Redes de Computadores1
0010101010101010010101010101010
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0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
2
Qual é a sua
visão de rede?
Interligação de...
Computadores (pequeno, médio, grande porte)
/ Aplicações (Web, Intranet, BD’s) / Sistemas
de Telefonia / Sistemas de TV a cabo.
O nosso contexto
Redes de Computadores
Conjunto de computadores e outros
dispositivos capazes de trocar
informações e compartilhar recursos,
interligados por um sistema de
comunicação constituído de enlaces
físicos e regras que disciplinam esta
comunicação.
3
Necessidade dasRedes de computadores
• Compartilhamento de recursos geograficamente dispersos
• Confiabilidade e segurança
• Economia
• Acesso a informações remotas
• Comunicação entre pessoas
• Aplicações comerciais
• Aplicações domésticas
4
Elementos comuns às redes
• Hardwares, Softwares
Placas, Cabos, Equipamentos, Sistemas Operacionais
• Recursos
Arquivos, periféricos e outros itens compartilhados pelos usuários da rede
• Servidores
Computadores que fornecem recursos compartilhados para usuários da rede
• Clientes
Computadores que acessam recursos fornecidos por um servidor e compartilhados na rede 5
Vantagens
• Compartilhamento de:
– Recursos físicos
– Aplicativos
– Dados
• Administração e Suporte centralizados
• Independência de localização
Classificação das redes
CRITÉRIOS
TOPOLOGIA
FÍSICA
ÁREA DE
ABRAN-
GÊNCIA
TECNOLOGIA
DE
COMUTAÇÃO
TIPO DE CONEXÃO
8
Classificação das redes
9
CRITÉRIOS
TOPOLOGIA
FÍSICA
ÁREA DE
ABRAN-
GÊNCIA
TECNOLOGIA
DE
COMUTAÇÃO
TIPO DE CONEXÃO
Quanto ao tipo de conexão
Ponto-a -ponto: dois hosts envolvidos, ligados por
um único canal. Protocolo simples (ex. PPP).
Multiponto: meio compartilhado; protocolos
complexos; aparecem atrasos e colisões.
10
link link
link
mainframe
Estações de
trabalho
Quanto à topologia física
12
Todos os nós são conectados diretamente na barra de transporte, sendo que o sinal gerado por uma estação propaga-se ao longo da barra em todas as direções.
Vantagens:
• Menor custo
Desvantagens:
• Colisões freqüentes
• Difícil localizar falhas
• Robustez prejudicada
Topologia Barramento
Quanto à topologia física
Cada dispositivo possui uma conexão dedicada somente com
dois dispositivos próximos dele. O sinal trafega ao longo do anel até
alcançar o destino.
Vantagens:
• Fácil instalação e acréscimo de pc.
• Não possui colisões.
Desvantagens:
• Tráfego unidirecional
• Robustez prejudicada
13
Topologia Aneltoken
• Desconexão de uma máquina prejudica toda a rede
O sinal token ou “permissão para
transmitir” passa de estação para estação.
Quanto à topologia física
Cada dispositivo possui um link dedicado aos demais dispositivos
da rede.
Vantagens:
• Links dedicados
• Privacidade e segurança
• Robustez
• Fácil identificação de falhas
Desvantagens:
• Cabeamento excessivo
• Quantidade de interfaces E/S
• Custo do hardware
1
2
)1(
nInterfaces
nnCabos
14
Topologia Malha
Por dispositivo
Quanto à topologia física
Cada dispositivo comunica-se dedicadamente a um controlador
ou concentrador no centro da estrutura.
Vantagens:
• Custo mais acessível em relação à malha
• Fácil instalação e detecção de falhas
• Quantidade menor de cabos (rel. malha)
• Robustez
Desvantagens:
• Se o elemento centralizador falhar, osistema fica comprometido
• Colisões freqüentes15
Topologia Estrela
Hub ou switch
Quanto à topologia física
Esta topologia é baseada em hubs ou dispositivos de ligações, os quais
permitem uma estruturação hierárquica de várias redes ou sub-redes.
16
Topologia árvore ou hierárquica
Quanto à topologia física
Comporta vários tipos de topologias para interligação dos dispositivos
Ex: Backbone Barramento +
1 anel + 1 estrela + 1 barramento
17
Topologia Híbrida ou Mista
Classificação das redes
18
CRITÉRIOS
TOPOLOGIA
FÍSICA
ÁREA DE
ABRAN-
GÊNCIA
TECNOLOGIA
DE
COMUTAÇÃO
TIPO DE CONEXÃO
Quanto à área de abrangência
LAN - Local Area Network Redes Locais
• Redes privadas
• Área relativamente pequena: edifício ou prédio
• Redes domésticas, ou comerciais de pequeno porte
• Basicamente compartilhamento de recursos
19
Internet
Quanto à área de abrangência
MAN - Metropolitan Area Network Redes Metropolitanas
20
• Privada ou Pública
• Cobertura de uma
área metropolitana
• Redes de franquias,
universidades, escolas
e órgãos do governo
municipal
• Pode conectar LAN’s
Anel de fibra
óptica BH
RTPC
Quanto à área de abrangência
WAN - Wide Area Network Redes de longo alcance
21
• Públicas ou privadas
• Interligação de sites
distantes
• Redes corporativas de
longo alcance
• Âmbito nacional,
continental ou mundial
• Internet
• SERPRO (Serviço Federal de
Processamento de Dados)
RTPC
WAN
São Paulo
BH
MAN
Outras Terminologias
WLAN – Wireless Local Area Network Rede Local sem fio
22
• Utilizam sinais de rádio ou
infra-vermelho para enviar
os pacotes de dados
através do ar.
• PWLAN - Public Wireless
Local Área Network.
• Exemplos:
WLAN: Redes Domésticas
PWLAN: Cybercafé,
Shoppings, Aeroportos
Classificação das redes
24
CRITÉRIOS
TOPOLOGIA
FÍSICA
ÁREA DE
ABRAN-
GÊNCIA
TECNOLOGIA
DE
COMUTAÇÃO
TIPO DE CONEXÃO
Quanto à tecnologia de comutação
Comutação
Técnica utilizada para
estabelecer uma conexão temporária entre
múltiplas origens e múltiplos destinos
Método de distribuição da informação pela
rede.
25
Quanto à tecnologia de comutação
Circuitos: um circuito “físico” é efetivamente
estabelecido durante a conexão (tipicamente
conexão telefônica).
Mensagens: as mensagens trafegam de forma
íntegra, (não segmentada) por uma seqüência de
nós.
Pacotes: as mensagens trafegam de forma
segmentada entre os nós da rede.
26
Modelo de Camadas
27
O receptor pega o
envelope na caixa de
correio, abre e lê a carta.
Emissor escreve a carta,
coloca num envelope,
escreve o endereço e
coloca na caixa de correio.
A carta é recolhida por um
carteiro que a entrega no
posto mais próximo.
A carta é classificada e
enviada ao receptor.
A carta é classificada pelo
correio, é acionado algum
tipo de transporte para
levar a carta ao destino.
A carta é entregue ao
posto local dos correios
pelo agente de transporte.
CAMADA
SUPERIOR
CAMADA
INTERMEDIÁRIA
A carta está a caminho do destino
registrado pelo emissor.
EMISSOR RECEPTOR
CAMADA
INFERIOR
O receptor pega o
envelope na caixa de
correio, abre e lê a carta.
Emissor escreve a carta,
coloca num envelope,
escreve o endereço e
coloca na caixa de correio.
A carta é recolhida por um
carteiro que a entrega no
posto mais próximo.
A carta é classificada e
enviada ao receptor.
A carta é classificada pelo
correio, é acionado algum
tipo de transporte para
levar a carta ao destino.
A carta é entregue ao
posto local dos correios
pelo agente de transporte.
CAMADA
SUPERIOR
CAMADA
INTERMEDIÁRIA
A carta está a caminho do destino
registrado pelo emissor.
EMISSOR RECEPTOR
CAMADA
INFERIOR
Modelo de Camadas
• Metodologia para
conectividade de
sistemas distintos.
• Leva em consideração
o emissor, receptor e o
meio de transporte
• Hierarquia
• Serviços – cada
camada do emissor
utiliza serviços da
camada imediatamente
abaixo dela.28
O receptor pega o envelope
na caixa de correio, abre e lê
a carta.
Emissor escreve a carta,
coloca num envelope,
escreve o endereço e coloca
na caixa de correio.
A carta é recolhida por um
carteiro que a entrega no
posto mais próximo.
A carta é classificada e
enviada ao receptor.
A carta é classificada pelo
correio, é acionado algum
tipo de transporte para levar
a carta ao destino.
A carta é entregue ao posto
local dos correios pelo
agente de transporte.
CAMADA SUPERIOR
CAMADA
INTERMEDIÁRIA
A carta está a caminho do destino
registrado pelo emissor.
EMISSOR RECEPTOR
CAMADA
INFERIOR
Modelo OSI
• OSI: Open Systems Interconnection
• ISO: International for Standard Organization
• Modelo em 7 camadas
• Proposto nos anos 80
• Base conceitual das redes atuais
29
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Camada 1: Física
30
• Transferência de bits num meio• Modos de representação dos bits• Conexões elétricas e mecânicas• Modos de transmissão: single,
half, ou full-duplex
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Camada 2: Enlace
computador
Modem
computador
Modem
01111110 | address | 10101110 | data data data | fcs | 01111110|
link
Created with Visio 31
• Organiza bits em frames (quadros)
• Adiciona endereço físico• Controle de fluxo da informação
transferida: para não sobrecarregar receptor
• Controle de erro• Controle de acesso
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Camada 3: Rede
32
• Responsável pelo estabelecimento, manutenção e término das conexões de rede
• Resolve problemas de incompatibilidade/endereçamento de pacotes que trafegam em redes distintas.
• Roteamento de pacotes
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Camada 4: Transporte
33
• Transporte confiável entre processos finais e correção de erros
• Comunicação fim-a-fim• Controle de fluxo fim-a-fim• Segmenta dados na transmissão.• Resgata segmentos e reconstitui a
informação original na recepção.
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Aplicação
Transporte
Rede
Enlace
Física
Rede
Enlace
Física
Rede
Enlace
Física
Transporte é a comunicação lógica entre PROCESSOS
Rede é a comunicação lógica entre HOSTS
Camada 5: Sessão
34
Estabelece, mantém, sincroniza e
gerencia o diálogo entre aplicações
que são executadas nos
computadores da rede
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Camada 6: Apresentação
35
É a camada responsável pela
conversão da sintaxe dos dados,
considerando que aplicações
idênticas não possuem sintaxes
idênticas.
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
EBCDIC
Camada 7: Aplicação
36
Física
Enlace
Rede
Transporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
É a camada responsável pela
interface com o usuário. É onde são
feitas as conversões de
apresentação de aplicações
idênticas, mas com interface de
usuários distintas.
Modelo de camadas OSI
37
Física
Enlace
RedeTransporte
Sessão
Apresentação
Aplicação
Unidade de dados do protocolo do
nível de aplicação - APDU
PPDU
SPDU
Segmento
Pacote ou datagrama
Quadro
Cabo
Bits
Camada Física39
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
Camada Física
Serviços da
camada Física
Conversão
bit-sinal
Controle de
taxa de
transferência
Sincronização no
nível de bitsMultiplexação Comutação
40
Camada Física
• Conversão Bit-sinal: O canal abaixo da
camada de rede é o meio físico, como
este não pode transmitir bits precisamos
representar os bits por um sinal
eletromagnético de modo a propagar e a
transportar energia através do meio.
41
Camada Física
• Controle da Taxa de transferência: o meio
físico determina o limite superior da taxa de
transferência de dados, mas a camada física é
quem tem o controle dessa taxa.
42
Através do projeto de
dispositivos da camada
física e da
implementação de
software de controle fica
determinada a taxa de
transferência do meio.
Camada Física
• Sincronização no nível dos bits: O
sincronismo da transferência dos bits é crucial
na comunicação de dados. A camada física
administra a sincronização dos bits gerando
mecanismos de clock que controlam tanto o
transmissor quanto o receptor.
43
Camada Física
• Multiplexação: É o processo de divisão de um
link (meio físico) em canais lógicos para
melhorar a eficiência da transmissão. A
camada física utiliza diversas técnicas para
isto. Embora o meio permaneça o mesmo, o
resultado são muitos canais lógicos em vez de
um canal físico.
44
Camada Física
• Comutação: Comutação de circuitos,
mensagens e pacotes. Na maior parte dos
casos a comutação de circuitos é função da
camada física.
45
Camada de Enlace de dados46
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
Camada de Enlace
• Encapsulamento
Os pacotes oriundos de
uma camada superior
devem ser empacotados
de modo apropriado na
camada de enlace da
LAN ou WAN. Os
pacotes desta camada
são chamados frames
(ou quadros). Nas WAN
ATM são chamados de
célula (cell).
Endereçamento
Controle
de
erros
Encapsulamento
Controle de
fluxo
Controle
de
acesso
47
Camada de Enlace
• Endereçamento
O endereçamento da camada de enlace é físico e recebe o nome de MAC e é utilizado para determinar o endereço do próximo nó da rede que está no processo de entrega entre dois nós.
Endereçamento
Controle
de
erros
Encapsulamento
Controle de
fluxo
Controle
de
acesso
48
Camada de Enlace
• Controle de erros:
As redes devem ser
dotadas da capacidade
de transmitir dados entre
dispositivos nela
conectados com total
precisão. Como não se
está livre de erros, a
camada de enlace de
dados pode solicitar
retransmissões e/ou
corrigir alguns erros.
Endereçamento
Controle
de
erros
Encapsulamento
Controle de
fluxo
Controle
de
acesso
49
Camada de Enlace
• Controle de fluxo:
Serve para garantir que o receptor não seja inundado com os dados do transmissor. Os protocolos costumam definir a seqüência de procedimentos para que o TX saiba o momento de transmitir. O RX pode enviar a informação ao TX que pare a transmissão ou que diminua o fluxo antes que a situação limite seja alcançada.
Endereçamento
Controle
de
erros
Encapsulamento
Controle de
fluxo
Controle
de
acesso
50
Camada de Enlace
• Controle de
acesso ao Meio:
Para prevenir
conflitos ou
colisões em uma
rede é necessário
um método de
controle de
acesso.
Endereçamento
Controle
de
erros
Encapsulamento
Controle de
fluxo
Controle
de
acesso
51
Endereço MAC – Media Acess
Control
• Cada estação em uma rede Ethernet possui seu próprio adaptador de rede ou Network Interface Card (NIC). O NIC é encaixado dentro da estação e fornece à estação um endereço físico (MAC Adress) de 6 bytes.
06-01-02-01-2C-4B52
ARP – Protocolo de Resolução de
Endereços
• Descobre o endereço físico a partir do endereço lógico. Quando um host ou um roteador enviam um datagrama IP a outro host ou roteador o endereço lógico do receptor é conhecido.
53
O RX envia pacote de resposta
ARPReply com o endereço físico
Transmissão em Broadcast
RX reconhece seu IP
Pacote ARP Request
Endereços físico e lógico do TX
Endereço lógico do RX
Padrão Ethernet
• Padrão de camada
física e camada de
enlace.
• 10Mbps, com
quadros de 64 e 1518
bytes.
• O endereçamento
feito através do MAC
54
Fast Ethernet
• Manteve do padrão
Ethernet o
endereçamento, o
formato do pacote, o
tamanho e o
mecanismo de
detecção de erro.
• 100Mbps de velocidade
• Modo de transmissão
half-duplex ou full-
duplex.
55
Giga Ethernet
• Suporta o quadro padrão Ethernet
• Taxa de transmissão de 1Gbps
• Segue o padrão Ethernet com detecção de colisão, regras de repetidores, aceita modo de transmissão half-duplex e full-duplex.
56
10 Giga Ethernet
• Segue o padrão Gigabit
Ethernet, porém seu modo
de transmissão é, única e
exclusivamente, full-duplex
• Meio físico é a fibra óptica
– multimodo ou
monomodo.
• 10 Gigabit Ethernet é
utilizado em rede MAN.
• Só permite ligações ponto-
a-ponto.
57
Método de Acesso CSMA/CD
• Cada estação ouve o meio antes de iniciar uma transmissão. Baseia-se no princípio “verificar antes de transmitir”, “ouvir antes de falar”.
• Reduz a possibilidade de colisão.
• Estratégia de persistência: A máquina ouve o meio e se estiver livre inicia a transmissão. Se estiver ocupado espera um tempo aleatório e envia.
58
Método de Acesso CSMA/CD
• CD - Collision Detection
• Agrega um procedimento que trata uma colisão.
• A estação monitora para saber se a transmissão foi bem sucedida.
• Se ocorrer uma colisão os quadros são retransmitidos novamente.
• Para reduzir a probabilidade de colisão uma segunda vez, a estação espera um tempo, denominado backoff.
59
Interconexões
• Repetidores: dispositivo analógico conectado a
dois segmentos de cabo. Um sinal de um dos
segmentos é amplificado e colocado no outro
segmento. Não reconhecem quadros, pacotes ou
cabeçalhos, somente volts.
60
Interconexões
• Hubs: Várias linhas conectadas eletricamente.
Um quadro em uma entrada é transferido a
todas as outras portas sem amplificação. Se
dois quadros chegarem ao mesmo tempo ocorre
colisão. Também não reconhecem quadros,
pacotes e/ou cabeçalhos.
61
Interconexões
• Switches: roteam pelo endereço físico porém,
servem na maior parte prática para conectar
computadores diretamente. Cada porta do
switch é o seu próprio domínio de colisão, logo
os switches não perdem quadros por colisão.
• Possuem tabelas de armazenamento dos MAC
conhecidos.
65
Exercícios
Faça uma pesquisa sobre os ATIVOS DE REDES
listados abaixo, suas principais características, modelos
e fabricantes e a principal diferença entre eles:
• Repetidores
• Hubs
• Switches
Enviar para [email protected].
Assunto do Email: Exercício em sala – RDC – 2015.02
– Seu nome
66
Glossário 4
• ENCAPSULAMENTO
• ENDEREÇO MAC
• CONTROLE DE ACESSO AO MEIO
• CSMA/CD
• HUB
• SWITCH
• REPETIDOR
67
Diferenças entre Switch e roteador
Recursos Roteador Switch
Velocidade Mais lento Mais rápido
Camada OSI Camada 3 Camada 2
Endereçamento IP MAC
Broadcast Bloqueia Encaminha
Segurança Mais alto Mais baixo
68
Protocolo PPP
• Determina o formato do quadro, como os
dispositivos podem negociar o
estabelecimento e a troca de dados no
link, como os dados da camada de rede
são encapsulados em quadros na camada
de enlace e de que forma dois dispositivos
podem autenticar mutuamente.
69
link link
Protocolo PPP
• Protocolo Ponto-a-ponto
• Não oferece controle de fluxo,
falta de um controle de erros
eficiente e falta numeração de
seqüência de quadros, também
não oferece um mecanismo de
endereçamento sofisticado para
conexões multiponto.
70
Quadro PPP
• Flag: identificam as fronteiras ou limites do quadro PPP. O valor dos flags de início e fim é 01111110.
• Endereço: usa o endereço de broadcast 11111111 para estabelecimento de conexões ponto a ponto.
• Controle: o valor padrão é 11000000 para mostrar que o quadro não contém nenhuma seqüência numérica e que não existem mecanismos de controle de fluxo ou erro.
• Protocolo: define o que efetivamente está sendo transportado no campo de dados: dados em si ou outro tipo de informação.
• FCS: É simplesmente um CRC de 2 ou 4 bytes.71
FLAG Endereço Controle Protocolo FCS
Protocolos adicionais ao PPP
• LCP: Protocolo de controle de enlace
Responsável pelo estabelecimento,
manutenção, configuração e terminação
dos links. Provê mecanismos de
negociação para configurar opções entre
as duas extremidades. Todos os pacotes
LCP são encapsulados no campo de
dados do quadro PPP.
72
Protocolo
Protocolos adicionais ao PPP
• NCP: suporta múltiplas redes. Pode transportar
diferentes pacotes de dados: OSI, Xerox, DECnet,
Apple-Talk, Novel e assim por diante.
• Para cada tipo de rede o NCP carrega as
configurações da interface do PPP com a camada
de rede para os dados que chegam. Um dos
protocolos carregados pelo NCP é o IPCP (Internet
Protocol Control Protocol). Ele configura o enlace
físico para transportar pacotes IP na Internet.
73
Protocolos adicionais ao PPP
• Após a configuração
da conexão com a
camada de rede ter
sido completada por
um dos protocolos
NCP, os usuários
podem trocar pacotes
de dados com a
camada de rede.
74
ATM: Modo de Transferência Assíncrono
• Tecnologia de
comunicação de
dados de alta
velocidade usada
para interligar redes
locais,
metropolitanas e de
longa distância para
aplicações de
dados, voz, áudio, e
vídeo.
75
ATM: Modo de Transferência Assíncrono
• Fornece um meio para enviar informações em modo assíncrono através de uma rede de dados, dividindo essas informações em células.
• Célula = pacote de tamanho fixo
• Cada célula tem um endereço que é usado pelos equipamentos da rede para determinar o seu destino.
• Utiliza o processo de comutação de pacotes, que é adequado para o envio assíncrono de informações.
• Chamada rede de circuitos virtuais.
76
Elementos da rede ATM
• Equipamentos de usuários e suas respectivas aplicações;
• Equipamentos de acesso com interface ATM;
• Equipamentos de rede;
77
Vantagens das redes ATM
• Faz o gerenciamento dinâmico de banda;
• O custo de processamento baixo;
• Integra vários tipos diferentes de tráfego (dados,
voz e vídeo);
• Garante a alocação de banda e recursos para
cada serviço;
• Possui alta disponibilidade para os serviços;
• Suporta múltiplas classes de Qualidade de Serviço
(QoS); 78
• Emprega a multiplexação estatística,
que otimiza o uso de banda;
Vantagens das redes ATM
• Atende a aplicações sensíveis ou não a atraso e perda de pacotes;
• Aplica-se indistintamente a redes públicas e privadas;
79
• Pode compor redes escaláveis, flexíveis e com procedimentos de recuperação automática de falhas;
• Pode interoperar com outros protocolos e aplicações, tais como Frame Relay, TCP/IP, DSL, Gigabit Ethernet, tecnologia wireless, SDH / SONET, entre outros.
Desvantagens das redes ATM
• Outras tecnologias, tais como Fast Ethernet,
Gibabit Ethernet e TCP/IP, têm sido
adotadas com grande freqüência em redes
de dados;
• O uso de interfaces ATM diretamente
aplicadas em PC’s, estações de trabalho e
servidores de alto desempenho não tem
sido tão grande como se esperava
a princípio.
80
Como funciona a rede ATM
• Pacote de tamanho fixo;
• Conexão de rede UNI: entre equipamentos de acesso ou de usuário e equipamentos de rede. As informações adicionais nas células se referem a conexões entre usuários finais.
• Conexão de rede NNI: entre equipamentos de rede. Controle de tráfego é função única e exclusiva das conexões virtuais configuradas entre os equipamentos de rede.
81
Como funciona a rede ATM
• TP: rota de transmissão física entre 2 equipamentos.
• VP: rota virtual configurada entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. Cada VP tem um identificador VPI.
• VC: é o canal virtual configurado entre 2 equipamentos adjacentes da rede ATM. Cada VC tem um identificador VCI.
82
Como funciona a rede ATM
• Conexão virtual VPC: é a conexão de rota virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VPC é uma coleção de VP’s configuradas para interligar origem e destino.
• Conexão virtual VCC: é a conexão de canal virtual definida entre 2 equipamentos de acesso ou de usuário. Uma VCC é uma coleção de VC’s configuradas para interligar origem e destino.
83
Aplicações da rede ATM
84
Interligação de LAN’s
Serviços de vozSinais de PABX’s, fax e de modens, e dados através da mesma porta ATM.
Vídeo conferência
Camada de Rede85
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
0010101010101010010101010101010
Redes Locais (LAN) e
Redes de Longa Distância (WAN)
Serviços da camada de Rede
• Provê a interconexão lógica
de diversas redes físicas
heterogêneas de modo que,
para as camadas superiores
essas redes comportem-se
como uma única rede.
86
Internetworking
Endereçamento
lógico
Roteamento
Encapsulamento
Fragmentação
Serviços da camada de Rede
• Na camada de rede identificamos univocamente cada dispositivo da Internet. Este esquema de endereçamento é análogo ao sistema telefônico, onde cada assinante possui um número de telefone (incluindo o código do país e o código de área). Os endereços da camada de rede devem identificar de forma única e universal a conexão de um host ou roteador na Internet.
87
Internetworking
Endereçamento
lógico
Roteamento
Encapsulamento
Fragmentação
Serviços da camada de Rede
• Sempre que houver muitas rotas
que levam a um mesmo destino
devemos tomar uma decisão e
escolher uma delas. A Internet é a
combinação de inúmeras estradas
onde os pacotes IP viajam em
direção a um destino particular e
deve passar por diversas rotas. O
pacote não escolhe sua rota, o
roteador conectados às LANs e
WANs tomam esta decisão.
88
Internetworking
Endereçamento
lógico
Roteamento
Encapsulamento
Fragmentação
Serviços da camada de Rede
• A camada de rede encapsula
os pacotes recebidos dos
protocolos da camada de
transporte em novos pacotes
que passa a ser chamado de
pacote IP ou datagrama IP.
89
Internetworking
Endereçamento
lógico
Roteamento
Encapsulamento
Fragmentação
Serviços da camada de Rede
• Cada roteador desencapsula o
datagrama IP do quadro recebido e
processa-o e então encapsula em
outro quadro. O formato do quadro
recebido depende do protocolo
utilizado pela rede física da qual o
quadro se originou. O formato e o
tamanho de partida do quadro
depende do protocolo utilizado pela
rede física para onde o quadro está
indo.
90
Internetworking
Endereçamento
lógico
Roteamento
Encapsulamento
Fragmentação
Redes de datagramas (Internet)
• Cada pacote é tratado independente dos demais
mesmo que ele faça parte de uma transmissão de
múltiplos pacotes.
• Os pacotes provenientes de uma mesma estação
podem percorrer caminhos de comutação diferentes.
91
• Pacotes de uma mesma mensagem
podem chegar fora da ordem.
• Alguns pacotes podem ser perdidos
ou abortados por falta de rota livre.
Redes de datagramas (Internet)
• Cada roteador tem uma tabela de roteamento.
• As tabelas são dinâmicas e atualizadas constantemente.
• O roteador recebe o pacote e examina o endereço de destino que permanece o mesmo em toda sua jornada pela rede e consulta a tabela para encontrar a porta de saída que da acesso ao meio de destino do pacote.
92
O roteador
• Recebe um pacote em uma interface, verifica a existência
de erros, e se tudo parecer correto, o endereço de destino
deve ser comparado com a tabela de roteamento.
• A tabela designa em qual interface o pacote sairá.
• Nas redes com mais de um caminho, os roteadores
encontram o melhor caminho. Nem sempre é o mais curto.
93
• Os procedimentos para encontrar
esse caminho e compartilhar
essa informação com os demais
roteadores são denominados
protocolos de roteamento.
Protocolos de Roteamento
• Fornecer processos
para o
compartilhamento de
informações de rota;
• Permitir que os
roteadores
comuniquem-se uns
com os outros para
atualizar e manter as
tabelas de
roteamento;
97
Tabelas de Roteamento
• Contêm informações de rota;
• Auxilia na determinação do caminho;
• Os roteadores rastreiam informações
importantes em suas tabelas:
– Associações com destino/próximo salto;
98
Protocolos Internos e Externos
• Os protocolos de roteamento se dividem em IGP
(Interior Gateway Protocol) e EGP (Exterior
Gateway Protocol)
100
Tipos de protocolos IGP
• Vetor de distância (DV)
• Determina a distância e a direção para qualquer
link na internetwork.
• A distância pode ser a contagem de saltos.
• Os roteadores enviam periodicamente todas ou
parte das suas entradas da tabela de roteamento
para roteadores vizinhos.
• Protocolo utilizado na Internet: Routing Information
Protocol (RIP)
102
O protocolo RIP
• Usa a contagem de saltos como única
métrica de roteamento;
• Se houver vários caminhos até um
destino, o RIP seleciona aquele com o
menor número de saltos.
• Nem sempre seleciona o caminho mais
rápido até um destino. Além disso, o RIP
não pode rotear um pacote além de 15
saltos.
103
Tipos de protocolos IGP
• Estado de Enlace (LS)
• Respondem rapidamente a alterações da rede,
enviando atualizações de disparo somente
quando ocorre uma dessas alterações.
• Normalmente usam seus bancos de dados para
criar entradas de tabelas de roteamento que
preferem o caminho mais curto.
104
Protocolo de Internet - IP
• O protocolo usado na transmissão de dados
pela Internet ou por uma rede local.
• Por exemplo, ao enviar um e-mail, ao acessar
uma página da Web.
• Tanto na Internet como na rede, local, trafegam
pacotes IP, mas dentro de cada um deles
existem conteúdos de diversos tipos.
108
Formato do pacote IP
• Versão: Define a versão do protocolo IPV4.
• Comprimento do cabeçalho (HLEN): Define o comprimento total do cabeçalho do datagrama. É necessário porque o tamanho do cabeçalho é variável.
• Serviços diferenciados: Servem para definir a prioridade dos pacotes. Assim os roteadores podem decidir descartar ou não o pacote.
• Comprimento total do datagrama: pode ser necessário para se conhecer o tamanho verdadeiro dos dados (no quadro Ethernet podem ser utilizados bits de preenchimentos e estes deverão ser descartados).
109
VER HLEN SERVIÇO COMPR. TOTAL
4 bits 4 bits 8 bits 16 bits
Formato do pacote IP
• Identificação: Permite que o host de destino
determine a qual datagrama pertence um
fragmento recém chegado. Todos os fragmentos
de um datagrama contem o mesmo valor de
Identificação.
• Offset de fragmentação: Informa a que ponto do
datagrama atual o fragmento pertence. Existem
no máximo 8192 fragmentos por datagrama.
110
IDENTIFICAÇÃO FLAG OFFSET
16 bits 3 bits 13 bits
Formato do pacote IP
• Tempo de vida: Um pacote tem uma vida útil limitada em sua transmissão pela Internet. Ele controla o número máximo de saltos (roteadores) que um pacote pode passar.
• Protocolo: Define o protocolo de nível superior que está utilizando os serviços da camada IPv4 como o TCP, UDP, ICMP, e IGMP.
• Checksum do cabeçalho: Confere apenas o cabeçalho. É útil para a detecção de erros gerados por palavras de memória incorretas em um roteador.
111
TEMPO DE VIDA PROTOCOLO CHECKSUM DO CAB.
8 bits 8 bits 16 bits
Formato do pacote IP
• Endereço de origem e de destino:
Definem os endereços IP de origem e de
destino. Estes permanecem os mesmos
até a entrega do pacote.
112
ENDEREÇO IP DE ORIGEM
ENDEREÇO IP DE DESTINO
Endereçamento IP
• O endereço IPv4 é um endereço com 32
bits (4 octetos) que define de forma
unívoca e universal a conexão de um
dispositivo à Internet.
10000000 00001011 00000011 00011111
128. 11. 3. 31
113
Classes do endereçamento IP
Os endereços divididos em 5 classes:
A, B, C, D e E.
Classes 1º Octeto Bits MSParte de rede e
hostUso da classe
A 1 – 126 0 N.H.H.HComercial. Redes
grandes
B 128 – 191 10 N.N.H.HComercial. Redes
médias
C 192 – 223 110 N.N.N.HComercial. Redes
pequenas
D 224 – 239 1110 Reservado para multidifusão
E 240 – 254 11110 Experimental, usado para pesquisa
114
Os endereços de classe A 127 são reservados para teste de diagnóstico da rede
(loopback)
Endereçamento IP
• Parte dos bits dos endereços serve para a
identificação da rede (netid) e parte para a
identificação do host (hostid). A quantidade de
bits varia de acordo com a classe do endereço.
115
O IANA
• Internet Assigned Numbers
Authority organização
responsável pela
regulamentação do uso da
Internet em todo o mundo.
Nela as diversas empresas
reservam faixas de endereços
IP. Também é feita a
distribuição de IPs por países.
Por exemplo, a General
Electric é detentora da rede
classe A número 3, que vai de
3.0.0.0 a 3.255.255.255.116
Endereços IP privados
• Endereços especiais, reservados para
redes privadas.
• Uso interno, os roteadores ignoram o
endereço:
– Classe A: 10.0.0.0 a 10.255.255.255
– Classe B:172.16.0.0 a 172.31.255.255
– Classe C: 192.168.0.0 a 192.168.255.255
117
Máscara de Sub-rede
• A máscara é formada por 32 bits no mesmoformato que o endereçamento IP;
• Parte da rede: preenchida com bits 1;
• Parte do host: preenchida com bits 0;
• Pode ser utilizada uma máscara fora dos seusvalores padrões quando há necessidade desegmentação da rede.
• Classe A: 255.0.0.0
• Classe B: 255.255.0.0
• Classe C: 255.255.255.0
118
Endereço de broadcast
• Pode ser necessário enviar o mesmo
pacote para todos os hosts da rede;
• Usa-se o endereço de broadcast para
chegar a todas as máquinas de uma só
vez;
• Parte da rede “normal” e parte do host
toda em 1;
10.255.255.255 172.17.255.255
192.168.12.255
119
Endereços IP válidos
• Não se distribui para as máquinas endereços
com:
– Parte de host TODA igual a 0;
– Parte de host TODA igual a 255;
– Com octetos maiores que 255;
– Endereços de classe D ou E;
– Endereços que iniciam com 127;
Classes 1º Octeto Número de redes Hosts por rede
A 1 – 126 126 (27 – 2) 16.777.214 (224 – 2)
B 128 – 191 16.382 (214 – 2) 65.534 (216 – 2)
C 192 – 223 2.097.150 (221 – 2) 254 (28 – 2)
120
IP dinâmico e estático
• IP dinâmico: O IP de uma
conexão de rede não é
fixo, pode ser alterado por
software. Quando um
computador com Windows
conclui que não existe um
servidor de endereços IP
na rede, usará
automaticamente um
começando com 169.254
(endereço APIPA -
Automatic Programmed IP
Address).
121
IP dinâmico e estático
• IP estático: Cada
computador deve ter o
seu IP programado
manualmente. Ao
programarmos um IP
estático, programamos
também a máscara de
sub-rede. Também
devemos tomar cuidado
para não dar IPs iguais
para máquinas
diferentes.
122
Divisão em sub-redes
• Não existe a necessidade de muitas
máquinas na mesma rede...
• Exemplo: rede de classe C 200.1.1.0
123
Rede Rede Rede Host
• 254 máquinas – 8 bits do último octeto
• Pega-se bits da parte de host
emprestados para a parte da rede. Como?
Divisão em sub-redes
• 1ª etapa: Determinar quantas sub-redes
são necessárias. Ex: 2;
• Determinar quantos bits definem a
quantidade de sub-redes necessárias:
adicione os bits começando da direita até
obter um número maior que o número de
sub-redes necessário.
128 64 32 16 8 4 2 1
X X
124
Divisão em sub-redes
• 2ª etapa: Quando soubermos quantos bits tomar
emprestados, tomaremos esses bits da esquerda
do primeiro octeto do endereço de host. Como
precisamos tomar 2 bits da esquerda, deveremos
mostrar o novo valor na máscara de sub-rede.
• Exemplo: endereço de rede 200.1.1.0
1º octeto 2º octeto 3º octeto 4º octeto
11001000 00000001 00000001 128 64 32 16 8 4 2 1
Rede Host
125
Divisão em sub-redes
• A máscara de sub-rede padrão existente
era 255.255.255.0 e a nova máscara de
sub-rede "personalizada" é
255.255.255.192
• O 192 vem do valor dos dois primeiros bits
da esquerda (128 + 64 = 192).
• Restam 6 bits para os endereços IP do
host ou 2^6 = 64 hosts por sub-rede.
126
Sub-redes criadas
Nº da
sub-rede
Valor
binário
emprestado
Valor
decimal
emprestado
Valores
binários
de host
Intervalo decimal
de sub-rede/host
Pode ser
usado?
Sub-
rede nº000 0
000000
1111110 – 63 Não
Sub-
rede nº101 64
000000
11111164 – 127 Sim
Sub-
rede nº210 128
000000
111111128 – 191 Sim
Sub-
rede nº311 192
000000
111111192 – 254 Não
127
Parte de rede
toda em 0
Parte de rede
toda em 1
Sub-redes criadas
• Endereços INVÁLIDOS da sub-rede 1:
Sub-rede nº1 01 64 000000 111111 64 – 127 Sim
128
• Sub-rede nº 1:
– 200.1.1.64 – a parte do host é toda 0
– 200.1.1.127 – a parte do host é toda 1
11001000. 00000001. 00000001. 01000000
11001000. 00000001. 00000001. 01111111
Sub-redes criadas
• Endereços INVÁLIDOS da sub-rede 2:
Sub-rede nº2 10 128 000000 111111 128 – 191 Sim
129
• Sub-rede nº 2:
– 200.1.1.128 – a parte do host é toda 0
– 200.1.1.191 – a parte do host é toda 1
11001000. 00000001. 00000001. 10000000
11001000. 00000001. 00000001. 10111111
Processo AND
• Como o roteador sabe em qual rede está o
host?
• Processo AND com o endereço IP do host de
origem e de destino e a máscara de sub-rede.
• O resultado é o endereço da rede em que o host
está.
130
Processo AND
• Endereço IP do host – classe C: 200.1.1.5
11001000.00000001.00000001.00000101
• Máscara de sub-rede padrão: 255.255.255.0
11111111. 11111111. 11111111. 00000000
• Resultado do AND:
11001000. 00000001. 00000001. 00000000
200. 1. 1. 0
131
Processo AND
• Endereço IP do host – classe C: 200.1.2.8
11001000.00000001.00000010.00001000
• Máscara de sub-rede padrão: 255.255.255.0
11111111. 11111111. 11111111. 00000000
• Resultado do AND:
11001000. 00000001. 00000010. 00000000
200. 1. 2. 0
132
Sua vez!
• Sua empresa solicitou e recebeu o endereço de classe C 192.168.22.0. Você quer subdividir sua rede física em quatro sub-redes que serão interconectadas por roteadores. Você precisará usar uma máscara de sub-rede personalizada de classe C.
• Determine o número de bits que você precisará tomar emprestados, o número de bits que restaram para os endereços de host, a quantidade total de sub-redes, quais poderão ser utilizadas, o intervalo em decimal de sub-rede/host e a máscara de sub-rede personalizada.
133
Protocolo DHCP
• O DHCP (Dynamic Host
Control Protocol) é um
servidor especial que
atribui endereços IP a hosts
que solicitam um endereço.
• No exemplo ao lado, o
computador recebeu o IP
192.168.0.2, que foi
definido por um servidor
DHCP existente na rede,
cujo endereço é
192.168.0.1.
134
Funcionamento do DHCP
Um servidor DHCP simplesmente mantém uma tabela contendo os nomes dos diversos computadores da rede e atribui a eles IPs dentro de uma faixa de endereços. No exemplo ao lado, esta tabela seria:
Nome do computador IP
SERVIDOR 192.168.0.1
PC01 192.168.0.2
PC02 192.168.0.3
PC03 192.168.0.4
PC07 192.168.0.5
PC04 192.168.0.6
PC05 192.168.0.7
PC06 192.168.0.8135
Exemplo: PC03 ao ligar pergunta “Tem algum servior DHCP nessa rede?”. O servidor responde: “Sim, seu endereço será 192.168.0.4”
Funcionamento do DHCP
Caso uma nova máquina entre na rede o Servidor
DHCP fará uma nova entrada em sua tabela:
Nome do computador IP
SERVIDOR 192.168.0.1
PC01 192.168.0.2
PC02 192.168.0.3
PC03 192.168.0.4
PC07 192.168.0.5
PC04 192.168.0.6
PC05 192.168.0.7
PC06 192.168.0.8
PC08 192.168.0.9
136
Protocolo ICMP
• Protocolo de mensagens de controle da Internet
• Quando ocorre algo inesperado, o evento é
reportado pelo ICMP que também é usado para
testar a Internet. Cada tipo de mensagem ICMP é
encapsulado em um pacote IP.
137
Objetivos do IPv6
• Aceitar bilhões de hosts, mesmo com alocação de espaço de endereços ineficiente.
• Reduzir o tamanho das tabelas de roteamento.
• Simplificar o protocolo, de modo a permitir que os roteadores processem os pacotes com mais rapidez.
• Oferecer mais segurança (autenticação e privacidade) do que o IP atual.
138
Objetivos do IPv6
• Dar mais importância ao tipo de serviço,
particularmente no caso de dados em
tempo real.
• Permitir que um host mude de lugar sem
precisar mudar o endereço.
• Permitir que o protocolo evolua no futuro.
• Permitir a coexistência entre protocolos
novos e antigos durante anos.
139
O IPv6
• É compatível com todos os protocolos
auxiliares da Internet, incluindo TCP,
UDP, ICMP, IGMP, OSPF, BGP e
DNS, apesar de, em certos
momentos, serem necessárias
pequenas modificações
(principalmente quando tem de lidar
com endereços mais longos).
140
IPv4 ≠ IPv6
• O IPv6 tem uma simplificação do cabeçalho.
• O IPv6 usa números hexadecimais e separados
por dois pontos para representar os 128 bits. Ele
oferece 640 sextilhões de endereços.
141
IPv4 ≠ IPv6
• Melhor suporte para as opções oferecidas. Esse recurso diminui o tempo de processamento de pacotes.
• É mais seguro. A autenticação e a privacidade são recursos importantes do novo IP. Porém, essas características foram integradas mais tarde ao IPv4; assim, na área de segurança não ha mais diferenças tão grandes.
• Foi dada maior atenção a qualidade de serviço, com o crescimento atual da multimídia na Internet.
142
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