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Introdução as Redes TCP/IP Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR Roteamento com CIDR Edgard Jamhour

Introdução as Redes TCP/IP Roteamento com CIDR Edgard Jamhour

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  • Introduo as Redes TCP/IP

    Roteamento com CIDREdgard Jamhour

    Edgard Jamhour

    LAN = Redes de Alcance LocalExemplo: Ethernet II no ComutadaABarramento = Broadcast FsicoTransmitindoESCUTANDOquadros na fila de esperaBADADOS CRC.quadroBCESCUTANDO

    Edgard Jamhour

    Quadro ou Frame do Ethernet II :Menor estrutura de informao transmitida atravs de uma rede local.BADADOS CRCFECHOCABEALHOENDEREO (FSICO) DE DESTINOENDEREO (FSICO) DE ORIGEMTIPO

    Edgard Jamhour

    Endereo Fsicos = MACEndereos Fsicos = MACNo Ethernet, os endereos fsicos so definidos pelo padro IEEE 802Cdigo do FrabricanteNmero deSrieDuas formas de definio de endereos MAC

    Endereos administrados localmente Definidos pelo administrador da rede.

    Endereos universais Definidos pelo fabricante.

    Edgard Jamhour

    Hub = Broadcast FsicoHubs ou concentradores so dispositivos que simulam internamente a construo dos barramentos fsicos.A123hubBC

    Edgard Jamhour

    Switch = Ethernet ComutadaA utilizao de switches permite colocar o Ethernet em modo comutado.PORTA

    1

    COMPUTADOR

    A

    A123(1)(2)(2)switchBCEstado inicialPORTA

    COMPUTADOR

    Aps a transmisso de APORTA

    13COMPUTADOR

    ACAps a transmisso de CA123(3)(4)switchBC

    Edgard Jamhour

    Porta do Switch = Domnio de ColisoCada porta do switch define um domnio de coliso. Isto , s possvel haver coliso entre os computadores conectados a uma mesma porta.A123switchhubBCDhubEFGTabela de EncaminhamentoPORTA

    123

    COMPUTADOR

    A,B,CD,E,FG

    Edgard Jamhour

    Cascateamento de SwitchesApesar de melhorar significativamente o desempenho da rede, os Switches ainda apresentam limitao de escala.Switch 1PORTA

    1234COMPUTADOR

    D,E,F,G,H,IABCABCswitch1243DEFGHI5switch12435switch12435Switch 2PORTA

    12345COMPUTADOR

    A,B,CDEFG,H,ISwitch 3PORTA

    2345COMPUTADOR

    GHIA,B,C,D,E,F

    Edgard Jamhour

    WAN = Redes de Grande AbrangnciaA interligao de LANs atravs de roteadores permite interligar um nmero ilimitado de computadores em distncias arbitrariamente grandes.Roteador1Roteador3LAN

    LANswitchswitchswitchWANRoteador2LAN

    LAN

    rede 1rede 2rede 3123123132Tabela de RoteamentoPORTA

    123

    Rede

    Rede 3Rede 1Rede 2

    Outros Dados

    .....

    Edgard Jamhour

    QUADRO E PACOTEPacote = Unidade de Informao na WANOs pacotes so transportados no interior dos quadros.CRCDADOSDESTINOORIGEMDESTINOORIGEMPACOTE = Transporte na WANQUADRO = Transporte na LANENDEREO FSICO: definidos pelo EthernetENDEREO DE REDE: definidos pelo IP

    Edgard Jamhour

    Rede = Bloco de EndereosO agrupamento de computadores em redes permite reduzir a quantidade de informaes na memria do roteador.SWITCHSWITCHacREDE 1REDE 2xyREDE1.1REDE1.2REDE1.3zmREDE2.1zse REDE1... envie para xse REDE2 ... envie para ymREDE3.3REDE2.2eyREDE3.3REDE2.2bdREDE2.2eREDE2.3fSWITCHhREDE 3se REDE1 ou REDE2... envie para z

    Edgard Jamhour

    Internet = Topologia WANEndereos de Rede definidos pelo Protocolo IPGateway ou roteadorLAN = Rede Fsica

    Edgard Jamhour

    Endereos IPEndereos de 32 bits representados em notao decimal pontuada

    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

    Edgard Jamhour

    Interpretao do endereo IPPrefixo (Identificador de Rede) = parte mais significativa do endereo Sufixo (Identificador de HOST) = parte menos significativa do endereoLAN = Rede FsicaLAN = Rede FsicaLAN = Rede FsicaEndereo IP = 32 BitsID RedeID HOSTMesmo ID de host em toda LANCada LAN precisa ter um ID de Rede diferente

    Edgard Jamhour

    Quantos bits identificam a rede e quantos identificam o host?Modelo antigo: Endereamento com classesO tamanho do prefixo definido pela faixa ao qual o endereo pertenceID RedeID HOST1234

    Edgard Jamhour

    Endereos IP com ClasseExemplos de ClasseO endereamento com classes permitia apenas 3 tamanhos de redeABC1677721665536256...10.0.0.0 a 10.255.255.255...172.68.0.0 a 172.168.255.255...200.134.51.0 a 200.134.51.255

    Edgard Jamhour

    Exemplo de atribuio de endereos IPDuas redes classe C interconectadas por um roteadorroteador200.0.0.2identificador de redeidentificador do host200.0.0.3200.0.0.4200.0.0.5200.0.0.1200.0.1.1200.0.1.2200.0.1.3200.0.1.4200.0.1.5sub-rede200.0.0sub-rede200.0.1o roteador possui um endereo em cada rede

    Edgard Jamhour

    Limitao do modelo com classesA falta de flexibilidade na definio dos tamanhos da rede leva a grandes desperdcios...2000 computadoresUniversidade A...200 computadoresInstituto B

    Edgard Jamhour

    Limitaes do IP com ClasseSolues para criao de uma rede com 2000 computadoresCriar mltiplas redes classe CCriar uma rede classe B253 computadoresUniversidade A253 computadoresOITO CLASSES C2024 endereos...2000 computadoresUniversidade AUMA CLASSE B65536 endereos......

    Edgard Jamhour

    CIDR: Endereos IP sem classeCIDR = Classless Inter-Domain RoutingO CIDR adota o conceito de mscara de subrede de tamanho varivel, que permite definir prefixos de qualquer tamanhoIntroduzido em 1993, modificou a forma como o tamanho do prefixos de rede em um endereo IP determinado.

    Tambm conhecido como VLSM (Variable Length Subnet Masking)Endereo IP (32 bits)Mscara de Subrede (32 bits)

    76543210RRRRRRRR

    76543210RRRRHHHH

    76543210HHHHHHHH

    Edgard Jamhour

    Formas de represntao da mscara de subredeNotao decimal pontuadaNotao compacta 32 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.

    Edgard Jamhour

    Mscaras em Notao Decimal PontuadaDiviso em sub-redesCada bit de host trocado de 0 para 1 divide a rede em duas subredes de mesmo tamanho.Por 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.

    Edgard Jamhour

    Diviso em sub-redesAumentar a mscara de sub-rede em 1 bit divide o bloco de endereos ao meio200.0.0.0

    (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) 200.0.0.63200.0.0.64/26200.0.0.0/25200.0.0.128/25200.0.0.0/27200.0.0.32/27

    Edgard Jamhour

    SuperRedesAgregao em super redesDiminuir o tamanho da mscara de sub-rede em 1 bit cria uma super rede com o dobro do nmero de endereos (contguos).200.0.0.0

    (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) 200.0.3.255200.0.2.0/24200.0.3.0/24

    Edgard Jamhour

    Endereos IP especiaisEndereos IP EspeciaisNo podem ser atribudos a nenhuma estaoPrimeiro endereo do bloco = Identificador da sub-redeexemplo 200.1.1.128/25

    2) ltimo endereo do bloco = Broadcast para a sub-redeexemplo 200.1.1.127/25

    3) Bloco de endereos de loopback127.0.0.0/8

    4) Endereo de Inicializao (DHCP)0.0.0.0

    5) Broadcast para todas as redes255.255.255.255

    Edgard Jamhour

    Loopback = Transmisso LocalLoopback = Transmisso InternaOs pacotes IP com endereo de loopback no so enviados para camadas inferiores da pilha TCP/IP. TransporteRedeEnlaceFsicaprocessoAprocessoBporta Aporta B127.0.0.1Recomendao do IETF: 127.0.0.0/8 reservado para loopback

    Edgard Jamhour

    Exemplo de atribuio de endereosDividir um bloco de endereos classe C (/24) em trs subredesr250 computadores...subrede 2100 computadores...subrede1r3...50 computadoressubrede 3r1200.1.1.0/24

    Edgard Jamhour

    Diviso do bloco nico (/24) em trs sub-redesO nmero de endereos de cada bloco dado por: 2 (32-mscara)200.1.1.0

    (256 IPs)

    200.1.1.255200.1.1.0/24200.1.1.0

    (128 IPs)

    200.1.1.127200.1.1.0/25200.1.1.128

    (128 IPs)

    200.1.1.255200.1.1.128/25200.1.1.128

    (64 IPs)

    200.1.1.255200.1.1.128/26200.1.1.192

    (64 IPs)

    200.1.1.255200.1.1.192/26

    Edgard Jamhour

    Exemplo de Atribuio de EndereosCada LAN recebe endereos de uma sub-rede diferenter2......r3...subrede 3

    200.1.1.128/26r1200.1.1.0/24200.1.1.129200.1.1.130200.1.1.179subrede 2

    200.1.1.192/26200.1.1.193200.1.1.194200.1.1.243200.1.1.0/25

    subrede 1200.1.1.2200.1.1.101200.1.1.1

    Edgard Jamhour

    Filtragem de EndereosFiltragem de endereos MACA placa de rede repassa informaes para a cada superior apenas em trs situaes: unicast coincidente, multicast coincidente ou broadcastMACFSICAREDEIP = 200.1.2.3MACD = PLACA DE REDE LOCALMACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF)MACD = MULTICAST (01.00.5E. 0. 0. 5)MACDMACODADOSCRCINTERRUPOIPDIPOMulticast IP = 224.0.0.5

    Edgard Jamhour

    ARPMapeamento de endereos IP e MAC feito atravs do protocolo ARP (Address Resolution Protocol)ABCARPREQUESTARPREPLYqual o MAC do IP 200.0.0.2 ?o MAC do IP 200.0.0.2 C ?200.0.0.3200.0.0.4200.0.0.2

    Edgard Jamhour

    RoteamentoComunicao Intra-redes e Inter-redesO ARP funciona de forma diferente para localizar endereos que estejam na mesma rede que o host transmissor (intra-rede) ou em outra rede (inter-rede)REDEinternetREDEREDEREDEARP RequestComunicao Intra-redeARP RequestComunicao Inter-redes

    Edgard Jamhour

    RoteamentoMAC do Destinatrio sempre algum que est na mesma rede local que o transmissorIP ORIGEMIP DESTINODADOS

    MAC ORIGEMMAC HOST DESTINOIP ORIGEMIP DESTINODADOS

    MAC ORIGEMMAC ROTEADORINTRA-REDEINTER-REDESComunicao 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.

    Edgard Jamhour

    Endereo MAC = Enlace e Endereo IP = RedeO endereo MAC aponta para o destino do prximo salto (no mesmo enlace) e o endereo IP aponta para o destino final na rede.IPAIPDIPBIPCABD B ACIPA IPD D CIPA IPD

    Edgard Jamhour

    Tabela de RoteamentoTabela de RoteamentoExistem em todos os computadores e roteadores da rede (e qualquer outro dispositivo que atue na camada 3 ou superior).200.1.2.0

    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.200.1.2.0/24

    Edgard Jamhour

    Exemplo de Tabelas de RoteamentoExemplo:Cada elemento da rede precisa saber para onde enviar seus pacotes a fim de entreg-los ao destino final.roteador 1roteador 2INTERNETREDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/24200.17.98.1200.134.51.110.0.0.1/3010.0.0.2/30200.134.51.25AB

    Edgard Jamhour

    Tabela do computador BTabela de roteamento do computador Broteador 1200.134.51.25200.134.51.1eth0200.134.51.0/24B

    Rede 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 200.134.51.251

    Edgard Jamhour

    Seqncia de Anlise da RotaCritrios de desempate das rotasUtilizado quando mais de uma linha da tabela aponta para redes de destino que incluem o endereo para onde o pacote ser enviado.DA ROTA MAIS ESPECFICA PARA A ROTA MAIS GENRICA

    ROTA MAIS ESPECFICA =ROTA COM MENOS ZEROS NA MSCARAROTA COM A MAIOR MSCARA DE SUBREDE

    2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO

    3) INTERNO AO SISTEMA

    EXEMPLO: ORDEM DAS ROTAS NA TABELA

    Edgard Jamhour

    Tabela do Roteador 1Tabela do Roteador 1roteador 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 0.0.0.0/0

    Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.134.51.0/24no tem200.134.51.10200.17.98.0/24no tem200.17.98.100.0.0.0/010.0.0.210.0.0.11

    Edgard Jamhour

    Tabela do Roteador 2Tabela do Roteador 2roteador 1roteador 2REDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/24200.17.98.1200.134.51.110.0.0.1/3010.0.0.2/30INTERNET10.0.0.5/3010.0.0.6/30

    Rede Destino10.0.0InterfaceCusto200.134.51.0/2410.0.0.110.0.0.21200.17.98.0/2410.0.0.110.0.0.210.0.0.0/010.0.0.610.0.0.51

    Edgard Jamhour

    Rota Default e Gateway DefaultEliminando rotas desnecessriasUma rota desnecessria quando sua eliminao no muda o trajeto do pacote enviado aos destinos que ela representa.roteador 1200.134.51.25200.134.51.1eth0200.134.51.0/24O roteador 1 o gateway default para a rede 200.134.51.1 pois ele o caminho para todas as demais redesB

    Rede 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 200.134.51.251

    Edgard Jamhour

    Mltiplas Rotas e CustosMais de um caminho para um mesmo destino usando saltosTodos os caminhos possveis so representados na tabela de roteamento (configurao manual).R1R2INTERNETREDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/2410.0.0.1/3010.0.0.2/30R310 Mbps100 Mbps100 Mbps10.0.0.5/3010.0.0.6/30

    Edgard Jamhour

    Mltiplas Rotas e CustosUtilizando custos relativos a velocidade do enlaceO enlace mais rpido da rede (Vmax) tem custo 1.Os demais enlaces tem custo relativo (Vmax/V).R1R2INTERNETREDE 200.134.51.0/24REDE 200.17.98.0/2410.0.0.1/3010.0.0.2/30R310 Mbps(10)100 Mbps(1)100 Mbps(1)10.0.0.5/3010.0.0.6/30

    Edgard Jamhour

    Roteamento com Subredes Roteamento com sub-redesNo existe diferena na definio das tabelas de roteamento quando mscaras de sub-rede que no so default so utilizadas.roteador 1roteador 2REDE 200.1.2.128/25REDE 200.1.2.0/25200.1.2.1200.1.2.12910.0.0.1/3010.0.0.2/30200.1.2.130200.1.2.2INTERNET10.0.0.5/3010.0.0.6/30BA

    Edgard Jamhour

    Tabelas de RoteamentoExemplo Tabelas de roteamento com mscaras de sub-rede que no so defaultComputador ARoteador 1Roteador 2

    Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/25no tem200.1.2.200.0.0.0/0200.1.2.1200.1.2.21

    Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/25no tem200.1.2.10200.1.2.128/25no tem200.1.2.12900.0.0.0/010.0.0.210.0.0.11

    Rede DestinoGatewayInterfaceCusto200.1.2.0/2410.0.0.110.0.0.210.0.0.0/010.0.0.610.0.0.51

    Edgard Jamhour

    ConclusoEndereamento baseado em classes

    Endereamento sem classes (CIDR e VLSM)

    ARP (Address REsolution Protocol)

    Tabelas de roteamento

    Agregao de rotas

    *O objetivo deste mdulo apresentar uma viso geral de como os protocolos de redes de computadores so estruturados em camadas.

    *Na 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.*Numa rede Ethernet, todas as mensagens so transportadas na forma de quadros. Um quadro composto por trs partes: cabealho, dados e fecho.

    Conforme ser explicado mais adiante no curso, existem duas variantes no formato dos quadros Ethernet (Ethernet II e IEEE 802.11). A figura ilustra o formato dos quadros Ethernet II. Nesse formato, o cabealho formado por trs campos: endereo fsico de destino, endereo fsico de origem e tipo de dado transportado. O tamanho do campo de dados varivel, e seu tamanho mximo denominado Unidade Mxima de Transmisso ou MTU (Maximum Transmit Unit). O fecho possui um cdigo para verificao de erro. Ele permite ao receptor detectar, at um certo grau, se o quadro recebido no foi alterado durante sua transmisso por rudos ou outros tipos de interferncia.

    O formato do endereo fsico definido pelos padres Ethernet, e usualmente denominado de endereo MAC (seu significado ser discutido mais adiante no curso). Nesta introduo o endereo fsico ser representado por letras simples em maisculo, como A, B, etc.

    A especificao Ethernet define vrios aspectos da tecnologia, como os tipos de quadro, e a forma de representao eltrica ou tica dos bits. Ele define tambm o que pode ser considerado o protocolo Ethernet, isto , o formato do cabealho e a padronizao do procedimento para transmisso e recebimento dos quadros.*Os 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.

    *A 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.*O 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.*Inicialmente, 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.*Atualmente, 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.*Afim 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.

    *Assim 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.*Como 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.

    *O 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).*O 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.*

    Numa 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.*O 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.*O 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.*A 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.*Os 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.

    *A 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.

    *A 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 /24*Em 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.

    *As 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. *Na 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.*As 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.*Alm 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.

    *Os 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.*Para 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 200.1.1.192/26*A 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.

    *O tratamento dos endereos MAC e IP no esto apenas em camadas distintas do modelo OSI, eles so tratados por processadores distintas.

    A interface de rede do computador possui se prprio processador para interpretar os quadros de forma independente da CPU principal do computador. Isto necessrio, pois a interface de rede est sendo constantemente bombardeada por quadros, que muitas vezes no devem ser interpretados pelo computador.

    A placa de rede s ir incomodar a CPU principal do computador em trs situaes especficas. A primeira se o endereo MAC de destino do quadro coincidir com o endereos MAC da interface de rede. O segundo se o endereo MAC de destino for um broadcast, isto , o endereo MAC especial FF.FF.FF.FF.FF.FF (todos os bits iguais a 1). O terceiro se o endereo MAC de destino for um MAC de multicast, de um grupo ao qual a interface de rede tambm pertena. O tpico de multi-cast ser discutido mais adiante no curso.

    Nessas situaes, a interface de rede gera uma interrupo, e envia o pacote para a camada de rede, para que ele seja processado.*A 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 destino*Ao analisar o funcionamento do protocolo ARP, fica claro que o modo de funcionamento do encaminhamento de pacotes no interior de uma rede fsica difere da forma como eles so encaminhados entre redes fsicas distintas.

    O processo de comunicao intra-rede, isto , entre dois computadores com o mesmo prefixo de rede, situados na mesma rede local, no envolve roteadores.

    O processo de comunicao inter-rede, por outro lado, totalmente intermediado pelos roteadores.

    Quem decide se um pacote ir ou no passar por roteadores o prprio computador transmissor. Ele faz isso analisando endereo do destinatrio e comparando com o seu prprio prefixo. Se o prefixo do destinatrio for igual ao seu a comunicao intra-rede, se for diferente, inter-rede.*A 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.*A figura o processo de encapsulamento de um pacote, quando este atravessa um roteador.

    Antes de enviar o pacote, se o endereo MAC j no estiver em sua cache ARP, o computador A enviar uma mensagem ARP Request em broadcast a fim de determinar o endereo MAC do roteador. Aps descobrir o endereo, o computador criar um quadro onde o endereo de destino o endereo MAC da interface do roteador que est do seu lado da rede.

    Quando o roteador receber o quadro, ele extrai o pacote e se preparar para construir um novo quadro. Ao analisar o endereo de destino do pacote, o roteador determinar que precisar descobrir o endereo MAC do computador IPD. Para isso, ele envia uma mensagem ARP request em broadcast por sua interface C, a fim de determinar o MAC de IPD.

    Aps descobrir o endereo MAC ele criar um novo quadro, que tem o seu prprio MAC como origem e o endereo MAC do computador IPD no destino. *Durante 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.*Para 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).*A 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.*Se 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.

    *A 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.*A 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.

    *Em 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. *As 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.*As 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.*Nos 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.*A 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.*Neste 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.