RCI2007 NivelRede 2pp

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Nível de Rede
Redes de Computadores I
2007/2008
05-11-2007 Universidade do Minho 1
Sumário
� Interligação de Redes
� Encapsulamento na pilha TCP/IP
� Datagramas IP versão 4 (IPv4)
� Cabeçalhos IPv4
� Fragmentação e reagrupamento
� Endereçamento (IPv4)
� Classfull e classless
� Subnetting e supernetting
� Atribuição dinâmica de endereços (DHCP)
� Resolução de endereços nível 2 (ARP)
� Mensagens de Controlo (ICMP)
� IP versão 6 (IPv6)
05-11-2007 Universidade do Minho 2
Interligação de Redes
� Nenhuma das tecnologias existentes de rede local (LAN) é
adequada para satisfazer todos os requisitos de comunicações 
das aplicações.
� Nenhuma dessas tecnologias é totalmente escalável:
� Os endereços não têm estrutura, resultando em:
� dificuldade de distribuição e administração
� complexidade no encaminhamento dos PDU, mas…
� Não há mecanismos de encaminhamento nos protocolos
� Os PDU têm comprimentos limitados;
� Os métodos de acesso não suportam grandes distâncias
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Interligação de Redes
Introdução
Questão: 
Será que para existir um serviço de rede único e global 
(universal) é necessário adoptar a mesma tecnologia de rede 
em todos os locais? Ou será possível oferecer serviços de 
conectividade universal mesmo adoptando diferentes 
tecnologias locais?
É possível a conectividade global entre redes com protocolos locais 
distintos introduzindo uma camada protocolar superior 
independente daqueles:
A camada protocolar de rede, também chamada de 
interligação de redes ou de internetworking.
05-11-2007 Universidade do Minho 4
Interligação de Redes
Introdução
A Interligação de Redes baseia-se na utilização de funcionalidades 
específicas de rede (realizadas tanto em hardware como em 
software) que proporcionam um serviço global de interligação de 
redes locais (LAN) heterogéneas:
� Software: protocolos de rede (internetworking)
� Hardware: routers (encaminhadores)
A maior Rede de Redes que existe: Internet
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Interligação de Redes
Introdução
05-11-2007 Universidade do Minho 6
Interligação de Redes
A pilha TCP/IP
� O protocolo do nível de rede mais utilizado é o protocolo de rede 
usado na Internet: o Internet Protocol (IP), da pilha protocolar 
TCP/IP
� A pilha TCP/IP apresenta como principais características:
� Aberta
� especificações publicadas e bem conhecidas
� abertura completa ao desenvolvimento de código
� Portável
� independência do sistema operativo e plataforma
� quaisquer sistemas podem comunicar
� Estável e Robusta
� normas testadas ao longo de três décadas e fixas
� mas ainda em desenvolvimento e aperfeiçoamento
� Suporte global
� incluída em todos os sistemas de computação
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Ethernet Token Bus Token Ring FDDI
Internet Protocol
ARP
TELNET FTP SMTP DNS SNMP DHCP
Ligação
Físico
Rede
Transporte
Aplicação
Apresentação
Sessão
ICMPIGMP
RTP
RTCP
Transmission
Control Protocol
User Datagram
Protocol
RIP OSPF BGP
Interligação de Redes
A pilha TCP/IP
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Estação
origem
Dados
Segmento TCP
Datagrama IP
Pacote LLC
Trama MAC
Estação
destino
Aplicação
TCP
IP
Ligação
Físico
Dados
Segmento TCP
Datagrama IP
Pacote LLC
PDU Aplicação
Meio de
transmissão
CT
CI
CL
CM CRC
CM CRC
A hierarquia protocolar por camadas traduz-se no 
encapsulamento dos PDU:
� Na origem, o PDU da camada N+1 é inserido no campo de 
dados do PDU da camada N
� No destino, o PDU da camada N é recuperado do campo 
de dados do PDU da camada N-1
encapsulam
ento
de
se
nc
ap
su
la
m
en
to
Interligação de Redes
Encapsulamento TCP/IP
05-11-2007 Universidade do Minho 9
IP – Internet Protocol
� É um protocolo de interligação de rede, cujo paradigma protocolar 
é o melhor esforço (best effort):
o protocolo esforça-se por entregar os datagramas ao destino mas não o garante 
(datagramas podem perder-se)
� Versões: IPv4 (em uso generalizado), IPv6 (em instalação)
� Principais funções:
� fornece a unidade elementar de transferência de dados:
� o PDU do IP é um datagrama IP 
� inclui mecanismos para o seu encaminhamento
� fragmentação de datagramas: transita em qualquer LAN
� incorpora um esquema de endereçamento universal
05-11-2007 Universidade do Minho 10
32 bits
Ethernet Data Field
Vers HLEN TOS Total Length
Identification Flags Fragment Offset
Time to Live Protocol Header Checksum
Source IP address
Destination IP address
IP Options (pode ser nulo) Padding
IP Datagram Data (até 65536 bytes)
DA SA Type0800 IP Header and Data CRC
2
0
 b
y
te
s
IP – Internet Protocol
Formato dos datagramas
05-11-2007 Universidade do Minho 11
IP – Internet Protocol
Formato dos datagramas
� Vers (4bit): versão do protocolo (valor 4 ou valor 6)
� HLEN (4bit): tamanho do cabeçalho em blocos de 32 bits; valor mínimo é 5; 
� TOS (8bit): dá uma indicação em abstracto dos parâmetros de qualidade de 
serviço pretendidos (atraso baixo, débito elevado, etc)
� Total Length (16bit): tamanho total (cabeçalho+dados) em bytes; (máximo 
é 65535, mas normalmente não passa dos 1500 bytes)
� Identification (16bit): identificador único por datagrama e por cada 
conexão que ajuda a identificar todos os fragmentos que devem ser 
reagrupados
� Flags (3bit): Bit 0 = 0 (reservado); Bit 1 = DF (don’t fragment); Bit 2 = MF 
(more fragments);
� Fragment Offset (13bit): define a que parte do datagrama pertence este 
fragmento e mede-se em blocos de 64 bits (8 bytes)
05-11-2007 Universidade do Minho 12
IP – Internet Protocol
Formato dos datagramas
� Time To Live (8bit): máximo tempo de vida do datagrama que é
decrementado a cada salto; quando o valor é zero o datagrama é destruído;
� Protocol (8bit): usado para identificar qual o protocolo da camada acima a 
quem devem ser entregues os dados transportados
� Header Checksum (16bit): soma de verificação em complemento para 1 
do cabeçalho (recalculado em cada salto por causa do TTL)
� IP Options (opcional e de tamanho variável):
- Security
- Loose Source Rounting
- Strict Source Routing
- Record Route
- Stream ID
- Internet Timestamp
05-11-2007 Universidade do Minho 13
� As ligações de rede têm diferentes 
MTU (max.transfer unit) – tamanho 
máximo da trama da camada de 
ligação
� Diferentes tipos de ligação implicam 
diferentes MTUs
� Um datagrama IP “demasiado 
grande” é dividido em vários 
fragmentos dentro da rede
� Um datagrama transforma-se em 
vários datagramas
� A junção é efectuada apenas no nó
destino
� Existem no cabeçalho IP um 
conjunto de campos para identificar 
e ordenar fragmentos. 
fragmentafragmentafragmentafragmentaççççãoãoãoão
entrada: um 
grande datagrama
saída: três
pequenos
datagrams
reagrupamento
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach
Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Fragmentação e reagrupamento
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ID
=x
offset
=0
fragflag
=0
length
=4000
ID
=x
offset
=0
fragflag
=1
length
=1500
ID
=x
offset
=1480
fragflag
=1
length
=1500
ID
=x
offset
=2960
fragflag
=0
length
=1040
Um grande datagrama transforma-se
em vários pequenos datagramas
IP – Internet Protocol
Fragmentação e reagrupamento
05-11-2007 Universidade do Minho 15
VERS HLEN
Time to Live Protocol Header Checksum
IP Options (may be null) Padding
IP Datagram Data (up to 65,535 bytes)
TOS Total Length
Identification Flags Fragment Offset
Source IP address
Destination IP address
IP – Internet Protocol
Endereçamento05-11-2007 Universidade do Minho 16
� Endereço IP: identificador de 32-
bits por interface do sistema 
terminal ou encaminhador
� Interface: ligação entre o 
sistema terminal ou o 
encaminhador e a ligação física
� Os encaminhadores têm 
tipicamente múltiplas interfaces
� Os sistemas terminais podem ter 
múltiplas interfaces
� Os endereços IP associam-se a 
interfaces (não a sistemas 
terminais ou encaminhadores)
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach Featuring
the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
Interligações de rede com 3 redes IP
IP – Internet Protocol
Endereçamento
05-11-2007 Universidade do Minho 17
� Endereço IP:
� Parte da Rede (bits mais significativos
� Parte do Sistema Terminal (bits menos significativos)
� O que é uma Rede ? (perspectiva dos endereços IP)
� interfaces de dispositivos com a mesma “Parte de Rede”
� mutuamente e fisicamente atingíveis sem intervenção de um encaminhador
223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001
223 1 11
IP – Internet Protocol
Endereçamento
05-11-2007 Universidade do Minho 18
Sistema com 6 redes interligadas
223.1.1.1
223.1.1.3
223.1.1.4
223.1.2.2223.1.2.1
223.1.2.6
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
223.1.1.2
223.1.7.0
223.1.7.1
223.1.8.0223.1.8.1
223.1.9.1
223.1.9.2
Endereçamento IP
Fonte: Computer Networking: 
A Top-Down Approach Featuring
the Internet, J. Kurose, 
Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Endereçamento
05-11-2007 Universidade do Minho 19
130.1.4.0130.1.4.0
130.1.1.0130.1.1.0
130.1.3.0130.1.3.0
130.1.1.0130.1.1.0
Não são
permitidas
subredes
não-contiguas
130.1.2.0130.1.2.0
Este segmento (subrede)
apenas tem duas estações
(os dois routers)
130.1.2.50130.1.2.50
130.1.2.82130.1.2.82
130.1.1.254130.1.1.254
130.1.3.49130.1.3.49
130.1.3.200130.1.3.200
IP – Internet Protocol
Endereçamento
05-11-2007 Universidade do Minho 20
Router
Estações
205.1.20.49 205.1.5.1 205.1.10.1 205.1.20.1
205.1.5.0 intf0
205.1.10.0 intf0
205.1.20.0 intf0
A estação 205.1.20.1
remete ao router os
datagramas destinados
à estação 205.1.10.1
Múltiplas subredes no mesmo interface
Tabela de encaminhamento
do router para este interface
intf0
IP – Internet Protocol
Endereçamento
05-11-2007 Universidade do Minho 21
IP – Internet Protocol
Endereçamento
� Endereçamento por classes (ou Classful )
� esquema original, baseado na RFC 791
� usa os primeiros bits como identificadores de classe
� Endereçamento sem classes (ou Classless)
� não considera os bits de classe utilizando uma máscara de 32 bits para 
determinar o endereço de rede 
� permite encaminhamento mais eficiente por agregação de rotas, 
designado por CIDR (Classless Internet Domain Routing)
� tabelas de encaminhamento mais pequenas
� as rotas são agregadas por grupos de endereços adjacentes
� usado pelas tabelas de encaminhamento de ISPs
05-11-2007 Universidade do Minho 22
Identificador
da classe
Parte do Endereço de Rede Parte do Endereço de Estação
11110 Classe E – Reservado para utilização futura
0 7 bits de endereço de rede 24 bits de endereço de estação
Classe A
10 14 bits de endereço de rede 16 bits de endereço de estação
110 21 bits de endereço de rede 8 bits endereço de estação
1110 Endereços Multicast no intervalo 224.0.0.0 - 239.255.255.255
Classe B
Classe C
Classe D
Classe E
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classfull)
05-11-2007 Universidade do Minho 23
Classe A B C D 
redes 
(1º byte) 
126 
(1-126) 
16.384 
(128-191) 
2.097.152 
(192-223) 
 
hosts/rede 16.277.214 65.354 254 
reservado host a 0s ou 1s host a 0s ou 1s host a 0s ou 1s (224-239) 
 
 
Endereços IPv4 por classes
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classfull)
05-11-2007 Universidade do Minho 24
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classfull)
Máscara de endereço
� Máscara: padrão que conjugado com o endereço IP, devolve a 
parte do endereço de rede (ou sub-rede)
� No endereçamento por classes as máscaras são:
� Classe A: 11111111.00000000.00000000.00000000
notação decimal: 255.0.0.0 notação CIDR: /8
� Classe B: 11111111.11111111.00000000.00000000
notação decimal: 255.255.0.0 notação CIDR: /16
� Classe C: 11111111.11111111.11111111.00000000
notação decimal: 255.255.255.0 notação CIDR: /24
� No endereçamento sem classes as máscaras têm qualquer outro 
valor
05-11-2007 Universidade do Minho 25
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classfull)
Restrições a Endereços IP
� Endereços reservados:
� os primeiros 4 bits não podem ser 1
� 127.x.x.x é o endereço reservado para loopback
� bits de host a 0s ou 1s são reservados (rede ou broadcast)
� bits de subnet a 0s ou 1s são reservados
� Endereços privados: atribuídos para internets privadas (sem conectividade global, 
não devem ser visíveis nem são encaminhados na internet exterior), RFC1918:
� bloco 192.168.0.0 - 192.168.255.255 (prefixo 192.168 /16)
� bloco 172.16.0.0 - 172.31.255.255 (prefixo 172.16 /12)
� bloco 10.0.0.0 - 10.255.255.255 (prefixo 10 /8)
05-11-2007 Universidade do Minho 26
� Endereçamento por classes (classfull):
� Uso ineficiente do espaço de endereçamento, exaustão de espaço
� Ex: uma classe B aloca 65K hosts mesmo que existam apenas 2K hosts!
� Enderecamento sem classes (classless): 
� Parte de rede (do endereço) com comprimento arbitrário
� Formato: a.b.c.d/x, em que x é o nº de bits correspondente à parte de rede
11001000 00010111 00010000 00000000
parte de rede parte de 
host
200.23.16.0/23
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classless)
05-11-2007 Universidade do Minho 27
Endereçamento sem classes
� Considere-se o endereço IP 130.1.5.1
� é o endereço da estação 5.1 da rede 130.1.0.0 (classe B)
� Considere-se o endereço IP 130.1.5.1/24
� é o endereço da estação 1 da sub-rede 130.1.5.0
Rede Estação Máscara de subrede Rede Subrede Estação
130.1 255.255.255.0 130.1 5 15.1
(máscara com multiplo de 8 bits)
interpretação
original por classe
interpretação
sem classe (CIDR)
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classless)
05-11-2007 Universidade do Minho 28
130130 11 99 11
10 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1
Subrede Estação
11111111.11111111.11111000.00000000
Máscara de Subnet 255.255.248.0
(máscara com 21 bits)
� Considere-se o endereço IP 130.1.9.1/21
� é o endereço da estação 257 da sub-rede 130.1.8.0
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Classless)
05-11-2007 Universidade do Minho 29
Sub-redes (Subnetting)
� permite melhor aproveitamento, organização e gestão do espaço de endereços
� introduz outro nível hierárquico para routing
internet localinternet local
130.1.0.0130.1.0.0
internetinternet
exteriorexterior
130.1.1.0130.1.1.0
130.1.2.0130.1.2.0 130.1.3.0130.1.3.0
130.1.254.0130.1.254.0
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Subnetting)
05-11-2007 Universidade do Minho 30
Exercício Subnetting
No exemplo anterior, em vez do endereço classe B 130.1.0.0, seria possível usar
o endereço 192.168.192.0? Justifique convenientemente.
internet localinternet local
192.168.192.0192.168.192.0
internetinternet
exteriorexterior
AA
BB CC
DD
Exercício
05-11-2007 Universidade do Minho 31
Exercícios
� Considere o endereço IP 196.34.201.137. Se a usarmos a máscara 
de rede 255.255.255.192, quais são os endereços de rede e de 
difusão.
� Considere o endereço IP da Classe B 140.140.0.0 e determine a 
máscara de rede, que com base neste endereço, cria um conjunto de 
subredes tal que cada uma delas pode ser usadapara endereçar 
2046 computadores. Quantas subredes pode criar?
� Considere uma empresa à qual foi atribuído o endereço de rede 
220.168.49.0. Proponha um esquema de endereçamento que permita 
definir uma subrede com 50 computadores, três subredes com 20 
computadores cada e uma pequena subrede para testes com 10 
computadores. Indique as máscaras de rede e a gama de endereços 
válidos para cada subrede.
05-11-2007 Universidade do Minho 32
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
10.0.0.4
138.76.29.7
Rede local
(ex: rede lá de casa)
10.0.0/24
Internet
Todos os datagramas nesta rede
contêm, como habitualmente
endereços de origem e/ou de destino
na gama disponível 10.0.0/24
Todos os datagramas que saiem
para a Internet são forçados a 
usar o mesmo endereço de
origem: 138.76.29.7, e números
de porta origem distintos
IP – Internet Protocol
Reescrita de endereços (NAT: Network Address Translation)
05-11-2007 Universidade do Minho 33
IP – Internet Protocol
Reescrita de endereços (NAT: Network Address Translation)
� Motivação para a rede local usar apenas um endereço Internet conhecido 
com acesso global:
� Não é preciso gastar uma gama de endereços ao ISP: basta um!
� Podem-se mudar os endereços da rede a qualquer momento sem ter de 
avisar o mundo inteiro desse facto
� Pode-se mudar de ISP sem mudar de endereços na rede local
� Os equipamentos da rede local não são directamente endereçáveis do 
exterior (protecção de segurança acrescida!)
05-11-2007 Universidade do Minho 34
Implementação: router NAT
� Datagramas que saiem: substituir o par (Endereço IP Origem, Nº Porta) 
de todos os datagramas por (Endereço IP NAT, Novo Nº de Porta)
. . . os sistemas no exterior vão naturalmente endereçar os datagramas
de resposta para (Endereço IP NAT, Novo Nº de Porta)
� Guardar numa tabela NAT todas as trocas que foramfeitas de pares 
(Endereço IP Origem, Nº Porta) para (Endereço IP NAT, Novo Nº de Porta)
� Datagramas que chegam: substituir (Endereço IP, Porta) pelo endereço 
interno (Endereço IP Origem, Porta Origem) aramazenado na tabela NAT
IP – Internet Protocol
Reescrita de endereços (NAT: Network Address Translation)
05-11-2007 Universidade do Minho 35
10.0.0.1
10.0.0.2
10.0.0.3
S: 10.0.0.1, 3345
D: 128.119.40.186, 80
1
10.0.0.4
138.76.29.7
1: Sistema 10.0.0.1 
envia datagrama para
128.119.40, 80
NAT translation table
WAN side addr LAN side addr
138.76.29.7, 5001 10.0.0.1, 3345
…… ……
S: 128.119.40.186, 80 
D: 10.0.0.1, 3345
4
S: 138.76.29.7, 5001
D: 128.119.40.186, 802
2: router NAT muda
endereço origem do
datagrama de
10.0.0.1, 3345 para
138.76.29.7, 5001,
e actualiza tabela
S: 128.119.40.186, 80 
D: 138.76.29.7, 5001 3
3: Chega resposta
endereçada a:
138.76.29.7, 5001
4: router NAT muda endereço
de destino de 
138.76.29.7, 5001 para
10.0.0.1, 3345 
IP – Internet Protocol
Reescrita de endereços (NAT: Network Address Translation)
05-11-2007 Universidade do Minho 36
� Porta é um campo da camada de transporte com 16-bit
� 60,000 conexões simultâneas com um único endereço!
� NAT é muito controverso:
� Viola independência entre camadas: 
� routers só devem poder mexer nos cabeçalhos de nível 3!
� Viola o conceito fim-a-fim
� Estado intermédio por conexão
� As aplicações (P2P e outras) são obrigadas a ter o NAT em 
consideração…
� Não é a forma certa de resolver a escassez de endereços (IPv6)
� Como endereçar servidores internos? (e-mail, web, etc)
IP – Internet Protocol
Reescrita de endereços (NAT: Network Address Translation)
05-11-2007 Universidade do Minho 37
Hosts (parte de host):
� hard-coded em ficheiro de sistema p/ admin
� DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol: obter endereço 
dinamicamente: “plug-and-play”
� host faz broadcast msg “DHCP discover”
� servidor DHCP responde c/ msg “DHCP offer”
� host pede endereço IP: msg “DHCP request”
� servidor DHCP envia endereço: msg “DHCP ack”
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Alocação dinâmica)
05-11-2007 Universidade do Minho 38
DHCP request
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Alocação dinâmica)
Servidor DHCP: 223.1.2.5 Cliente
time
DHCP discover
src : 0.0.0.0, 68 
dest.: 255.255.255.255,67
yiaddr: 0.0.0.0
transaction ID: 654
DHCP offer
src: 223.1.2.5, 67 
dest: 255.255.255.255, 68
yiaddr: 223.1.2.4
transaction ID: 654
Lifetime: 3600 secs
src: 0.0.0.0, 68 
dest:: 255.255.255.255, 67
yiaddr: 223.1.2.4
transaction ID: 655
Lifetime: 3600 secs
DHCP ACK
src: 223.1.2.5, 67 
dest: 255.255.255.255, 68
yiaddrr: 223.1.2.4
transaction ID: 655
Lifetime: 3600 secs
05-11-2007 Universidade do Minho 39
IP – Internet Protocol
Endereçamento (Alocação dinâmica)
� O servidor DHCP deve estar na mesma rede que o cliente. Se não 
estiver, é necessário um agente DHCP-Relay (tipicamente um router) 
que sirva de intermediário…
� Um cliente pode receber ofertas de mais do que um servidor DHCP,
mas só pode escolher uma delas; a mensagem DHCP Request é
enviada de novo para o endereço de difusão para todos saberem qual 
foi a oferta escolhida e anularem as reservas que fizeram
� A mensagem de ACK é a única enviada por unicast, pois o 
mapeamento entre endereço IP e endereço MAC já foi efectivado;
� Uma curiosidade: O DHCP é a terceira geração de protocolos de 
configuração de sistemas; Pode ser visto como uma extensão ao 
BOOTP (protocolo de arranque para sistemas sem disco) que por sua 
vez deriva do protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
05-11-2007 Universidade do Minho 40
Network (parte de rede):
� Alocado via espaço de endereçamento do ISP
Bloco do ISP 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/20
Organização 0 11001000 00010111 00010000 00000000 200.23.16.0/23 
Organização 1 11001000 00010111 00010010 00000000 200.23.18.0/23 
Organização 2 11001000 00010111 00010100 00000000 200.23.20.0/23 
... ….. …. ….
Organização 7 11001000 00010111 00011110 00000000 200.23.30.0/23
IP – Internet Protocol
Endereçamento (supernetting)
05-11-2007 Universidade do Minho 41
“Qualquer endereço 
começado por
200.23.16.0/20”
200.23.16.0/23
200.23.18.0/23
200.23.30.0/23
ISP X
Organização 0
Organização 7
Internet
Organização 1
ISPs-R-Us
Começado por
199.31.0.0/16”
200.23.20.0/23
Organização 2
.
..
.
..
Endereçamento Hierárquico permite anúncios eficientes 
de informação de encaminhamento:
IP – Internet Protocol
Endereçamento hierárquico – agregação de rotas
05-11-2007 Universidade do Minho 42
ISPs-R-Us tem uma rota mais específica para a Organização 1
200.23.16.0/23
200.23.18.0/23
200.23.30.0/23
ISP X
Organização 0
Organização 7
Internet
Organização 1
ISPs-R-Us
Começado por
199.31.0.0/16
ou 
200.23.18.0/23
200.23.20.0/23
Organização 2
.
.
.
.
.
.
“Qualquer endereço 
começado por 
200.23.16.0/20”
IP – Internet Protocol
Endereçamento hierárquico – rotas mais específicas
05-11-2007 Universidade do Minho 43
Datagrama IP: 
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
A
B
E
misc
fields
source
IP addr
dest
IP addr data
� O datagrama não é modificado, 
desde a origem até ao destino
Dest. Net. next router #hops
223.1.1 1
223.1.2 223.1.1.4 2
223.1.3 223.1.1.4 2
Tabela encaminhamento de A
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach
Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Encaminhamento – da origem ao destino (I)05-11-2007 Universidade do Minho 44
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
A
B
E
Partindo de A, datagrama IP endereçado a B:
� Buscar endereço de rede de B
� B está na mesma rede de A
� datagrama directamente para B 
� B e A estão ligados directamente
Dest. Net. next router #hops
223.1.1 1
223.1.2 223.1.1.4 2
223.1.3 223.1.1.4 2
misc
fields 223.1.1.1 223.1.1.3 data
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach
Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Encaminhamento – da origem ao destino (II)
05-11-2007 Universidade do Minho 45
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
A
B
E
Dest. Net. next router #hops
223.1.1 1
223.1.2 223.1.1.4 2
223.1.3 223.1.1.4 2
Partindo de A, destino E:
� Busca endereço de rede de E
� E está numa rede diferente
� A, E sem ligação directa
� Tabela encaminhamento: próximo nó é
223.1.1.4 
� envia datagrama para router 223.1.1.4
� datagrama chega a 223.1.1.4 
� ….
misc
fields 223.1.1.1 223.1.2.2 data
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach
Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Encaminhamento – da origem ao destino (III)
05-11-2007 Universidade do Minho 46
223.1.1.1
223.1.1.2
223.1.1.3
223.1.1.4 223.1.2.9
223.1.2.2
223.1.2.1
223.1.3.2223.1.3.1
223.1.3.27
A
B
E
Chega ao nó 223.1.4, com destino 
223.1.2.2
� Busca endereço de rede de E
� E está na mesma rede da interface 
223.1.2.9 
� Encaminhador e nó E ligados 
directamente
� envia datagrama para 223.1.2.2 ( via 
interface 223.1.2.9)
misc
fields 223.1.1.1 223.1.2.2 data
network router #hops interface
223.1.1 - 1 223.1.1.4
223.1.2 - 1 223.1.2.9
223.1.3 - 1 223.1.3.27
Dest. next
Fonte: Computer Networking: A Top-Down Approach
Featuring the Internet, J. Kurose, Addison-Wesley, 2001
IP – Internet Protocol
Encaminhamento – da origem ao destino (IV)
05-11-2007 Universidade do Minho 47
Construa a tabela de encaminhamento de cada um dos encaminhadores (A, B e 
C) da rede ilustrada.
internet localinternet local
130.1.0.0130.1.0.0
internetinternet
exteriorexterior
AA
BB CC
Exercício
05-11-2007 Universidade do Minho 48
Observe e interprete a tabela de encaminhamento do seu sistema.
Usar o comando “netstat –n –r “ em qualquer sistema operativo.
Exercício
05-11-2007 Universidade do Minho 49
TCP/IP
ARP (Protocolo de Resolução de Endereços)
� ARP (Address Resolution Protocol) mapeia um endereço de 
rede no endereço MAC (48 bytes) que lhe corresponde.
� RFC 826: An Ethernet Address Resolution Protocol
� Operação:
� local à LAN
� não usa encapsulamento IP
� o EtherType ARP é: 0x0806
� ARP-PDUs: ARP Request e ARP Reply
05-11-2007 Universidade do Minho 50
DA SA TF CRCData
Endereço Protocolar da estação de destino (target)
Endereço de Hardware da estação de destino (target)
Endereço Protocolar da estação de origem (sender)
Endereço de Hardware da estação de origem (sender)
Operação
Comp do endereço protocolarComp do endereço hardware
Tipo de protocolo
Tipo de hardware
DA - Destination Address SA - Source Address TF - Type Field
2 bytes
2
1+1
2
6
4
6
4
2
8
 
b
y
te
s
TCP/IP
ARP (Protocolo de Resolução de Endereços)
05-11-2007 Universidade do Minho 51
� ARP Request é enviado em broadcast
� ARP Reply é enviado em unicast à estação requerente, que mantém 
temporariamente a resolução na cache de ARP
1.ARP 
Request
3.Aqui está o meu
Endereço MAC
129.1.1.1 B C 129.1.1.4Eu
não
Eu
não
2.Sou eu2.ARP Request
Ignorado
2.ARP Request
Ignorado
4.ARP Reply
Aceite
1.Quem tem o endereço MAC
da estação 129.1.1.4?
[Naugle98]
3.ARP
Reply
TCP/IP
ARP (Protocolo de Resolução de Endereços)
05-11-2007 Universidade do Minho 52
� Protocolo usado por sistemas 
terminais e encaminhadores 
para trocarem informação do 
nível de rede
� reportar erros: nó, rede, porta 
ou protocolo inatingíveis,
� echo request/reply (utilizado 
pelo ping)
� TTL expired (usado pelo 
traceroute)
� Camada de rede “sobre” o IP:
� Mensagens ICMP encapsuladas 
em datagramas IP
� Mensagem ICMP: tipo, código, 
os primeiros 8 primeiros bytes 
do datagrama IP responsável 
pelo erro
Type Code description
0 0 echo reply (ping)
3 0 dest. network unreachable
3 1 dest host unreachable
3 2 dest protocol unreachable
3 3 dest port unreachable
3 6 dest network unknown
3 7 dest host unknown
4 0 source quench (congestion
control - not used)
8 0 echo request (ping)
9 0 route advertisement
10 0 router discovery
11 0 TTL expired
12 0 bad IP header
TCP/IP
ICMP (Internet Control Message Protocol )
05-11-2007 Universidade do Minho 53
DA SA TF CRCIP Header Mensagem ICMP
Tipo (8) Código (8)
Verificação de paridade (16)
Número de sequência
Enventuais dados ICMP
TCP/IP
ICMP (Internet Control Message Protocol )
05-11-2007 Universidade do Minho 54
192.1.1.1 192.1.1.2
192.1.2.1192.1.2.2
PING 192.1.1.2
Echo Request
Echo Reply
TCP/IP
ICMP (Internet Control Message Protocol )
05-11-2007 Universidade do Minho 55
Alguns comandos:
% ifconfig –a
% arp –a
% ping <host>
% netstat –n –r 
Exercício exemplo: 
Começar por ver a tabela de ARP e a tabela de routing…
Activar o Ethereal e pô-lo a capturar todos os pacotes…
Fazer ping para um sistema da mesma rede ainda não contactado…
Observar a troca de mensagens ARP e o resultado na tabela de ARP
Exercício
05-11-2007 Universidade do Minho 56
Versões IP
� IP v 1-3 Definidas e substituídas
� IP v4 – Versão actual
� IP v5 – streams protocol (não usado, diferentes objectivos)
� IP v6 – Desenhado para substituir o IPv4
� Durante o desenvolvimento designava-se por IPng (Next 
Generation)
05-11-2007 Universidade do Minho 57
� Motivação inicial: Espaço de endereços de 32 bits completamente 
alocado em 2008 
� Motivação Adicional: 
� Formato do cabeçalho contribui para o aumento da velocidade de 
processamento e re-envio dos pacotes. 
� Alterações no formato do cabeçalho para facilitar a implementação 
de QoS
� Um novo tipo de endereço: endereço “anycast”, que possibilita o 
envio de informação para um nó dentro de um grupo
� Formato do datagrama
� Cabeçalho com o tamanho fixo (40 bytes)
� Não é permitida a fragmentação de pacotes (excepto na origem)
IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 58
0 bits 31
Ver IHL Total Length
Identifier Flags Fragment Offset
32 bit Source Address
32 bit Destination Address
4 8 2416
Service Type
Options and Padding
Time to Live Header ChecksumProtocol
RemovedChanged
Cabeçalho IPv4 
20 bytes + opções : 13 campos, incluindo 3 flag bits
05-11-2007 Universidade do Minho 59
0 31
Version Class Flow Label
Payload Length Next Header Hop Limit
128 bit Source Address
128 bit Destination Address
4 12 2416
Cabeçalho IPv6
40 bytes, 8 campos
05-11-2007 Universidade do Minho 60
� Version
� 4 bits
� Priority/Class
� 8 bits
� Espírito semelhante ao do TOS no IPv4
� Permite atribuir diferentes prioridades a cada datagrama
� Flow Label
� 24 bits
� Identifica um fluxo individual de tráfego que requer o mesmo tratamento 
da rede.
�Pode ser usado com o RSVP (protocolo de reserva de recursos a estudar 
mais tarde)
Novos Campos do IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 61
Campos que se mantêm
� Payload length
� Substitui o total length; tamanho da “carga” + cabeçalhos 
opcionais;
� Next Header
� Semelhante ao campo Protocol do IPv4 (usado para identificar 
o protocolo de Transporte) mas também protocolos de nível 3
� As opções do IPv6 são também tratadas com este campo, 
identificando cabeçalhos adicionais…
� Hop Limit
� Semelhante ao campo Time-To-Live do IPv4, mas agora 
definitivamente encarado como um número limite de saltos…
05-11-2007 Universidade do Minho 62
Outras diferenças entre o IPv6 e o IPv4
� Checksum: retirado inteiramente para reduzir o tempo de 
processamento em cada nó
� Opções: são permitidas mas fora do cabeçalho
� ICMPv6: uma nova versão do protocolo ICMP
� Novos tipos de mensagens, por exemplo. “Packet Too Big”
� multicast group management functions
� Procura agrupar as funções que existiam no ICMPv4 (informação e 
erro) com as de resolução de endereços (ARP no IPv4) e a gestão 
de grupos multicast (IGMP no IPv4); é também usado no processo 
de auto-configuração stateless;
05-11-2007 Universidade do Minho 63
Opções do IPv6
� Extensões ao cabeçalho
� 0 - hop-by-hop Option Header
� 43 - Routing Header
� 44 - Fragmentation Header
� 51 - Authentication Header
� 59 - No Next Header
� 60 - Destination Options Header
05-11-2007 Universidade do Minho 64
Opções do IPv6
� Extensões: Hop-by-Hop Option Header
� Next header
� Header extension length
� Options
� Jumbo payload
� Pacotes com tamanho superior a 216 = 65,535 bytes (acima de 4 biliões!)
� Router alert
� Avisa o router que os pacotes lhe interessam, chamando a sua atenção 
para eles; os que não incluem esta opção são simplesmente reenviados;
� Inclui suporte para reserva de recursos (RSVP)
05-11-2007 Universidade do Minho 65
Opções do IPv6
� Extensões: Fragment Header
� A fragmentação só é admitida no sistema origem!
� Não ocorre fragmentação nos routers intermédios
� O sistema origem deve de executar procedimentos de descoberta 
do percurso para encontrar o MTU (Maximum transfer unit) mínimo 
do percurso e fragmentar os pacotes de acordo com esse MTU
� O MTU mínimo por defeito é 1280 octetos
� Campos: 
Next Header(8bits), reserved(8bits), Fragment Offset(13bits), 
Reserved(2bit), More Flag(1bit), Identification(32bits)
05-11-2007 Universidade do Minho 66
Opções do IPv6
� Extensões: Routing Header
� Permite encaminhamento determinado pelo origem, tal como 
opção semelhante existente no IPv4;
� Cabeçalho inclui lista de routers intermédios a serem visitados no 
percurso;
� Campos: 
Next Header(8bits), Header Extension Length(8bits), Routing
Type(8bits), Segments Left(8bits)
05-11-2007 Universidade do Minho 67
IPv6 Header
Next = TCP
TCP Header
IPv6 Header
Next = Routing
TCP HeaderRouting Hdr
Next = TCP
IPv6 Header
Next = Security
TCP HeaderSecurity Hdr
Next = Frag
Application Data
Application Data
Fragment Hdr
Next = TCP
Data
Frag
Extensões ao cabeçalho IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 68
IPv6: melhor desempenho
� Tamanho fixo do cabeçalho
� Cabeçalho com menor número de campos e sem checksum
� Permite um processamento mais rápido dos pacotes
� Controlo de Erros poderá ser efectuado pelas camadas superiores
� Processamento Eficiente das Opções
� Os diferentes campos só são processados se a opção estiver 
presente
� A maior parte das opções só são processadas no nó destino 
� Não há fragmentação no interior da rede
05-11-2007 Universidade do Minho 69
IPv6 – Modelo de Endereçamento
Link-LocalSite-LocalGlobal
� Os endereços são atribuídos às interfaces de rede
� À semelhança do que acontece no IPv4 
� Uma interface pode ter múltiplos endereços
� Os endereços têm um âmbito
� Link Local
� Site Local
� Global
� Os endereços têm um tempo de vida
05-11-2007 Universidade do Minho 70
Endereços IPv6
� 128 bits = 6.65 x 1023 endereços de rede para cada m2 da 
superfície da Terra.
� Formato = 8 partes de 16 bits que pode ser abreviado 
1) formato normal
FEDC:BA98:7654:3210:FEDC:BA98:7654:3210
2) Os zeros à esquerda não são necessários
1080:0:0:0:8:800:200C:417A
3) 16 bits consecutivos em zero são abreviados com ::
Seguindo esta regra, uma única sequência de vários blocos de 16 a 
zero pode ser abreviada:
1080::8:800:200C:417A
05-11-2007 Universidade do Minho 71
Endereços
� Endereços Flexíveis
� Constituídos por duas partes de tamanho variável: o prefixo e a identificação da 
interface
� Exemplos de representação de prefixos:
� 4000::/3 provider-based unicast address
� 5A00::/8 atribuído pela InterNIC
� 5A01:0200::/24 fornecedor de serviço 0x0102
� 5A01:0203:0400::/40 tipo de assinante 0x0340
� 5A01:0203:0405::/48 assinante 0x05
� 5A01:0203:0405:0607:0809::/80 sub-rede 0x06070809
05-11-2007 Universidade do Minho 72
Endereços IPv6
� Para evitar uma explosão nas tabelas de encaminhamento é
usado endereçamento hierárquico
� Os bits mais significativos representam o nível mais alto da 
hierarquia.
� Exemplo: 
� 3 bits = formato do prefixo
� 5 bits = identificação da autoridade de registo
� 16 bits = identificador do fornecedor de serviço 
� 16 bits = tipo de assinante
� 8 bits = identificador do assinante
� 32 bits = identificador da subrede
� bits restantes definem um sistema particular na subrede
05-11-2007 Universidade do Minho 73
Endereços Especiais
0::/8 0000 0000 reserved
100::/8 0000 0001 unassigned
200::/7 0000 001 ISO network address
400::/7 0000 010 NOVEL
4000::/3 010 provider based unicast
8000::/3 100 geografic based unicast
FE80::/10 1111 1110 10 Local link address
FEC0::/10 1111 1110 11 Site local address
FF00::/8 1111 1111 Multicast address
Loopback 0::1
05-11-2007 Universidade do Minho 74
Endereços Especiais
� Previstos dois tipos especiais de endereços IPv6 para 
suportar a transição de IPv4 para IPv6
� IPv4 - compatível
� pode ser convertido de e para o formato IPv4
� formados adicionando-se 96 bits em zero ao endereço de 32 bits
� Exemplo: IPv4 = 1.2.3.4 IPv6= ::0102:0304 (ou ::1.2.3.4)
� IPv4 - mapeado
� indicam sistemas que não suportam IPv6
� usado para que sistemas IPv6 comuniquem com sistemas que só usam IPv4.
� Adiciona-se 80 bits em zero, 16 bits em um aos 32 originais
� Exemplo: IPv4 = 4.3.2.1 IPv6 = ::FFFF:0403:0201 (ou ::FFFF:4.3.2.1)
05-11-2007 Universidade do Minho 75
� Auto-configuração (plug-and-play).
� O primeiro endereço a ser obtido é o endereço de local link.
� Tem um formato genérico do tipo FE80:0:0:0:0:xxxx:xxxx:xxxx;
� A parte da identificação da interface é obtida com base no seu endereço de 
nível 2
� Este endereço permite uma comunicação imediata com todos os sistemas 
existentes na rede local
� A partir daí e através de mensagens ICMPv6 trocadas entre o sistema terminal e 
o encaminhador da rede local são obtidos os outros endereços. 
� O encaminhador anuncia o prefixo que é concatenado com o endereço de 
nível 2 de forma a obter-se um endereço global único.
� Outra alternativa passa pela utilização do DHCP (autoconfiguração statefull)
Atribuição dos Endereços em IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 76
� Passos da auto-configuração stateless:
1. Construir um endereço único de âmbito Link-Local para o interface:
� Os primeiros 10 bits são “1111 1110 10”; seguem-se 54 zeros;
� Os últimos 64 bits são inventados ou deduzidos do MAC Address, 
inserindo FF-FE no meio do endereço MAC;
Mac: 39-A7-94-07-CB-D0 Parte local: 3BA7:94FF:FE07:CBD0 
O 7º bit do1º byte é também mudado para 1 (bit universal/local)
2. Testar se o endereço é único:
� Enviar uma mensagem ICMPv6 Neighbor-Discovery com endereço 
origem :: e destino o endereço criado, para verificar se obtém resposta; 
Se o endereço estiver atribuído recebe Neighbor-Advertisement; 
3. Assumir o endereço Link-Local, caso o teste passe;
Atribuição dos Endereços em IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 77
� Passos da auto-configuração stateless:
4. Contactar o router local com mensagem ICMPv6 Router-Discovery:
� Os router anunciam-se periodicamente com Router-Advertisement, 
mas essas mensagens podem ser solicitadas com pedido explícito 
Router-Discovery
5. Seguir as recomendações do router local:
� Endereço do servidor DHCPv6 a contactar para prosseguir configuração 
statefull
� Envio de um conjunto de prefixos a juntar à parte local do endereço 
formando novos endereços IPv6
6. Configuração de endereços de âmbito Site-Local e Global com base 
nos endereços fornecidos
Atribuição dos Endereços em IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 78
� Maior Espaço de Endereçamento
� Um datagrama mais eficiente e extensível
� Encaminhamento eficiente através da agregação de rotas
� Auto-configuração
� Segurança
Vantagens do IPv6
05-11-2007 Universidade do Minho 79
Transição do IPv4 para o IPv6
� Nem todos os encaminhadores podem ser actualizados 
simultaneamente 
� sem “flag days” (será em 2010?)
� De que forma será possível ter a rede a funcionar simultaneamente 
com encaminhadores IPv6 e IPv4? 
� Duas abordagens possíveis
� Stack Dupla: alguns encaminhadores implementam as duas stacks
e podem converter o formato IPv4 em IPv6 e vice-versa
� Túneis: Entre encaminhadores IPv4, o datagrama IPv6 é
transportado na parte dos dados do datagrama IPv4
05-11-2007 Universidade do Minho 80
Stack Dupla
Fonte: Computer Networking: A Top-Down
Approach Featuring the Internet, J. Kurose, 
Addison-Wesley, 2001
05-11-2007 Universidade do Minho 81
Túneis
IPv6 “encapsulado” no IPv4 sempre que necessário
Fonte: Computer Networking: A Top-Down
Approach Featuring the Internet, J. Kurose, 
Addison-Wesley, 2001
05-11-2007 Universidade do Minho 82
Exercício
� Considere a topologia apresentada na figura abaixo.
� Sem se preocupar com os endereços de interligação, proponha um esquema que 
lhe permita endereçar os computadores das redes locais associadas aos 
diferentes encaminhadores a partir da gama 193.145.21.0/25.
� Usando uma gama de endereços privados (por exemplo: a gama 
192.168.0.0/16) proponha um esquema para os endereços de interligação.
A B
CD
70 
computadores 10 
computadores
10 
computadores
10 
computadores