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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Redes de Computadores
Prof. Rogrio Santos Souza
UNIESP Unidade Florianpolis
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Ementa do curso Definies de sistemas de comunicao Tipos de rede Tecnologias de redes Modelo OSI TCP/IP
Acesso a rede Ethernet Redes Sem Fio
Internet: Endereamento IPv4/IPv6 e roteamento Transporte: TCP e UDP Aplicao
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Sistemas de Comunicao
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TX RX
Rudo
Sinal/Informao
Meio
Eltrico;tico;Sonoro;eletromagntico
Fibra tica;Par metlico;Guia de onda;Ar
TrmicoIntermodulaoDiafonia/CrosstalkImpulsivo
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Meio Tipo Sinal
Metlico Par tranadoCoaxialGuia de onda
Eltrico
tico Fibra tica Luz (laser, ou LED)
Ar Ar LuzRF
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Meios de transmisso
Sinal eltrico (par metlico (paralelo,tranado), coaxial)
Sinal tico (ar livre, fibra tica) Sinal eletromagntico (ar livre, guia de
onda)
Sinal eltrico gera um campo magntico
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Sinal eletromagntico Formado pela onda
eletromagntica:
Dois planos: Eltrico e Magntico
Componente bsica: Onda senoidal
Frequncia
Perodo
Amplitude
Fase
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Tipos de Sinal
Sinal analgico Variaes contnuas
Sinal Digital Variao discreta (o ou 1)
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Tipos de Informao
Informao analgica Informao possui variaes
contnuas; Exemplos: voz, temperatura,
som, etc.
Informao Digital Toda informao que pode ser
construda a partir de zeros ouuns;
Exemplos: arquivos contendovoz, informaes detemperatura, msica, etc.
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Sinal vs. Informao Sinal analgico
(contnuo) Modems TV convencional
Sinal digital (discreto) Celular Ethernet TV digital
Informao analgica(contnua) Leitura de um sensor; Estaes de rdio; TV; Telefone;
Informao digital(discreta) Caracteres; Fluxo de dados entre
computadores (bits);
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Recuperao de Sinal Digital
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Converso de sinal analgico-digital
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Sinal digital: onda quadrada
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Sinal digital: onda quadrada
Quanto mais frequncias, mais perfeita a onda13
Banda Passante e largura de banda
Banda passante o conjuntode frequncias que compemo sinal
Largura de banda a faixa defrequncias assumidas porum sinal analgico ou otamanho da banda passante
Exemplo: a largura de banda
de um sinal telefnico paratransmitir a voz de 4kHz Quanto maior a frequncia
fundamental, maior potenciallargura de banda
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Banda Passante vs. Velocidade deTransmisso Para transmitir mais informaes digitais, necessrio
que cada bit seja transmitido em menos tempo, ou seja,a uma frequncia maior
A limitao atual de taxa de dados no est no meio de transmisso, e simna capacidade dos equipamentos de TX/RX
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Mais rpidoMais lento
T = perodo1/T = frequncia
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Teoremas de Nyquist e Shannon Lei de Nyquist diz que a capacidade de
transmisso de um meio depende da largura debanda (W) e da quantidade de nveis usados natransmisso (L)
Porm sabemos que todo meio de transmissorudo. Shanno inseriu essa variante no seu clculo.
Onde S/N a relao (em dB) entre a potncia do Sinal (S) e o rudo(N)
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C = 2 W log2 (1 + S/N) bps
C = 2 W log2L bps
Meios de transmisso - ESCOLHA
Banda passante Potencial para conexo ponto a ponto ou
ponto a multiponto Limitao geogrfica Imunidade ao rudo CUSTO Sem fio e com fio
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Par tranado TX analgica ou digital Ordem de Gigabits/s Menor custo Ligao entre ns simples: baixo custo
Desvantagens: suscetibilidade a rudo elimite de distncia
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Cabo coaxial
Coaxial = eixos comuns Suporta altas frequncias em distncias
considerveis
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Par tranado x Coaxial
A baixas freqncias: iguais Em altas frequncias (100 kHz) : coaxial Fisicamente: par tranado mais leve,
mais barato
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Fibras ticas
ndice de refrao doncleo maior que o dacasca, fazendo com que oraio tico no fuja dedentro do ncleo
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Fibras ticas
Caras Altas velocidades Sensveis LASER ou LED No sofre interferncia eletromagntica Banda infinita
Dica de leitura:http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/fibra-optica/fibra-optica-sintese.php
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Transmisso sem fio
Boa alternativa quando hindisponibilidade de cabos
Segurana?! Infrared e laser: propagao ao ar livre Enlaces de laser, controle remoto, porta
infravermelha de notebooks Desvantagens: necessrio ter visada, alta
influncia de neblina e chuva
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Transmisso sem fio Radiodifuso AM: 530 kHz a 1,71 MHz (566 m a 175
m) FM: 87,5 MHz a 108 MHz (3,5 m a 2,8 m) VHF: 30 MHz a 300 MHz (10 m a 1 m) UHF: 300 MHz a 3 GHz (1 m a 10 cm)
Microondas (300 MHz a 300 GHz)
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Topologia
Ponto-a-ponto
Ponto-a-multiponto
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TX/RX TX/RXMeio MeioAmp/Rep
TX/RX
Meio MeioAmp/Rep
TX/RX TX/RX TX/RX
Topologias
Estrela Anel
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Barramento
Direo da Comunicao Simplex Duplex
Half-Duplex
Full-Duplex
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Converso / transmissoInformao Sinal
Analgica Telefone Analgico
Analgica CODEC Digital
Digital Modem Analgico
Digital Transmissor Digital Digital
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Transmisso
Analgica: desconsidera o contedo dainformao Amplificadores: amplifica o sinal e o rudo =>
distoro
Digital: considera o contedo da
transmisso Repetidores: recuperam a informao e o
gera novamente
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Prejuzos na transmisso Atenuao Rudo:
Trmico
Intermodulao
Diafonia
Rudo impulsivo
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Prejuzos na transmisso
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Abrangncia de redes
LAN: Local Area Network Rede local; Abrange uma sala, um prdo ou um campus
MAN: Metropolitan Area Network Alcance metropolitano; Abrange pontos em um bairro, uma cidade; Interliga LANs
WAN: Wide Area Network Abrange pontos geograficamente distantes; Interliga LANs
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Abrangncia de redes LAN e WAN
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Abrangncia de redes - MAN
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Equipamentos de rede
Hub: concentrador fsico Bridge: interliga 2 equipamentos Switch: concentrador lgico Modem: MOdulador / DEModulador:
converte dados digitais em sinal analgico
para ser transmitido por linhas telefnicas Roteador: interliga redes Firewall: segurana
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Fundamentos e Infraestruturade Redes de Computadores
Parte 2Prof. Rogrio Santos Souza
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Conexo
Servios orientados a conexo: estabelecimento do canal antes da
comunicao
Preserva a ordem das informaes
Sem conexo: cada mensagem trafega porsi s
Muitos fabricantes Torre de Babel
Aumento das aplicaes em rede Fabricantes estabelecem seus padres Interoperabilidade necessria Como fazer?
Padronizao
Modelo OSI/ISO Modelo de Referncia para a
Interconexo de Sistemas Abertos OSI(Open Systems Interconnection) da ISO(International Standards Organization)
Desenvolvido em conjunto com o CCITT(hoje ITU) para a interconexo desistemas, que eram chamados abertosuns aos outros porque todos adotavam
7 Camadas
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Modelo OSI/ISO
Princpios para definio dessas camadas: Criao de uma camada somente quando se
fizer necessrio um diferente nvel deabstrao
Cada camada deve executar uma funo bemdefinida
Camadas do modelo OSI
Aplicao
Apresentao
Sesso
Transporte
Rede
Enlace
Fsica
Famlia de protocolosArquitetura de redeConceito de camadas criadoanteriormenteInfluncia em outros
padresSucesso: camadas baixasFracasso: camadas altas: altacomplexidade
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Modelo de camadas ISO
Funes de cada camada observandopadres internacionais Limites das camadas visam diminuir
trfego entre elas
Nmero razovel de camadas para evitarrepeties e obter facilidade de controle
Mudanas em uma camada no deveafetar as demais
Camada de Aplicao
Identificar e executar a aplicao Exemplos: HTTP,TFTP, FTP, TELNET, SSH,
SNMP, POP3, SMTP, IMAP, DNS, DHCP,etc., etc., etc.
Camada de Apresentao
Traduz os dados da aplicao para sertransmitido
Codificao Padro de caracteres Exemplos: ASCII Criptografia Compresso de dados
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Camada de sesso
Permite que usurios em mquinasdiferentes estabeleam sesses entre si Controle de dilogo
Quando cada app. deve transmitir ou ouvir
Ponto de sincronizao em caso de perda decomunicao
Abre portas de comunicao
Camada de transporte
camadas de aplicao sub-rede Identifica as aplicaes (portas) Controle de fluxo Ordenao Correo de erros
Unidade: TPDU Classes de servio
Orientada a conexo No orientada a conexo
Camada de transporte
Estabelecimento da conexo
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Camada de transporte Transmisso orientada a conexo
Camada de transporte Encerramento da conexo
Camada de transporte
Deteco de erro
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Camada de rede
Responsvel pelo endereamento Converte endereos fsicos (camada 2)
para lgicos (atribuveis) Descoberta do caminho Roteamento Fim a fim Interconexo
Camada de rede
Controle de fluxo Controle de congestionamento Tamanho de mensagens Camada mxima da Sub-rede Unidade: pacote
Camada de enlace Identificao fsica dos hosts Deteco de erros Controle de fluxo Controle de seqncia de quadros Responsvel pela transmisso e recepo
da informao Unidade: quadros Protocolos: PPP, HDLC, Ethernet, Frame
Relay, ATM
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Camada de enlace
Topologias Estrela
Barramento
Ponto a ponto
rvore
Token ring
Controle de acesso Centralizado
Distribudo
Camada fsica Meio fsico Conectorizao Sinal
Tenso Amplitude Potncia tica Rudo
Tempo Direo da transmisso do sinal: simplex, half-
duplex, full duplex Unidade: bit Exemplos: ADSL, ISDN, V.35, G.703
Modelo TCP/IP E Deus disse: Fiat Lux! E fez o modelo TCP/IP Simplificao das camadas
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Modelo TCP/IP
Aplicao
Transporte
Inter-rede(Internet)
Interface de rede
Camada fsica
Semelhante ao OSI Conhecida como Intra-rede Hardware Sinal Modems, RS-232, V.35, USB, Bluetooth,
ADSL
Camada de enlace Semelhante ao OSI Conhecida como Interface de Rede Acesso ao hardware de comunicao Especifica como organizar e transmitir os
dados em frames ou quadros MTU Ethernet, Frame Relay, ATM
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Camada Internet
Endereamento Roteamento IP, ICMP, ARP, IGMP
Camada de transporte
Semelhante ao OSI Comunicao fim a fim Estabelece portas (numricas) para
identificao das aplicaes Orientado a conexo: TCP Sem conexo: UDP
Camada de Aplicao Interao com o usurio Acesso aos servios HTTP, FTP, TELNET, SMTP, etc.
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TCP/IP vs. OSIAplicao
Apresentao
Sesso
Transporte
Rede
Enlace
Fsica
Transporte
Inter-rede (Internet)
Aplicao
Interface de rede
Exerccios
Duas diferenas e semelhanas entre osmodelos ISO e TCP/IP
Diferena entre servios com conexo esem conexo. Citar 3 exemplos de cadaum
Redes de Computadores eTelecomunicaes
EthernetProf. Rogrio Santos Souza
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Meio compartilhado de difuso
Tecnologias LAN
Meio compartilhado de difuso Problemas de acesso ao meio: quem pode
falar?
Multiplexao Esttica: TDM (Time Division Multiplexing), FDM
(Frequency Division Multiplexing)
Problema: desperdcio, pois o canal fica alocadoindependentemente se h transmisso
Histrico - Aloha Abramson (1970) no Hava Comunicao via rdio, vrios
computadores Meio compartilhado Tempo contnuo Qualquer um transmite assim que
necessrio Haver colises (perda de dados)
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Histrico - Aloha
Para detectar a coliso, o TX escuta asada do canal Ao detectar coliso, aguarda um tempo
aleatrio para retransmitir
Problemas: baixa efetividade datransmisso
Falta de sincronia na transmisso geramaior quantidade de colises
Vulnerabilidade - Aloha
Vulnervel
Histrico Slotted Aloha Roberts (1972) Mesmo princpio do Aloha, com
sincronismo de tempo (slots) Computador controla os tempos em que
podem ser transmitidos dados no meio Duplica a efetividade do Aloha
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Vulnerabilidade SlottedAloha
Vulnervel
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500 m
185 m
100 m
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10 Gigabit Ethernet
Funciona apenas em Full-Duplex No utiliza o CSMA/CD na camada MAC Fibra tica multimodo e monomodo Ponto-a-Ponto Interligao de Backbone
10-Gigabit Ethernet Full-Duplex No utiliza o CSMA/CD na camada
MAC Fibra tica apenas Ponto-a-Ponto Interligao de backbone
10-Gigabit Ethernet 10Gbase-SR:
Utiliza fibra multimodo com alcance de at300 m
10Gbase-LR e ER: utiliza fiba monomodo com alcance de 10 e
40 km, respectivamente 10Gbase-LX4:
utiliza WDM (Wavelength DivisionMultiplexing): 300 m com fibra multimodo e10 km com monomodo
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Redes Locais Sem FioWLAN (Wireless LocalArea Network)
Tpicos
Definies PadresAccess Point CSMA/CA Topologias Segurana
Evoluo das Redes Locais Aumento de velocidade Variao de servios Necessidade de padronizao Advento de novos dispositivos
Necessidade de mobilidade Segurana
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Tecnologias sem fio
LAN vs. WLAN
Acesso ao meio RTS / CTS Carrier Sense MultipleAccess / Coilision
Avoidance (CSMA/CA) Half Duplex Utiliza RTS (Ready to Send)/ CTS (Clear
to Send)
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CSMA/CA
Origem Destino
RTS
CTS
Data
ACK
Exemplo de ligao
802.11a Utiliza a faixa de frequncia 5,7 Ghz. Menor ndice de interferncias por
microondas, telefones sem fio, etc. Menor alcance Problemas de autorizao de uso da faixa
de 5 GHz Taxas de at 54 Mbps
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802.11b
Faixa de 2,4 GHz Taxas de 1, 2, 5.5 e 11 Mbps; Modulao DSSS Melhor alcance que a 802.11a e menor
ndice de obstruo Muita interferncia de microondas,
telefones sem fio, etc.
802.11g
Faixa de 2,4 GHz Modulao OFDM ou DSSS Taxas de at 54 Mbps com modulao
OFDM e de 1, 2, 5.5 e 11 Mbps para DSSS Proporciona compatibilidade com o
802.11b Access point fora os clientes 802.11g a
esperar mais para trasmitir quandoexistem clientes usando 802.11b
802.11n Permite utilizar mais de um rdio (at 3)
para aumentar a taxa de dados Utiliza tanto 2,5 GHz quanto 5,7 GHz Permite at 300 Mbps Utiliza modulao MIMO (Multiple Input
Multiple Output) Mais de um fluxo de dados
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Comparativo padres802.11a 802.11b 802.11g 802.11n
Faixa 5,7 GHz 2,4 GHz 2,4 GHz Ambas
Canais At 23 3 3 2 para cadardio
Modulao OFDM DSSS DSSS OFDM OFSM-MIMO
Taxa de dadosmxima
54 Mbps 11 Mbps at 11Mbps
54Mbps
At 300 Mbps
Alcance 35 m 35 m 35 m At 70 m
Data delanamento
1999 1999 2003 2008
Vantagens Poucainterferncia
Baixo custo Baixa obstruo Altas taxas
Desvantagens Custo alto,menor alcancereal
Propenso ainterferncia
Propenso ainterferncia
Alto custodevido necessidade devrios rdios
Problema do n oculto
Canais de transmisso
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Topologias Ad Hoc
Topologias Basics Services Set(BSS)
Topologias Extended Services Set
(ESS)
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Associao cliente Access Point
Beacons - Quadros usados pela rede de WLANpara anunciar sua presena.
Investigaes - Quadros usados por clientesWLAN para localizar suas redes.
Autenticao - Um processo que um artefatodo padro 802.11 original, mas ainda assimexigido pelo padro.
Investigao
Autenticao
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Associao
Segurana em redes sem fio
Segurana em redes sem fio
802.1x
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Segurana em redes sem fio 802.1x e radius
Criptografia WEP (Wired Equivalency Protection )
Chave compartilhada entre cliente e Access point Baseado em desafio
TKIP (Temporal Key Integrity Protocol ) certificado como WPA (AllianceWiFi ProtectedAccess) AES (Corrige problemas da WEP Criptografa payload L2 Verificao de Integridade da Mensagem
AES (Advanced Encryption Standard) Certificado como WPA2 ou 802.11i Mesmas funes do TKIP Funes extras da camada MAC Nmero serial no cabealho Permite funcionamento com Radius
Pilha TCP/IP e a InternetParte I IntroduoProf. Rogrio Santos Souza
Fonte: apresentaes Douglas E. Comer, traduzidas pelo Dr. Klber Vieira Cardoso
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Tpicos
Histria Instituies Documentos e padres
Histria
1961: Kleinrock teoria das filas demonstra eficincia dacomutao por pacotes
1964: Baran comutao de pacotes em redes militares
1967: concepo da ARPAnet pela ARPA (Advanced ResearchProjects Agency)
1969: entra em operao o primeiro n da ARPAnet
1972: demonstrao pblica da ARPAnet (com 15 ns)
1973: Metcalfe prope a Ethernet em sua tese dedoutorado
Histria (cont.) 1974: Cerf e Kahn - arquitetura para a interconexo de
redes
1979: ARPAnet tem 200 ns
Fim dos anos 70: arquiteturas proprietrias: DECnet, SNA
1983: implantao do TCP/IP
1983: definio do DNS para traduo de nome paraendereo IP
1988: controle de congestionamento do TCP
Ao longo da dcada de 80: novas redes nacionais - CSnet,BITnet, NSFnet, Minitel
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Histria (cont.) incio dos anos 90: ARPAnet desativada, Berners-Lee
cria a WWW
1991: NSF (National Science Foundation) removerestries ao uso comercial da NSFnet (e desativadaem 1995)
1994: Mosaic, posteriormente Netscape
fim dos anos 90: comercializao da Web 1996: projeto Internet 2
Final dos anos 90: mais de 50 milhes de hosts e maisde 100 milhes de usurios
Hoje
Os 2 ltimos blocos /8 alocados em31/01/2011
908,5 milhes de hosts (entradas deDNS) em 06/2012
Brasil possui 27 milhes de hosts (4
colocado) em 06/2012
Fonte: http://www.isc.org/solutions/survey
Instituies de pesquisa e
engenharia
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Instituies Registro e autorizao
ICANN
IANA
Internet Corporation
OfAssignerd Namesand Numbers
Internet AssignNetwork Address
Instituies (cont.) ISOC (Internet SOCiety) www.isoc.org
IAB (Internet Architecture Board) www.iab.org
IETF (Internet Engineering Task Force) www.ietf.org
IESG (Internet Engineering Steering Group)
WG (Working Group)
IRTF (Internet Research Task Force) www.irtf.org
IESG (Internet Research Steering Group)
RG (Research Group)
Outros:
ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) www.icann.org IANA (Internet Assigned Numbers Authority) www.iana.org
W3C (World Wide Web Consortium) www.w3c.org
Documentos e padres Informaes so documentadas em uma srie de
relatrios, conhecidos como RFCs (Request ForComments) - www.ietf.org/rfc.html
RFCs incluem: Protocolos da pilha TCP/IP
A Internet
Tecnologias relacionadas
RFCs so editados, mas no h tanto rigor como empublicaes acadmicas A verificao e edio so feitas pelo IESG
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Documentos e padres (cont.)
RFCs contm: Propostas
Levantamentos e medies
Padres
Piadas?! (IP sobre pombo correio:1149, Eletricidade sobre IP: 3251,Humor do pacote no Option no TCP: 5841)
RFCs:
So numerados cronologicamente
Documentos revisados (modificados) ganham novos nmeros
Nmeros que terminam em 99 (resumo) e 00 (situao) soreservados
Documentos e padres (cont.)
Internet Draft
Experimental Proposed standard
Draft standard
Internet standard
Historic
I nf orma ti onal B es t C ur ren t P ract ice
Documentos e padres (cont.) Exemplos de RFCs:
RFC791 Internet Protocol(IP) Substitui RFC760
RFC768 User Datagram Protocol(UDP) RFC793 Transmission Control Protocol (TCP) RFC2821 Simple Mail Transfer Protocol (SMTP)
Substitui RFC821, o qual substituiu o RFC788
RFC1149 (1990) - Standard for the transmission of IPdatagrams on Avian Carriers
RFC 6921 (2013) - Design Considerations for Faster-Than-Light (FTL) Communication
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Pilha TCP/IP e a InternetParte II A interligao em redesProf. Rogrio Santos Souza
Fonte: notas de aula do Dr. Kleber Vieira Cardoso
Tpicos
Interconexo: aplicao vs. rede Propriedades da interligao em redes Arquitetura da interligao em redes
Rede
Roteador Host (sistema final)
Interconexo: aplicao vs. redeFato: h tecnologias de rede diferentes (e incompatveis) e se
deseja conectividade universal
Abordagem aplicao: software na camada de aplicaoexecuta em cada equipamento e lida com as caractersticas decada rede, ou seja: Aumentar funcionalidade do sistema implica em criar novo
software para cada equipamento
Adicionar novo hardware implica em modificar ou criar novosoftware
Em cada equipamento, cada software (de rede) precisa conhecerdetalhes da tecnologia
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Interconexo: aplicao vs. Rede (cont.)
Abordagem rede: software na camada de rede executa emcada equipamento e lida com as caractersticas de cada rede,ou seja: As atividades de comunicao de dados so separadas das
aplicaes (que oferecem algum servio til)
A separao de funes cria um sistema flexvel, permitindo: Mudanas no hardware sem afetar (diretamente) as aplicaes
Evolues nas aplicaes sem se preocupar (explicitamente) com a infra-estrutura de comunicao
Alteraes na interligao de rede, mantendo hardwares e aplicaesinalteradas
Propriedades da interligao em redes
Aplicaes no precisam conhecer detalhes daarquitetura de interconexo de rede
No h uma topologia a ser seguida
necessrio enviar dados entre redes intermedirias
H um conjunto universal de identificadores que
contempla todos os equipamentos As aplicaes possuem um conjunto de operaes
nico, independente do hardware subjacente
Arquitetura da interligao em redes
Sistema final (host) executa as aplicaesdistribudas
Rede infra-estrutura que conecta os hosts Roteador promove a interligao em redes
Participa em pelo menos duas redes
Passa pacotes de uma rede para outra
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Arquitetura da interligao em redes (cont.)
Roteadores Precisam conhecer a topologia da interligao
em redes
Usam a rede de destino, no o host de destino,para fazer o roteamento de pacotes, logo: Equipamentos mais simples
Quantidade de informao aumenta com o nmero deredes e no hosts
Arquitetura da interligao em redes (cont.)
Para as aplicaes (e usurios), a interligao em redescria uma nica rede virtual entre os hosts
Pilha TCP/IP e a InternetParte III Endereamento IP
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Tpicos
Formato do endereo Classes de endereos Endereos especiais Sub-rede e mscara
VLSM (Variable Length Subnet Mask)
CIDR (Classless Inter-Domain Routing)
Endereo IP
Funo semelhante ao endereo dehardware, ou seja, identificar uma interface decomunicao
Cada interface de comunicao ligada aInternet (pblica) contm um endereo IP
unicast (de um destino) nico usado pelas aplicaes distribudas um valor binrio de 32 bits (verso 4)
Valores foram agrupados para tornar o roteamentoeficiente
Formato do endereo IP
Endereo dividido em duas partes: Prefixo de rede (network ID) identifica a rede a
qual o host se conecta Um prefixo de rede atende uma rede fsica (proposta
original do endereamento IP)
Sufixo de host (host ID) identifica o host naquelarede
Prefixo de rede Sufixo de host
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Propriedades necessrias do endereamentoIP
Compacto (menor representao possvel)
Universal (endereos suficientes para todos)
Funciona com todos os hardwares de rede Permite tomar decises eficientemente:
Verificar se o destino pode ser alcanado diretamente
Decidir qual roteador usar para entrega indireta
Escolher qual o prximo roteador ao longo do caminhopara o destino
Endereos IP com classe
Esquema original de endereamento IP Explica muitas decises de projeto Novos esquemas mantm compatibilidade
retroativa
Prefixo e Sufixo: qual o tamanho?
Prefixo grande: muitas redes, porm pequenas
Prefixo pequeno: poucas redes, porm grandes
Soluo: acomoda (ou pelo menos tentaacomodar) ambas as possibilidades, criandoclasses de endereos
Prefixo de redeSufixode host
Prefixode rede
Sufixo de host
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Classes de endereos IP
Classe
0.0.0.0 at127.255.255.255
0 Net IDA Host ID
128.0.0.0 at191.255.255.255
Host ID10 Net IDB
192.0.0.0 at223.255.255.255
Host ID110 Net IDC
224.0.0.0 at239.255.255.255
Endereo Multicast1110D
240.0.0.0 at255.255.255.255
Reservado1111E
1.o byte 2.o byte 3.o byte 4.o byte
Classes de endereos IP (cont.)
Uma classe (tamanho de prefixo e sufixo)pode ser encontrada de forma eficiente
Classe A
0
Classe B
1.obit
2.obit
3.obit
4.obit
Classe C Classe D
Classe E
0 0 0
Incio
1 1 1 1
Propriedades importantes
Endereos com classe so auto-identificados, logo: possvel determinar a fronteira entre prefixo e sufixo a
partir apenas do endereo IP, portanto: No necessrio guardar informao adicional sobre o tamanho do
prefixo (e do sufixo)
Beneficia tanto hosts quanto roteadores
Endereo IP identifica uma conexo rede (ou seja,uma interface de comunicao) e no um equipamento Ex.: um roteador participa em pelo menos duas redes, logo
tem pelo menos duas interfaces de comunicao e, portanto,tem pelo menos dois endereos IP
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Notao
Decimal com pontos O endereo descrito byte-a-byte em notao decimal,
separando com pontos: w.x.y.z
Facilita a leitura (e memorizao)
Amplamente adotada na Internet e na literatura
associada
Exemplo:
Notao binria:
10010010 10100100 01000101 00000010
Notao decimal com pontos:
146.164.69.2
Endereos especiais Todos os bits com zero (0.0.0.0): este host nessa rede
Pode aparecer como apenas comoendereo fonte usado no processo de inicializao (boot), antes do equipamento obter seu
endereo Todos os bits com um (255.255.255.255): difuso (broadcast) local Sufixo de host com todos os bits zero (ex.: 100.0.0.0): endereo da rede Sufixo de host com todos os bits um (ex.: 200.0.0.255): endereo
broadcast (difuso) direcionada Endereo 127.0.0.1 significa loopback, ou seja, no enviado pela rede
A rede 127.0.0.0 inteira reservada para loopback
Multicast
IP permite multicast (multi-destinatrio),porm o suporte no est disponvel em todaInternet
Endereos da classe D so reservados paramulticast IP multicast usa hardware multicast quando este
est disponvel
Cada endereo corresponde a um grupo deequipamentos
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Atribuio de endereos
Todos os hosts na mesma rede possuem omesmo prefixo (de rede) nos endereos Prefixos so atribudos por uma entidade central
Ou obtidos de um ISP (Internet Service Provider)
Cada host em uma rede tem um nico sufixo Sufixos so atribudos localmente
Administrador responsvel por garantir aunicidade
Exemplo de algumas redes
1 10M
10K1
1 100
Rede 200.0.0.0
Rede 150.0.0.0
Rede 100.0.0.0
R2 R1
R3150.0.50.0
100.200.0.0
200.0.0.150Sitecom 3 redes declasses diferentes
Restante daInternet
Pausa para a prtica! Endereos:
Classe A Classe B Classe C Classe D
Prtica com nmeros binrios Endereos na mesma rede Range de endereos Lista de exerccios no portal Barddal
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Restries do endereos IP com classe
Apenas trs classes para enquadrar as redes
Classe C muito pequena: apenas 254 hosts Computadores pessoais resultaram em redes com muitos hosts
Classe B permite muitos hosts, mas o nmero de prefixos insuficiente (pouco mais de 16 mil) Classe A tem nmero muito pequeno de prefixos: 126
Problema: Como racionalizar a atribuio de prefixos de rede(sobretudo de classe B) sem abandonar o esquema deendereamento de 32 bits
Endereamento de sub-rede No parte do esquema de
endereamento IP original, mas aindamantm compatibilidade
Permite que um site use um nico prefixo derede para mltiplas redes fsicas
Subdivide o sufixo de host em um par de campos:rede fsica e host O novo esquema tratado apenas por roteadores e
hosts do site Externamente os endereos so tratados pelo esquema
original
Exemplo de sub-rede
As duas redes f sicas compartilham o mesmo prefixo de rede:150.0
Roteador R1 usa o terceiro byte para escolher a rede fsica
Trfego em direoa rede 150.0.0.0
sub-rede 150.0.128.0
sub-rede 150.0.64.0
1 10K
1 10K
Restante daInternet
R1
Sitecom 2 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
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Interpretao dos endereos
Endereos com classe tem dois nveis hierrquicos Rede fsica identificada pelo prefixo
Host na rede identificado pelo sufixo
Endereos com sub-rede tem trs nveis hierrquicos Site identificado pelo prefixo de rede
Rede fsica (dentro do site) identificada por parte do sufixo
Host na rede identificado pelo restante do sufixo
Exemplo de interpretao de endereo
Usando um endereo de classe B
Prefixo do host foi dividido para obter 256 sub-redes (8bits) com 256 hosts (8 bits restantes) cada uma De fato, 254 hosts + end. sub-rede + end. difuso
Prefixo de rede Sufixo de host
Prefixo de rede Sufixode hostSub-rede
Parte Internet Parte local
Tamanho da sub-rede
Depende da topologia do site e do nmerode hosts em cada rede fsica
Pode ser qualquer sub-diviso de uma redeclasse A, B ou C, desde que seja uma potnciade dois
O tamanho estabelecido por uma mscarade sub-rede
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Mscara de sub-rede
A cada rede fsica associado uma mscara de endereo de32 bits, tambm chamada mscara de sub-rede
Os bits 1 na mscara cobrem todo o prefixo de redemais zero ou mais bits do sufixo de host
Para identificar o prefixo de rede e a sub-rede feito um Elgico (bit-a-bit) entre o endereo IP fornecido e a mscara desub-rede
Dois tipos de mscara: Mscara de sub-rede de tamanho fixo
Mscara de sub-rede de tamanho varivel (Variable Length SubnetMaskVLSM)
Mscara de sub-rede de tamanho fixo exemplo
4 sub-redes de uma classe B (ex.: 150.0.0.0) atendem adequadamente,sendo todas as sub-redes do mesmo tamanho
Trfego em direoa rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 10K
1 10K
1 10K
R1R2
R3
Mscara de sub-rede de tamanho fixo exemplo (cont.)
Rede 150.0.0.0 = 10010110 00000000 00000000 00000000
4 sub-redes => 2 bits para a mscara
Mscara = 11111111 11111111 11000000 00000000
ou 255.255.192.0 (notao decimal com pontos)1.a sub-rede = 10010110 00000000 00000000 00000000 ou 150.0.0.0
2.a sub-rede = 10010110 00000000 01000000 00000000 ou 150.0.64.0
3.a sub-rede = 10010110 00000000 10000000 00000000 ou 150.0.128.0
4.a sub-rede = 10010110 00000000 11000000 00000000 ou 150.0.192.0
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Mscara de sub-rede de tamanho fixo exemplo (cont.)
Novos endereos de (sub)rede e difuso:1.a sub-rede = 10010110 00000000 00000000 00000000 ou 150.0.0.0
end. de difuso = 10010110 00000000 00111111 11111111 ou 150.0.63.255
2.a sub-rede = 10010110 00000000 01000000 00000000 ou 150.0.64.0
end. de difuso = 10010110 00000000 01111111 11111111 ou 150.0.127.255
3.a sub-rede = 10010110 00000000 10000000 00000000 ou 150.0.128.0
end. de difuso = 10010110 00000000 10111111 11111111 ou 150.0.191.255
4.a sub-rede = 10010110 00000000 11000000 00000000 ou 150.0.192.0
end. de difuso = 10010110 00000000 11111111 11111111 ou 150.0.255.255
Mscara de sub-rede de tamanho fixo exemplo
Resultado da distribuiode endereos IP da rede 150.0.0.0 usando 4sub-redes de mesmo tamanho
Trfego em direoa rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 10K
1 10K
1 10K
sub-rede 150.0.192.0/255.255.192.0
sub-rede 150.0.64.0/255.255.192.0sub-rede 150.0.128.0/255.255.192.0
sub-rede 150.0.0.0/255.255.192.0
R1R2
R3
Mscara de sub-rede de tamanho fixo
Site usa a mesma mscara em todas as redes fsicas
Vantagens:
Uniformidade
Facilidade de projeto, manuteno e depurao Desvantagens:
Nmero fixo de redes para todo o site
Nmero fixo de hosts por rede
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Mscara de sub-rede de tamanho varivel(VLSM) exemplo
4 sub-redes de uma classe B (ex.: 150.0.0.0) atendem adequadamente,no entanto, cada sub-rede possui um tamanho diferente
Trfego em direo a rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 20K
1 5K
1 5K
R1R2
R3
Mscara de sub-rede de tamanho varivel(VLSM) exemplo (cont.)
Rede 150.0.0.0 = 10010110 00000000 00000000 00000000
4 redes fsicas, sendo que a maior necessita de dos endereosIP => 1 bit (resta dos endereos)
A segunda maior rede fsica necessita de dos endereos => 2bits (resta dos endereos)
As duas redes fsicas menores so atendidas com 1/8 dos
endereos (cada uma) => 3 bits
Ou seja, as respectivas mscaras atendem:
Mscara = 11111111 11111111 10000000 0000000 (255.255.128.0)
Mscara = 11111111 11111111 11000000 0000000 (255.255.192.0)
Mscara = 11111111 11111111 11100000 0000000 (255.255.224.0)
Mscara de sub-rede de tamanho varivel(VLSM) exemplo
Resultado da distribuiode endereos IP da rede 150.0.0.0 usando 4sub-redes de tamanhos diferentes
Trfego em direo a rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 20K
1 5K
1 5K
sub-rede 150.0.224.0/255.255.224.0
sub-rede 150.0.0.0/255.255.128.0
sub-rede 150.0.192.0/255.255.224.0
sub-rede 150.0.128.0/255.255.192.0
R1R2
R3
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Mscara de sub-rede de tamanho varivel(VLSM Variable Length Subnet Mask)
Administrador pode escolher tamanhos diferentes paracada rede fsica
Mscara associada com base na rede fsica, ou seja, cadarede pode ter a sua mscara
Vantagens: Flexibilidade para misturar redes fsicas de diferentes tamanhos
Uso mais racional do espao de endereamento
Desvantagens: Maior complexidade para atribuire administrarendereos
Potenciais ambigidades e inconsistncias no endereamento
Mscara de sub-rede de tamanho varivel(VLSM) exemplo de inconsistncia
Mesma configurao anterior, porm usando uma distribuiodiferente que leva a uma sub-rede que no endereada conforme oesperado
Trfego em direo a rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 20K
1 5K
1 5K
R1R2
R3
Mscara de sub-rede de tamanho varivel (VLSM) exemplo de inconsistncia (cont.)
Rede 150.0.0.0 = 10010110 00000000 00000000 00000000
4 redes fsicas, sendo que a primeira (de cima para baixona figura anterior) necessita de dos endereos IP => 2bits (resta dos endereos)
A segunda (e maior) rede fsica necessita de dosendereos => 1 bit (resta dos endereos)
As duas redes fsicas menores so atendidas com 1/8 dosendereos (cada uma) => 3 bits
Ou seja, as respectivas mscaras atendem:
Mscara = 11111111 11111111 11000000 0000000 (255.255.192.0)
Mscara = 11111111 11111111 10000000 0000000 (255.255.128.0)
Mscara = 11111111 11111111 11100000 0000000 (255.255.224.0)
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Mscara de sub-rede de tamanho varivel (VLSM) exemplo de inconsistncia (cont.)
O resultado semelhante ao obtido anteriormente, porm h umainconsistncia
Trfego em direo a rede 150.0.0.0
Restante daInternet
Sitecom 4 redes fsicas,mas apenas uma rede IP
1 10K
1 20K
1 5K
1 5K
sub-rede 150.0.224.0/255.255.224.0
sub-rede 150.0.64.0/255.255.128.0
sub-rede 150.0.192.0/255.255.224.0
sub-rede 150.0.0.0/255.255.192.0
R1R2
R3
Mscara de sub-rede de tamanho varivel (VLSM) exemplo de inconsistncia (cont.)
Supondo que a d istribuio fosse vlida, as tabelas de roteamentodentro do site conteriam as seguintes entradas:
150.0.0.0/255.255.192.0
150.0.64.0/255.255.128.0
150.0.192.0/255.255.224.0
150.0.224.0/255.255.224.0
Se um pacote endereado ao IP 150.0.128.1 aparecesse, em qual
entrada da tabela se enquadraria?Pela distribuio seria na 2.a entrada (150.0.64.0/255.255.128.0),mas veja o resultado do E bit-a-bit entre o endereo e a mscara:
150.0.128.1 = 10010110 00000000 10000000 00000001 (E)
255.255.128.0 = 11111111 11111111 10000000 00000000
10010110 00000000 10000000 00000000 = 150.0.128.0 (???)
Roteamento com VLSM Cada entrada na tabela de roteamento tem uma
mscara associada Uma mscara com todos os bits 1 usada para uma rota
especfica para um host
Uma mscara de rede (A, B ou C) usada para rota especficade rede
Uma mscara de sub-rede usada para rota especfica de sub-rede
Uma mscara com todos os bits 0 usada para especificar arota padro
As rotas so ordenadas por ordem decrescente de bits1 nas mscaras
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Classless Inter-Domain Routing(CIDR)
Problemas: Crescimento exponencial da Internet O uso de sub-redes no suficiente Endereos IP limitados (sobretudo classe B)
Previso feita em 1993: Endereos IP (verso 4) esgotados em poucos
anos
Devido a vrias medidas at hoje endereosno se esgotaram Algumas previses indicam 2012 a 2020
Motivao para CIDR: classe C
Quando CIDR foi proposto: Pouco mais de 17 mil prefixos de classe B livres Mais de 2 milhes de prefixos de classe C sem uso Classe C muito pequena para um grande nmero de
redes
Com CIDR tornou-se possvel, porexemplo: Agrupar 256 prefixos de classe C em um nico prefixo
equivalente a uma classe B Dividir uma classe B em prefixos menores, desde que
potncias de 2
Notao CIDR
Endereos so escritos no formato: nmero/M Nmero: prefixo de rede
M: quantidade de bits 1 na mscara, ou seja, seu tamanho
Exemplo:
214.5.48.0/20 Prefixo ocupa 20 bits
Sufixoocupa 12 bits
Essa faixa equivale a 16 prefixos de classe C ou 1/16 de classeB
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Exemplo em detalhe
214.5.48.0 = 11010110 00000101 00110000 00000000
20 bits = 11111111 11111111 11110000 00000000
prefixo da rede= 11010110 00000101 00110000 00000000
ou 214.5.48.0
end. de difuso = 11010110 00000101 00111111 11111111
ou 214.5.63.255
equivalente, por exemplo, s seguintes redes classe C agrupadas:214.5.48.0 214.5.52.0 214.5.56.0 214.5.60.0
214.5.49.0 214.5.53.0 214.5.57.0 214.5.61.0
214.5.50.0 214.5.54.0 214.5.58.0 214.5.62.0
214.5.51.0 214.5.55.0 214.5.59.0 214.5.63.0
Proliferao de rotas
Se o roteamento usasse o esquema originalde classes, os endereos CIDR implicariamem muitas rotas Por exemplo, um site com uma faixa equivalente a
16 redes classe C (como a anterior) precisaria de
16 entradas em uma tabela de rotas CIDR propem o conceito de super-rede
Uma faixa de endereos pode ser sub-dividida (sub-rede) e um conjunto de faixas pode ser agrupado(super-rede)
Agregao de rotas
Muda o roteamento, assim como foimudado o endereamento
Cada rota tem uma mscara associada Sempre que informaes de roteamento
so trocadas, o par (endereo,mscara) enviado
Tambm conhecida como bloco CIDR
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Roteamento com CIDR
Cada entrada na tabela tem uma mscaraassociada
Busca organizada do mais especfico parao menos especfico (ou seja, entrada commaior mscara testada antes) Conhecida como consulta (ou busca) do prefixo
mais longo
Enfim, semelhante a VLSM, porm no estrestrito a um site
Usando CIDR - exemplo 1
O site pode ser atendido (como exemplo) pela seguinte rede200.150.64.0/18, evitando:
o desperdcio de uma rede classe B
a manipulao de 64 entradas de redes classe C apenas para o site
Restante daInternet
1 4K
1 8K
1 2K
1 2K
R1R2
R3
Usando CIDR - exemplo 1 (cont.)
Uso da rede 200.150.64.0/18, com VLSM para atender as redes fsicas dediferentes tamanhos e CIDR para descrever (sub)redes (e portanto, rotas)sem classe
Trfego em direo a rede 200.150.64.0/18
Restante daInternet
1 4K
1 8K
1 2K
1 2K
sub-rede 200.150.120.0/21
sub-rede 200.150.64.0/19
sub-rede 200.150.112.0/21
sub-rede 200.150.96.0/20
R1R2
R3
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Usando CIDR - exemplo 2
Alguns ISPs tem clientes com demanda por pequeno nmero de endereosIP, a qual pode ser atendida por uma frao de classe C. Por exemplo, arede 200.100.50.128/26, atende o site acima
1 12
281
1 13
R2 R1
R3
Restante daInternet
Usando CIDR - exemplo 2 (cont.)
Uso da rede 200.100.50.128/26, com VLSM para atender as redes fsicasde diferentes tamanhos e CIDR para economizar endereos
1 12
281
1
R2 R1
R3
Restante daInternet
Trfego em direo a rede 200.150.50.128/26
13
sub-rede 200.150.50.160/28
sub-rede 200.150.50.128/27
sub-rede 200.150.50.176.0/28
Resumo CIDR
Atende temporariamente, espera-se que ata verso 6 do IP se estabelecer Foi previsto para ter sucesso durante alguns
anos, mas superou muito as expectativas
Mantm compatibilidade retroativa comendereos com classe Basicamente, estende o conceito de mscara de
sub-rede de tamanho varivel (VLSM) para oprefixo
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Mais endereos especiais
Endereos IP privados Alguns blocos CIDR reservados para uso dentro de um site
No devem aparecer na Internet pblica Podem se repetir em diferentes sites
So tambm chamadosno roteveis, pois alguns roteadores (naInternet) os descartam
So eles:
Prefixo Incio Fim
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
PilhaTCP/IP e a InternetMapeamento de endereos IP em endereos fsicos (ARP)
Exemplo genrico Computadores A e B na mesma rede (fsica) Aplicao em A gera um pacote para
aplicao em B Software do protocolo em A deve usar o
endereo de hardware de B ao envi-lo umpacote, logo: Software do protocolo precisa de um mecanismo
que mapeie um endereo IP para endereo dehardware equivalente
Tambm conhecido como problema de resoluode endereo
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Associao dinmica
Necessria quando endereo de hardware maior que o endereo IP (ex.: Ethernet)
Permite ao equipamento A encontrar oendereo de hardware do equipamento BA sabe endereo IP de BA sabe que B est na mesma rede fsica
Soluo: difunde (broadcast) a consulta eobtm a respostaAssociao dinmica usada ao longo de apenas
uma rede fsica por vez
Address Resolution Protocol (ARP)
Padro para resoluo dinmica deendereos na Internet
Exige suporte a difuso (broadcast) emhardware
Projetado para redes locaisARP usado para mapear endereos dentro de
uma nica rede fsica, no entre mltiplas redes
Funcionamento do ARP
A X B Y
A difunde uma requisio (consulta) em busca de B
A X B Y
B, e somente B, responde requisio
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Funcionamento ARP (cont.)
Equipamento A difunde uma requisio com oendereo IP de B
Todos equipamentos na rede fsica recebem a difuso
Apenas o equipamento B responde com seu endereofsico
Equipamento A adiciona endereo fsico de B suatabela (ARP)
Equipamento A entrega diretamente o pacote para B
Reteno de associaes
Por questes de desempenho o ARPprecisa evitar o envio de uma requisiopara cada pacote a ser enviado
Soluo:
Manter uma tabela de associaes O endereo resolvido uma vez e usado vrias
Encapsulamento ARP
A mensagem ARP transportada dentro daparte reservada ao pacote de rede em umquadro, ou seja, sua rea de dados
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Pilha TCP/IP e a InternetInicializao e auto-configurao (RARP, BOOTP e DHCP)
Atribuio de endereo IP
Esttica Endereo IP armazenado em algum dispositivo
de armazenamento persistente (ex.: disco) Em geral, exigido para alguns equipamentos
(ex.: servidores, roteadores)
Dinmica Endereo IP obtido de um servidor til para equipamentos simples (ex.: estaes
sem disco) ou o que permanecem ligadosintermitentemente
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
Protocolo antigo Exceto em uns poucos casos especiais, RARP foi
amplamente substitudo pelo DHCP
Projeto para atender computadores semdisco
Adaptado do protocolo ARP Difunde (broadcast) requisio para servidor
Espera por resposta
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BOOTstrap Protocol (BOOTP)
Uma alternativa ao RARP Fornece mais que apenas um endereo IP
Obtm parmetros de configurao de umservidor
Usa UDP
Uso da pilha antes da inicializao
BOOTP usado para obter parmetros deconfigurao do IP, porm
BOOTP usa IP e UDP para obter osparmetros Pilha precisa ser inicializada antes de ser inicializada?
De fato, BOOTP executa como uma aplicaoe precisa apenas de algumas facilidades bsicasfornecidas por endereos especiais
Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Pode atribuir endereos de trs formas: Manual (semelhante ao BOOTP)
Automtica (endereo atribudo pelo servidor e o equipamentoretm o mesmo endereo)
Dinmica (endereo atribudo pelo servidor e o equipamento podeobter endereos diferentes em requisies posteriores)
Administrador pode escolher o tipo atribuio para cadaendereo
Alm do endereo IP permite que um host obtenha todos osparmetros necessrios para se comunicar sem intervenomanual DHCP oferece auto-configurao
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Atribuio dinmica de endereos
Cliente recebe um arrendamento de endereo
Servidor especifica o tempo de arrendamento
No fim do arrendamento, cliente deve renov-lo ou parar de usar o endereo
Aes so controladas por uma mquina deestados finitos Basicamente, um cliente DHCP difunde (broadcast)
uma mensagem para todos os servidores em umarede local, coleta as ofertas, seleciona uma enegocia com o servidor
Pilha TCP/IP e a InternetEntrega de pacotes sem conexo (IP)
IP Internet Protocol
Principal protocolo da pilha TCP/IP Principais objetivos
Esconder a heterogeneidade da rede subjacente
Fornecer a iluso de uma nica grande rede
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Caractersticas do IP
IP oferece o melhor esforo (best-effort) Faz o possvel para entregar
No garante a entrega
Na Internet, roteadores podem ficar sobrecarregados oumudar rotas, o que significa que: Pacotes podem ser perdidos
Pacotes podem ser duplicados
Pacotes podem chegar fora de ordem ou serem embaralhados
Com essas caractersticas, o IP consegue operar sobre a mais
ampla variedade de redes fsicas
Caractersticas do IP
Fornece um servio de entrega de pacotessem conexo
Define trs itens importantes: Esquema de endereamento
Formato do pacote Encaminhamento do pacote
Pacote IP
Semelhante ao quadro da camada de enlace Tambm conhecido como datagrama IP Layout:
Cabealho contm (entre outros): Endereo IP de origem
Endereo IP de destino
Tipo do pacote (ou contedo da rea de dados)
Cabealho rea de dados
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Encapsulamento do pacote IP Pacote encapsulado dentro de um quadro de enlace Hardware de rede trata o pacote como dados Um campo do cabealho do quadro deve identificar os
dados como um pacote IP Exemplo: Ethernet descreve o IP pelo valor 0x0800
Cabealhodo quadro
rea de dados do quadro
rea de dados do IPCabealho IP
Formato do cabealho IP
Campos do cabealho IP
VERSION (4 bits)Decimal Palavra -chave Verso
0 Reservado1-3 No atribudo4 IP Internet Protocol(RFC791)5 ST ST Datagram Mode (RFC1190)6 IPv6 Internet Protocol version6 (RFC1752)7 TP/IX TP/IX: The Next Internet (RFC1475)8 PIP The P Internet Protocol(RFC1621)9 TUBA TUBA (RFC1347)
10-14 No atribudo15 Reservado
*** De acordocom:http://www.iana.org/assignments/version-numbers(ltima atualizao 2 julho de 2004)
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Campos do cabealho IP (cont.)
HLEN (4 bits) indica o comprimento do cabealho em palavrasde 32 bits (DWORD ou 4 bytes). O valor tpico 5 (ausncia deopes) e o mximo 15 (cabealho fica limitado em 60 bytes,sendo 40 bytes para opes)
TYPE OF SERVICE -TOS (8 bits) informa ao roteador como odatagrama deve(ria) ser tratado e identifica algumas funes deQoS como prioridade, atraso, vazo e confiabilidade Bits 0 a 2: Precedence
Bit 3 (D): 0 = Normal Delay, 1 = Low Delay
Bit 4 (T): 0 = Normal Throughput,1 = High Throughput
Bit 5 (R): 0 = Normal Reliability, 1 = High Reliability
Bits 6 e 7: Reservados
Campos do cabealho IP (cont.)
TOTAL LENGTH (16 bits) fornece o comprimento do pacoteIP, medido em bytes, incluindo o cabealho
IDENTIFICATION (16 bits) identifica o pacote IP entre osoutros transmitidos pelo equipamento. Identifica tambm todosos fragmentos de um pacote original
FLAGS (3 bits)
Bit 0 (R ou Reserved) reservado Bit 1 (DF ou Do not Fragment) determina se o pacote pode ser
fragmentado (=0), ou no (=1)
Bit 2 (MF ou More Fragments) indica se o fragmento o ltimo (=0) deum pacote ou se existem mais (=1)
Campos do cabealho IP (cont.) FRAGMENT OFFSET (13 bits) informa o posicionamento do
fragmento em relao aos demais fragmentos. Indica a distnciados dados, desde o incio, no pacote original, em unidades de 8bytes
TIME TO LIVE ou TTL (8 bits) indica o tempo de vida do pacote narede. Atualmente, significa o nmero saltos (hops ou roteadores)que o pacote pode realizar antes de ser descartado
PROTOCOL (8 bits) identifica o protocolo que est ocupando a reade dados. Exemplos: ICMP=1, TCP=6, UDP=17
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Campos do cabealho IP (cont.)
HEADER CHECKSUM (16 bits) assegura a integridade docabealho IP (apenas). gerado na origem e conferido a cadaroteador. Aps decrementar o valor do TTL o roteador gera umnovo valor e reenvia o pacote
SOURCE ADDRESS (32 bits) endereo IP do equipamento deorigem do pacote IP
DESTINATION ADDRESS (32 bits) endereo IP doequipamento de destino (final) do pacote IP
OPTIONS (varivel de 0 a 320 bits) se existir contminformaes adicionais relacionadas a roteamento, rotas, horrioou segurana
Pilha TCP/IP e a InternetMensagens de controle e erro (ICMP)
Tpicos
Erros em redes de pacotes ICMP (Internet Control Message Protocol)
Caractersticas
Encapsulao
Formato da mensagem
Tipos de mensagens Exemplos
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Erros em redes de pacotes
Algumas causas: Desconexo temporria ou permanente Falhas de hardware Sobrecarga do roteador Laos (loops) no roteamento
Necessidade de mecanismos para detectarerros Tambm so necessrios mecanismos para corrigir,
mas no so tratados aqui
ICMP (Internet Control MessageProtocol) parte da camada de rede da pi lha TCP/IP
Usado inicialmente por roteadores para reportar origem problemas de entrega ou roteamento
Tambm usado para transmitir informaes decontrole, e no apenas relatos de erros
Usa o IP para transportar as mensagens
Mensagens que transportam relatos de erro no geramnovas mensagens desse tipo
Fornece a comunicao entre o software IP em umequipamento (host ou roteador) e o software IP em outroequipamento (host ou roteador)
Relato de erro vs. Correo de erro
ICMP no Fornece interao entre o equipamento que
envia a mensagem e a origem. H apenas umrelato do erro
Mantm informao de estado (cada pacote manipulado independentemente)
Principal conseqncia Ao receber a mensagem de erro, a origem pode
apenas informar uma aplicao ou tomar algumaoutra ao para corrigir o problema
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Encapsulao ICMP
ICMP transportado dentro de um pacote
IP Toda a mensagem ICMP tratada como
dados pelo IP Mensagem ICMP possui seu prprio cabealho
e rea de dados Em caso de mensagem erro, a rea de dados
transporta um fragmento do pacote que causou oerro
Tipos mensagens ICMPCampo TYPE Mensagem ICMP
0 Echo Reply3 Destination Unreachable4 Source Quench5 Redirect (change a route)8 Echo Request9 Router Advertisement10 Router Solicitation11 Time Exceeded for a Datagram
12 Parameter Problem on a Datagram13 Timestamp Request14 Timestamp Reply15 Information Request (obsoleto)16 I nform at ion Rep ly (obsol eto )17 Address Mask Request18 Address Mask Reply
Detalhe sobre ICMP Ao reportar erro, a mensagem ICMP inclui o pacote que
causou o problema Eficiente (dado o erro e o pacote devolvido, a origem deve ser
capaz de determinar como corrigir o erro)
Elimina a necessidade de construir mensagens detalhadas
Problema: pacote que causou o problema pode ser muitogrande
Soluo: enviar apenas o cabealho IP mais 64 bits da reade dados do IP, sendo suficiente na maioria dos casos Exemplo: 64 bits da rea de dados do IP suficiente para informar as
portas de or igem e destino dos protocolos UDP e TCP e, portanto, aaplicao que causou o problema
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Aplicaes com ICMP
PING - envia um pacote, geralmente, de 32 bytes para odestino e aguarda resposta enviado com um alto TTL (Time to Live)
TRACEROUTE Visualiza todos os saltos at o destino.Envia uma sequncia de PINGs com TTL iniciando em 1 eincrementando at receber a resposta do destino
Traceroute
Pilha TCP/IP e a InternetInterconexo de redes privadas (NAT,VPN)
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Definies
Uma inter-rede (internet) privada para umgrupo se seus recursos (sobretudo, roteadorese enlaces) e trfego no acessvel a outrosgrupos Implementao tpica envolve enlaces prprios (ou
arrendados) para interligar os roteadores tambm conhecida como Intranet, embora esse
termo tambm seja usado para redes menores
A Internet global pblica porque seusrecursos so compartilhados entre todos
Arquitetura hbrida
Parte do trfego est restrito infra-estrutura privada
Parte do trfego flui atravs da Internetglobal
Redes privada e pblica
Inter-rede privada cara Internet pblica barata Objetivo: combinar a segurana de uma
rede privada com o baixo custo da Internetglobal Pergunta: como uma organizao que usa a
Internet global para conectar seus sites mantmseus dados privados?
Resposta: Virtual Pr ivate Network (VPN)
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Virtual Private Network (VPN)
Conecta todos os sites (de uma organizao)atravs da Internet global
Protege os dados enquanto eles passam de umsite para outro, usando Criptografia
Encapsulamento IP-em-IP
Exemplos de VPN
VPN com endereos IP privados
Endereos privados na Internetpblica Problema: vrios equipamentos com
endereos IP privados, porm o site temapenas um (ou poucos) endereos IP pblicos(ex.: pequeno ISP)
Duas abordagens: Gateway de aplicao (em geral, um para cada
servio) Exemplo: proxy web
Network Address Translation (NAT)
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Network Address Translation (NAT)
Economia de endereos IP pblicos Soluo no nvel IP Transparente para ambas extremidades Implementao
Geralmente em software
Normalmente instalado em um roteador
Hardware especializado usado para obter maiorvelocidade
Operao
Substitui o endereo IP de origem nopacote que sai (do site)
Substitui o endereo IP de destino nopacote que entra (no site)
Tambm manipula protocolos de camadassuperiores, por exemplo Transporte: pseudo cabealho para TCP e UDP
Aplicao: conexo de dados do FTP
Tabela de traduo
Cada entrada na tabela especfica uma extremidadelocal (privada) e outra global
Modelo tpico Cada entrada criada dinamicamente por um pacote ao sair
do site
Cada entrada serve para fazer o mapeamento reverso deendereo para pacotes entrando no site
Variante mais comum de NAT usa portas de protocolo (detransporte) na composio do ndice da tabela NAPT (Network Address Port Translation)
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Tabela de traduo exemplo
IP privado Porta IP pblico Porta Porta NAT Protocolo
10.0.0.10 1030 200.0.50.25 80 1501 TCP
10.0.0.11 1030 100.0.10.15 25 1520 TCP
10.0.0.11 1031 50.10.15.20 23 1510 TCP
10.0.1.12 1050 30.15.5.10 80 1515 TCP
10.0.1.12 1051 30.15.5.10 80 1517 TCP
Exemplo de um pacote saindo por NAT com o IP pblico 100.0.0.1:
200.0.50.2510.0.0.10801030 ...Dados 200.0.50.25100.0.0.11501 80 ...DadosNAT
NAT e protocolos de camadassuperiores NAT necessita
Mudar cabealhos IP
Mudar cabealhoTCP e UDP
Recalcular checksum
Mudar cabealho ICMP (ex.: ICMP Echo Request/Redirect)
Identificar as mensagens ICMP (ex.: ICMP Redirect no deve serrepassada, mas ICMP Host unreachable deve)
Traduzir nmeros de porta em uma sesso FTP Ou seja, NAT afetaTCP, UDP, ICMP e outros protocolos de
nvel superior Com exceo de umas poucas aplicaes (como o FTP), se houver
o envio de endereo IP ou porta de transporte como dados daaplicao, a mesma no funcionar adequadamente atravs doNAT
PilhaTCP/IP e a InternetIP verso 6 (IPv6)
Fonte: apostila do curso bsico de IPv6 do registro.br. Original disponvel em
http://www.ipv6.br
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Por que utilizar IPv6 hoje?
A Internet continua crescendo
Quantidade de hostsna Internet
Solues paliativas: Queda de apenas 14%
Solues
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Por que utilizar IPv6 hoje?
A Internet continua crescendo
Mundo
1,8 bilho de usurios de Internet;
25,6% da populao;
Crescimento de 380,3% nos ltimos 9 anos.
Em 2014, soma de celulares, smartphones, netbooks e modens 3Gdeve chegar a 2,25 bilhes de aparelhos.
Brasil
21% de domiclios com acesso Internet;
2,6 milhes de conexes em banda larga mvel;
11 milhes de conexes em banda larga fixa.
Evoluo do IPv6
Evoluo do trfego IPv6
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Quais os riscos da noimplantao do IPv6?
Embora ainda seja pequena, a utilizao do IPv6 tem aumentadogradativamente;
Porm precisa avanar ainda mais;
A no implementao do IPv6 ir:
Impedir o surgimento de novas redes;
Diminuir o processo de incluso digital o reduzindo o nmero de novos usurios;
Dificultar o surgimento de novas aplicaes;
Aumentar a utilizao de tcnicas como a NAT.
O custo de no implementar o IPv6 poder ser maior que o custo deimplement-lo;
Provedores Internet precisam inovar e oferecer novos servios a seusclientes.
1992 - IETF cria o grupo IPng (IP Next Generation)
Principais questes:
Escalabilidade;
Segurana;
Configurao e administrao de rede;
Suporte a QoS;Mobilidade;
Polticas de roteamento;
Transio.
Solues
1998 - Definido pela RFC 2460
128 bits para endereamento.
Cabealho base simplificado.
Cabealhos de extenso.
Identificao de fluxo de dados (QoS).
Mecanismos de IPSec incorporados ao protocolo.
Realiza a fragmentao e remontagem dos pacotes apenas naorigem e no destino.
No requer o uso de NAT, permitindo conexes fim-a-fim.
Mecanismos que facilitam a configurao de redes.
....
IPv6
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Endereamento
Um endereoIPv4 formadopor 32 bits.
232 = 4.294.967.296
Um endereo IPv6 formado por 128 bits.
2128 = 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456
~ 56 octilhes (5,6x1028) de endereos IP por ser humano.~ 79 octilhes (7,9x1028) de endereos a mais do que no IPv4.
Endereamento
A representao dos endereos IPv6, divide o endereo em oito gruposde 16 bits, separando-os por :, escritos com dgitos hexadecimais.
2001:0DB8:AD1F:25E2:CADE:CAFE:F0DA:84C1
Na representao de um endereo IPv6 permitido:
Utilizar caracteres maisculos ou minsculos;
Omitir os zeros esquerda; e
Representar os zeros contnuos por ::.
Exemplo:2001:0DB8:0000:0000:130F:0000:0000:140B
2001:db8:0:0:130f::140b
Formato invlido: 2001:db8::130f::140b (gera ambiguidade)
2 Bytes
Endereamento
Representao dos Prefixos
Como o CIDR (IPv4)endereo-IPv6/tamanho do prefixo
Exemplo:
Prefixo 2001:db8:3003:2::/64Prefixo global 2001:db8::/32ID da sub-rede 3003:2
URLhttp://[2001:12ff:0:4::22]/index.htmlhttp://[2001:12ff:0:4::22]:8080
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Endereamento
Existem no IPv6 trs tipos de endereos definidos:
Unicast Identificao Individual
Anycast Identificao Seletiva
Multicast Identificao em Grupo
No existe mais Broadcast.
Endereamento
Unicast
Global Unicast
2000::/3
Globalmente rotevel (similar aos endereos pblicos IPv4);
13% do total de endereos possveis;
2(45) = 35.184.372.088.832 redes /48 distintas.
Prefixo de roteamento globalID da
sub-rede
n 64 - n 64
Identificador da interface
Endereamento
Unicast
Link local
FE80::/64
Deve ser utilizado apenas localmente;
Atribudo automaticamente (autoconfigurao stateless);
Identificador da interfaceFE80 0
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Endereamento
Unicast
Unique local
FC00::/7
Prefixo globalmente nico (com alta probabilidade de ser nico);
Utilizado apenas na comunicao dentro de um enlace ou entre umconjunto limitado de enlaces;
No esperado que seja roteado na Internet.
Identificador globalID da
sub-redeIdentificador da interfacePref. L
7
Endereamento
Unicast
Endereos especiaisLocalhost -::1/128 (0:0:0:0:0:0:0:1)No especificado -::/128 (0:0:0:0:0:0:0:0)
IPv4-mapeado -::FFFF:wxyz
Faixas Especiais
6to4 -2002::/16Documentao -2001:db8::/32Teredo -2001:0000::/32
ObsoletosSite local -FEC0::/10IPv4-compatvel -::wxyz6Bone 3FFE::/16 (rede de testes desativada em 06/06/06)
Endereamento
Do mesmo modo que no IPv4, os endereos IPv6 so atribudos ainterfaces fsicas e no aos ns.
Com o IPv6 possvel atribuir a uma nica interface mltiplosendereos, independentemente do seu tipo.
Com isso, um n pode ser identificado atravs de qualquer endereode sua interfaces.Loopback ::1Link Local FE80:....Unique local FD07:...Global 2001:....
A RFC 3484 determina o algoritmo para seleo dos endereos deorigem e destino.
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Cabealho IPv4
O cabealho IPv4 composto por 12 campos fixos, podendo conter ou noopes, fazendo com que seu tamanho possa variar entre 20 e 60 Bytes.
Cabealho IPv6
Mais simples
40 Bytes (tamanho fixo).
Apenas duas vezes maior que o da verso anterior.
Mais flexvel
Extenso por meio de cabealhos adicionais.
Mais eficiente
Minimiza o overhead nos cabealhos.Reduz o custo do processamento dos pacotes.
Cabealho IPv6
Seis campos do cabealho IPv4 foram removidos.
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Cabealho IPv6
Seis campos do cabealho IPv4 foram removidos.
Quatro campos tiveram seus nomes alterados e seus posicionamentosmodificados.
1 122
3
3 4
4
Cabealho IPv6
Seis campos do cabealho IPv4 foram removidos.
Quatro campos tiveram seus nomes alterados e seus posicionamentosmodificados.
O campo Identificador de Fluxo foi acrescentado.
Cabealho IPv6
Seis campos do cabealho IPv4 foram removidos.
Quatro campos tiveram seus nomes alterados e seus posicionamentosmodificados.
O campo Identificador de Fluxo foi acrescentado.
Trs campos foram mantidos.
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Cabealho IPv6
Cabealhos de Extenso
No IPv6, opes adicionais so tratadas por meio de cabealhos deextenso.
Localizam-se entre o cabealho base e o cabealho da camada detransporte.
No h nem quantidade, nem tamanho fixo para estes cabealhos.
Cabealho IPv6
PrximoCabealho =6
Cabealho TCP Dados
Cabealho Routing
PrximoCabealho =6
Cabealho TCP Dados
Cabealho TCP DadosCabealho Routing
PrximoCabealho =44
CabealhoFragmentation
PrximoCabealho =6
Cabealho IPv6
PrximoCabealho =43
Cabealho IPv6
PrximoCabealho =43
Cabealhos de ExtensoExemplos
Hop-by-hop: indica informaes que devem ser processadas portodos os ns
Routing: indica um host que deve ser visitado pelo pacote
Fragmentation: informaes de fragmentao
Authentication e Encapsulating Security Payload: segurana
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Pilha TCP/IP e a InternetParteVIII Camada deTransporte UDP e TCP
Identificao das aplicaes
Endereo IP identifica apenas uma interfacede comunicao
necessrio uma forma de especificar umaaplicao (processo) em um equipamento
No entanto: Cada sistema operacional possui uma forma de
identificar suas aplicaes Aplicaes podem ser criadas e destrudas
rapidamente
Identificao das aplicaes (cont.)
TCP/IP introduz sua prpria especificao definido um ponto de destino abstrato
conhecido como nmero de porta deprotocolo
Cada sistema operacional determina
como associa um nmero de porta de
protocolo a uma aplicao especfica
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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User Datagram Protocol (UDP) Protocolo da camada de transporte (camada 4) Servio sem conexo: fornece s aplicaes a
capacidade de enviar e receber mensagens
Permite mltiplas aplicaes em nico equipamento secomunicarem concorrentemente
Servio de melhor-esforo semelhante ao oferecidopelo IP Mensagens podem ser atrasadas, perdidas ou duplicadas
Mensagens podem chegar fora de ordem
Aplicaes devem aceitar total responsabilidade pelo tratamentodos erros
Formato do datagrama UDP
CHECKSUM verifica a rea de dados Se o campo CHECKSUM possuir apenas zeros, receptor no faz a soma
de verificao (ou seja, uso de CHECKSUM opcional) SOURCE PORT identifica a aplicao no equipamento de origem
DESTINATION PORT identifica a aplicao no equipamento dedestino final
MESSAGE LENGTH descreve o tamanho em bytes do datagramaUDP, incluindo o cabealho
Encapsulamento
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Diviso de tarefas entre IP e UDP
IP responsvel por transferir dados entreum par hosts
UDP responsvel por diferenciar entremltiplas origens ou destinos em um host
Cabealho IP identifica apenas uma interfacede comunicao
Cabealho UDP identifica aplicaes
Demultiplexao
Se baseia no nmero da porta do protocoloUDP
Atribuio de nmeros de porta UDP
Pequena quantidade reservada paraservios especficos Tambm chamadas de portas bem-conhecidas
(well-known ports) Mesma interpretao em toda Internet Usado pelo software servidor
Grande quantidade no reservada Disponvel para quaisquer aplicaes Usado pelo software cliente
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Exemplos de portas UDP reservadas
Caractersticas do TCP
Orientao a fluxo Fluxo sem estrutura (seqncia de bytes)
Transferncia bufferizada Conexo full-duplex
Confiabilidade Controle de fluxo e de congestionamento
Como o TCP fornece confiabilidade
Reconhecimento positivo comretransmisso Transmissor inicia um temporizador ao
transmitir um segmento
Receptor envia um reconhecimento quando osegmento chega
Transmissor reenvia segmento se temporizadorexpira antes da chegada do reconhecimento
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Estabelecimento de conexo TCP
Aperto de mo de via tripla (3-Wayhandshake)
Encerramento de conexo TCP
Reconhecimentos
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7/23/2019 Notas de aula Redes
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Recuperao aps uma perda
Janela deslizante
Um protocolo simples de reconhecimentopositivo e retransmisso pacote-a-pacote ineficiente, sobretudo medida queaumenta a latncia
Soluo: Transmitir mltiplos pacotes antes de receber
um reconhecimento Continuar controlando reconhecimentos e
temporizadores para cada pacote Ou seja, usar janela deslizante
Janela deslizante (cont.)
Um janela deslizante de tamanho adequadoconsegue manter a rede saturada depacotes Qual o tamanho adequado da janela?!
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Janela deslizante (cont.)
Transferncia bufferizada
Trs mecanismos determinam o envio de um segmento Limiar (threshold) do buffer (MSS Maximum Segment Size)
Forado pela aplicao (push)
Temporizador
Aplicao Aplicao
TCPbufferde
transmisso
TCPbufferderecepo
segmento segmento segmento
escrevebytes
lbytes
Formato do segmento TCP
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Cabealho TCP
SOURCE PORT e DESTINATION PORTidentificam as aplicaes nas extremidadesda conexo TCP
SEQUENCE NUMBER a posio no fluxode bytes do transmissor que est sendotransportada no segmento
ACKNOWLEDGEMENT NUMBER o nmerodo byte que a origem espera receber
HLEN especifica o tamanho do cabealho dosegmento TCP, medido em DWORD (32 bits)
Cabealho TCP (cont.)
Alguns segmentos transportam apenas umreconhecimento, enquanto outros carregam dados. Hsegmentos que levam requisies para estabelecer ouencerrar conexes. TCP usa o campo CODE BITS paradeterminar o propsito e contedo de um segmento
Cabealho TCP (cont.)
Principal funo do campo WINDOW permitir o controle de fluxo: Receptor controla o fluxo descrevendo ao
transmissor o tamanho atual do buffer em bytes Tambm chamado anncio de janela (window
advertisement)
Cada segmento, incluindo os segmentos de dados,especificam o tamanho da janela alm do bytereconhecido (ou seja, atualizam o tamanho dobuffer) Tamanho da janela pode ser zero (buffer cheio)
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Cabealho TCP (cont.)
CHECKSUM inclui todo o segmento(cabealho e dados) e obrigatrio(diferente do UDP) Como o UDP, TCP tambm inclui pseudo-
cabealho no CHECKSUM
Cabealho TCP (cont.)
URGENT POINTER marca o fim de dadosurgentes (depende do bit URG estar ativado) Dados urgentes fazem parte do fluxo TCP normal
O receptor (TCP) deveria entregar os dadosurgentes aplicao assim que eles so recebidos,
independente de haver outros dados h mais tempono buffer
Para receber os dados urgentes, a aplicao colocadaem modo urgente e somente deve deixar esse modoaps ler todos os dados (urgentes)
Controle de fluxo
Evita que o transmissor esgote os buffers doreceptor por transmitir muito, ou muitorapidamente
Receptor avisa explicitamente ao transmissorda quantidade de espao livre disponvel, a qualmuda dinamicamente campo WINDOW do cabealho TCP
Transmissor mantm a quantidade de dadostransmitidos, porm ainda no reconhecidos
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Controle de congestionamento
Congestionamento Rede tem dificuldade (ou se torna incapaz) de
transmitir todo o trfego que recebe Os roteadores tem suas filas (buffers)
sobrecarregadas
Sintomas de congestionamento: Aumento significativo do atraso dos pacotes
(por entrarem em filas mais longas) Perda de pacotes (por transbordo dos buffers) Principal mtrica usada atualmente na deteco e controle
de congestionamento
Controle de congestionamento (cont.)
Para (tentar) evitarcongestionamento, TCP: Realiza uma sondagem da
capacidade efetiva da rede,comeando com um segmento
Aumenta gradativamente sua
taxa de transmisso medidaque chegam novosreconhecimentos (self-clocking)
Estabelece como limite superiora janela de transmissoanunciada (WINDOW)
Controle de congestionamento (cont.)
Quando ocongestionamentoocorre, TCP: Diminui abruptamente
a taxa de transmisso
E volta a aument-lagradativamente
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PilhaTCP/IP e a InternetParte IV Mapeamento de endereos IP em endereosfsicos (ARP)
Tpicos
Problema de resoluo de endereo Mapeamento direto Associao dinmica ARP (Address Resolution Protocol)
Formato do pacote Algoritmo
Cache
Justificativa
necessrio usar endereos (fsicos) dehardware para comunicar em uma rede
Aplicaes usam apenas endereos Internet
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Exemplo genrico Computadores A e B na mesma rede (fsica) Aplicao em A gera um pacote para
aplicao em B Software do protocolo em A deve usar o
endereo de hardware de B ao envi-lo umpacote, logo: Software do protocolo precisa de um mecanismo
que mapeie um endereo IP para endereo dehardware equivalente
Tambm conhecido como problema de resoluode endereo
Resoluo de endereo
realizada em cada rede (fsica) ao longodo caminho percorrido por um pacote naInternet
Duas abordagens
Mapeamento direto Associao dinmica
Escolha depende do tipo de hardware
Mapeamento direto
Fcil de entender Eficiente Apenas funciona quando o endereo de
hardware menor que o endereo IP Consiste em atribuir um endereo IP que
codifica o endereo de hardware
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Exemplo de mapeamento direto
Hardware: rede em anel proNet Endereo de hardware: 8 bits Supondo que a rede 200.150.50.0/24 seja
usada Se uma interface tem um endereo de
hardware N, o endereo IP 200.150.50.N podeser associada mesma
Resolver um endereo IP significar extrair oendereo de hardware do ltimo byte
Associao dinmica
Necessria quando endereo de hardware maior que o endereo IP (ex.: Ethernet)
Permite ao equipamento A encontrar oendereo de hardware do equipamento BA sabe endereo IP de B
A sabe que B est na mesma rede fsica Soluo: difunde (broadcast) a consulta e
obtm a respostaAssociao dinmica usada ao longo de apenas
uma rede fsica por vez
Address Resolution Protocol (ARP)
Padro para resoluo dinmica deendereos na Internet
Exige suporte a difuso (broadcast) emhardware
Projetado para redes locaisARP usado para mapear endereos dentro de
uma nica rede fsica, no entre mltiplas redes
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Funcionamento do ARP
A X B Y
A difunde uma requisio (consulta) em busca de B
A X B Y
B, e somente B, responde requisio
Funcionamento ARP (cont.)
Equipamento A difunde uma requisio com oendereo IP de B
Todos equipamentos na rede fsica recebem a difuso
Apenas o equipamento B responde com seu endereofsico
Equipamento A adiciona endereo fsico de B suatabela (ARP)
Equipamento A entrega diretamente o pacote para B
Formato do pacote ARP
Exemplo: IP (verso 4) em uma rede EthernetHARDWARE TYPE: 1 (Ethernet)PROTOCOL TYPE: 080016 (IP verso 4)HLEN: 6 (bytes Ethernet)PLEN: 4 (bytes IPv4)OPERATION: 1 (requisio ARP) ou 2 (resposta ARP)
HardwareIP
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Observaes sobre o formato do pacoteARP
Campos de comprimento varivel, os quaisdependem dos tipos dos endereos, logo
O ARP pode ser usado com: Endereo de hardware arbitrrio
Endereo de protocolo arbitrrio (qualquer versodo IP e at outros que no o IP)
Reteno de associaes
Por questes de desempenho o ARPprecisa evitar o envio de uma requisiopara cada pacote a ser enviado
Soluo:
Manter uma tabela de associaes O endereo resolvido uma vez e usado vrias
Cache ARP
Tabela ARP implementada como umamemria cache Entradas so adicionadas dinamicamente
Entradas envelhecem e so removidas Minimiza entradas desatualizadas
Entradas mudam e so atualizadas dinamicamente
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Algoritmo para processamento derequisies ARP
1. Qualquer que seja o destino, extrai o par deinformaes da origem (IPA,HwA) e atualiza a entradana tabela ARP se esta existir
2. Se o destino o prprio equipamento ento:2.1. Adiciona o par (IPA,HwA) tabela ARP se esta no estiver
presente
2.2. Preenche o destino com endereo de hardware
2.3. Troca as entradas de origem e destino
2.4. Muda o campo OPERATION para resposta (2)
2.5. Envia a resposta ARP de volta a origem
Caractersticas do algoritmo
Se A envia uma requisio ARP para B, Badiciona informao sobre A (item 2.1.) B provavelmente enviar um pacote para A
Se A envia uma requisio ARP para B,outros equipamentos tambm recebem
informao sobre A e podem atualiz-la,mas no a adicionam (item 1.) Evita que o cache fique entupido sem
necessidade
Encapsulamento ARP
A mensagem ARP transportada dentro daparte reservada ao pacote de rede em umquadro, ou seja, sua rea de dados
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Pilha TCP/IP e a InternetParte V Inicializao e auto-configurao (RARP,BOOTP e DHCP)
Tpicos
Atribuio de endereo IP RARP (Reverse ARP) BOOTP (BOOTstrap Protocol) DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
Atribuio de endereo IP
Esttica Endereo IP armazenado em algum dispositivo
de armazenamento persistente (ex.: disco) Em geral, exigido para alguns equipamentos
(ex.: servidores, roteadores)
Dinmica Endereo IP obtido de um servidor til para equipamentos simples (ex.: estaes
sem disco) ou o que permanecem ligadosintermitentemente
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Reverse Address Resolution Protocol (RARP)
Protocolo antigo Exceto em uns poucos casos especiais, RARP foi
amplamente substitudo pelo DHCP
Projeto para atender computadores semdisco
Adaptado do protocolo ARP Difunde (broadcast) requisio para servidor
Espera por resposta
Funcionamento do RARP
A S1 B S2
A difunde uma requisio em busca de um servidor
A B
Um ou mais servidores na rede respondem
S1 S2
Identificao do cliente
Equipamento cliente precisa se identificar RARP usa o endereo de hardware com um
identificador nico Funciona adequadamente apenas em redes que
possuem endereo de hardware permanentes
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BOOTstrap Protocol (BOOTP)
Uma alternativa ao RARP Fornece mais que apenas um endereo IP
Obtm parmetros de configurao de umservidor
Usa UDP
Uso da pilha antes da inicializao
BOOTP usado para obter parmetros deconfigurao do IP, porm
BOOTP usa IP e UDP para obter osparmetros Pilha precisa ser inicializada antes de ser inicializada?
De fato, BOOTP executa como uma aplicaoe precisa apenas de algumas facilidades bsicasfornecidas por endereos especiais
Uso da pilha antes da inicializao (cont.)
Cliente BOOTP envia pacote com: Endereo IP de destino com o valor de difuso limitada
(255.255.255.255) Endereo de hardware de destino tambm com valor de difuso
Endereo IP de origem com o valor deste host nesta rede (0.0.0.0) Endereo de hardware de origem com o endereo fsico da interface, o qual
conhecido
Servidor BOOTP responde com: Endereo IP de destino com o valor de difuso limitada (255.255.255.255),
pois o cliente ainda no sabe seu endereo IP Endereo de hardware de destino com o valor fornecido pelo cliente
Endereos IP e de hardware de origem preenchidos da forma convencional
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Retransmisso BOOTP
Uma vez que o UDP usado, o clienteBOOTP foi preparado manipularretransmisses sorteado um valor aleatrio para a
temporizao (timeout) Caso no obtenha sucesso, so realizadas novas
tentativas, sendo que a cada nova o intervalo desorteio dobra O intervalo dobra at atingir um determinado valor,
passando a ficar fixo, porm ainda com sorteio aleatriodentro do mesmo
Formato da mensagem BOOTP
Campos da mensagem BOOTP OP especifica se uma requisio (1) ou resposta (2)
HTYPE tipo de hardware (ex.: Ethernet = 1)
HLEN comprimento em bytes do endereo de hardware(ex.: Ethernet = 6)
HOPS nmero de roteadores que a mensagem atravessa. configura com 0 (zero) pelo cliente e incrementado casoalgum servidor a repasse para outro
TRANSACTION ID usado para casar requisies comrespostas
SECONDS quantidade de segundos desde que o clientecomeou a inicializar
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Campos da mensagem BOOTP (cont.)
CLIENT IP ADDRESS endereo IP enviado pelo cliente(ex.: 0.0.0.0)
YOUR IP ADDRESS endereo IP fornecido pelo servidorao cliente
BOOT FILE NAME descreve uma imagem de memria aser fornecida a um cliente sem disco
VENDOR-SPECIFIC AREA contm informaesopcionais a serem passadas do servidor para o cliente
Campos da mensagem BOOTP (cont.)
Itens de tamanho fixo do campo VENDOR-SPECIFIC AREA
Itens de tamanho fixo do campo VENDOR-SPECIFIC AREA
Atribuio dinmica de endereos
BOOTP assume um mapeamento um-para-um entre oequipamento (endereo de hardware) e o endereo IP Inviabiliza reaproveitamento ou reatribuio automtica de um
endereo IP para equipamentos diferentes
Mapeamento dinmico de endereos necessrio(sobretudo, por ISPs) Cliente obtm um endereo IP e usa temporariamente
Quando o cliente no precisa mais do endereo, o mesmodeve estar disponvel para outro Otimiza o uso de um conjunto de endereos IP
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Extenso do BOOTP
BOOTP estendido para permitiratribuio dinmica de endereos
Novo protocolo chamado DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) Mantm compatibilidade retroativa com BOOTP
Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)
Pode atribuir endereos de trs formas: Manual (semelhante ao BOOT