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SANTA CATARINA Campus São José

Redes de Computadores e a Internet

Evandro Cant´u

Instituto Federal de Santa Catarina Campus S˜ao Jos´e [email protected]

Agosto de 2011.

Apresenta¸c˜ao

O objetivo desde texto ´e servir de material de apoio para um curso introdut´orio de redes de computadores, voltado para a disciplina de Redes de Computadores I do CST em Sistemas de Telecomunica¸c˜oes e para a disciplina de Redes de Computadores do Curso T´ecnico de Teleco- munica¸c˜oes do Instituto Federal de Santa Catarina, Campus S˜ao Jos´e.

As redes de computadores s˜ao estudadas tomando como referˆencia a arquitetura Internet, estudada em torno de seus principais protocolos, o TCP/IP.

A principal referˆencia bibliogr´afica utilizada na constru¸c˜ao deste material foi o livro de KUROSE e ROSS, Redes de Computadores e a Internet: Uma abordagem top-down, no qual os autores abordam os conceitos de redes de computadores, iniciando pelas aplica¸c˜oes e depois descendo pelas demais camadas que formam a arquitetura Internet. As RFCs (Request for comments), que constituem os padr˜oes para a Internet, tamb´em foram consultadas e sempre que poss´ıvel foram inclu´ıdos ilustra¸c˜oes e desenhos constantes nestes documentos.

O texto est´a organizado em cinco cap´ıtulos. O primeiro faz uma introdu¸c˜ao `as redes de com- putadores e a arquitetura Internet, dando uma vis˜ao ampla das redes e dos principais conceitos envolvidos. O segundo cap´ıtulo apresenta os protocolos e as aplica¸c˜oes de rede, apresentando em particular a aplica¸c˜ao WWW, o correio eletrˆonico e a transferˆencia de arquivos e a aplica¸c˜ao DNS. O terceiro cap´ıtulo apresenta os protocolos de transporte da Internet, UDP e TCP. O quarto cap´ıtulo aparesenta os protocolos de rede da Internet, cujo principal componente ´e o protocolo IP. Finalmente, o quinto cap´ıtulo apresenta as redes locais e os protocolos de enlace, com destaque para a tecnologia Ethernet.

Evandro Cant´u, agosto de 2011.

• 1 Introdu¸c˜ao as redes de computadores e a Internet
  • 1.1 A Rede Internet
  • 1.2 Formas de conectividade em rede
  • 1.3 Classifica¸c˜ao das redes quanto a abrangˆencia geogr´afica
  • 1.4 Comuta¸c˜ao de pacotes X comuta¸c˜ao de circuitos
  • 1.5 Tipos de roteamento em redes de comuta¸c˜ao de pacotes
  • 1.6 Vaz˜ao, atraso e perda de pacotes
  • 1.7 Suporte a servi¸cos comuns para as aplica¸c˜oes
  • 1.8 Padroniza¸c˜ao na ´area de redes de computadores
  • 1.9 Arquitetura de redes
  • Protocolos de Aplica¸c˜ao 2 Aplica¸c˜oes Internet e
  • 2.1 Protocolos de aplica¸c˜ao
  • 2.2 Clientes e servidores
  • 2.3 Portas e comunica¸c˜ao atrav´es da rede
  • 2.4 Endere¸camento das aplica¸c˜oes
  • 2.5 Agente usu´ario
  • 2.6 Servi¸cos de transporte utilizados pelas aplica¸c˜oes
  • 2.7 Protocolo HTTP
  • 2.8 Protocolo FTP
  • 2.9 Protocolo SMTP
  • 2.10 Telnet e SSH
  • 2.11 DNS
• 3 Camada de Transporte da Internet
  • 3.1 O servi¸co de multiplexa¸c˜ao e demultiplexa¸c˜ao de aplica¸c˜oes
  • 3.2 UDP (User Datagram Protocol )
    • 3.2.1 Checksum
  • 3.3 TCP (Transmission Control Protocol )
    • 3.3.1 Mecanismo de transmiss˜ao Garantida
    • 3.3.2 Segmento TCP
    • 3.3.3 N´umeros de sequˆencia e reconhecimento no TCP
    • 3.3.4 O servi¸co transferˆencia de dados garantida no TCP
    • 3.3.5 Gerenciamento de conex˜oes no TCP
    • 3.3.6 Controle de fluxo
    • 3.3.7 Temporiza¸c˜ao no TCP
    • 3.3.8 Controle de congestionamento no TCP
• 4 Camada Rede
  • 4.1 Protocolo IP (Internet protocol )
    • 4.1.1 Datagrama IP
    • 4.1.2 Fragmenta¸c˜ao do IP
  • 4.2 Endere¸camento IP
    • 4.2.1 Classes de endere¸camento de IP
    • 4.2.2 Divis˜ao em sub-redes
    • 4.2.3 Endere¸cos IP privados
  • 4.3 NAT (Network Address Translation)
  • 4.4 protocolo DHCP
  • 4.5 Protocolo ARP
  • 4.6 Protocolo ICMP
  • 4.7 Roteamento
    • 4.7.1 Roteamento est´atico e protocolos de roteamento
  • 4.8 Protocolo IPv6
    • 4.8.1 Estrutura do datagrama IPv6
    • 4.8.2 ICMPv6
    • 4.8.3 Autoconfigura¸c˜ao
    • 4.8.4 Transi¸c˜ao de IPv4 para IPv6
• 5 Protocolos de Enlace e Redes Locais
  • 5.1 Protocolos de enlace
    • 5.1.1 Servi¸cos oferecidos pelos protocolos de enlace
    • 5.1.2 Protocolos de enlace ponto-a-ponto
    • 5.1.3 Protocolos de enlace de m´ultiplo acesso
  • 5.2 Redes Locais
    • 5.2.1 Topologia de redes locais
    • 5.2.2 Placas adaptadoras
    • 5.2.3 Endere¸cos f´ısicos
    • 5.2.4 Ethernet
  • 5.3 Hubs, pontes e switches
    • 5.3.1 Hubs
    • 5.3.2 Pontes
    • 5.3.3 Switches

Cap´ıtulo 1

Introdu¸c˜ao as redes de

computadores e a Internet

1.1 A Rede Internet

A rede Internet ´e hoje a principal redes de computadores no mundo e ser´a utilizada como exemplo principal no nosso estudo sobre redes de computadores.

A Internet ´e na verdade uma “rede de redes”, interligando milh˜oes de dispositivos computacionais espalhados ao redor do mundo, cuja topologia b´asica est´a ilustrada na figura 1.1.

A maioria dos dispositivos que comp˜oem a Internet ´e formada por computadores pessoais, esta¸c˜oes de trabalho, ou servidores, que armazenam e transmitem informa¸c˜oes, como por exemplo, p´aginas Web, arquivos de texto ou mensagens eletrˆonicas. Todos estes dispositivos s˜ao chamados hospedeiros (hosts) ou sistemas terminais.

As aplica¸c˜oes de rede, como por exemplo, pagina¸c˜ao na Web, transferˆencia de arquivos ou correio eletrˆonico, rodam nos sistemas terminais.

Os sistemas terminais, assim como os principais componentes da Internet, precisam de protocolos de comunica¸c˜ao, que servem para controlar o envio e a recep¸c˜ao das informa¸c˜oes na Internet. O TCP (Transmission Control Protocol ) e o IP (Internet Proto- col ) s˜ao os principais protocolos da Internet, da´ı o fato de a Internet ser tamb´em conhecida como rede TCP/IP.

Os sistemas terminais s˜ao conectados entre si por meio de enlaces de comunica¸c˜ao, que por sua vez podem ser de diferentes tipos, como por exemplo, um enlace ponto-a-ponto (tipo o PPP) ou multiponto (como uma rede local Ethernet). Os enlaces de comunica¸c˜ao, por sua vez, s˜ao suportados por um meio f´ısico, os quais podem ser cabos coaxiais, fios de cobre, fibras ´opticas ou o ar a partir do uso do espectro de freq¨uˆencia de r´adio.

Na Internet, nem todos os computadores s˜ao diretamente conectados, neste caso, utilizam-se dispositivos de chaveamento intermedi´ario, chamados roteadores (routers ou ainda gateways).

Em cada roteador da Internet as mensagens que chegam nos enlaces de entrada s˜ao armazenadas e encaminhadas (store-and-forward ) aos enlaces de sa´ıda, seguindo de

Figura 1.1: Rede Internet (KUROSE; ROSS, 2006a).

roteador em roteador at´e seu destino. Neste processo, a t´ecnica de comuta¸c˜ao utilizada ´e conhecida como comuta¸c˜ao de pacotes, em contraste com a comuta¸c˜ao de circuitos que ´e comumente utilizada nos sistemas telefˆonicos.

Na comuta¸c˜ao de pacotes, as mensagens que ser˜ao transmitidas s˜ao fragmentadas em pacotes menores, os quais viajaram na Internet de forma independente uns dos outros.

O protocolo IP define o formato dos pacotes na Internet, os quais ser˜ao encaminha- dos segundo uma rota estabelecida por protocolos de roteamento na malha de roteadores da Internet. Esta rota ´e constru´ıda tendo como base o endere¸co de destino de cada pacote, conhecido como endere¸co IP.

Al´em de um endere¸co IP, um nome tamb´em pode ser associado a um sistema terminal a fim de facilitar sua identifica¸c˜ao por n´os humanos. Por exemplo, 200.135.37.65 ´e o endere¸co IP e www.sj.ifsc.edu.br ´e o nome do servidor Web do Campus S˜ao Jos´e do IF- SC. A aplica¸c˜ao DNS (domain name system) associa dinamicamente nomes a endere¸cos IP.

Em outras palavras, pode-se dizer que a Internet ´e uma rede de redes, interconectando redes de computadores p´ublicas e privadas, as quais devem rodar o protocolo IP em conformidade com a conven¸c˜ao de endere¸cos IP e nomes da Internet.

A topologia da Internet ´e hier´arquica, onde os sistemas terminais s˜ao conectados a provedores locais (ou ISP – Internet Service Provider ), que por sua vez s˜ao conectados a provedores regionais, e estes ´ultimos a provedores nacionais ou internacionais.

Figura 1.3: Rede chaveada.

1.3 Classifica¸c˜ao das redes quanto a abrangˆencia ge-

ogr´afica

Uma forma de classificar as redes de computadores ´e quanto a sua abrangˆencia geogr´afica. Dois exemplos bem conhecidos s˜ao as rede locais (ou LANs – local area networks) e as redes geograficamente distribu´ıdas (ou WANs – wide area networks). As LANs geralmente est˜ao limitadas ao espa¸co de uma institui¸c˜ao. As WANs, por sua vez, tˆem alcance global, como a Internet.

Al´em da quest˜ao do tamanho, este tipo de classifica¸c˜ao tamb´em tem rela¸c˜ao com a tecnologia utilizada para interconex˜ao em rede. Por exemplo, uma rede local geralmente conecta diretamente seus hospedeiros por um enlace multiponto, como descrito na sess˜ao anterior. As WANs, por outro lado, geralmente s˜ao formadas pela interconex˜ao de v´arias redes por meio de elementos de chaveamento, como roteadores.

Outras redes s˜ao ainda classificadas como redes metropolitanas (MANs – metro- politan area networks), as quais tem abrangˆencia de uma regi˜ao metropolitana. Quanto as tecnologias empregadas nas redes MANs, podem ser tanto a interconex˜ao de redes por meio de elementos de chaveamento e utilizando um backbone comum, como tamb´em as novas tecnologias redes sem fio, como as redes WiMax.

Outra denomina¸c˜ao utilizada s˜ao as redes pessoais (PAMs – personal area network ), as quais tem a abrangˆencia de uma sala, como as redes Bluetooth (IEEE802.15), as quais permitem interconectar diversos disposistivos por meio de enlaces sem fio.

1.4 Comuta¸c˜ao de pacotes X comuta¸c˜ao de circuitos

Nas redes de computadores se utiliza a comuta¸c˜ao de pacotes como tecnologia de comunica¸c˜ao no n´ucleo da rede, em contraste com as redes telefˆonicas tradicionais que usam a comuta¸c˜ao de circuitos.

Na comuta¸c˜ao de circuitos, quando dois sistemas terminais desejam se comunicar a rede estabelece um circuito dedicado fim-a-fim entre os dois sistemas. E por exemplo o´ que acontece numa liga¸c˜ao telefˆonica. A partir do n´umero discado, a rede estabelece um caminho entre os dois interlocutores e reserva um circuito para possibilitar a conversa¸c˜ao. O circuito ficar´a reservado durante todo o tempo em que durar a comunica¸c˜ao.

A comuta¸c˜ao de circuitos se mostrou ineficiente para ser aplicada nas redes de compu-

tadores devido as caracter´ısticas do tr´afego nestas redes. Nas primeiras redes de compu- tadores as aplica¸c˜oes t´ıpicas eram o acesso remoto e a transferˆencia de arquivos, nas quais o tr´afego consistia de um fluxo espor´adico de dados, com curtos intervalos de atividade espa¸cados no tempo, diferente do fluxo cont´ınuo do tr´afego telefˆonico.

Na comuta¸c˜ao de pacotes, os recursos da rede n˜ao s˜ao reservados. As mensagens usam os recursos da rede na medida da necessidade, compartilhando os recursos na forma de uma “multiplexa¸c˜ao estat´ıstica”, como mostra a figura 1.4. Considere, por exemplo, o que acontece quando um computador deseja enviar um pacote de dados a outro computa- dor da rede. Como na comuta¸c˜ao de circuitos, o pacote ser´a transmitido sobre uma s´erie de diferentes enlaces de comunica¸c˜ao, todavia, n˜ao haver´a uma reserva de um circuito fim-a-fim. O pacote ser´a encaminhado de roteador em roteador, e caso o enlace de sa´ıda de um roteador de sua rota esteja ocupado, o pacote dever´a ser armazenado e aguardar a libera¸c˜ao do enlace em uma fila, sofrendo um atraso.

Figura 1.4: Comutacao de Pacotes (KUROSE; ROSS, 2006a).

Os defensores da comuta¸c˜ao de pacotes sempre argumentam que a comuta¸c˜ao de circuitos ´e ineficiente, pois reserva o circuito mesmo durante os per´ıodos de silˆencio na co- munica¸c˜ao. Por exemplo, durante uma conversa telefˆonica, os silˆencios da conversa¸c˜ao, ou as esperas para chamar uma outra pessoa, n˜ao podem ser utilizados para outras conex˜oes. Al´em disto, os tempos necess´arios para o estabelecimento de circuitos fim-a-fim s˜ao gran- des, al´em de ser uma tarefa complicada e requerer esquemas complexos de sinaliza¸c˜ao ao longo de todo o caminho da comunica¸c˜ao.

Por outro lado, os opositores da comuta¸c˜ao de pacotes argumentam que a mesma n˜ao seria apropriada para aplica¸c˜oes tempo real, como por exemplo conversas telefˆonicas, devido os atrasos vari´aveis em filas de espera, dif´ıceis de serem previstos. Todavia, com o desenvolvimento de t´ecnicas espec´ıficas e o aumento da velocidade dos enlaces, observa-se uma tendˆencia em dire¸c˜ao `a migra¸c˜ao dos servi¸cos telefˆonicos tamb´em para a tecnologia de comuta¸c˜ao de pacotes.

1.5 Tipos de roteamento em redes de comuta¸c˜ao de

pacotes

H´a duas classes de redes de comuta¸c˜ao de pacotes, as redes baseadas em datagramas, como a Internet, e as redes baseadas em circuito virtual. A diferen¸ca b´asica destas duas redes est´a na forma como os pacotes s˜ao roteados em dire¸c˜ao ao destino.

Roteamento em redes baseadas em circuito virtual

Nas redes baseadas em circuito virtual, a rota para os pacotes ´e estabelecida a priori, numa fase de estabelecimento do circuito virtual. Uma vez estabelecido o circuito virtual, todos os pacotes seguem pela mesma rota, cada um deles carregando a informa¸c˜ao de qual circuito virtual o mesmo deve tomar em cada roteador. Os exemplos de redes que utilizam esta t´ecnica incluem as redes X.25, as redes frame-relay e as redes ATM (asynchronous transfer mode).

O processo de estabelecimento de um circuito virtual ´e similar ao estabelecimento de conex˜ao nas redes de comuta¸c˜ao de circuitos, entretanto, os enlaces individuais n˜ao ficam reservados de forma exclusiva para uma ´unica conex˜ao, podendo, durante uma transmiss˜ao, serem compartilhados por outras transmiss˜oes.

Roteamento em redes baseadas em datagrama

Nas redes baseadas em datagramas, n˜ao h´a estabelecimento de conex˜ao ou circuito virtual. Os pacotes s˜ao encaminhados em fun¸c˜ao do endere¸co do destino.

Em muitos aspectos as redes baseadas em datagramas s˜ao an´alogas aos servi¸cos pos- tais. Quando algu´em vai enviar uma carta a um destinat´ario, o mesmo coloca a carta em um envelope e escreve o endere¸co do destino sobre o envelope. O endere¸co tem uma estrutura hier´arquica, incluindo, no caso do Brasil, o pa´ıs, o estado, a cidade, a rua e o n´umero da casa. Por exemplo, se algu´em enviar uma carta da Fran¸ca para sua casa, o correio da Fran¸ca primeiro vai direcionar a carta para o centro postal do Brasil (por exemplo, situado em S˜ao Paulo). O centro postal do Brasil vai ent˜ao direcionar a carta para Santa Catarina, estado destino da carta (na agˆencia central de Florian´opolis, por exemplo). A agˆencia de Florian´opolis vai ent˜ao direcion´a-la a agˆencia de sua cidade, que por sua vez vai repassar ao carteiro para entregar a carta emsua casa.

Na rede baseada em datagrama, cada pacote atravessa a rede contendo no cabe¸calho o endere¸co do n´o destino, que como o endere¸co postal, tem uma estrutura hier´arquica. Quando o pacote chega a um roteador, o mesmo examina uma parte do endere¸co e o encaminha ao roteador adjacente. No pr´oximo roteador o processo se repete.

Na Internet a comuta¸c˜ao de datagramas ´e implementada pelo protocolo IP, o qual ´e o respons´avel por estabelecer a rota pela qual seguir´a cada pacote na malha de roteadores. Esta rota ´e constru´ıda tendo como base o endere¸co de destino de cada pacote, conhecido como endere¸co IP.

O servi¸co de comunica¸c˜ao por datagramas oferecido pelo protocolo IP ´e conhecido

como servi¸co “melhor esfor¸co” (best effort), uma vez que n˜ao h´a garantia que o dado chegue ao destino. Este servi¸co envolve cada roteador no caminho entre o computador origem e o destino da comunica¸c˜ao.

A figura 1.6 ilustra, na forma de um mapa conceitual, uma taxonomia das redes de telecomunica¸c˜oes, mostrando as diferentes formas de comuta¸c˜ao e multiplexa¸c˜ao utiliza- das.

Figura 1.6: Taxonomia das redes de telecomunica¸c˜oes.

1.6 Vaz˜ao, atraso e perda de pacotes

Segundo Peterson e Davie (2004) a performance das redes de pacotes pode mensurada de dois modos principais:

• Vaz˜ao (throughput), tamb´em chamada de largura de banda (bandwith);
• Atraso (delay).

A vaz˜ao ´e definida como o n´umero de bits que podem ser transmitidos sobre a rede num dado tempo, sendo expressa em bits/segundo (bps). Por exemplo, numa rede Ether- net podemos ter como vaz˜ao 10Mbps. Muitas vezes usa-se o termo taxa de transmiss˜ao para se referir a vaz˜ao.

O atraso ´e o tempo que um pacote leva para atravessar uma rede desde a origem at´e o destino, passando pelos roteadores e enlaces intermedi´arios. O atraso ´e medido em termos de tempo. Por exemplo, uma rede transcontinental pode ter um atraso de 20 milisegundos, isto ´e, um pacote leva 20 ms para atravessar a rede.

Ao percorrer uma rede, um pacote sofre uma s´erie de atrasos em cada um dos n´os do caminho. Este atraso em cada n´o da rede tem quatro componentes principais: o atraso de processamento, o atraso de fila, o atraso de transmiss˜ao e o atraso de propaga¸c˜ao (KUROSE; ROSS, 2006b).

Intuitivamente, podemos ver a rede como provendo um canal l´ogico de comunica¸c˜ao para que os processos de aplica¸c˜ao cliente e servidor possam se comunicar. Para usar este canal de comunica¸c˜ao, os programas de aplica¸c˜ao cliente enviam seus pedidos atrav´es de uma “porta”, que conecta o cliente ao servidor, e atrav´es da qual ele espera a resposta do servi¸co ´e requisitado.

Dois tipos comuns de servi¸co solicitado pelas aplica¸c˜oes `a rede s˜ao:

• Servi¸co tipo pedido/resposta (request/reply);
• Servi¸co tipo fluxo de dados tempo real (audio/video streaming).

A pagina¸c˜ao na Web ´e um exemplo de servi¸co tipo pedido/resposta, onde um processo cliente solicita uma informa¸c˜ao e um processo servidor fornece a informa¸c˜ao solicitada. N˜ao h´a restri¸c˜oes de tempo entre o pedido e a resposta, entretanto, ´e necess´ario que a informa¸c˜ao transmitida seja livre de erros.

Uma conversa telefˆonica via Internet ´e um exemplo de fluxo de dados em tempo real, neste caso h´a restri¸c˜oes temporais na transmiss˜ao, por outro lado, um pequeno silˆencio ocasionado por um erro ou ru´ıdo pode n˜ao ser um problema grave para o entendimento geral da conversa.

Para estes dois tipos de requisi¸c˜oes de servi¸cos, muitas redes de computadores disp˜oem de dois tipos de servi¸cos de transporte:

• Servi¸co orientado a conex˜ao, com transmiss˜ao de dados garantida;
• Servi¸co n˜ao orientado a conex˜ao, com transmiss˜ao de dados tipo “melhor esfor¸co” (best effort).

Quando uma aplica¸c˜ao usa o servi¸co orientado a conex˜ao o cliente e o servidor tro- cam pacotes de controle entre si antes de enviarem os pacotes de dados. Isto ´e chamado de procedimento de estabelecimento de conex˜ao (handshaking), onde se estabelecem os parˆametros para a comunica¸c˜ao. Uma vez conclu´ıdo o handshaking a conex˜ao ´e dita es- tabelecida e os dois sistemas terminais podem trocar dados. O servi¸co de transferˆencia garantida, que assegura que os dados trocados s˜ao livres de erro, o que ´e conseguido a partir de temporiza¸c˜oes, mensagens de reconhecimento e retransmiss˜ao de pacotes. Por exemplo, quando um sistema terminal B recebe um pacote de A, ele envia um reconheci- mento; quando o sistema terminal A recebe o reconhecimento ele sabe que o pacote que ele enviou foi corretamente recebido; caso A n˜ao recebe confirma¸c˜ao, ele assume que o pacote n˜ao foi recebido por B e retransmite o pacote.

No servi¸co n˜ao orientado a conex˜ao n˜ao h´a handshaking. Quando um lado de uma aplica¸c˜ao quer enviar pacotes ao outro lado ele simplesmente envia os pacotes. Como o servi¸co ´e n˜ao garantido, tamb´em n˜ao h´a reconhecimento, de forma que a fonte nunca tem certeza que o pacote foi recebido pelo destinat´ario. Como o servi¸co ´e mais simples, os dados podem ser enviados mais rapidamente.

Na Internet, o servi¸co orientado a conex˜ao ´e implementado pelo protocolo TCP (Transmission Control Protocol ) e o servi¸co n˜ao orientado a conex˜ao ´e implementado

pelo protocolo UDP (User Datagram Protocol ). As aplica¸c˜oes conhecidas como o tel- net, correio eletrˆonico, transferˆencia de arquivos e WWW usam o TCP. Outras aplica¸c˜oes usam o UDP, como o DNS (domain name system) e aplica¸c˜oes multim´ıdia como voz sobre Internet e aplica¸c˜oes de ´audio e v´ıdeo.

1.8 Padroniza¸c˜ao na ´area de redes de computadores

Durante os primeiros tempos das redes de computadores os diversos fabricantes trabalha- ram de forma separada no desenvolvimento de suas tecnologias, muitas delas incompat´ıveis entre si. Com o intuito de estabelecer uma padroniza¸c˜ao e permitir uma integra¸c˜ao en- tre as diversas tecnologias, a ISO (International Standard Organization – www.iso.org), juntamente com o ITU (International Telecommunication Union – www.itu.int), or- ganismos respons´aveis pelo estabelecimento de normas e padr˜oes em telecomunica¸c˜oes, definiram um modelo de referˆencia com sete camadas de protocolos. Este modelo fi- cou conhecido como modelo OSI (open system interconnection), no qual cada camada deveria criar um n´ıvel de abstra¸c˜ao diferente, devendo realizar uma fun¸c˜ao bem definida a camada superior, omitindo detalhes quanto a sua implementa¸c˜ao.

As sete camadas do modelo OSI, apresentadas na figura 1.7, tiveram muito sucesso na literatura de redes de computadores, sendo uma referˆencia para a sistematiza¸c˜ao e descri¸c˜ao protocolos de rede. Todavia, o modelo OSI n˜ao teve sucesso comercial, uma vez que poucos produtos seguiram a risca as recomenda¸c˜oes do modelo.

Aplicação

Transporte

Rede

Enlace Física

Sessão

Apresentação

Camada 1

Camada 2

Camada 3

Camada 4

Camada 5

Camada 6

Camada 7

Figura 1.7: As sete camadas do modelo OSI.

Outro importante organismo de padroniza¸c˜ao na ´area de redes de computadores ´e o IETF (Internet Engineering Task Force – www.ietf.org), o qual coordena a pradoniza¸c˜ao dos protocolos para a Internet. Cada padr˜ao ´e publicado atrav´es de documentos conheci- dos como RFCs (Request For Comments – www.ietf.org/rfc.html), os quais cont´em a descri¸c˜ao de cada protocolo padr˜ao utilizado na Internet.

Na ´area de redes locais de computadores os esfor¸cos de padroniza¸c˜ao s˜ao coordenados pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers – www.ieee.org), atrav´es dos padr˜oes IEEE802. Dentre as tecnologias conhecidas para redes locais em uso atual- mente, destaca-se a redes Ethernet, padronizadas como IEEE802-3, as redes locais sem fio IEEE802-11, as redes metropolitanas sem fio IEEE802-16, entre outras.

um servi¸co apropriado para que os processos de aplica¸c˜ao troquem mensagens. Por fim, camada superior poderia definir as regras para a troca de mensagens entre os processos de aplica¸c˜ao espec´ıficos.

Programas de aplicação Canais processo a processo Conectividade host a host Comunicação sobre hardware

Figura 1.9: Exemplo de arquitetura em camadas.

No caso dos canais de comunica¸c˜ao l´ogicos fim a fim entre os processos de aplica¸c˜ao, para atender aos dois tipos de aplica¸c˜oes descritos na se¸c˜ao 1.7 (aplica¸c˜oes tipo pedido/- resposta e aplica¸c˜oes tipo fluxo de dados tempo real), poder-se-ia ter dois canais distintos, como mostrado na figura 1.10, um oferecendo um servi¸co orientado a conex˜ao e garantido, e outro oferecendo um servi¸co n˜ao orientado a conex˜ao. Esta arquitetura de redes, com quatro camadas de protocolos, ´e muito pr´oxima do modelo utilizado pela Internet.

Programas de aplicação

Conectividade host a host Comunicação sobre hardware

Canal tipo pedido/resposta

Canal tipo fluxo de dados

Figura 1.10: Arquitetura em camadas com alternativas de servi¸cos em uma dada camada.

Na arquitetura Internet os diversos protocolos est˜ao organizados em quatro camadas chamadas: a camada de aplica¸c˜ao, a camada de transporte, a camada rede^1 e a camada enlace/f´ısica^2. A figura 1.11 mostra uma ilustra¸c˜ao da pilha de protocolos Internet.

Camada de Aplica¸c˜ao

Os protocolos da camada de aplica¸c˜ao definem as regras e o formato das mensagens que s˜ao trocadas entre as aplica¸c˜oes de rede, por exemplo, a aplica¸c˜ao WWW (world wide web) ´e governada pelas regras do protocolo de aplica¸c˜ao HTTP (hiper text transfer protocol );

(^1) O modelo de referˆencia da arquitetura Internet define esta camada como camada inter-rede, en- tretanto, muitos autores se referem `a ela simplesmente como camada rede. (^2) O modelo Internet n˜ao especifica claramente o que acontece abaixo da camada rede; alguns autores, como Tanenbaum (2003), se referem a esta camada como camada host/rede; outros autores, como Kurose e Ross (2006a), a dividem em camada enlace e camada f´ısica, como no modelo OSI.

Figura 1.11: Camadas da arquitetura Internet.

o correio eletrˆonico envia as mensagens usando o protocolo de aplica¸c˜ao SMTP (simple mail transfer protocol ); a transferˆencia de arquivos usa o protocolo de aplica¸c˜ao FTP (file transfer protocol ). As mensagens trocadas entre as entidades da camada aplica¸c˜ao utilizam os canais disponibilizados pelos protocolos da camada inferior.

Camada de Transporte

Os protocolos da camada de transporte garantem um canal de comunica¸c˜ao l´ogico fim- a-fim entre os processos rodando no lado do cliente e no lado do servidor, para que as aplica¸c˜oes possam trocar mensagens entre si. Esta camada oferece dois tipos de servi¸cos `as aplica¸c˜oes:

• Um servi¸co orientado a conex˜ao, fornecido pelo protocolo TCP (Transmission Con- trol Protocol ), utilizado por aplica¸c˜oes tipo pedido/resposta;
• Um servi¸co de datagrama, n˜ao orientado a conex˜ao, atrav´es do protocolo UDP (User Datagram Protocol ), utilizado por aplica¸c˜oes tipo fluxo de dados em tempo real.

Como em cada computador da rede podemos ter diferentes processos de aplica¸c˜ao rodando, por exemplo, v´arias se¸c˜oes de navegadores Web, um dos servi¸cos oferecidos pela camada de transporte ´e a multiplexa¸c˜ao/demultiplexa¸c˜ao de aplica¸c˜oes, entregando as mensagens em “portas” espec´ıficas para cada processo.

Camada rede

A camada rede ´e fundamentada num servi¸co n˜ao-orientado a conex˜ao, no qual as men- sagens s˜ao fragmentadas em pacotes, chamados datagramas, os quais atravessam a rede de roteador em roteador, desde o computador origem at´e o computador destino usando a t´ecnica de comuta¸c˜ao de pacotes. Nesta viagem, uma das tarefas dos protocolos da ca- mada rede ´e definir a rota que seguir˜ao os datagramas. Na Internet o principal protocolo da camada rede ´e o protocolo IP (Internet Protocol ).

Os componentes principais da camada rede s˜ao:

• O protocolo IP, que define o formato do datagrama e a forma de endere¸camento;
• Os protocolos e algoritmos de roteamento.