Aula 06 Protocolos de redes

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Protocolos de Redes e de Computadores 
AULA 06 
CCT0300 – PROTOCOLOS DE REDES E DE COMPUTADORES 
Aula 06 
Protocolos de Redes e de Computadores 
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Objetivo 
O aluno deverá ser capaz de: 
• Compreender a relação entre a camada de rede e as camadas de 
enlace (inferior ) e a camada de transporte ( superior ); 
• Conhecer o papel da camada de rede – repasse e roteamento; 
• Conceituar uma rede de datagramas; 
• Entender o funcionamento básico de um roteador; 
• Conhecer os modos de transmissão existente na camada de rede; 
• Entender os principais componentes e funções existentes no 
cabeçalho do quadro IP; 
• Compreender a necessidade de fragmentação de datagramas e o 
MTU das tecnologias de subnetwork (camada de enlace). 
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Conteúdo 
• 4.1 Relação entre a camada de rede e enlace; 
• 4.2 Tipo de entrega do datagrama: broadcast, unicast, multicast e 
anycast; 
• 4.3 IPv4 4.4 Formato do datagrama IP e os seus campos; 
• 4.5 Fragmentação. 
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Características do IP 
 Sistema de entrega fim-a-fim 
 É um protocolo 
 Não orientados à conexão 
 Sem controle de erros e sem reconhecimento 
 Isso significa que o protocolo IP não executa: 
• Controle de erros sobre os dados da aplicação 
• Controle de fluxo 
• Sequenciamento de dados 
• Entrega ordenada 
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Características do IP 
 Serviço de entrega: Best-effort 
 Os pacotes não são descartados sumariamente, o protocolo torna-se 
não confiável somente quando há exaustão de recursos 
 Datagrama de tamanho variável 
 IPv4: tamanho máximo 64 Kbytes 
 Provê envio e recebimento 
 Erros: ICMP 
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Frame IP 
Version HLEN Service Type Total Length 
Identification Flags Fragment Offset 
Time to Live (TTL) Protocol Header Checksum 
Source IP Address 
Destination IP Address 
IP Options (if any) Padding 
0 4 8 16 19 24 31 
Data 
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Campos IP 
 Version (4 bits) 
 HLEN (4 bits) 
 Tamanho em no. de palavras de 32 bits 
 Header sem opções: 5 (20 bytes) 
 Header com opções: tamanho máximo 15 (60 bytes) 
 Service Type 
 Confiabilidade, precedência, atraso e throughput 
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Campos IP 
 Total Length (16 bits) 
 tamanho do header + área de dados 
 Identification (16 bits) 
 Identifica de forma única um pacotes IP 
 Flags (3 bits) 
 More Fragments (MF) 
 Don´t Fragment (DF) 
 Reserved 
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Campos IP 
 Fragment Offset (13 bits) 
 Múltiplo de byte 
 Time to Live (8 bits) 
 Protocol ( 8 bits) 
 Próximo nível a receber dados (protocolo que está encapsulado 
no frame IP) 
 ICMP (1), TCP (6), UDP (17) 
 Header Checksum (16 bits) 
 Soma dos complementos de 1 de blocos de 16 bits, contendo 
informações do header do IP 
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Campos IP 
 Endereço Origem (32 bits) 
 Origem dos dados 
 Não é alterado ao longo da transmissão 
 Endereço Destino (32 bits) 
 Destino dos dados 
 Não é alterado ao longo da transmissão 
 Opções (variável) 
 Security, source route, record route, stream id (used for voice) for 
reserved resources, timestamp recording 
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Campos do IP 
 Padding (variável) 
 Faz com que o header seja múltiplo de 4 
 Data (variável) 
 Data + header < 65,535 bytes 
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Type of Service 
 TOS (Type of Service) 
 Especifica como o Datagrama deve ser tratado 
 Divisão Original 
 Precedence D T R Unused 
0 3 4 5 6 
– Precedence: importância do datagrama 
– D: baixo atraso 
– T: alto throughput 
– R: alta confiabilidade 
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Type of Service 
 Valores possíveis 
– Bits 0-2: Precedence 
• 111 Network control. 
• 110 Internetwork control. 
• 101 CRITIC/ECP. 
• 100Flash override. 
• 011 Flash. 
• 010 Immediate. 
• 001Priority. 
• 000Routine. 
 
– Bit 3: Delay 
• 0 Normal delay. 
• 1 Low delay. 
→ Bit 4: Throughput 
 0 Normal throughput. 
 1 High throughput. 
 
→ Bit 5: Reliability 
 0 Normal reliability. 
 1 High reliability. 
 
→ Bits 6-7: Reserved for future use. 
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Type of Service 
 Problema 
– Difícil para a Internet atender as solicitações de tipo de serviço 
– Então passa a ser usado como uma “dica” para algoritmos de 
roteamento não como uma demanda 
 Em 1990 o IETF redefiniu o “service type” para acomodar os 
“differentiated services” 
 CODEPOINT Unused 
0 6 
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Type of Service – Compatibilidade 
 Distinção entre os bits do codepoint 
 Se os últimos 3 bits (codepoint) contém 0 (zero) 
– São definidas 8 classes de serviços que seguem a definição original 
– Precedência especial: 6 e 7 
• Roteador deve implementar ao menos 2 esquemas 
– Baixa prioridade 
– Alta prioridade 
• 3 bits em 0 e precedência 6 ou 7: alta prioridade 
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IP Options 
 O campo de opções do protocolo IP é opcional 
– Inicia após o endereço do destino 
– Pode estender o header do IP até o tamanho máximo de 60 bytes 
 Formato do campo de opções 
COPY OPTION CLASS OPTION NUMBER 
0 1 3 
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IP Options 
 Copy (1 bit) 
– Controla como os roteadores tratam as opções durante o processo de 
fragmentação 
 Option Class (2 bits) 
– Especifica a classe geral de opções 
0 Controle da rede ou datagrama 
1 
2 
3 
Reservado 
Depuração 
Reservado 
Option Class Descrição 
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IP Options 
 Option Number (5 bits) 
– Especifica uma classe 
específica dentre da 
classe geral 
Option Number Descrição 
1 
2 
3 
7 
8 
9 
11 
12 
4 
18 
No operation 
Security 
Loose Route 
Recorde Route 
Stream Identifier 
Strict Source Route 
MTU Probe 
MTU Reply 
Timestamp 
Traceroute 
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Record Route Option 
 Provê uma forma de monitorar como os datagramas são roteados 
 Cada roteador que “roteia” o datagrama acrescenta seu endereço IP ao 
campo de opções 
 CODE LENGTH POINTER 
 FIRST IP ADDRESS 
 SECOND IP ADDRESS 
 ... 
0 8 16 24 31 
copy + option class + option number = CODE (1 byte) 
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Code e Pointer 
• Code ( 8 bits) 
– Representa os campos copy, option class e option number 
• Exemplo: 
copy = 0, option class = 0, option number = 7 code = 7 
copy = 1, option class = 0, option number = 9 code = 137 
• Pointer (8 bits) 
– Aponta para próxima área a ser preenchida ou “consultada” 
– Deve ser alterada pelo host ou roteador que manipula dados do 
campo de opções 
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Source Route Option 
• Source Route 
– Strict Source Route: rota exata a ser seguida 
– Loose Source Route: deve passar pelo menos por um dos roteadores 
 CODE LENGTH POINTERIP ADDRESS OF FIRST HOPE 
 IP ADDRESS OF SECOND HOPE 
 ... 
0 8 16 24 31 
copy + option class + option number = CODE (1 byte) 
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Timestamp Option 
• Similar ao Record Route 
• Inicialmente contém uma lista vazia de roteadores e tempos 
• Cada roteador acrescenta seus dados 
 CODE LENGTH POINTER OFLOW FLAGS 
 FIRST IP ADDRESS 
 FIRST TIMESTAMP 
 ... 
0 8 16 24 31 
copy + option class + option number = CODE (1 byte) 
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Timestamp Option 
• Cada entrada na lista contém 
– IP address (32 Bits) 
– Timestamp (inteiro de 32 bits)Exemplo: 
• Pointer (8 bits) 
– Contador do número de roteador que não puderam acrescentar 
informações 
• FLAGS 
– Controla o formato exato do campo de timestamp 
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Timestamp - Flags 
• Os valores possíveis são 
Valor das Flags Descrição 
0 
 
1 
 
3 
Registre apenas o timestamp, omita o 
endereço de IP 
Acrescente o endereço IP e após o timestamp 
Endereços IP são especificados pela origem. O 
roteador só irá registrar seu timestamp se o 
próximo IP na lista for o seu 
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Fragmentação 
• Cada padrão de rede tem um MTU diferenciado 
– Ethernet: 1500 bytes 
– ATM: 53 bytes 
– FDDI: 4500 bytes 
– ... 
• Datagramas maiores do que a MTU da rede devem ser fragmentados 
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Fragmentação 
• Cada fragmento recebe uma cópia do header IP do datagrama original e 
uma porção de dados 
 Header IP Dados 
 Header IP Dados Frag #1 
 Header IP Dados Frag #1 
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Fragmentação 
• No header IP dos fragmentos alteram-se os campos 
– Flags, Fragment Offset, Total Length 
 Header IP Dados 
 Header IP Dados Frag #1 
 Header IP Dados Frag #1 Fr
ag
m
en
to
s 
Original 
ID = xxxx 
DF = 0 MF =1 OFSSET = 0 
ID = xxxx 
DF = 0 MF = 0 OFSSET = 0+Tam FRAG #1 
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Fragmentação - exemplo 
R1 R2 
MTU = 1500 bytes MTU = 1000 bytes MTU = 1500 bytes 
1 Datagrama Origem 
3000 bytes 
3 fragmentos de 
1000 bytes 
3 fragmentos de 
1000 bytes 
ID = 12345, DF = 0 MF = 0 
Offset = 0, len = 3000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 1 
Offset = 0, len = 1000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 1 
Offset = 1000, len = 1000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 0 
Offset = 2000, len = 1000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 1 
Offset = 0, len = 1000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 1 
Offset = 1000, len = 1000 
ID = 12345, DF = 0 MF = 0 
Offset = 2000, len = 1000 
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Fragmentação com DF = 1 
R1 
MTU = 1500 bytes MTU = 1000 bytes 
1 Datagrama Origem 
3000 bytes 
0 fragmentos 
Retorno ICMP 
ID = 12345, DF = 1 MF = 0 
Offset = 0, len = 3000 
ID = 12345, DF = 1 MF = 0 
Offset = 0, len = 3000 
Datagrama 
Descartado !!! 
 
ICMP – Destination Unreachable 
Fragmentation Neede and DF = 1 
ICMP – Destination Unreachable 
Fragmentation Neede and DF = 1 
Recebido pela origem do datagrama 
Se Offse t == 0 icmp 
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Remontagem 
• Fragmentos são remontados somente no destino 
– Roteadores intermediários não devem remontar datagramas 
• Gasto de memória e processamento 
• Comutação de pacotes = fragmentos com rotas diferenciadas 
• Tempo máximo para remontagem 
– Se faltam fragmentos e o tempo se esgota, os fragmentos são 
descartados 
– Destino envia para origem um ICMP de Time Exceeded 
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Fragmentação & Remontagem 
Origem 
N. 7 
N. 4 
N. 3 
N. 2 
N. 1 
Destino 
N. 7 
N. 4 
N. 3 
N. 2 
N. 1 
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AVANCE PARA FINALIZAR 
A APRESENTAÇÃO.