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Prof. Edgard Jamhour email: [email protected] URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour. Tecnologias Ethernet e IP. Módulo 1. I) Introdução ao Ethernet II) Aquitetura IP III) Integração de Ethernet e IP IV) Modelo em Camadas TCP/IP. I – Introdução ao Ethernet. Evolução do Ethernet. - PowerPoint PPT Presentation
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Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
Tecnologias Ethernet e IPTecnologias Ethernet e IP
Prof. Edgard Jamhour
email: [email protected]
URL: http://ppgia.pucpr.br/~jamhour
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Módulo 1Módulo 1
• I) Introdução ao Ethernet
• II) Aquitetura IP
• III) Integração de Ethernet e IP
• IV) Modelo em Camadas TCP/IP
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
I – Introdução ao EthernetI – Introdução ao Ethernet
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Evolução do EthernetEvolução do Ethernet
• 1970 - 1976 – Xerox Corporation– Robert Metcalfe
– Artigo: “Ethernet: Distributed Packet-Switching For Local Computer Networks”
– 3 Mbps
– CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
• 1980 – Xerox, Digital, Intel– Robert Metcalfe fundou a 3Com
– Ethernet I: não mais usado
– Ethernet II: formato DIX (DEC, Intel, Xerox)
– Padrão proposto em 10 Mbps
• 1985– ANSI/IEEE 802.3
– Formato do quadro: IEEE 802.3 LLC
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
QUADROS ETHERNET IIQUADROS ETHERNET II
• O quadro (frame) é a menor estrutura de informação transmitida através de uma rede local.
DA SA DADOS
FCS
FECHOCABEÇALHO
ENDEREÇO (FÍSICO) DE DESTINO (6 bytes)
ENDEREÇO (FÍSICO) DE ORIGEM (6 bytes)
Length/Type
46 – 1500 bytes
TIPO ou TAMANHO (2 bytes)
FRAME CHECK SEQUENCE (4 bytes)
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
2
11
3
4
5
6
7
processotransmissor
7
dados76
dados765
dados7654
dados7653
dados7654
4
32
dados7654321
2
E 1
2
11
3
4
5
6
7
processoreceptor
dados7
dados76
dados765
dados7654
dados7653
dados7654
4
32
dados7654321
2
E 1
dados dados
PPDU
SPDU
TPDU
NPDU
DL-PDU
APDUdados
0 1 0 0 1 0 0 ...
pacote
quadro
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Comunicação no Modelo OSIComunicação no Modelo OSI
AplicaçãoAplicação
Apresentação
Sessão
TransporteTransporte
RedeRede
Enlace de DadosEnlace de Dados
FísicaFísica
AplicaçãoAplicação
Apresentação
Sessão
TransporteTransporte
RedeRede
Enlace de DadosEnlace de Dados
FísicaFísica
protocolo aplicação
protocolo apresentação
protocolo sessão
protocolo transporte
protocolo rede
protocolo enlace
protocolo da camada física
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
AplicaçãoAplicação
Apresentação
Sessão
TransporteTransporte
RedeRede
Enlace de DadosEnlace de Dados
FísicaFísica
Camadas do Modelo OSI
Gateway de Aplicação
Router
Ponte, Switch
Hub, Repetidor
Ethernet, PPP, HDLC
IP, IPX, OSPF
TCP, SPX, NetBEUI
HTTP, FTP,, DNS,DHCP, etc
bit
quadro
pacote
segmento
JPEG, MPEG, etc
RPC, NFS, SQL, etc
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Padrões IEEE 802.3Padrões IEEE 802.3
• A camada de enlace é dividida em 2 sub-camadas
– Camada LLC: Logical Link Control– Camada MAC: Medium Access Control
AplicaçãoAplicação
Apresentação
Sessão
TransporteTransporte
RedeRede
Enlace de Enlace de DadosDados
FísicaFísica Physical (PHY)Physical (PHY)
Media Access (MAC)Media Access (MAC)
Logical Link ControlLogical Link Control(LLC)(LLC)
IEEE 802.3
IEEE 802.2
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Quadro EthernetQuadro Ethernet
• Os quadros Ethernet incluem informações de preâmbulo utilizados para sincronização e delimitação dos quadros.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Tipos de Quadros EthernetTipos de Quadros Ethernet
• A máxima unidade transportável em quadros Ethernet (MTU) é 1500 bytes.
• Dois tipos de quadros Ethernet são utilizados.– Formato DIX: Utiliza o campo Type– Formato IEEE 802.x LLC: Utiliza o campo Length
• Valores até 1500:– O quadro é do tipo IEEE 802.x, e o significado do campo é
Tamanho
• Valores acima de 1500– O quadro é do tipo Ethernet II, e o significado do campo é Tipo– Exemplos: 0x0806 ARP, 0x0800 IP
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
A camada LLCA camada LLC
• A camada LLC introduz um nível adicional de endereçamento, permitindo a multiplexagem de vários protocolos sobre a camada MAC.
• O cabeçalho LLC pode ser seguido do cabeçalho SNAP (Subnetwork Access Protocol) que inclui um campo com a mesma função que o Ethertype do formado DIX.
IEEE Organizationally Unique Identifier
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Endereço MACEndereço MAC
• O padrão IEEE 802 define 2 formas de endereçamento MAC– endereços administrados localmente
• Quem instala a placa de rede.
– endereços universais• OUI (Organizationally Unique Identifier).
1 2 3 4 5 6
OUI Número deSérie
Exemplos de OUI:
XEROX00-00-00 a 00-00-09
CISCO00-00-0C
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Endereços MACEndereços MAC
• Endereços MAC podem ser individuais ou em grupo.• Endereços de grupo podem ser
– broadcast (FF-FF-FF-FF-FF-FF) ou mulitcast (e.g. 01-00-5E-XX-XX-XX)
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Multicast para Protocolos PadronizadosMulticast para Protocolos Padronizados
• The following 48-Bit Universal Address Block has been allocated for use by standard protocols:
• 0X-80-C2-00-00-00 to 0X-80-C2-FF-FF-FF– X = 0 (unicast)
– X = 1 (grupo)
• IEEE 802.1D MAC Bridge Filtered MAC Group Addresses: – 01-80-C2-00-00-00 to 01-80-C2-00-00-0F;
– Não encaminhados por bridges IEEE 802.1D.
• Standard MAC Group Addresses: – 01-80-C2-00-00-10 to 01-80-C2-FF-FF-FF;
– Encaminhados por bridges IEEE 802.1D.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Princípio do EthernetPrincípio do Ethernet
• A tecnologia de redes locais (Ethernet) baseia-se no princípio de comunicação com broadcast físico.
A B C
B A DADOS
quadro
FCS
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Recepção: Filtragem de EndereçosRecepção: Filtragem de Endereços
MAC
ENLACE/FÍSICAENLACE/FÍSICA
REDEREDE
IP
MACD = PLACA DE REDE LOCALMACD = BROADCAST (FF.FF.FF.FF.FF.FF)MACD = MULTICAST (01.5E …)
MACD MACO DADOS FCS
INTERRUPÇÃO
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Transmissão: CSMA/CDTransmissão: CSMA/CD
Meio Livre
?
Iniciar Transmissão
S
Houve Colisão
?
Continuar até atingir o tamanho
mínimo
NAguarda o meio
ficar livre
Informa Sucesso para Camadas
Superiores
Espera um tempo
aleatório
Número de
Tentativas Esgotado
?
Informa Falha para Camadas
Superiores
S
N
S
N
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ETHERNET NÃO COMUTADAETHERNET NÃO COMUTADATempo para acesso a rede aumenta com o número de terminais.Tempo para acesso a rede aumenta com o número de terminais.
A B C
ESCUTANDO ESCUTANDO
quadros na fila de espera
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ETHERNET NÃO COMUTADAETHERNET NÃO COMUTADATaxa de ocupação máxima diminui com a distância entre os Taxa de ocupação máxima diminui com a distância entre os
terminaisterminais
• O tempo de propagação entre as estações afeta a taxa de ocupação máxima da rede.
A
B
A TRANSMITE
B TRANSMITEB RECEBE
tempo para o sinal ir de A para B
A RECEBE
T
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ExemploExemplo
• Quadro de 100 bit e Taxa de Transmissão = 10 Mbit/s: – Tempo para transmitir um quadro T = 10 10-6 s
• Velocidade de propagação no meio: 200 000 Km/s– Tempo de propagação: t = 1 10-6 s para 200 m– Tempo de propagação: t= 10 10-6 para 2 Km
L
A B
eficiência = T/(T+t)
eficiência200m = 91%91%
eficiência2Km = 50%50%
eficiência100Mbits e 2Km = 9,1%9,1%
HALF-DUPLEX
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ETHERNET NÃO COMPUTADAETHERNET NÃO COMPUTADAExiste possibilidade de colisãoExiste possibilidade de colisão
A
A
C
A TRANSMITE
C TRANSMITE
RECEBIDO DE A
RECEBIDO DE C
COLISÃO DETECTADA POR A
B C
COLISÃO DETECTADA POR C
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ExemploExemplo
• eficiencia = 1/(1 + 6,44t/T)– t: tempo de propagação
• L = 200m então t=1 10-6s
– T: tempo para transmitir o quadro• T = 10 10-6 s (quadro de 100 bits a 10 Mbits/s)
L
A B
eficienciaL=200m = 60,8 %60,8 %
eficienciaL=2Km = 13,4%13,4%
eficienciaL=2Km e 100Mbits/s = 1,52 %1,52 %
HALF-DUPLEX
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
LIMITAÇÕES DAS LANS NÃO COMUTADASLIMITAÇÕES DAS LANS NÃO COMUTADAS
• O NÚMERO DE COMPUTADORES É LIMITADO – Como apenas um computador pode transmitir de cada vez, o
desempenho da rede diminui na medida em que muitos computadores são colocados no mesmo barramento.
• A DISTÂNCIA ENTRE OS COMPUTADORES É LIMITADA– Para evitar colisões, os computadores “escutam” o barramento
antes de transmitir, e só transmitem se o barramento estiver desocupado.
– Quanto maior a distância entre os computadores, maior a chance de ocorrer colisões no barramento, levando a rede para um estado de colapso e baixo desempenho.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
HUBSHUBS
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos.
HUBHUB
C A C A C A
A B C
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Repetidor: BIT
amplitude
distância
fibra
cobre
repetidor
1 0 1 0 1 1 0 1 0 1
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Hub: Bit
Hub
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Operação Half-DuplexOperação Half-Duplex
• O tamanho mínimo do quadro está relacionado com o máximo diâmetro de colisão.• O quadro deve ser suficientemente grande para que a colisão seja detectada pelo
transmissor antes que a transmissão termine.• Isso impõe limitações ao tamanho mínimo de um quadro ou a máxima distância de
operação.
Parameter 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps
Minimum frame size 64 bytes 64 bytes 520 bytes1 (with extension field added)
Maximum collision diameter, DTE to DTE
100 meters UTP 100 meters UTP 412 meters fiber
100 meters UTP 316 meters fiber
Maximum collision diameter with repeaters
2500 meters 205 meters 200 meters
Maximum number of repeaters in network path
5 2 1
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ETHERNET COMUTADA: SWITCHETHERNET COMUTADA: SWITCH
• Hubs ou concentradores são dispositivos que simulam internamente a construção dos barramentos físicos.
A B C
SWITCHSWITCH
1 2 3C A
PORTA COMPUTADOR
1 A
A CA C
C A C A 3 C
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
SWITCHSWITCH
• Os switchs são dispositivos capazes de segmentar a rede local analisando os endereços físicos. Permitem também interligar dispositivos que trabalham com velocidades de transmissão diferentes.
A B C
SWITCHSWITCH
HUBHUB
D E F
HUBHUB
G
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Operação em Full-DuplexOperação em Full-Duplex• O modo de operação em full-duplex é bem mais simplex que a operação half-duplex,
pois não existe necessidade de controlar o compartilhamento do meio.• O quadros podem ser transmitidos em um fluxo contínuo, mas há necessidade de
respeitar-se um intervalo mínimo entre frames (IFG – InterFrame Gap).• A operação full-duplex inclui a implementação do controle de congestionamento por
hardware.
Flow Control
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
AutonegociaçãoAutonegociação
Selection Level Operational Mode Maximum Total Data Transfer Rate (Mbps)1
9 1000Base-T full-duplex 2000
8 1000Base-T half-duplex 1000
7 100Base-T2 full-duplex 200
6 100Base-TX full-duplex 200
5 100Base-T2 half-duplex 100
4 100Base-T4 half-duplex 100
3 100Base-TX half-duplex 100
2 10Base-T full-duplex 20
1 10Base-T half-duplex 10
• A auto-negociação ocorre na inicialização do link:– O nó envia uma mensagem de anuncio, com sua versão de Ethernet e
capacidades opcionais.– Reconhece o recebimento dos modos operacionais compartilhados pelas
NICs– Rejeita os modos operacionais que não são compartilhados– Configura sua NIC com o maior modo operacional que ambas as placas
podem suportar.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Prática - 1Prática - 1
• Comandos Básicos– show interfaces– show interfaces interface-id– show mac address table dynamic– show mac address table aging-time
• Verifique:– Mecanismo de aprendizagem do switch– Atualização da tabela MAC em caso de reconfiguração
(troca de cabos)
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Prática - 2Prática - 2Verificar tabela MAC nos SwitchesVerificar tabela MAC nos Switches
SWITCHSWITCH
SWITCHSWITCH SWITCHSWITCH
A B C D
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Prática – 3Prática – 3Verificar tabela MAC nos SwitchesVerificar tabela MAC nos Switches
SWITCHSWITCH
SWITCHSWITCH SWITCHSWITCH
A B C D
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Prática – 4Prática – 4Verificar tabela MAC nos SwitchesVerificar tabela MAC nos Switches
SWITCHSWITCH
SWITCHSWITCH SWITCHSWITCH
A B C D
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
BroadCast e Multicast EthernetBroadCast e Multicast Ethernet
• Por default, quadros transmitidos com endereços de destino multicast desconhecidos ou endereços broadcast são encaminhados para todas as portas do switch.
A B C
SWITCHSWITCH
1 2 3FF
A
PORTA COMPUTADOR
FF
AFF
A
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
LANS VirtuaisLANS Virtuais
• SEGMENTO = Domínio de Colisão– Os computadores de um Hub estão no mesmo segmento físico.
• VLAN = Domínio de Broadcast– O tráfego de broadcast pode passar de uma VLAN para outra apenas
através de um roteador.
A
SWITCH
B
C
D
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
FF.FF.FF.FF.FF.FF
E
A,B,C: VLAN 1
D,E: VLAN 2
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Interligação de SwitchesInterligação de Switches
SWITCH SWITCH
SWITCH
A
B C
D
E
VLAN 1,2,3VLAN 1,2,3
VLAN 1,2,3VLAN 1
VLAN 2 VLAN 2
VLAN 3
VLAN 2
TRUNKACCESS
Interface Trunk: Tráfego de Várias VLANsIEEE 802.1Q
Interface de Acesso: Tráfego de uma única VLAN
IEEE 802.3
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Modos das Portas de SwitchModos das Portas de Switch
• As portas de um switch pode trabalhar em dois modos:– Modo Access
• Cada porta do switch pertence a uma única VLAN.• Quadros Ethernet: Formato Normal.
– Modo Trunk• O tráfego de múltiplas VLANs é multiplexado em um único link
físico.• Usualmente interconectam switches.• Quadros Ethernet: formato especial (VLAN).• Apenas computadores com placas especiais podem se
conectar a essas portas.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Protocolos TrunkProtocolos Trunk
• Os quadros nas interfaces Trunk são formatados em quadros especiais para identificar a quais LANs eles pertencem.
• O IEEE 802.1Q é um protocolo para interface Trunk.
DESTINO ORIGEM CFI Dados CRC
6 Bytes 6 Bytes
Esses campos são removidos quando o quadro é enviado para
uma interface do tipo access.
TYPE
2 Bytes
PRIO
3 Bits
VLAN ID
1 Bit 12 Bits
PRIO: IEEE 802.1 PCFI: Canonical Format Indicator
• 0 em redes Ethernet
TYPE
2 Bytes
0x8100
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Configuração das Portas do SwitchConfiguração das Portas do Switch
• 1) Entrar em modo terminal:– configure terminal
• 2) Selecionar uma interface– interface Gi1/0/1 ou interface Fa0/1
– interface range Gi1/0/1 – 10
• 3) Executar comando de configuração:– speed auto
– duplex auto
– flowcontrol receive on
– mdix auto
• 4) Sair do modo terminal– end
• 5) Mostrar configuração– show interfaces
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Auto-MDIXAuto-MDIX
• Auto-MDIX: Automatic Medium-Dependent Crossover
switch hostCabo paralelo
(straight through)
switch switchCabo cruzado
(crossovet)
switchCabo paralelo
(straight through)roteador
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Prática - 5Prática - 5
• Divida cada um dos switches em 3 VLANS:– VERMELHO– VERDE– AZUL
• Utilizando o Ethereal verifique:– Como o tráfego broadcast se propaga entre as VLANs– Como o tráfego unicast se propaga entre as VLANs
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Comandos para VLANsComandos para VLANs
• Criação de VLANs– configure terminal
– vlan 20
– name test20
– end
• Adição de portas as VLANs– configure terminal
– interface G1/0/1
– switchport mode access
– switchport access vlan 2
– end
• Verificar configuração atual– show VLAN brief
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
II – Arquitetura IPII – Arquitetura IP
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
WAN – Interligação de Redes LANWAN – Interligação de Redes LAN
• A interconexão de LANs (ou VLANs) é feita através de roteadores.• A rede resultante denomina-se WAN (Wide Area Network)
roteadorroteador(V)LAN(V)LAN (V)LAN(V)LAN
(V)LAN(V)LAN
Ponto-a-Ponto full-Ponto-a-Ponto full-duplexduplex
switch
switch
switch
internet
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Roteamento na WANRoteamento na WAN
Subrede
ID de circuito
Destinatário final
Por circuitoPor pacote
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ROTEADORESROTEADORES
• Os roteadores são dispositivos responsáveis por rotear os pacotes através da rede. Cada roteador possui apenas uma visão local da rota, isto é, ele decide apenas para qual de suas portas enviar o pacote.
ROTEADORROTEADOR ??PACOTEPACOTE
PORTA
PORTA
PORTA
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
QUADRO E PACOTEQUADRO E PACOTE
• Os pacotes são transportados no interior dos quadros.
CRCDADOSDESTINOORIGEMDESTINO ORIGEM
PACOTE
QUADRO
ENDEREÇO FÍSICO: endereço da placa de rede
ENDEREÇO DE REDE
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
QUADRO E PACOTEQUADRO E PACOTE200.17.106.x
200.17.176.x
REDE LOCALETHERNET
ENLACE PONTO-A-PONTO
REDE LOCALTOKEN-RING
O PACOTE É SEMPRE O MESMO
O QUADRO MUDA DE ACORDO COM O MEIO FÍSICO
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Endereçamento IPEndereçamento IP
REDE
REDE REDE
REDE
gatewayinternet
internet
• INTERNET = WAN IP
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Endereços IPEndereços IP
• Endereço IP: Indentificador de Rede + Indentificador de HOST
Endereço IP de 32 bits
REDE
internet
REDE REDE
REDE
hosts com omesmoidentificador derede.
hosts comidentificadores
de rededistintos.
host
Máscara de Subrede de 32 bits
id rede id host
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Notação Decimal PontuadaNotação Decimal Pontuada
10000000 00001010 00000010 00011110
2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120 2726252423222120
27=128 23+21=10 21=2 24+23+22+21=30
128.10.2.30notação decimalpontuada
notaçãobinária
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Máscara de SubredeMáscara de Subrede
• Interpretação:– Bit 1: Identificador de rede– Bit 0: Identificador de host
• Exemplo:– 255.255.255.0 = – b’11111111. b’11111111. b’11111111. b’00000000 =– /24
192.168.1.2/24 192.168.1.0/24 192.168.1.0....192.168.1.255
192.168.1.2/16 192.168.0.0/16 192.168.0.0....192.168.0.255
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Classe IPClasse IP
A
B
C
16 milhões
65 mil
255
...
10.0.0.0/8
...
172.68.0.0/16
...
200.134.51.0/24
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE REGRA BÁSICA PARA ATRIBUIÇÃO DE ENDEREÇOS IPENDEREÇOS IP
• HOSTS NA MESMA REDE LOCAL– DEVEM TER O MESMO ID DE REDE
• HOSTS COM ID DE REDE DIFERENTE– DEVEM SER LIGADOS ATRAVÉS DE
ROTEADORES.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
ExemploExemplo
...
100 computadores 50 computadores
...
REDE 1 REDE 2
50 computadores
...
REDE 3
200.17.98.0255.255.255.0
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Divisão dos IP’sDivisão dos IP’s
REDE 1:ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.0/25MÁCARA: 255.255.255.128
255.255.255.0 [256] 255.255.255.b’00000000 [256] 255.255.255.b’10000000 [128]255.255.255.b’11000000 [64]= 255.255.255.192
REDE 2:ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.128/26MÁCARA: 255.255.255.192
REDE 3:ENDEREÇO DE BASE: 200.17.98.192/26MÁCARA: 255.255.255.192
200.17.98.0
200.17.98.63
200.17.98.64
200.17.98.127
200.17.98.128
200.17.98.191
200.17.98.192
200.17.98.255
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
... ...
REDE 1200.17.98.0/25
(100 hosts)
...
200.17.98.129200.17.98.1/25
200.17.98.193/26
200.17.98.2/25
200.17.98.101/25
200.17.98.130/26
200.17.98.179/26
200.17.98.194/26
200.17.98.243/26
REDE 2200.17.98.128/26
(50 hosts)
REDE 3200.17.98.192/26
(50 hosts)
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Endereços IP especiaisEndereços IP especiais
• Não podem ser atribuídos a nenhuma estação:
– 127.0.0.1: • Endereço de Loopack
– 0.0.0.0: • Endereço de Inicialização (DHCP)
– Primeiro endereço de um bloco de sub-rede• Identificador da rede
• e.g. 192.168.1.0/24
– Último endereço de um bloco de sub-rede• Broadcast para o bloco
• e.g. 192.168.1.255/24
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
III – Integração Ethernet e IPIII – Integração Ethernet e IP
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Mapeamento de Endereços IP e MACMapeamento de Endereços IP e MAC
• O endereços IP são endereços lógicos.• Os endereços MAC são endereços físicos associados a uma
interface Ethernet
MAC (00-60-08-16-85-B3)
IP (200.17.98.217)
NICNIC
Endereços de 48 bits (6 bytes)
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Relação entre IP e MACRelação entre IP e MAC
Estação A
NICendereçofísico MACA
endereço IPA Estação B endereço IPB
endereço físicoMACB
MACB MACA IPA IPB Dados
datagrama
quadro
NIC
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Address Resolution Protocol - ARPAddress Resolution Protocol - ARP
• O ARP é um protocolo que efetua a conversão de endereços IP para MAC.– As mensagens são passadas para a camada de rede especificando o
destinatário através do endereço IP.
– O protocolo ARP precisa determinar o endereço MAC do destinatário para passa a camada de enlace de dados.
MAC de Destino
MAC de Origem
Dado ECCECC
IP ORIGEM IP DESTINO DadoRede
Enlace de DadosEnlace de DadosLLCLLC + +MACMAC
Tipo
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ARPARP
A B C
ARPARPREQUESTREQUEST
ARPARPREPLYREPLY
qual o MAC do IP 200.134.51.6 ? o MAC do IP 200.134.51.6 é C ?
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ARPARP
• O protocolo ARP compara o endereço IP de todos os datagramas enviados na ARP Cache.– Se ele for encontrado, o endereço MAC é copiado da cache.– Se não, um pacote ARP Request é enviado em broadcast
para subrede.• Se o destinatário final for um endereço IP externo, o ARP resolve
o endereço para o roteador ao invés do destinatário final.
ARP Cache
endereço IP endereço MAC tipo200.17.98.217 00-60-08-16-85-B3 dinâmico10.17.98.30 00-60-08-16-85-ca dinâmico
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O ARP só funciona na rede localO ARP só funciona na rede local
ARP request o roteador não propaga broadcast
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Detecção de Endereços IP DuplicadosDetecção de Endereços IP Duplicados
• Quando o endereço IP de uma maquina é configurado, ela envia uma mensagem ARP perguntando o MAC desse IP. Se alguém responder, então o endereço já existe.
ARPARPREQUESTREQUEST
IP Source: 200.1.2.3MAC Source: 00-06-5B-28-BA-DBIP Destination: 200.4.5.6MAC Destination: ?
200.1.2.3200.4.5.6
Detecção de endereço duplicado
200.1.2.3
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RoteamentoRoteamento
REDE
internet
comunicação intra-rede.
comunicação inter-redes
REDE
REDE
REDE
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RoteamentoRoteamento
• Comunicação intra-rede– Os endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do
computador de destino.• Comunicação inter-redes
– O endereço FÍSICO de destino é o endereço MAC do roteador ligado a mesma rede física que a estação transmissora.
IP TRANSMISSOR
IP DESTINATARIO
DADOSMAC TRANSMISSOR
MAC DESTINATARIO
IP TRANSMISSOR
IP DESTINATARIO
DADOSMAC TRANSMISSOR
MAC ROTEADOR
INTRA-REDE
INTER-REDES
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Comunicação Inter-RedesComunicação Inter-Redes
IPA IPD
IPBIPC
A
B
D
B A
C
IPIPAA IP IPDD D C IPIPAA IP IPDD
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ExemploExemplo
emissor
roteador roteadorrede 10.0.0.0 rede 20.0.0.0
receptor
rede 30.0.0.0
IP: 10.0.0.2endereço físico: A
IP: 10.0.0.3endereço físico: B
IP: 20.0.0.2endereço físico: C
IP: 20.0.0.3endereço físico: D IP: 30.0.0.3
endereço físico: E IP: 30.0.0.2endereço físico: F
quadro
primeiro salto:IP origem: 10.0.0.2IP destino: 30.0.0.2endereço físico de origem: Aendereço físico de destino: B
segundo salto:IP origem: 10.0.0.2IP destino: 30.0.0.2endereço físico de origem: Cendereço físico de destino: D
quadro
terceiro salto:IP origem: 10.0.0.2IP destino: 30.0.0.2endereço físico de origem: Eendereço físico de destino: F
quadro
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Roteamento entre VLANsRoteamento entre VLANs
• O roteamento entre VLANs é uma funcionalidade disponível em switches de camada 3.
Routed port
SVI
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Configurações de RoteamentoConfigurações de Roteamento
• Os switches disponibilizam 2 tipos de interface para fazer roteamento:
– SVI (Switch Virtual Interface)• Utilizado para roteamento interno• Comando:
– interface vlan vlaid• Não está associado a uma porta física
– Routed Port• Utilizado para roteamento externo• Porta física configurada em layer 3• Comando:
– no switchport
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ConfiguraçãoConfiguração
• Route Port– configure terminal
– interface interface-id
– no switchport
– ip address ip-address subnet-mask ou no ip address
– no shutdown
– end
– show interface interface-id
– show ip interface interface-id
• SVI– configure terminal
– interface vlan-id ou no interface vlan-id
– ip address ip-address subnet-mask
– end
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RoteamentoRoteamento
• O roteamento não é habilitado por default:– configure terminal– ip routing– router rip– end
show ip arp
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PraticaPratica
37503750
29502950 29502950
Fa0/1-8
Vlan 1 Vlan 1
Fa0/9-16
Vlan 2
Fa0/1-8
Fa0/9-16
Vlan 2
Fa0/1-8
Fa0/1-8
10.0.0.0/24 10.1.0.0/24 10.0.0.0/24 10.1.0.0/24
10.0.0.0/24 10.1.0.0/24
VLAN 1: svi 10.0.0.1 VLAN 2: svi 10.0.0.2
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Tabela de RoteamentoTabela de Roteamento
10.0.0.0
10.0.0.255
ENDEREÇO DE BASE
PROPRIEDADE: O resultado de um E-BINARIO de
qualquer endereço da rede com a máscara resulta sempre no
endereço de base.
110.0.0.110.0.0.1910.1.0.0/24
010.0.0.1910.0.0.1910.0.0.0/24
CustoGatewayInterfaceRede Destino
/24 = 255.255.255.0
POR ONDE o pacote é enviado
PARA ONDE o pacote é enviado
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Sequência de Análise da RotaSequência de Análise da Rota
• 1) DA ROTA MAIS ESPECÍFICA PARA A ROTA MAIS GENÉRICA– ROTA MAIS ESPECÍFICA:
• ROTA COM MENOS ZEROS NA MÁSCARA
• 2) DA ROTA COM MENOR CUSTO PARA ROTA DE MAIOR CUSTO• 3) ORDEM DAS ROTAS NA TABELA
110.0.0.1910.0.0.10.0.0.00.0.0.0
110.0.0.1910.0.0.19255.255.255.255255.255.255.255
110.0.0.1910.0.0.19224.0.0.0224.0.0.0
1127.0.0.1127.0.0.1255.0.0.0127.0.0.0
110.0.0.1910.0.0.19255.255.255.25510.255.255.255
1127.0.0.1127.0.0.1255.255.255.25510.0.0.19
110.0.0.1910.0.0.19255.255.255. 010.0.0.0
CustoInterfaceGatewayMáscara Endereço de rede
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Fragmentação IP e MTU EthernetFragmentação IP e MTU Ethernet
• Conceito: Denominação dada à unidade de dados do protocolo de rede IP. Os datagramas são transportados no campo de dados do quadros da camada de enlace de dados, num processo conhecido como encapsulamento.
Cabeçalho dodatagrama
Campo de dados do datagrama
Cabeçalho doquadro
Campo de dados do quadro
Camada de rede
Camada de enlacede dados
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Fragmentação de datagramasFragmentação de datagramas
• O tamanho máximo permitido para os quadros pode ser inferior ao tamanho máximo de um datagrama. Por exemplo, as redes Ethernet limitam o tamanho dos quadros a apenas 1500 bytes, enquanto os datagramas IP podem chegar até 64 K bytes. Nesse caso, é necessário transmitir um datragrama utilizando vários quadros.
Cabeçalho dodatagrama
Campo de dados do datagrama
Cabeçalho dodatagrama
Cabeçalho dodatagrama
Cabeçalho dodatagrama
Dados1
Dados2
Dados3
Fragmento 1 (Deslocamento 0)
Fragmento 2 (Deslocamento 600)
Fragmento 3 (Deslocamento 1200)
0 600 1200 1500 bytes
Dados1 Dados2 Dados3
o cabeçalho dodatagramaoriginal éreproduzido emcada um dossegmentos.
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Formato de um datagramaFormato de um datagrama
• O formato de um datagrama é mostrado abaixo:
VERS HLEN Tipo de serviço Comprimento total
Identificação flags Deslocamento do fragemento
Tempo de vida Protocolo Checksum do cabeçalho
Endereço IP de origem
Endereço IP de destino
Opções IP Preenchimento
Dados
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4
0 4 8 12 16 20 24 28 31
…..
cabeçalho
dados
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PráticaPrática
• Utilizando o comando ping do Windows e o Ethereal verifique o processo de fragmentação do IP sobre o Ethernet.
• ping –l tamanho_mensagem_bytes ip_destino –t
• Analise:– Ponto de fragmentação– Identificadores de Fragmento
Curso de Redes Ethernet – GVT (03/2006)
IV – Modelo em Camadas TCP/IPIV – Modelo em Camadas TCP/IP
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Camada de TransporteCamada de Transporte
TRANSPORTE
REDE
ENLACE/FÍSICA
MAC
IP
PORTA PORTA
APLICAÇÃO
Processo Processo
TRANSPORTE
REDE
ENLACE/FÍSICA
MAC
IP
PORTA PORTA
APLICAÇÃO
Processo Processo
IP
TRANSPORTE
REDEREDE
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PORTASPORTAS
• Exemplo: Protocolo TCP/IP– Portas são números inteiros de 16 bits
– Padronização do IANA (Internet Assigned Number Authority)
00
10231023
10241024
6553565535
PORTAS RESERVADAS PARA SERVIDORES PADRONIZADOS
PORTAS UTILIZADAS POR CLIENTES E SERVIDORES NÃO PADRONIZADOS
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Protocolo do nível de transporteProtocolo do nível de transporte
• Conceito: Os protocolos de transporte são capazes de manipular múltiplos endereços numa mesma estação, permitindo que várias aplicações executadas no mesmo computador possam enviar e receber datagramas independentemente.
Camada Física
meio físico de transmissão
Camada de Enlace dedados
representação elétrica ou óptica
representação lógica binária0001101010101010101010001
Dados
Camada de Rede(IP)
Dados
quadros
Camada de Transporte(TCP ou UDP)
Dados
datagrama IP
Camada de Aplicação
Unidade de dados doprotocolo de transporteT-PDU
cabeçalhode controle
A T-PDU éencapsulada no campode dadosdodatagramaIP.
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Protocolo TCPProtocolo TCP
• Conceito: Protocolo da camada de transporte que oferece um serviço de comunicação confiável e orientado a conexão sobre a camada de rede IP.
• O Protocolo TCP (Transmission Control Protocol) é um protocolo orientado a conexão destinado a construir comunicações ponto a ponto confiáveis.
• O protocolo TCP utiliza um nível de endereçamento complementar aos endereços IP, que permite distinguir vários endereços de transporte numa mesma estação.
• • Os endereços de transporte são números inteiros de 16 bits
denominados portas.
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Endereçamento por PortasEndereçamento por Portas
128.10.2.3 128.10.2.4 128.10.2.5ESTAÇÃO A ESTAÇÃO B ESTAÇÃO C
O protocolo TCP identifica uma conexãopelo par (IP,porta) de ambas as
extremidades. Dessa forma, uma mes maporta pode ser usada para estabelecersimultaneamente duas conexões sem
nenhuma ambiguidade.
Conexão bid irecional formadapelo par (128.10.2.5,1184) e
(128.10.2.4,53)
AplicaçãoA
AplicaçãoB
AplicaçãoC
Conexão bid irecional formada pelopar (128.10.2.3,1184) e
(128.10.2.4,53)
A aplicação B se comunica como seestivesse utilizando uma ligação ponto aponto dedicada com cada uma das outras
aplicações.
CAMADAIP
CAMADA DEAPLICAÇÃO
CAMADASINFERIO RES
Porta53CAMADA
TDP
Porta25
Porta1069
Porta53
Porta1184
Porta1184
4
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Transmissão Por FluxoTransmissão Por Fluxo
• O protocolo TCP é implementado no sistema operacional. • Ele oferce aos desenvolvedores a possibilidade de escrever
aplicações que transmitem e recebem bytes num fluxo contínuo, sem se preocupar com a fragmentação dos dados em pacotes.
aplicação aplicação
TCP
socket
TCP
socket
IP IP
Fluxo contínuo de bytes (stream)
Fluxo contínuo de bytes (stream)
segmentos segmentos
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SegmentaçãoSegmentação
• O fluxo contínuo de bytes é transformado em segmentos para posterior encapsulamento no protocolo IP. O tamanho máximo de um segmento é denominado MSS (Maximum Segment Size).
• O valor default do MSS é geralmente escolhido de forma a evitar a fragmentação IP (MSS < MTU).
Fluxo Contínuo de Bytes
Dados 0
0 200 500 800
200 Dados 500 Dados
bytes
SEGMENTO SEGMENTO SEGMENTO
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QUADRO, PACOTE E SEGMENTOQUADRO, PACOTE E SEGMENTO
CRCORIGEMDESTINOORIGEMORIGEM DESTINO
PACOTE
QUADRO
ENDEREÇOS FÍSICO
ENDEREÇOS DE REDE
DESTINO DADOS
PORTAS(ENDEREÇOS DE
PROCESSOS)
SEGMENTO
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Segmento TCPSegmento TCP
HLEN Reservado BITS DE CÓDIGO Janela de Recepção
Checksum Ponteiro de Urgência
Número de Seqüência
Número de Confirmação
Opções
Dados
Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4
0 4 8 12 16 20 24 28 31
…..
Porta de origem Porta de destino
FLAGS: URG, ACK, PSH, RST, SYN, FIN
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Campos TCPCampos TCP
• Número de Sequência– Corresponde ao número do primeiro byte do segmento
em relação a fluxo contínuo de bytes da conexão TCP.– Na prática, o número inicial não é 0, mas sim um
número escolhido de forma aleatória para cada conexão.
• Essa técnica diminua a possiblidade de que segmentos de uma conexão antiga já encerrada sejam inseridos em novas conexões TCP.
• Número de Confirmação– Número de sequência do próximo byte que o host está
aguardando receber.
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RetransmissãoRetransmissão
• A técnica de retransmissão do TCP é o reconhecimento positivo com temporizadores.– O TCP não usa NAK.– Se o ACK não chegar no transmissor num tempo pré-
determinado, o segmento é retransmitido.
• O receptor pode enviar pacotes sem dados, apenas com confirmação, quando não tem nada para transmitir.
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RetransmissãoRetransmissão
• Segmentos que são recebidos fora de ordem não são confirmados pelo receptor.– O receptor repete o último valor confirmado para o
transmissor.
• Se o transmissor receber 3 segmentos com o mesmo número de confirmação, ele retransmite os segmentos perdidos. – Essa técnica é denominada retransmissão rápida
(retransmissão antes de expirar o temporizador do segmento).
– Algumas implementações de TCP usam a retransmissão de 3 ACK duplicados como um NAK implítico.
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TemporizaçãoTemporização
• A temporização é estimada em função do tempo médio de Round-Trip Time (RTT) para enviar e confirmar um segmento.
• O transmissor pode adotar várias técnicas para estimar este tempo. Uma estratégia comum é a seguinte:
– EstimatedRTT = 0.875 EstimatedRTT + 0.125 SampleRTT
– Temporizador = EstimatedRTT + 4 . Desvio
– Desvio = 0.875 Desvio + 0.125 (SampleRTT – EstimatedRTT)
• Onde:– SampleRTT: última medição de RTT
– Desvio: medida da flutuação do valor do RTT
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Recomendações RFC 1122 e 2581Recomendações RFC 1122 e 2581
EVENTO
• Chegada de um segmento na ordem.
• Chegada de um segmento fora de ordem.
• Chegada de um segmento que preenche a lacuna.
AÇÃO TCP DESTINATÁRIO
• Aguarda 500 ms. Se outro segmento não chegar, confirma o segmento. Se outro segmento vier, confirma os dois com um único ACK.
• Envia imediatamente o ACK duplicado com o número do byte aguardado.
• Envia imediatamente o ACK (se o preechimento foi na parte contigua baixa da lacuna).
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Controle de FluxoControle de Fluxo
• Janela de Recepção– Informa a quantidade de bytes disponíveis no
buffer de recepção do host.– Quando o receptor informa ao transmissor que
a janela de recepção tem tamanho 0, o transmissor entra num modo de transmissão de segmentos de 1 byte, até que o buffer do receptor libere espaço.
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Estabelecimento de uma Conexão TCPEstabelecimento de uma Conexão TCP
• Estágio 1: do cliente para o servidor (segmento SYN)– Define o valor inicial do número de sequência do cliente:
• SEQ = clienteseq
– Flag de controle: • SYN = 1, ACK = 0
• Estágio 2: do servidor para o cliente (segmento SYNACK)– Confirma o valor do número de sequência:
• ACK = clienteseq + 1
– Define o valor inicial do número de sequencia do servidor• SEQ = servidorseq
– Flag de controle: • SYN = 1, ACK = 1
• Estágio 3: do cliente para o servidor– Confirma o valor do número de sequência:
• SEQ = servidorseq + 1• ACK = servidorseq + 1• SYN = 0, ACK = 1
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Encerramento da ConexãoEncerramento da Conexão
• O encerramento de conexão e feito utilizando o Flag FIN.
• Exemplo: O cliente encerra a conexão
1. Do cliente para o servidor– FIN = 1
2. Do servidor para o cliente– ACK
3. Do servidor para o cliente– FIN = 1
4. Do cliente para o servidor– ACK
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Outros Bits de ControleOutros Bits de Controle
• PHS– O receptor deve passar os dados
imediatamente para a camada superior.
• URG– Existem dados no segmento marcados como
urgentes.– A indicação do último byte considerado urgente
no segmento é definida pelo ponteiro de urgência.
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Protocolo UDPProtocolo UDP
• Conceito: Protocolo da camada de transporte que oferece um serviço de comunicação não orientado a conexão, construído sobre a camada de rede IP.
• Sendo não orientado a conexão, o protocolo UDP pode ser utilizado tanto em comunicações do tipo difusão (broadcast) quanto ponto a ponto.
CAMADA IP
CAMADA DEAPLICAÇÃO
Demultiplexagem
CAMADASINFERIO RES
datagrama com amensagem UDP
encapsulada.
Porta 1 Porta 2 Porta 3
aplicaçãoA
aplicaçãoB
Porta N
...
CAMADA UDP Ademult iplexagemé feita analisandoa porta dedestino, indicadano cabeçalho decontrole dasmensagens quechegam naestação.
As aplicaçõesrecebem asmensagensendereçando asportas da camadaUDP.
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Mensagem UDPMensagem UDP
Porta de Origem
Comprimento da Mensagem checksum
Dados
…..
Porta de Destino
0 16 31
• As mensagens UDP são bem mais simples que o TCP pois não oferece a mesma qualidade de serviço.
2006, Edgard JamhourRedes Ethernet GVT
Protocolos do nível de aplicação.Protocolos do nível de aplicação.
• Conceito: Protocolos que disponibilizam serviços padronizados de comunicação, destinados a dar suporte ao desenvolvimento de aplicações para os usuários.
TCP
IP
Enlace de Dados
Física
Aplicação
Apresentação
Sessão
Transporte
Rede
Enlace de Dados
Física
Modelo OSI Arquitetura TCP/IP
UDP
FTP SMTPTELNET HTTP
...
SNMP NFS Protocolosde
Aplicação
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Descrição dos Protocolos de AplicaçãoDescrição dos Protocolos de Aplicação
• FTP: File Transfer Protocol. Protocolo que implementa serviços de transferência de arquivos de uma estação para outra (ponto a ponto) através de rede.
• TELNET: Serviço de Terminal Remoto. Protocolo utilizado para permitir aos usuários controlarem estações remotas através da rede.
• SMTP: Simple Mail Transfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência de mensagens de correio eletrônico de uma estação para outra. Esse protocolo especifica como 2 sistemas de correio eletrônico interagem.
• HTTP: Hypertext Tranfer Protocol. Protocolo utilizado para transferência de informações multimídia: texto, imagens, som, vídeo, etc.
• SNMP: Simple Network Monitoring Protocol. Protocolo utilizado para monitorar o estado das estações, roteadores e outros dispositivos que compõe a rede.
• NFS: Network File System. Protocolo desenvolvido pela "SUN Microsystems, Incorporated", que permite que as estações compartilhem recursos de armazenamento de arquivos através da rede.
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AplicaçãoAplicação
Apresentação
Sessão
TransporteTransporte
RedeRede
Enlace de Enlace de DadosDados
FísicaFísica
Mensagens padronizadas.Dispositivo de Rede: Gateway de Aplicação (Proxy)
Comunicação entre processos.Dispositivo de Rede: Não há
Roteamento dos pacotes através de redes diferentesDispositivo de Rede: Roteador
Empacotamento de dados em quadros dentro da rede.Dispositivo de Rede: Ponte, Switch
Transmissão de bits através do meio físico.Dispositivo de Rede: Repetidor, Hub
OSI - Open Systems Interconnection ModelOSI - Open Systems Interconnection Model
Comunicação com controle de estado.
Representação de dados independente da plataforma.