BC-0506: Comunicação e Redes   Redes de Computadores           Santo André, 2012
Redes de Computadores
Redes de Computadores!  Forma mais simples de estabelecer comunicação   entre 2 pontos  !  Link de comunicação  !  Cabo ou...
Redes de Computadores!  Comunicação de 1 ponto a mais pontos – 1 link com   cada dispositivo                         B    ...
Redes de Computadores!  Para que todos possam comunicar-se entre si                      B                                ...
Redes de Computadores!  Para evitar emaranhado de links cria-se uma:  ! Rede de comunicação                          D    ...
Redes de Computadores! Rede de comunicação é um sistema constituído de nós  interconectados através de links de transmissã...
Redes de Computadores!   Os nós da rede são dispositivos conhecidos como nós de    comutação, comutadores, roteadores ou s...
Redes de Computadores !   Se os dispositivos que utilizam a rede de comunicação     forem computadores, teremos uma rede d...
Comutação! Comutação (chaveamento): alocação dos recursos  da rede para a transmissão pelos diversos  dispositivos conecta...
Comutação de circuitos! Existência de um caminho dedicado de  comunicação entre dois equipamentos  ! caminho físico: suces...
Comutação de mensagens! Mensagem = unidade lógica de informação! Não há caminho dedicado! Mensagem transmitida pela rede, ...
Comutação de pacotes!  Semelhante à comutação de mensagens! Pacotes: unidades de dados de tamanho limitado  roteados indep...
Comutação de circuitos X  pacotes!  Comutação de circuitos  !  melhor para tráfego contínuo e constante  !  pode gerar des...
Redes de Computadores  !  Internet é um exemplo de Rede de     Computadores                           PC                  ...
Redes de Computadores!  Internet é um exemplo de computadores  !  Interconecta milhões de dispositivos distribuídos     pe...
Internet!  Dispositivos  !  Hosts ou sistemas finais (end-systems)!  Aplicações – www, e-mail  !  Programas de aplicação d...
Redes de Computadores!  LAN – Local Area Network!  MAN – Metropolitan Area Network!  WAN – Wide Area Network!  BAN – Broad...
Local Area Network!  LANs são redes utilizadas na interconexão de   equipamentos processadores com a finalidade   de troca...
MAN - Metropolitan Area  Network! É uma rede de comunicação que abrange uma  cidade.!  O exemplo mais conhecido de uma MAN...
Wide Area Network! Rede de longa distância, também conhecida  como Rede geograficamente distribuída, é  uma rede de comput...
Modelos de Referência!  OSI Reference Model  !  Open Systems Interconnection  !  7 camadas!  TCP/IP Reference Model  !  Tr...
Modelo de Referência OSI                            R1  Cliente A                 R2                                      ...
Arquitetura TCP/IP•  Um modelo de referência é um gabarito para   se dividir a tarefa de counicação•  Arquitetura TCP é um...
Internet•  Interconexão de duas ou mais sub - redes distintas.•  Roteador é o dispositivo utilizado para interconectar red...
Internet•  Infra-estrutura de Rede que fornece serviços para   aplicações distribuídas•  A Internet se tornou possível gra...
Arquitetura de protocolos TCP/IPCamada de Aplicação    Estrutura formada de quatro                       camadas ou módulo...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                      Fornece serviços de acesso aCamada de Aplicação   Internet para as a...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                       Fornece para a camada de                       aplicação um serviço...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                    Fornece para a camada de                    transporte um serviço de e...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                       É responsável pela transmissão                       física dos pac...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                   Organiza os pacotes em                   quadros.                   Efe...
Arquitetura de protocolos TCP/IP                 Transforma os bits recebidos                 da camada de enlace em sinai...
Arquitetura     TCP/IP                       Aplicação                       do usuário                                   ...
Encapsulamento Host AAplicação    Mensagem                        MensagemTransporte   Segmento                 T      Men...
Encapsulamento                                         Host B                Mensagem     Mensagem    Aplicação         T ...
Operação entre as camadas•  A aplicação do usuário no host A envia uma   mensagem para uma aplicação do host B:•  A mensag...
Operação entre as camadas•  A camada de rede efetua algumas funções e   anexa um cabeçalho, formando um datagrama.•  O dat...
Operação entre as camadas•  Quando um host ou um roteador recebe um dado   através da camada física o processo inverso é  ...
Operação entre as camadas•  O camada de rede de um roteador, ao receber o   dado da camada de enlace, toma as decisões de ...
Comunicação virtual entre ascamadas  Host A                   Host B Aplicação   Mensagem    AplicaçãoTransporte   Segment...
Tipos de redes•  Rede ponto a ponto•  Rede de difusão
Rede ponto a ponto       Link ponto a ponto                             R        H         H         R                    ...
Rede de difusão                                                         H                           H        H       R    ...
Endereço físico•  Rede de difusão é uma rede onde vários   dispositivos compartilham um mesmo meio físico.•  Numa rede de ...
Endereço físico•  Cada dispositivos de uma rede de difusão examina   o endereço de destino contido no frame.  •  Se o ende...
Endereço físico   Camadas                      Camadas  superiores                   superioresA Camada                   ...
Endereço físico universal•  IEEE é responsável pela distribuição de endereços   físicos.•  O endereço físico é constituído...
Endereço de rede•  O endereço de rede é um endereço lógico utilizado   para identificar uma rede.•  Como parte do endereço...
Endereço de rede•  Os endereços físicos são usados apenas para   identificar a próxima máquina que vai receber o   pacote....
Camada Física!    Este módulo diz respeito a transmissão de bits sobre     o meio físico.     ! É responsável pela transmi...
Camada Física                52
Camada Física!  É responsável pela temporização de cada bit.!  Informa a camada de enlace quando o bit deve   ser transfer...
Camada de Enlace de Dados!  Este módulo transforma os bits individuais   recebidos da camada física em pacotes,   conhecid...
Camada de Enlace de Dados!  Todos os protocolos da camada de enlace usam   algum esquema de delineamento.!  Os protocolos ...
Camada de Rede  Protocolo IP
Protocolo Internet ou IP•  Protocolo IP não é confiável pois não garante que   os datagramas sejam entregues ao destino.  ...
Comunicação real          R4                       R2      IP                       IP      EEE                       EEE ...
Formato de datagramas IP0          4          8               16      19    24             31    Ver         IHL         T...
Formato de datagramas IP•  Versão ( 4 bits ) - indica a versão do protocolo IP   sendo usada.•  IHL ( Internet Header Leng...
Formato de datagramas IP•  TOS  •  Os três bits de precedência especifica a precedência     dos pacotes, isto é, a importâ...
Formato de datagramas IP•  TOS  •  Normalmente, os bits de TOS são ignorados pelos     roteadores e hosts  •  Se todos os ...
Formato de datagramas IP•  TOS  •  Se um roteador conhecer mais de um caminho para um     mesmo destino, ele pode utilizar...
Formato de datagramas IP•  TOS  •  Pacotes com caracteres digitados podem ser     enviados com D =1 para que sejam entregu...
Formato de datagramas IP•  Comprimento total ( 16 bits ) - Fornece o   comprimento total do datagrama IP , medido em   byt...
Formato de datagramas IP•  Flag ( 3 bits ) - Serve para controle de   fragmentação:  •  bit 0: reservado.  •  bit 1:   0 =...
Formato de datagramas IP•  Offset do fragmento ( 13 bits ) - Indica a posição   do fragmento dentro do datagrama original....
Formato de datagramas IP•  Protocolo ( 8 bits ) - Indica a entidade da   camada superior que solicitou o serviço de IP.  •...
Formato de datagramas IP•  Endereço de origem ( 32 bits ) - Endereço IP de   origem.•  Endereço de destino ( 32 bits ) - E...
Fragmentação•  MTU ( Maximum Transfer Unit ) é o limite   máximo de dados que podem ser transferidos por   um frame dentro...
Fragmentação•  A camada IP usa a técnica de fragmentação   quando um datagrama atravessa uma rede com   MTU menor do que o...
Fragmentação•  Fragmentação consiste em dividir um datagrama   em pedaços menores denominados fragmentos.  •  Os fragmento...
Fragmentação•  Uma vez fragmentados, continuam fragmentados   mesmo encontrando redes físicas com MTU com   grande capacid...
Fragmentação•  Os fragmentos recebem uma cópia do cabeçalho   do datagrama original com algum dos seus campos   atualizado...
Fragmentação  Host A                                Host B                 Net 2  Net 1         MTU=512MTU=1500           ...
Fragmentação  ID = 12345  Flag(2) = 0                                    1500  OS = 0  CT = 1500                  ID = 123...
Classes e formatos de  endereços IP•  Cada host é identificado por um número de 32   bits, denominado endereço IP.•  Cada ...
Classes e formatos de  endereços IP•  Cada endereços IP está associado com uma   interface física e não com o computador.•...
Classes e formatos de   endereços IPClasse A   0 netid ( 7 bits )         hostid ( 24 bits )Classe B   1 0    netid ( 14 b...
Notação para endereços IP•  São representados com quatro algarismos   decimais separados por ponto decimal.               ...
Notação para endereços IP•  Classe A w = 1-126   w identifica a rede e x.y.z                         identificam o host   ...
Endereços IP reservados                0                   Esta estação      0              hostid         Estação na rede...
Endereços IP Reservados0.0.0.0Ex de utilização :- DHCP - Quando o host slicita um endereço IP,ele ainda não tem um portant...
Endereços IP reservados•  Endereço de classe A,          127.0. 0. 0 - 127. 255. 255. 255  •  É reservado para loopback.  ...
Exemplo de interconexão   Host 1                              Host 2      128.1.0.1                           128.1.0.2 12...
Máscara de sub-rede•  Estende a capacidade de endereçamento da camada   IP, utilizando alguns bits de hostid.•  As mascara...
Máscara de sub-rede•  Para endereços de classe A a mascara default é   255.0.0.0 ( /8 ).•  Para endereços de classe B a ma...
Máscara de sub-rede•  No seguinte, a máscara 255.255.255.0 ( ou /24 )   foi utilizada para dividir o endereço de classe B ...
Máscara de sub-rede                         NetID                 HostIDEndereço IP     144              100      20      ...
Máscara de sub-rede•  Dentro da Internet, o roteamento é feito   utilizando-se apenas o prefixo do endereço IP de   destin...
Exemplo de sub- endereçamento                    144.100. 3. X    Internet                      Roteador                  ...
Exemplo de sub - endereçamento•  No exemplo da figura seguinte,  •  O bloco de endereço IP 200. 200. 200. 0/24 foi     alo...
Exemplo de sub -endereçamento•  Para aumentar o desempenho, o administrador da rede   reduziu o número de dispositivos que...
Exemplo de sub -    endereçamento       Endereço de rede        Máscara de sub-rede        200. 200. 200. 0         255. 2...
Exemplo de sub -   endereçamentoRede de classe B   130.   1. 0 . 0Máscara de         255. 255. 0 . 0    1 segmento de rede...
Exemplo de sub -  endereçamentoMáscara de   255. 255. 224. 0   8 segmento de redesub-rede                    11100000    8...
Máscara de sub-rede•  A máscara de sub-rede determina se o endereço   IP de destino de um host está localizado na   mesma ...
Máscara de sub-rede•  Antes de enviar o pacote, o endereço IP de   destino sofre um AND com a mesma máscara do   host.  • ...
ARP ( Address ResolutionProtocol )•  Numa rede física, duas máquinas só se comunicam   entre si se elas conhecerem o ender...
ARP ( Address Resolution Protocol )•  Para reduzir o custo de comunicação, hosts que   utilizam ARP mantém um cache das   ...
ARP ( Address ResolutionProtocol )  129.1.1.1                             129.1.1.2                                       ...
Roteamento de datagramas IP•  Roteamento é o processo de escolher um caminho   para enviar os datagramas.  •  Gateway ou r...
Roteamento de datagramas IP•  Roteamento direto  •  Ocorre se ambas as máquinas estiverem conectadas     na mesma rede fís...
Roteamento de datagramas IP•  O roteamento de datagramas IP é feito por meio   de uma tabela ( tabela de roteamento ) exis...
Roteamento de datagramas IP•  A tabela de roteamento sempre aponta para   gateways que podem ser alcançados diretamente,  ...
Roteamento de datagramas IP                      Tabela de roteamento                 Destino Próximo       Porta de      ...
Tabela de roteamento     Rede      12.0.0.3        14.0.01    Rede                          G1    12.0.0.0                ...
Tabela de roteamento             Tabela de roteamento de G5  Destino       Próximo roteador   Porta de saída  10.0.0.0    ...
Rotas default•  O software de roteamento procura primeiro na   tabela, a rede de destino .•  Se não existir nenhuma rota n...
Algoritmo de roteamento                      Datagrama recebido  Decrementa    Sim       Cabeçalho e       Não     TTL    ...
Algoritmo de roteamento Procura o endereço físico     no cache do ARP                       Não   Envia ARP e espera      ...
Tipos de roteamento•  Roteamento Estático  •  As tabelas de roteamento são criadas e mantidas     manualmente pelo adminis...
Tipos de roteamento•  Roteamento Dinâmico  •  As tabelas são construídas pelos próprios     roteadores, que trocam informa...
Protocolos mais comuns de roteamento•  Routing Information Protocol ( RIP )•  Open Shortest Path First ( OSPF )•  Exterior...
Princípios de Roteamento! Sistemas Autônomos  !  Uma coleção de prefixos IP de roteadores     sob o controle de uma ou mai...
Princípios de Roteamento! Roteamento Interno e Externo  ! Interno (Interior Gateway - IG)    ! Roteadores em um mesmo Sist...
Princípios de Roteamento                 IG                  IG                       ROTEADOR B                          ...
Princípios de Roteamento        IG                      EGfonte             ROTEADOR X                                    ...
Protocolos de Roteamento! Protocolos Interior Gateway   !  Routing Information Protocol (RIP)   !  Open Shortest Path Firs...
Algoritmo de Roteamento!  Dada uma série de roteadores conectada com   enlaces, o algoritmo de roteamento descobre um    b...
Tipos de Algoritmos!   Algoritmo Distance-Vector    ! Determina o melhor caminho para um destino      baseando-se na sua d...
Algoritmo Distance-Vector! Inicialmente, cada roteador possui uma  tabela contendo uma entrada para cada  sub-rede à qual ...
Roteamento usando Distance- Vector! Quando um roteador receber uma tabela, ele  compara com sua própria tabela e modifica ...
Roteamento usando Distance- Vector! Problemas com Roteamento usando Distance- Vector  !  A informação de roteamento se pro...
Exemplos de Tabela de Roteamento                                        X                                                 ...
Roteamento usando Distance- Vector! Problemas com Roteamento usando Distance- Vector  ! Roteadores e linhas de comunicação...
Roteamento usando Distance- Vector! Vantagens   ! Algoritmo simples e fácil de implementar  ! Exige menos CPU! Desvantagen...
Roteamento usando Link-State! Incialmente, cada roteador conhece a topologia  completa da rede! Funções:   ! Testar contin...
Roteamento usando Link-State! Vantagens  ! Cálculo das rotas é realizado localmente, não    dependendo de máquinas interme...
Roteamento usando Link-State!  Desvantagens  !  Exige bastante CPU e memória                                    130
Roteamento usando Link-State! Ao receber uma informação de estado  ! Roteador atualiza a sua base de dados  ! Recalcula as...
Algoritmo SPF         6           2    A            B           C   52            1           2               G    D      ...
Algoritmo SPF            !  Cálculo de Dijkstra para o nó C                                            0                  ...
Algoritmo SPF                            0                                      0                    C                    ...
Algoritmo SPF                               0                       C                                                0    ...
Roteamento na Internet!  Protocolos Interior Gateway  !  Routing Information Protocol (RIP)  !  Open Shortest Path First (...
Routing Information Protocol  (RIP)!  Características  !  Roteamento Distance-Vector  !  Projetado para redes locais, isto...
Routing Information Protocol  (RIP)!  Operação Básica  !  Broadcast da tabela de roteamento a cada 30s, ou     quando for ...
Open Shortest Path First  (OSPF)!  Características  !  Roteamento link-state  !  Projetado para grandes redes IP  !  Todos...
Open Shortest Path First  (OSPF)!  Características  !  Melhor convergência que RIP  !  Permite definição lógica de redes  ...
Border Gateway Protocol (BGP)! Protocolo de roteamento entre Sistemas  Autônomos! Técnica: Path-Vector Routing  ! Informaç...
Referências Bibliográficas!  Kurose, J. & Ross, K., Computer Networking –   A Top-Down Approach Featuring the Internet ,  ...
Apendice•  Conceitos básicos sobre comunicação de dados                                                  143
Comunicação de Dados•  Formas de sinalização (analógica e digital)•  Modos de transmissão (serial e paralela)•  Ritmos de ...
Comunicação de Dados•  Banda larga e Banda básica•  Multiplexação•  Modulação•  Comutação•  Fontes de distorção de sinais•...
Formas de sinalização•  Analógica  •  informações geradas por fontes sonoras têm     variações contínuas no tempo•  Digita...
Sinais Analógicos e Digitais
Modos de transmissão•  Paralela  •  transmissão simultânea de vários bits (em geral um     byte), utilizando várias linhas...
Ritmos de transmissão•  Síncrona  •  cadência fixa para transmissão seqüenciada dos bits  •  emissor e receptor devem esta...
Modos de operação•  A transmissão e a recepção podem ou não   existir simultaneamente no tempo•  Simplex  •  comunicação e...
Tipos de ligação•  Ponto-a-ponto  •  apenas dois equipamentos interligados por um meio     físico de transmissão (Ex.: lin...
Banda passante•  Banda passante de um sinal  •  intervalo de freqüências que compõem o sinal (Ex.:     300 Hz a 3300 Hz - ...
Multiplexação•  Justificação   •  Banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem      menor do que a banda passa...
Multiplexação na freqüência -  FDM•  Procedimento no transmissor  •  Os sinais são filtrados para preservar a faixa relati...
Multiplexação na freqüência -FDM
Multiplexação no tempo - TDM•  Capacidade de transmissão (em bps), em muitos   casos excede a taxa de geração dos   equipa...
Modulação•  Deslocamento do sinal original, de sua faixa de   freqüência para outra faixa  •  Sinal original - sinal modul...
Modulação Digital•  Modulação por Chaveamento da Amplitude  •  Amplitude do sinal resultante varia de acordo com a amplitu...
Modulação Digital
Modems
Modulação•  QAM (Quadrature Amplitude Modulation)                                      9600 bps                           ...
Modulação•  V.32 bis   •  14.400 bps   •  6 bits por amostragem   •  2400 bauds   •  64 pontos•  V.34   •  28.800 bps (V.3...
Padrão V.90•  Padronizado pelo ITU em 2/98•  Conexão digital do servidor à Rede Telefônica   (ex. E1 ou RDSI)
Banda larga e Banda básica•  Banda = canal•  Transmissão em banda básica (baseband)  •  Sinalização digital  •  Todo o esp...
PCM - Pulse Code Modulation•  Sinal de voz é originalmente analógico•  Para transmissão digital deve ser codificado em   s...
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  1. 1. BC-0506: Comunicação e Redes Redes de Computadores Santo André, 2012
  2. 2. Redes de Computadores
  3. 3. Redes de Computadores!  Forma mais simples de estabelecer comunicação entre 2 pontos !  Link de comunicação !  Cabo ou o ar Link de transmissão A B 3
  4. 4. Redes de Computadores!  Comunicação de 1 ponto a mais pontos – 1 link com cada dispositivo B C D A E 4
  5. 5. Redes de Computadores!  Para que todos possam comunicar-se entre si B C D A E 5
  6. 6. Redes de Computadores!  Para evitar emaranhado de links cria-se uma: ! Rede de comunicação D 2 F 1 3 C 5 A 4 6 B 7 E 6
  7. 7. Redes de Computadores! Rede de comunicação é um sistema constituído de nós interconectados através de links de transmissão que fornece um caminho entre dois pontos quaisquer da rede nós DRede decomunicação 2 F 1 3 C 5 A 4 6 B 7 E link 7
  8. 8. Redes de Computadores!   Os nós da rede são dispositivos conhecidos como nós de comutação, comutadores, roteadores ou switches D Nó de Comutação 2 F 1 3 C 5 A 4 6 B 7 E 8
  9. 9. Redes de Computadores !   Se os dispositivos que utilizam a rede de comunicação forem computadores, teremos uma rede de computadores PC 2 Servidor PC 1 3 5 4 6 PCServidor 7 PC 9
  10. 10. Comutação! Comutação (chaveamento): alocação dos recursos da rede para a transmissão pelos diversos dispositivos conectados! Centrais telefônicas fazem comutação (Ex.: PABX de uma empresa)! Tipos ! Comutação de circuitos ! Comutação de pacotes ! Comutação de mensagens 10
  11. 11. Comutação de circuitos! Existência de um caminho dedicado de comunicação entre dois equipamentos ! caminho físico: sucessão de enlaces físicos ! sucessão de canais de freqüência (FDM - apêndice) ! sucessão de canais de tempo (TDM - apêndice)! Fases ! estabelecimento do circuito ! transmissão da informação ! desconexão do circuito! Utilizado no sistema telefônico 11
  12. 12. Comutação de mensagens! Mensagem = unidade lógica de informação! Não há caminho dedicado! Mensagem transmitida pela rede, de nó em nó, com um endereço de destino! Em cada nó a mensagem inteira é recebida e só então enviada ao próximo (store-and-forward)! Comparação com comutação de circuitos ! maior aproveitamento das linhas de comunicação ! mensagens não são recusadas com tráfego alto 12
  13. 13. Comutação de pacotes!  Semelhante à comutação de mensagens! Pacotes: unidades de dados de tamanho limitado roteados independentemente!  Pacotes de uma mesma mensagem podem estar em transmissão simultânea em vários enlaces!  Nós de comutação com menor capacidade!  Também é uma técnica store-and-forward!  Utilizado em redes públicas ( padrão X.25) e Internet (protocolo IP) 13
  14. 14. Comutação de circuitos X pacotes!  Comutação de circuitos !  melhor para tráfego contínuo e constante !  pode gerar desperdício da capacidade da rede !  taxa de transmissão garantida!  Comutação de pacotes !  melhor para tráfego em rajadas, com taxas variáveis (multimídia) !  capacidade dos meios de transmissão é alocada dinamicamente !  não dá garantia de taxa de transmissão !  pode implementar prioridade de pacotes 14
  15. 15. Redes de Computadores !  Internet é um exemplo de Rede de Computadores PC Servidor PC Internet PCServidor PC 15
  16. 16. Redes de Computadores!  Internet é um exemplo de computadores !  Interconecta milhões de dispositivos distribuídos pelo mundo !  Estes dispositivos são PCs, estações servidoras, que armazenam e transmitem informações como páginas www !  Novos dispositivos estão sendo conectados na Internet, como web TV, pagers, computadores móveis, aparelhos domésticos, etc 16
  17. 17. Internet!  Dispositivos !  Hosts ou sistemas finais (end-systems)!  Aplicações – www, e-mail !  Programas de aplicação de rede !  Tendências – implementação de aplicações baseadas em web 17
  18. 18. Redes de Computadores!  LAN – Local Area Network!  MAN – Metropolitan Area Network!  WAN – Wide Area Network!  BAN – Broadband Area Network!  HAN – Home Area Network!  CAN – Campus Area Network!  PAN – Personal Area Network 18
  19. 19. Local Area Network!  LANs são redes utilizadas na interconexão de equipamentos processadores com a finalidade de troca de dados. Tais redes são denominadas locais por cobrirem apenas uma área limitada (10 Km no máximo, quando passam a ser denominadas WANs ), visto que, fisicamente, quanto maior a distância de um nó da rede ao outro, maior a taxa de erros que ocorrerão devido à degradação do sinal.!  As LANs são utilizadas para conectar estações, servidores, periféricos e outros dispositivos que possuam capacidade de processamento em uma casa, escritório, escola e edifícios próximos. ! Tecnologias: Ethernet, FDDI, Token Ring 19
  20. 20. MAN - Metropolitan Area Network! É uma rede de comunicação que abrange uma cidade.!  O exemplo mais conhecido de uma MAN é a rede de televisão a cabo disponível em muitas cidades. 20
  21. 21. Wide Area Network! Rede de longa distância, também conhecida como Rede geograficamente distribuída, é uma rede de computadores que abrange uma grande área geográfica, com freqüência um país ou continente.! Em geral, as redes geograficamente distribuídas contém conjuntos de servidores, que formam sub-redes.!  A maior WAN que existe é a Internet. 21
  22. 22. Modelos de Referência!  OSI Reference Model !  Open Systems Interconnection !  7 camadas!  TCP/IP Reference Model !  Transmission Control Protocol/Internet Protocol !  5 camadas 22
  23. 23. Modelo de Referência OSI R1 Cliente A R2 Servidor B Protocolo de Aplicação Aplicação Aplicação Protocolo de ApresentaçãoApresentação Apresentação Protocolo de Sessão Sessão Sessão Protocolo de Transporte Transporte Sub-rede interna Transporte Rede Rede Rede Rede Enlace Enlace Enlace Enlace Física Física Física Física Roteador 1 Roteador 1 23
  24. 24. Arquitetura TCP/IP•  Um modelo de referência é um gabarito para se dividir a tarefa de counicação•  Arquitetura TCP é uma arquitetura de comunicação baseada no modelo de referência OSI•  Arquitetura TCP/IP é um implementação de um modelo•  Modelo não se compra – arquitetura sim !!
  25. 25. Internet•  Interconexão de duas ou mais sub - redes distintas.•  Roteador é o dispositivo utilizado para interconectar redes distintas•  internet uma ou mais sub-redes interconectadas por um roteador•  Internet – internet publica - várias sub-redes interconectadas através de roteadores Sub-rede A Internet Sub-rede D Roteador Sub-rede C Roteador Sub-rede B Sub-rede E
  26. 26. Internet•  Infra-estrutura de Rede que fornece serviços para aplicações distribuídas•  A Internet se tornou possível graças aos padrões propostas,que permitem a Interconexão de redes e equipamentos provendo Interoperabilidade•  Esses padrões são desenvolvidos pela IETF ( Internet Engineering Task Force – www.ietf.org ) e os documentos que estabelecem esses padrões são chamados RFC s – Request for Comments•  A Internet publica,com I é a rede global de redes•  As redes privadas são chamadas de Intranets ( normalmente utilizam a mesma tecnologia da Internet)
  27. 27. Arquitetura de protocolos TCP/IPCamada de Aplicação Estrutura formada de quatro camadas ou módulosCamada de TransporteCamada de Rede ou InternetInterface com a rede
  28. 28. Arquitetura de protocolos TCP/IP Fornece serviços de acesso aCamada de Aplicação Internet para as aplicações do usuário. Exemplos: HTTP, SMTP, FTP. Cada protocolo desta camada especifica como uma aplicação do usuário pode utilizar a Internet. Por exemplo, o protocolo SMTP especifica como uma aplicação pode enviar um mail para uma caixa postal.
  29. 29. Arquitetura de protocolos TCP/IP Fornece para a camada de aplicação um serviço de transferência confiável entreCamada de Transporte duas aplicações. Segmenta as mensagens se for necessário.
  30. 30. Arquitetura de protocolos TCP/IP Fornece para a camada de transporte um serviço de entrega de pacotes entre dois computadores da redeCamada de Rede ou InternetCamada de Enlace Camada Física
  31. 31. Arquitetura de protocolos TCP/IP É responsável pela transmissão física dos pacotes dentro de uma sub-rede específica. Pode ser constituída de uma simples placa de rede e um driver, ou de um subsistema complexo.Camada de Enlace Compreende as camadas deInterface com a rede enlace e física do modelo OSI Camada Física
  32. 32. Arquitetura de protocolos TCP/IP Organiza os pacotes em quadros. Efetua o delineamento dos quadros. É responsável pela transferência livre de erro dosCamada de Enlace quadros entre dois dispositivos conectados diretamente.
  33. 33. Arquitetura de protocolos TCP/IP Transforma os bits recebidos da camada de enlace em sinais físicos e vice versa. Os sinais físicos podem ser elétricos, óticos, eletromagnéticos, etc. Camada Física
  34. 34. Arquitetura TCP/IP Aplicação do usuário AplicaçãoTelnet FTP HTTP SMTP DNS SNMP Transporte TCP UDP Internet ICMP IP ARP Interface Enlace com a rede Física Meio Físico
  35. 35. Encapsulamento Host AAplicação Mensagem MensagemTransporte Segmento T Mensagem Rede Datagrama R Segmento Enlace Frame F Datagrama Física Bits Bits Meio Físico
  36. 36. Encapsulamento Host B Mensagem Mensagem Aplicação T Mensagem Segmento Transporte R Segmento Datagrama RedeF Datagrama Frame Enlace Bits Bits Física Meio Físico
  37. 37. Operação entre as camadas•  A aplicação do usuário no host A envia uma mensagem para uma aplicação do host B:•  A mensagem é passada para a camada de transporte.•  A camada de transporte efetua várias funções e adiciona um cabeçalho na mensagem recebida, formando um segmento.•  O segmento é passado para a camada de rede.
  38. 38. Operação entre as camadas•  A camada de rede efetua algumas funções e anexa um cabeçalho, formando um datagrama.•  O datagrama é passada para a camada de enlace.•  A camada de enlace adiciona cabeçalho no datagrama, formando um frame.•  O frame é passado bit a bit para a camada física que coloca no meio físico.
  39. 39. Operação entre as camadas•  Quando um host ou um roteador recebe um dado através da camada física o processo inverso é efetuado. •  Cada camada remove o seu cabeçalho. •  Os cabeçalhos que são removidos por uma camada são usados para determinar as ações a serem tomadas nessa camada.•  Os cabeçalhos, portanto, governam as operações das camadas.
  40. 40. Operação entre as camadas•  O camada de rede de um roteador, ao receber o dado da camada de enlace, toma as decisões de roteamento baseando-se no endereço contido no seu cabeçalho.•  Uma vez tomada a decisão, a PDU é passada para a camada de enlace correspondente ao link de comunicação que conecta a sub-rede apropriada.•  A PDU é, então, encapsulada num frame e passada para esta sub-rede.
  41. 41. Comunicação virtual entre ascamadas Host A Host B Aplicação Mensagem AplicaçãoTransporte Segmento Transporte Rede Datagrama Rede Enlace Frame Enlace Física Bits Física
  42. 42. Tipos de redes•  Rede ponto a ponto•  Rede de difusão
  43. 43. Rede ponto a ponto Link ponto a ponto R H H R R R H H•  Num link ponto a ponto existe apenas um dispositivo em cada uma das pontas do link.
  44. 44. Rede de difusão H H H R H H H H R Rede de difusão•  Rede de difusão é uma rede onde vários dispositivos compartilham um mesmo meio físico.•  Todosexistir uma forma de endereçamentocircula neste Deve os dispositivos recebem o pacote que para que o pacote seja entregue ao dispositivo desejado. link, portanto,
  45. 45. Endereço físico•  Rede de difusão é uma rede onde vários dispositivos compartilham um mesmo meio físico.•  Numa rede de difusão cada dispositivo é identificado por um endereço físico ( ou endereço de hardware ).•  Estes endereços são colocados pelos fabricantes nas suas placas lógicas.
  46. 46. Endereço físico•  Cada dispositivos de uma rede de difusão examina o endereço de destino contido no frame. •  Se o endereço coincidir com o endereço físico do dispositivo, o conteúdo do frame é passado para a camada superior. •  Senão o frame é descartado.•  O endereço físico é usado pelas camadas física e de enlace.
  47. 47. Endereço físico Camadas Camadas superiores superioresA Camada D Camada Física/Enlace Física/Enlace D ignora C B ignora C aceita B Camadas C Camadas ... e Física/Enlace Física/Enlace passa para Camadas Camadas camadas Superiores Superiores superioresEndereço de Destino = C - > endereço de destino é C
  48. 48. Endereço físico universal•  IEEE é responsável pela distribuição de endereços físicos.•  O endereço físico é constituído de 48 bits, dividido em duas partes: •  OUI ( Organizational Unique Identifier ), de 24 bits, que identifica o fabricante •  Os 24 bits restantes são administrados localmente pelo fabricante.
  49. 49. Endereço de rede•  O endereço de rede é um endereço lógico utilizado para identificar uma rede.•  Como parte do endereço de rede, especifica também, um dispositivo ligado nesta rede.•  Os endereços de rede são tratados pela camada de rede.•  Os roteadores usam o endereço de rede para encaminhar o pacote até a rede de destino.
  50. 50. Endereço de rede•  Os endereços físicos são usados apenas para identificar a próxima máquina que vai receber o pacote.•  A camada de rede tem como uma das suas funções, abstrair a tecnologia empregada para transferência de dados.•  Isto é, os endereços de rede não mudam com a substituição de placas lógicas.
  51. 51. Camada Física!  Este módulo diz respeito a transmissão de bits sobre o meio físico. ! É responsável pela transmissão física de cada bit de um lado para outro de um link. ! Cada tecnologia de rede possui a sua própria camada física, isto é, tem uma forma de transmitir os bits fisicamente para outro lado ! Os sinais físicos podem ser elétricos, eletromagnéticos, óticos, sonoros, etc.!  Na transmissão, a camada física transforma os bits recebidos da camada de enlace e converte em sinais físicos para serem enviados ao receptor.!  Na recepção, a camada física transforma os sinais físicos recebidos pelo link em bits e passa para a camada de enlace. 51
  52. 52. Camada Física 52
  53. 53. Camada Física!  É responsável pela temporização de cada bit.!  Informa a camada de enlace quando o bit deve ser transferido para a camada física ou quando um bit está disponível para a camada de enlace.!  Lida com aspectos elétricos e mecânicos de um link físico.!  Exemplo : nível de tensão do sinal, duração de bit, tipo de conector, técnica de transmissão, etc. 53
  54. 54. Camada de Enlace de Dados!  Este módulo transforma os bits individuais recebidos da camada física em pacotes, conhecidos como quadros ( frames ). ! É responsável pelo delineamento dos quadros, isto é, pela identificação do primeiro e do último bit de um quadro. ! É responsável pela transferência livre de erros de frames, entre dois dispositivos conectados diretamente. !  A função da camada de enlace fica na placa de rede 54
  55. 55. Camada de Enlace de Dados!  Todos os protocolos da camada de enlace usam algum esquema de delineamento.!  Os protocolos mais comum da camada de enlace são o HDLC (high-level data link control), SDLC (synchronous data link control), Ethernet. 55
  56. 56. Camada de Rede Protocolo IP
  57. 57. Protocolo Internet ou IP•  Protocolo IP não é confiável pois não garante que os datagramas sejam entregues ao destino. •  Não existe confirmação de que os datagramas foram entregues ao destino •  Os datagramas podem chegar na ordem diferente daquela que foi enviada.•  Efetua a função de roteamento, escolhendo o caminho através do qual os dados serão enviados.
  58. 58. Comunicação real R4 R2 IP IP EEE EEE FFFHost A FFF Host BIP IPE R1 R5 EF IP IP F EEE EEE FFF FFF R3 IP EEE FFF
  59. 59. Formato de datagramas IP0 4 8 16 19 24 31 Ver IHL TOS Comprimento total Identificação Flags offset de fragmento TTL protocolo Checksum de cabeçalho Endereço de origem Endereço de destino Opções Padding Segmento
  60. 60. Formato de datagramas IP•  Versão ( 4 bits ) - indica a versão do protocolo IP sendo usada.•  IHL ( Internet Header Length - 4 bits ) - indica o comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32 bits.•  TOS ( Tipo de Serviço - 8 bits ) - Fornece uma indicação dos parâmetros da qualidade desejada 3 1 1 1 2 Precedência D T R Não usado
  61. 61. Formato de datagramas IP•  TOS •  Os três bits de precedência especifica a precedência dos pacotes, isto é, a importância dos pacotes. 0 = pacotes normais 7 = controle de rede •  Os bits D, T e R indicam o tipo de transporte desejado pelo pacote. •  O bit D solicita para minimizar atraso. •  O bit T solicita para maximizar o throughput. •  O bit R solicita para maximizar confiabilidade.
  62. 62. Formato de datagramas IP•  TOS •  Normalmente, os bits de TOS são ignorados pelos roteadores e hosts •  Se todos os roteadores e hosts respeitassem estes bits, TOS poderia ser utilizado como um mecanismo para dar prioridade aos dados. •  Por exemplo, poderia ser implementado um algoritmo de controle de congestionamento que não fosse afetado pelo congestionamento que ele está controlando.
  63. 63. Formato de datagramas IP•  TOS •  Se um roteador conhecer mais de um caminho para um mesmo destino, ele pode utilizar o TOS para selecionar um caminho com as características que mais se assemelha ao desejado. •  Por exemplo, um roteador pode selecionar entre uma linha privada de baixa capacidade porém, com pouco atraso, e uma conexão via satélite de alta capacidade porém, com grande atraso.
  64. 64. Formato de datagramas IP•  TOS •  Pacotes com caracteres digitados podem ser enviados com D =1 para que sejam entregues o mais rápido possível, enquanto que, •  Pacotes transferindo um arquivo podem ter bit T em 1 para que sejam enviados via satélite.
  65. 65. Formato de datagramas IP•  Comprimento total ( 16 bits ) - Fornece o comprimento total do datagrama IP , medido em bytes.•  Identificação ( 16 bits ) - É usado para identificar um datagrama. •  Todos os fragmentos de um datagrama possuem a mesma identificação.
  66. 66. Formato de datagramas IP•  Flag ( 3 bits ) - Serve para controle de fragmentação: •  bit 0: reservado. •  bit 1: 0 = permite fragmentação. 1 = não permite fragmentação. •  bit 2: 0 = último fragmento. 1 = mais fragmentos.
  67. 67. Formato de datagramas IP•  Offset do fragmento ( 13 bits ) - Indica a posição do fragmento dentro do datagrama original. •  É medido em unidades de 8 bytes ( 64 bits ).•  Tempo de vida ( Time-to-Live 8 bits ) - Indica o tempo máximo que um datagrama pode trafegar em uma rede internet. •  Cada roteador decrementa este campo de um, •  Se o valor deste campo chegar a zero antes de atingir o destino,datagrama é descartado.
  68. 68. Formato de datagramas IP•  Protocolo ( 8 bits ) - Indica a entidade da camada superior que solicitou o serviço de IP. •  ICMP = 1, TCP = 6, UDP = 17.•  Checksum do cabeçalho ( 16 bits ) - Contém o checksum do cabeçalho IP. •  Se um erro de checksum for detectado na recepção, o datagrama é descartado.
  69. 69. Formato de datagramas IP•  Endereço de origem ( 32 bits ) - Endereço IP de origem.•  Endereço de destino ( 32 bits ) - Endereço IP de destino.•  Padding ( variável ) - para garantir que o comprimento do cabeçalho seja sempre múltiplo de 32 bits.•  Opções (variável ) - Utilizado para teste e depuração de aplicações de softwares de rede.
  70. 70. Fragmentação•  MTU ( Maximum Transfer Unit ) é o limite máximo de dados que podem ser transferidos por um frame dentro de uma rede física. •  MTU de Ethernet = 1500 bytes. •  MTU de Token Ring = 4.464 bytes. •  O padrão IP especifica que todos os dispositivos de uma rede internet devem estar preparados para aceitar datagramas de 576 bytes.
  71. 71. Fragmentação•  A camada IP usa a técnica de fragmentação quando um datagrama atravessa uma rede com MTU menor do que o comprimento dos dados.•  Se o campo Flag especificar que o datagrama não é para ser fragmentado, e se ocorrer a necessidade de fragmentar, o datagrama é descartado e uma mensagem ICMP é enviada para a origem.
  72. 72. Fragmentação•  Fragmentação consiste em dividir um datagrama em pedaços menores denominados fragmentos. •  Os fragmentos são transportados como se fossem datagramas independentes. •  Ao receber o primeiro fragmento, a estação inicia uma temporização para aguardar o conjunto completo de fragmentos. •  Se faltar algum, o datagrama é descartado.
  73. 73. Fragmentação•  Uma vez fragmentados, continuam fragmentados mesmo encontrando redes físicas com MTU com grande capacidade. •  Isto é, não são remontados. •  Se qualquer fragmento for perdido no caminho, o datagrama não pode ser remontado.
  74. 74. Fragmentação•  Os fragmentos recebem uma cópia do cabeçalho do datagrama original com algum dos seus campos atualizados. •  Comprimento total é atualizado para a quantidade de bytes contidos no seu campo de dados. •  Flag( 2 ) = 1 indicando que tem mais fragmentos. O último é 0. •  Offset do segmento é a soma de número dos octetos de dados dos fragmentos anteriores. •  Checksum é recalculado em cada fragmento.
  75. 75. Fragmentação Host A Host B Net 2 Net 1 MTU=512MTU=1500 Net 3 G1 G2 MTU=1500
  76. 76. Fragmentação ID = 12345 Flag(2) = 0 1500 OS = 0 CT = 1500 ID = 12345 Flag(2)= 1 512 OS = 0 ID = 12345 CT = 512 Flag(2)= 1 512 OS = 64 ID = 12345 CT = 512OS = Offset do Segmento Flag(2)= 0 476CT = Comprimento Total OS =128ID = Identificador do datagrama CT = 476
  77. 77. Classes e formatos de endereços IP•  Cada host é identificado por um número de 32 bits, denominado endereço IP.•  Cada endereço IP é constituído pelo par (netid, hostid ), onde netid identifica a rede e hostid identifica o host dentro desta rede.•  Muitas vezes utiliza-se o termo prefixo de rede 32 bits no lugar de netid de rede. Netid Hostid
  78. 78. Classes e formatos de endereços IP•  Cada endereços IP está associado com uma interface física e não com o computador.•  Um roteador conectando n redes tem n endereços IP distintos.
  79. 79. Classes e formatos de endereços IPClasse A 0 netid ( 7 bits ) hostid ( 24 bits )Classe B 1 0 netid ( 14 bits ) hostid ( 16 bits )Classe C 1 1 0 netid ( 21 bits ) hostid ( 8 bits )Classe D 1 1 1 0 endereço multicast ( 28 bits )Classe E 1 1 1 1 0 uso futuro
  80. 80. Notação para endereços IP•  São representados com quatro algarismos decimais separados por ponto decimal. w.x.y.z •  Exemplo: 10000000 00001010 00000010 00011110 128 . 10 . 2 . 30
  81. 81. Notação para endereços IP•  Classe A w = 1-126 w identifica a rede e x.y.z identificam o host Ex.: 10.1.2.3•  Classe B w = 128-191 w. x identificam a rede e y.z identificam o host Ex.: 129.1.2.3•  Classe C w = 192-223 w.x.y identificam a rede e z identifica o host Ex.: 192.1.2.3
  82. 82. Endereços IP reservados 0 Esta estação 0 hostid Estação na rede Broadcast limitado Todos em 1 Não é necessário Conhecer o endereço de rede netid todos em 1 Broadcast dirigido a rede netidObservação: Os pacotes de broadcast são bloqueadospelos roteadores.Os roteadores são dispositivos que não deixam passarpacotes de broadcast.
  83. 83. Endereços IP Reservados0.0.0.0Ex de utilização :- DHCP - Quando o host slicita um endereço IP,ele ainda não tem um portanto utiliza o 0.0.0.0- Na tabela de roteamento é o endereço da rota default- 255.255.255.255 – broadcast local- Os roteadores sempre bloqueiam mensagens de broadcast
  84. 84. Endereços IP reservados•  Endereço de classe A, 127.0. 0. 0 - 127. 255. 255. 255 •  É reservado para loopback. •  É utilizado para testes e para comunicação entre processos na mesma máquina local. •  Quando um programa usa o endereço de loopback para enviar dados, o software de protocolo retorna o dado sem colocar na rede.
  85. 85. Exemplo de interconexão Host 1 Host 2 128.1.0.1 128.1.0.2 128.1.0.0 128.1.0.3 G1 128.2.0.3 128.2.0.0 128.2.0.1 128.2.0.4 128.2.0.2 Host 3 G2 Host 4 128.3.0.3128.3.0.0 128.3.0.1 128.3.0.2 Host 5 Host 6
  86. 86. Máscara de sub-rede•  Estende a capacidade de endereçamento da camada IP, utilizando alguns bits de hostid.•  As mascaras de sub-rede são valores de 32 bits que permitem o receptor de pacotes IP distinguir netid do hostid. •  Os bits 1 da máscara indicam que o bit correspondente no endereço IP é usado como netid. •  Os bits em 0 da máscara indicam que o bit correspondente no endereço IP é usado como hostid.
  87. 87. Máscara de sub-rede•  Para endereços de classe A a mascara default é 255.0.0.0 ( /8 ).•  Para endereços de classe B a mascara default é 255.255.0.0 ( /16 ).•  Para endereços de classe C a mascara default é 255.255.255.0 ( /24 ).
  88. 88. Máscara de sub-rede•  No seguinte, a máscara 255.255.255.0 ( ou /24 ) foi utilizada para dividir o endereço de classe B em 256 sub-redes, cada uma com 256 hosts. •  Na prática são 254 sub-redes, cada uma com 254 hosts. •  Os sub-redes e hosts com todos os bits em 1 ou todos bits em 0 não são válidos.
  89. 89. Máscara de sub-rede NetID HostIDEndereço IP 144 100 20 10de classe BMáscara 11111111 11111111 00000000 1111 1111 00000000de sub-defaultredeEndereço 144 100 00000000 20 00000000de sub-rede
  90. 90. Máscara de sub-rede•  Dentro da Internet, o roteamento é feito utilizando-se apenas o prefixo do endereço IP de destino, até atingir a rede de destino.•  Ao atingir a rede de destino, o roteador aplica a máscara de rede no endereço de destino, e passa a rotear baseando-se no endereço de sub-rede.•  Todos os computadores de uma mesma rede física devem ter o mesmo prefixo e usar a mesma máscara de sub-rede.
  91. 91. Exemplo de sub- endereçamento 144.100. 3. X Internet Roteador 144. 100. 0. 0Internet enxerga a rede de destino como sendo constituídode um único segmento de rede
  92. 92. Exemplo de sub - endereçamento•  No exemplo da figura seguinte, •  O bloco de endereço IP 200. 200. 200. 0/24 foi alocado para uma organização. •  Usando a máscara default da classe C, a organização teria um único segmento de rede com um total de 254 ( 256 - 2 ) hosts. •  Nesta configuração, se um dispositivo enviar um datagrama de broadcast, este pacote será recebido por todos os dispositivos que estão no segmento de rede.
  93. 93. Exemplo de sub -endereçamento•  Para aumentar o desempenho, o administrador da rede reduziu o número de dispositivos que irão receber o broadcast, dividindo a rede em 4 sub-redes separados por um roteador .•  Utilizando a máscara 255.255.255.192 ( /26 ), cada sub-rede pode comportar no máximo 62 (64 - 2) dispositivos.
  94. 94. Exemplo de sub - endereçamento Endereço de rede Máscara de sub-rede 200. 200. 200. 0 255. 255. 255. 0 200. 200. 200. 64200. 200. 200. 0 R 200. 200. 200. 128 200. 200. 200. 192 Máscara para cada sub-rede = 255. 255. 255. 192
  95. 95. Exemplo de sub - endereçamentoRede de classe B 130. 1. 0 . 0Máscara de 255. 255. 0 . 0 1 segmento de redesub-rede default 64 K hostsMáscara de 255. 255. 128. 0 2 segmento de redesub-rede 10000000 32 K hosts / segmento 255. 255. 192. 0 4 segmento de rede 11000000 16 K hosts / segmento
  96. 96. Exemplo de sub - endereçamentoMáscara de 255. 255. 224. 0 8 segmento de redesub-rede 11100000 8 K hosts / segmento 255. 255. 240. 0 16 segmento de rede 11110000 4 K hosts / segmento 255. 255. 248. 0 32 segmento de rede 11111000 2 K hosts / segmento 255. 255. 252. 0 64 segmento de rede 11111100 1 K hosts / segmento
  97. 97. Máscara de sub-rede•  A máscara de sub-rede determina se o endereço IP de destino de um host está localizado na mesma rede local ou numa rede remota.•  Na inicialização, o TCP/IP de um host determina qual é o endereço de sua sub-rede, fazendo um AND do seu endereço IP com a máscara configurada no host.
  98. 98. Máscara de sub-rede•  Antes de enviar o pacote, o endereço IP de destino sofre um AND com a mesma máscara do host. •  Se a operação resultar no mesmo endereço de sua sub-rede, o host de destino está na mesma rede local do host remetente. •  Senão, o pacote é enviado para o endereço IP de um roteador. •  O mesmo ocorre no roteador ao receber um datagrama.
  99. 99. ARP ( Address ResolutionProtocol )•  Numa rede física, duas máquinas só se comunicam entre si se elas conhecerem o endereço físico uma da outra.•  ARP é um protocolo que permite um host obter o endereço físico de uma máquina na mesma rede física, fornecendo o seu endereço IP. •  O host faz um broadcast de um pacote especial que pede ao host com o endereço IP fornecido, responder com o seu endereço físico.
  100. 100. ARP ( Address Resolution Protocol )•  Para reduzir o custo de comunicação, hosts que utilizam ARP mantém um cache das correspondências IP - endereço físico obtidas mais recentemente. •  Antes de fazer o broadcast, o protocolo ARP verifica se existe a resposta dentro do cache.
  101. 101. ARP ( Address ResolutionProtocol ) 129.1.1.1 129.1.1.2 Responde ARP Endereço Físico ARP 129.1.1.2 Não Não responde responde 129.1.1.5 129.1.1.4
  102. 102. Roteamento de datagramas IP•  Roteamento é o processo de escolher um caminho para enviar os datagramas. •  Gateway ou roteador é qualquer computador que faz a escolha do caminho. •  Tanto hosts como gateways participam no roteamento IP.
  103. 103. Roteamento de datagramas IP•  Roteamento direto •  Ocorre se ambas as máquinas estiverem conectadas na mesma rede física, isto é, se tiverem os mesmos prefixos de sub-rede.•  Roteamento indireto •  Ocorre quando o destino não está conectado na mesma rede física, forçando o remetente a passar o datagrama a um gateway conectado na mesma rede física.
  104. 104. Roteamento de datagramas IP•  O roteamento de datagramas IP é feito por meio de uma tabela ( tabela de roteamento ) existente em cada máquina. •  A tabela de roteamento contém ospares (N, G), onde N é um endereço de rede e G é o endereço IP do próximo gateway no caminho para a rede N, além de outras informações.
  105. 105. Roteamento de datagramas IP•  A tabela de roteamento sempre aponta para gateways que podem ser alcançados diretamente, isto é, que estão conectados na mesma rede física.•  O software de roteamento mantém apenas os endereços de redes de destino e não de hosts individuais.
  106. 106. Roteamento de datagramas IP Tabela de roteamento Destino Próximo Porta de roteador saída A Roteador Y 1 B Roteador X 3B C Roteador G 2 D Roteador G 2 E Roteador X 3 Enlace 1 Enlace 2 Enlace 3 Física Física Física Envia para o Roteador X
  107. 107. Tabela de roteamento Rede 12.0.0.3 14.0.01 Rede G1 12.0.0.0 14.0.0.012.0.0.1 12.0.0.2 G3 13.0.01 G4 14.0.0.2 Rede 13.0.0.3 G211.0.0.2 13.0.0.0 10.0.0.2 Rede 13.0.0.2 11.0.0.0 1 3 10.0.0.1 Rede G5 11.0.0.1 2 10.0.0.0
  108. 108. Tabela de roteamento Tabela de roteamento de G5 Destino Próximo roteador Porta de saída 10.0.0.0 Direto 2 11.0.0.0 Direto 1 12.0.0.0 11.0.0.2 1 13.0.0.0 Direto 3 14.0.0.0 13.0.0.3 3
  109. 109. Rotas default•  O software de roteamento procura primeiro na tabela, a rede de destino .•  Se não existir nenhuma rota na tabela, a rotina de roteamento envia o datagrama para um roteador default.•  O endereço IP do roteador default é normalmente, configurado no host e no roteador.•  Todos os pacotes cujo endereço de destino tenha um prefixo de rede diferente do prefixo de rede na qual o host está conectado, são enviados ao roteador default
  110. 110. Algoritmo de roteamento Datagrama recebido Decrementa Sim Cabeçalho e Não TTL CRC válidos? Não Envia mensagem TTL > 0 ? ICMP para origem Sim Descarta oProcura rede de pacotedestino na tabela Encontrou Não Rota default Não a rota ? disponível ?
  111. 111. Algoritmo de roteamento Procura o endereço físico no cache do ARP Não Envia ARP e espera Encontrou ? pela resposta Insere os endereços físico e IP no cache do ARP. Passa o endereço físico e o pacote para a camada de enlace da porta contida na tabela
  112. 112. Tipos de roteamento•  Roteamento Estático •  As tabelas de roteamento são criadas e mantidas manualmente pelo administrador da rede. •  Não há troca de informações entre os roteadores •  Quando ocorrem mudanças de topologia as rotas precisam ser alteradas manualmente •  Erros de configuração podem ser difíceis de detectar
  113. 113. Tipos de roteamento•  Roteamento Dinâmico •  As tabelas são construídas pelos próprios roteadores, que trocam informações entre si, através de um protocolo de roteamento.
  114. 114. Protocolos mais comuns de roteamento•  Routing Information Protocol ( RIP )•  Open Shortest Path First ( OSPF )•  Exterior Gateway Protocol ( EGP )•  Border Gateway Protocol ( BGP )
  115. 115. Princípios de Roteamento! Sistemas Autônomos !  Uma coleção de prefixos IP de roteadores sob o controle de uma ou mais operadoras de rede que apresentam uma politica clara de !  Ex: Roteadores pertencentes a um provedor de serviços, corporação ou universidade 115
  116. 116. Princípios de Roteamento! Roteamento Interno e Externo ! Interno (Interior Gateway - IG) ! Roteadores em um mesmo Sistema Autônomo ! Passam informações de rotas entre roteadores de um mesmo Sistema Autônomo. ! Externo (Exterior Gateway - EG) ! Roteadores em diferentes Sistemas Autônomos ! Passam informações de rotas entre Sistemas Autônomos 116
  117. 117. Princípios de Roteamento IG IG ROTEADOR B ROTEADOR C ROTEADOR A destino fonte IG IG ROTEADOR D 117
  118. 118. Princípios de Roteamento IG EGfonte ROTEADOR X EG EG EG EG EG IG IG PC ROTEADOR Y ROTEADOR Z destino 118
  119. 119. Protocolos de Roteamento! Protocolos Interior Gateway !  Routing Information Protocol (RIP) !  Open Shortest Path First (OSPF) !  Internet Gateway Routing Protocol (IGRP)! Protocolos Exterior Gateway !  Border Gateway Protocol (BGP) 119
  120. 120. Algoritmo de Roteamento!  Dada uma série de roteadores conectada com enlaces, o algoritmo de roteamento descobre um bom caminho entre a fonte e o destino.!  Um bom caminho é aquele com menor custo 5 3 2 B C 5 A 2 1 3 F 1 2 D E 1 120
  121. 121. Tipos de Algoritmos! Algoritmo Distance-Vector ! Determina o melhor caminho para um destino baseando-se na sua distância, isto é, no menor número de roteadores (hops) para se chegar ao destino. Ex.: RIP! Algoritmo Link-State ! Determina o melhor caminho para um destino baseando-se em um valor que é assinalado para cada link de comunicação de cada rota. !  Este valor pode representar atraso, velocidade da linha, ou qualquer coisa que o administrador da rede queira usar. Ex: OSPF 121
  122. 122. Algoritmo Distance-Vector! Inicialmente, cada roteador possui uma tabela contendo uma entrada para cada sub-rede à qual está conectado! Periodicamente, cada roteador envia uma cópia de sua tabela para todos os roteadores conectados diretamente! Não é o mais complexo porem é o mais “pesado” em termos de overhead de mensagens na rede 122
  123. 123. Roteamento usando Distance- Vector! Quando um roteador receber uma tabela, ele compara com sua própria tabela e modifica as entradas nos seguintes casos: ! Se a tabela recebida apresentar uma rede que ele não conhece, acrescenta na tabela ! Se a tabela recebida tiver um caminho mais curto, o receptor substitui por esta ! Se o roteador emissor foi o criador de uma entrada da sua tabela, ele usa o novo valor mesmo apresentando uma distância maior. 123
  124. 124. Roteamento usando Distance- Vector! Problemas com Roteamento usando Distance- Vector !  A informação de roteamento se propaga de forma lenta ! Em ambientes dinâmicos, quando novas conexões surgem, e outras são desativadas com freqüência, alguns roteadores ficam com as informações inconsistentes !  As mensagens de atualização tornam-se enormes ! Todos os roteadores devem participar, senão o algoritmo não converge. 124
  125. 125. Exemplos de Tabela de Roteamento X x y z x y z x y z x 0 2 7 x 0 2 3 x 0 2 3 y ∝ ∝ ∝ y 2 0 1 y 2 0 1 Y z ∝ ∝ ∝ z 7 1 0 z 3 1 0 2 1 Y x y z x y z x y z X Z x ∝ ∝ ∝ x 0 2 7 x 0 2 3 7 y 2 0 1 y 2 0 1 y 2 0 1 Condição inicial em t = 0 z ∝ ∝ ∝ z 7 1 0 z 3 1 0 Z x y z x y z x y z x ∝ ∝ ∝ x 0 2 7 x 0 2 3 y ∝ ∝ ∝ y 2 0 1 y 2 0 1 z 7 1 0 z 3 1 0 z 3 1 0 Embora este exemplo didático passe a ideia de que o algoritmo faz iterações de t=0 t=1 t=2 forma sincronizada, na prática, asatualizações ocorrem de forma assíncrona Quando o nó Z recebe as tabelas de X e Y, o algoritmo descobre que o caminho Z->Y->X = 3 é melhor que o caminho Z->X = 7
  126. 126. Roteamento usando Distance- Vector! Problemas com Roteamento usando Distance- Vector ! Roteadores e linhas de comunicação estão sujeitos a falhas !  O algoritmo distance-vector exige que os roteadores avisem os vizinhos sobre as mudanças !  Se um roteador parar de funcionar, deixa de avisar seus vizinhos! Solução !  Remover entradas velhas usando timeout 126
  127. 127. Roteamento usando Distance- Vector! Vantagens ! Algoritmo simples e fácil de implementar ! Exige menos CPU! Desvantagens ! Tráfego pode ser alto em redes grandes ! Convergência lenta ! Difícil detectar roteadores com problemas 127
  128. 128. Roteamento usando Link-State! Incialmente, cada roteador conhece a topologia completa da rede! Funções: ! Testar continuamente o estado dos enlaces com os roteadores vizinhos ! Enviar a informação dos estados de seus enlaces a todos os roteadores da rede! Sempre que a tecnologia permitir, as informações são enviadas em modo multicast ou broadcast 128
  129. 129. Roteamento usando Link-State! Vantagens ! Cálculo das rotas é realizado localmente, não dependendo de máquinas intermediárias ! Tamanho das mensagens não depende do número de sub-redes e sim do número de roteadores diretamente conectados ao roteador emissor ! Fica mais fácil de detectar roteadores defeituosos ! Convergência é muito mais rápida 129
  130. 130. Roteamento usando Link-State!  Desvantagens !  Exige bastante CPU e memória 130
  131. 131. Roteamento usando Link-State! Ao receber uma informação de estado ! Roteador atualiza a sua base de dados ! Recalcula as rotas para todos os destinos possíveis usando o algoritmo Shortest-Path-First (SPF) 131
  132. 132. Algoritmo SPF 6 2 A B C 52 1 2 G D F 1 2 E 4 A B C D E F G A 6 2 B 6 2 1 C 2 2 5 D 2 2 E 1 2 4 F 2 4 1 G 5 1 132
  133. 133. Algoritmo SPF !  Cálculo de Dijkstra para o nó C 0 C 0 2 2 C B C F B 2 2 F 0 B F G G 2 5 E A E G E 2 5 G 3 6 3 8 3 2 Coloca F no 6 1 Coloca C no caminho 3 Coloca C no caminho caminho Examina os seus links Examina os seus links Examina os seus Existe um caminho links melhor para E Existe um caminho melhor para GO número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó133
  134. 134. Algoritmo SPF 0 0 C C 2 B 2 2 B 2 F F A E A E G G 8 3 8 3 3 3 D D 5 5 4 Coloca E no caminho 5 Coloca G no caminho Examina os seus links Examina os seus linksO número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó 134
  135. 135. Algoritmo SPF 0 C 0 C 2 B 2 F 2 2 B F A E G E 8 3 G 3 3 3 D 5 D 5 7 A 7 A 6 Coloca D no caminho Examina os seus links 7 Coloca A no caminho Existe um caminho melhor para A Examina o link state de A TerminaO número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó 135
  136. 136. Roteamento na Internet!  Protocolos Interior Gateway !  Routing Information Protocol (RIP) !  Open Shortest Path First (OSPF)!  Protocolos Exterior Gateway !  Border Gateway Protocol (BGP) 136
  137. 137. Routing Information Protocol (RIP)!  Características !  Roteamento Distance-Vector !  Projetado para redes locais, isto é, redes dotadas de broadcast !  Faz broadcast periódico da sua tabela de roteamento aos seu vizinhos (compartilham a mesma rede) !  Pode ser também usados para WAN !  Usa UDP 137
  138. 138. Routing Information Protocol (RIP)!  Operação Básica !  Broadcast da tabela de roteamento a cada 30s, ou quando for atualizada !  Mensagens: prefixos das sub-redes + distâncias !  Métrica: Distância → número de hops (roteadores) da melhor rota entre o roteador e a sub-rede !  Oscilação entre 2 caminhos: tabela é atualizada somente se a nova rota possuir distância menor que a atual 138
  139. 139. Open Shortest Path First (OSPF)!  Características !  Roteamento link-state !  Projetado para grandes redes IP !  Todos roteadores possuem a mesma base de dados (topologia) !  Estrutura de dados – informações sobre interfaces dos roteadores + estado dos links com os vizinhos – LSA (Link-State Advertisement) !  Distribuição: Flooding 139
  140. 140. Open Shortest Path First (OSPF)!  Características !  Melhor convergência que RIP !  Permite definição lógica de redes !  Fornece mecanismo de agregação de rotas !  Autenticação de rotas !  Não possui limitação na contagem de hops !  Atualização: quando ocorre alterações ou a cada 30 min. !  Usa multicast para enviar atualizações !  Métrica: custo que representa o trabalho exigido para enviar um pacote através da interface 140
  141. 141. Border Gateway Protocol (BGP)! Protocolo de roteamento entre Sistemas Autônomos! Técnica: Path-Vector Routing ! Informações sobre as redes que podem ser alcançadas e os sistemas autônomos que devem ser atravessados ! Definição de políticas de roteamento (evitar que um determinado caminho seja percorrido) 141
  142. 142. Referências Bibliográficas!  Kurose, J. & Ross, K., Computer Networking – A Top-Down Approach Featuring the Internet , Addison Wesley; 3rd edition, 2005.!  Tanenbaum, A. S., Computer Networks , 4th edition, Prentice-Hall, 2002, ISBN 0130661023.!  Peterson, L. & Davie, B., Computer Networks: A Systems Approach , 3rd edition, Morgan Kaufmann, 2003, ISBN 155860832X. 142
  143. 143. Apendice•  Conceitos básicos sobre comunicação de dados 143
  144. 144. Comunicação de Dados•  Formas de sinalização (analógica e digital)•  Modos de transmissão (serial e paralela)•  Ritmos de transmissão (síncrona e assíncrona)•  Modos de operação (simplex, half-duplex e full- duplex)•  Tipos de ligação (ponto a ponto ou multiponto)
  145. 145. Comunicação de Dados•  Banda larga e Banda básica•  Multiplexação•  Modulação•  Comutação•  Fontes de distorção de sinais•  Detecção de erros
  146. 146. Formas de sinalização•  Analógica •  informações geradas por fontes sonoras têm variações contínuas no tempo•  Digital •  níveis discretos de tensão ou corrente. Pulsos nos quais a amplitude é fixa •  Intervalo de sinalização: amplitude fixa •  Baud: número de intervalos por segundo de um sinal digital •  Bps ≥ Baud
  147. 147. Sinais Analógicos e Digitais
  148. 148. Modos de transmissão•  Paralela •  transmissão simultânea de vários bits (em geral um byte), utilizando várias linhas de comunicação •  utilizada internamente nos computadores e para distâncias curtas•  Serial •  os bits são transmitidos um a um, em seqüência, em um única linha de dados •  é o tipo de transmissão mais utilizada em redes de computadores (Ex.: RS-232)
  149. 149. Ritmos de transmissão•  Síncrona •  cadência fixa para transmissão seqüenciada dos bits •  emissor e receptor devem estar sincronizados•  Assíncrona •  não exige fixação prévia de padrão de tempo •  tempo de transmissão entre dois grupos de bits pode variar •  Utiliza start bits e stop bits
  150. 150. Modos de operação•  A transmissão e a recepção podem ou não existir simultaneamente no tempo•  Simplex •  comunicação em uma única direção•  Half-Duplex •  comunicação em ambas as direções, porém não simultaneamente•  Full-Duplex •  comunicação em ambas as direções simultaneamente
  151. 151. Tipos de ligação•  Ponto-a-ponto •  apenas dois equipamentos interligados por um meio físico de transmissão (Ex.: linha telefônica)•  Multiponto •  vários equipamentos interligados por um meio físico de transmissão (Ex.: redes locais)
  152. 152. Banda passante•  Banda passante de um sinal •  intervalo de freqüências que compõem o sinal (Ex.: 300 Hz a 3300 Hz - sinal de voz)•  Largura de banda •  tamanho da banda passante, ou seja, a diferença entre início e final da banda (Ex.: 3 KHz)•  Taxa de transmissão de dados •  Depende da largura de banda •  Limitada a duas vezes a largura de banda (1 bit por intervalo de sinalização) •  Especificada em bits por segundo (bps)
  153. 153. Multiplexação•  Justificação •  Banda passante necessária para um sinal é, em geral, bem menor do que a banda passante dos meios físicos disponíveis •  Pode-se aproveitar a banda passante não utilizada para transmitir outros sinais•  Multiplexação •  Compartilhamento de um mesmo canal de transmissão por vários sinais, sem interferência entre eles, para aproveitar toda a banda passante•  Multiplexação na freqüência e no tempo
  154. 154. Multiplexação na freqüência - FDM•  Procedimento no transmissor •  Os sinais são filtrados para preservar a faixa relativa à banda passante de cada um •  Deslocamento da faixa de freqüência original dos sinais, para que ocupem faixas disjuntas•  Procedimento no receptor •  Conhecimento da faixa de freqüência do sinal •  Deslocamento do sinal para a faixa original •  Filtro para reconstituir o sinal original•  Ex.: Freqüências de rádios (91,5 MHz)
  155. 155. Multiplexação na freqüência -FDM
  156. 156. Multiplexação no tempo - TDM•  Capacidade de transmissão (em bps), em muitos casos excede a taxa de geração dos equipamentos conectados•  Vários sinais são intercalados no tempo•  TDM síncrono •  intervalos (frames) e subintervalos (segmentos) •  canal: conjunto dos segmentos, um em cada frame•  TDM assíncrono •  não existe alocação de canal •  eliminação do desperdício
  157. 157. Modulação•  Deslocamento do sinal original, de sua faixa de freqüência para outra faixa •  Sinal original - sinal modulador •  Portadora (carrier) - onda básica usada no deslocamento•  Modulação analógica •  Modulação por Amplitude - AM •  Modulação por Freqüência - FM •  Modulação por Fase - PM
  158. 158. Modulação Digital•  Modulação por Chaveamento da Amplitude •  Amplitude do sinal resultante varia de acordo com a amplitude do sinal que se quer modular•  Modulação por Chaveamento da Freqüência •  freqüência varia de acordo com o sinal•  Modulação por Chaveamento da Fase •  alteração de fase em 180o para bit 1 e não alteração para bit 0 •  amplitude e freqüência não são alteradas•  MODEM - MODulador / DEModulador
  159. 159. Modulação Digital
  160. 160. Modems
  161. 161. Modulação•  QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 9600 bps em 2400 bauds ITU V.32
  162. 162. Modulação•  V.32 bis •  14.400 bps •  6 bits por amostragem •  2400 bauds •  64 pontos•  V.34 •  28.800 bps (V.34+ 33.600)•  V.90 •  56 Kbps •  Um lado deve ser digital
  163. 163. Padrão V.90•  Padronizado pelo ITU em 2/98•  Conexão digital do servidor à Rede Telefônica (ex. E1 ou RDSI)
  164. 164. Banda larga e Banda básica•  Banda = canal•  Transmissão em banda básica (baseband) •  Sinalização digital •  Todo o espectro é utilizado para produzir o sinal •  Não há modulação•  Transmissão em banda larga (broadband) •  Sinalização analógica •  Multiplexação em freqüência •  Ex.: TV a cabo; IEEE 802.4
  165. 165. PCM - Pulse Code Modulation•  Sinal de voz é originalmente analógico•  Para transmissão digital deve ser codificado em sinal digital•  CODEC - CODer / DECoder•  PCM - principal técnica utilizada por CODECs•  Utilizada em centrais telefônicas digitais•  Utiliza 8.000 amostras de 8 bits por segundo para digitalizar a voz = 64 Kbps

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