redes i internet protocol ip prof. dr. amine berqia [email protected] bamine
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Redes IRedes IInternet Protocol IPInternet Protocol IP
Prof. Dr. Amine BERQIAProf. Dr. Amine BERQIA [email protected] [email protected]
http://w3.ualg.pt/~bamine/http://w3.ualg.pt/~bamine/
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Motivação Motivação Conectar várias tecnologias de ligação para formar uma
maior rede de interconexão Necessário um esquema de endereçamento universal Utilização genérica Oculta as tecnologias subjacentes de utilizador final Facilita a comunicação entre domínios autónomos Capaz mover pacotes entre quaisquer computadores numa
rede de interconexao
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Conectar Redes Conectar Redes HeterogéneasHeterogéneas
Sistema computacional utilizado Propósito especial Dedicado Suporta tecnologias LAN ou de WAN Conhecido como
routergateway
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Ilustração de um Router Ilustração de um Router
Nuvem representa uma rede arbitrária Uma interface por rede
G A B
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Idéia base Idéia base
Um router pode interconectar redes que utilizam tecnologias diferentes, incluindo meios e tecnologias de acesso a meios diferentes, e esquemas de endereçamento físicos ou formatos de quadro diferentes.
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O Conceito de Internet O Conceito de Internet
Rede na Realidade Rede como visto pelos utilizadores
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Funções chave da Camada Funções chave da Camada de rede de rede
Endereçamento global Fragmentação Routing (encaminhamento)
Vamos focar principalmente o endereçamento e encaminhamento
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Exemplo de Camada de Exemplo de Camada de rede : Protocolo Internet rede : Protocolo Internet
(IP) (IP) Normalizado pelo IETF como RFC 791 Protocolo mais popular da Camada 3 Protocolo nuclear utilizado na Internet
pública Protocolo sem conexão
datagramas contêm identidade do destino cada datagrama enviado/tratado de forma
independente
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Endereçamento de IP Endereçamento de IP
Fornece uma abstracção Independente de endereçamento de
hardware (MAC) Utilizado por
protocolos de camada mais altas aplicações
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Endereço IP Endereço IP
Virtual só reconhecido por software
Utilizado para toda a comunicação numa rede de interconexão
IPv4 inteiro de 32 bits Valor distinto para cada computador/interface
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Atribuição do Endereço IPAtribuição do Endereço IP
Um endereço de IP não identifica um computador específico. Pelo contrário, cada endereço de IP identifica uma conexão entre um computador e uma rede. Um computador com conexões de rede múltiplas (por exemplo, router) deve ser atribuído um endereço IP para cada conexão.
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Endereço IP Endereço IP Dividido em duas partes
prefixo identifica a rede sufixo identifica o computador/interface
Autoridade global atribui um prefixo distinto para a rede
Administrador local atribui sufixo distinto para o computador/interface
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Classe de Endereços IP Classe de Endereços IP
Bits iniciais determinaram a classe A classe determina o limite entre prefixo e sufixo
0 24 8 16 31
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
id-rede id-computador
id-rede
id-rede
endereço multicast
reservado para uso futuro
id-computador
id-comp.
A B C D E
Class\bits
Endereço IPv4 = 32 Bits
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Exemplo de Notação Exemplo de Notação decimaldecimal
Quatro valores decimais por endereço de 32 bits Cada número decimal
representa oito bits está entre 0 e 255 inclusivo
Representa cada octeto em decimal separado por pontos Não é igual a nomes como www.ualg.pt
129.194.69.68 = Endereço IP 129.194 = id-rede 1000 0001 1100 0010
69.68 = id-computador 0100 0101 0100 0100
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Classes e Tamanho de Classes e Tamanho de Rede Rede
Tamanho máximo determinado por classe de endereço • Classe A grande • Classe B média• Classe C pequena
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Exemplo de Exemplo de EndereçamentoEndereçamento
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Endereçamento IP : Endereçamento IP : Problemas com Classes Problemas com Classes
Crescimento de Internet Tamanho de tabela de routing Esgotamento de endereços Peso Administrativo Má utilização de endereços
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Endereçamento IP : Endereçamento IP : Soluções Soluções
Subnetting Máscara de Subrede de Comprimento
variável (VLSM) Supernetting Classless InterDomain Routing (CIDR)
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Subnets(1) Subnets(1) Endereçamento por SubNet é uma técnica que permite um conjunto múltiplo de redes interconectadas ser coberto por um único número de rede IP. Os endereços IP têm uma estrutura bem definida que permite a um gateway extrair a parte de rede dum endereço, simplesmente sabendo a sua classe e uma mascara opcional. Quer-se reduzir o numero de rede visíveis pelo mundo; Quer-se simplificar a gestão das muitas redes existentes numa organização; Uma organização grande pode ter 30 ou mais redes (uma para cada departamento). Seria agradável se precisássemos de apenas publicitar um único numero de rede para as 30 redes.
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Subnets(2) Subnets(2)
Para implementar subnetting, computadores e gateways usam uma máscara de subrede para extrair a parte de rede de um endereço de IP. No exemplo, 6 bits estão reservados para subrede, e 10 bits para o computador.
Distinguir entre encaminhamento directo (o router sabe chegar ao destino) e indirecto (o router envia o pacote para outro encaminhar),
Sem subrede, um router tem tabelas da forma: (outra_rede, 0) e (esta_rede,o computador).
Com subrede, um router tem tabelas da forma: (esta_rede, subrede, 0) e (esta_rede, esta_subnet, o computador).
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128 64 32 16 8 4 2 1
1
2021222324252627
0 0 0 1 1 0 0140
1 1 0 0 0 0 0 0192
0 0 1 1 1 0 0 056
0 0 1 0 1 1 0 145
1 1 1 1 1 1 1 1255
1 1 1 1 1 1 1 1255
1 1 1 1 1 1 1 1255
0 0 0 0 0 0 0 00
IP Address
NetMask
1 0 0 0 1 1 0 0140
1 1 0 0 0 0 0 0192
0 0 1 1 1 0 0 056
0 0 0 0 0 0 0 00
Network Address
140.192.56.0/2424-bit mask8-bit subnet mask
140.192.56.45
1 0 0 0 1 1 0 0140
1 1 0 0 0 0 0 0192
0 0 1 1 1 0 0 056
0 0 1 0 1 1 0 145
1 1 1 1 1 1 1 1255
1 1 1 1 1 1 1 1255
1 1 1 1 0 0 0 0240
0 0 0 0 0 0 0 00
1 0 0 0 1 1 0 0140
1 1 0 0 0 0 0 0192
0 0 1 1 0 0 0 048
0 0 0 0 0 0 0 00
140.192.48.0/2020-bit mask4-bit subnet mask
140.192.56.45
IP Address
NetMask
Network Address
Network Subnet Host
Network Subnet Host
Subnets(3) Subnets(3)
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2 2
Subnet Mask Bits
2 3
2 4
2 5
2 6
2 7
2 8
2 9
2 10
2 11
2 12
2 13
2 14
4 -2 = 2
8 -2 = 6
16 -2 = 14
32 -2 = 30
64 -2 = 62
128 -2 = 126
256 -2 = 254
512 -2 = 510
1024 -2 = 1022
2048 -2 = 2046
4096 -2 = 4094
8192 -2 = 8190
16384 -2 = 16382
2
Bits Combo's N/A Net's
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Bits Networks Hosts
4 14 Hosts409414
7 14 Hosts510126
12 14 Hosts624094
6 14 Hosts
10 14 Hosts
Class BSubnet Masks
Bits Networks Hosts
4 14 Hosts1414
2 14 Hosts622
3 14 Hosts
6 14 Hosts
Class CSubnet Masks
2
6
14
30
62
126
254
510
1022
2046
4094
8190
16382
Hosts
ClassB
Hosts
ClassC
2
6
14
30
62
Subnets(4)Subnets(4)
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VLSM VLSM
Máscara de Subrede de Comprimento variável
Pode ser complexo e confuso Utiliza endereçamento mais
eficazmente.
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Supernetting Supernetting Combina múltiplas classes de endereço menores
num bloco maior
1 1 0 1 0 0 0 0208
1 1 0 0 1 1 1 1207
0 0 1 1 0 1 0 052
0 0 0 0 0 0 0 00
1 1 0 1 0 0 0 0208
1 1 0 0 1 1 1 1207
0 0 1 1 0 1 0 153
0 0 0 0 0 0 0 00
1 1 0 1 0 0 0 0208
1 1 0 0 1 1 1 1207
0 0 1 1 0 1 1 054
0 0 0 0 0 0 0 00
208.207.52.0/24
208.207.53.0/24
208.207.54.0/24
1 1 0 1 0 0 0 0208
1 1 0 0 1 1 1 1207
0 0 1 1 0 1 1 155
0 0 0 0 0 0 0 00 208.207.55.0/24
1 1 0 1 0 0 0 0208
1 1 0 0 1 1 1 1207
0 0 1 1 0 1 0 052
0 0 0 0 0 0 0 00 208.207.52.0/22
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CIDR CIDR Classless Inter-domain Routing Implementa informação de supernetting em
routers de IP Anuncia blocos de CIDR menores Diminui o tamanho da tabela de routing
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Formato datagrama IPv4Formato datagrama IPv4
0
24 8
16 31 Tipo deServiço Comprimento total
Identificação Offset de fragmento
Endereço IP origem
Endereço IP Destino
Opções de IP (pode ser omitido)
4 VERS HLEN
19
Flags
Time to Live Tipo Checksum de cabeçalho
Padding
DADOS
bit
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Datagramas IPDatagramas IP Pode-se atrasar Duplicado Entregue fora de ordem Perdido Pode mudar rotas de pacote para pacote Sem conexão
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Motivação: Vamos ficar sem Classes B disponíveis (dentro de anos).
Eventualmente todo o espaço de endereçamento de 32 bits irá esgotar. Embora 32 bits representa 4 bilhões nos, o routing hierárquico não distribui endereços uniformemente.
Simplesmente não sabemos escalonar encaminhamentos para além de algumas dezenas de milhares de redes. Assim, aumentando o tamanho dos endereços IP resolve os problemas 1 e 2, mas não ajuda com o problema de escalonamento.
IPv6(1) IPv6(1)
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IPv6(2) IPv6(2)
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Este é um problema de engenharia no sentido que distribuir actualizações de rotas, calcular novas tabelas de routing, e guardar todas as rotas consome recursos de processador e memória.
Podemos faze-lo para 10,000 redes, talvez até mesmo 100,000, mas não para 1,000,000. Encontrar o equilíbrio certo entre estes custos é difícil.
A necessidade de mais endereços dá-nos uma oportunidade para melhorar em outros aspectos de actual IP (IPv4).
Repare no cabeçalho da Figura anterior, e a utilização do espaço de endereçamento.
Durante o período de transição, serão incluídos endereços de IPv4 em endereços de IPv6.
IPv6(3) IPv6(3)
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Transição De IPv4 Para Transição De IPv4 Para IPv6 IPv6
Durante a transição, nem todos os routers serão actualizados para IPv6; Como irá a rede funcionar?
Duas aproximações propostas: Dual Stack e Tunneling Dual Stack:
Alguns routers com pilha dupla (v6, v4); outros são só routers de v4
Routers de pilha dupla traduzem o pacote a para um pacote v4 se o próximo router for só v4
DNS pode ser usado para determinar se um router é pilha dupla ou não
Serão perdidas algumas informações e características de v6 se um pacote tiver que passar por qualquer router v4
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Protocolos Internet de Protocolos Internet de ControloControlo
ICMP ARP / RARP BOOTP/DHCP
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Quando um módulo de IP encontra um erro enquanto processa um datagrama, envia de volta uma mensagem de erro ICMP ao remetente original do datagrama.
Erros: Destination Unreachable: Quando um router não consegue encaminhar um datagrama ( não tem uma entrada apropriada na sua tabela de encaminhamentos), este descarta o datagrama e responde ao computador de origem com uma mensagem “destination unreachable”. Na prática, o computador origem precisa dum encaminhamento diferente ou de tentar novamente mais tarde. Tempo Excedeu: À medida que um datagrama é processado, os routers fazem o campo Time-To-Live (TTL) decrementar. Se o TTL alcança 0, o router descarta o datagrama e envia uma mensagem “tempo excedeu” ao remetente. O campo de dados da mensagem inclui parte do cabeçalho do datagrama.
Problema de parâmetro: Quando computador ou um router encontra um problema em processar um datagrama IP, este devolve uma mensagem de “problema de parâmetro” ao remetente do datagrama.Source Quench: Quando um router entra em congestão e esgota o seu espaço de memória, poderá descartar o pacote e enviar uma mensagem de “Source Quench”. Mensagens de Source Quench servem para pedir que o remetente reduza a taxa à quu está a enviar datagramas.
ICMP ICMP
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Protocolo de Resolução de endereço (ARP) é um protocolo que permite aos computadores mapear endereços da Internet dinamicamente a endereços físicos:
- O computador origem precisa apenas de saber o endereço do computador destino. - Envia uma quadro especial de pedido ARP que utiliza a capacidade de difusão do Ethernet. Assim, todas as máquinas na LAN irão receber o pedido de ARP. - O pedido de ARP pergunta ` qual é o endereço Ethernet correspondente ao endereço Internet A.B.C.D ´? - Cada máquina recebe uma cópia da mensagem difundida, e a máquina que tem o endereço de IP desejado responde com seu endereço de Ethernet. - Claro que, uma máquina não envia um pacote de ARP cada vez que deseja enviar um datagrama IP. - Em vez disso, cada máquina mantém uma memória (cache) de mapeamentos recentemente usados, e um pedido de ARP só é enviado se o mapeamento desejado já não estiver na memória.
ARP ARP
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ARP trata o problema de determinar o endereço de hardware que corresponde a um determinado endereço IP.
Mas encontrar o meu próprio endereço IP? O protocolo que mapeia endereços de hardware a endereços na Internet é chamado ARP Inverso, ou RARP.
Necessário quando uma máquina diskless (sem disco) arranca. Não sabe o seu próprio endereço de IP (e não o pode ler isto do disco local!). O cliente em fase de arranque comunica com um servidor para obter seu endereço na Internet.
O cliente comunica com um servidor usando um protocolo especial que requer só quadros Ethernet. Basicamente diz “O meu endereço de ethernet é aa.bb.cc.dd.ee.ff. alguém conhece o meu endereço IP?“
A difusão vai para todos os nós, inclusive o servidor de RARP. O servidor de RARP mantém um banco de dados de mapeamentos de endereço físico para endereços Internet.
RARP RARP
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DHCP: Protocolo de Configuração Dinâmica de Computadores (RFC 1531) Utilizado para fornecer a estações de trabalho um endereço de IP. Este endereço
pode ser mudado cada vez que a máquina arranca. Permite flexibilidade de configuração. A seguir descreve-se o protocolo: Estação de trabalho difunde mensagem de DHCPDISCOVER no arranque. Vários Servidores de DHCP podem responder com mensagens de DHCPOFFER,
que contem: Endereço de IP, máscara de subrede, Endereço de router Tempo de renovação
Estação de trabalho responde a um oferta com DHCPREQUEST.
Pedido pode incluir informações como: servidores de DNS, servidores de horas, ficheiros de arranque,
Servidor de DHCP aloca um endereço IP e responde com mensagem de DHCPACK com opções pedidas.
DHCP DHCP
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BOOTP BOOTP
BOOTP: protocolo de arranque (RFC 951) Estação de trabalho difunde pedido BOOTP que contem o seu endereço MAC no arranque;
Servidor de BOOTP responde com:
– Endereço de IP do computador
– Endereço de servidor de ficheiros, nome de ficheiro de arranque,
– Servidores de DNS, máscara de subrede, endereço de router,
Routers poderão encaminhar pedidos de BOOTP, dependendo de configuração.