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Formato do Datagrama IP

Formato do Datagrama IP. versão do Protocolo IP. tamanho total do datagrama (bytes). 32 bits. tamanho do header (bytes). type of service. head. len. ver. lenght. usados para fragmentação/ remontagem. fragment offset. Classe de serviço. flgs. 16-bit identifier. número máximo

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  1. Formato do Datagrama IP versão do Protocolo IP tamanho total do datagrama (bytes) 32 bits tamanho do header (bytes) type of service head. len ver lenght usados para fragmentação/ remontagem fragment offset Classe de serviço flgs 16-bit identifier número máximo de saltos (decrementado em cada roteador) proto- col time to live Internet checksum 32 bit endereço IP de origem 32 bit endereço IP de destino Protocolo da camada superior com dados no datagrama Ex. timestamp, registro de rota, lista de rotea- dores a visitar. Opções (se houver) data (tamanho variável , tipicamente um segmento TCP ou UDP) Cap. 4: Camada de Rede

  2. Enlaces de rede têm MTU (max.transfer size) - corresponde ao maior quadro que pode ser transportado pela camada de enlace. tipos de enlaces diferentes possuem MTU diferentes (ethernet: 1518 bytes) Datagramas IP grandes devem ser divididos dentro da rede (fragmentados) um datagrama dá origem a vários datagramas “remontagem” ocorre apenas no destino final O cabeçalho IP é usado para identificar e ordenar datagramas relacionados IP Fragmentação e Remontagem fragmentação in: um datagrama grande out: 3 datagramas menores reassembly Cap. 4: Camada de Rede

  3. ID =x fragflag =0 offset =0 tamanho =4000 ID =x fragflag =1 offset =0 tamanho =1500 ID =x fragflag =1 offset =1480 tamanho =1500 IP Fragmentação e Remontagem Um grande datagrama se torna vários datagramas menores ID =x fragflag =0 offset =2960 tamanho =1040 Cap. 4: Camada de Rede

  4. Usado por computadores e roteadores para troca de informação de controle da camada de rede relatório de erros: host, rede, porta ou protocolo echo request/reply (usado pela aplicação ping) transporte de mensagens: mensagens ICMP transportadas em datagramas IP ICMP message: tipo, código, mais primeiros 8 bytes do datagrama IP que causou o erro ICMP: Internet Control Message Protocol TipoCódigodescrição 0 0 echo reply (ping) 3 0 dest. network unreachable 3 1 dest host unreachable 3 2 dest protocol unreachable 3 3 dest port unreachable 3 6 dest network unknown 3 7 dest host unknown 4 0 source quench (congestion control - not used) 8 0 echo request (ping) 9 0 route advertisement 10 0 router discovery 11 0 TTL expired 12 0 bad IP header Cap. 4: Camada de Rede

  5. ICMP – Exemplo: traceroute • Envia uma série de datagramas IP em direção ao destino • com TTLs crescentes: 1, 2, 3, ... • Ao receber o n-ésimo datagrama, o n-ésimo roteador observa que seu TTL zerou • envia de volta mensagem ICMP tipo 11, código 0 • Host de origem recebe cada uma das mensagens ICMP e: • reconstitui a rota para o host destino • estima o atraso acumulado em cada nó no caminho Cap. 4: Camada de Rede

  6. DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Protocolo cliente-servidor • Cliente: host “recém-chegado” à rede • Servidor: fornece informações de configuração de rede aos clientes (ex.: endereço IP) • Um servidor para cada rede local (LAN), ou • Roteador local faz o papel de agente de relay para o servidor de DHCP mais próximo Cap. 4: Camada de Rede

  7. DHCP Servidor DHCP 223.1.1.1 223.1.2.5 Atua como relay agent 223.1.2.1 223.1.1.2 223.1.2.9 223.1.1.4 223.1.2.2 223.1.3.27 223.1.1.3 223.1.3.2 223.1.3.1 Cap. 4: Camada de Rede

  8. DHCP: Troca de mensagens • DHCP Discover Message: broadcast pelo cliente • datagrama UDP, endereçado para 255.255.255.255, porta 67 • DHCP Server Offer: resposta do servidor DHCP local (via protocolo de enlace), contendo: • endereço IP proposto para o cliente • máscara de rede • prazo de validade do endereço IP fornecido Pode haver mais de um servidor DHCP: cliente escolhe • DHCP Request : cliente confirma aceitação dos parâmetros de configuração do servidor escolhido • DHCP ACK : servidor confirma os parâmetros do cliente Cap. 4: Camada de Rede

  9. DHCP DHCP discover Src: 0.0.0.0, 68 Dest: 255.255.255.255, 67 DHCPDISCOVER Yiaddr: 0.0.0.0 Transaction ID: 654 DHCP offer Src: 223.1.2.5, 67 Dest: 255.255.255.255, 68 DHCPOFFER Yiaddr: 223.1.2.4 Transaction ID: 654 DHCP server ID: 223.1.2.5 Lifetime: 3600 secs DHCP request Src: 0.0.0.0, 68 Dest: 255.255.255.255, 68 DHCPREQUEST Yiaddr: 223.1.2.4 Transaction ID: 655 DHCP server ID: 223.1.2.5 Lifetime: 3600 secs DHCP ACK Src: 223.1.2.5, 67 Dest: 255.255.255.255, 68 DHCPACK Yiaddr: 223.1.2.4 Transaction ID: 655 DHCP server ID: 223.1.2.5 Lifetime: 3600 secs Cap. 4: Camada de Rede

  10. NAT:Network Address Translation • Solução de transição para a escassez de endereços IP • Redes locais podem utilizar endereços IP não-validos • Roteador NAT traduz os endereços internos da rede local (não-válidos externamente) para um endereço válido • endereço do roteador que conecta a rede local com a Internet • i.e., roteador habilitado para NAT Cap. 4: Camada de Rede

  11. NAT:Exemplo Tabela de tradução NAT S = 10.0.0.1, 3345 D = 128.119.40.186, 80 10.0.0.1 S = 138.76.29.7, 5001 D = 128.119.40.186, 80 2 1 10.0.0.2 10.0.0.4 138.76.29.7 4 S = 128.119.40.186, 80 D = 10.0.0.1, 3345 S = 128.119.40.186, 80 D = 138.76.29.7, 5001 10.0.0.3 3 Cap. 4: Camada de Rede

  12. Roteamento na Internet • A Internet consiste de Sistemas Autônomos (AS) interconectados entre si: • Stub AS: pequena corporação • Multihomed AS: grande corporação (sem tráfego de trânsito) • Transit AS: provedor de acesso • Dois níveis de roteamento: • Intra-AS: o administrador é responsável pela definição do método de roteamento • Inter-AS: padrão único Cap. 4: Camada de Rede

  13. Hierarquia de AS Roteador de borda Inter-AS (exterior gateway) Roteador interno Intra-AS(gateway) Cap. 4: Camada de Rede

  14. Roteamento Intra-AS • Também conhecido como Interior Gateway Protocols (IGP) • IGPs mais comuns: • RIP: Routing Information Protocol • OSPF: Open Shortest Path First • IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (proprietário da Cisco) Cap. 4: Camada de Rede

  15. RIP ( Routing Information Protocol) • Algoritmo do tipo vetor-distância • Incluso na distribuição do BSD-UNIX em 1982 • Métrica de distância: número de hops (máx = 15 hops) • motivo: simplicidade • Vetores de distância: trocados a cada 30s via Response Message (também chamado advertisement, ou anúncio) • Cada anúncio: indica rotas para até 25 redes de destino Cap. 4: Camada de Rede

  16. RIP (Routing Information Protocol) z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w A 2 y B 2 z B 7 x -- 1 …. …. .... Tabela de roteamento em D Cap. 4: Camada de Rede

  17. RIP (Routing Information Protocol) z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w -- 1 z C 4 x -- 1 Anúncio de rotas feito pelo roteador A Cap. 4: Camada de Rede

  18. RIP (Routing Information Protocol) z ... w x y A D B C Rede de Destino Next Router Num. de saltos para dest. w A 2 z A 5 y B 2 … … … Nova tabela de rotas do roteador D Cap. 4: Camada de Rede

  19. RIP: Falha de Enlaces e Recuperação Se não há mensagem de resposta após 180s --> o vizinho e o enlace são declarados inativos • rotas através do vizinho são anuladas • novos anúncios são enviados aos vizinhos • os vizinhos por sua vez devem enviar novos anúncios (se suas tabelas de rotas foram alteradas) • a falha de um enlace se propaga rapidamente para a rede inteira • poison reverse é usado para prevenir loops, isto é, evitar que a rota para um destino passe pelo próprio roteador que está enviando a informação de distância (distância infinita= 16 hops) Cap. 4: Camada de Rede

  20. RIP Processamento da tabela de rotas • As tabelas de roteamento do RIP são manipuladas por um processo de aplicação chamado routed (daemon) • anúncios são enviados em pacotes UDP com repetição périódica: protocolo de nível de aplicação! Cap. 4: Camada de Rede

  21. Exemplo de tabela RIP Roteador: giroflee.eurocom.fr Destination Gateway Flags Ref Use Interface -------------------- -------------------- ----- ----- ------ --------- 127.0.0.1 127.0.0.1 UH 0 26492 lo0 192.168.2. 192.168.2.5 U 2 13 fa0 193.55.114. 193.55.114.6 U 3 58503 le0 192.168.3. 192.168.3.5 U 2 25 qaa0 224.0.0.0 193.55.114.6 U 3 0 le0 default 193.55.114.129 UG 0 143454 • 3 redes classe C diretamente conectadas (LANs) • Roteador somente conhece rotas para as LANS locais (nesse caso particular) • Rota Default usada para mandar mensagens para fora • Endereço de rota multicast: 224.0.0.0 • Loopback interface (para depuração): 127.0.0.1 Cap. 4: Camada de Rede

  22. OSPF (Open Shortest Path First) • Significado de “open”: publicamente disponível • Usa algoritmo do tipo Link State • disseminação de pacotes LS • mapa topológico em cada nó • usa algoritmo de Dijkstra para cálculo de rotas • anúncios do OSPF transportam um registro para cada roteador vizinho • Mensagens transmitidas diretamente sobre IP • Anúncios são distribuídos para todo o AS (via flooding) Cap. 4: Camada de Rede

  23. OSPF características avançadas • Segurança: todas as mensagens do OSPF são autenticadas (para previnir intrusão de hackers) • Múltiplos caminhos de mesmo custo são permitidos (o RIP só permite um caminho para cada destino) • Para cada enlace podem ser calculadas múltiplas métricas uma para cada tipo de serviço (TOS) (ex.: custo de enlace por satélite definido como baixo para tráfego de “melhor esforço” e alto para serviços de tempo real) • Integra tráfego uni- e multicast: • Multicast OSPF (MOSPF) usa a mesma base de dados topológica do OSPF • Hierarchical OSPF: dois níveis de roteamento para domínios grandes. Cap. 4: Camada de Rede

  24. OSPF Hierárquico Cap. 4: Camada de Rede

  25. OSPF Hierárquico • Hierarquia de dois níveis: área local e backbone. • anúncios de Link-state são enviados apenas nas áreas • cada nó tem a topologia detalhada da área; mas somente direções conhecidas (caminhos mais curtos) para redes em outra áreas. • Roteadores de borda de área:“resumem” distâncias para redes na própria área e enviam para outros roteadores de borda de área • Roteadores de backbone: executam o roteamento OSPF de forma limitada ao backbone. • Roteadores de borda: realizam as funções de interconexão com outros sistemas autônomos. Cap. 4: Camada de Rede

  26. IGRP (Interior Gateway Routing Protocol) • Protocolo proprietário da CISCO; sucessor do RIP (meados dos anos 80) • Vetor distância, como RIP • várias métricas de custo (atraso, banda, confiabilidade, carga, etc.) • usa o TCP para trocar informações de novas rotas • Loop-free routing via Distributed Updating Algorithm (DUAL) baseado em técnicas de computação difusa Cap. 4: Camada de Rede

  27. Inter-AS routing Cap. 4: Camada de Rede

  28. Internet inter-AS routing: BGP • BGP (Border Gateway Protocol): é o padrão de fato para uso na Internet • Algoritmo Path Vector : • similar ao protocolo Distance Vector • cada Border Gateway envia em broadcast aos seus vizinhos (peers) o caminho inteiro (isto é a seqüência de ASs) até o destino • Exemplo: Gateway X deve enviar seu caminho até o destino Z: Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,…,Z Cap. 4: Camada de Rede

  29. Internet inter-AS routing: BGP Suponha: roteador X envia seu caminho ao roteador parceiro W • W pode escolher ou não o caminho oferecido por X • critérios de escolha: custo, regras (não rotear através de AS rivais ), prevenção de loops. • Se W seleciona o caminho oferecido por X, então: Path (W,Z) = w, Path (X,Z) • Nota: X pode controlar o tráfego de entrada controlando as rotas que ele informa aos seus parceiros: • ex., se X não quer rotear tráfego para Z, X não informa nenhuma rota para Z Cap. 4: Camada de Rede

  30. Internet inter-AS routing: BGP • As mensagens do BGP são trocadas encapsuladas no TCP. • mensagens BGP: • OPEN: inicia a conexão TCP com um roteador parceiro e autentica o transmissor • UPDATE: anuncia novo caminho (ou retira um velho) • KEEPALIVE mantém a conexão viva em caso de ausência de atualizações; também reconhece mensagens OPEN • NOTIFICATION: reporta erros nas mesnagens anteriores; também usado para encerrar uma conexão Cap. 4: Camada de Rede

  31. Porque os protocolos Intra- e Inter-AS são diferentes ? Políticas: • Inter-AS: a administração quer ter controle sobre como seu tráfego é roteado e sobre quem roteia através da sua rede. • Intra-AS: administração única: as decisões políticas são mais simples Escalabilidade • O roteamento hierárquico poupa espaço da tabela de rotas e reduz o tráfego de atualização Performance: • Intra-AS: preocupação maior é desempenho • Inter-AS: regras de mercado podem ser mais importantes que desempenho Cap. 4: Camada de Rede

  32. Visão da Arquitetura de Roteadores Duas funções chave dos roteadores: • rodar algoritmos e protocolos de roteamento (RIP, OSPF, BGP) • comutar datagramas do enlace de entrada para o enlace de saída Cap. 4: Camada de Rede

  33. Funções na porta de entrada Comutação descentralizada: • dado o destino do datagrama, busca porta de saída, usando a tabela de roteamento na memória da porta de entrada • objetivo: completar o processamento da porta de entrada na ‘velocidade da linha’ • filas: se o datagramas chegam mais depressa que a taxa de envio para a estrutura de comutação Camada física: recepção de bits Camada de enlace: ex., Ethernet veja capítulo 5 Cap. 4: Camada de Rede

  34. Enfileiramento na Porta de Entrada • Se a estrutura de comutação for mais lenta que a capacidade combinada das portas de entrada -> pode ocorrer filas nas portas de entrada • Bloqueio Head-of-the-Line (HOL): datagramas enfileirados no início da fila bloqueiam aqueles que estão atrás na fila • atrasos de filas e perdas são provocados pela saturação do buffer de entrada! Cap. 4: Camada de Rede

  35. Três tipos de estruturas de comutação Cap. 4: Camada de Rede

  36. Memória Porta de Entrada Porta de Saída Barramento do sistema Comutação via Memória Empregada nos roteadores de primeira geração: • pacotes são copiados pela única CPU do sistema • velocidade é limitada pela banda passante da memória (2 cruzamentos do bus por datagrama) Roteadores modernos: • processador da porta de entrada realiza busca e cópia para a memória • Cisco Catalyst 8500 Cap. 4: Camada de Rede

  37. Comutação ViaBarramento • datagrama é transferido da memória da porta de entrada para a memória da porta de saída via um barramento compartilhado • contenção no bus: velocidade de comutação limitada pela capacidade do barramento • 1 Gbps bus, Cisco 1900: velocidade suficiente para roteadores de acesso e de empresas (não para roteadores regionais e de backbone) Cap. 4: Camada de Rede

  38. Comutação via Rede de Interconexão • supera limitações da banda do barramento • redes de Banyan, outras redes de interconexão originalmente desenvolvidas para conectar processadores num sistema multi-processador • projeto avançado: fragmentar datagramas em células de comprimento fixo e comutar as células por uma rede de comutação. • Cisco 12000: comuta vários gigabis por segundo através de uma rede de interconexão Cap. 4: Camada de Rede

  39. Portas de Saída • Armazenamento: exigido quando os datagramas chegam da estrutura de comutação mais depressa que a taxa de transmissão do enlace de saída • Disciplina de fila: escolhe entre os datagramas enfileirados um deles para transmissão Cap. 4: Camada de Rede

  40. Filas na porta de saída • armazenamento quando a taxa de chegada pelo comutador excede a velocidade da linha de saída • filas(atrasos) e perdas são provocados por um overflow do buffer da porta de saída! Cap. 4: Camada de Rede

  41. IPv6 • Motivação inicial:o espaço deendereços de 32-bits estará completamente alocado por volta de 2008. • Motivação adicional: • melhorar o formato do cabeçalho para permitir maior velocidade de processamento e de transmissão • mudanças no cabeçalho para incorporar mecanismos de controle de QoS (Quality of Service) • novo tipo de endereço: “anycast” - permite enviar uma mensagem para o melhor dentre vários servidores replicados • Formato dos datagramas IPv6: • cabeçalho fixo de 40 bytes • não é permitida fragmentação Cap. 4: Camada de Rede

  42. IPv6: Cabeçalho Priority (traffic class): permitir definir prioridades diferenciadas para vários fluxos de informação Flow Label: identifica datagramas do mesmo “fluxo.” (conceito de “fluxo” não é bem definido). Next header: identifica o protocolo da camada superior ou um cabeçalho auxiliar (options) Cap. 4: Camada de Rede

  43. Outras mudanças do IPv4 • Checksum:removido inteiramente para reduzir o tempo de processamento em cada roteador • Options: são permitidas, mas são alocadas em cabeçalhos suplementares, indicados pelo campo “Next Header” • ICMPv6: nova versão de ICMP • tipos de mensagens adicionais , ex. “Packet Too Big” • funções de gerenciamento de grupos multicast Cap. 4: Camada de Rede

  44. Transição do IPv4 para IPv6 • Nem todos os roteadores poderão ser atualizados simultaneamente • não haverá um dia da vacinação universal • A rede deverá operar com os dois tipos de datagramas simultaneamente presentes • Duas abordagens propostas: • Pilha de protocolos dual: alguns roteadores, com pilhas de protocolos duais (IPv6 e IPv4), podem trocar pacotes nos dois formatos e traduzir de um formato para o outro • Tunneling: IPv6 transportado dentro de pacotes IPv4 entre roteadores IPv4 Cap. 4: Camada de Rede

  45. Abordagem de pilha dual Cap. 4: Camada de Rede

  46. Tunneling IPv6 dentro do IPv4 onde necessário Cap. 4: Camada de Rede

  47. Multicast • Envio de uma mensagem para um grupo de receptores como uma única operação • Alternativas de implementação: • várias mensagens de unicast: transmissor explicitamente envia uma cópia da mensagem para cada receptor no grupo • multicast em nível de aplicação: transmissor manda uma cópia da mensagem para um sub-conjunto dos membros do grupo, os quais se encarregam de retransmitir a mensagem para outros membros mais à frente • multicast explícito: com suporte na camada de rede – o transmissor envia uma única cópia do datagrama, o qual é replicado pelos roteadores no caminho (com a ajuda de protocolos de roteamento multicast) Cap. 4: Camada de Rede

  48. Multicast (cont.) • Identificação dos receptores: • i.e., membros de um grupo • Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol): conhecimento descentralizado do conjunto de membros de um grupo • executa nos roteadores de borda • hosts informam a entrada e saída de um grupo de multicast • encamento de datagramas: em cooperação com um protocolo de roteamento multicast (DVMRP, MOSPF, PIM) • Endereçamento de grupo • usa endereços IP classe D • 224.0.0.0 a 239.255.255.255 • endereço utilizado em datagramas multicast • endereçamento indireto (cada host tem também um endereço IP unicast) Cap. 4: Camada de Rede

  49. sem mobilidade alta mobilidade Mobilidade: Suporte na camada de rede • espectro de mobilidade, a partir de uma perspectiva da rede usuário móvel usando o mesmo ponto de acesso usuário móvel, passando através de múltiplos pontos de acesso enquanto mantém uma conexão ininterrupta (como com telefones cels.) usuário móvel, conecta-se e desconecta-se da rede usando DHCP enquanto migra: shutdown Cap. 4: Camada de Rede

  50. Mobilidade: Vocabulário home agent: entidade que irá realizar as funções de mobilidade em favor do host móvel quando este estiver em local remoto home network: “residência” permanente do host móvel (e.g., 128.119.40/24) host móvel wide area network Permanent address: endereço do host móvel na home network; pode sempre ser usado para se comunicar com o host móvel e.g., 128.119.40.186 correspondente Cap. 4: Camada de Rede

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