forma mais geral, a mscara de sub-rede um nmero de 32 bits, representado em notao decimal pontuada, de forma semelhante ao IP.

Como seu prprio nome diz, este nmero funciona como uma mscara para o IP, no sentido em que se fizemos um E lgico bit-a-bit entre um endereo IP e sua mscara, obteremos como resultado o prefixo de rede do endereo IP.

Para obter esse efeito, a mscara de subrede adota o seguinte princpio: se um bit da mscara 1, ento o bit correspondente no endereo IP pertence ao prefixo de rede. Se um bit da mscara de subrede 0, ento o bit correspondente pertence ao identificador de host.

A forma mais recomendada para utilizar a mscara de subrede fazer com que os bits mais significativos da mscara sejam iguais a 1. Nesse formato, uma mscara de subrede pode ser representado de forma compacta, utilizando o formato / seguido o tamanho do prefixo. Esse princpio ilustrado utilizando as mscaras default, na figura acima.

SubRedes200.0.0.0

(256 IPs)

200.0.0.255200.0.0.0/24200.0.0.0

(128 IPs)

200.0.0.127200.0.0.128

(128 IPs)

200.0.0.255200.0.0.0

(64 IPs)

200.0.0.63200.0.0.64

(64 IPs)

200.0.0.127200.0.0.0/26/24 = 255.255.255.0 /25 = 255.255.255.128 /26 = 255.255.255.192 /27 =255.255.255.224200.0.0.0(32 IPs)200.0.0.31200.0.0.32 (32 IPs) 200.0.0.63200.0.0.64/26200.0.0.0/25200.0.0.128/25200.0.0.0/27200.0.0.32/2728Na nomenclatura do IP, uma subrede corresponde a um bloco de endereos. Esses endereos devem ser atribudos, supostamente, a computadores conectados mesma LAN. O nome da subrede corresponde ao primeiro endereo do bloco, acompanhado pela mscara de subrede.

Por exemplo, a subrede de classe C 200.0.0.0/24 define um bloco de 256 endereos que vai de 200.0.0.0 at 200.0.0.255. O primeiro e ltimos endereos de um bloco no podem ser usados como unicast. O primeiro endereo usado para identificar a rede, e o ltimo significa um broadcast para o bloco.

As mscaras de tamanho varivel permitem definir redes de qualquer tamanho. Uma maneira de ilustrar esse conceito, mostrar como a subrede de classe C 200.0.0.0/24 pode ser transformado em vrios blocos de endereos independentes.

O processo de diviso de um bloco de endereos em subredes menores bastante simples. Cada vez que aumentamos o tamanho da mscara em 1 bit, criamos duas subredes com a metade do tamanho do bloco de endereos original. Por exemplo, a mscara /25 permite dividir a subrede 200.0.0.0/24 nas subredes 200.0.0.0/25 e 200.0.0.128/25, cada uma delas com 128 endereos. Observe que o ltimo endereo de cada bloco continua sendo sempre um broadcast para a subrede.SuperRedes200.0.0.0

(1024 IPs)

200.0.4.255200.0.0.0

(512 IPs)

200.0.1.255200.0.0.0/23/24 = 255.255.255.0 /23 = 255.255.254.0 /22 = 255.255.252.0 200.0.0.0(256 IPs)200.0.0.255200.0.1.0 (256 IPs) 200.0.1.255200.0.0.0/22200.0.0.0/24200.0.1.0/24200.0.2.0

(512 IPs)

200.0.3.255200.0.2.0/23200.0.2.0(256 IPs)200.0.2.255200.0.3.0 (256 IPs) 200.0.3.255200.0.2.0/24200.0.3.0/2429As mscaras de tamanho varivel permitem tambm agrupar subredes para formar superedes. O termo super-rede as vezes utilizado para designar o bloco de endereos formado pela agregao de subredes de tamanho menor.

Uma condio para criao das super-redes que os blocos de endereos que sero agrupados devem ser contguos. Por exemplo, considere 4 subredes pertencentes a classe C: 200.0.0.0/24, 200.0.1.0/24, 200.0.2.0/24 e 200.0.3.0/24. Observe que esses quatro blocos so contguos pois o ltimo endereo de um bloco seguido imediatamente pelo primeiro endereo do bloco seguinte.

O processo de agrupamento de subredes igualmente simples. Cada vez que diminumos o tamanho da mscara de subrede em 1 bit, criamos um super-rede que tem o dobro do tamanho da rede original.

Na prtica, o conceito de super-redes bastante til para diminuir o nmero de entradas nas tabelas de roteamento dos roteadores na Internet. Considere, por exemplo, o cenrio anterior no qual havamos atribudos 8 prefixos de classe C para uma Universidade com 2024 computadores. Utilizando o conceito de super-rede, toda a Universidade pode ser representado por um nico prefixo de tamanho /21.Mscaras em Notao Decimal PontuadaPor default, a mscara de uma rede classe C 255.255.255.0.11111111. 11111111. 11111111. 00000000.Para dividir a rede em 2 subredes, utiliza-se a mscara: 255.255.255.128 11111111. 11111111. 11111111. 10000000.Para dividir a rede em 4 subredes, utiliza-se a mscara: 255.255.255.192 11111111. 11111111. 11111111. 11000000.Para dividir a rede em 8 subredes, utiliza-se a mscara: 255.255.255.224 11111111. 11111111. 11111111. 11100000.Para dividir a rede em 16 subredes, utiliza-se a mscara: 255.255.255.240 11111111. 11111111. 11111111. 11110000.30As mscaras de subrede podem ser representadas em notao decimal pontuada, conforme mostra a figura acima. A mscara /25 corresponde a uma seqncia de 25 bits com valor 1, seguidos por 7 bits de valor 0. Os octetos da mscara que so formados apenas por nmeros 1 recebem a representao decimal 255. Como o ltimo octeto da mscara possui apenas um bit com valor 1, determina-se a representao decimal deste octeto calculando-se: 27 = 128. A mscara /25 em notao decimal pontuada torna-se 255.255.255.128.

Para a mscara /26, temos dois bits iguais a 1, sendo que a representao decimal do ltimo octeto 27 + 26= 128 + 64 = 192.

O mesmo princpio aplica-se para mscaras menores. Por exemplo, um mscara /17 possui os dois primeiros octetos completos e apenas um bit igual a um no penltimo octeto da mscara. Seu valor portanto: 255.255.128.0. Uma mscara /18 representado por 255.255.192.0.

Similarmente, um /9 representado por 255.128.0.0 e um /10 por 255.192.0.0. Pode-se definir mscaras ainda menores.

Como veremos adiante, uma mscara importante a /0, a qual corresponde a representao decimal 0.0.0.0. r250 computadores...subrede 2100 computadores...subrede1Exemplo de Atribuio de Endereosr3...50 computadoressubrede 3r1200.1.1.0/2431Para ilustrar como a estratgia CIDR beneficia ambos, a rede do usurio e os roteadores da Internet, considere o problema de atribuio de endereos IP para o cenrio ilustrado na figura.

Uma empresa deseja conectar-se a Internet, e para isso obteve junto as autoridades de registro de endereos da Internet o prefixo de rede 200.1.1.0/24. Apesar de ter recebido um nico prefixo, a empresa precisa interligar trs sub-redes, uma com 100 computadores e duas com 50 computadores.

O prefixo 200.1.1.0/24 corresponde a um bloco de 256 endereos, sendo, a princpio possvel conectar a todos os computares. Consideremos inicialmente, uma subdiviso desse bloco com um mscara /25. Teremos dois prefixos com 128 endereos:200.1.1.0/25 e 200.1.1.128/25.

O primeiro desses blocos suficiente para atender a subrede1, com 100 computadores. Para as duas subredes distantes, dividiremos novamente o prefixo 200.1.1.128 em dois blocos com 64 endereos:200.1.1.128/26 e 200.1.1.192/26r2......Exemplo de Atribuio de Endereosr3...subrede 3200.1.1.128/26r1200.1.1.0/24200.1.1.129200.1.1.130200.1.1.179subrede 2200.1.1.192/26200.1.1.193200.1.1.194200.1.1.243subrede 1200.1.1.0/25200.1.1.2200.1.1.101200.1.1.132A figura mostra como ficaria a distribuio dos endereos IPs aps a diviso em blocos. A diviso definiu 3 prefixos de rede:

subrede 1: 200.1.1.0/25 (128 endereos)Define a faixa de endereos unicast de 200.1.1.1 at 200.1.1.126subrede 3: 200.1.1.128/26 (64 endereos)Define a faixa de endereos unicast de 200.1.1.129 at 200.1.1.190subrede 2: 200.1.1.192/26 (64 endereos)Define a faixa de endereos unicast de 200.1.1.193 at 200.1.1.254

Em todas as subredes, a interface do roteador conectado a subrede recebe o primeiro endereo unicast do bloco. Os demais computadores recebem os demais endereos do bloco.

importante observar que os roteadores da Internet no precisam saber dessa diviso feita pela empresa. Os roteadores da Internet continuam a ver todas as trs subredes como uma nica rede com prefixo 200.1.1.0/24, cujo nico ponto de acesso o roteador r1.

Endereos IP especiaisNo podem ser atribudos a nenhuma estao:

Primeiro endereo do bloco de subredeIdentificador da subredeltimo endereo do bloco de subrede Broadcast para a subrede127.0.0.0/8: Bloco de endereos de loopback0.0.0.0: Identificador da InternetEndereo de Inicializao (DHCP)255.255.255.255: Broadcast para todas as redes224.0.0.0 at 239.255.255.255:Endereos de multicast

33Alm da classe D, que deve ser utilizada apenas para endereos de multicast, existem outros endereos IP que no podem ser utilizados no modo unicast, isto , como endereo de computadores individuais. Conforme vimos, independente do tamanho do prefixo de rede, o primeiro e o ltimo endereos de um bloco de endereos so sempre reservados. O primeiro endereo, juntamente com a mscara de subrede, utilizado para identificar a subrede. O ltimo endereos de um bloco sempre representa um broadcast para o bloco.

A IANA (Internet Assigned Number Authority), responsvel pela regulamentao de como os endereos IP so utilizados, definiu tambm que todo o bloco de endereos 127.0.0.0/8 (isto de 127.0.0.0 at 127.255.255.255) correspondem a endereos de loopback, isto , eles endeream processo internos ao computador e no podem ser utilizados para encaminhar pacotes pela rede. Experimente pingar qualquer endereo dessa faixa no seu computador, e voc ver que todos iro responder, pois eles representam o seu prprio computador.

O endereo 0.0.0.0, alm de representar a rede Internet, usado pelos computadores para informar que eles no tem um endereo IP vlido (por exemplo, durante o processo de inicializao via DHCP). Um pacote com o endereo de destino 255.255.255.255 representa broadcast para todas as subredes, independentemente do seu prefixo.

Loopback = Transmisso LocalOs pacotes IP com endereo de loopback no so enviados para camadas inferiores da pilha TCP/IP. Eles so tratados localmente pela prpria estao Recomendao do IETF: 127.0.0.0/8 reservado para loopbackTransporteRedeEnlaceFsicaprocessoAprocessoBporta Aporta B127.0.0.134Os endereos de loopback representam sempre uma comunicao no interior do sistema operacional do computador. Esses endereos indicam que o pacote no deve ser encapsulado pela camada de enlace, mas ser encaminhado diretamente para o outro processo, conforme ilustrado pela figura.

Em teoria, se voc fizer um ping para o seu prprio computador usando seu endereo unicast, o pacote deveria descer at a camada de enlace, para depois retornar para as camadas superiores. Os endereos de loopback eliminam esse problema, pois introduzem endereos com um comportamento especial.

Na prtica, os sistemas operacionais implementam um redirecionamento do pacotes enviados para o endereo de unicast do computador para o loopback, para evitar o desperdcio de colocar um pacote na rede, que ser lido pelo prprio computador.ARP: Address Resolution ProtocolO ARP faz a adaptao entre o Ethernet e o IP. O ARP encapsulado diretamente dentro do Ethernet.Todo computador, ao ter sua pilha IP (re)iniciada, envia um ARP request para seu prprio endereo para detectar endereos duplicados.

ARPREQUEST(broadcast)ARPREPLY(unicast)qual o MAC do IP 200.0.0.2 ?o MAC do IP 200.0.0.2 C200.0.0.3200.0.0.4200.0.0.2abcSWITCHSWITCHMAC destinoff:ff:ff:ff:ff:ff35A mensagem ARP request uma mensagem enviada em broadcast, isto , seu endereo MAC de destino FF.FF.FF.FF.FF. Todos os computadores que estiverem em uma mesma rede fsica recebem todas as mensagens de ARP Request enviadas. Isso ocorre mesmo que os computadores estejam ligados em um Switch. Os computadores que recebem a mensagem ARP mas no possuem o endereo IP solicitado ignoram a mensagem. Somente o computador com o IP solicitado envia o ARP Reply em unicast.

O protocolo ARP possui os seguintes campos principais:

Tipo de Hardware: especifica a tecnologia da camada de Enlace. Atualmente vrias opes so suportadas, como Ethernet, ATM, FrameRelay e HDLC.Tipo de Protocolo: especifica a tecnologia da camada de Rede. No caso a arquitetura TCP/IP, o protocolo IPv4.Tamanho do Endereo de Hardware: 6 bytes no caso do MACTamanho do Endereo de Protocolo: 4 bytes para o IPv4Tipo de Mensage: Arp Request e Arp Reply, entre outras.Endereo de Hardware do Transmissor: MAC do transmissorEndereo de Protocolo do Transmissor: IP do transmissorEndereo de Hardware do Alvo: MAC que precisa ser descobertoEndereo de Protocolo do Alvo: IP do computador de destinoARP Inundao de BroadcastO protocolo ARP utiliza mensagens em broadcast que tem alto impacto na carga total na rede.Para reduzir o trfego total de ARP, os dispositivos que hospedam o protocolo IP utilizam uma cache, visvel pelo comando: arp -aARP Cacheendereo IPendereo MACtipo200.0.0.100:60:08:16:85:B3dinmico200.0.0.300:60:08:16:85:cadinmico

36O envio de mensagens em broadcast altamente prejudicial ao desempenho da rede. Na presena desse tipo de mensagem, os switches se comportam de forma idntica aos Hubs, ou seja, uma mensage ARP recebida em uma porta transmitida para todas as demais.

Uma rede com muitos computadores pode apresentar um alto nvel de mensagens em broadcast. Essas mensagens provocam o congestionamento da rede, e levam ao natural decrscimo no desempenho da rede.

Alm disso as mensagens em broadcast no so filtradas pelas interfaces de rede dos computadores, e seu contedo precisa ser interpretado pela CPU do computador, roubando tempo de processamento das aplicaes dos usurios.

Para reduzir a quantidade de mensagens ARP geradas, uma processo de cache utilizado. Todo endereo MAC descoberto armazenado na cache ARP, com um certo tempo de vida (geralmente 5 minutos). Antes de enviar uma mensagem ARP, o sistema operacional consulta a cache, e s envia a mensagem caso no encontre o endereo IP do destinatrio nessa tabela.ARP e RoteamentoRoteadores respondem, mas no propagam broadcast.Isso implica que no possvel localizar o endereo MAC de algum computador situado do outro lado de um roteador....intra-redeinter-redeSWITCHSWITCH37Por default, as mensagens em broadcast no atravessam roteadores. Apesar de ser possvel configurar roteadores para encaminharem mensagens em broadcast, isto no feito (certamente no pelos roteadores da Internet).

Dessa forma, as mensagens ARP no atravessam roteadores, e um computador no capaz de determinar o endereo MAC de um computador que esteja localizado em uma outra rede fsica. Na verdade, ele no precisa. Quando um computador constri um quadro, ele s ir tentar localizar o endereo MAC do destinatrio caso ele possua o mesmo prefixo de rede que ele. Se ele possuir um outro prefixo de rede, o quadro dever ser encaminhado para um roteador.

Dessa forma, uma mensagem ARP ainda enviada, mas no para localizar o MAC do computador de destino, mas para localizar o MAC do roteador.RoteamentoComunicao intra-redeOs endereo FSICO de destino o endereo MAC do computador de destino. Comunicao inter-redesO endereo FSICO de destino o endereo MAC do roteador ligado a mesma rede fsica que a estao transmissora.IP ORIGEMIP DESTINODADOS

MAC ORIGEMMAC DESTINOIP ORIGEMIP DESTINODADOS

MAC ORIGEMMAC ROTEADORINTRA-REDEINTER-REDES38A maneira como o computador constri um quadro depende da comunicao ser intra-rede ou inter-rede.

Se a comunicao intra-rede, o computador determina o endereo MAC do destinatrio utilizando o protocolo ARP, e constri um quadro com o endereo fsico de destino endereando diretamente o destinatrio.

Se a comunicao inter-rede, o computador determina o endereo MAC do roteador da sua rede, tambm utilizando o protocolo ARP, e constri um quadro com o endereo fsico do roteador, ao invs do endereo fsico do destinatrio.

Em ambos os casos, o endereo IP de destino sempre o do computador para quem o pacote deve ser enviado. Outro aspecto importante, que o IP do roteador nunca aparece nos pacotes.Comunicao Inter-RedesO endereo IP de origem e de destino se mantm os mesmos durante todos os saltos de um pacote atravs de vrios roteadores.O endereo MAC modificado para enderear os elementos participantes de cada salto.IPaIPdIPbIPcb b acIPa IPd d cIPa IPdroteador

af39Durante o processo de encaminhamento de um pacote, numa transmisso inter-redes, os endereos MAC de origem e destino so alterados de maneira a refletir o enlace por onde o quadro est sendo encaminhado. A tecnologia Ethernet nem sempre utilizado nos enlaces ponto a ponto dos roteadores, mas nesse exemplo, vamos supor que todos os enlaces so Ethernet.

No exemplo da figura, o emissor encaminha o primeiro quadro para o endereo MAC do roteador 1 (MAC2). Quando o roteador 1 encaminha o quadro para o roteador 2, os endereos fsicos de origem e destino so respectivamente MAC3 e MAC4 . Quando o roteador 2 entrega o quadro para o receptor, os endereos fsicos de origem e destino so, respectivamente, MAC5 e MAC6.

Observe que o emissor no precisa conhecer o endereo MAC do destinatrio, e que o receptor, ao receber o quadro, no sabe qual o endereo MAC do transmissor. Numa comunicao inter-redes, so os endereos IPs os responsveis por pelo endereamento fim-a-fim. Os endereos fsicos so responsveis pelos endereamentos no interior dos enlaces.Tabela de RoteamentoFORMATO GERAL

REDE DESTINO: 200.1.2.0 255.255.255.0 GATEWAY ou NEXT-HOP: 200.1.2.1INTERFACE: eth0 ou 200.1.2.5CUSTO: 1200.1.2.0

200.1.2.255ENDEREO DE BASEPROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de qualquer endereo da rede com a mscara resulta sempre no endereo de base.200.1.2.0/2440Durante o processo de transmisso de um pacote por uma rede WAN, tanto os computadores quanto os roteadores precisam determinar se um pacote pode ser entregue diretamente, ou se deve ser encaminhado para outro roteador. Tambm preciso conhecer o endereo IP dos roteadores neste processo. O processo de encaminhamento de pacotes IP denominado roteamento.

Todas as informaes necessrias para um computador ou roteador executar a operao de roteamento esto contidas em uma tabela, denominada tabela de roteamento.

Uma tabela de roteamento contm mltiplas entradas, cada uma delas correspondendo as redes que um computador ou roteador tem acesso. Cada uma dessas estradas composta por quatro campos:

Rede de destino: identifica um destino acessvel pelo computador ou roteadorGateway: identifica para qual (interface de) roteador o pacote deve ser encaminhado para chegar a rede de destino.Interface: indica por qual das interfaces do dispositivo o pacote deve ser enviado. A interface pode ser identificada por um endereo IP ou por um nome lgico, dependendo do sistema operacional do dispositivo.Custo: permite criar classificar mltiplos caminhos para um mesmo destino.Rede de DestinoFormada por um endereo de base e uma mscara de subrede. Exemplos:

200.134.51.0 (MASCARA 255.255.255.0):Rota para os computadores:200.134.51.0 a 200.134.51.255200.134.0.0 (MASCARA 255.255.0.0): Rota para os computadores:200.134.0.0 a 200.134.255.255.200.134.51.6 (MASCARA 255.255.255.255): Rota para o computador:200.134.51.6.0.0.0.0 (MASCARA 0.0.0.0)Rota para todos os computadores0.0.0.0 at 255.255.255.25541Uma rede de destino pode ter mltiplos tamanhos. Ela pode ser to grande quanto a Internet (0.0.0.0/0), ou to pequena quanto um simples computador (200.134.51.6/32).

Uma rede de destino sempre descrita por um endereo de base (o primeiro endereo de um bloco de endereos) e um mscara de subrede, que determinar o tamanho do bloco. Por exemplo, a rede 200.134.51.0/24 (isto , com mscara 255.255.255.0) define um bloco de endereos que vai de 200.134.51.0 at 200.134.51.255.

Quando um computador ou roteador precisa encaminhar um pacote, ele procura uma entrada na tabela de roteamento cujo campo rede de destino represente um bloco que contm o endereo de destino do pacote. Se a operao E lgico bit-a-bit entre o endereo de destino e a mscara da rede de destino resultarem no endereo de base da rede, ento, o endereo pertence ao bloco. Se no, o computador ou roteador ir testar uma nova entrada na tabela.

Por exemplo, se pegarmos o endereo 200.134.51.34 e fizermos um E lgico com 255.255.255.0 (isto , zerarmos os ltimos 8 bits) obteremos 200.134.51.0.

Exemplo de Tabelas de Roteamentoroteador 1roteador 2INTERNETREDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/24200.17.98.1200.134.51.110.0.0.1/3010.0.0.2/30200.134.51.25AB42Para ilustrar o conceito das tabelas de roteamento, considere o cenrio mostrado pela figura. Todos os dispositivos presentes na figura, isto , os computadores e os roteadores possuem tabelas de roteamento.

A princpio, todas as tabelas de roteamento devero possuir trs entradas, uma para cada rede mostrada na figura. As redes so:

200.17.98.0/24, 200.134.51.0/24 e 0.0.0.0/0

O enlace entre os roteadores 1 e 2 tambm uma rede, mas geralmente, no vale a pena represent-la na tabela de roteamento, uma vez que possvel acessar aos roteadores pelas outras interfaces. De fato, no caso de um enlace ponto-a-ponto, pode-se utilizar endereos no nicos, do tipo privado. Como vermos adiante no curso, a IANA define como endereos privados alguns prefixos de rede, que podem ser usados livremente sem necessidade de registro junto as autoridades. Os endereos privados no so roteveis na Internet, isto , os roteadores da Internet no possuem rotas para endereos privados.

A mscara /30 ideal para atribuir endereos a enlaces ponto-a-ponto, pois ela define um bloco com apenas 4 endereos (sendo apenas dois endereos de unicast).Tabela do computador BRede DestinoGatewayInterfaceCusto200.134.51.0/24no temeth0 ou 200.134.51.251200.17.98.0/24200.134.51.1eth0 ou 200.134.51.2510.0.0.0/0200.134.51.1eth0 ou 200.134.51.251roteador 1200.134.51.25B200.134.51.1eth0200.134.51.0/2443A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do computador B. A tabela possui trs entradas, uma para cada rede acessvel pelo computador.

A primeira rota indica como o computador deve proceder para encaminhar pacotes para a sua prpria rede. Neste caso, como o campo gateway no necessrio. Muitos sistemas operacionais representam a condio de encaminhamento para rede local de formas diferentes. O Windows Vista, por exemplo, indica sem vnculo nesse campo. O Linux, utilizar 0.0.0.0 para indicar que o gateway no necessrio.

O campo interface nesse caso, idntico para todas as entradas da tabela uma vez que computador possui apenas uma interface de rede. Novamente, a forma de representao desse campo bastante varivel. O nome lgico eth0 comumente utilizado pelo Linux para designar a primeira (ou nica) interface de rede do tipo Ethernet do computador. O sistema Windows Vista, por outro lado, utiliza o endereo IP da interface nesse campo.

O custo neste caso sempre 1, pois no existem caminhos alternativos para as redes listadas na tabela. Nesse caso, qualquer valor de custo seria vlido.Seqncia de Anlise da Rota1) Da rota mais especfica para a mais genricaROTA MAIS ESPECFICA: ROTA COM MENOS ZEROS NA MSCARA2) Da rota com menor custo para a de maior custo3) Deciso dependente de implementao

Consequencia: O significado de uma rede de destino na tabela de roteamento :A rede indicada pelo endereo, menos todas as redes menores.

44Se analisarmos a tabela de roteamento do computador B, encontraremos um problema de conflito, pois a rede Internet engloba as outras duas redes. Isto , qualquer endereo de destino que seja testado pelo computador estar contido na rota para rede Internet, inclusive os endereos locais.

Felizmente, esse problema no ocorre, pois existe uma conveno sobre ordem em que as entradas da tabela de roteamento devem ser testadas. Essa conveno baseada em duas regras importantes e uma opcional.

A primeira regra diz que uma rota mais especfica deve ser sempre testada antes de uma rota menos especfica. Por esse conceito, a rota para Internet sempre a ltima a ser testada. Por exemplo, a rota para 200.134.51.0/24 deve ser testada sempre antes da rota 0.0.0.0/0, pois ela representa um bloco de endereos menor.

A segunda regra diz que se houver empate em relao ao tamanho da mscara, o campo de custo deve ser utilizado. Nesse caso, uma rota de custo menor deve ser sempre testada primeiro.

A terceira regra simplesmente uma forma de desempate para as duas primeiras regras, e pode ser implementada de diferentes formas de acordo como o desenvolvedor do sistema operacional.

Tabela do Roteador 1Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.134.51.0/24no tem200.134.51.10200.17.98.0/24no tem200.17.98.100.0.0.0/010.0.0.210.0.0.11roteador 1roteador 2REDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/24200.17.98.1200.134.51.110.0.0.1/3010.0.0.2/30REDE 0.0.0.0/045A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do roteador 1.

As duas primeiras rotas so ditas rotas locais, pois o roteador possui uma de suas interfaces diretamente conectada a uma dessas redes. Novamente, nesses casos, nenhum gateway necessrio. Em muitos sistemas, as rotas locais so indicadas com custo 0, pois sabe-se que no pode existir uma rota alternativa com custo mais baixo.

Para que o roteador 1 possa encaminhar um pacote para Internet, ele precisa envi-lo para o roteador 2. Isto indicado pela terceira regra da tabela.Tabela do Roteador 2Rede Destino10.0.0InterfaceCusto200.134.51.0/2410.0.0.110.0.0.21200.17.98.0/2410.0.0.110.0.0.210.0.0.0/010.0.0.610.0.0.51roteador 1roteador 2REDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/24200.17.98.1200.134.51.110.0.0.1/3010.0.0.2/30INTERNET10.0.0.5/3010.0.0.6/3046A figura ilustra como seria a tabela de roteamento do roteador 2.

Observe como foram definidos os endereos IP dos enlaces que conectam o roteador 2 com o roteador 1 e com o roteador do provedor de acesso a Internet. O endereos dos roteadores conectados a um mesmo enlace precisam necessariamente possuir o mesmo prefixo de rede.

O enlace do roteador 2 com o roteador 1 corresponde a pequena rede 10.0.0.0/30. A mscara /30 possui apenas 2 bits para identificar os hosts e corresponde, portanto, a um bloco de apenas 22=4 endereos: 10.0.0.0 a 10.0.0.3. Como o primeiro e ltimos endereos do bloco no podem ser usados, os roteadores receberam os endereos 10.0.0.1 e 10.0.0.2. A mscara /30 recebe a representao 255.255.255.252 em notao decimal pontuada.

De maneira similar, o enlace entre o roteador 2 e o roteador do provedor da Internet corresponde a rede 10.0.0.4/30, que compreende os endereos 10.0.0.4 a 10.0.0.7.

Rota Default e Gateway DefaultRede DestinoGatewayInterfaceCusto200.134.51.0/24no temeth0 ou 200.134.51.251200.17.98.0/24200.134.51.1eth0 ou 200.134.51.2510.0.0.0/0200.134.51.1eth0 ou 200.134.51.251roteador 1200.134.51.25B200.134.51.1eth0200.134.51.0/24O roteador 1 o gateway default para a rede 200.134.51.1 pois ele o caminho para todas as demais redes47Em muitos sistemas operacionais, comum que o usurio tenha que fornecer um endereo IP denominado gateway ou roteador padro. Na prtica, o termo gateway padro usado para designar o roteador que d acesso a Internet. Normalmente, este roteador o nico roteador que precisa ser conhecido pelo computador.

A tabela de roteamento do computador gerada automaticamente a partir de trs informaes bsicas: O IP do computador, a mscara de subrede e o gateway padro.

Por exemplo, a primeira entrada da tabela de roteamento do computador B corresponde a rota para sua rede local. Ela definida fazendo-se um E lgico entre o IP 200.134.51.25 e a mscara de subrede /24, resultado no identificador de rede do computador 200.134.51.0/24.

A terceira entrada da tabela de roteamento criado a partir da informao sobre o gateway padro. Essa rota costuma ser referenciada como rota padro (ou default) e a rota para Internet.

A segunda entrada na tabela de roteamento desnecessria, pois pode-se considerar que a rede 200.17.98.0/24 faz parte da Internet, uma vez que ela acessada pelo mesmo roteador. Essa rota pode ser eliminada. Mltiplas Rotas e CustosRede DestinoGatewayInterfaceCusto0.0.0.0/010.0.0.610.0.0.51 (10)0.0.0.0/010.0.0.210.0.0.12 (2)200.134.51.0/2410.0.0.610.0.0.52 (11)200.134.51.0/2410.0.0.210.0.0.11 (1)200.17.98.0/24No tem200.17.98.10R1R2INTERNETREDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/2410.0.0.1/3010.0.0.2/30R310 Mbps100 Mbps100 Mbps10.0.0.5/3010.0.0.6/3048As tabelas de roteamento permitem representar mais de uma rota para um mesmo destino. Quando o sistema operacional encontra duas entradas para o mesmo destino, ele sempre selecionar a rota de menor custo. Rotas que no sejam as de menor custo s so consideradas em caso de falha da rota principal, que ocorre, por exemplo, devido ao rompimento de um enlace ou falha no hardware ou software de um roteador.

Existem basicamente duas estratgias para definir custos. primeira baseado na contagem do nmero de saltos (isto , passagens por um roteador) que um pacote dever percorrer at chegar a rede de destino. Esse estratgia, apropriada apenas em ambientes onde as velocidades dos enlaces so muito similares.

A segunda estratgia consiste em atribuir custos para os enlaces de maneira inversamente proporcional a sua velocidade. Geralmente, o custo do enlace calculado dividindo-se a maior velocidade de enlace de toda a rede pela velocidade do enlace. Na figura, por exemplo, os enlaces de 100Mbps teriam custo 1 e o enlace de 10Mbps teriam custo 10.

A tabela mostrada na figura corresponde ao roteador 1. Os valores de custo sem parnteses foram calculados em hops e os entre parnteses usando a velocidade dos enlaces.Roteamento com Subredes roteador 1roteador 2REDE 200.1.2.128/25REDE 200.1.2.0/25200.1.2.1200.1.2.12910.0.0.1/3010.0.0.2/30200.1.2.130AB200.1.2.2INTERNET10.0.0.5/3010.0.0.6/3049Nos exemplos anteriores foram considerados apenas redes com mscaras padro, isto , mascaras cujo tamanho multiplo de 8 bits.

Vamos agora considerar a construo de tabelas de roteamento com mscaras de tamanho varivel. Nesse caso, suponha que roteador um conecta duas subredes formadas pela partio de um bloco de endereos de classe C: 200.1.2.0/24.

A partio do bloco classe C gerou duas subredes de tamanho idntico (128 endereos):

200.1.2.0/25 (com endereos entre 200.1.2.0 e 200.1.2.255)200.1.2.128/25 (com endereos entre 200.1.2.128 e 200.1.2.255)

importante notar, nesse caso, que o roteador 2 no precisa levar em conta a diviso do bloco C em duas subredes. Como o caminho para chegar as duas sub-redes idntico, isto , passar pela interface 10.0.0.1 do roteador 1, basta uma nica rota para enderear as duas redes. As tabelas de roteamento para este cenrio esto ilustradas na seqncia deste captulo.Tabelas de RoteamentoRede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/25no tem200.1.2.200.0.0.0/0200.1.2.1200.1.2.21Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/25no tem200.1.2.10200.1.2.128/25no tem200.1.2.12900.0.0.0/010.0.0.210.0.0.11Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/2410.0.0.110.0.0.210.0.0.0/010.0.0.610.0.0.51Computador ARoteador 1Roteador 250A tabela correspondente ao computador A utiliza o conceito de rota padro. Como a maioria dos computadores, o computador possui apenas duas rotas: uma rota para sua rede local e outra para Internet.

O roteador 1 possui trs rotas, duas locais e uma para Internet.

O roteador 2 possui apenas duas rotas, uma rota para subrede 200.1.2.0/24 e outra para Internet. Observe que o roteador 2 no precisa conhecer a subdiviso feita sobre o bloco de endereos classe C. Tudo o que ele precisa saber que se o endereo de destino estiver compreendido entre 200.1.2.1 e 200.1.2.254 ele dever enviar o pacote para a interface 10.0.0.1 do roteador 1.

Cabe ao roteador 1, nesse caso, decidir para qual das subredes (200.1.2.0/25 ou 200.1.2.128/25) o pacote dever ser enviado.

Esse processo de agregao de rotas muito importante para o desempenho da Internet. Ele permite esconder dos roteadores da Internet as inmeras subdivises em redes feitas dentro de empresas e provedores de acesso a Interent.ConclusoEndereamento baseado em classes

Endereamento sem classes (CIDR e VLSM)

ARP (Address REsolution Protocol)

Tabelas de roteamento

Agregao de rotas51Neste captulo vimos como a interpretao dos endereos IP foi alterado pelo IANA nos anos 90. No modelo inicial, dito com classes, o tamanho do prefixo de rede era determinado pelos primeiros bits do prprio endereo IP, e apenas trs tamanhos de rede estavam disponveis. No modelo atual, dito sem classe (ou CIDR), o tamanho do prefixo de um endereo independe de seu valor, e determinado por um outro nmero denominado mscara de subrede que deve acompanhar cada endereo IP. As mscaras de subrede podem definir qualquer tamanho de prefixo e, por isso, recebem a denominao de VLSM (Variable Length Subnet Mask).

A integrao entre o protocolo IP e a camada de enlace subajacente feita com o auxlio do protocolo ARP (Address Resolution Protocol). Este protocolo responsvel por descobrir o endereo MAC do host de destino a partir do endereo IP. Por ser baseado em broadcast, o ARP um dos grandes viles do desempenho da rede e uma das motivaes para introduo do conceito de VLANs que ser estudado mais adiante no curso.

Finalmente, vimos que todos os elementos envolvidos numa comunicao IP (computadores e roteadores) possuem tabelas de roteamento. Vimos tambm que o conceito de VLSM permite agregar rotas para diminuir o nmero de entradas nas tabelas dos roteadores da Internet.

10000000 00001010 00000010 00011110

2726252423222120

2726252423222120

2726252423222120

2726252423222120

27=128

23+21=10

21=2

24+23+22+21=30

128.10.2.30

notao decimal pontuada

notao binria