Administra��o e Projeto de Redes by Ei7wPM6x

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									Administração e Projeto de Redes

                    Material de apoio

         Protocolo IP e Algorítmos de Roteamento

                         Cap.8

                                               17/01/2010
2


           Esclarecimentos
       Esse material é de apoio para as aulas da disciplina e não substitui a
        leitura da bibliografia básica.
       Os professores da disciplina irão focar alguns dos tópicos da
        bibliografia assim como poderão adicionar alguns detalhes não
        presentes na bibliografia, com base em suas experiências profissionais.
       O conteúdo de slides com o título “Comentário” seguido de um texto,
        se refere a comentários adicionais ao slide cujo texto indica e tem por
        objetivo incluir alguma informação adicional aos conteúdo do slide
        correspondente.
       Bibliografia básica: KUROSE, James F.; ROSS, Keith. Redes de
        Computadores e a INTERNET - Uma nova abordagem. Pearson. : ,
        2001.
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             Comentário:
             Formato do datagrama IP (Versão 4)
                                                                                  tamanho total do
                           classe de serviço                                      datagrama (bytes):
                                                                                  Máximo 64 octetos
                                                        32 bits
    versão do protocolo IP                 head. type of
                                     ver                            length       Para fragmentação/
                                            len  service
                                                             flgs     fragment   remontagem
 tamanho do header (bytes)              16-bit identifier
                                                                        offset
                                                                                 Flags sinalizam:
           número máximo de           time to       proto-           Internet    • Fragmenta Sim/Não
          saltos (decrementado          live         colo           checksum     • Último fragmento Sim/Não

             em cada roteador)
                                            32 bit endereço IP de origem
protocolo da camada superior
                                             32 bit endereço IP de destino
com dados no datagrama:
                                                                                  Ex.: marca de tempo,
TCP = 6; UDP = 17; ICMP =
                                                  Opções (se houver)              registro de rota lista
1; IGRP = 88; OSPF = 89
                                                                                  de roteadores a
                                                                                  visitar.
Tamanho do cabeçalho TCP?                            Dados (tamanho variável,
 20 bytes do TCP                                    tipicamente um segmento
 20 bytes do IP
 = 40 bytes + cabeçalho da camada de aplicação             TCP ou UDP)
4
          Fragmentação e Remontagem
          de pacotes IP
       Enlaces de rede têm MTU (max.
        transfer size) - corresponde ao
        maior frame que pode ser
        transportado pela camada de
        enlace.
       Tipos de enlaces diferentes
        possuem MTU diferentes
        (Ethernet: 1518 bytes).
       Datagramas IP grandes podem ser
        divididos dentro da rede
        (fragmentados).
       Um datagrama pode dar origem a
        vários datagramas.
       A “remontagem” ocorre apenas no
        IP de destino final.
       O cabeçalho IP é usado para
        identificar e ordenar datagramas
        que foram fragmentados.
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            Protocolo IPv6 - Motivação
       Motivação inicial da implementação do IPv6:
         A capacidade de endereçamento 32 bits do IPv4 estava

          praticamente esgotada.

       Motivação adicional:
         Melhorar o formato do cabeçalho IP para permitir maior

          velocidade de processamento e de transmissão
          (simplificação).

           Mudanças no cabeçalho para incorporar mecanismos de
            controle de QoS (Quality of Service).
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           Comentário:
           Formato do datagrama IP (Versão 6)
       Classe de tráfego: equivale à Classe de Serviço do IPv4. Trata de QoS.
       Rótulo de fluxo: associado com a função de QoS. Define tratamentos
        semelhantes para pacotes com mesmo rótulo de fluxo (p.ex. VoIP, streaming).
       Comprimento da carga útil: quantidade de bytes de dados carregados no
        pacote IP.
       Próximo Cabeçalho: indica onde está o cabeçalho (extensão) e equivale ao
        campo Protocolo do IPv4 quando não tem cabeçalho extensão.
       Limite de saltos: equivalente ao TTL do IPv4.




                                                                 Tamanho fixo
                                                                 40 octetos
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    IPv4 versus IPv6

                  P4
                 I v                                 P6
                                                    I v
     a ea o o     mn o a v l
    C b ç lh c mta a h v riá e        a e a o m mn o o 0 y s
                                     C b ç lh te ta a h fix 4 b te
                                      h c s m i mv o a        dz
                                     C e k u fo re o id p rare u ir o
     e e c ã e rro s n o h c
    T md te ç o d e u a d C e k
                                       m o e ro e s m n o a o s
                                     te p d p c s a e tod s p c te
     u
    Sm
                                      e tro o te d r
                                     d n d ro a o
     ra m n ç o e a o s       a d
    F g e ta ã d p c te IPn re e é
                                      ã     e itid   g e ta ã e
                                     N oé p rm aa fra m n ç o d
     p io a e id e o t e rig m
    o c n l, d fin ap lo h s d o e
                                      ra d s a o s a d
                                     g n e p c te n re e
     b o a p la )
    ( it n c m oF g
                                       Mv : o a e ã e M c i
                                     IC P 6 n v v rs o d IC Pin lu
                                       esgm e o e esgn
                                     m n a e d tip s d m n a e s
                                      d io a . o x P c e o ig .
                                     a ic n is P r e .: “ a k t T o B ”

                                       p õ s ã e itid s a ã
                                     O ç e : s op rm a , m s s o
                                      lo a a m a e a o
                                     a c d s e c b ç lh s
                                      u le e ta s d a o e a p
                                     s p m n re , in ic d s p loc m o
                                      P x o a ea o
                                     “ ró im c b ç lh ”
                                      u ç e e e n ia e to e ru o
                                     F n õ s d g re c m n d g p s
                                       u at
                                     m ltic s
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          Transição do IPv4 para IPv6
       Nem todos os roteadores podem ser atualizados simultaneamente.
       Estratégia de Tunelamento: IPv6 transportado dentro de pacotes IPv4
        entre roteadores IPv4 (encapsulamento).
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            NAT – Network Address Translation
       Motivação:
          Nem sempre é interessante manter os hosts e servidores com

           endereços IP públicos, ou nem sempre temos endereços IP
           públicos disponíveis para todos os hosts.

       3 tipos de NAT
          NAT Estático: 1 endereço IP público para 1 endereço IP privado.




           NAT Dinâmico: Pool de endereços IP públicos para atender os
            hosts situados na LAN.

           NAT Overload ou PAT: 1 endereço IP público para “n” endereços IP
            privados.
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             NAT – Network Address Translation
        Benefícios:
           Deve-se alocar tantos endereços IP públicos quanto necessários

            para permitir o acesso à Internet, seguindo a regra 1 para 1 (1
            endereço IP público por host acessando a Internet
            simultaneamente).

            É possível alterar os endereços dos dispositivos LAN sem precisar
             notificar as demais LANs.

            É possível mudar de ISP, que altera o endereço IP, sem alterar os
             endereços dos dispositivos na rede local.

            Os dispositivos da LAN não são explicitamente endereçáveis ou
             visíveis pelo mundo exterior (um adicional de segurança).
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            Como funciona o processo NAT ?
        Datagramas que saem do roteador NAT:
           É substituido o “endereço IP de origem na LAN” de cada datagrama

            pelo “endereço IP do NAT”.
           . . . clientes/ servidores destino responderão usando “endereço IP

            do NAT” como endereço de destino.

        No roteador NAT existe a Tabela de Tradução do NAT que associa
         cada “endereço IP de origem” para o par de tradução NAT: “endereço
         IP do NAT”.

        Datagramas que chegam no roteador NAT:
           É substituído o “endereço IP do NAT” de cada datagrama pelo

            “endereço IP de origem na LAN” correspondente armazenado da
            Tabela de Tradução do NAT.
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           Comentário:
           PAT: Port Address Translation
        Variação do NAT: Network Address Translation.

        Recurso utilizado quando não há endereços IP públicos
         para todos os hosts da LAN.

        Outros nomes:
           SNAT/Masquerading: Linux (Iptables).

           NAT Overload.

           Hide-Mode NAT (CheckPoint).

           NAPT (RFC 3022).

           Internet Connection Sharing (Microsoft).



        Opera na camada 3 e camada 4 do modelo OSI, enquanto
         que o NAT opera somente na camada 3.
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            PAT – Port Address Translation
        Motivação:
           As LANs podem utilizar apenas um endereço IP para dar acesso à WAN.

        Benefícios:
           Não é preciso alocar uma gama de endereços do ISP. Apenas um endereço
            IP é usado para todos os dispositivos da LAN.
           É possível alterar os endereços dos dispositivos LAN sem precisar notificar
            as demais LANs.
           É possível mudar de ISP, que altera o endereço IP, sem alterar os
            endereços dos dispositivos na rede local.
           Os dispositivos da LAN não são explicitamente endereçáveis ou visíveis
            pelo mundo exterior (um adicional de segurança).

        O uso do PAT é controverso:
           Roteadores deveriam processar somente até a camada 3 (Rede).
           Violação do argumento fim-a-fim (host fala diretamente com host) (IP-IP).
           A possilidade do uso de PAT deve ser levada em conta pelos
            desenvolvedores de aplicações. Por ex., nas aplicações P2P.
           A escassez de endereços deveria ser resolvida pelo IPv6.
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            Como funciona o processo PAT ?
        Datagramas que saem do roteador PAT:
           É substituido o “endereço IP de origem na LAN, porta TCP#” de
            cada datagrama pelo “endereço IP do PAT, nova porta TCP# do
            PAT”.
           . . . clientes/ servidores destino responderão usando “endereço IP
            do PAT, nova porta TCP# do PAT” como endereço de destino.

        No roteador PAT existe a Tabela de Tradução do PAT), que associa
         cada “endereço IP de origem, porta TCP#” para o par de tradução
         PAT: “endereço IP do PAT, nova porta TCP# do PAT”.

        Datagramas que chegam no roteador PAT:
           É substituído o “endereço IP do PAT, nova porta TCP# do PAT” de
            cada datagrama pelo “endereço IP de origem na LAN, porta TCP#”
            correspondente armazenado da Tabela PAT de Tradução do PAT.
15


           Exemplo do esquema PAT

2: roteador PAT                                        1: hospedeiro 10.0.0.1
substitui end. origem                                  envia datagrama
do datagram de                                         para 128.119.40, 80
10.0.0.1, 3345 para
138.76.29.7, 5001 e
atualiza a tabela




                                   4: roteador PAT
            3: resposta chega      substitui o endereço de
            endereço de destino:   destino do datagrama
             138.76.29.7, 5001     de 138.76.29.7, 5001
                                   para 10.0.0.1, 3345
16


       A Camada de Rede
                          Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros:


                       Camada de Transporte: TCP, UDP

             Prot. de roteamento          Protocolo IP
             • Escolha de caminhos        • Endereçamento
             • RIP, OSPF, BGP             • Formato dos datagramas
 Camada de                                •Tratamento de pacotes
     Rede
                               Tabela     Protocolo ICMP
                              de rotas    • Aviso de erros
                                          • Sinalização de rotas
                              Camada de Enlace

                                 Camada Física
17


            Conectividade LAN-to-LAN
        Roteadores encapsulam e de-encapsulam pacotes de dados no seu
         percurso pela rede quando eles são transferidos do sistema X ao Y.


     X                                                                   Y
                                                        C
                                                        C

                  A
                  A


 Application                        B
                                    B                             Application
 Presentation                                                     Presentation
 Session                A               B              C          Session
 Transport                                                        Transport
 Network            Network        Network         Network        Network
 Data Link          Data Link      Data Link       Data Link      Data Link
 Physical           Physical       Physical        Physical       Physical
18
           Determinação do caminho
           do pacote (path)
        Roteadores encontram o melhor caminho através da rede:
           Tabelas de Roteamento (Routing tables) dentro dos roteadores
            contém a informação da topologia da rede. É usada para
            determinar o roteamento.

        A decisão do roteador é local: escolher com base na Tabela de
         Roteamento, qual a porta de saída para encaminhamento do pacote IP
         recebido.



                                       5
                           2                   8   9

                                   4   Which Path?
                                           6           10   11
                       1       3
                                               7
19


            Algumas métricas de roteamento
        Comprimento do caminho (path): total de hops (enlaces/ pulos) ou
         total dos custos de cada hop do path.

        Confiabilidade (Reliability): taxa de falhas (MTBF), tempo de
         recuperação de falha (MTTR), taxa de erros (bits errados).

        Atraso da rede (Delay): tempo decorrido para o pacote chegar ao seu
         destino (tamanho das filas, congestionamento da rede, distância física
         percorrida pelo pacote.

        Largura de faixa (velocidade do link) e carga (% de ocupação):
         depende da velocidade do link e forma de uso.

        Custo de comunicação ($): custo operacional dos links (OPEX).
20
     Exemplo da montagem da
     Tabela de Roteamento




                                                        P r ó x im o H o p
                                D e s t in a t á r io




                                                                             C u sto
      Referência: Roteador #1


                                R1                      R1                   0
                                R2                      R2                   13
                                R3                      R2                   15
                                R4                      R4                   6
                                R5                      R2                   25
                                R6                      R4                   26
21


            Roteamento Multiprotocolo
        Roteadores multiprotocolo podem rotear diversos protocolos de rede
         simultaneamente. Cada protocolo tem sua própria tabela de
         roteamento.
                            Routing Tables
                                                             IPX 3a.0800.5678.12ab
                            Novell Apple
IPX 4b.0800.0121.ab13        DEC        IP           Token          IP 15.16.50.3
                                                      Ring



                                                               AppleTalk 100.110

               VAX
            DECnet 5.8          Token
                                 Ring
                                                                   VAX
                                             IP 15.16.42.8       DECnet 10.1

               AppleTalk 200.167    IP 15.17.132.6
22


           Roteamento Estático (Static Routing)
        A Tabela de Roteamento é atualizada
         manualmente pelo Administrador da
         Rede.
        Benefícios:
           Reflete o conhecimento do

             Administrador sobre a topologia.
           Privacidade — não é compartilhado    A
             como parte de um processo de
             atualização com os demais
             roteadores.
           Evita a sobrecarga de

             processamento devido ao
             roteamento dinâmico.                          B
        Uso quando a rede é “Terminada”, isso
         é, quando o roteador só tem uma porta       LAN
         de acesso ao resto da rede.
23


            Roteamento Dinâmico (Dynamic Routing)
        Os roteadores trocam informações sobre a topologia e funcionalidade
         da rede entre si e atualizam suas Tabelas de Roteamento.

        Uma mudança no caminho preferencial (AD-DC) altera a nova rota
         para (AB-BC) até que AD seja restaurado e nova atualização da Tabela
         Roteamento irá ocorrer.




                 A            B                        A            B
            X    D
                                                  X    D
                                  C                                     C
24


            Objetivos dos Algoritmos de Roteamento
        Otimização: seleção da melhor rota com base em métricas e
         ponderações (pesos) usados nos cálculo.

        Simplicidade e baixa carga de processamento: softwares “leves”.

        Robustez e estabilidade: desempenho adequado mesmo diante de
         situações não previstas (exemplo: alto tráfego).

        Rápida convergência: as informações sobre as melhores rotas são
         rapidamente recebidas e incorporadas pelos roteadores envolvidos
         (lentidão na convergência pode gerar “loops” ou quedas da rede).

        Flexibilidade: adaptação rápida e precisa às mudanças da rede
         (disponibilidade do roteador, velocidade dos links, dimensionamento
         de filas de entrada e saída e atraso (latência) dos pacotes, etc..).
25
            Classificação dos algoritmos de
            roteamento
        Estático ou dinâmico?
            Estático:
                As rotas mudam lentamente ao longo do tempo.

            Dinâmico:
                As rotas mudam mais rapidamente.

                Podem responder a mudanças no custo dos enlaces.

                Atualizações periódicas da Tabela de Roteamento.




        Global ou Descentralizada?
            Global:
               Todos os roteadores têm informações completas da topologia e do

                 custos dos enlaces.
               Algoritmos “link state”.

            Descentralizada:
               Roteadores só conhecem informações sobre seus vizinhos e os enlaces

                 para eles.
               Troca de informações com os vizinhos.

               Algoritmos “distance vector”.
26
            Global: Algorítmo “Link State”
            de roteamento dinâmico
        O roteador mantém o mapa lógico de “toda” a rede.

        Os roteadores somente trocam informações entre si quando ocorrer
         uma mudança na rota ou serviço.

        Os mapas da rede vão sendo “construídos” em cada roteador
         (“convergência”).

        Roteador inunda (“flooding”) a rede com informações de todos os seus
         enlaces (conexões para redes e conexões para outros roteadores) e as
         alterações são conhecidas imediatamente.

        Eficiente, mas é mais complexo para configurar.

        Conhecido como “Primeiro Caminho Mais Curto” (Shortest Path First).

        Exemplo: OSPF – Open Shortest Path First.
27
            Descentralizado: Algorítmo “Distance
            Vector” de roteamento dinâmico
        O roteador mantém o mapa lógico de parte da rede.

        Somente os roteadores vizinhos trocam, periodicamente, mensagens
         de suas tabelas de roteamento entre si, mesmo que não tenham sido
         alteradas desde a última troca de informações.

        A Tabela de Roteamento tem informação necessária para atingir o
         próximo roteador na direção de cada um dos roteadores existentes na
         rede (Próximo Hop).

        Também chamado roteamento por rumor (routing by rumor).

        Fácil de configurar, mas é um processo mais lento de “aprendizado”
         para os roteadores otimizarem suas Tabelas de Roteamento.

        Exemplo: RIP e IGRP.
28
           Internet:
           Por que usar Roteamento hierárquico?
        Supondo uma idealização para fins de estudo:
           Roteadores são todos idênticos.

           Redes “flat” (o plano de numeração é livre e não depende de

            região).
           … na prática, isso não é verdade ou possível.




        Escala: com 200 milhões de destinos:
           Não é possível armazenar todos os destinos numa única tabela de

            rotas!
           As mudanças na tabela de rotas irão congestionar os enlaces!




        A realidade é uma Autonomia Administrativa:
           Internet = rede de redes.

           Cada administração de rede pode querer controlar o roteamento na

             sua própria rede.
29


           Roteamento hierárquico
        Agrega roteadores em regiões, chamados “sistemas
         autônomos ” (AS-Autonomous System).

        As regiões AS são interligadas usando roteadores Gateway
         que estão na borda da rede AS.

        Roteadores no mesmo AS rodam o mesmo protocolo de
         roteamento.
           Protocolo de roteamento “intra-AS” (Dentro da Rede).




        Roteador Gateway interligam :
           Tem link direto para um roteador em outro AS.
30


           Roteamento intra-AS
        Também conhecido como Interior Gateway Protocols
         (IGP).

        Protocolos de roteamento intra-AS mais comuns:
           RIP: Routing Information Protocol.

           OSPF: Open Shortest Path First.

           IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (proprietário

            da Cisco).
31


           Roteamento inter-AS da Internet: BGP
        BGP (Border Gateway Protocol): é o padrão de fato para
         uso na Internet.

        BGP provê cada AS dos meios para:
           Obter informações de alcance de sub-rede dos

            Assinantes Vizinhos.
           Propagar informações de alcance para todos os

            roteadores internos ao AS.
           Determinar “boas” rotas para as sub-redes baseado em

            informações de alcance e política.

        Permite que uma subnet comunique sua existência para o
         resto da Internet: “Estou aqui”.
32
            BGP – Border Gateway Protocol:
            conceitos básicos
        Pares de roteadores (BGP peers) trocam informações de roteamento
         por conexões TCP semi-permanentes: sessões BGP.

        Note que as sessões BGP não correspondem aos links físicos.

        Quando AS2 comunica um prefixo ao AS1, AS2 está prometendo que
         irá encaminhar todos os datagramas destinados a esse prefixo em
         direção ao prefixo.

        AS2 pode agregar prefixos em seu comunicado.

								
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