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UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Curso de Redes de Computadores Adriano Mauro Cansian adriano@acmesecurity.org Capítulo 4 Camada de Rede 1 unesp - IBILCE - SJRP Capítulo 4: Camada de Rede Veremos: Metas: q Serviços da camada de rede. q Entender os princípios q Como funciona um roteador. em que se fundamentam q Endereços IP. os serviços de rede : q Princípio de roteamento. § Roteamento q Roteamento hierárquico. § Escalabilidade. AS § q Protocolos de roteamento da § Implementação na Internet. Internet. Dentro de um domínio. § Entre domínios § 2 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 1

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Funções da camada de rede (1) q Prover transporte de pacotes fim-a-fim. § Ligar hosts com hosts . • Lembrar do exemplo dos primos que moram em casas em estados diferentes e querem trocar cartas entre si. – Analogia com o correio e carteiro que roteia as cartas q Exigências que devem ser atendidas: § Suportar pilhas de protocolos inferiores diferentes . § Admitir camadas inferiores heterogêneas . § Admitir organização em múltiplos domínios. • Ligação de redes com redes • “inter-net” = Internetworking . 3 unesp - IBILCE - SJRP Funções da camada de rede (2) Note que os roteadores intermediários não precisam das camadas superiores da pilha TCP/IP, ainda que elas sejam implementadas para prover serviços de acesso ao roteador q Missão: Transportar pacotes do aplicação host emissor ao receptor. transporte rede q Protocolo da camada de rede: enlace rede física rede enlace rede presente em hosts e routers . enlace física enlace física física Três funções importantes: rede q Determinação do caminho : rota enlace física rede seguida por pacotes da origem enlace física ao destino . rede Usa algoritmos de roteamento. q rede enlace enlace física q Comutação : mover pacotes física dentro do roteador, da entrada rede aplicação enlace até a saída apropriada. transporte física rede enlace q Estabelecimento da chamada: física algumas arquiteturas de rede requerem determinar o caminho antes de enviar os dados. Não acontece na Internet 4 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 2

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Funções da camada de rede (3) • No lado transmissor : § Encapsula os segmentos em datagramas. • No lado receptor : • Entrega os segmentos à camada de transporte (desencapsula). • Roteador: • Examina campos de cabeçalho em todos os datagramas IP que passam por ele. • Toma decisões de roteamento. • É “ stateless ”. unesp - IBILCE - SJRP Funções-chave da camada de rede: q Roteamento: § Determinar a rota a ser seguida pelos pacotes. q Comutação ou repasse: § Mover pacotes dentro do roteador, da entrada para a saída apropriada. q Algoritmos de roteamento - analogia: § Roteamento : processo de planejar a viagem para saber qual caminho seguir. § Comutação : processo de passar por um único cruzamento. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 3

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Rede de datagramas: o modelo da Internet q Não requer estabelecimento de chamada na camada de rede q Não guarda estado sobre transmissões. § Não existe o conceito de “ conexão ” na camada de rede . q Pacotes são roteados usando endereços de destino. Cada camada de rede vai “carimbar” o pacote com endereço, e enviar. § § Dois pacotes podem seguir caminhos diferentes até destino. aplicação aplicação transporte transporte rede rede 1. envia dados 2. recebe dados enlace enlace física física 7 unesp - IBILCE - SJRP Tabela de comutação ou repasse Considerando o espaço de endereçamento no IPv4 (atual) existem 4 bilhões de entradas possíveis. Destination Address Range Link Interface 11001000 00010111 00010000 00000000 � até 0 11001000 00010111 00010111 11111111 � ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 11001000 00010111 00011000 00000000 � até 1 11001000 00010111 00011000 11111111 � ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 11001000 00010111 00011001 00000000 � até 2 11001000 00010111 00011111 11111111 � ----------------------------------------------------------------------------------------------------- caso contrário 3 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 4

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Decisão de repasse Prefix Match Link Interface 11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 Qualquer outro 3 Exemplos Qual interface? 11001000 00010111 00010110 10100001 Qual interface? 11001000 00010111 00011000 10101010 unesp - IBILCE - SJRP Decisão de repasse Prefix Match Link Interface 11001000 00010111 00010 0 11001000 00010111 00011000 1 11001000 00010111 00011 2 Qualquer outro 3 Exemplos 11001000 00010111 00010110 10100001 � Qual interface? 0 Qual interface? 11001000 00010111 00011000 10101010 � 1 Regra do maior prefixo: o prefixo mais longo na tabela de roteamento tem precedência na decisão. Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 5

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP O que há dentro do roteador ? Visão geral da arquitetura de um roteador 11 unesp - IBILCE - SJRP Visão Geral de Arquitetura de Roteadores q Roteadores possuem 2 funções fundamentais: Executar algoritmos e protocolos de roteamento. § • RIP, OSPF, BGP, dentre outros. Repassar(*) datagramas da interface de entrada para a saída. § • Por intermédio da malha (ou matriz) de comutação ( switch fabric ). (*) Repassar ou Comutar. 12 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 6

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Funções da Porta de Entrada Camada física: recepção de bits Comutação descentralizada : q Verifica o destino do datagrama, e procura qual Camada de enlace: porta de saída. Exemplo : Fast ethernet Usa tabela de rotas na memória da porta de entrada. § q Meta: fazer processamento da porta de entrada na “velocidade da linha”. q Formação de Filas : acontece se datagramas chegam mais rápido que taxa de re-envio para matriz de comutação 13 unesp - IBILCE - SJRP Três tipos de matriz de comutação serão vistas em seguida Dentro do roteador existe uma das 3 principais estruturas de comutação 14 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 7

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP 1. Comutação via Memória q Presentes nos roteadores da primeira geração. q Pacote é copiado para a memória pelo processador do sistema. § Ocorre um gargalo: processamento único. q Depois é lido para fazer o repasse . q A velocidade limitada pela largura de banda da memória. § 2 travessias do barramento por cada datagrama (entra e sai na memória). Porta de Porta de Entrada Saída Memória Barramento do Sistema Roteadores atuais / modernos: q Colocam processador da porta de entrada: q Consulta tabela e copia para a memória. 15 unesp - IBILCE - SJRP 2. Comutação via Barramento q Datagrama viaja da memória da porta de entrada à memória da porta de saída . Por intermédio de um barramento compartilhado . § q Contenção pelo barramento: Taxa de comutação limitada pela largura de banda do barramento. § Datagramas competem pelo uso do barramento. § q Barramento de 1 a 100 Gbps são comuns . Velocidade suficiente para roteadores de acesso e corporativos (mas § não de backbone ). 16 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 8

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP 3. Comutação cross-bar (Rede ou matriz de Interconexão) q Supera limitações dos barramentos. q Matrizes de interconexão desenvolvidas inicialmente para interligar processadores num multiprocessador ( Redes Banyan ). q Consiste de 2n barramentos, conectando n portas de entrada com n portas de saída. q Portas podem “conversar” ao mesmo tempo na matriz. § Taxas mais comuns atuais variam de 200 Gbps a 1 Tbps pela rede de interconexão. § Já existem roteadores de 100 Tbps. § Indicado para roteadores de backbone . 17 unesp - IBILCE - SJRP Comutação cross-bar Portas podem “conversar” ao mesmo tempo na matriz. 18 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 9

UNESP - IBILCE - SJRP - Curso de Redes de Computadores Capítulo 4 unesp - IBILCE - SJRP Porta de Saída q Buffers necessários quando datagramas chegam da matriz de comutação mais rápido do que a taxa de transmissão do enlace . q Eventualmente há disciplina de escalonamento : escolha dos datagramas enfileirados para transmissão. Pode haver usar o campo TOS no header do datagrama IP. § (será discutido mais adiante). § 19 unesp - IBILCE - SJRP Filas e perdas na Porta de Saída q Usa buffers quando taxa de chegada através do comutador excede taxa de transmissão de saída . q Ocorre enfileiramento (atraso) e perdas devido ao transbordamento do buffer da porta de saída. 20 Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 10