-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica1
Redes de ComputadoresRedes de Computadores
Camada Rede
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica2 Camada de Rede
Obteno Dinmica de Endereos IP
atribudo pelo administrador do sistema e configurado manualmente
Ou por DHCP atribuio dinmica de
um endereo (plug-and-play)
[RFC 2131]
Endereo IP de uma interface individual (host portion)
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Atribuio dinmica permite reutilizao dos endereos IP Apropriado para communicaes mveis (PDAs, portteis, etc)
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Atribuio dinmica permite reutilizao dos endereos IP Apropriado para communicaes mveis (PDAs, portteis, etc)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica3 Camada de Rede
DHCP Cenriode Utilizao
Computador difunde a mensagem DHCP discover
Servidor DHCP responde com DHCP offer
Computador pede o endereo IP DHCP request
Servidor confirma endereo IP DHCP ACK
Servidor DHCP: 223.1.2.5
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica4 Camada de Rede
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
10.0.0.4138.76.29.7
rede local10.0.0/24
Internetpblica
Traduo de endereos de redeNAT Network Address Translation
[RFC 2663, RFC 3022]Todos os datagramas aodeixar a rede local tm o mesmo endereo (pblico) IP (NAT IP): 138.76.29.7, masnmero de porto diferente
Os datagramas com fontee destino nesta rede tmendereos 10.0.0/24
Motivao - visto do mundo exterior todos os elementos locais usam um s endereo IP no h necessidade de requisitar uma coleco de endereos da entidade competente
basta um endereo IP podem mudar-se os endereos na rede local sem notificar o mundo exterior muda-se de ISP sem mudar os endereos da rede local, e sem mudar os ns da rede exterior os elementos da rede local no so endereveis explicitamente a partir do mundo exterior
contribuindo para um aumento de segurana.
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica5 Camada de Rede
Encaminhador NAT Tarefas
datagramas de sada: substituir (endereo IP privado de origem, porto #) de cada datagrama de sada por (endereo NAT IP pblico, novo porto #)
. . . Os clientes/servidores remotos respondem usando como endereo de destino (endereo NAT IP pblico, novo porto #).
guardar (na tabela de traduo NAT) todos os pares (endereo IP privado de origem, porto #), (endereo NAT IP pblico, novo porto #).
datagramas de entrada: substituir (endereo NAT IP pblico, novo porto #) no campo de endereo de destino de cada datagrama de entrada o valor correspondente na tabela de traduo NAT (endereo IP privado de origem, porto #).
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica6 Camada de Rede
NAT Exemplo
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
O: 10.0.0.1, 3345D: 128.119.40.186, 80
1
10.0.0.4
138.76.29.7
1: mquina 10.0.0.1 envia datagrama p/ 128.119.40.186, 80
Tabela de traduo NATendereo pblico endereo privado
138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345
O: 128.119.40.186, 80 D: 10.0.0.1, 3345 4
O: 138.76.29.7, 5001D: 128.119.40.186, 802
2: router NATmuda end. origem do datagrama de10.0.0.1, 3345 p/138.76.29.7, 5001, e actualizatabela
O: 128.119.40.186, 80 D: 138.76.29.7, 5001 3
3: Resposta chega p/ end. destino: 138.76.29.7, 5001
4: router NAT muda endereo de destino do datagrama de138.76.29.7, 5001 para 10.0.0.1, 3345
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica7 Camada de Rede
campo do nmero do porto com 16-bits: 216 = 65.536 ligaes simultneas com um nico endereo
Implementao do NAT algo controversa os ns encaminhadores deviam processar apenas o que diz respeito ao
nvel de rede somente at camada 3 viola o princpio de que o nvel de transporte funciona estritamente
extremo a extremo possibilidade do uso de NAT deve ser levado em conta pelos programadores de
aplicaes (e.g. P2P) Connection reversal
portos devem ser usados para enderear processos, em vez de mquinas escassez de endereos deve ser resolvida por outros mecanismos (IPv6).
NAT: Implementao
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica8 Camada de Rede
ICMP: Internet Control Message Protocol
Usado por computadores e ns (routers) para comuniaes de controlo da camada de rede
informao de erros unreachable host destination network unreachable unreachable protocol, ...
pedido/resposta de eco usado pelo comando ping
Na camada de rede acima do IP mensagens ICMP so inseridas
(no campo de dados) nos datagramas IP
Tipo Cdigo descrio0 0 resposta de eco (ping)3 0 rede de destino inalcanvel3 1 mquina destino inalcanvel3 2 protocolo destino inalcanvel3 3 porto destino inalcanvel3 6 rede destino desconhecida3 7 mquina destino desconhecida4 0 fonte (controle de congesto
- no usado)8 0 pedido eco (ping)9 0 anncio do caminho10 0 descobrir encaminhador (router)11 0 TTL expirado12 0 erro de cabealho IP
Tipo Cdigo descrio0 0 resposta de eco (ping)3 0 rede de destino inalcanvel3 1 mquina destino inalcanvel3 2 protocolo destino inalcanvel3 3 porto destino inalcanvel3 6 rede destino desconhecida3 7 mquina destino desconhecida4 0 fonte (controle de congesto
- no usado)8 0 pedido eco (ping)9 0 anncio do caminho10 0 descobrir encaminhador (router)11 0 TTL expirado12 0 erro de cabealho IP
[RFC 792]
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica9 Camada de Rede
Traceroute funcionamento com ICMP
Origem envia uma srie de segmentos UDP para o destino
Primeiro tem TTL =1 Segundo tem TTL=2, etc. Usa n de porto UDP pouco provvel Comea temporizado p/ cada datagrama
Quando n-simo datagrama chega ao n-simo router:
Router descarta datagrama temporizador expirado
Envia para a origem uma mensagem ICMP (tipo 11, cdigo 0)
Mensagem inclui nome e endereo IP do router
Quando a msg ICMP chega, origem calcula RTT
Traceroute faz isto 3 vezes
Critrio de paragem Segmento UDP
eventualmente chega mquina destino
Destino retorna pacote ICMP porto inalcanvel(tipo 3, cdigo 3)
Quando origem recebe este pacote ICMP, termina
Critrio de paragem Segmento UDP
eventualmente chega mquina destino
Destino retorna pacote ICMP porto inalcanvel(tipo 3, cdigo 3)
Quando origem recebe este pacote ICMP, termina
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica10 Camada de Rede
Motivao inicial endereos de 32 bits insuficiente espao de endereos estaria completamente atribudo at 2008
viso pessimista do incio dos anos 90
Motivao adicional formato cabealho pode ajudar a aumentar a velocidade de processamento do n cabealho pode incluir campos dedicados ao fornecimento de QoS podem introduzir-se novos tipos de endereo, e.g., anycast
Encaminhamento instantneo para o melhor de um conjunto de servidores replicados
Breve histria Recomendado pelo IPng Area Directors do IETF em Toronto, Julho de 1994, RFC 1752,
(The Recommendation for the IP Next Generation Protocol) . Nov. 1994: recomendao aprovada pelo Internet Engineering Steering Group O corpo principal do protocolo IPv6 um Draft Standard do IETF desde 1998
IPv6 verso 6 do Protocolo InternetNext Generation Internet Protocol, IPng [RFC 1752]IPv6 [RFC 2460]
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica11 Camada de Rede
Pacotes IPv6
Version (4 bits) valor 6 no IPv6 Priority (ou Traffic Class - 8 bits) identifica a prioridade de um datagrama
num fluxo. Semelhante ao campo TOS (tipo de servio) do IPv4 Flow Label (20 bits) identifica datagramas do mesmo fluxo (flow)
o conceito de fluxo no est bem definido Payload len (16 bits) unsigned integer, n de bytes de dados Next header (8 bits) identifica o protocolo que processa os dados Hop Limit n max hops q restam (decrementado em cada router, 0=drop)
Formato do datagrama IPv6 Cabealho de tamanho fixo de 40 bytes
Fragmentao/Reagrupamento no permitido no IPv6 em routers, apenas sistemas terminais
Checksum removido completamente para reduzir tempo de processamento em cada (router)
Opes permitidas, porm fora do cabealho indicadas pelo campo Next Header
ICMPv6 verso nova do ICMP tipos adicionais de mensagens, e.g. Packet Too Big
Mudanas do IPv4 para IPv6
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica12 Camada de Rede
Transio do IPv4 para IPv6
Como a rede pode funcionar com uma mistura de routers IPv4 e IPv6? [RFC 2893]
Sistemas IPv6 backwardcompatible - podem processar (enviar, receber, encaminhar) datagramasIPv4
Sistemas IPv4 no suportam datagramas IPv6
E nem todos os routers podem ser actualizados simultaneamente
Dual-Stack Routers com um stack IPv4 e outro IPv6
Tneis datagramas IPv6
carregados em datagramasIPv4 entre routers IPv4
IPv6 dentro de IPv4 quando necessrio
Tuneis
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica13 Camada de Rede
DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Reviso
Servios da camada de rede Circuitos virtuais Datagramas
Funcionamento de um encaminhador (router) Camada de rede na Internet: o protocolo IP Princpios de encaminhamento
seleco de um caminho Outros aspectos da camada de rede na Internet
DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Encaminhamento hierrquico Encaminhamento na Internet
intra domnio inter domnio
Encaminhamento multicast
DHCP - Obteno Dinmica de Endereos IP
Traduo de endereos de rede NAT
Tarefas, Exemplo e implementao
ICMP: Internet Control Message Protocol
Traceroute: funcionamento com ICMP
IPv6Pacotes IPv6
Transio do IPv4 para IPv6
DHCP - Obteno Dinmica de Endereos IP
Traduo de endereos de rede NAT
Tarefas, Exemplo e implementao
ICMP: Internet Control Message Protocol
Traceroute: funcionamento com ICMP
IPv6Pacotes IPv6
Transio do IPv4 para IPv6
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica14 Camada de Rede
Escala (centenas de milhes de destinos)
no se podem memorizar todos em cada tabela de encaminhamento
A troca de informao para a construo das tabelas esgotaria a capacidade da rede
Autonomia administrativa internet = rede de redes Cada instituio / organizao
/ empresa tem o direito de usar mecanismos de encaminhamento prprios
A hiptese assumida de que todos os ns so idnticos a rede plana no verdade, na prtica...
Encaminhamento Hierrquico
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica15 Camada de Rede
Encaminhamento Hierrquico
Ns no mesmo AS utilizam o mesmo protocolo de encaminhamento intra-AS
Ns em diferentes AS podem utilizar diferentes protocolos de encaminhamento intra-AS
Ns gateway ou fronteira ns especiais em cada AS utilizam um protocolo de encaminhamento intra-AS com todos os ns
desse AS so responsveis pelo encaminhamento para destinos fora desse AS
utilizam um protocolo de encaminhamento inter-AS com os restantes ns gateway
Organizao de ns em regies autnomas, autonomous systems (AS)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica16 Camada de Rede
Encaminhamento Intra-AS e Inter-ASTabela de encaminhamento configurada pelos algoritmos intra-AS e inter-AS
C.b
A.aA.c
B.a
ab
a
db
c
ab
c
encaminhamento inter-AS, intra-AS na gateway A.c
Camada de rede
Camada de ligao de dados
Camada fsica
Gateways ou n fronteira usam encaminhamento inter-
AS entre eles usam encaminhamento intra-
AS com os ns do seu AS
A
C B
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica17 Camada de Rede
3b
1d
3a
1c2aAS3
AS1
AS21a
2c2b
1b
3c
Router em AS1 recebe um datagrama cujo destino estfora de AS1 Router dever encaminhar o
pacote p/ um dos routers de fronteira, mas qual?
AS1 precisa de1. aprender quais destinos que so
atingiveis via AS2 e quais so atingiveis via AS3
2. propagar esta informao para todos os routers em AS1
Tarefas do encaminhamento inter-SA
Tarefas do Encaminhamento Inter-AS
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica18 Camada de Rede
3b
1d
3a1c
2aAS3
AS1
AS21a
2c2b
1b
3c
Tabela de encaminhamento no router 1d AS1 aprende atravs do protocolo inter-AS que a sub-rede x
atingivel via AS3 (router de fronteira 1c) mas no via AS2 Protocolo Inter-AS propaga informao de alcane dos destinos
para todos os routers internos Router 1d determina atravs da informao de encaminhamento
intra-AS que sua interface I est no caminho mnimo para 1c Coloca par (x,I) na tabela de encaminhamento
Exemplo Definio da tabela de encaminhamento no router
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica19 Camada de Rede
Router aprendeatravs do protocolointer-AS que a sub-rede x atingivel via mltiplos routers de
fronteira
Usa informao de encaminhamento do protocolo intra-ASpara determinar os caminhos mnimos p/ cada n fronteira
Encaminhamento batata quente:escolhe o router
fronteira que tem o caminho de menor
custo
Determina na tabela deencaminhamento inter-face I que leva ao rou-ter fronteira de menorcusto. Insere (x,I) na tab. encaminhamento
AS1 aprende agora atravs do protocolo inter-AS que a sub-rede x alcanvel via AS3 e via AS2
Para configurar a tabela de encaminhamento, o router 1d deve determinar para qual router de fronteira ele deve enviar pacotes com destino x
Isto tambm tarefa do protocolo de encaminhamento inter-AS! Encaminhamento batata quente (hot potato): envia pacote para o router de
fronteira mais prximo
Exemplo: Seleco entre ASs mltiplos
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica20 Camada de Rede
Encaminhamento na Internet
A Internet constituda por Sistemas Autnomos Autonomous Systems (AS)interligados entre si
Protocolos nos 2 nveis de encaminhamento Inter-AS: protocolo nico
BGP Border Gateway Protocol Intra-AS: cada administrador responsvel
pela escolha do protocolo usado Conhecidos como Interior Gateway
Protocols (IGP) IGPs mais comuns: RIP, OSPF, IGRP
Ns fronteira Inter-AS (exterior gateway)
Ns interiores Intra-AS
Hierarquia de ASs na Internet
RIP: Routing Information Protocol(RFC 2453 Nov. 1998)OSPF: Open Shortest Path First(v2, RFC 2328 Abril 1998)IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco propr.)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica21 Camada de Rede
Encaminhamento Hierrquico - Reviso
Servios da camada de rede Circuitos virtuais Datagramas
Funcionamento de um encaminhador (router) Camada de rede na Internet: o protocolo IP Princpios de encaminhamento
seleco de um caminho Outros aspectos da camada de rede na Internet
DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Encaminhamento hierrquico Encaminhamento na Internet
intra domnio inter domnio
Encaminhamento multicast
Encaminhamento Intra-AS e Inter-AS
Tarefas do encaminha-
mento Inter-AS
Exemplo: Definio da tabela de encaminha-mento no router
Exemplo: Seleco entre ASs mltiplos
Encaminhamento Intra-AS e Inter-AS
Tarefas do encaminha-
mento Inter-AS
Exemplo: Definio da tabela de encaminha-mento no router
Exemplo: Seleco entre ASs mltiplos
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica22 Camada de Rede
RIP: Algoritmo de vector de distncias Includo na distribuio de BSD-UNIX,
1982 Custos definidos entre router de origem
e subnet de destino entre routers no algoritmo DV
Mtrica de distncia: # de saltos (max = 15 saltos)
n de subredes atravessadas no caminho mais curto entre o router de origem e a subrede de destino, incluindo esta
DC
BA
u v
w
xy
z
destino saltosu 1v 2w 2x 3y 3z 2
Do router A para sub-redes
RFC 1058, RFC 2453 Nov. 1998Anncios RIP
Vectores de distncia: trocados de 30 em 30 segundos via RIP Response Message (tambm chamada mensagem de anncio RIP, RIP advertisement)
Cada Anncio: contm at um mximo de 25 caminhos para subredes, juntamente com custos
Encaminhamento Intra-AS na Internet: RIP (Routing Information Protocol)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica23 Camada de Rede
Rede Destino Prximo Router n de saltos at ao destinow A 2y B 2z B 7x -- 1. . ....
C
Tabela de encaminhamento em D
w x y
z
A D B...
Exemplo RIP
...
Subredes w,x,y,z
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica24 Camada de Rede
Dest Prox Saltosw - 1
x - 1
z C 4
. ...
Anncio de A para D
C
w x y
z
A D B...
Rede Destino Prximo Router n de saltos at ao destinow A 2y B 2z B A 7 5x -- 1. . ....
Tabela de encaminhamento em D
Exemplo RIP - Anncio
...
Subredes w,x,y,z
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica25 Camada de Rede
Se no forem ouvidas mensagens de anncio (advertisement) num perodo de 180s da parte de um vizinho ele declarado inexistente (ou ele foi abaixo ou ento a ligao para ele)
1. caminhos que incluam esse vizinho so retirados da tabela 2. so enviadas mensagens de anncio aos restantes vizinhos 3. os vizinhos por sua vez enviam novas mensagens se as suas tabelas
tiverem mudado a falha rapidamente propagada a toda a rede
Router pode pedir informao sobre custos de ligaes de vizinhos atravs de RIP request messages
Reverso envenenado usado para impedir rotas cclicas ping-pong(distncia infinita = 16 ligaes)
Aspectos de Implementao RIP Falha de uma Ligao
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica26 Camada de Rede
Aspectos de Implementao RIP: Processamento de tabelas
As tabelas de encaminhamento RIP so geridas por um processo na camada de aplicao chamado route-d (routing daemon)
As mensagens de anncio so enviadas periodicamente usando o protocolo de transporte UDP (porto 520)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica27 Camada de Rede
RIP: Processamento de Tabelas Exemplo
Trs redes classe C (LANs) directamente ligadas N para enviar todos os datagramas com endereos que no
constam da tabela - default router Endereo multicast: 224.0.0.0, Interface Loopback: 127.0.0.1
N: giroflee.eurocom.fr
le003U193.55.114.6224.0.0.0
143454
25
58503
13
26492
Use
0UG193.55.114.129default
qaa02U192.168.3.5192.168.3.
le03U193.55.114.6193.55.114.
fa02U192.168.2.5192.168.2.
lo00UH127.0.0.1127.0.0.1
InterfaceRefFlagsGatewayDestination
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica28 Camada de Rede
OSPF usado por ISPs de nveis mais altos o RIP mais usado por ISPs de nvel mais baixo e redes empresariais
Algoritmo de estado das ligaes Disseminao de pacotes de estado das ligaes (LS packet)
caso mude o estado da ligao (alterao do custo ou no estado up/down)
e actualizado no minimo uma vez em cada 30 minutos
Mapa da topologia conhecido em todos os ns Clculo dos caminhos usando o algoritmo de Dijkstra
OSPF no determina definio de custos (hop, inverso da capacidade, etc) muitas vezes definem-se os custos de modo a obter fluxos de trfego pretendidos
routers testam estado ligaes atravs de mensagens HELLO aos vizinhos As mensagens de anncio so disseminadas por inundao pelo AS
as mensagens de anncio OSPF de divulgao para toda a rede tm apenas uma entrada por cada n vizinho
protocolo OSPF usa directamente o IP, ao invs de TCP ou UDP
Encaminhamento Intra-AS na Internet: OSPF (Open Shortest Path First)
[RFC 2328]open protocol: protocolo pblico
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica29 Camada de Rede
Segurana todas as mensagens OSPF so autenticadas para impedir acessos no autorizados
Mltiplos caminhos caminhos de igual custo para o mesmo destino podem ser mantidos (RIP permite apenas um)
Mtricas diferentes para a mesma ligao dependendo do tipo de servio (campo TOS dos datagramas)
e.g., ligao satlite com custo baixo para trfego de melhor esforo e custos elevados para trfego de tempo real
Multicast suporte integrado de uni/multicast [RFC 1584] OSPF multicast (MOSPF) usa a topologia construda para OSPF unicast
Hierarquia suporta hierarquia de ns em domnios de larga dimenso Um AS pode ser configurado em reas, cada rea corre o seu alg. OSPF
Caracteristicas avanadas no existentes no RIP
Caractersticas do OSPF
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica30 Camada de Rede
Hierarquia no OSPF
Hierarquia em dois nveis - arealocal, backbone.
anncios do estado das ligaes circulam apenas numa rea
cada n tem conhecimento detalhado da rea em que se insere;
cada n conhece apenas a direco para as redes noutras reas.
Ns de fronteira de rea (Areaborder routers): conhecem as distncias para as redes na sua rea e anunciam para os restantes ns de fronteira de rea
Ns do backbone: executam o protocolo OSPF apenas no conjunto dos ns do mesmo tipo
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica31 Camada de Rede
Encaminhamento Inter-AS
Encaminhamento Inter-AS na Internet BGP (Border Gateway Protocol)
BGP4: standard, verso 4 [RFC 1771, e tambm RFCs 1772, 1773]
BGP fornece a cada AS meios de:1. Obter informao sobre alcane de
sub-redes a partir de informao recebida de ASs vizinhos
2. Propagar informao sobre alcanede outras subredes para todos os routers internos ao AS
3. Determinar bons caminhos para sub-redes a partir de informao sobre alcane e polticas do AS
Permite que uma sub-rede anuncie a sua existncia para o resto da Internet: Estou aqui!
destinos no so mquinas so prefixos CDIR, cada representando
uma subrede ou colecco de subredes
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica32 Camada de Rede
Fundamentos do BGP
Par de routers (pares BGP) trocam informao de encaminhamento atravs de ligaes TCP semi-permanentes: sesses (e/i)BGP
sesses BGP no correspondem a ligaes fsicas
Quando um AS2 anuncia um prefixo para AS1, AS2 est a prometer que vai enviar quele prefixo quaisquer datagramas destinados ao mesmo
AS2 pode agregar prefixos nos seus anncios
Distribuio da Informao sobre Alcance
Com sesso eBGP 3a-to-1c, AS3 envia informao sobre alcane de prefixos para AS1
1c pode usar iBGP para distribuir nova informao de alcance de prefixo para todos os routers AS1
1b pode reanunciar a nova informao de alcance para AS2 atravs da sesso eBGP 1b-to-2a
Quando um router aprende sobre um novo prefixo, cria uma entrada para o prefixo na sua tabela de encaminhamento
3b
1d
3a1c 2aAS3
AS1 AS21a
2c2b1b
3ceBGP sessioniBGP session
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica33 Camada de Rede
BGP (Border Gateway Protocol)
Protocolo de vector de caminhos(Path vector protocol)
Semelhante ao protocolo de vector de distncias
Cada n da fronteira de um AS envia aos seus vizinhos (tambm fronteiras de AS) os custos atravs dele para cada destino incluindo a descrio do caminho (sequncia de ns visitados)
e.g. o n X envia o caminho que conhece para o destino Z:
Path (X,Z) = X,Y1,Y2,Y3,,Z
Exemplos: o n X envia um caminho conhecido ao n W
W pode ou no escolher o caminho anunciado com base em
Custo Convenincias comerciais/polticas Critrios tcnicos: evitar caminhos fechados
Se W aceita o caminho comunicado por X, ento anuncia aos vizinhos:
Path (W,Z) = (w,x), Path (X,Z)
Um n pode controlar o trfego que encaminha escolhendo os anncios que faz
e.g. no quer encaminhar trfego para Y no anuncia nenhum caminho para Y
Protocolo muito complexo
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica34 Camada de Rede
Atributos do Caminho
Quando um prefixo anunciado, o anncio inclui atributos BGP.
prefixo + atributos = caminho Dois atributos importantes:
AS-PATH: contm os ASs pelos quais o anncio para o prefixo passou: AS 67 AS 17
NEXT-HOP: indica o router especfico, interno ao AS, que leva ao AS do prximo salto
Pode haver mltiplas ligaes do AS actual ao AS do prximo salto
Quando um router de fronteira recebe um anncio de caminho, usa a poltica de importao (import policy) para aceitar/declinar
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica35 Camada de Rede
Seleco do Caminho
Router pode aprender sobre mais de 1 caminho para algum prefixo de uma subrede
deve selecionar o caminho
Regras de eliminao1. Valor do atributo preferncia local associado ao
caminho: deciso poltica2. Menor AS-PATH 3. Router NEXT-HOP mais prximo
roteamento batata quente - escolhe AS com o router fronteira que tem o caminho de menor custo
4. Critrios adicionais
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica36 Camada de Rede
BGP troca mensagens usando o protocolo TCP porto 179
Mensagens BGP OPEN: inicia a ligao TCP e envia autenticao do emissor UPDATE: anncio de caminhos KEEPALIVE: mantm uma ligao aberta na ausncia de
mensagens de UPDATE; usada para responder mensagem OPEN
NOTIFICATION: reporta erros em mensagens anteriores; usada para fechar uma ligao
Mensagens BGP
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica37 Camada de Rede
Polticas de Encaminhamento BGP
A,B,C so redes de fornecedores X,W,Y so clientes
das redes de fornecedores
X com duas interfaces (multi-homed) ligadas a duas redes
X no vai encaminhar de B para C ... para tal, X no vai anunciar a B o
caminho para C
A anuncia para B o caminho AW B anuncia para X o caminho BAW B no anuncia para C caminho BAW
B no obtm lucro pelo encaminhamento CBAW, j que nem W ou C so clientes de B
B quer C a encaminhar para W via A B quer encaminhar apenas para/dos
seus clientes
A
B
C
WX
Y
legenda
rede cliente
redeprovedor
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica38 Camada de Rede
Consideraes de Escala Encaminhamento hierrquico poupa espao nas tabelas de encaminhamento e
economiza mensagens de actualizao das condies da rede Flexibilidade: se dominio (AS) torna-se demasiado grande, pode ser dividido
Consideraes polticas Inter-AS: as administraes dos domnios querem controlar como e por onde o
seu trfego encaminhado atravs da internet. Intra-AS: no tm em geral requisitos de natureza poltica
Consideraes de desempenho Inter-AS: interesses polticos podem prevalecer Intra-AS: critrios tcnicos de velocidade e optimizao de recursos
Porqu diferentes protocolos Inter-AS e Intra-AS
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica39 Camada de Rede
Encaminhamento na Internet - Reviso
Servios da camada de rede Circuitos virtuais Datagramas
Funcionamento de um encaminhador (router) Camada de rede na Internet: o protocolo IP Princpios de encaminhamento
seleco de um caminho Outros aspectos da camada de rede na Internet
DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Encaminhamento hierrquico Encaminhamento na Internet
intra domnio inter domnio
Encaminhamento multicast
Encaminhamento Intra-AS na Internet
RIP (Routing Information Protocol)
Exemplo
RIP: Falha de uma Ligao
RIP: Processamento de Tabelas
OSPF (Open Shortest Path First)
Caractersticas do OSPF
Hierarquia no OSPF
Encaminhamento Inter-AS na Internet
BGP (Border Gateway Protocol)
Mensagens
Protocolos Inter vs Intra-AS
Encaminhamento Intra-AS na Internet
RIP (Routing Information Protocol)
Exemplo
RIP: Falha de uma Ligao
RIP: Processamento de Tabelas
OSPF (Open Shortest Path First)
Caractersticas do OSPF
Hierarquia no OSPF
Encaminhamento Inter-AS na Internet
BGP (Border Gateway Protocol)
Mensagens
Protocolos Inter vs Intra-AS
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica40 Camada de Rede
Duplicao na criao
duplicao
R1
R2
R3 R4
Encaminhamento Unicast Ponto-a-Ponto
Encaminhamento Broadcast Envia pacotes de um n para
todos os outros ns na rede Duplicao na fonte ineficiente
e requer IPs de todos os destinos
Encaminhamento Multicast entrega cpias do mesmo pacote
a um grupo de receptores (subconjunto da rede)
Broadcasting e o Multicasting Ponto-Multiponto: suportam, ao
nvel da camada de rede, aplica-es com vrios participantes: e.g., video on demand, interacti-ve games, software distribution.
Broadcast no Gnutella, no OSPF
Encaminhamento Broadcast- Duplicao na fonte
Mltiplas ligaes ponto a pontoversus ligao broadcast
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica41 Camada de Rede
Encaminhamento Broadcast Duplicao dentro da rede
Inundao: quando n recebe pacotes de broadcast, envia cpia para todos os vizinhos
Problemas: ciclos e tempestades de broadcast
Inundao controlada: n somente faz broadcast com o pacote se j no o tiver feito antes com o mesmo pacote
N mantm lista sobre broadcastIDs dos pacotes para os quais j fez broadcast
Descarta pacotes recebidos, j na lista Segunda abordagem: envia pelo caminho
inverso (Reverse Path Forwarding - RPF) s re-encaminha pacote se chegou pelo
caminho unicast mnimo entre n e fonte
rvores minimas (spanning trees) Nenhum pacote redundante recebido
por outro n
R1
R2
R3 R4
Duplicao dentro da rede
duplicao
transmisso duplicada
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica42 Camada de Rede
A
B
G
DF
C
E
A
B
G
DF
C
E
Broadcast iniciado em A Broadcast iniciado em F
Spanning Trees
Constri-se uma rvore Uma spanning tree de um grafo G=(N,E) um grafo G=(N,E) E um subconjunto de E, G conectado e no contm ciclos
Ns encaminham cpias somente ao longo desta rvore (spanning tree) Minimum Spanning Tree rvore cujo custo (soma do custo dos ramos) o
minimo de todos os grafos de spanning trees possveis
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica43 Camada de Rede
A
B
G
DE
c
F1
2
3
4
5Construo da rvore
passo-a-passo
A
B
G
DE
c
F
rvore construda
Aboardagem Center-Based Define-se um n central Cada n envia mensagem de juntar ponto-a-ponto (unicast) para o n central Mensagem re-encaminhada at que chegue a um n j pertencente rvore
Spanning Tree Construo
Exemplo: N central E
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica44 Camada de Rede
i
router com membro do grupo ligadorouter sem membrosdo grupo multicast ligadosligao usada para oenvio, i indica a ordem de adio da ligaopelo algoritmo
LEGENDA
R1
R2
R3
R4
R5
R6 R7
21
6
3 45
S: fonte
Envio pelo Caminho Inverso
se (datagrama mcast recebido num canal de entrada no caminho mnimo de volta para a fonte)
ento inunda o datagrama por todos os canais de sadaseno ignora o datagrama
Informao no router de caminhos mnimos unicast dele para a fonte
cada router tem um comportamento de envio simples:
rvore de Caminhos Minimos - rvore de encaminhamento mcastcomposta pelos caminhos mnimos da fonte para todos os receptores
Reverse Path Forwarding RPF: Aboardagem Source-Based
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica45 Camada de Rede
resultado uma rvore de caminho mnimo inversa especfica para a fonte
- pode ser uma m escolha para ligaes de dados assimtricas
R1
R2
R3
R4
R5
R6 R7
datagrama vai ser re-encaminhado
LEGENDAS: fonte
datagrama no vai ser re-encaminhado
router com membro dogrupo ligadorouter sem membros dogrupo multicast ligados
Exemplo Envio pelo Caminho Inverso (Reverse Path Forwarding)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica46 Camada de Rede
rvore de encaminhamento contm sub-rvores sem membros do grupo no h necessidade de enviar datagramas pelas sub-rvores mensagens de poda enviadas para trs pelo router sem nenhum
membro do grupo para a frente
R1
R2
R3
R4
R5
R6 R7
mensagem de poda
LEGENDAS: fonte
ligao com envio mcast
P
PP
router com membro dogrupo ligado
router sem membros dogrupo multicast ligados
Envio pelo Caminho Inverso - poda (pruning)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica47 Camada de Rede
Endereos de grupo e ProtocolosMulticast
Endereos de grupo m-cast atribudos a todos os participantes no grupo
A Internet usa endereos da classe D para m-cast
o 224.0.0.0 - 239.255.255.255 Distribuio de endereos m-cast
gerida pelo protocolo IGMP
Protocolos para multicast LAN-to-router (ou host-to-router)
IGMP, entre host local e o seu Router+
Router-to-routerAlgoritmos multicasting da camada de rede
Core Based Trees (CBT)ou, Center-Based approach
Source Based TreesDistance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP)
Protocol Independent Multicast IGMP (PIM)
Multicast Open Shortest Path First (MOSPF)
Necessrio identificar subgrupo m-cast a que se destina a mensagem desnecessrio no Broadcast
router com membro dogrupo ligado
router sem membrosdo grupo ligados
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica48 Camada de Rede
Encaminhamento Multicast LAN-to-routerProtocolo IGMP
IGMP opera entre host local e seu router Tipicamente via a LAN (e.g., Ethernet)
IGMP usa directamente o IP nmero de protocolo no IP: 2
Router interroga queries os Hosts locaispor info sobre m-cast group membership
Router liga Hosts activos rvore m-cast via um protocolo m-cast
Hosts respondem com membership reports Host envia leave-group msg para sair
optional j que o router verificaperiodicamente (conceito soft state) leave-group causa sada imediata
Internet Group Multicast Protocol v3 [RFC 3376]
Tipos de Mensagens IGMP
host leaves the grouphost
leave group(opcional)
host wants to join grouphost
membership report
query for specific m-cast grouprouter
membership query:
specific
query for current active multicast
groupsrouter
membership query:
general
ObjectivoEnviado
porIGMP msg
type
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica49 Camada de Rede
Encaminhamento Multicast router-to-router
Problema: achar a rvoremelhor (e.g., menor custo) queinterliga todos os membroslocais do grupo mcast
rvore: nem todos os caminhos entre routers so usados
rvore nica usada portodos os membros do grupo
a raz (A) o CORE ou o ponto Rendez Vous
todas as mensagens vopelo CORE
Cada fonte (A,B) a raz dasua prpria rvore porgrupo fazendo ligao com todos os membros
rvore distinta de cada fonte para os receptores
Opes na construo de rvoresCORE-BASED/SHARED TREE(rvore Partilhada)
SOURCE BASED TREE(rvore baseada na origem)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica50 Camada de Rede
rvore na fonte (source-based or source-rooted) vs rvore partilhada (shared tree)
Partilhada Core-Based/Shared Tree grupo usa uma rvore nica
rvore de custo mnimo (Steiner) rvore baseada em um centro rvores utilizam normalmente menos
ligaes (considerar minimo de spanning tree vs. shortest path tree)
Baseada na origem Source-Rooted uma rvore por fonte
rvores de caminhos mnimos envio pelo caminho inverso nenhum ponto nico de falha single
point-of-failure (o CORE) menos trafego centralizado ( volta do
CORE no caso da rvore partilhada) pacote enviado pelo caminho mais
curto para o receptor
Opes de sinalizao para construir rvore
Receiver-initiated: receptores enviammensagens para a origem. A rvore formada pelo caminho que as mensagensseguem at fonte.
Broadcast & Prune: um n usa Reverse-Path Forwarding para fazer o broadcast darvore. Receptores fazem a poda da rvorecaso no queiram receber os dados
Um router que recebe pacotes mcastmas no contm mquinas mcastligadas envia uma mensagem de podaao upstream router.
Opes de sinalizao para construir rvore
Receiver-initiated: receptores enviammensagens para a origem. A rvore formada pelo caminho que as mensagensseguem at fonte.
Broadcast & Prune: um n usa Reverse-Path Forwarding para fazer o broadcast darvore. Receptores fazem a poda da rvorecaso no queiram receber os dados
Um router que recebe pacotes mcastmas no contm mquinas mcastligadas envia uma mensagem de podaao upstream router.
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica51 Camada de Rede
rvore de Steiner
rvore de Steiner: rvore de custo mnimo ligando todos os routers com membros locais do grupo mcast
problema NP-completo existem excelentes heursticas no usada na prtica:
complexidade computacional necessita informaes sobre a rede inteira monoltica: recalculada sempre que um router precisa ser
adicionado ou retirado
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica52 Camada de Rede
Exemplo: Assumir escolha do centro R6 (anunciado por exemplo numa pgina web)
ordem em que as mensagens de juntar so geradas
LEGENDA
1
R1
R2
R3
R4
R5
R6 R7
2
3
1
router com membro do grupo ligado
router sem membros do grupo ligados
rvores Partilhadas
rvore de envio nica partilhada por todos
um router eleito como centro da rvore para juntar-se a um grupo:
novos membros juntam-se e deixam a rvore com mensagens explicitas de controlo de juntar e libertar
router de fora envia msg-juntar unicast endereada ao router central
msg-juntar processada pelos routers intermedirios e encaminhada para o centro
msg-juntar ou chega a um ramo da rvore j existente para este centro, ou chega ao centro
caminho seguido por msg-juntar torna-se um novo ramo da rvore para este router
Manuteno do caminho router downstream emite ECHO-REQUEST router upstream refresca o estado do canal e responde com ECHO-REPLY
Manuteno do caminho router downstream emite ECHO-REQUEST router upstream refresca o estado do canal e responde com ECHO-REPLY
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica53 Camada de Rede
DVMRP foi o primeiro protocolo m-cast na Internet
Inicialmente - inundao: a fonte envia datagrama inicial por broadcastpara todos os routers (usando o caminho inverso (RPF - Reverse Path Forwarding) - rvore baseada na fonte
rvore RPF baseada em tabelas de encaminhamento prprias do DVMRP, construdas por meio da comunicao entre routers DVMRP
nada assume sobre o encaminhamento unicast subjacente
Mensagens de poda pruning fluem para cima Routers sem hosts activos (nesse grupo m-cast) saem da rvore Recursivamente, routers interiores sem descendentes activos
removem-se da rvore aps timeout (3 minutos na Internet)
rvores Baseadas na Fonte DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol
Encaminhamento Multicast na Internet [RFC1075]
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica54 Camada de Rede
Tneis
Como ligar ilhas de routers multicast num mar de routers unicast?
datagrama mcast encapsulado dentro de um datagrama normal sem endereo multicast
datagrama IP normal enviado atravs de um tnel via IP unicast regular para o router mcast receptor
router mcast receptor desencapsula para obter datagrama mcast
Topologia fsica Topologia lgica
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica55 Camada de Rede
Denso (Dense Mode) Disperso (Sparse mode)
rvores Baseadas na Fonte PIM: Protocol Independent Multicast
membros do grupo densamente empacotados, em estreita proximidade
requer maior disponibilidade de largura de banda
nmero de redes com membros do grupo pequeno em relao ao nmero de redes interligadas
membros do grupo muito dispersos menor disponibilidade de largura de banda
no depende de nenhum algoritmo de encaminhamento unicastsubjacente (trabalha com todos)
participao dos routers nos grupos assumida at que os routers se removam explicitamente
construo da rvore mcast ditada pelos dados (e.g., RPF)
sem participao at que os routers se juntem explicitamente
construo da rvore mcast ditada pelos receptores (e.g., baseada em centro)
Modos de distribuio multicast
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica56 Camada de Rede
RPF com inundao e poda Semelhante ao DVMRP
Diferena: uso das tabelas de encaminhamento unicast
Routers que no esto no caminho de um membro do grupo enviammensagens de poda
Protocolo de encaminhamento unicast subjacente fornece as informaes referentes ao datagrama a chegar, necessrias ao RPF
Inundao menos complicada (menos eficiente) que a do DVMRP
Possui mecanismo no protocolo para router detectar se n folha
PIM DM (Protocol IndependentMulticast - Dense Mode)
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica57 Camada de Rede
PIM - SM (Sparse Mode)
abordagem baseada em centro router envia msg de juntar para
o ponto de encontro (rendezvous point - RP)
routers intermedirios actualizam estado e encaminham msg. de juntar
aps se juntar via RP, router pode mudar para rvore baseada na fonte
performance melhorada menos concentrao caminhos menores
R1
R2
R3
R4
R5
R6R7
juntar
juntar
juntar
multicast dos dadosa partir do ponto de encontro (RP)
ponto deencontro
fonte(s): dados via router unicast para o RP,
que os distribui ao longo da rvore com raiz no RP
RP pode estender rvore mcast para cima at a fonte
RP pode enviar msg. parar p/ fonte se no houver receptores ligados
ningum est a ouvir!
-
Artur ArsenioRedes de Computadores 2010/2011
Departamento de Engenharia Informtica58 Camada de Rede
Servios da camada de rede Circuitos virtuais Datagramas
Funcionamento de um encaminhador (router) Camada de rede na Internet: o protocolo IP Princpios de encaminhamento
seleco de um caminho Outros aspectos da camada de rede na Internet
DHCP, NAT, ICMP, IPv6 Encaminhamento hierrquico Encaminhamento na Internet
intra domnio inter domnio
Encaminhamento multicast
Encaminhamento Broadcast na Internet
Encaminhamento Multicast na Internet
IGMP
rvores Partilhadas
rvores Baseadas na Fonte
DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol
PIM: Modo Denso
PIM: Modo Disperso
Encaminhamento Broadcast na Internet
Encaminhamento Multicast na Internet
IGMP
rvores Partilhadas
rvores Baseadas na Fonte
DVMRP: Distance Vector Multicast Routing Protocol
PIM: Modo Denso
PIM: Modo Disperso
Encaminhamento Multicast