Unidade IV Camada de Rede

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Arquitetura de Redes de Computadores
Unidade IV – Camada de Rede 
2Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 2
Objetivos do Capítulo
• Entender princípios dos serviços da camada de rede:
• Endereçamento IP
• Roteamento (seleção de caminho)
• Algoritmo de roteamento genérico
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3Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 3
Camada de Rede
� Função: 
� Determinar o roteamento dos pacotes da origem até o destino.
� Unidade de dados: 
� Datagrama (PDU-R)
� Transporta segmentos (PDU-T) do host transmissor para o receptor
4Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 4
Tabela
de rotas
Entidade de rede em roteadores ou hospedeiros:
Prot. de roteamento
• Escolha de caminhos
• RIP, OSPF, BGP
protocolo IP
• Endereçamento
•Formato dos datagramas
•Tratamento de pacotes
protocolo ICMP
• Aviso de erros
• Sinalização de rotas
Camada de Transporte: TCP, UDP
Camada de enlace
Camada física
Camada de
rede
Protocolo IP
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5Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 5
Camada de Rede - Protocolo IP
� Fornece um serviço: datagrama não-confiável
� Pacotes roteados independentemente um dos outros.
� Pacotes podem ser perdidos, duplicados e chegarem fora 
de ordem
� Camadas superiores tratam destes problemas
� Define o formato da unidade de transferência
� Realiza o roteamento
� Define as regras para o processamento, descarte de pacotes 
e indicação de erros.
6Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 6
Datagrama IP
ver length
32 bits
data 
(tamanho variável,
tipicamente um segmento
TCP ou UDP)
16-bit identifier
Internet
checksum
time to
live
32 bit endereço IP de origem
versão do protocolo IP
tamanho do header (bytes)
número máximo
de saltos
(decrementado em 
cada roteador)
para
fragmentação/
remontagem
tamanho total do 
datagrama (bytes)
protocolo da camada
superior com dados no
datagrama
head.
len
type of
service
classe de serviço flags fragment
offset
proto-
colo
32 bit endereço IP de destino
Opções (se houver) Ex.: marca de 
tempo,registro 
de rota lista de 
roteadores a 
visitar.
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7Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 7
Fragmentação
8Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 8
Endereçamento IP
� Endereçamento universal
� Endereço IP = inteiro de 32 bits – ipv4
� Endereço lógico que identifica um host/máquina ou roteador
� Escrito na forma de 4 números decimais separados por pontos: 
146.164.69.2
� Utilização de prefixos e sufixos
� Torna eficaz as operações de roteamento
� Atribuído a cada interface de rede de uma máquina
� Identifica a conexão de um host na rede
� Um roteador conectando n redes tem n endereços diferentes IP, um 
para cada conexão de rede
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9Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 9
Endereçamento IP
� 5 classes de endereços: classes A, B, C, D e E
� Endereço IP é formado por
� Identificador de rede (netid) ou prefixo de rede
o Identifica uma rede
� Identificador do host/máquina dentro desta rede (hostid) ou 
sufixo
o Identifica uma máquina naquela determinada rede
� Número de bits alocados ao netid e hostid determina a 
classe de um endereço IP
10Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 10
Endereçamento IP
� Prefixos de rede obtidos através da internic
� Um prefixo de rede para cada rede física
� Internic - internet network information center
� Atribuição dos hostids cabe ao administrador da rede 
(sufixos)
� Pode-se atribuir qualquer endereço de rede para uso interno, 
não podendo usar na internet, se não estiver cadastrado na 
internic (http://www.internic.net)
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11Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 11
Classe A
� Utiliza o primeiro byte para identificar a rede
� Faixa de Endereços : 1.0.0.0 - 127.255.255.255
� (27 - 2) redes de classe A (0 e 127 reservados)
� (224 - 2) hosts em cada rede
� 0 - para rede, 1 - broadcast
12Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 12
Classe B
� Utiliza os dois primeiros bytes como identificação da rede
� Faixa de Endereços: 128.0.0.0 - 191.255.255.255
� 214 redes de classe B
� (216 - 2) hosts em cada rede
� Prefixos de classe B praticamente esgotados
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13Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 13
Classe C
� Utiliza os três primeiros bytes para identificar a rede
� Faixa de Endereços: 192.0.0.0 - 223.255.255.255
� 221 redes de classe C
� (28 - 2) hosts em cada rede
14Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 14
Classe D
� Comunicação multicast
� De 224.0.0.0 até 239.255.255.255
� 224.0.0.1 - todos os sistemas nesta subrede
� 224.0.0.2 - todos os roteadores nesta subrede
� 224.0.0.4 - protocolo DVMRP
� 224.0.0.9 - protocolo RIP-2
� ...
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15Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 15
Resumo Endereço IP
CLASSE PREFIXO NETID
(BITS )
NÚMERO
DE REDES
EFETIVO
HOSTID
(BITS )
NÚMERO
DE HOSTS
POR REDE
ENDEREÇO
MÍNIMO
UTILIZÁVEL
ENDEREÇO
MÁXIMO
UTILIZÁVEL
A 0XXXXXXX 7 126 24 16.777.214 1 126
B 10XXXXXX 14 16.384 16 65.534 128.0 191.255
C 110XXXXX 21 2.097.152 8 254 192.0.0 223.255.255
D 1110XXXX - - - - - - - - 224.0.0.0 239.255.255.255
E 11110XXX - - - - - - - - 240.0.0.0 247.255.255.255
16Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 16
Endereços IP Especiais
� Um endereço pode ser usado para identificar:
� uma rede => Todos os bits de máquinas iguais a zero «0» 
� A: 45.0.0.0
� B: 134.65.0.0
� C: 222.45.198.0
� Todos os hosts de uma rede (ender. broadcast) => Todos os 
bits de máquinas iguais a um «1»
� A: 45.255.255.255
� B: 134.65.255.255
� C: 222.45.198.255
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Endereços privados
� Três faixas são reservadas para redes privadas, não podendo 
ser roteadas para fora da rede privada:
� 10.0.0.0 - 10.255.255.255
� 1 classe A
� 172.16.0.0 - 172.31.255.255
� 16 classes B
� 192.168.0.0 - 192.168.255.255
� 256 classes C
� A seguinte faixa é utilizada para a técnica zeroconf, que cria 
automaticamente uma rede IP sem necessitar de configuração 
ou servidores
� 169.254.0.0 – 169.254.255.255
� 1 classe B
Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 17
18Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 18
Exemplos de Endereços IP
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19Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 19
Exemplos de Endereços IP
Rede128.10
Hosts da 
Rede128.10
Rede192.5.48
Hosts da 
Rede192.5.48
20Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 20
Problemas no endereçamento IP
� Projetistas não previram o crescimento de milhares de 
pequenas redes de PCs
� Números de endereços classe A e classe B já se esgotou
� Sobrecarga administrativa para gerenciar os endereços de 
rede
� Aumenta o número de redes, aumenta as tabelas de 
roteamento
� Roteadores trocam informações de suas tabelas entre si
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21Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 21
Problemas no endereçamento IP
� Algumas soluções
� Dividir em sub-redes o endereço disponível
� Endereçamento de sub-rede
� Atribuir vários endereços de classe C no lugar de endereços de 
classe B
� Endereçamento de super-rede
� O novo protocolo ipv6 com 128 bits para endereço IP
� Utilizar endereços privados e NAT (Network Address
Resolution)
22Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 22
Problemas no endereçamento IP
� Em 1985, o endereçamento IP foi modificado para 
possibilitar a criação de sub-redes
� hostid do ender IP é dividido em subnetid+hostid
� Finalidade: 
� Permitir que múltiplas redes físicas utilizem um único prefixo 
de rede
� cada rede física passa a ser uma sub-rede
� otimiza o uso dos endereços de classe A e B
� evita a utilização deendereços de classe C
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23Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 23
Endereçamento com sub-redes
� Separação entre o subnetid e o hostid é definida pela 
máscara (netmask)
� Cálculo da máscara:
� netid e subnetid com todos os bits em «1»
� hostid com todos os bits em «0»
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Referência rápida de máscaras de rede e sub-
redes possíveis
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Exemplos
� Exemplos:
� /9
� /19
Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 25
255 128
1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
27 26 25 24 23 22 21 20
255 255 224
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
27 26 25 24 23 22 21 20
26Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 26
Exemplo de sub-rede
� Endereço de rede 130.50.0.0 (classe B)
� 6 bits para o subnetid e 10 bits para o hostid
� escolha determinada pelo administrador da rede
� netmask = 255.255.252.0
� 26 sub-redes = 64 sub-redes
� 210 hosts = 1024 hosts por sub-rede
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27Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 27
Exemplo de sub-rede
28Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 28
Exemplo1 de sub-rede
� Endereços das sub-redes:
� 256 – 252 = 4, logo:
� 130.50.0.0, 130.50.4.0, 130.50.8.0, 130.50.12.0, ... , 
130.50.248.0
� Endereços disponíveis para máquinas da sub-rede 2
� 130.50.4.1 a 130.50.7.254
� endereço broadcast: 130.50.7.255
� As tabelas de roteamento incluem as sub-redes
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29Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 29
Exemplo de sub-rede
� Dica:
� Quando você ver uma máscara de sub-rede e “der branco” 
para determinar os hosts e a rede:
� Pense nos números “de trás para frente” (quanto falta para 
completar 255?)
� Pense em binário. Sempre. :)
� Lembre que o número de hosts e redes sempre é determinado 
elevando 2 ao número de bits do “lado” desejado, seja o lado 
rede ou o lado host.
30Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 30
Exemplo de sub-rede
� Ações do roteador
� roteador recebe um pacote com endereço destino 130.50.15.6
� faz a operação (ender AND submask) e acha o resultado 
130.50.12.0 (subrede3)
� depois envia o pacote para subrede3.
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31Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 31
CIDR
� A técnica conhecida como CIDR (Classless Inter-Domain Routing –
RFC 1519) reduz um bloco de endereços contínuos a uma única 
entrada representada pelo par:
(endereço de rede, contagem)
� Não considera o conceito de classes
� Implementação do CIDR:
� Um conjunto de endereços (contínuos) é atribuído;
� O número de endereços é uma potência de 2;
� A entrada da tabela contém o endereço base e a 
quantidade de endereços de cada conjunto.
32Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 32
CIDR
� Organização necessita de 2.000 endereços:
� potência de 2 capaz de atender demanda: 2048
� endereços de rede: 194.24.0.0 a 194.24.7.0 (8 redes classe C)
� máscara: 255.255.248.0: 11111111.11111111.11111000.00000000
� No roteamento:
� um pacote com destino 194.24.5.7
11000010.00011000.00000101.00000111 (IP de destino)
11111111.11111111.11110000.00000000 (máscara)
Resultado do AND
11000010.00011000.00000000.00000000 = 194.24.0.0/21 (base)
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33Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 33
� Os maiores blocos CIDR reservados para redes privadas:
Prefixo Ender Inicial Endereço Final
10/8 10.0.0.0 10.255.255.255
172.16/12 172.16.0.0 172.31.255.255
192.168/16 192.168.0.0 192.168.255.255
169.254/16 169.254.0.0 169.254.255.255
Os endereços reservados para uso em internets privadas não se conectam à Internet global. 
Um datagrama destinado a qualquer destes endereços não é roteado através da Internet 
global.
CIDR
34Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 34
Roteamento IP
� Capacidade do TCP/IP de escolher a rota de um pacote, 
escolhendo o melhor caminho possível até o destino.
� Obs: a tabela de roteamento é baseada em endereços IP.
� As etapas de um roteamento:
1. O roteador recebe dados de uma de suas redes 
conectadas
2. O roteador passa os dados para a camada de rede.
3. O roteador verifica o endereço de destino do 
cabeçalho IP. Se o destino estiver na rede onde os 
dados vieram, o roteador descarta os dados, que já 
deverão ter atingido o seu destino (Roteamento 
Direto).
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35Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 35
Roteamento IP
4. Se os dados forem destinados a uma rede diferente, o 
roteador consulta uma tabela de roteamento para 
determinar para onde encaminhará os dados
5. Depois que o roteador determinar qual de seus 
adaptadores receberá dos dados, ele passa os dados 
adiante através do software apropriado da camada 
de Network Access para a transmissão pelo NIC
36Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 36
� A decisão de roteamento IP é baseada numa tabela de 
roteamento
� Cada entrada de uma tabela de roteamento contém as seguintes 
informações:
� Endereço IP de destino (completo ou de uma subrede)
� Endereço IP do próximo roteador (next-hop router)
� Interface de rede - nome que representa um endereço físico
� netmask (no caso de estar se utilizando sub -redes)
Tabela de roteamento IP
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37Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 37
Tabela de roteamento IP
� As tabelas de roteamento podem ser:
� Estáticas
� Exige que o administrador da rede inclua manualmente as 
informações de rota.
� Dinâmicas
� Monta a tabela de roteamento dinamicamente, com base em 
informações de roteamento obtidas como o uso de protocolos de 
roteamento.
� Protocolos de roteamento
o Exemplos
� RIP (Routing Information Protocol)
� OSPF (Open Shortest Path First)
38Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 38
Tabela de roteamento IP
� No roteador R1
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39Arquitetura de Redes de Computadores - Unidade IV 39
Tabela de roteamento IP
� Na estação H1