1.
171
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5ª Parte
Protocolo IP

2.
172
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.1 - Comunicação virtual entre camadas
Protocolos de Aplicações

3.
173
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.1 - Comunicação virtual entre camadas

4.
174
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.1 - Comunicação virtual entre camadas

5.
175
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.1 - Comunicação virtual entre camadas

6.
176
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.1 - Comunicação virtual entre camadas
Suporte a novos serviços: VoIP (Voice Over IP)
• Desempenho imprevisível na internet
• Desempenho bom em redes de operadores
• Melhor controlo da ocupação da rede
• IP possibilita um serviço mais económico e flexível (PS: Packet
Switch) do que redes tradicionais (CS: Circuit Switch)

7.
177
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.2 - Protocolo IP e a criação de uma internet

8.
178
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Protocolo IP (Internet Protocol - RFC 791):
* Comutação de pacotes (datagramas):
* Encaminhamento de pacotes entre redes heterogéneas
* Suporte a comunicação entre quaisquer computadores/redes
* Endereçamento Universal
* Não orientado à ligação:
* Diferentes pacotes podem fazer diferentes caminhos
* Não fiável
* Não detecta nem recupera erros
* Não garante QoS (IP v4) Best Effort
5.2 - Protocolo IP e a criação de uma internet

9.
179
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte
Cabeçalho IP

10.
180
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Pacote IP
Versão Comprimento Total (bytes)
32 bits
IHL Tipo de serviço
Identificação Offset do fragmento
D
F
M
F
Tempo de vida Checksum do cabeçalho
Protocolo
Endereço IP de Origem
Endereço IP de Destino
Opções (se existentes)
Dados
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte

11.
181
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
* Versão - Garantir compatibilidade entre diferentes versões
* IHL (IP Header Length) - Tamanho do cabeçalho
* Min. = 5 ; Max.= 15 (words de 32 bits)
* Tipo de serviço - Possibilitar definição de diferentes requisitos de:
* Velocidade/Atraso de pacote
* Dimensão total - Inclui cabeçalho e mensagem (máximo = 64K)
* Identificação - Identificador de pacote a que pertence este fragmento
* DF (Don’t Fragment) - Se estiver a ‘1’ informa router que não deve
fragmentar o pacote, pois o destino não saberá reconstruí-lo
* MF (More fragments) - Se estiver a ‘1’ indica que não é ainda o último
fragmento (do pacote)
* Offset do fragmento - Posição no pacote deste fragmento (x 8 bytes)
* 13 bits máximo = 8192 fragmentos por pacote (excepto último)
* 8192*8 bytes = 64K, tamanho dinamica/ variável, em função de
aplicação + MTU da rede
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte

12.
182
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
* Tempo de vida - Contador de tempo de vida de pacote
* Decrementado em cada transmissão entre routers
* Previne possibilidade de pacotes se “perderem” na rede
* Erros nas tabelas de routing
* Endereço corrompido
* Quando atinge o valor 0 o fragmento é destruído e enviada uma
mensagem a notificar a sua origem.
* Valor máximo = 255
* Protocolo - Especifica o protocolo de camada superior: TCP, UDP
* Checksum – Controlo de erros do cabeçalho do pacote
* Opções - Possibilitar actualização no protocolo (futuras versões)
* Ex. poder especificar caminhos pretendidos, pedir aos routers
que marquem o seu endereço e data/hora de passagem, etc
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte

13.
183
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte

14.
184
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.4 - Fragmentação de Datagramas IP
Variável para
cada rede

15.
185
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.3 - Datagramas IP e os protocolos de transporte
Fragmentação

16.
186
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.4 - Estrutura de Endereços IP
Limite Teórico: ~4,3
biliões de endereços
Limite Prático: ~250
milhões de endereços
(RFC 3194: Esquema de
alocação de endereços)

17.
187
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.4 - Estrutura de Endereços IP
Permite atribuir
~67 biliões de endereços
por cm2 do planeta

18.
188
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.5 - Unicidade de Endereços IP
ISOC: Internet SOCiety
IANA - Internet Assigned Numbers Authorithy

19.
189
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.6 - Representação dos Endereços IP

20.
190
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
Data de
esgotamento de
atribuição de
Endereços IP v4 a
RIRs (Regional
Internet Registry)
APNIC: Asia Pacific NW Information Center
RIPENCC: RIPE NW Coordination Center
ARIN: American Registery for Interner Nbrs
LACNIC: Latin America and Caribbean NIC
AFRINIC: African Network Information Center
Data estimada para
esgotamento de
atribuição de
Endereços IP v4 por
RIRs
5.7 - Atribuição de Endereços IP

21.
191
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
5.7 - Atribuição de Endereços IP

22.
192
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Endereços IP
* Todos os elementos de rede (Computadores/Routers) possuem um
endereço IP unívoco, atribuído por entidade coordenadora:
* IANA - Internet Assigned Numbers Authorithy, que delega em:
* Europa: RIPE - Reseaux IP Européens (RIR: Regional Internet Registry)
* Portugal: FCCN – Fundação para Computação Cientifica Nacional
* Todos os endereços IP (v4) possuem um comprimento de 32 bits,
divididos em 3 campos:
* Identificador de classe de endereço
* Número de identificação de Rede
* Numero de identificação de Host (Elemento Terminal de Rede)
• Ex: 00000001 00000010 00001111 11111111 = 1.2.15.255 d
0 Rede Terminal (Host)
7 bits 24 bits
5.7 - Classes de Endereços IP
Considerar apenas campo “Rede”
para simplificar

23.
193
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Endereços IP
* Representação de redes de diferentes dimensões:
Definição de classes de endereços
* Definidos 5 tipos de formato, distinguidos pelo tamanho:
• Classe A - 127 redes com ~16 milhões de terminais cada
• Classe B - ~16 mil redes com ~65 mil terminais cada
• Classe C - ~2 milhões de redes com 254 terminais cada
• Classe D - Endereços para multicasting
• Classe E - Reservado para uso futuro
5.7 - Classes de Endereços IP

24.
194
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
Classe
E
32 bits
Gama de endereços
A 0 Rede (7 bits) Terminal (24 bits)
1.0.0.0 a
127.255.255.255
1 0
B Rede (14 bits) Terminal (16 bits)
128.0.0.0 a
191.255.255.255
1 1 0
C Rede (21 bits) Terminal (8 bits)
192.0.0.0 a
223.255.255.255
1 1 1 0
D Multicast - Grupo de Terminais (28 bits )
225.0.0.0 a
239.255.255.255
1 1 1 1 0 Reservado para uso futuro
240.0.0.0 a
247.255.255.255
5.7 - Classes de Endereços IP

25.
195
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Endereço
desconhecido (boot)
 Endereços IP especiais
0 0 0 . . . 0 0 0 Terminal na própria rede
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Broadcast na rede local
Broadcast em rede remota
0 1 1 1 1 1 1 1 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Teste de loopback
127.xx.yy.zz
Terminal
Rede 1 1 1 . . . 1 1 1
32 bits
5.7 - Classes de Endereços IP

26.
196
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Endereços IP
* Problemas do endereçamento IP v4:
* Capacidade disponível cada vez menor
* Tabelas de Routing com dimensão limitada
* Soluções Temporárias:
* Subnets - Segmentação e redefinição de campo “Terminal”
* Supernets - Agregação de endereços
* NAT - Conversão de endereços Públicos/Privados
* Endereços Dinâmicos
* Solução Efectiva:
* IP v6 - nova versão com endereços de 128 bits
5.7 - Classes de Endereços IP

27.
197
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Subnets
* Facilitar gestão de redes (autónomas)
* Definição de segmentos e de Terminais/Segmento
* Redução/Separação de tráfego (por Subnet) Melhor Desempenho
* Simplificação de tabelas de Routers da rede interna (empresa)
* Router c ligação a Subnet k
Conhecer (apenas) terminais de Subnet k
Tabelas ARP: Conversão Endereços IP/MAC +Reduzidas
* Invisível para redes exteriores
* Facilitar controlo de acessos Subnet define domínio de broadcat
* Divisão de campo Nº Terminal, em 2:
* Nº Subnet + Nº Terminal
* Determinação de Subnet (para encaminhamento de pacotes):
* Máscara “1’s” bits de Rede e Subnet, “0’s” bits de Terminal
* Cálculo de Subnet “Endereço de Pacote” AND “Máscara”
5.8 - Subnets
Uso de Máscara:
Retirar endereço
de Rede+Subnet

28.
198
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Subnets
* Nº de Terminais ou Subnets (SN)= 2 n - 2, n = nº de bits
* n = 2 => 4 - 2 = 2 Terminais ou Subnets (00, 01, 10, 11)
* 00 - todo o segmento ; 11 - broadcast e multicast reservados
* Ex. Classe B = 16 mil redes com 64 mil terminais, numa LAN
Se 6 bits de Subnet 16 mil redes/62 SNs/1022 terminais
1 0
B Rede Terminal (10 bits)
Subnet (6 bits)
32 bits
5.8 - Subnets

29.
199
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 VLSM - Variable Lenght Subnet Mask:
* Possibilidade de criar vários níveis hierárquicos de subnets de
dimensão variável dentro de uma mesma rede. Exemplo:
* Nível 1 (SNN1): 2 bits de Subnet 2 SNs/8190 terminais
* Nível 2 (SNN2): 2 LANs, com 4 bits de Subnet 14 subnets/1022
terminais
5.8 - Subnets
B
B
1 0 Rede Terminal (14 bits)
2 bits
32 bits
1 0 Rede Terminal (10 bits)
4 bits
SNN1
SNN1 SNN2

30.
200
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Exemplo de Subnet
INTERNET
Subnet 5: 130.50.5.0 Subnet 8: 130.50.8.0
* Empresa com Endereço de Rede = 130.50.0.0 (Classe B)
* 254 Subnets => 8 bits para representar Subnet => Subnet Mask = 255.255.255.0
* Cálculo de Subnet destino por Router: Ex. pacote c endereço = 130.50.5.1
130.50.5.1 AND 255.255.255.0 = 130.50.5.0 => Destino = Subnet 5
Router
130.50.5.1
130.50.5.254
* * * * * *
130.50.8.254
130.50.8.1
5.8 - Subnets
Operador lógico AND:
0 1 1 0
AND 1 0 1 0
0 0 1 0

31.
201
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
C Terminal (8 +1 bits)
 Supernets (CIDR - Classless Inter-Domain Routing)
* Solução para ultrapassar falta de endereços de classe B
* Utilização de múltiplos endereços de classe C, contínuos e pares
* Ex. Rede com 500 terminais
* Sem CIDR Endereço classe B desperdício de ~65 mil End.
* Com CIDR Agregação de 2 endereços classe C, contínuos
* Ex. 200.1.128.0 e 200.1.129.0
* Encaminhamento deixa de ser feito com base em classes
Utilizada máscara (semelhante a subnet) de 32 bits sem respeitar
fronteiras (8,16,24 bits) “1’s” bits de Rede, “0’s” bits de Terminal
* Facilitar tabelas de routing 1 só entrada para endereços agregados
* Melhor utilização de espaço de endereçamento
1 0 1 Rede (21 - 1 bits)
32 bits
5.9 - Supernets
Uso de Máscara:
Retirar endereço
Supernet

32.
202
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Supernets
*Compatibilidade com Subnets
* Notação CIDR (Prefixo IP):
* a.b.c.d / x
* x = nº de bits que identificam rede
* a.b.c.d = bits comuns para identificação de endereço de rede
* Exemplos:
* Classe C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255 216 endereços Ter.
Supernet c 254 Redes: 192.168.0.0/16, Máscara = 255.255.0.0
* Classe C: 200.1.128.0 a 200.1.129.255 29 endereços Terminal
Supernet c 2 Redes = 200.1.128.0/23 , Máscara = 255.255.254.0
1 1 0
C Rede Terminal (9 bits)
32 bits
5.10 - Supernets

33.
203
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Exemplo de Supernet
INTERNET
Subnet 2: 200.1.129.0 Subnet 1: 200.1.128.128
Router 2
200.1.129.126
Router 1
SuperNet: 200.1.128.0/23
* * * * * *
200.1.129.1 200.1.128.254
200.1.128.129
INTERNET
* Empresa com Endereço de Rede = 200.1.128.0/23 (2 endereços classe C)
* 9 bits para representar Terminais => Net Mask = 255.255.254.0
* Cálculo de SuperNet destino por Router 1: Ex. pacote c endereço = 200.1.129.126
200.1.129.126 AND 255.255.254.0 = 200.1.128.0 = Rede Destino
* SuperNet com 2 SubNets => 2 bits para SubNet => SubNet Mask = 255.255.255.128
* Cálculo de SubNet destino por Router 2: Ex. pacote c endereço = 200.1.129.126
200.1.129.126 AND 255.255.255.128 = 200.1.129.0 => Destino = Subnet 2
5.10 - Supernets

34.
204
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 NAT - Network Address Translation
* Conversão de endereços privados (não públicos) em endereços públicos
* Ex. máquinas de intranets ligadas ao exterior por firewalls
* Comunicação interna (maior tráfego):
* Utilização de endereços privados
* IANA recomenda: 10.x.x.x, 172.[16..31].x.x, 192.168.x.x
* Comunicação para exterior (menor tráfego):
* Mapeamento de endereço privado em endereço público
* Endereço privado  Endereço público / Porto TCP/UDP
* Possibilidade de utilizar apenas um endereço público (PAT)
* Conversão de endereço privado<->público efetuado em Router/Proxy
* Maior segurança utilização de endereços privados para mascarar
identidade de rede/terminais
5.11 - NAT

35.
205
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 PAT - Port AddressTranslation:
* Possibilitar que vários terminais de uma rede partilhem endereços IP
públicos, sendo identificados pelo porto TCP/UDP
5.11 - NAT
Servidor WEB
End. Público
205.134.98.123
Internet
Router/Proxy
NAT/PAT
Cliente
End. Privado
10.0.0.1
Rede 192.157.137.0
1)
2)
3)
4)
1) Pedido de terminal Cliente para se ligar a Servidor WEB:
Source Address = 10.0.0.1 / Source Port = 1250
Destination Address = 205.134.98.123 / Desination Port =80
2) Router converte endereço/porto privado de Cliente em publico
Source Address = 192.157.137.5 / Source Port = 5128
Dest. Address = 205.134.98.123 / Destination Port =80
3) Resposta de Servidor a pedido de Cliente:
Source Address = 205.134.98.123 / Source Port =80
Destination Address = 192.157.137.5 / Destination Port = 5128
4) Routerconsulta tabela de PAT e converte endereço/porto publico de Cliente em privado
Source Address = 205.134.98.123 / Source Port =80
Destination Address = 10.0.0.1 / Destination Port = 1250
Porto
Público
Porto
Privado
IP
Privado
Tabela de PAT em Router:

36.
206
R&C+R&I 1 / ISTEC – 14/15
 Endereços Dinâmicos
* Objetivo Poupança de endereços, quando:
* Nº total de users > Nº endereços IP > Nº total de users activos
* Utilizado por ISP’s
* Usa protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol / RFC 2131)
* Facilitar gestão de atribuição de endereços em redes IP
* Acesso a Internet
* Clientes requisitam endereço variável e temporário (lease time) a
servidor DHCP do ISP
* Endereço atribuído corresponde a gama de endereços do ISP
* No fim do acesso (ou expiração de lease time) o endereço é
libertado para outros clientes (se lease time expirar com cliente
ainda ligado lease time renovado e endereço mantido)
* Endereço variável maior segurança contra planos de ataques
* Cliente não disponibilizar serviços públicos (ex. Web Server)
* Necessário atualização de DNS
5.12 - Endereços Dinâmicos