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Capítulo 4: Camada de Rede

Metas do capítulo: entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: roteamento (seleção de caminhos) Escalabilidade tópicos avançados: IPv6 instanciação e implementação na Internet. Resumo: serviços da camada de rede princípio de roteamento: seleção de caminhos

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Capítulo 4: Camada de Rede

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  1. Metas do capítulo: entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: roteamento (seleção de caminhos) Escalabilidade tópicos avançados: IPv6 instanciação e implementação na Internet Resumo: serviços da camada de rede princípio de roteamento: seleção de caminhos roteamento hierárquico IP Protocolos de roteamento da Internet dentro de um domínio entre domínios IPv6 Capítulo 4: Camada de Rede 4: Camada de Rede

  2. transporta pacote da estação remetente à receptora protocolos da camada de rede em cada estação, roteador três funções importantes: determinação do caminho: rota seguida por pacotes da origem ao destino. Algoritmos de roteamento comutação: mover pacotes dentro do roteador da entrada à saída apropriada estabelecimento da chamada: algumas arquiteturas de rede requerem determinar o caminho antes de enviar os dados rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física rede enlace física aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física Funções da camada de rede 4: Camada de Rede

  3. Q: Qual é o modelo de serviço para o “canal” que transporta pacotes do remetente ao receptor? largura de banda garantida? preservação de temporização entre pacotes (sem jitter)? entrega sem perdas? entrega ordenada? realimentar informação sobre congestionamento ao remetente? Modelo de serviço de rede A abstração mais importante provida pela camada de rede: ? ? circuito virtual ou datagrama? ? abstração do serviço 4: Camada de Rede

  4. 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 travessa conexão da camada de transporte só envolve os 2 sistemas terminais recursos de enlace, roteador (banda, buffers) podem ser alocados ao CV para permitir desempenho como de um circuito “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 Circuitos virtuais 4: Camada de Rede

  5. usados para estabelecer, manter, destruir CV usados em ATM, frame-relay, X.25 não usados na Internet de hoje aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física Circuitos virtuais: protocolos de sinalização 6. dados recebidos 5. começa fluxo de dados 4. conexão completa 3. chamada aceita 1. inicia chamada 2. chegada de chamada 4: Camada de Rede

  6. 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 aplicação transporte rede enlace física aplicação transporte rede enlace física Rede de datagramas: o modelo da Internet 1. envia dados 2. recebe dados 4: Camada de Rede

  7. Modelos de serviço da camada de rede: Garantias ? Arquiteturade Rede Internet ATM ATM ATM ATM Modelo deserviço melhoresforço CBR VBR ABR UBR Informa s/congestion.? não (inferido via perdas) sem congestion. sem congestion. sim não Perdas não sim sim não não Banda nenhuma taxaconstante taxagarantida mínima garantida nenhuma Ordem não sim sim sim sim Tempo não sim sim não não • Modelo Internet está sendo estendido: Intserv, Diffserv • Capítulo 6 4: Camada de Rede

  8. 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 estrito, requisitos de confiabilidade requer serviço garantido sistemas terminais “burros” telefones complexidade dentro da rede Rede de datagramas ou CVs: por quê? 4: Camada de Rede

  9. Abstraction de grafo para algoritmos de roteamento: nos do grafo são roteadores arestas do grafo são os enlaces físicos custo do enlace: retardo, financeiro, ou nível de congestionamento 5 3 5 2 2 1 3 1 2 1 A D B E F C Roteamento protocolo de roteamento meta: determinar caminho (seqüência de roteadores) “bom” pela rede da origem ao destino • caminho “bom”: • tipicamente significa caminho de menor custo • outras definições são possíveis 4: Camada de Rede

  10. Informação global ou descentralizada? Global: todos roteadores têm info. completa de topologia, custos dos enlaces algoritmos “estado de enlaces” Decentralizada: roteador conhece vizinhos diretos e custos até eles processo iterativo de cálculo, troca de info. com vizinhos algoritmos “vetor de distâncias” Estático ou dinâmico? Estático: rotas mudam lentamente com o tempo Dinâmico: rotas mudam mais rapidamente atualização periódica em resposta a mudanças nos custos dos enlaces Classificação de Algoritmos de Roteamento 4: Camada de Rede

  11. escala: com > 100 milhões de destinos: impossível guardar todos destinos na tabela de rotas! troca de tabelas de rotas afogaria os enlaces! autonomia administrativa internet = rede de redes cada admin de rede pode querer controlar roteamento em sua própria rede Roteamento Hierárquico Neste estudo de roteamento fizemos uma idealização: • todos os roteadores idênticos • rede “não hierarquizada” (“flat”) … não é verdade, na prática 4: Camada de Rede

  12. agregar roteadores em regiões, “sistemas autônomos” (SAs) roteadores no mesmo SA usam o mesmo protocolo de roteamento protocolo de roteamento “intra-SA” roteadores em SAs diferentes podem usar diferentes protocolos de roteamento intra-SA roteadores especiais no SA usamprotocolo de roteamento intra-SAcom todos os demais roteadores no SA também responsáveis por rotear para destinos fora do SA usam protocolo de roteamento “inter-SA” com outros roteadores de borda Roteamento Hierárquico roteadores de borda 4: Camada de Rede

  13. c b b c a A.c A.a C.b B.a Roteamento Intra-SA e Inter-SA • Roteadores de borda: • fazem roteamento inter-SA entre si • fazem roteamento intra-SA com outros roteadores do seu próprio SA b a a C B d A camada de rede Roteamento inter-AS, intra-AS no roteador de borda A.c camada de enlace camada física 4: Camada de Rede

  14. roteamentoInter-SA entre A e B b c a a C b B b c a d Estação e1 A A.a A.c C.b B.a Roteamento Intra-SA e Inter-SA Estação e2 roteamento Intra-SA no SA B roteamento Intra-SA no SA A • Em breve veremos protocolos de roteamento inter-SA e intra-SA específicos da Internet 4: Camada de Rede

  15. Funções da camada de rede em estações, roteadores: • protocolo ICMP • relata erros • “sinalização” de roteadores • protocolo IP • convenções de endereços • formato do datagrama • convenções de manuseio do pct • Protocolos de rot. • seleção de rotas • RIP, OSPF, BGP Tabela de rotas A Camada de Rede na Internet Camada de transporte: TCP, UDP Camada de rede Camada de enlace Camada física 4: Camada de Rede

  16. endereço IP: ident. de 32-bits para interface de estação, roteador interface: conexão entre estação, roteador e enlace físico roteador típico tem múltiplas interfaces estação pode ter múltiplas interfaces endereço IP associado à interface, não à estação ou roteador 223.1.1.2 223.1.2.2 223.1.2.1 223.1.3.2 223.1.3.1 223.1.3.27 Endereçamento IP: introdução 223.1.1.1 223.1.2.9 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001 223 1 1 1 4: Camada de Rede

  17. endereço IP: part de rede (bits de mais alta ordem) parte de estação (bits de mais baixa ordem) O quê é uma rede IP? (da perspectiva do endereço IP) interfaces de dispositivos com a mesma parte de rede nos seus endereços IP podem alcançar um ao outro sem passar por um roteador Endereçamento IP 223.1.1.1 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.2.9 223.1.1.4 223.1.2.2 223.1.3.27 223.1.1.3 LAN 223.1.3.2 223.1.3.1 Esta rede consiste de 3 redes IP (para endereços IP começando com 223, os primeiros 24 bits são a parte de rede) 4: Camada de Rede

  18. Como achar as redes? disassociar cada interface do seu roteador, estação criar “ilhas” de redes isoladas 223.1.3.27 223.1.3.1 223.1.3.2 Endereçamento IP 223.1.1.2 223.1.1.1 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.7.0 223.1.9.2 223.1.9.1 223.1.7.1 223.1.8.1 223.1.8.0 223.1.2.6 Sistema interligado consistindo de seis redes 223.1.2.1 223.1.2.2 4: Camada de Rede

  19. endereço multiponto 1110 rede estação 110 rede 10 estação Endereços IP dada a noção de “rede”, vamos reexaminar endereços IP: endereçamento “baseado em classes”: classe 1.0.0.0 to 127.255.255.255 A rede estação 0 128.0.0.0 to 191.255.255.255 B 192.0.0.0 to 223.255.255.255 C 224.0.0.0 to 239.255.255.255 D 32 bits 4: Camada de Rede

  20. Endereçamento IP: CIDR • Endereçamento baseado em classes: • uso ineficiente e esgotamento do espaço de endereços • p.ex., rede da classe B aloca endereços para 65K estações, mesmo se houver apenas 2K estações nessa rede • CIDR:Classless InterDomain Routing • parte de rede do endereço de comprimento arbitrário • formato de endereço: a.b.c.d/x, onde x é no. de bits na parte de rede do endereço parte de estação parte de rede 11001000 0001011100010000 00000000 200.23.16.0/23 4: Camada de Rede

  21. Endereços IP: como conseguir um? Estações (parte de estação): • codificado pelo administrador num arquivo • DHCP:Dynamic Host Configuration Protocol: obtém endereço dinamicamente: “plug-and-play” • estação difunde mensagem “DHCP discover” • servidor DHCP responde com “DHCP offer” • estação solicita endereço IP: “DHCP request” • servidor DHCP envia endereço: “DHCP ack” 4: Camada de Rede

  22. Endereços IP: como conseguir um? Rede (parte de rede): • conseguir alocação a partir do espaço de endereços do seu provedor IP Bloco do 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20 provedor Organização 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 Organização 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 Organização 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 ... ….. …. …. Organização 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23 4: Camada de Rede

  23. 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.30.0/23 200.23.20.0/23 . . . . . . Endereçamento hierárquico: agregação de rotas Endereçamento hierárquico permite anunciar eficientemente informação sobre rotas: Organização 0 Organização n 1 “mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 200.23.16.0/20” Organização 2 Provedor A Internet Organização 7 “mande-me qq coisa com endereços que começam com 199.31.0.0/16” Provedor B 4: Camada de Rede

  24. 200.23.16.0/23 200.23.18.0/23 200.23.30.0/23 200.23.20.0/23 . . . . . . Endereçamento hierárquico: rotas mais específicas Provedor B tem uma rota mais específica para a Organização 1 Organização 0 “mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 200.23.16.0/20” Organização 2 Provedor A Internet Organização 7 “mande-me qq coisacom endereços quecomeçam com 199.31.0.0/16 ou 200.23.18.0/23” Provedor B Organização 1 4: Camada de Rede

  25. Endereçamento IP: a última palavra... P: Como um provedor IP consegue um bloco de endereços? A: ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers • aloca endereços • gerencia DNS • aloca nomes de domínio, resolve disputas (no Brasil, estas funções foram delegadas ao Registro nacional e comandado pelo Comitê Gestor Internet – CGI-br) 4: Camada de Rede

  26. Formato do datagrama IP comprimento total do datagrama (bytes) número da versão do protocolo IP 32 bits comprimento do cabeçalho (bytes) tipo de serviço comp.cab ver comprimento para fragmentação/ remontagem início do fragmento “tipo” dos dados (DS) bits ident. 16-bits número máximo de enlaces restantes (decrementado a cada roteador) camada superior sobre-vida checksum Internet endereço IP de origem 32 bits endereço IP de destino 32 bits protocolo da camadasuperior ao qual entregar os dados p.ex. temporizador, registrar rota seguida, especificar lista de roteadores a visitar. Opções (se tiver) dados (comprimento variável, tipicamente um segmento TCP ou UDP) 4: Camada de rede

  27. Roteamento na Internet • A Internet Global consiste de Sistemas Autonônomos (SAs) interligados entre si: • SA Folha: empresa pequena • SA com Múltipla Conectividade: empresa grande (sem trânsito) • SA de Trânsito: provedor • Roteamento em dois níveis: • Intra-SA: administrador é responsável pela escolha • Inter-SA: padrão único 4: Camada de rede

  28. Hierarquia de SAs na Internet Inter-AS: roteadores de fronteira (exterior gateways) Intra-AS:roteadores internos (interior gateways) 4: Camada de rede

  29. Roteamento Intra-SA • Também conhecido como Interior Gateway Protocols (IGP) (protocolos de roteamento interno) • Os IGPs mais comuns são: • RIP: Routing Information Protocol • OSPF: Open Shortest Path First • IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (proprietário da Cisco) 4: Camada de rede

  30. Roteamento Inter-SA 4: Camada de rede

  31. Roteamento inter-SA na Internet: BGP • BGP (Border Gateway Protocol):o padrão de fato • Protocolo Vetor de Caminhos : • semelhante ao protocolo de Vetor de Distâncias • cada Border Gateway (roteador de fronteira) difunda aos vizinhos (pares) caminho inteiro (i.é., seqüência de SAs) ao destino • p.ex., roteador de fronteira X pode enviar seu caminho ao destino Z: Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z 4: Camada de rede

  32. Roteamento inter-SA na Internet: BGP Supomos: roteador X envia seu caminho para roteador para W • W pode ou não selecionar o caminho oferecido por X • razões de custo, políticas (não roteia via o SA de um concorrente), evitar ciclos. • Se W seleciona caminho anunciado por X, então: Caminho (W,Z) = W, Caminho (X,Z) • Note: X pode controlar tráfego de chegada através do controle dos seus anúncios de rotas aos seus pares: • p.ex., se não quero receber tráfego para Z -> não anuncia rotas para Z 4: Camada de rede

  33. Roteamento inter-SA na Internet: BGP • mensagens BGP trocadas usando TCP. • mensagens BGP: • OPEN: abre conexão TCP ao roteador par e autentica remetente • UPDATE: anuncia caminho novo (ou retira velho) • KEEPALIVE mantém conexão viva na ausência de UPDATES; também reconhece pedido OPEN • NOTIFICATION: reporta erros na mensagem anterior; também usada para fechar conexão 4: Camada de rede

  34. Por quê tem diferenças entre roteamento Intra- e Inter-SA? Políticas: • Inter-SA: administração quer controle sobre como tráfego roteado, quem transita através da sua rede. • Intra-AS: administração única, logo são desnecessárias decisões políticas Escalabilidade: • roteamento hierárquico economiza tamanho de tabela de rotas, reduz tráfego de atualização Desempenho: • Intra-AS: pode focar em desempenho • Inter-AS: políticas podem ser mais importantes do que desempenho 4: Camada de rede

  35. IPv6 • Motivação inicial:espaço de endereços de 32-bit completamente alocado até 2008. • Motivação adicional : • formato do cabeçalho facilita acelerar processamento/re-encaminhamento • mudanças no cabeçalho para facilitar QoS • novo endereço “anycast”: rota para o “melhor” de vários servidores replicados • format do datagrama IPv6: • cabeçalho de tamanho fixo de 40 bytes • não admite fragmentação 4: Camada de rede

  36. Cabeçalho IPv6 Prioridade: identifica prioridade entre datagramas no fluxo Rótulo do Fluxo: identifica datagramas no mesmo “fluxo” (conceito de “fluxo” mal definido). Próximo cabeçalho: identifica protocolo da camada superior para os dados 4: Camada de rede

  37. Outras mudanças de IPv4 • Checksum:removido completamente para reduzir tempo de processamento a cada roteador • Opções: permitidas, porém fora do cabeçalho, indicadas pelo campo “Próximo Cabeçalho” • ICMPv6: versão nova de ICMP • tipos adicionais de mensagens, p.ex. “Pacote Muito Grande” • funções de gerenciamento de grupo multiponto 4: Camada de rede

  38. Transição de IPv4 para IPv6 • Não todos roteadores podem ser atualizados simultaneamente • “dias de mudança geral” inviáveis • Como a rede pode funcionar com uma mistura de roteadores IPv4 e IPv6? • Duas abordagens propostas: • Pilhas Duais: alguns roteadores com duas pilhas (v6, v4) podem “traduzir” entre formatos • Tunelamento: datagramas IPv6 carregados em datagramas IPv4 entre roteadores IPv4 4: Camada de rede

  39. Abordagem de Pilhas Duais 4: Camada de rede

  40. Tunelamento IPv6 dentro de IPv4 quando necessário 4: Camada de rede

  41. Metas do capítulo: entender os princípios em que se fundamentam os serviços de rede: roteamento (seleção de caminhos) Escalabilidade tópicos avançados: IPv6 instanciação e implementação na Internet Resumo: serviços da camada de rede princípio de roteamento: seleção de caminhos roteamento hierárquico IP Protocolos de roteamento da Internet dentro de um domínio entre domínios IPv6 Capítulo 4: Camada de Rede 4: Camada de Rede

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