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TCP/IP
Para (Maestrelli, Trovão, & Jannuzzi, 2000), “ É um padrão de comunicação que reúne um conjunto de protocolos tais como tcp, ip, ftp (file transfer protocol), telnet, icmp, arp e nfs”. As informações que trafegam na rede necessitam do TCP/IP, por isso ele é utilizado como protocolo primário da rede na internet. Este protocolo foi dividido em “camadas” bem definidas, cada uma realizando sua parte na tarefa de comunicação (aplicação, transporte, rede e físico). Este modelo tem a seguinte vantagem: por ter os processos de comunicação bem definidos e divididos em cada camada, qualquer alteração poderá ser feita isoladamente, não precisando reescrever todo o protocolo. O TCP/IP tem como principal característica a transmissão de dados em máquinas que diferem em suas arquiteturas. Camadas da arquitetura TCP/IP A arquitetura de rede definida pela família de protocolos TCP IP é denominada arquitetura internet TCP/IP, ou simplesmente arquitetura TCP/IP. a arquitectura a TCP/IP é organizada em quatro camadas: Aplicação, Transporte, Rede e Interface de Rede (Rede Física). Camada de aplicação É camada define a sintaxe e a semântica das mensagens trocadas entre aplicações. É a única camada cuja implementação é realizada através de processos do sistema operacional. A camada de aplicação trata os detalhes específicos da cada tipo de aplicação. Na família de protocolos TCP/IP, existem diversos protocolos de aplicação que são suportados por quase todos os sistemas. Exemplos: Telnet – terminal virtual;
FTP (File Transfer Protocol) – transferência de arquivos; SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – correio eletrônico; SNMP (Simple Network Management Protocol) – gerenciamento de redes; DNS (Domain Name System) – mapeamento de nomes em endereços de rede; HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – WWW (World Wide Web). Cada protocolo de aplicação define a sintaxe e a semântica das mensagens trocadas entre os programas de aplicação. Em geral, a camada de aplicação é implementada usando processos de usuários, que são representações do sistema operacional para programas em execução. Por outro lado, as demais camadas (transporte, inter-rede e interface de rede) são implementadas diretamente no núcleo (kernel) do sistema operacional. Camada de transporte A camada de transporte provê comunicação fim-a-fim entre aplicações. TCP (Transmission Control Protocol): É um protocolo orientado a conexão que provê um fluxo confiável de dados, oferecendo serviços de controle de erro, controle de fluxo e sequência. O TCP divide o fluxo de dados em segmentos que são enviados de uma estação para outra de forma confiável, garantindo que sejam entregues à aplicação destino na sequência correta e sem erros. Orientado à conexão. Provê fluxo confiável de dados. Divide o fluxo de dados em segmentos. UDP (User Datagram Protocol): É um protocolo mais simples, não orientado a conexão, que oferece um serviço de datagrama não confiável. O UDP apenas envia pacotes, denominados datagramas UDP, de uma estação para outra, mas não garante que sejam entregues à aplicação destino. Provê serviço de datagrama não confiável. Camada de rede
O processo de encapsulamento que ocorre quando uma aplicação envia dados na arquitetura TCP/IP. Cada camada adiciona informações de controle aos dados recebidos da camada imediatamente superior e, em seguida, entrega os dados e o controle adicionados à camada inferior. Desencapsulamento Na recepção, ocorre o processo inverso ao encapsulamento. Cada unidade de dados sobe na pilha de protocolos até que os dados sejam efetivamente entregues ao programa de aplicação. Cada camada trata as suas informações de controle, realizando funções específicas de acordo com a informação contida no cabeçalho. Em seguida, o cabeçalho da unidade de dados é removido e apenas o campo de dados é entregue à camada imediatamente superior. Consequentemente, o campo de dados de uma dada camada representa a unidade de dados (cabeçalho somado aos dados propriamente ditos) da camada imediatamente superior. Esse processo é denominado desencapsulamento. Interação dos protocolos
Para alcançar uma determinada estação de destino, datagramas IP devem (se possível) ser roteados através de diversos roteadores e redes intermediárias. Uma inter-rede TCP/IP que será utilizada para a análise do processo de interação dos protocolos. Essa inter-rede é composta por três redes físicas distintas (N1, N2 e N3), interconectadas por dois roteadores (R1 e R2). Vamos supor que a estação E1 deseje transmitir uma mensagem do protocolo de aplicação SNMP para a estação E2 usando o protocolo UDP como mecanismo de transporte. As seguintes etapas podem ser observadas na inter-rede analisada: I. Logo após montar uma mensagem SNMP, o programa de aplicação na estação E solicita ao sistema operacional que envie a mensagem usando o protocolo UDP, tendo como destino a estação E2. II. Sistema operacional monta um datagrama UDP, incluindo no cabeçalho os identificadores das portas associadas às aplicações de origem e destino, e encapsula a mensagem SNMP no campo de dados. III. Em seguida o sistema operacional encapsula o datagrama UDP em um datagrama IP, incluindo no cabeçalho os endereços IP das estações de origem e destino, e insere o datagrama UDP no campo de dados. Além disso, o cabeçalho do datagrama IP sinaliza no campo Protocol que transporta um datagrama UDP. IV. Baseado nas informações de roteamento mantidas na estação E1, o sistema operacional roteia o datagrama IP para o roteador R1. Nesse processo, o datagrama IP é encapsulado em um quadro da rede física N1 e, então, transmitido pela camada de interface de rede. V. Após receber o quadro da rede física N1, a camada de interface de rede associada à rede N1 do roteador R1 extrai o datagrama IP e o decodifica. VI. Ao observar o endereço IP de destino no cabeçalho do datagrama, o roteador R percebe que esse datagrama não é endereçado a ele e a nenhuma estação da rede N2.
Exemplo: endereço IP Diferenças entre endereço físico e endereço lógico Endereço físico está associado à camada de enlace, servindo para identificar somente o equipamento, sem considerar a rede em que ele se encontra. Do ponto de vista do endereçamento físico, todos os equipamentos pertencem à mesma rede. Endereço lógico identifica a rede na qual o equipamento se encontra e também o próprio equipamento dentro da rede. O endereço lógico permite que os equipamentos estejam situados em redes diferentes. Protocolo IP O protocolo IP é um protocolo datagrama e que realiza expedição de pacotes sem conexão. O protocolo IP tem três características importantes: I. Protocolo básico para transferência de dados na Internet. A Internet utiliza vários protocolos de enlace ou físico, dispõe de alguns protocolos de transporte e várias aplicações, porém apenas um protocolo de rede: o IP. II. Camada IP executa a função de roteamento, escolhendo o caminho para onde os dados serão enviados. O endereçamento IP segue uma estrutura hierárquica. III. A separação de rede (network) e máquina (host) garante a entrega do pacote ao seu destino e reduz o tamanho das tabelas de roteamento. Endereçamento na Internet A Internet é um serviço de comunicação universal porque permite a qualquer equipamento se comunicar com outro qualquer. Para que um sistema ofereça um serviço de comunicação universal é necessário obedecer duas regras: I. Todos os equipamentos usam um mesmo protocolo de Rede (IP). II. Cada equipamento tem um endereço único exclusivo, isto é, só existe um determinado endereço IP no mundo. Máscara de sub-rede
Padrão de 32 bits que contém bits 1 na posição do prefixo de sub-rede (identificador de rede + identificador de sub-rede) e bits 0 na posição do identificador de estação. Máscara de rede – padrão de 32 bits que contém bits 1 na posição do prefixo de rede e bits 0 na posição do identificador de estação. A máscara de sub-rede tem o objetivo de delimitar a posição do prefixo de sub-rede e do identificador de estação. Para delimitar os bits que compõem o prefixo de sub-rede e o identificador de estação, o esquema de endereçamento de sub-redes define o conceito de máscara de sub-rede, que representa uma simples adaptação do conceito de máscara de rede do endereçamento IP original. Estrutura de mascara de rede. Da mesma forma que as máscaras de rede, as máscaras de sub-rede podem ser escritas usando a notação decimal (dotted-decimal notation) ou a contagem de bits (bit count).como mostra na figura acima. A regra “all bits 0 or 1” se aplica ao identificador de estação em qualquer arquitetura (classful ou classless). Na arquitetura de endereçamento classful não são permitidos os endereços de sub-rede com todos os bits do identificador de sub-rede iguais a 0 ou 1. Na arquitetura de endereçamento classless são permitidos os endereços de sub-rede q com todos os bits do identificador de sub-rede iguais a 0 (zero) ou 1. Nós vimos que o identificador de estação não pode ter todos os bits 0 (reservado para o endereço da sub-rede) e não pode ter todos os bits 1 (reservado para o endereço de broadcast da sub-rede). Esta regra é chamada de “all bits 0 or 1” (todos os bits 0 ou 1) e se aplica ao identificador de estação em qualquer arquitetura (classful ou classless); porém, só se aplica ao prefixo de sub-rede na arquitetura classful. Esta é uma limitação importante da arquitetura classful, Portanto, é importante ressaltar que o identificador de sub-rede é calculado de forma diferente dependendo da arquitetura, classful ou classless. Internet Control Message Protocol (ICMP)
denominada tabela ARP. Sempre que um mapeamento se torna necessário, a tabela ARP é consultada antes de enviar qualquer requisição ARP. Se o mapeamento desejado é encontrado na tabela, nenhuma requisição ARP é enviada. A manutenção da tabela ARP de cada estação é realizada a partir das requisições e respostas ARP. Opcionalmente, todas as estações actualizam suas tabelas após receberem uma requisição ARP. Nessa atualização, o mapeamento associado à estação requisitante é incluído em suas tabelas. A listagem a seguir mostra um exemplo de tabela ARP no Windows. C:>arp -a Interface: 200.130.26.6 --- 0x Endereço IP Endereço físico Tipo 200.130.26.228 00-0c-29-a3-35-29 Dinâmico 200.130.26.253 00-15-c5-33-35-8c Dinâmico 200.130.26.254 00-04-96-41-24-f0 Dinâmico Podemos ver as seguintes informações da tabela ARP: Endereço IP; Endereço físico (MAC Address); Tipo de mapeamento (estático ou dinâmico). Protocolos de roteamento. A Internet é um conjunto de redes interconectadas, e os pontos de ligação dessas redes são os roteadores. As redes são organizadas de forma hierárquica e agrupadas sob a mesma autoridade administrativa. Alguns roteadores são utilizados para trocar dados entre redes controladas pela mesma autoridade administrativa, enquanto outros fazem também a comunicação entre redes de diferentes autoridades administrativas. Esse agrupamento de redes controladas por uma mesma autoridade administrativa é chamado de Sistema Autônomo. Podemos dizer que a Internet é constituída por sistemas autônomos interconectados. A função de encaminhar os pacotes IP para seus respectivos destinos (redes) é chamado roteamento e são executados pelos equipamentos roteadores.
Roteamento Dinâmico O roteamento estático é confiável e seguro, e foi largamente utilizado no início da Internet. Porém com o crescimento da rede a administração tornou-se difícil exigindo a criação de mecanismos de roteamento dinâmico, onde a alteração de uma rota não exigisse a modificação de todas as rotas individualmente em cada equipamento da rede. Algoritmos de Roteamento Dinâmico A propagação automática de rotas permite a divulgação de rotas para o funcionamento coerente de uma rede com um mínimo de interferência de operador humano. Os algoritmos de propagação de rotas mais conhecidos são: Roteamento Vetor Distância (Vector Distance) Esse algoritmo também é conhecido como Bellman-Ford. É o mecanismo mais simples, baseado na distância entre dois pontos. Essa distância refere-se ao número de roteadores existentes na rota utilizada, sendo medida em saltos (Hops). No início, a tabela de roteamento de um roteador apresenta apenas os endereços das redes diretamente conectadas com distância zero. Periodicamente os roteadores enviam cópias das suas tabelas de roteamento para todos os roteadores vizinhos que avaliam essas rotas e atualizam suas tabelas. A grande vantagem desse algoritmo é a simplicidade e a maior desvantagem é que não deve ser utilizado em redes grandes. Com o crescimento do número de redes, cresce também o tamanho das tabelas de roteamento, aumentando o tráfego para a manutenção das tabelas, pois é necessário transmitir toda a tabela de roteamento a cada atualização. Roteamento Estado de Enlace (Link State) Esse algoritmo, também conhecido como Shortest Path First (SPF), mantém um mapa da topologia da rede em cada roteador ao invés de uma tabela de roteamento. A tarefa de cada roteador é testar a possibilidade de comunicação com todos os roteadores adjacentes. De posse do estado do enlace (ativo ou não), o roteador divulga as informações para os outros roteadores. A escolha da melhor rota é efectuado em cada roteador através do algoritmo “Dijkstra Shortest Path”, que calcula o caminho mais curto para o destino desejado a partir dele, utilizando sempre a menor distância com enlaces ativos. A grande vantagem dos algoritmos
