redes ufabc

BC-0506: Comunicação e Redes Redes de Computadores

Santo André, 2012

Redes de Computadores

3


!  Forma mais simples de estabelecer comunicação entre 2 pontos !  Link de comunicação !  Cabo ou o ar

A B Link de transmissão

4

Redes de Computadores !  Comunicação de 1 ponto a mais pontos – 1 link com

cada dispositivo

A

B

E

D

C

5


!  Para que todos possam comunicar-se entre si

A

B

E

D

C

6


!  Para evitar emaranhado de links cria-se uma: ! Rede de comunicação

2

6

3

4

1 5

7

D

F

A

C

B

E

7

Redes de Computadores ! Rede de comunicação é um sistema constituído de nós

interconectados através de links de transmissão que fornece um caminho entre dois pontos quaisquer da rede

2

6

3

4

1 5

7

D

F

A

C

B

E

nós

Rede de comunicação

link

8

Redes de Computadores !  Os nós da rede são dispositivos conhecidos como nós de

comutação, comutadores, roteadores ou switches

2

6

3

4

1 5

7

D

F

A

C

B

E

Nó de Comutação

9

Redes de Computadores !  Se os dispositivos que utilizam a rede de comunicação

forem computadores, teremos uma rede de computadores

2

6

3

4

1 5

7

PC

PC

PC

PC Servidor

Servidor

10

Comutação ! Comutação (chaveamento): alocação dos recursos

da rede para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados

! Centrais telefônicas fazem comutação (Ex.: PABX de uma empresa)

! Tipos ! Comutação de circuitos ! Comutação de pacotes ! Comutação de mensagens

11

Comutação de circuitos ! Existência de um caminho dedicado de

comunicação entre dois equipamentos ! caminho físico: sucessão de enlaces físicos ! sucessão de canais de freqüência (FDM - apêndice) ! sucessão de canais de tempo (TDM - apêndice)

! Fases ! estabelecimento do circuito ! transmissão da informação ! desconexão do circuito

! Utilizado no sistema telefônico

12

Comutação de mensagens

! Mensagem = unidade lógica de informação ! Não há caminho dedicado ! Mensagem transmitida pela rede, de nó em nó,

com um endereço de destino ! Em cada nó a mensagem inteira é recebida e só

então enviada ao próximo (store-and-forward) ! Comparação com comutação de circuitos

! maior aproveitamento das linhas de comunicação ! mensagens não são recusadas com tráfego alto

13

Comutação de pacotes

!  Semelhante à comutação de mensagens ! Pacotes: unidades de dados de tamanho limitado

roteados independentemente !  Pacotes de uma mesma mensagem podem estar

em transmissão simultânea em vários enlaces !  Nós de comutação com menor capacidade !  Também é uma técnica store-and-forward !  Utilizado em redes públicas ( padrão X.25) e

Internet (protocolo IP)

14

Comutação de circuitos X pacotes

!  Comutação de circuitos !  melhor para tráfego contínuo e constante !  pode gerar desperdício da capacidade da rede !  taxa de transmissão garantida

!  Comutação de pacotes !  melhor para tráfego em rajadas, com taxas variáveis

(multimídia) !  capacidade dos meios de transmissão é alocada

dinamicamente !  não dá garantia de taxa de transmissão !  pode implementar prioridade de pacotes

15


!  Internet é um exemplo de Rede de Computadores

PC

PC

PC

PC Servidor

Servidor

Internet

16


!  Internet é um exemplo de computadores !  Interconecta milhões de dispositivos distribuídos

pelo mundo !  Estes dispositivos são PCs, estações servidoras, que

armazenam e transmitem informações como páginas www

!  Novos dispositivos estão sendo conectados na Internet, como web TV, pagers, computadores móveis, aparelhos domésticos, etc

17

Internet

!  Dispositivos !  Hosts ou sistemas finais (end-systems)

!  Aplicações – www, e-mail !  Programas de aplicação de rede !  Tendências – implementação de aplicações baseadas

em web

18


!  LAN – Local Area Network !  MAN – Metropolitan Area Network !  WAN – Wide Area Network !  BAN – Broadband Area Network !  HAN – Home Area Network !  CAN – Campus Area Network !  PAN – Personal Area Network

19

Local Area Network !  LANs são redes utilizadas na interconexão de

equipamentos processadores com a finalidade de troca de dados. Tais redes são denominadas locais por cobrirem apenas uma área limitada (10 Km no máximo, quando passam a ser denominadas WANs ), visto que, fisicamente, quanto maior a distância de um nó da rede ao outro, maior a taxa de erros que ocorrerão devido à degradação do sinal.

!  As LANs são utilizadas para conectar estações, servidores, periféricos e outros dispositivos que possuam capacidade de processamento em uma casa, escritório, escola e edifícios próximos. ! Tecnologias: Ethernet, FDDI, Token Ring

20

MAN - Metropolitan Area Network

! É uma rede de comunicação que abrange uma cidade.

!  O exemplo mais conhecido de uma MAN é a rede de televisão a cabo disponível em muitas cidades.

21

Wide Area Network ! Rede de longa distância, também conhecida

como Rede geograficamente distribuída, é uma rede de computadores que abrange uma grande área geográfica, com freqüência um país ou continente.

! Em geral, as redes geograficamente

distribuídas contém conjuntos de servidores, que formam sub-redes.

!  A maior WAN que existe é a Internet.

22

Modelos de Referência

!  OSI Reference Model !  Open Systems Interconnection !  7 camadas

!  TCP/IP Reference Model !  Transmission Control Protocol/Internet Protocol !  5 camadas

23

Modelo de Referência OSI

Aplicação Apresentação

Sessão Transporte

Rede Enlace Física

Aplicação Apresentação

Sessão Transporte

Rede Enlace Física

Protocolo de Aplicação

Rede Enlace Física

Rede Enlace Física

Protocolo de Apresentação

Protocolo de Sessão

Protocolo de Transporte Sub-rede interna

Roteador 1 Roteador 1

Cliente A Servidor B

R1

R2

Arquitetura TCP/IP

• Um modelo de referência é um gabarito para se dividir a tarefa de counicação

• Arquitetura TCP é uma arquitetura de comunicação baseada no modelo de referência OSI

• Arquitetura TCP/IP é um implementação de um modelo

• Modelo não se compra – arquitetura sim !!

Internet •  Interconexão de duas ou mais sub - redes distintas. •  Roteador é o dispositivo utilizado para interconectar redes distintas •  internet uma ou mais sub-redes interconectadas por um roteador •  Internet – internet publica - várias sub-redes interconectadas através de

roteadores

Internet

Sub-rede B

Sub-rede A

Sub-rede C

Sub-rede E

Sub-rede D

Roteador Roteador

Internet •  Infra-estrutura de Rede que fornece serviços para

aplicações distribuídas

•  A Internet se tornou possível graças aos padrões propostas,que permitem a Interconexão de redes e equipamentos provendo Interoperabilidade

•  Esses padrões são desenvolvidos pela IETF ( Internet Engineering Task Force – www.ietf.org ) e os documentos que estabelecem esses padrões são chamados RFC’s – Request for Comments

•  A Internet publica,com I é a rede global de redes

•  As redes privadas são chamadas de Intranets ( normalmente utilizam a mesma tecnologia da Internet)

Arquitetura de protocolos TCP/IP

Camada de Aplicação

Camada de Transporte

Camada de Rede ou Internet

Interface com a rede

Estrutura formada de quatro camadas ou módulos

Arquitetura de protocolos TCP/IP Fornece serviços de acesso a Internet para as aplicações do usuário.

Exemplos: HTTP, SMTP, FTP.

Cada protocolo desta camada especifica como uma aplicação do usuário pode utilizar a Internet.

Por exemplo, o protocolo SMTP especifica como uma aplicação pode enviar um mail para uma caixa postal.

Camada de Aplicação


Fornece para a camada de aplicação um serviço de transferência confiável entre duas aplicações. Segmenta as mensagens se for necessário.

Camada de Transporte


Fornece para a camada de transporte um serviço de entrega de pacotes entre dois computadores da rede

Camada de Enlace

Camada Física

Camada de Rede ou Internet


Camada Física

Camada de Enlace Interface com a rede

É responsável pela transmissão física dos pacotes dentro de uma sub-rede específica. Pode ser constituída de uma simples placa de rede e um driver, ou de um subsistema complexo. Compreende as camadas de enlace e física do modelo OSI


Organiza os pacotes em quadros. Efetua o delineamento dos quadros. É responsável pela transferência livre de erro dos quadros entre dois dispositivos conectados diretamente.

Camada de Enlace


Transforma os bits recebidos da camada de enlace em sinais físicos e vice versa. Os sinais físicos podem ser elétricos, óticos, eletromagnéticos, etc.

Camada Física

Arquitetura TCP/IP

Transporte

Internet

Enlace Física

Meio Físico

Aplicação

Aplicação do usuário

IP

Interface com a rede

FTP Telnet DNS SNMP SMTP HTTP

TCP UDP

ICMP ARP

Encapsulamento

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Host A Mensagem

Mensagem

Segmento

Datagrama

T

R

F

Segmento

Frame

Datagrama

Mensagem

Física Bits Bits

Meio Físico

Encapsulamento Host B

Frame

Datagrama

Segmento

Mensagem Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Mensagem

Mensagem T

Segmento R

Datagrama F

Bits Bits

Meio Físico

Operação entre as camadas •  A aplicação do usuário no host A envia uma

mensagem para uma aplicação do host B:

•  A mensagem é passada para a camada de transporte.

•  A camada de transporte efetua várias funções e adiciona um cabeçalho na mensagem recebida, formando um segmento.

•  O segmento é passado para a camada de rede.

Operação entre as camadas •  A camada de rede efetua algumas funções e

anexa um cabeçalho, formando um datagrama.

•  O datagrama é passada para a camada de enlace.

•  A camada de enlace adiciona cabeçalho no datagrama, formando um frame.

•  O frame é passado bit a bit para a camada física que coloca no meio físico.

Operação entre as camadas •  Quando um host ou um roteador recebe um dado

através da camada física o processo inverso é efetuado. •  Cada camada remove o seu cabeçalho.

•  Os cabeçalhos que são removidos por uma camada são

usados para determinar as ações a serem tomadas nessa camada.

•  Os cabeçalhos, portanto, governam as operações das camadas.

Operação entre as camadas •  O camada de rede de um roteador, ao receber o

dado da camada de enlace, toma as decisões de roteamento baseando-se no endereço contido no seu cabeçalho.

•  Uma vez tomada a decisão, a PDU é passada para a camada de enlace correspondente ao link de comunicação que conecta a sub-rede apropriada.

•  A PDU é, então, encapsulada num frame e passada para esta sub-rede.

Comunicação virtual entre as camadas

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Host A Host B

Física

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace

Física

Mensagem

Segmento

Datagrama

Frame

Bits

Tipos de redes

•  Rede ponto a ponto

•  Rede de difusão

Rede ponto a ponto

R H R

R H

R

H

H

•  Num link ponto a ponto existe apenas um dispositivo em cada uma das pontas do link.

Link ponto a ponto

Rede de difusão

•  Rede de difusão é uma rede onde vários dispositivos compartilham um mesmo meio físico.

H H R

H H R H

H

H

•  Todos os dispositivos recebem o pacote que circula neste link, portanto, •  Deve existir uma forma de endereçamento para que o pacote seja entregue ao dispositivo desejado.

Rede de difusão

Endereço físico •  Rede de difusão é uma rede onde vários

dispositivos compartilham um mesmo meio físico.

•  Numa rede de difusão cada dispositivo é identificado por um endereço físico ( ou endereço de hardware ).

•  Estes endereços são colocados pelos fabricantes nas suas placas lógicas.

Endereço físico •  Cada dispositivos de uma rede de difusão examina

o endereço de destino contido no frame. •  Se o endereço coincidir com o endereço físico do

dispositivo, o conteúdo do frame é passado para a camada superior.

•  Senão o frame é descartado.

•  O endereço físico é usado pelas camadas física e de enlace.

Endereço físico

Camadas Física/Enlace

Camadas Superiores

Camadas Física/Enlace

Camadas Superiores

Camadas superiores Camada

Física/Enlace D ignora

B ignora C aceita ... e passa para camadas superiores

A

C B

Endereço de Destino = C - > endereço de destino é C

C

Camadas superiores Camada

Física/Enlace D

Endereço físico universal •  IEEE é responsável pela distribuição de endereços

físicos.

•  O endereço físico é constituído de 48 bits, dividido em duas partes: • OUI ( Organizational Unique Identifier ), de 24

bits, que identifica o fabricante

• Os 24 bits restantes são administrados localmente pelo fabricante.

Endereço de rede •  O endereço de rede é um endereço lógico utilizado

para identificar uma rede.

•  Como parte do endereço de rede, especifica também, um dispositivo ligado nesta rede.

•  Os endereços de rede são tratados pela camada de rede.

•  Os roteadores usam o endereço de rede para encaminhar o pacote até a rede de destino.

Endereço de rede •  Os endereços físicos são usados apenas para

identificar a próxima máquina que vai receber o pacote.

•  A camada de rede tem como uma das suas funções, abstrair a tecnologia empregada para transferência de dados.

•  Isto é, os endereços de rede não mudam com a substituição de placas lógicas.

51

Camada Física !   Este módulo diz respeito a transmissão de bits sobre

o meio físico. ! É responsável pela transmissão física de cada bit de um lado

para outro de um link. ! Cada tecnologia de rede possui a sua própria camada física, isto

é, tem uma forma de transmitir os bits fisicamente para outro lado

! Os sinais físicos podem ser elétricos, eletromagnéticos, óticos, sonoros, etc.

!   Na transmissão, a camada física transforma os bits recebidos da camada de enlace e converte em sinais físicos para serem enviados ao receptor.

!   Na recepção, a camada física transforma os sinais físicos recebidos pelo link em bits e passa para a camada de enlace.

52

Camada Física

53

Camada Física

!  É responsável pela temporização de cada bit. !  Informa a camada de enlace quando o bit deve

ser transferido para a camada física ou quando um bit está disponível para a camada de enlace.

!  Lida com aspectos elétricos e mecânicos de um link físico.

!  Exemplo : nível de tensão do sinal, duração de bit, tipo de conector, técnica de transmissão, etc.

54

Camada de Enlace de Dados !  Este módulo transforma os bits individuais recebidos da camada física em pacotes, conhecidos como quadros ( frames ). ! É responsável pelo delineamento dos quadros, isto é,

pela identificação do primeiro e do último bit de um quadro.

! É responsável pela transferência livre de erros de frames, entre dois dispositivos conectados diretamente.

!  A função da camada de enlace fica na placa de rede

55

Camada de Enlace de Dados

!  Todos os protocolos da camada de enlace usam algum esquema de delineamento.

!  Os protocolos mais comum da camada de enlace são o HDLC (high-level data link control), SDLC (synchronous data link control), Ethernet.

Camada de Rede Protocolo IP

Protocolo Internet ou IP

•  Protocolo IP não é confiável pois não garante que os datagramas sejam entregues ao destino. •  Não existe confirmação de que os datagramas foram

entregues ao destino

•  Os datagramas podem chegar na ordem diferente daquela que foi enviada.

•  Efetua a função de roteamento, escolhendo o caminho através do qual os dados serão enviados.

Comunicação real IP

IP

IP

IP

IP

IP

IP

E F

E F

E F E

F E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

E F

Host A Host B

R1

R2

R3

R5

R4

Formato de datagramas IP

Ver IHL TOS Comprimento total 0 4 8 16 31

Identificação Flags

19

offset de fragmento TTL protocolo Checksum de cabeçalho

Endereço de origem Endereço de destino

Opções Padding

24

Segmento

Formato de datagramas IP •  Versão ( 4 bits ) - indica a versão do protocolo IP

sendo usada.

•  IHL ( Internet Header Length - 4 bits ) - indica o comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32 bits.

•  TOS ( Tipo de Serviço - 8 bits ) - Fornece uma indicação dos parâmetros da qualidade desejada

Precedência D

3 1 1 1 2

T R Não usado

Formato de datagramas IP •  TOS

•  Os três bits de precedência especifica a precedência dos pacotes, isto é, a importância dos pacotes.

0 = pacotes normais 7 = controle de rede

•  Os bits D, T e R indicam o tipo de transporte desejado pelo pacote.

•  O bit D solicita para minimizar atraso. •  O bit T solicita para maximizar o throughput. •  O bit R solicita para maximizar confiabilidade.


•  Normalmente, os bits de TOS são ignorados pelos roteadores e hosts

•  Se todos os roteadores e hosts respeitassem estes bits, TOS poderia ser utilizado como um mecanismo para dar prioridade aos dados.

•  Por exemplo, poderia ser implementado um algoritmo de controle de congestionamento que não fosse afetado pelo congestionamento que ele está controlando.


•  Se um roteador conhecer mais de um caminho para um mesmo destino, ele pode utilizar o TOS para selecionar um caminho com as características que mais se assemelha ao desejado.

•  Por exemplo, um roteador pode selecionar entre uma linha

privada de baixa capacidade porém, com pouco atraso, e uma conexão via satélite de alta capacidade porém, com grande atraso.


•  Pacotes com caracteres digitados podem ser enviados com D =1 para que sejam entregues o mais rápido possível, enquanto que,

•  Pacotes transferindo um arquivo podem ter bit T em 1 para que sejam enviados via satélite.

Formato de datagramas IP •  Comprimento total ( 16 bits ) - Fornece o

comprimento total do datagrama IP , medido em bytes.

•  Identificação ( 16 bits ) - É usado para identificar um datagrama. •  Todos os fragmentos de um datagrama possuem a

mesma identificação.

Formato de datagramas IP •  Flag ( 3 bits ) - Serve para controle de

fragmentação: •  bit 0: reservado.

•  bit 1: 0 = permite fragmentação.

1 = não permite fragmentação.

•  bit 2: 0 = último fragmento. 1 = mais fragmentos.

Formato de datagramas IP •  Offset do fragmento ( 13 bits ) - Indica a posição

do fragmento dentro do datagrama original.

•  É medido em unidades de 8 bytes ( 64 bits ).

•  Tempo de vida ( Time-to-Live 8 bits ) - Indica o tempo máximo que um datagrama pode trafegar em uma rede internet. •  Cada roteador decrementa este campo de um,

•  Se o valor deste campo chegar a zero antes de atingir

o destino,datagrama é descartado.

Formato de datagramas IP •  Protocolo ( 8 bits ) - Indica a entidade da

camada superior que solicitou o serviço de IP. •  ICMP = 1, TCP = 6, UDP = 17.

•  Checksum do cabeçalho ( 16 bits ) - Contém o checksum do cabeçalho IP. •  Se um erro de checksum for detectado na recepção,

o datagrama é descartado.

Formato de datagramas IP •  Endereço de origem ( 32 bits ) - Endereço IP de

origem.

•  Endereço de destino ( 32 bits ) - Endereço IP de destino.

•  Padding ( variável ) - para garantir que o comprimento do cabeçalho seja sempre múltiplo de 32 bits.

•  Opções (variável ) - Utilizado para teste e depuração de aplicações de softwares de rede.

Fragmentação •  MTU ( Maximum Transfer Unit ) é o limite

máximo de dados que podem ser transferidos por um frame dentro de uma rede física. • MTU de Ethernet = 1500 bytes.

• MTU de Token Ring = 4.464 bytes.

• O padrão IP especifica que todos os dispositivos de

uma rede internet devem estar preparados para aceitar datagramas de 576 bytes.

Fragmentação •  A camada IP usa a técnica de fragmentação

quando um datagrama atravessa uma rede com MTU menor do que o comprimento dos dados.

•  Se o campo Flag especificar que o datagrama não é para ser fragmentado, e se ocorrer a necessidade de fragmentar, o datagrama é descartado e uma mensagem ICMP é enviada para a origem.

Fragmentação •  Fragmentação consiste em dividir um datagrama

em pedaços menores denominados fragmentos. • Os fragmentos são transportados como se fossem

datagramas independentes.

•  Ao receber o primeiro fragmento, a estação inicia uma temporização para aguardar o conjunto completo de fragmentos.

•  Se faltar algum, o datagrama é descartado.

Fragmentação •  Uma vez fragmentados, continuam fragmentados

mesmo encontrando redes físicas com MTU com grande capacidade. •  Isto é, não são remontados.

•  Se qualquer fragmento for perdido no caminho, o

datagrama não pode ser remontado.

Fragmentação •  Os fragmentos recebem uma cópia do cabeçalho

do datagrama original com algum dos seus campos atualizados.

•  Comprimento total é atualizado para a quantidade de bytes contidos no seu campo de dados.

•  Flag( 2 ) = 1 indicando que tem mais fragmentos. O último é 0.

• Offset do segmento é a soma de número dos octetos de dados dos fragmentos anteriores.

•  Checksum é recalculado em cada fragmento.

Fragmentação

Host A

G1 G2

Host B

Net 1 MTU=1500 Net 3

MTU=1500

Net 2 MTU=512

Fragmentação ID = 12345 Flag(2) = 0 OS = 0 CT = 1500

1500

512

ID = 12345 Flag(2)= 1 OS = 0 CT = 512

512

ID = 12345 Flag(2)= 1 OS = 64 CT = 512

476

ID = 12345 Flag(2)= 0 OS =128 CT = 476

OS = Offset do Segmento CT = Comprimento Total ID = Identificador do datagrama

Classes e formatos de endereços IP

•  Cada host é identificado por um número de 32 bits, denominado endereço IP.

•  Cada endereço IP é constituído pelo par (netid, hostid ), onde netid identifica a rede e hostid identifica o host dentro desta rede.

•  Muitas vezes utiliza-se o termo prefixo de rede no lugar de netid de rede. Netid Hostid

32 bits


•  Cada endereços IP está associado com uma interface física e não com o computador.

•  Um roteador conectando n redes tem n endereços IP distintos.


0 netid ( 7 bits ) hostid ( 24 bits )

1 0 netid ( 14 bits ) hostid ( 16 bits )

1 1 0 netid ( 21 bits ) hostid ( 8 bits )

1 1 1 0 endereço multicast ( 28 bits )

Classe A

Classe B

Classe C

Classe D

uso futuro 1 0 1 1 1 Classe E

Notação para endereços IP •  São representados com quatro algarismos

decimais separados por ponto decimal.

w . x . y . z •  Exemplo:

10000000 00001010 00000010 00011110 128 . 10 . 2 . 30

Notação para endereços IP •  Classe A w = 1-126 w identifica a rede e x.y.z

identificam o host Ex.: 10.1.2.3

•  Classe B w = 128-191 w. x identificam a rede e y.z identificam o host Ex.: 129.1.2.3

•  Classe C w = 192-223 w.x.y identificam a rede e z identifica o host Ex.: 192.1.2.3

Endereços IP reservados

Todos em 1 Broadcast limitado Não é necessário Conhecer o endereço de rede

Broadcast dirigido a rede netid

0 Esta estação

Estação na rede

netid todos em 1

0 hostid

Observação: Os pacotes de broadcast são bloqueados pelos roteadores. Os roteadores são dispositivos que não deixam passar pacotes de broadcast.

Endereços IP Reservados

0.0.0.0 Ex de utilização : - DHCP - Quando o host slicita um endereço IP,ele ainda não tem um portanto utiliza o 0.0.0.0 - Na tabela de roteamento é o endereço da rota default

- 255.255.255.255 – broadcast local - Os roteadores sempre bloqueiam mensagens de broadcast

Endereços IP reservados •  Endereço de classe A,

127.0. 0. 0 - 127. 255. 255. 255

•  É reservado para loopback.

•  É utilizado para testes e para comunicação entre processos na mesma máquina local.

• Quando um programa usa o endereço de loopback para enviar dados, o software de protocolo retorna o dado sem colocar na rede.

Exemplo de interconexão Host 1

128.1.0.1

128.1.0.0

Host 2 128.1.0.2

G1 128.1.0.3

128.2.0.3

128.2.0.0 G2

128.2.0.4

128.3.0.3

128.3.0.0 Host 6

128.3.0.2

Host 4 128.2.0.2

Host 5 128.3.0.1

Host 3 128.2.0.1

Máscara de sub-rede •  Estende a capacidade de endereçamento da camada

IP, utilizando alguns bits de hostid.

•  As mascaras de sub-rede são valores de 32 bits que permitem o receptor de pacotes IP distinguir netid do hostid.

• Os bits 1 da máscara indicam que o bit correspondente no endereço IP é usado como netid.

• Os bits em 0 da máscara indicam que o bit correspondente no endereço IP é usado como hostid.

Máscara de sub-rede •  Para endereços de classe A a mascara default é

255.0.0.0 ( /8 ).

•  Para endereços de classe B a mascara default é 255.255.0.0 ( /16 ).

•  Para endereços de classe C a mascara default é 255.255.255.0 ( /24 ).

Máscara de sub-rede •  No seguinte, a máscara 255.255.255.0 ( ou /24 )

foi utilizada para dividir o endereço de classe B em 256 sub-redes, cada uma com 256 hosts.

•  Na prática são 254 sub-redes, cada uma com 254 hosts.

•  Os sub-redes e hosts com todos os bits em 1 ou todos bits em 0 não são válidos.

Máscara de sub-rede NetID HostID

10 Endereço IP de classe B

144 100 20

00000000 00000000 Máscara default

11111111 11111111 1111 1111 00000000 Máscara de sub-rede

11111111 11111111

144 100 00000000 00000000 Endereço de sub-rede

144 100 20 00000000 Endereço de sub-rede

Máscara de sub-rede •  Dentro da Internet, o roteamento é feito

utilizando-se apenas o prefixo do endereço IP de destino, até atingir a rede de destino.

•  Ao atingir a rede de destino, o roteador aplica a máscara de rede no endereço de destino, e passa a rotear baseando-se no endereço de sub-rede.

•  Todos os computadores de uma mesma rede física devem ter o mesmo prefixo e usar a mesma máscara de sub-rede.

Exemplo de sub- endereçamento

144.100. 3. X

Roteador

Internet

144. 100. 0. 0

Internet enxerga a rede de destino como sendo constituído de um único segmento de rede

Exemplo de sub - endereçamento

•  No exemplo da figura seguinte,

•  O bloco de endereço IP 200. 200. 200. 0/24 foi alocado para uma organização.

•  Usando a máscara default da classe C, a organização teria um único segmento de rede com um total de 254 ( 256 - 2 ) hosts.

•  Nesta configuração, se um dispositivo enviar um datagrama de broadcast, este pacote será recebido por todos os dispositivos que estão no segmento de rede.

Exemplo de sub - endereçamento •  Para aumentar o desempenho, o administrador da rede

reduziu o número de dispositivos que irão receber o broadcast, dividindo a rede em 4 sub-redes separados por um roteador .

•  Utilizando a máscara 255.255.255.192 ( /26 ), cada sub-rede pode comportar no máximo 62 (64 - 2) dispositivos.


Máscara de sub-rede 255. 255. 255. 0

Endereço de rede 200. 200. 200. 0

200. 200. 200. 64

200. 200. 200. 0

200. 200. 200. 192

200. 200. 200. 128

Máscara para cada sub-rede = 255. 255. 255. 192

R


130. 1. 0 . 0 Rede de classe B

Máscara de sub-rede default

255. 255. 0 . 0

255. 255. 128. 0

1 segmento de rede

2 segmento de rede

10000000

255. 255. 192. 0 4 segmento de rede

11000000

64 K hosts

32 K hosts / segmento


Máscara de sub-rede


255. 255. 224. 0 8 segmento de rede

11100000

255. 255. 240. 0 16 segmento de rede

11110000



Máscara de sub-rede

255. 255. 248. 0 32 segmento de rede

11111000 2 K hosts / segmento

255. 255. 252. 0 64 segmento de rede

11111100 1 K hosts / segmento

Máscara de sub-rede •  A máscara de sub-rede determina se o endereço

IP de destino de um host está localizado na mesma rede local ou numa rede remota.

•  Na inicialização, o TCP/IP de um host determina qual é o endereço de sua sub-rede, fazendo um AND do seu endereço IP com a máscara configurada no host.

Máscara de sub-rede •  Antes de enviar o pacote, o endereço IP de

destino sofre um AND com a mesma máscara do host.

•  Se a operação resultar no mesmo endereço de sua sub-rede, o host de destino está na mesma rede local do host remetente.

•  Senão, o pacote é enviado para o endereço IP de um roteador.

•  O mesmo ocorre no roteador ao receber um datagrama.

ARP ( Address Resolution Protocol ) •  Numa rede física, duas máquinas só se comunicam

entre si se elas conhecerem o endereço físico uma da outra.

•  ARP é um protocolo que permite um host obter o endereço físico de uma máquina na mesma rede física, fornecendo o seu endereço IP. • O host faz um broadcast de um pacote especial que

pede ao host com o endereço IP fornecido, responder com o seu endereço físico.

ARP ( Address Resolution Protocol )

•  Para reduzir o custo de comunicação, hosts que utilizam ARP mantém um cache das correspondências IP - endereço físico obtidas mais recentemente. •  Antes de fazer o broadcast, o protocolo ARP

verifica se existe a resposta dentro do cache.

ARP ( Address Resolution Protocol )

129.1.1.1 129.1.1.2

129.1.1.5 129.1.1.4

Não responde

Não responde

Responde

ARP Endereço Físico

ARP 129.1.1.2

Roteamento de datagramas IP •  Roteamento é o processo de escolher um caminho

para enviar os datagramas. •  Gateway ou roteador é qualquer computador que faz a

escolha do caminho.

•  Tanto hosts como gateways participam no roteamento IP.

Roteamento de datagramas IP •  Roteamento direto

•  Ocorre se ambas as máquinas estiverem conectadas

na mesma rede física, isto é, se tiverem os mesmos prefixos de sub-rede.

•  Roteamento indireto •  Ocorre quando o destino não está conectado na

mesma rede física, forçando o remetente a passar o datagrama a um gateway conectado na mesma rede física.

Roteamento de datagramas IP •  O roteamento de datagramas IP é feito por meio

de uma tabela ( tabela de roteamento ) existente em cada máquina. •  A tabela de roteamento contém ospares (N, G), onde

N é um endereço de rede e G é o endereço IP do próximo gateway no caminho para a rede N, além de outras informações.

Roteamento de datagramas IP •  A tabela de roteamento sempre aponta para

gateways que podem ser alcançados diretamente, isto é, que estão conectados na mesma rede física.

•  O software de roteamento mantém apenas os endereços de redes de destino e não de hosts individuais.

Roteamento de datagramas IP

Destino Próximo Porta de roteador saída A Roteador Y 1 B Roteador X 3 C Roteador G 2 D Roteador G 2 E Roteador X 3

Tabela de roteamento

Enlace Física

B

1 Enlace Física

2 Enlace Física

3

Envia para o Roteador X


Rede 12.0.0.0 G1

12.0.0.3 14.0.01 Rede 14.0.0.0

G4

Rede 11.0.0.0 Rede

10.0.0.0 G5

G3

Rede 13.0.0.0 G2 11.0.0.2

13.0.01 12.0.0.2

11.0.0.1

13.0.0.2 10.0.0.1

13.0.0.3

10.0.0.2

14.0.0.2 12.0.0.1

1 2

3


Tabela de roteamento de G5

10.0.0.0 Direto 2 11.0.0.0 Direto 1 12.0.0.0 11.0.0.2 1 13.0.0.0 Direto 3 14.0.0.0 13.0.0.3 3

Destino Próximo roteador Porta de saída

Rotas default •  O software de roteamento procura primeiro na

tabela, a rede de destino .

•  Se não existir nenhuma rota na tabela, a rotina de roteamento envia o datagrama para um roteador default.

•  O endereço IP do roteador default é normalmente, configurado no host e no roteador.

•  Todos os pacotes cujo endereço de destino tenha um prefixo de rede diferente do prefixo de rede na qual o host está conectado, são enviados ao roteador default

Algoritmo de roteamento Datagrama recebido

Cabeçalho e CRC válidos?

TTL > 0 ?

Encontrou a rota ?

Procura rede de destino na tabela

Não

Não

Não

Descarta o pacote

Rota default disponível ?

Não

Decrementa TTL

Sim

Envia mensagem ICMP para origem

Sim

Algoritmo de roteamento

Encontrou ?

Procura o endereço físico no cache do ARP

Não

Insere os endereços físico e IP

no cache do ARP.

Envia ARP e espera pela resposta

Passa o endereço físico e o pacote para a camada

de enlace da porta contida na tabela

Tipos de roteamento •  Roteamento Estático

•  As tabelas de roteamento são criadas e mantidas manualmente pelo administrador da rede.

•  Não há troca de informações entre os roteadores

•  Quando ocorrem mudanças de topologia as rotas precisam ser alteradas manualmente

•  Erros de configuração podem ser difíceis de detectar

Tipos de roteamento •  Roteamento Dinâmico

•  As tabelas são construídas pelos próprios roteadores, que trocam informações entre si, através de um protocolo de roteamento.

Protocolos mais comuns de roteamento

•  Routing Information Protocol ( RIP )

• Open Shortest Path First ( OSPF )

•  Exterior Gateway Protocol ( EGP )

•  Border Gateway Protocol ( BGP )

115

Princípios de Roteamento

! Sistemas Autônomos !  Uma coleção de prefixos IP de roteadores

sob o controle de uma ou mais operadoras de rede que apresentam uma politica clara de

!  Ex: Roteadores pertencentes a um provedor de serviços, corporação ou universidade

116

Princípios de Roteamento ! Roteamento Interno e Externo ! Interno (Interior Gateway - IG)

! Roteadores em um mesmo Sistema Autônomo ! Passam informações de rotas entre roteadores de um mesmo Sistema Autônomo.

! Externo (Exterior Gateway - EG) ! Roteadores em diferentes Sistemas Autônomos ! Passam informações de rotas entre Sistemas Autônomos

117


fonte destino ROTEADOR A

ROTEADOR B

ROTEADOR C

ROTEADOR D

IG

IG

IG

IG

118


PC ROTEADOR Y ROTEADOR Z

ROTEADOR X fonte

destino

IG

IG IG

EG EG

EG EG

EG

EG

119

Protocolos de Roteamento

! Protocolos Interior Gateway !  Routing Information Protocol (RIP) !  Open Shortest Path First (OSPF) !  Internet Gateway Routing Protocol

(IGRP) ! Protocolos Exterior Gateway !  Border Gateway Protocol (BGP)

120

Algoritmo de Roteamento

!  Dada uma série de roteadores conectada com enlaces, o algoritmo de roteamento descobre um “bom” caminho entre a fonte e o destino.

!  Um “bom” caminho é aquele com “menor custo”

A

E D

C B

F

5

1

2

3

3

1

1

2

5 2

121

Tipos de Algoritmos ! Algoritmo Distance-Vector

! Determina o melhor caminho para um destino baseando-se na sua distância, isto é, no menor número de roteadores (hops) para se chegar ao destino. Ex.: RIP

! Algoritmo Link-State ! Determina o melhor caminho para um destino

baseando-se em um valor que é assinalado para cada link de comunicação de cada rota.

!  Este valor pode representar atraso, velocidade da linha, ou qualquer coisa que o administrador da rede queira usar. Ex: OSPF

122

Algoritmo Distance-Vector

! Inicialmente, cada roteador possui uma tabela contendo uma entrada para cada sub-rede à qual está conectado

! Periodicamente, cada roteador envia uma cópia de sua tabela para todos os roteadores conectados diretamente

! Não é o mais complexo porem é o mais “pesado” em termos de overhead de mensagens na rede

123

Roteamento usando Distance-Vector

! Quando um roteador receber uma tabela, ele compara com sua própria tabela e modifica as entradas nos seguintes casos: ! Se a tabela recebida apresentar uma rede

que ele não conhece, acrescenta na tabela ! Se a tabela recebida tiver um caminho mais

curto, o receptor substitui por esta ! Se o roteador emissor foi o criador de uma

entrada da sua tabela, ele usa o novo valor mesmo apresentando uma distância maior.

124


! Problemas com Roteamento usando Distance-Vector !  A informação de roteamento se propaga de

forma lenta ! Em ambientes dinâmicos, quando novas

conexões surgem, e outras são desativadas com freqüência, alguns roteadores ficam com as informações inconsistentes

!  As mensagens de atualização tornam-se enormes

! Todos os roteadores devem participar, senão o algoritmo não converge.

Exemplos de Tabela de Roteamento

x y z x 0 2 7 y ∝ ∝ ∝ z ∝ ∝ ∝

X Z

Y 1

7

2

x y z x 0 2 3 y 2 0 1 z 7 1 0

x y z x 0 2 3 y 2 0 1 z 3 1 0

x y z x ∝ ∝ ∝ y 2 0 1 z ∝ ∝ ∝

x y z x ∝ ∝ ∝ y ∝ ∝ ∝ z 7 1 0

x y z x 0 2 7 y 2 0 1 z 7 1 0

x y z x 0 2 3 y 2 0 1 z 3 1 0

x y z x 0 2 7 y 2 0 1 z 3 1 0

x y z x 0 2 3 y 2 0 1 z 3 1 0

X

Y

Z

Condição inicial em t = 0

t = 0 t = 1 t = 2 Embora este exemplo didático passe a

ideia de que o algoritmo faz iterações de forma sincronizada, na prática, as

atualizações ocorrem de forma assíncrona Quando o nó Z recebe as tabelas de X e Y, o algoritmo descobre que o caminho Z->Y->X = 3 é melhor que o caminho Z->X = 7

126


! Problemas com Roteamento usando Distance-Vector ! Roteadores e linhas de comunicação estão

sujeitos a falhas !  O algoritmo distance-vector exige que os

roteadores avisem os vizinhos sobre as mudanças

!  Se um roteador parar de funcionar, deixa de avisar seus vizinhos

! Solução !  Remover entradas velhas usando timeout

127


! Vantagens ! Algoritmo simples e fácil de implementar ! Exige menos CPU

! Desvantagens ! Tráfego pode ser alto em redes grandes ! Convergência lenta ! Difícil detectar roteadores com problemas

128

Roteamento usando Link-State ! Incialmente, cada roteador conhece a topologia

completa da rede ! Funções: ! Testar continuamente o estado dos enlaces

com os roteadores vizinhos ! Enviar a informação dos estados de seus

enlaces a todos os roteadores da rede ! Sempre que a tecnologia permitir, as

informações são enviadas em modo multicast ou broadcast

129

Roteamento usando Link-State ! Vantagens ! Cálculo das rotas é realizado localmente, não

dependendo de máquinas intermediárias ! Tamanho das mensagens não depende do

número de sub-redes e sim do número de roteadores diretamente conectados ao roteador emissor

! Fica mais fácil de detectar roteadores defeituosos

! Convergência é muito mais rápida

130

Roteamento usando Link-State

!  Desvantagens !  Exige bastante CPU e memória

131

Roteamento usando Link-State

! Ao receber uma informação de estado ! Roteador atualiza a sua base de dados ! Recalcula as rotas para todos os

destinos possíveis usando o algoritmo Shortest-Path-First (SPF)

132

Algoritmo SPF

A B C D E F G A 6 2

B 6 2 1

C 2 2 5

D 2 2

E 1 2 4

F 2 4 1

G 5 1

A

E D

C B

F 2

2

2

1

4

2

1

5 6

G

133

Algoritmo SPF !  Cálculo de Dijkstra para o nó C

1 Coloca C no caminho Examina os seus links

2

B F

C

G 5

2

0

2 Coloca F no caminho Examina os seus links Existe um caminho melhor para G

B F

C2

G

5

2

0

EG3 6

0

3 Coloca C no caminho Examina os seus links Existe um caminho melhor para E

2 B F

C

E 3

2

E G 3 6

A 8

O número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó

134

Algoritmo SPF

4 Coloca E no caminho Examina os seus links

B F

C

2

E 3

2

0

G

D 5

3

A 8


5 Coloca G no caminho Examina os seus links

B F

C

2

E 3

2

0

G

D 5

3

A 8

135

Algoritmo SPF

6 Coloca D no caminho Examina os seus links Existe um caminho melhor para A


B F

C

2

E 3

2

0

G

D 5

3

A 8

A 7

7 Coloca A no caminho Examina o link state de A Termina

B F

C

2

E 3

2

0

G

D 5

3

A 7

136

Roteamento na Internet

!  Protocolos Interior Gateway !  Routing Information Protocol (RIP) !  Open Shortest Path First (OSPF)

!  Protocolos Exterior Gateway !  Border Gateway Protocol (BGP)

137

Routing Information Protocol (RIP)

!  Características !  Roteamento Distance-Vector !  Projetado para redes locais, isto é, redes dotadas de

broadcast !  Faz broadcast periódico da sua tabela de

roteamento aos seu vizinhos (compartilham a mesma rede)

!  Pode ser também usados para WAN !  Usa UDP

138

Routing Information Protocol (RIP)

!  Operação Básica !  Broadcast da tabela de roteamento a cada 30s, ou

quando for atualizada !  Mensagens: prefixos das sub-redes + distâncias !  Métrica: Distância → número de hops (roteadores)

da melhor rota entre o roteador e a sub-rede !  Oscilação entre 2 caminhos: tabela é atualizada

somente se a nova rota possuir distância menor que a atual

139

Open Shortest Path First (OSPF)

!  Características !  Roteamento link-state !  Projetado para grandes redes IP !  Todos roteadores possuem a mesma base de dados

(topologia) !  Estrutura de dados – informações sobre interfaces

dos roteadores + estado dos links com os vizinhos – LSA (Link-State Advertisement)

!  Distribuição: Flooding

140

Open Shortest Path First (OSPF)

!  Características !  Melhor convergência que RIP !  Permite definição lógica de redes !  Fornece mecanismo de agregação de rotas !  Autenticação de rotas !  Não possui limitação na contagem de hops !  Atualização: quando ocorre alterações ou a cada 30

min. !  Usa multicast para enviar atualizações !  Métrica: custo que representa o trabalho exigido

para enviar um pacote através da interface

141

Border Gateway Protocol (BGP)

! Protocolo de roteamento entre Sistemas Autônomos

! Técnica: Path-Vector Routing ! Informações sobre as redes que podem ser

alcançadas e os sistemas autônomos que devem ser atravessados

! Definição de políticas de roteamento (evitar que um

determinado caminho seja percorrido)

142

Referências Bibliográficas

!  Kurose, J. & Ross, K., “Computer Networking – A Top-Down Approach Featuring the Internet”, Addison Wesley; 3rd edition, 2005.

!  Tanenbaum, A. S., “Computer Networks”, 4th edition, Prentice-Hall, 2002, ISBN 0130661023.

!  Peterson, L. & Davie, B., “Computer Networks: A Systems Approach”, 3rd edition, Morgan Kaufmann, 2003, ISBN 155860832X.

Apendice

•  Conceitos básicos sobre comunicação de dados

143

Comunicação de Dados

•  Formas de sinalização (analógica e digital) •  Modos de transmissão (serial e paralela)

•  Ritmos de transmissão (síncrona e assíncrona)

•  Modos de operação (simplex, half-duplex e full-duplex)

•  Tipos de ligação (ponto a ponto ou multiponto)

Comunicação de Dados

•  Banda larga e Banda básica •  Multiplexação

•  Modulação

•  Comutação

•  Fontes de distorção de sinais

•  Detecção de erros

Formas de sinalização

•  Analógica •  informações geradas por fontes sonoras têm

variações contínuas no tempo

•  Digital •  níveis discretos de tensão ou corrente. Pulsos nos

quais a amplitude é fixa •  Intervalo de sinalização: amplitude fixa •  Baud: número de intervalos por segundo de um sinal digital •  Bps ≥ Baud

Sinais Analógicos e Digitais

Modos de transmissão

•  Paralela •  transmissão simultânea de vários bits (em geral um

byte), utilizando várias linhas de comunicação •  utilizada internamente nos computadores e para

distâncias curtas •  Serial

•  os bits são transmitidos um a um, em seqüência, em um única linha de dados

•  é o tipo de transmissão mais utilizada em redes de computadores (Ex.: RS-232)

Ritmos de transmissão

•  Síncrona •  cadência fixa para transmissão seqüenciada dos bits •  emissor e receptor devem estar sincronizados

•  Assíncrona •  não exige fixação prévia de padrão de tempo •  tempo de transmissão entre dois grupos de bits pode

variar •  Utiliza start bits e stop bits

Modos de operação

•  A transmissão e a recepção podem ou não existir simultaneamente no tempo

•  Simplex •  comunicação em uma única direção

•  Half-Duplex •  comunicação em ambas as direções, porém não

simultaneamente •  Full-Duplex

•  comunicação em ambas as direções simultaneamente

Tipos de ligação

•  Ponto-a-ponto •  apenas dois equipamentos interligados por um meio

físico de transmissão (Ex.: linha telefônica)

•  Multiponto •  vários equipamentos interligados por um meio físico

de transmissão (Ex.: redes locais)

Banda passante

•  Banda passante de um sinal •  intervalo de freqüências que compõem o sinal (Ex.:

300 Hz a 3300 Hz - sinal de voz)

•  Largura de banda •  tamanho da banda passante, ou seja, a diferença

entre início e final da banda (Ex.: 3 KHz)

•  Taxa de transmissão de dados •  Depende da largura de banda •  Limitada a duas vezes a largura de banda (1 bit por

intervalo de sinalização) •  Especificada em bits por segundo (bps)

Multiplexação

•  Justificação •  Banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem

menor do que a banda passante dos meios físicos disponíveis •  Pode-se aproveitar a banda passante não utilizada para

transmitir outros sinais

•  Multiplexação •  Compartilhamento de um mesmo canal de transmissão por

vários sinais, sem interferência entre eles, para aproveitar toda a banda passante

•  Multiplexação na freqüência e no tempo

Multiplexação na freqüência - FDM

•  Procedimento no transmissor •  Os sinais são filtrados para preservar a faixa relativa à banda

passante de cada um •  Deslocamento da faixa de freqüência original dos sinais, para

que ocupem faixas disjuntas

•  Procedimento no receptor •  Conhecimento da faixa de freqüência do sinal •  Deslocamento do sinal para a faixa original •  Filtro para reconstituir o sinal original

•  Ex.: Freqüências de rádios (91,5 MHz)

Multiplexação na freqüência - FDM

Multiplexação no tempo - TDM

•  Capacidade de transmissão (em bps), em muitos casos excede a taxa de geração dos equipamentos conectados

•  Vários sinais são intercalados no tempo •  TDM síncrono

•  intervalos (frames) e subintervalos (segmentos) •  canal: conjunto dos segmentos, um em cada frame

•  TDM assíncrono •  não existe alocação de canal •  eliminação do desperdício

Modulação

•  Deslocamento do sinal original, de sua faixa de freqüência para outra faixa •  Sinal original - sinal modulador •  Portadora (carrier) - onda básica usada no

deslocamento

•  Modulação analógica •  Modulação por Amplitude - AM •  Modulação por Freqüência - FM •  Modulação por Fase - PM

Modulação Digital

•  Modulação por Chaveamento da Amplitude •  Amplitude do sinal resultante varia de acordo com a amplitude

do sinal que se quer modular

•  Modulação por Chaveamento da Freqüência •  freqüência varia de acordo com o sinal

•  Modulação por Chaveamento da Fase •  alteração de fase em 180o para bit 1 e não alteração para bit 0 •  amplitude e freqüência não são alteradas

•  MODEM - MODulador / DEModulador

Modulação Digital

Modems

Modulação

•  QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

9600 bps

em

2400 bauds

ITU V.32

Modulação

•  V.32 bis •  14.400 bps •  6 bits por amostragem •  2400 bauds •  64 pontos

•  V.34 •  28.800 bps (V.34+ 33.600)

•  V.90 •  56 Kbps •  Um lado deve ser digital

Padrão V.90

•  Padronizado pelo ITU em 2/98 •  Conexão digital do servidor à Rede Telefônica

(ex. E1 ou RDSI)

Banda larga e Banda básica

•  Banda = canal •  Transmissão em banda básica (baseband)

•  Sinalização digital •  Todo o espectro é utilizado para produzir o sinal •  Não há modulação

•  Transmissão em banda larga (broadband) •  Sinalização analógica •  Multiplexação em freqüência •  Ex.: TV a cabo; IEEE 802.4

PCM - Pulse Code Modulation

•  Sinal de voz é originalmente analógico •  Para transmissão digital deve ser codificado em

sinal digital •  CODEC - CODer / DECoder •  PCM - principal técnica utilizada por CODECs •  Utilizada em centrais telefônicas digitais •  Utiliza 8.000 amostras de 8 bits por segundo

para digitalizar a voz = 64 Kbps

Real Estate

redes ufabc