Estrutura da InternetProtocolos de Roteamento

MulticastIPv6

Edgard Jamhour

Estrutura da Internet

INTERNETColeção de Roteadores

- Como as informações são

roteadas na Internet?

- Quem configura os roteadores da

Internet?

Estrutura da Internet

• A internet é estruturada na forma de sistemas autônomos:

A B

CD

EF G

IJ

H

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA AUTÔNOMO 2X

Y Z

SISTEMA AUTÔNOMO 3

Sistema Autônomo (Autonomous System - AS)

• Um AS é uma rede que divulga seus endereços para outras redes da Internet.

• Propriedades do AS– Possui os seus próprios IP’s.– Seus endereços independem do provedor de acesso. – Pode conectar-se a vários provedores simultaneamente.

F G

IJ

H

Conexão com outro AS

Conexão com outro AS

Redes pertencentes

ao AS

Exemplo de AS

• Bloco de Endereços do AS:– 200.17.0.0/16 (255.255.0.0)– 200.17.0.0 ao 200.17.255.255

F G

IJ

H

Conexão com outro AS

Conexão com outro AS

200.17.1.0/24

200.17.2.0/24

200.17.3.0/24

G: 200.17.1.1H: 200.17.2.1J: 200.17.3.1

AS: 200.17.0.0/16

Tipos de AS

• Sistemas autônomos podem ser:– Redes Privadas:

• Transportam apenas o seu próprio tráfego.

– Provedores: • Transportam o tráfego de outras redes.

privado público público privado

público

Quem usa os endereços do Provedor não é um AS

A B

CD

EF G

IJ

H

SISTEMA AUTÔNOMO 1SISTEMA AUTÔNOMO 2

X

Y ZSISTEMA AUTÔNOMO 3

Gateway Default da Rede Corporativa

Roteadores na Internet

• Os roteadores da Internet são de dois tipos:• Exterior Gateways

– Troca informações com roteadores pertencentes a outros AS.– Equipamento muito caro, com alta capacidade de memória.

• Interior Gateways– Troca informações apenas no interior do seu AS.– Roteador comum.

F G

I J

H

Gateway Interno

Gateway Externo

Sistema Autônomo

• As rotas na Internet são atualizadas automaticamente.

• A estratégia de roteamento no interior do sistema autônomo rede é escolhida pelo administrador do sistema. – IGP: Internal Gateway Protocol

• A estratégia de roteamento entre sistemas autônomos é definida por um protocolo de roteamente padrão:– BGP: Border Gateway Protocol

EGP e IGP

A B

CD

EF G

IJ

H

EGPIGP

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA

AUTÔNOMO 2

IGP IGP IGP

IGPIGP

IGP

IGP

IGP

IGPIGP

IGPIGP

IGP

Conhece todas as rotas da

Internet

Conhece apenas as rotas no

interior do AS

IE

216.1.2.0/24

220.2.1.0/24AS: 220.2.0.0/16

AS: 216.1.2.0/16

EGP

B

CD

E

F G

IJ

EGP

SA2 SA1

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

IGP

Y

XW

Z

IGP

IGP

IGP

IGP

200.17.0.0/16200.18.0.0./16

EGP

SA3

210.7.0.0/16

• ROTAS

• 200.17.0.0/16 por Z• 200.18.0.0/16 por Z

• ROTAS

• 210.7.0.0/16 por E• 200.17.0.0/16 por E• 200.18.0.0/16 por E

Correção de Rotas

• Tabelas de roteamento são alteradas nos gateways quando uma mensagem indica que:–Uma nova rede foi encontrada.–Um caminho melhor para uma rede

foi encontrado.–Um caminho considerado

anteriormente “melhor” foi degradado.

BGP: Border Gateway Protocol

• Função– Troca de informação entre sistemas

autônomos

• Criado em 1989– RFC 1267– Substitudo do EGP

• Utiliza mensagens de “update” para informar aos roteadores sobre alterações nas tabelas de roteamento.

BGP

A B

CD

EF G

HI

BGP

SISTEMA AUTÔNOMO 1 SISTEMA

AUTÔNOMO 2

SISTEMA AUTÔNOMO 3

BGP Speaker

SISTEMA AUTÔNOMO 4

PROPAGAÇÃO DAS ALTERAÇÕES

Mensagem de UPDATE

IGP: Internal Gateway Protocol

• IGP: Interior Gateway Protocols– RIP – OSPF

• RIP: Routing Information Protocol– Utilizado para redes pequenas e médias– Utiliza número de saltos como métrica– Configuração simples, mas limitado.

• OSPF: Open Shortest Path First– Utilizado em redes grandes e muito grandes (mais de

50 redes)– Atualiza rotas de maneira mais eficiente que o RIP.

IGP

• IGP: Interior Gateway Protocols– RIP (utiliza o número de saltos como métrica)– Hello (utiliza métrica mais flexíveis)– OSPF

• Por que utilizar um protocolo IGP diferente do BGP– BGP funciona apenas para IP– BGP suporta apenas uma rota para cada rede

de destino (melhor rota).

RIP

• Desenvolvido no PARC– Xerox Palo Alto Research Center

– Padronizado pela RFC 1058

• Projetado para LAN’s– Baseado em mensagens em Broadcast

– Os Gateways enviam periodicamente mensagens em broadcast informando sua tabela de roteamento para outros roteadores.

RIP

• RIP– Indicado para redes de pequeno a médio

porte.

– É muito simples de usar, mas torna-se ineficiente para redes muito grandes.

• Mensagens RIP:– Endereços de rede e custo (hop count)

– Valor máximo 15 (acima deste valor, a rede é considerada inalcançável)

Elementos de uma rede RIP

• Ativos: envia e escuta mensagens RIP• Passivos: apenas escuta mensagens RIP

Rede 200.192.0.X

Rede 200.134.51.X

ATIVOUsualmente roteador

PASSIVOUsualmente host

Exemplo de Operação RIP

G1

G2 G3

G4 G6G5

REDE 1

REDE 2

REDE 4REDE 3

REDE 6 REDE 5

(G6,R5,1)

G,R,D

G: GatewayR: RedeD: Distância

…

…

2

1

(G5,R5,1)

(G3,R5,2)

(G1,R5,3)(G1,R5,3)

(G2,R5,4)

(G4,R5,5)

Tabela de Roteamento

• Roteador G3

Next Hop

G10

G20

G5G2

Destino

REDE 1REDE 2REDE 3REDE 4REDE 5REDE 6

Metrica

212123

Direto/Remoto

RDRDRR

Local/RIP

RLRLRR

Interface

222112

Timers para Rotas

• As mensagens de rotas (responses in RIP) são enviadas a cada 30 segundos.

• Time-out timer– Inicializado todas as vezes que uma rota é criada ou

atualizada.– Se a rota não for atualizada em 180 segundos, ela é

considerada obsoleta.

• Garbage collection Timer– As rotas que estiverem expiradas por mais de 120

segundos são removidas.

RIP Request e Response

• Um gateway pode enviar uma mensagem para outro solicitando a atualização de uma rota específica.

RIP REQUEST

RIP RESPONSE

RIP Versão 1

• PROBLEMAS:–Não propaga máscaras (só permite

definir rotas segundo as classes A, B e C).

–Envia mensagens em Broadcast.

–Não possui mecanismos de autenticação.

RIP Versão 2

• RIP Versão dois suporta:–Propaga as rotas utilizando

mensagens de broadcast, ao invés de multicast.

–Suporta a definição de rotas com uso de máscaras.

–Autenticação por Password Simples

Formato das Mensagens RIP v2

Command(1: request, 2:

response)

Version(1 ou 2)

Reserved

Address Family(12 para IP)

IP Address

Subnet mask

Next Hop IP Address

Metric

Até 24 outras rota (repete os últimos 20 bytes)

Route tag(número do sistema autonomo)

Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4

Exemplo

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

Propagação da Rota 0

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

0.0.0.0 por 1 (custo 1)

0.0.0.0 por 2 (custo 2)

0.0.0.0 por 3(custo 3)

Propagação da Rota 0

• Inicialmente os roteadores tem apenas as rotas das redes conectadas fisicamente a eles.

2

10.26.128.0255.255.128.0

3

192.168.0.0255.255.255.0

1

192.168.1.0255.255.255.0

INTERNET 0.0.0.00.0.0.0

192.168.0.0 por 2 (custo 1)

192.168.0.0 por 3(custo 1)

192.168.0.0 por 2 (custo 1)

OSPF

• Versão Atual:v2– RFC 2328 e RFC 1246– Único protocolo de roteamento dinâmico

obrigatório para roteadores.

• Protocolo de roteamento completo, mais flexível que o RIP.– RIPv2 permite apenas trabalhar com custo por

número de saltos.– OSPF permite utilizar técnicas mais genéricas

para cálculo das métricas das rotas.

OSPF

• OSPF: Open Shortest Path First–Protocolo do tipo IGP

–Específico para redes IP • RIP funciona para outros

protocolos, e.g. IPX

–Ao contrário do que o nome sugere, o algoritmo trabalha com o melhor caminho ao invés do primeiro.

Características do OSPF

• Leva em conta o campo TOS (Type Of Service) do IP.

• Permite balanceamento de carga.

• Permite a divisão da rede em áreas.

• Os roteadores trocam mensagens autenticadas.

• Flexibilidade na criação de rotas (mascara de subrede variável).

Terminologia OSPF

R1

R5 R6

R0

N1Area 0

Area 2

Area 1R3

BACKBONEOSPF

Area 0.0.0.0

R7R4

Fronteira de AS

N2

N1

Fronteira de Área

R2

Terminologia OSPF

• Roteadores Intra-Area:– Conhecem apenas a topologia de rede do

interior de sua própria área.

• Roteadores de Fronteira de Área– Conhecem duas ou mais áreas aos quais

estão diretamente conectados.

• Roteadores de Fronteira de AS– Trocam informações com outros AS

Funcionamento do OSPF

• Protocolo de Estado de Enlace– Protocolo OSPF é diretamente encapsulado no IP

(protocolo tipo 89).– São transmitidos em multicast para o endereço

padrão: 224.0.0.5.

• Mensagens do OSPF:1. Hello

2. Descrição do Banco de Dados

3. Solicitação do Estado de Enlace

4. Atualização do Estado de Enlace

5. Reconhecimento do Estado de Enlace

Funcionamento OSPF

• Os roteadores que executam OSPF enviam mensagens de anúncio de estado (4 tipos):– Anúncios de Enlaces de Roteador:

• Produzidos por todos os roteadores e são espalhados dentro de uma única área.

– Anúncios de Enlaces de Rede:• Produzidos pelo roteador designado e são espalhados em

uma única área.

– Anúncio de Enlaces de Resumo:• Produzidos pelos roteadores de fronteira de área.

Descrevem rotas para destinos em outras áreas e para os roteadores de fronteira de AS.

– Anúncio de Enlaces de AS Externo:• São produzidos pelos roteadores de fronteira AS e são

espalhados por todos as áreas.

Multicast e IGMP

Edgard Jamhour

Internet Multicasting e IGMP

• A função de multicast é definida através dos endereços CLASSE D

• De:– 11100000.00000000.00000000.00000000– 224.0.0.0

• Até:– 11101111.11111111.11111111.11111111– 239.255.255.255

Endereços de Multicast

• 224.0.0.0• 224.0.0.1• 224.0.0.2

• 224.00.5• 224.0.0.6• 224.00.9

• 239.255.255.255

RESERVADO

TODOS OS GRUPOS DE MULTICAST

UTILIZADO PELO OSPF

TODOS OS ROTEADORES DA SUBREDE

UTILIZADO PELO OSPF

UTILIZADO PELO RIP2

Endereços de Multicast

• Os endereços IP de multicast aparecem apenas no campo de destino

224.0.0.12 224.0.0.12224.0.0.13 224.0.0.13

192.0.0.1 192.0.0.2 192.0.0.3 192.0.0.4 192.0.0.5

192.0.0.1 224.0.0.2 DADOS

Mapeamento de Endereços IP e MAC

• Os 25 bits mais significativos do endereço MAC de multicast são fixos:– 01.00.5E.00.00.00

• Os últimos 23 bits menos significativos do endereço IP são colocados como os 23 bits menos significativos do endereço MAC.– Exemplo: – IP: 224.0.0.1– MAC: 01.00.5E.00.00.01

Níveis de Participação no Multicast

• Nível 0– O host não envia nem recebe mensagens

Multicast

• Nível 1– O host pode enviar, mas não pode receber

multicast

• Nível 2– O host pode enviar e receber multicast

Multicast através da Internet

• A faixa de endereços 224.0.0.0 a 224.0.0.255 não é propagada na Internet.

• Os roteadores ignoram as mensagens desses grupo.

INTERNET

200.134.51.0/24 200.17.98.78.0/24

224.0.0.11224.0.0.11

Não pertencem ao mesmo grupo (224.0.0.11 – um salto)

Roteador de multicast Roteador de multicast

Multicast através da Internet

• Para suportar multicast nível 2, os roteadores e os hosts devem suportar o protocolo IGMP

• IGMP– Internet Group Management Protocol

• O protocolo IGMP permite que um host informe aos demais hosts e ao roteador que está se juntando ou saindo de um grupo.

IGMP

• FASE 1:– Quando um host se junta a um novo

grupo de multicast, ele envia uma mensagem IGMP para o endereço de multicast “todos os hosts” (224.0.0.1).

– Roteadores locais recebem a mensagem e propagam a informação de grupo para outros roteadores de multicast.

FASE 1

Roteador de multicast Roteador de multicast

Informações de grupo

224.0.0.1 224.0.0.1

IGMP IGMP

224.0.0.1

IGMP

224.0.0.1

IGMP

IGMP

• FASE 2:– Como a participação em grupo é

dinâmica, roteadores locais questionam periodicamente os computadores da rede para ver se eles ainda fazem parte do grupo.

– Se nenhum host responder, o grupo é considerado desfeito.

FASE 2

Informações de grupo

IGMPIGMP

IGMP

224.0.0.1 224.0.0.1

Resposta randômica entre 0 e 10 segundosSe ninguém responder, o grupo é considerado desfeito.

Mensagem IGMP

• VERSÃO: 1 (atual)• TIPO: 1 (consulta de roteador) 2 (resposta de host)• GROUP ADDRESS: endereço classe D ou ZERO

na consulta

VERS TIPO SEM USO

ENDEREÇO DE GRUPO(ZERO SE CONSULTA)

CHECKSUM

4 bytes

2 bytes

Propagação das Informações de Multicast

• A arquitetura TCP/IP não define um padrão único para propagação de rotas multicast através de roteadores.

• Os seguintes protocolos podem ser usados para esse fim:– DVMPR: Distance Vector Multicast Routing

Protocol– MOSPF: Multicast OSPF– PIM: Protocol Independent Multicast

DVMRP

• O mais utilizado na Internet.• É baseado no princípio de tunelamento.• Utiliza Mensagens IGP

Rede Não Multicast

tunel

RPM: Reverse Path Multicast

Árvore de Distribuição de Datagramas Multicast

Multicast

• Os roteadores de multicast fazem cópia dos pacotes multicast recebidos

pacotepacote

pacote

pacote

pacote

Multicast na Internet

• Para propagar Multicast na internet, utiliza-se técnicas de tunelamento.

INTERNET

224.0.0.3224.0.0.3

Roteador de multicast Roteador de multicast

224.0.0.3

Tunelamento

IP UNICAST DO ROTEADOR MULTICAST DE DESTINO

ENDEREÇO DE MULTICAST

DADOS

224.0.0.2

192.0.0.1

200.0.0.1 210.0.0.1

192.0.0.2

224.0.0.2

200.0.0.1 210.0.0.1 192.0.0.1 224.0.0.2 DADOS

IP Versão 6

• IPv6: Internet Protocolo, versão 6.–Também denominado IPng

• (ng: next generation)

–Utiliza endereços de 128 bits

–Permite criar pacotes especializados.

–Utiliza um modelo mais flexível para controle de informações.

Categorias de Endereço IPv6

• Unicast:– O destinatário é um único computador.

• Cluster:– O destinatário é um grupo de computadores

que compartilham um mesmo prefixo de endereço (isto é, estão na mesma rede física).

• Multicast:– O destinatário é um grupo de computadores,

possivelmente em redes físicas distintas.

Categorias de Endereço

unicast

cluster

multicast

Reserved

Allocation

0000 0000 1/256

Prefix (binary) Fraction of Address Space

Unassigned … … NSAP Allocation 0000 001 1/128 IPX Allocation 0000 010 1/128 Unassigned … …

Aggregatable Global Unicast Addresses

001 1/8 Unassigned … …

Link-Local Unicast Addresses .

1111 1110 10 1/1024 Site-Local Unicast Addresses 1111 1110 11 1/1024

Multicast Addresses 1111 1111 1/256 Link-Local Unicast Addresses 1111 1110 10 1/1024

Site-Local Unicast Addresses 1111 1110 11 1/1024

Multicast Addresses 1111 1111 1/256

Classes de Endereço IPv6

TLA ID NLA ID SLA ID Interface ID

3 13

24 16 648

FP 001

RES

Aggregatable Global Unicast

FP: Format Prefix (AGGR)

TLA ID: Top Level Aggregation Identifier

NLA ID: Next Level Aggregation Identifier

SLA ID: Site Level Aggregation Identifier

Interface ID: Link Level Host Identifier

AGGR

PROVEDOR

BA

CK

BO

NE SITE

SITE

TLA

BA

CK

BO

NE

NLA

PROVEDOR

SLA

Endereços IPv6

• Exemplo de Endereço IPv6:– 8000:0000:0000:0000:68DA:8909:3A22:FECA

• endereço normal

– 8000:0:0:0:68DA:8909:3A22:FECA• simplificação de zeros

– 8000 ::68DA:8909:3A22:FECA• omissão de 0’s por :: (apenas um :: por

endereço)

– 47::47:192:4:5 • notação decimal pontuada

– ::192:31:20:46 • endereço IPv4 (0:0:0:0:0:0:0:0:192:31:20:46)

Datagrama IPv6

• IPv6 utiliza um formato de datagrama completamente diferente do IPv4.

• O cabeçalho do IPv6 é composto de duas partes:– um cabeçalho de tamanho fixo– zero ou mais cabeçalhos de extensão

Cabeçalho Base

Cabeçalho Extensão

Dados... Cabeçalho Extensão

tamanho fixo tamanho fixo ou variável

CabeçalhoCom todos as funções

IPv6

DADOSIPv4

Cabeçalho IPv6

• A figura abaixo mostra a porção fixa do cabeçalho IP. – O cabeçalho IPv6 tem menos campos que o IPv4– No total, o IPv6 utiliza um cabeçalho de 40 bytes.

Version Priority Flow Label

Payload length Next Header Hop Limit

Source Address(16 bytes)

Destination Address(16 bytes)

byte 1 byte 2 byte 3 byte 4

Cabeçalho IPv6

• Version (4 bits)– Contém o número fixo 6.– Será utilizado pelos roteadores para determinar se

eles podem ou não transportar o pacote.

IPv4

IPv6O roteador analisa o campo de versão para determinar como o restante do cabeçalho deve ser

interpretado.

Cabeçalho IPv6

• Priority (4 bits)– Utilizado como descritor de tráfego.– 0 a 7: tráfego assíncrono.

• a aplicação admite reduzir a taxa de comunicação em caso de congestionamento.

– 8 a 15: tráfego em tempo real.• a aplicação precisa manter o atraso constante, mesmo

que isso implique em perdas de pacotes.

– Quanto menor a prioridade, mais atraso pode ser tolerado:

• Exemplo: 1 (News), 4 (FTP), 6 (Telnet), 0 (Não Importa)

Controle de Fluxo

• Flow Label (24 bits)– Permite identificar 16 milhões de conexões entre 2 pares de IP.– Permite controlar a banda associada a uma conexão.– O tratamento dado a uma conexão deverá ser pré-definido em

cada roteador que participar da rota do datagrama, previamente a comunicação.

IPA IPB

FL=1

FL=2

No IPv6 os roteadores podem diferenciar as conexões.

Cabeçalho IPv6

• Payload Lenght– Indica quantos bytes seguem o cabeçalho fixo de 40

bytes.

• Next Header– Se houver cabeçalhos de extensão, indica o seu tipo.

• Atualmente são definidos 6 tipos de cabeçalho de extensão

– Se não houverem, indica o cabeçalho de transporte.

• Hop Limit– Equivalente ao Time to Live do IPv4.

Cabeçalhos de Extensão

• 6 tipos de cabeçalhos de extensão estão definidos atualmente:– Hop-by-hop options:

• informações para analisadas pelos roteadores

– Routing• rota completa ou parcial que a mensagem deve seguir

– Fragmentation• Gerenciamento de fragmentos de datagrama

– Authentication• Verificação da identidade do transmissor

– Encrypted security payload• Informação sobre o conteúdo criptografado

– Destination options• Analisadas apenas pelos computadores.

Cabeçalhos de Extensão

• Os datagramas IPv6 podem ter 0 ou vários cabeçalhos de extensão, conforme mostra o exemplo abaixo:

cabeçalho baseNEXT = TCP

segmento TCP

cabeçalho baseNEXT = ROUTE

cabeçalho ROUTENEXT=TCP

segmento TCP

cabeçalho baseNEXT = ROUTE

cabeçalho AUTHNEXT=TCP

segmento TCP

cabeçalho ROUTENEXT=AUTH

Hop-by-hop Header

• Define opções sobre o datagrama transportado, que todos os roteadroes devem analisar.

• Exemplo de opção:– Suportar datagramas com mais de 64K– Esses datagramas são denominados jumbogramas

Next Header

194

Jumbo payload length

1 byte 1 byte

0

2 bytes

tamanho do datagrama, valor superior a 64k

indica a opção “definir tamanho do datagrama”

indica o tamanho do cabeçalho de extensão (menos 8 bytes que são mandatários)

indica o tipo de cabeçalho de extensão (hop by hop)

Destination Options Header

• Permite passar informações que devem ser interpretadas apenas pelo destinatário.– É destinado para suportar o desenvolvimento de novos softwares

sem causar problemas com os roteadores existentes.– Essa opção permitirá a criação flexível de novos protocolos de

roteamento (para os roteadores) e novos protocolos entre usuários finais.

Next Header

opcoes

opcões

1 byte 1 byte

Length

2 bytes

seqüência de opções individuais.

Routing Header

• Indica um ou mais roteadores que devem compor o caminho do datagrama até o destinatário.– o caminho completo pode ser especificado (strict routing)– o caminho parcial pode ser especificado (loose routing)

Next Header Number of addresses(1-24)

1 byte 1 byte

Routing Type

Indica o índice do próximo endereço. Começa com 0 e é incrementado cada vez que um dos endereços é visitado.

Next address

Bit map

1 – 24 endereços

1 byte 1 byte

indica se cada endereço pertence a uma rota “strict” ou “loose”.

Roteamento

A

B

C

D

E

5-0-ABCDE

5-1-ABCDE

5-2-ABCDE

5-3-ABCDE

5-4-ABCDE

5-5-ABCDE

A

B

C

D

E

3-0-ACE

3-1-ACE

3-1-ACE

3-2-ACE

3-2-ACE

3-3-ACE

strict routing

loose routing

Fragmentation Header

• A fragmentação no IPv6 funciona de maneira similar ao IPv4.– Ao contrário do IPv4, o IPv6 só permite efetuar a fragmentação

na origem.– Os roteadores não podem fragmentar os pacotes. Se o pacote for

muito grande para ser colocado num quadro, ele é discartado pelo roteador e uma mensagem ICMP é enviada de volta ao cliente.

indica a posição do fragmento.

Next Header

Fragment Offset

1 byte 1 byte

Reservado MF

Datagram Identification

15 bits 1 bit

indica se é o último fragmento ou não.

Autenticação e Criptografia

• IPv6 traz funções de segurança que não eram contempladas pelo IPv4.

• Essas funções de segurança permitem:– Autenticar quem enviou o pacote para o receptor.– Gerenciar a criptografia dos dados.

• O IPv6 assume a utilização de um mecanismo de criptografia baseado em chaves.– Antes que os dados possam ser trocados de forma

segura, um contrato, denominado “SECURITY ASSOCIATION (SA)”, deve ser estabelecido entre dois computadores.

Security Association

• Num SA, ambos os computadores concordam em como trocar e proteger a informação, definindo:– Tipo de autenticação, Tipo de criptografia, Algoritmo de

Criptografia, Tamanho da Chave, etc.

• Serviços de rede implementados pelo sistema operacional:– ISAKMP

• Internet Security Association and Key Management Protocol

• centraliza a administração de associações de segurança, reduzindo o tempo de conexão.

– Oakley • Oakley generation protocol.

• Gera e gerencia as chaves de segurança utilizadas para proteger a informação.

Security Associations

• Os pacotes IPv6 são protegidos de acordo com os critérios definidos em uma Associação de Segurança.

Protocolo de CriptografiaAlgoritmo de HashingTamanho da Chave

Método de AutenticaçãoEtc.

Protocolo de CriptografiaAlgoritmo de HashingTamanho da Chave

Método de AutenticaçãoEtc.

Security Parameter Index - SPI

SPI1

SPI1

SPI2

SPI3

SPI1

SA1

SA2

SA3

SA1

SA2

• Um servidor pode ter ao mesmo tempo várias associações de segurança diferentes (SA), pois pode manter comunicações seguras com vários usuários ao mesmo tempo.

• Um parâtretro de 32 bits denominado SPI é enviado junto como os pacotes IPv6 para indicar qual SA foi usado para proteger a mensagem.

IPV6 –SPI1

IPV6 –SPI2

Distribuição de Chaves no IPsec

• Os pacotes IPv6 possuem um campo de 32 bits, denominado “Security Parameter Index”, que indica qual associação de segurança foi utilizada para proteger o pacote. O receptor utiliza esse indicador para determinar como interpretar a informação recebida.

Segurança no IPv6

Autenticação do Transmissor

• O princípio de autenticação adotado pelo IPv6 consiste em enviar uma mensagem para o servidor com uma assinatura digital.– A mensagem é o próprio datagrama, pois ele contém o endereço

do emissor.

Pacote AssinadoPacote Assinado

Assinatura Assinatura DigitalDigital

Cabeçalho de Cabeçalho de BaseBase

DadosDados

Cabeçalho extensão

Authentication Header

• Permite identificar para o receptor de um datagrama quem foi que o enviou.– Length:

• comprimento do cabeçalho em múltiplos de 32.

– Security Parameter Index: • identificador de 32 bits, com a SA compartilhada pelo

transmissor e pelo receptor.

– Authentication Data: • Checksum de 32 bits gerado pelo MD5 (ou outro protocolo)

Next Header reserved

1 byte 1 byte

Length reserved

Security Parameter Index

Authentication Data

1 byte 1 byte

More Data

Encrypted Security Payload Header

• A transmissão de dados criptografados pelo IPv6 é feita através do cabeçalho Encrypted Security Payload.– a chave de criptografia utilizada é definida pelo campo Security

Parameter Index.– o algoritmo de criptografia pode ser qualquer, mas o DES Cipher-

Block Chainin é o default.

Next Header reserved

1 byte 1 byte

Length reserved

Security Parameter Index

Encrypted Payload(dados criptografados)

1 byte 1 byte

Backbone IPv6

6bonewww.6bone.net

Backbone experimental,

Organizado pelo IETF.

Conta com participantes do

mundo todo.

Integração IPv4 e IPv6

• Três estratégias:–A) Utilizar dispositivos de rede com

duas pilhas de protocolo:• IPv4 e IPv6

–B) Construir endereços IPv6 a partir de endereços IPv4 acrescentando o prefixo 0000

–C) Tunelamento

A) Pilha Dupla

• Roteadores e Sistemas operacionais de computadores deverão suportar ambas as pilhas de protocolos em suas novas versões:– Linux e Windows 2000 já possuem extensões para IPv6.– Funcionalidade completa em IPv4 e IPv6.

IPv6 IPv4 IPv4 IPv6

Host com dois endereços: IPv4 e

IPv6

B) NAT (Prefixo 0000)

• Computadores que já possuem endereços IPv4 públicos podem utilizar a classe 0000 do IPv6 para construir endereços IPv6 compatíveis como IPv4.

IPv4 IPv6IPv4

IPv4 IPv6IPv4

translator

Endereço IPv6 com prefixo 0

Endereço IPv4

Endereço IPv4

IPv6

C) Tunelamento

• Foi definida uma estratégia de migração gradual de IPv4 para IPv6, até que exista ISP IPv6 e backbones com abrangência equivalente ao IPv4 atual.– Esta estratégia consiste em utilizar técnicas

de tunelamento, onde pacotes IPv6 são transportados dentro de pacotes IPv4.

IPv4 origem Pacote IPv6IPv4 destino

Endpoints do Tunnel

Tipos de Túneis IPv6overIPv4

• Os túneis podem ser criados de duas maneiras:– CONEXÃO A UMA ESTRUTURA COMUM:

• Estratégia: Redes IPv6 se conectam a um backbone comum IPv6 através de túneis IPv4.

• Utiliza túneis permanentes.

– CONEXÃO FIM-A-FIM • Estratégia: Criação dinâmica de túneis entre

cada dois parceiros que possuem redes IPv6 e precisam se comunicar através da Internet.

• Cria túneis dinâmicos.

Túneis Permanentes

6 bone

HostIPv6

HostIPv6 Host

IPv6

IPv4

IPv4

IPv4

Pontos de acesso ao 6bone através de tunelamento

HostIPv6

ISP que oferece um serviço IPv6 nativo Tunnel IP6over4

Tuneis Dinâmicos

InternetIPv4

HostIPv6

HostIPv6

Rede IPv6 Rede IPv6

Tunel IPv6to4 configurado

dinamicamente

Roteadores IPv4, IPv6 com capacidade

tunelamentoRoteador IPv4

Normal

Reserved

Allocation

0000 0000 1/256

Prefix (binary) Fraction of Address Space

Unassigned … …

NSAP Allocation 0000 001 1/128

IPX Allocation 0000 010 1/128

Unassigned … …

Aggregatable Global Unicast Addresses

001 1/8

Unassigned … …

Link-Local Unicast Addresses .

1111 1110 10 1/1024

Site-Local Unicast Addresses 1111 1110 11 1/1024

Multicast Addresses 1111 1111 1/256

Link-Local Unicast Addresses 1111 1110 10 1/1024 Site-Local Unicast Addresses 1111 1110 11 1/1024

Multicast Addresses 1111 1111 1/256

6to4 scheme

IPv6: 6to4 Addressing Scheme

1/65535

AGGR (1/8)

Suporte aos Túneis Dinâmicos:Endereços 6to4

• Uma classe especial de endereços IPv6 foi criada para suportar a criação de túneis automáticos (RFC 2529)– 2002::/16

• Nessa classe, o endereço IPv4 do túnel é definido dentro do próprio endereço IPv6 do destinatário, conforme mostra a figura abaixo.

0 0000 0000 0010

V4ADDR001

SLA ID Interface ID

3 13 32 64

2:0:0:2

16

Site Address 80 bits

Endereço IPv4 público

Túneis Dinâmicos

Rede IPv6

2:0:0:2:IPv4A::/48

IPv4A

2:0:0:2:IPv4B::/48InternetIPv4

IPv4A IPv4B

IPv4BIPv6AIPv6BDADOS

IPv6AIPv6BDADOS

Quality of Service – QoS

• Quality of Service – QoS– Refere-se a capacidade da rede de prover melhores

serviços para diferentes meios de transporte:• ATM, Frame-Relay: Recursos Nativos• IP: Recursos adicionados através de protocolos

especiais.

– QoS IP refere-se a capacidade das redes IP de proverem qualidade de serviço utilizando ou não os recursos disponíveis nas tecnologias de transporte.

• Parâmetros de QoS– Atraso– Jitter: Variação no Atraso– Taxa de Perda de Pacotes

Parâmetros de QoS

ATRASOFIXO

ppCDV PACOTES PERDIDOS

maxCTD

ATRASO

MÁXIMO ATRASO ACEITÁVEL

ATRASO VARIÁVEL ACEITÁVEL

Densidade de probabilidade

Classificação das Aplicações

• A QoS solicitada ao provedor de serviços depende dos requisitos específicos das aplicações. – Aplicações tempo-real

• Aplicações sensíveis ao atraso– Tolerantes a perda de pacotes – Intolerantes a perda de pacotes

– Aplicações elásticas• Aplicações que não são afetadas pelo

atraso.

Requisitos de QoS

 

Requisitos de QoS Voz FTP E-mail Vídeo Broadcast

Vídeo Interativo

Exigência de largura de banda

Baixa a Média

Baixa Baixa Alta Alta

Sensibilidade ao descarte aleatório de pacotes

Média Média Média Média Média

Sensibilidade ao atraso

Alta Baixa Baixa Baixa Alta

Sensibilidade ao jitter Alta Baixa Baixa Média Alta

Atraso

• O Atraso é o principal fator de QoS.

• Em aplicações tempo-real o atraso provoca perda de QoS.– Por exemplo, na transmissão de voz:

• Eco e Sobreposição de conversação.

• Os principais fatores que influenciam na latência de uma rede são: – Atraso de propagação (Propagation Delay); – Velocidade de transmissão e – Processamento nos equipamentos

Fatores que Influenciam o Atraso

Congestionamento na rede local

Bufferização nos Roteadores

Capacidade do Terminal

Congestionamento nos links

Tempo de propagação

Tempo de Propagação

• Atrasos de Propagação - Fibras Ópticas – Exemplos

 

Trecho (Round Trip Delay) Atraso de Propagação

Miami a São Paulo 100 mseg

New York a Los Angeles 50 mseg

Los Angeles a Hong Kong 170 mseg

Fontes de Atraso

• Atraso introduzido por equipamentos: – Roteadores (comutação de pacotes) – LAN Switches (comutação de quadros) – Servidores de Acesso Remoto (RAS) (comutação de pacotes, ...) – Firewalls (processamento no nível de pacotes ou no nível de

aplicação, ...)

• Considerando que a latência é um parâmetro fim-a-fim:– Capacidade de processamento do processador– Disponibilidade de memória– Mecanismos de cache– Processamento nas camadas de nível superior da rede

(Programa de aplicação, camadas acima da camada IP, ...);

Perda de Pacotes

• Pacotes são perdidos devido a dois fatores:– Erros no pacote:

• Cabeçalho do pacote:– Descartados pelos roteadores

• Campo de dados:– Descartados pelo computador

– Falta de Banda• Estouro de buffer dos roteadores .• Priorização de tráfego

– Pacotes menos prioritários são descartados.

Estratégias para Implantação de QoS

• Duas estratégias possíveis:– Reserva de Recursos (serviços integrados):

• recursos da rede são reservados de acordo com a requisição de QoS da aplicação e sujeitos a uma política de gerenciamento de banda.

– Exemplo: RSVP

– Priorização (serviços diferenciados): • O tráfego da rede é classificado e os recursos

da rede são distribuídos de acordo com critérios da política de gerenciamento de banda.

Níveis de Serviço QoS

• Três níveis básicos de QoS podem ser providos através de redes heterogêneas:– 1) Melhor Esforço (Best-effort Service):

• É a implementação default da Internet.

– 2) Serviço Diferenciado (Differentiated service):

• Algum tráfego é tratado melhor que o resto.

– 3) Serviço Garantido (Guaranteed service)• Reserva absoluta de recursos de rede para

tráfego específico.

Níveis de QoS

MELHOR ESFORÇO

DIFERENCIADO

GARANTIDO

Reserva de Recursos

Prioridade

Sem QoS

Técnicas de QoS Diferenciado

• Controle de Congestionamento– Estabelece mecanismo para diferenciar o tráfego em

caso de congestionamento da rede.– Permite tratar o tráfego de tempo real de maneira

diferente do tráfego elástico.

• Antecipação de Congestionamento– Introduz técnicas que tomam ações preventivas para

evitar o congestionamento.

• Adequação do Perfil de Tráfego– Forçam um perfil de tráfego específico na saída, de

maneira independente do fluxo de tráfego na entrada.

Controle de Congestionamento

• Os roteadores devem suportar mecanismos de filas com priorização para permitir a implementação de mecanismos de QoS.

• As principais técnicas de priorização são:– First-in, first-out (FIFO) queuing– Priority queuing (PQ)– Custom queuing (CQ)– Weighted fair queuing (WFQ)

FIFO – First In Firt Out

• Trata as variações de tráfego através de uma fila, mas não utiliza nenhum tipo de prioridade. É a opção default dos dispositivos de rede.

FILA INTERNA NO ROTEADOR

LINK A(rede local: 100

Mbps)

LINK B(rede WAN: 1 Mbps)

LINK A > LINK B

PQ: Prioritizing Traffic

• Utiliza várias filas FIFO de prioridades diferentes:– high, medium, normal ou low

• O tráfego é classificado e colocado em filas diferentes, dependendo da sua prioridade.

• Os critérios de classificação podem ser diversos:– Tipo de protocolo– Interface de entrada– Tamanho do pacote– Endereço de origem e/ou destino

• A estratégia consiste em transmitir primeiro o tráfego das filas de maior prioridade.

PQ: Prioritizing Traffic

CQ: Guaranteeing Bandwidth

• Esta técnica utiliza até 16 filas em escalonamento round robin. O tamanho das filas é proporcional a prioridade do tráfego.

• A classificação para entrada nas filas é feita por protocolo ou interface de entrada.

1/10 2/10 3/10 4/10 Fila de alta prioridade

(4 pacotes de cada vez)

Fila de baixa prioridade

(1 pacotes de cada vez)

CQ: Guaranteeing Bandwidth

Weighted fair queuing (WFQ)

• Efetua classificação do tráfego por fluxo:– Endereço IP de origem e destino– Portas de origem e destino– Tipo de protocolo

• Os fluxos são armazenados num número configurável de filas.– Fluxos de baixo volume, que são a grande

maioria do tráfego, recebem um serviço preferencial.

– Fluxos de alto volume, dividem o restante da banda de maneira proporcional entre eles.

Weighted fair queuing (WFQ)

Weighted fair queuing (WFQ)

• Dando prioridade para os fluxos mais curtos, o WFQ reduz significativamente o atraso médio de entrega dos pacotes.

Prioridades no IP

• O protocolo IPv4 possui um campo denominado tipo de serviço, com informações que podem ser utilizadas para definir a prioridade dos pacotes.

 

Bit Requisição

1 Minimizar retardo

2 Maximizar vazão

3 Maximizar confiabilidade

4 Minimizar custo

Bit Prioridade

000 Muito Baixa

001 Baixa

.. Maximizar confiabilidade

111 Muito Alta

PACOTE IPCABEÇALHO

TOS

Precedência de IP

• A ponderação das filas leva em conta as informações do campo “Tipo de Serviço” do protocolo IP (3 bits):– Prioridades de 0 (menos prioritário) a 7 (mais prioritário).

• É feito uma média ponderada para determinar a quantidade de banda que cada fluxo recebe.

• Por exemplo, se estão chegando 3 fluxos de prioridade 2 e 4 fluxos de prioridade 1, cada fluxo recebe:– 3*2 + 4*1 = 10: banda total disponível– 2/10, 2/10, 1/10, 1/10, 1/10, 1/10: banda alocada por fluxo

Cabeçalho IP

TOS 1 byte, 3 bits de prioridade

Técnicas para Evitar Congestionamento

• As técnicas para evitar congestionamento antecipam a tendência de congestionamento na rede e agem antes que o congestionamento ocorra.

• RED:– RED: Randon Early Detection– Os roteadores iniciam um processo de descarte randômico de

pacotes assim que percebem um congestionamento nas suas interfaces.

• WRED:– RED ponderado– A operação de descarte acontece levando em conta as

informações de prioridade do campo TOS dos pacotes IP.

RED

Ferramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego

• GTS– Generic Traffic Shaping– Baseado no Token Bucket Approach– Reduz o tráfego de saída de uma interface para um taxa constante

Ferramentas de Monitoramento de Controle de Tráfego

• FRTS– Frame Relay Traffic Shaping– As informações fornecidas pelo Frame Relay são usadas para controlar

as funcionalidades de QoS implementadas pelo roteador.• CIR: Committed Information Rate (CIR)• FECN, BECN• DE

Taxa definida pelo CIR

Indicações do BECN faz com que os pacotes aguardem na fila.

Circuito virtual

O flag DE indica quais pacotes

devem ser descartados em caso de

congestionamento.

Reserva de Recursos

• Ao contrário das técnicas de priorização, permite reservar banda para as aplicações.

• Frame-Relay– Trabalha apenas com priorização

• ATM– Trabalha com priorização e reserva de recursos

• IP – Trabalha apenas com o melhor esforço– Novos protocolos foram criados para o IP para permitir

a reserva de recursos.– Entre eles, o mais importante: RSVP

• Resource Reservation Protocol

RSVP

• O RSVP foi concebido no “Information Sciences Institute (ISI)” da “University of Southern California (USC)”, MIT e no “Xerox Palo Alto Research Center”.

• RSVP é um protocolo de controle, capaz de implementar políticas de qualidade de serviço solicitadas pelas aplicações (end points)

1

2

Funcionamento

• 1. A aplicação servidora identifica sua necessidade de QoS; – O transmissor caracteriza seu tráfego de

saída:• Tspec: limites inferior e superior de banda,

atraso e variação de atraso (jitter). • Tspect é enviado através da mensagem PATH

para o endereço de destino (um ou mais receptores).

– Cada roteador com o RSVP habilitado através da rota percorrida estabelece um “path-state” que inclui o último endereço da mensagem PATH.

Funcionamento

• 2. A aplicação cliente solicita à rede a garantia de QoS que lhe é conveniente (Reserva) através do protocolo RSVP; – Os receptores enviam uma mensagem RESV

(Reservation Request) de volta. • Tspec: requisitos do transmissor• Rspec: tipo de serviço (Diferenciado ou

Garantido)• Filter spec: identifica os pacotes que devem de

beneficiar da reserva– Protocolo de transporte e número de porta.

Funcionamento

• 3. A rede (Equipamentos roteadores e switch routers) aceita eventualmente a solicitação e "tenta garantir" a reserva solicitada.– Quando um roteador recebe a mensagem RESV:

• autentica a requisição • alocar os recursos necessários.

– Se a requisição não pode ser satisfeita (devido a falta de recursos ou falha na autorização), o roteador retorna um erro para o receptor.

– Se aceito, o roteador envia a mensagem RESV para o próximo roteador.

Funcionamento

• 4. Confirmação– Quando o último roteador recebe a mensagem

RESV e aceita sua solicitação, envia uma mensagem de confirmação de volta para o receptor (note que o último roteador é o mais perto do transmissor ou o ponto de agregação de reserva para fluxos multicast).

• 5. Operação– Uma vez aceita a reserva, os fluxos de dados

(streams) correspondentes à aplicação são identificados e roteados segundo a reserva feita para os mesmos.

O RSVP suporta três tipos de tráfego

• Tráfego “best-effort” é o tráfego IP tradicional. – Exemplo: email

• Tráfego “rate-sensitive”exige uma garantia de taxa independente do atraso.– Exemplo transmissão de vídeo não interativo. – Um buffer no cliente compensa o atraso.

• Tráfego “delay-sensitive” requer um tempo de entrega independente do tempo (atraso constante) mesmo variando a sua taxa. – Exemplo transmissão de video interativo. – O número de quadro pode variar, mas não pode haver

perda de sincronia.