redes ufabc

BC-0506: Comunicação e Redes
Redes de Computadores

Santo André, 2012


!  Forma mais simples de estabelecer comunicação
entre 2 pontos
!  Link de comunicação
!  Cabo ou o ar

Link de transmissão
A B

3

!  Comunicação de 1 ponto a mais pontos – 1 link com
cada dispositivo

B
C

D

A

E

4


!  Para que todos possam comunicar-se entre si
B

C

D
A

E

5


!  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

! 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
D
Rede de
comunicação 2
F 1 3 C
5
A 4 6 B

7 E
link

7

!   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

!   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 PC
Servidor
7
PC

9

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

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

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

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

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


!  Internet é um exemplo de Rede de
Computadores

PC

Servidor
PC

Internet
PC
Servidor
PC

15


!  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

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


!  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

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

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

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

Modelos de Referência

!  OSI Reference Model
!  Open Systems Interconnection
!  7 camadas
!  TCP/IP Reference Model
!  Transmission Control Protocol/Internet Protocol
!  5 camadas

22

Modelo de Referência OSI
R1

Cliente A R2
Servidor B

Protocolo de Aplicação
Aplicação Aplicação
Protocolo de Apresentação
Apresentação 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

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 !!

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

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)

Arquitetura de protocolos TCP/IP

Camada de Aplicação Estrutura formada de quatro
camadas ou módulos

Camada de Transporte

Camada de Rede ou
Internet

Interface com a rede

Fornece serviços de acesso a
Camada 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.


Fornece para a camada de
aplicação um serviço de
transferência confiável entre
Camada de Transporte duas aplicações.

Segmenta as mensagens se for
necessário.


Fornece para a camada de
transporte um serviço de entrega
de pacotes entre dois
computadores da rede

Camada de Rede ou
Internet

Camada de Enlace

Camada Física


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 de
Interface com a rede enlace e física do modelo OSI
Camada Física


Organiza os pacotes em
quadros.

Efetua o delineamento dos
quadros.

É responsável pela
transferência livre de erro dos
Camada de Enlace quadros entre dois dispositivos
conectados diretamente.


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

Arquitetura
TCP/IP
Aplicação
do usuário

Aplicação
Telnet FTP HTTP SMTP DNS SNMP

Transporte
TCP UDP
Internet
ICMP IP ARP

Interface Enlace
com a rede Física

Meio Físico

Encapsulamento
Host A
Aplicação Mensagem Mensagem

Transporte Segmento T Mensagem

Rede Datagrama R Segmento

Enlace Frame F Datagrama

Física Bits Bits

Meio Físico

Encapsulamento
Host B
Mensagem Mensagem Aplicação

T Mensagem Segmento Transporte

R Segmento Datagrama Rede

F Datagrama Frame Enlace

Bits Bits Física

Meio Físico

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.

•  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.

•  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.

•  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.

Comunicação virtual entre as
camadas
Host A Host B
Aplicação Mensagem Aplicação

Transporte Segmento Transporte

Rede Datagrama Rede

Enlace Frame Enlace

Física Bits Física

Tipos de redes

•  Rede ponto a ponto

•  Rede de difusão

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.

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,

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.

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.

Endereço físico
Camadas Camadas
superiores superiores
A 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 superiores
Endereço de Destino = C - > endereço de destino é C

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.

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.

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.

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

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

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

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

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.

Comunicação real R4
R2 IP
IP EEE
EEE FFF
Host A
FFF Host B

IP IP
E R1 R5 E
F IP IP F
EEE EEE
FFF FFF
R3
IP
EEE
FFF

Formato de datagramas IP
0 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

•  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

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

•  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.

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.

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.

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.

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.

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.

Fragmentação

Host A
Host B

Net 2
Net 1 MTU=512
MTU=1500 Net 3
G1 G2 MTU=1500

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 = 512
OS = Offset do Segmento Flag(2)= 0
476
CT = Comprimento Total OS =128
ID = Identificador do datagrama CT = 476

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

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.

endereços IP
Classe 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

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

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

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 netid

Observação: Os pacotes de broadcast são bloqueados
pelos roteadores.
Os roteadores são dispositivos que não deixam passar
pacotes de broadcast.

Endereços IP Reservados

0.0.0.0

Ex 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

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.

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
128.3.0.3
128.3.0.0 128.3.0.1 128.3.0.2
Host 5 Host 6

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.

•  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 ).

•  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.

NetID HostID
Endereço IP 144 100 20 10
de classe B

Máscara 11111111 11111111 00000000
1111 1111 00000000
de sub-
default
rede

Endereço 144 100 00000000
20 00000000
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.

Exemplo de sub-
endereçamento

144.100. 3. X Internet

Roteador

144. 100. 0. 0

Internet enxerga a rede de destino como sendo constituído
de um único segmento de rede

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.

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.

Exemplo de sub -
endereçamento
Endereço de rede Máscara de sub-rede
200. 200. 200. 0 255. 255. 255. 0

200. 200. 200. 64

200. 200. 200. 0 R 200. 200. 200. 128

200. 200. 200. 192
Máscara para cada sub-rede = 255. 255. 255. 192

Exemplo de sub -
endereçamento
Rede de classe B 130. 1. 0 . 0

Máscara de 255. 255. 0 . 0 1 segmento de rede
sub-rede default
64 K hosts

Máscara de 255. 255. 128. 0 2 segmento de rede
sub-rede
10000000 32 K hosts / segmento

255. 255. 192. 0 4 segmento de rede

Exemplo de sub -
endereçamento
Máscara de 255. 255. 224. 0 8 segmento de rede
sub-rede

255. 255. 240. 0 16 segmento de rede

255. 255. 248. 0 32 segmento de rede
255. 255. 252. 0 64 segmento de 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.

•  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.

ARP ( Address Resolution
Protocol )
•  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.

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.

Protocol )
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

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.

•  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.

•  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.

•  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.

Tabela de roteamento
Destino Próximo Porta de
roteador saída
A Roteador Y 1
B Roteador X 3
B 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


Rede 12.0.0.3 14.0.01 Rede
G1
12.0.0.0 14.0.0.0

12.0.0.1 12.0.0.2 G3 13.0.01
G4 14.0.0.2
Rede 13.0.0.3
G2
11.0.0.2 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


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

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

Algoritmo de roteamento
Datagrama recebido

Decrementa Sim Cabeçalho e Não
TTL CRC válidos?

Não Envia mensagem
TTL > 0 ?
ICMP para origem
Sim Descarta o
Procura rede de pacote
destino na tabela

Encontrou Não Rota default Não
a rota ? disponível ?

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

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

Tipos de roteamento
•  Roteamento Dinâmico

•  As tabelas são construídas pelos próprios
roteadores, que trocam informações entre si,
através de um protocolo de roteamento.

Protocolos mais comuns de
roteamento
•  Routing Information Protocol ( RIP )

•  Open Shortest Path First ( OSPF )

•  Exterior Gateway Protocol ( EGP )

•  Border Gateway Protocol ( BGP )

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

! 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


IG IG
ROTEADOR B

ROTEADOR C
ROTEADOR A destino
fonte IG
IG ROTEADOR D

117


IG EG

fonte ROTEADOR X

EG
EG

EG
EG EG

IG IG

PC ROTEADOR Y
ROTEADOR Z destino

118

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

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

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

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

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

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

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, as
atualizações 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

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

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

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

! 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


!  Desvantagens
!  Exige bastante CPU e memória

130


! 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

Algoritmo SPF

6 2
A B C 5

2 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

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 G
O número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó133

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 links

O número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó
134

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
Termina
O número ao lado dos nós representa o custo total desde C até aquele nó
135

Roteamento na Internet

!  Protocolos Interior Gateway
!  Routing Information Protocol (RIP)
!  Open Shortest Path First (OSPF)
!  Protocolos Exterior Gateway
!  Border Gateway Protocol (BGP)

136

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

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

Open Shortest Path First
(OSPF)
!  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

Open Shortest Path First
(OSPF)
!  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

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

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

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 transmissão (síncrona e assíncrona)
•  Modos de operação (simplex, half-duplex e full-
duplex)
•  Tipos de ligação (ponto a ponto ou multiponto)

Comunicação de Dados

•  Banda larga e Banda básica
•  Multiplexação
•  Modulação
•  Comutação
•  Fontes de distorção de sinais
•  Detecção de erros

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

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)

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

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

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)

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)

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

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)

Multiplexação na freqüência -
FDM

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

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

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

Modulação

•  QAM (Quadrature Amplitude Modulation)

9600 bps
em
2400 bauds

ITU V.32

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

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 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

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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