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Camada de rede
transporta segmentos da estação remetente ao destinatário
no lado remetente, encapsula segmentos dentro de datagramas
no lado destinatário, entrega os segmentos para a camada de transporte
protocolos da camada de rede em todos os sistemas finais e roteadores
roteadores examinam campos de cabeçalho de todos os datagramas IP que passam por eles
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aplicaçãotransporte
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aplicaçãotransporte
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Store and forward
•Os equipamento da concessionária de comunicacoes (roteadores conectados por linhas de transmissao), mostrados na elipse sombreada,
•Equipamento dos clientes, mostrado fora da elipse.
•Esse quipamento é usado da maneira descrita a seguir. Um host com um pacote a enviar o transmite para o roteador mais proximo, seja em sua propria LAN ou sobre um enlace ponto a ponto para a concessionária de comunicações.
• O pacote e armazenado ali ate chegar totalmente, de forma que o total de verificacao possa ser conferido. Em seguida, ele e encaminhado para o próximo roteador ao longo do caminho, até alcançar o host de destino, onde é entregue.
•Esse mecanismo é a comutação de pacotes store-and-forward.
Store and forward
Funções principais da camada de rede
Encaminhamento(comutação) Move pacotes de uma entrada do roteador para a saída apropriada
Roteamento
Determina a rota a ser seguida pelos pacotes da fonte até o destino
Algoritmos de roteamento
analogia:
roteamento: processo de planejar uma viagem da origem até o destino
encaminhamento: processo de atravessar uma encruzilhada durante a viagem
1
23
0111
valor no cabeçalhodo pacote que estáchegando
Algoritmo de roteamento
tabela encaminhamento localvalor cabeçalho link saída
0100010101111001
3221
Relacionamento entre roteamento e encaminhamento
Estabelecimento de conexão
3ª função importante em algumas arquiteturas de rede: ATM, frame relay
Antes dos datagramas fluírem, dois hosts e roteadores intermediários estabelecem uma conexão virtual Roteadores são envolvidos
Serviço de conexão das camadas de transporte e de rede: Rede: entre dois hosts Transporte: entre dois processos
Modelo de serviço de rede
Qual é o modelo de serviço para o “canal” que transporta pacotes do remetente ao destinatário?
Exemplos de serviços para datagramas individuais:
Entrega garantida Entrega garantida
com atraso menor que 40 mseg
Exemplos de serviços para fluxos de datagramas:
Entrega ordenada Banda mínima
garantida para o fluxo
Restrições quanto a alterações no espaçamento entre os pacotes (jitter)
Uma questão importante é identificar os tipos de serviços que a camada de rede oferece à camada de transporte. Os serviços da camada de rede foram projetados tendo em vista os objetivos a seguir.
1. Os serviços devem ser independentes da tecnologia de roteadores.2. A camada de transporte deve ser isolada do número,do tipo e da topologia dos roteadores presentes.3. Os endereços de rede que se tornaram disponíveis para a camada de transporte devem usar um plano de numeração uniforme, mesmo nas LANs e WANs.
Modelo de serviço de rede
Tendo definido esses objetivos, os projetistas da camada de rede têm muita liberdade para escrever especificações detalhadas dos serviços a serem oferecidos à camada de transporte.
Essa liberdade costuma se transformar em uma violenta batalha entre duas facções.
A discussão se concentra na seguinte questão: a camada de rede deve fornecer serviço orientado a conexões ou serviço sem conexões?
Modelo de serviço de rede
Modelos de serviço da camada de rede:
Arquiteturade Rede
Internet
ATM
ATM
ATM
ATM
Modelo deserviçomelhoresforço
CBR
VBR
ABR
UBR
Banda
nenhuma
taxaconstantetaxagarantidamínimagarantidanenhuma
Perdas
não
sim
sim
não
não
Ordem
não
sim
sim
sim
sim
Tempo
não
sim
sim
não
não
Inf de cong.?
não (inferidovia perdas)semcongestion.semcongestion.sim
não
Garantias ?
ABR – Available Bit RateUBR – Unavailabel Bit Rate
Tipos de entrega de datagrama
Unicast: é o tipo de endereço que identifica um único equipamento de uma rede.
Broadcast: é o endereço de difusão global onde todos os bits do prefixo e do sufixo são 1, sendo conceitualmente usado para enviar um datagrama a todos os equipamentos de todas as redes. Não existe endereço de broadcast no Ipv6, o que no Ipv4 era feito pelo broadcast é feito pelo multicast no Ipv6
Multicast: o endereço de multicast define um grupo de equipamentos como destinatário de um pacote. Neste caso um pacote é enviado para um endereço de multicast é entregue para cada membro do grupo.
Anycast: este endereço corresponde a um conjunto de computadores que compartilham um prefixo de endereço comum. Um datagrama enviado para o endereço é roteado ao longo de um caminho mais curto e entregue a apenas um dos computadores.
Este endereço define um grupo de euqipamentos, porém um pacote enviado para o endereço anycast é entregue para um membro qualquer do grupo. (é a novidade do Ipv6)
Tipos de entrega de datagrama
A motivação vem do desejo de se permitir realiçar replicação de serviços. Por exemplo uma corporação que oferece um serviço através da rede e designa um endereço de anycast a vários computadores que fornecem conjuntamente um serviço.
Quando um usuário envia um datagrama para o endereço de anycast, o Ipv6 roteia esse datagrama pra um doscomputadores no conjunto .
Se um usuário de outra localização envia um datagrama para o endereço de anycast, o Ipv6 pode escolher roteá-lp para um membro diferente do conjunto, permitindo que dois computadores processem requisições ao mesmo tempo.
Mais um pouco de anycast
Serviços da camada de rede com e sem conexão
Rede datagrama provê um serviço de camada de rede não orientado a conexões
Rede CV provê um serviço de camada de rede orientado a conexões
Análogos aos serviços da camada de transporte, mas: Serviço: host-a-host Sem escolha: rede provê ou um ou o outro Implementação: no núcleo da rede
Circuitos virtuais
estabelecimento de cada chamada antes do envio dos dados
cada pacote tem ident. de CV (e não endereços origem/dest)
cada roteador no caminho da-origem-ao-destino mantém “estado” para cada conexão que o atravessa
recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados ao CV
“caminho da-origem-ao-destino se comporta como um circuito telefônico”
em termos de desempenho em ações da rede ao longo do caminho da-origem-ao-
destino
Implementação de CV
Um CV consiste de:1. Caminho da origem para o destino2. Números (identificadores) de CV, um número
para cada enlace ao longo do caminho3. Entradas nas tabelas de encaminhamento dos
roteadores ao longo do caminho Pacote que pertence a um CV carrega o
número do CV Número do CV deve ser trocado a cada
enlace Novo número do CV vem da tabela de
encaminhamento
Tabela de encaminhamento
12 22 32
1 23
Número do CV
número dainterface
Interface de entrada # CV de entrada Interface de saída # CV de saída
1 12 3 222 63 1 18 3 7 2 171 97 3 87… … … …
Tabela de encaminhamentono roteador noroeste:
Roteadores mantêm informação sobre o estado daconexão!
Circuitos virtuais: protocolos de sinalização usados para estabelecer, manter, destruir
CV usados em ATM, frame-relay não usados na Internet de hojeaplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
1. inicia chamada 2. chegada de chamada
3. chamada aceita4. conexão completa5. começa fluxo de dados6. dados recebidos
Rede de datagramas: o modelo da Internet
não requer estabelecimento de chamada na camada de rede
roteadores: não guardam estado sobre conexões fim a fim não existe o conceito de “conexão” na camada de
rede pacotes são roteados tipicamente usando endereços de
destino 2 pacotes entre o mesmo par origem-destino podem
seguir caminhos diferentes
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
aplicaçãotransporte
redeenlacefísica
1. envia dados2. recebe dados
Tabela de encaminhamento
Faixa de Endereços de Destino Interface de Saída
11001000 00010111 00010000 00000000 a 0 11001000 00010111 00010111 11111111
11001000 00010111 00011000 00000000 a 1 11001000 00010111 00011000 11111111
11001000 00010111 00011001 00000000 a 2 11001000 00010111 00011111 11111111
caso contrário 3
Tabela com 32bits:4 bilhões de entradas possíveis(inviável!!!)
Casamento com o prefixo mais longo
Casamento com o prefixo Interface de Saída
11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 caso contrário 3
ED: 11001000 00010111 00011000 10101010
Exemplos
ED: 11001000 00010111 00010110 10100001 Qual interface?
Qual interface?
Rede de datagramas ou CVs: por quê?
Internet troca de dados entre
computadores serviço “elástico”, sem
reqs. temporais estritos sistemas terminais
“inteligentes” (computadores) podem se adaptar,
exercer controle, recuperar de erros
núcleo da rede simples, complexidade na “borda”
muitos tipos de enlaces características diferentes serviço uniforme difícil
ATM evoluiu da telefonia conversação humana:
temporização estrita, requisitos de confiabilidade
requer serviço garantido
sistemas terminais “burros” telefones complexidade dentro
da rede
Sumário de Arquitetura de Roteadores
Duas funções chave de roteadores:
usam algoritmos/protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP)
Comutam (encaminham) datagramas do enlace de entrada para a saída
RIP (Routing Information Protocol)a cada 30 segundos, ele faz um broadcast de sua tabela de roteamentolimita o numero de saltos (hops) entre hosts a 15 determina o melhor caminho entre dois pontos, levando em conta somente o numero de saltos (hops) entre eles.
OSPF (Open Shortest Path First)
balanceamento de carga- distribui o trafego igualmente por todas as rotas roteamento por tipo de servico
InterdomínioBGP (Border Gateway Protocol)
Intradomínio
Funções da Porta de Entrada
Comutação descentralizada dado o dest. do datagrama, procura
porta de saída usando tab. de rotas na memória da porta de entrada
meta: completar processamento da porta de entrada na ‘velocidade da linha’
filas: se datagramas chegam mais rápido que taxa de re-envio para matriz de comutação
Camada física:recepção de bits
Camada de enlace:p.ex., Ethernet
Três tipos de matriz de comutação
Porta de Saída
Buffers necessários quando datagramas chegam da matriz de comutação mais rapidamente que a taxa de transmissão de saída
Disciplina de escalonamento escolhe um dos datagramas enfileirados para transmissão
Filas na Porta de Saída
usa buffers quando taxa de chegada através do comutador excede taxa de transmissão de saída
enfileiramento (retardo), e perdas devidas ao transbordo do buffer da porta de saída!
Comutador operando a uma taxa três vezes maior do que a taxa da linha
Filas na Porta de Entrada Se matriz de comutação for mais lenta do que a
soma das portas de entrada juntas -> pode haver filas nas portas de entrada
Bloqueio cabeça-de-linha : datagrama na cabeça da fila impede outros na mesma fila de avançarem
retardo de enfileiramento e perdas devido ao transbordo do buffer de entrada!
4a-30
A Camada de Rede na Internet
Tabela de encam.
Funções da camada de rede em estações, roteadores:
Protocolos de rot.•seleção de rotas•RIP, OSPF, BGP
protocolo IP •convenções de endereços•formato do datagrama•convenções de manuseio do pct
protocolo ICMP•relata erros•“sinalização” de roteadores
Camada de transporte: TCP, UDP
Camada de enlace
Camada física
Camadade rede
ICMP: Internet Control Message Protocol - enviar mensagens de erros ou de controle a outros gateways ou hosts
Formato do datagrama IP
ver comprimento
32 bits
dados (comprimento variável,
tipicamente um segmento TCP ou UDP)
ident. 16-bits
checksum Internet
sobre-vida
endereço IP de origem 32 bits
número da versão do protocolo IP
comprimento docabeçalho (bytes)
número máximode enlaces restantes
(decrementado a cada roteador)
parafragmentação/remontagem
comprimento total do datagrama(bytes)
protocolo da camadasuperior ao qual
entregar os dados
comp.cab
tipo deserviço
“tipo” dos dados (DS) bitsinício do
fragmentocamadasuperior
endereço IP de destino 32 bits
Opções (se tiver) p.ex. marca de tempo,registrar rotaseguida, especificarlista de roteadoresa visitar.
Quanto overhead com o TCP?
20 bytes do TCP 20 bytes do IP = 40 bytes + overhead cam.
aplic.
Seqüência de empacotamento (UDP)
Seqüência de empacotamento (TCP)
IP: Fragmentação & Remontagem
cada enlace de rede tem MTU (max.transmission unit) - maior tamanho possível de quadro neste enlace. tipos diferentes de enlace
têm MTUs diferentes datagrama IP muito grande
dividido (“fragmentado”) dentro da rede um datagrama vira vários
datagramas “remontado” apenas no
destino final bits do cabeçalho IP
usados para identificar, ordenar fragmentos relacionados
fragmentação: entrada: um datagrama
grandesaída: 3 datagramas
menores
remontagem
IP: Fragmentação & Remontagem
ID=x
início=0
bit_frag=0
compr=4000
ID=x
início=0
bit_frag=1
compr=1500
ID=x
início=185
bit_frag=1
compr=1500
ID=x
início=370
bit_frag=0
compr=1040
um datagrama grande vira3 datagramas menores
Exemplo Datagrama de 4000
bytes (3980 bytes de dados=2x1480+1020)
MTU = 1500 bytes
1480 bytes dedados e 20 bytes de cabeçalho
início =1480/8 =185
A partir do byte 370x8=2960De 2960 a 3980 (1020 bytes de dados)Comprimento total: 1020(dados) + 20(cabeçalho)=1040
ORIGINALcomprimento total do datagrama (bytes)
Significa que há mais
