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Redes de Telecomunicações (11382)

Ano Lectivo 2014/2015 * 1º Semestre !

Pós Graduação em Information and Communication Technologies for

Cloud and Datacenter !

Aula 4 13/10/2014!UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Faculdade de Engenharia Departamento de Informática

!Nuno M. Garcia, [email protected]

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!UNIVERSIDADE DA BEIRA INTERIOR Faculdade de Engenharia Departamento de Informática


Redes de Telecomunicações

• Agenda

• Camada de rede, endereçamento e Routing

• (adaptado de Kurose, Computer Networking, e de http://netlab.ulusofona.pt; Murphy, University College Dublin, http://www.csi.ucd.ie/Staff/jmurphy/networks/csd8_7-routing.pdf; Varadarajan, Virginia

Tech, http://courses.cs.vt.edu/~cs5516/spring03/slides/net_routing_1.pdf)

• outros assuntos?

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• Internetworking (connecting networks)

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Problema




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Addressing Scheme + Common Protocols + Format Negotiation




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pacotes de dados




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Endereço 1Endereço 2

Endereço 3

Endereço n




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• Endereços IP (IP = Internet Protocol)

• IPv4: endereços no formato FF.FF.FF.FF (hex)

• por exemplo: 193.136.66.5




• Serviços típicos da camada de rede

• Encapsular os segmentos em pacotes no emissor

• Encaminhar pacotes do emissor ao receptor

• entregar os segmentos ao nível de transporte no receptor

• Os protocolos do nível de rede estão em todos os hosts (computadores e routers)

• O router examina o header de todos os pacotes

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• Há dois tipos básicos de técnicas de routing:

• Cut-through

• neste caso, o router começa a transmitir o pacote recebido assim que interpreta o cabeçalho

• Store-and-forward

• o pacote é recebido, armazenado, processado e retransmitido

• Quando se aplica um ou outro?

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• Nas redes IP só há dois formatos de endereços,

• IPv4 (p.e. 193.136.192.40)

• IPv6 (p.e. 2001:4ca0:106::250:56ff:fea9:3fd 2001:4ca0:0106:0000:0250:56ff:fea9:03fd)

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• E o IPv1? v2? v3? v5? (fica para responder em casa)

• como é que uma máquina com um endereço privado consegue comunicar com uma máquina com endereço público?

• Endereços IPv4

• são do tipo 192.168.4.3

• alguns endereços são públicos, alguns endereços são privados

• quem gere a atribuição de blocos IPv4 aos operadores é a IANA

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• Exemplos de atribuição entre nomes e endereços IP

www.ubi.pt 193.136.66.209www.di.ubi.pt 193.136.66.5

penhas.di.ubi.pt 193.136.66.27ninf.ubi.pt 193.136.64.183

www.parlamento.pt 80.251.167.27www.google.pt 209.85.227.147




• Internet Protocol • Protocolo criado em 1974 por Vint Cerf e Bob

Khan • o IPv4 está descrito pela primeira vez na RFC 791

(Set. 1981) • o que é que aconteceu ao IPv1, v2, v3? • o IPv6 está descrito no RFC 2460 (e outros)

(Deering, Hinden, Dez. 1998)

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• O que é um datagrama IPv4?




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• Endereços IPv4

• públicos

• privados

• Endereços IPv6

• públicos

• Unique Local Addresses (fc00::/7)

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• Classes de endereços IPv4

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• 255.255.255.255

!

• Classe A net.host.host.host

• Classe B net.net.host.host

• Classe C net.net.net.host

• Classe D multicast

• Classe E research

• Exemplo: o endereço 49.22.201.70 (classe A) identifica a máquina nº 22.201.70 da rede nº 49.

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• Máscaras de rede

• Classe A 255.0.0.0

• Classe B 255.255.0.0

• Classe C 255.255.255.0

• Classe D, Class E (não aplicável)

• A máscara de rede é usada localmente com o endereço de origem ou com o endereço local para determinar se a máquina está dentro ou fora da nossa subrede.

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• Endereços especiais

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• Endereços reservados

• 0.0.0.0 interpretado como “esta rede” ou “este segmento” (seja ela qual for)

• 255.0.0.0 interpretado como “todas as redes” (da rede 1 até à rede 126, no caso da classe A)

• 127.0.0.1 interpretado como este computador (loopback)

• quando o endereço de host está a zeros, por exemplo 192.0.0.0 significa esta rede (neste caso a rede 192)

• quando o endereço de host está todo a uns, por exemplo 192.255.255.255 significa todas as máquinas da rede 192 (todos os hosts da rede 192)

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• Endereços privados

• destinam-se a ser usados dentro de redes locais

192.168.1.1

192.168.1.2192.168.1.1

192.168.1.1

192.168.1.2

192.168.1.2




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• Endereços públicos

• são atribuídos aos operadores pela IANA

• o seu uso é cobrado aos clientes finais

• uma máquina que tenha um endereço público está visível por todas as outras máquinas da Internet, incluindo as que estão dentro de uma rede local

• por exemplo o endereço da máquina que responde ao endereço www.ubi.pt, tem um endereço público




• 255.255.255.255

• Segmentos privados em cada uma das classes

• Classe A 10.0.0.0 até 10.255.255.255 (255.0.0.0 ou /8)

• Classe B 172.16.0.0 até 172.31.255.255 (255.255.0.0 ou /16)

• Classe C 192.168.0.0 até 192.168.255.255 (255.255.255.0 ou /24)

• Classe D multicast n/a

• Classe E research n/a

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• Conceitos importantes a ter em conta na entrega de pacotes:

• atraso (delay)

• tempo de separação entre pacotes irregular (jitter)

• perda (loss)

• Estas medidas podem fazer sentido quando aplicadas a um pacote isolado ou apenas quando aplicadas a um fluxo de pacotes (flow).

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• Nas redes de pacotes:

• Não existe estabelecimento de conexão no nível rede

• Não existe o conceito de conexão

• Os routers não guardam estado relativamente às conexões end-to-end

• Os pacotes são encaminhados utilizando o endereço do host de destino

• Pacotes sucessivos entre os mesma origem e destino podem seguir caminhos (rotas) diferentes

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• A determinação do caminho a seguir em cada router é determinada pela análise do endereço de destino

• Em cada router existe uma tabela de encaminhamento

• Cada elemento da tabela associa um intervalo de endereços a um interface de saída

• O router a seguir encaminha o pacote pela interface associada ao intervalo a que pertence o endereço de destino

• Hot Potato routing, Paul Baran

• Estas tabelas podem ser estáticas ou dinâmicas

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• Routing dinâmico

• permite que pacotes com o mesmo destino sigam o caminho que está activo

• exige que as tabelas de routing sejam permanentemente actualizadas

• Routing estático

• permite a definição de políticas de encaminhamento

• no caso de avaria num caminho, exige reconfiguração do router

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Rogado, 2006, netlab.ulusofona.pt




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Rogado, 2006, netlab.ulusofona.pt




• Nem todas as ligações de rede utilizadas pelo IP têm o mesmo tamanho de trama

• MTU: Max. Transfer Unit Ethernet: 1500 bytes

• ATM: 48 bytes

• Os datagramas IP são divididos em “fragmentos” pela rede

• Cada fragmento é enviado num novo datagrama

• Os fragmentos são assemblados no destino

• Os bits do header IP são utilizados para identificar e ordenar os fragmentos relacionados

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• Classless InterDomain Routing (CIDR)

• A zona de rede tem um comprimento arbitrário

• O formato usado é xxx.yyy.zzz.kkk / nn em que nn é o número de bits do endereço de rede

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• Qual é a diferença entre Switching e Routing?

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Hf* HfHf*




• Exemplo de uma teórica tabela de routing para um Router IP, recebe endereços IPv4 (__ bits), e tem 4 interfaces

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• E se houver uma regra para cada endereço? !

• Nesse caso, teremos potencialmente 2^32 regras, i.e., 4 294 967 296 de regras

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• Estratégias para limitar o número de entradas numa tabela de routing:

• Routing por intervalos ou routing por classes (CIDR)

• Prefix matching

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• Prefix matching !

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• Prefix matching !

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• Classless InterDomain Routing (CIDR)

• A zona de rede tem um comprimento arbitrário

• O formato usado é xxx.yyy.zzz.kkk / nn em que nn é o número de bits do endereço de rede

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(R)




• CIDR !The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) issues to regional Internet registries (RIRs) large, short-prefix CIDR blocks. For example, 62.0.0.0/8, with over sixteen million addresses, is administered by RIPE NCC, the European RIR. The RIRs, each responsible for a single, large, geographic area, such as Europe or North America, then subdivide these blocks into smaller blocks and issue them local Internet registries. This subdividing process can be repeated several times at different levels of delegation. End user networks receive subnets sized according to the size of their network and projected short term need. Networks served by a single ISP are encouraged by IETF recommendations to obtain IP address space directly from their ISP. Networks served by multiple ISPs, on the other hand, may obtain provider-independent address space directly from the appropriate RIR. !

!!!!!!!!

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!!For example, in the late 1990s, the IP address 208.130.29.33 (since reassigned) was used by www.freesoft.org. An analysis of this address identified three CIDR prefixes. 208.128.0.0/11, a large CIDR block containing over 2 million addresses, had been assigned by ARIN (the North American RIR) to MCI. Automation Research Systems, a Virginia VAR, leased an Internet connection from MCI and was assigned the 208.130.28.0/22 block, capable of addressing just over 1000 devices. ARS used a /24 block for its publicly accessible servers, of which 208.130.29.33 was one.!

All of these CIDR prefixes would be used, at different locations in the network. Outside of MCI's network, the 208.128.0.0/11 prefix would be used to direct to MCI traffic bound not only for 208.130.29.33, but also for any of the roughly two million IP addresses with the same initial 11 bits. Within MCI's network, 208.130.28.0/22 would become visible, directing traffic to the leased line serving ARS. Only within the ARS corporate network would the 208.130.29.0/24 prefix have been used. (in Wikipedia.org)




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in IP in Modern Networks, www.TelecomsAcademy.com




• Dois tipos fundamentais de intra-domain routing

• Link state

• Distance vector !

• Há outros algoritmos para inter-domain routing (routing entre Autonomous Systems - AS)

• Um algoritmo de routing tem que ser:

• correcto, óptimo, eficiente, robusto, estável, justo (fairness), simples

• escalável?

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Redes de Telecomunicações• Dois tipos fundamentais de intra-domain routing

• Link state

• Cada router troca informação com todos os routers da rede sobre os seus vizinhos, quando há uma mudança no estado da rede;

• vizinhos=routers que estão directamente ligados

• há inundação (flood) da informaçao na rede

• mudança=se um router vizinho não responde a uma mensagem

• Distance vector

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• Dois tipos fundamentais de intra-domain routing

• Link state • Cada router troca informação com todos os routers da rede sobre os seus vizinhos, quando há uma mudança no

estado da rede;

• vizinhos=routers que estão directamente ligados

• há inundação (flood) da informaçao na rede

• mudança=se um router vizinho não responde a uma mensagem

• Distance vector

• cada router troca informações de toda a rede com os seus vizinhos, em intervalos regulares (e.g. a cada 30 segundos)

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• Distance-vector routing

• usado inicialmente na Arpanet, usado na Internet de hoje como RIP (Routing Information Protocol)

• uma variação deu origem ao BGP (Border Gateway Protocol), que determina as rotas entre Autonomous Systems (AS); Um AS é uma parte da Internet gerida por uma entidade, e.g. a rede da FCCN é um AS

• o custo por link pode ser diferente de 1

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• problemas conhecidos em Distance-vector routing

• em algumas condições, pode ocorrer o count-to-infinity

• baixa convergência

• baixa fidelidade quando há falhas de links, uma vez que o router só informa os seus vizinhos.

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• Link-State routing tenta resolver os problemas do Distance-Vector !

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• Os algoritmos de Link-State tem várias características interessantes:

• rápida convergência

• geram pouco tráfego

• respondem rapidamente a mudanças no estado dos links

• Exemplos na Internet de hoje: OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS (Intermediate System to Intermediate System).

!

• Problemas:

• o Dijkstra é muito pesado para processadores de routers,

• se houver muitas mudanças, há muitas actualizações e isso é mau,

• usa-se um reliable flooding para os pacotes de link-state.

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• Autonomous system (Internet)!From Wikipedia, the free encyclopedia!!Within the Internet, an Autonomous System (AS) is a collection of connected Internet Protocol (IP) routing prefixes under the control of one or more network operators that presents a common, clearly defined routing policy to the Internet.[1]!

Originally, the definition required control by a single entity, typically an Internet service provider or a very large organization with independent connections to multiple networks, that adhere to a single and clearly defined routing policy, as originally defined in RFC 1771.[2] The newer definition in RFC 1930 came into use because multiple organizations can runBGP using private AS numbers to an ISP that connects all those organizations to the Internet. Even though there may be multiple Autonomous Systems supported by the ISP, the Internet only sees the routing policy of the ISP. That ISP must have an officially registered Autonomous System Number (ASN).!

A unique ASN is allocated to each AS for use in BGP routing. AS numbers are important because the ASN uniquely identifies each network on the Internet.!

Until 2007, AS numbers were defined as 16-bit integers, which allowed for a maximum of 65536 assignments. The Internet Assigned Numbers Authority (IANA) has designated AS numbers 64512 through 65534 to be used for private purposes. The ASNs 0, 56320–64511, and 65535 are reserved by the IANA and should not be used in any routing environment. ASN 0 may be used to label non-routed networks. All other ASNs (1–54271) are subject to assignment by IANA, and, as of September 9, 2008, only 49152–54271 remained unassigned. RFC 4893 introduced 32-bit AS numbers, which IANA has begun to allocate. These numbers are written either as simple integers, or in the form x.y, where x and y are 16-bit numbers. Numbers of the form 0.y are exactly the old 16-bit AS numbers, 1.y numbers and 65535.65535 are reserved, and the remainder of the space is available for allocation.[3]The accepted textual representation of Autonomous System Numbers is defined in RFC 5396.[4]!

The number of unique autonomous networks in the routing system of the Internet exceeded 5000 in 1999, 30000 in late 2008, and 35000 in mid 2010.[5

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• Na próxima semana, mais camada de redes! !

• Questões?

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