IMPLEMENTAÇÃO E ANÁLISE DA TECNOLOGIA MPLS SOBRE UM DOMÍNIO IP

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1 FATEC FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS FATEC PROFESSOR JESSEN VIDAL INFORMÁTICA ÊNFASE EM REDES DE COMPUTADORES GUILHERME PRADO DE SOUZA LIMA IMPLEMENTAÇÃO E ANÁLISE DA TECNOLOGIA MPLS SOBRE UM DOMÍNIO IP SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 2011

2 GUILHERME PRADO DE SOUZA LIMA IMPLEMENTAÇÃO E ANÁLISE DA TECNOLOGIA MPLS SOBRE UM DOMÍNIO IP Trabalho de Graduação apresentado à Faculdade de Tecnologia São José dos Campos, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Informática com Ênfase em Redes de Computadores. Orientador: Me. Antônio Egydio São Thiago Graça SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 2011

3 2011 LIMA, Guilherme Prado de Souza Implementação e Análise da Tecnologia MPLS Sobre um Domínio IP. São José dos Campos, f. Trabalho de Graduação Curso de Tecnologia em Informática com Ênfase em Redes de Computadores, FATEC de São José dos Campos: Professor Jessen Vidal, Orientador: Me. Antônio Egydio São Thiago Graça. Áreas de conhecimento. Ciências Exatas e da Terra, Ciências da Computação. Faculdade de Tecnologia. FATEC de São José dos Campos: Professor Jessen Vidal. II. Título. LIMA, Guilherme Prado de Souza. Implementação e Análise da Tecnologia MPLS Sobre um Domínio IP XXX Folhas. Trabalho e Graduação FATEC de São José dos Campos: Professor Jessen Vidal. NOME DO AUTOR: Guilherme Prado de Souza Lima TÍTULO DO TRABALHO: Implementação e Análise da Tecnologia MPLS Sobre um Domínio IP TIPO DO TRABALHO/ANO: Trabalho de Graduação / É concedida à FATEC de São José dos Campos: Professor Jessen Vidal permissão para reproduzir cópias deste Trabalho e para emprestar ou vender cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte deste Trabalho pode ser reproduzida sem a autorização do autor. Guilherme Prado de Souza Lima Rua Das Melissas, 227 CEP São José dos Campos SP

4 iii Guilherme Prado de Souza Lima IMPLEMENTAÇÃO E ANÁLISE DA TECNOLOGIA MPLS SOBRE UM DOMÍNIO IP Trabalho de Graduação apresentado à Faculdade de Tecnologia São José dos Campos, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Tecnólogo em Informática com Ênfase em Redes de Computadores. Dr. José Carlos Lombardi Esp. Fabiano Sabha Walczak Me. Antônio Egydio São Thiago Graça / / DATA DA APROVAÇÃO

5 iv Dedico este projeto aos colegas e professores que me apoiaram em sala durante o período que estive na instituição, e especialmente ao meu orientador, personagem imprescindível para que esta obra fosse concluída com êxito.

6 v AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu orientador e professor Me. Egydio São Thiago Graça que foi quem sugeriu a pesquisa pela tecnologia abordada no trabalho, prestou apoio, encorajamento e foi de extrema importância para a execução e conclusão do trabalho, ao professor Giuliano Bertoti responsável pelas matérias de Projeto de Trabalho de Graduação e Trabalho de Graduação e se mostrou sempre presente enquanto tinha dúvidas, aos meus colegas de classe que sempre estiveram presentes para compartilhar conhecimento e contribuições quanto ao projeto, e aos meus pais, principalmente, pois sem o carinho e apoio deles, nada disto seria possível.

7 vi Não espere o futuro mudar sua vida, porque o futuro será a conseqüência do presente. Parasita hoje, um coitado amanhã. Corrida hoje, vitória amanhã. Racionais MCs

8 vii RESUMO Atualmente, a alta carga tecnológica e o aumento das redes e seu uso demandam tecnologias que possam lidar com tamanho volume de dados. Logo, isto causa uma saturação dos meios de transmissão e interligação entre as redes. Para resolver este problema, as empresas buscam desenvolver tecnologias que possam oferecer garantias de qualidade de serviço para os novos modelos de aplicações que demandam este requisito, e que possam prover engenharia e direcionamento de tráfego para enfrentar e gerenciar tamanho trânsito nas redes, como a tecnologia que será abordada neste trabalho, o MPLS. O objetivo deste trabalho é implementar e avaliar a tecnologia MPLS sobre um domínio IP, provendo análise do comportamento e comparação com demais tecnologias. Palavras-Chave: MPLS; Rótulo; Protocolo; Engenharia de Tráfego; Qualidade de Serviço; IP; Requisitos

9 viii ABSTRACT Currently, the high technology load and increased network demand and use require technologies that can deal with the volume of data. So this causes a saturation of the means of transmission and interconnection between networks. To solve this problem, companies seek to develop technologies that can offer guarantees of quality of service for new types of applications that require this requirement, and that can provide traffic engineering and driving to cope with and manage traffic on the network size, as the technology which will be addressed in this work, MPLS. The objective of this paper is to implement and evaluate the technology MPLS on a domain IP, providing behavior analysis and comparison with other technologies. Keywords: MPLS; Label; Protocol, Traffic Engineering, Quality of Service, IP; Requirements

10 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Modelo de Referência ISO/OSI 24 Figura 2 - Modelo de Referência TCP/IP 26 Figura 3 - Comparação Modelo OSI e Modelo TCP/IP 27 Figura 4 - Cabeçalho IPv4 28 Figura 5 - Estrutura do Segmento TCP 32 Figura 6 - Cabeçalho UDP 33 Figura 7 - O Cabeçalho MPLS Entre os Cabeçalhos Nível 2 e Nível 3 36 Figura 8 - Componentes de Encaminhamento de Pacotes na Rede MPLS 38 Figura 9 - Transporte de Datagramas em um LSP 42 Figura 10 - Arquivo de Saída Trace 63 Figura 11 - Explicação do Arquivo Trace 64 Figura 12 - Animador NAM 65 Figura 13 - Protótipo IP 69 Figura 14 - Protótipo MPLS 71 Figura 15 - Tráfego de Pacotes na Rede IP 79 Figura 16 - Enfileiramento e Descarte de Pacotes na Rede IP 80 Figura 17 - Tráfego no Domínio MPLS Antes da Criação dos LSPs 82 Figura 18 - Tráfego de Pacotes na Rede MPLS 83 Figura 19 - Atraso de Áudio na Rede IP 85 Figura 20 - Atraso de Áudio na Rede MPLS 86 Figura 21 - Descarte de Áudio na Rede IP 87 Figura 22 - Descarte de Áudio na Rede MPLS 87 Figura 23 - Atraso dos Pacotes de Áudio 88 Figura 24 Descarte dos Pacotes de Áudio 89 Figura 25 - Atraso de Vídeo na Rede IP 90 Figura 26 - Atraso de Vídeo na Rede MPLS 91 Figura 27 - Descarte de Vídeo na Rede IP 92 Figura 28 - Descarte de Vídeo na Rede MPLS 92 Figura 29 - Atraso dos Pacotes de Vídeo 93 Figura 30 - Descarte dos Pacotes de Vídeo 94 ix

11 x LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Severidade de Requisitos de QoS 44 Tabela 2- Criação dos Nós do Protótipo IP 70 Tabela 3 - Criação do Domínio MPLS 72 Tabela 4 - Descrição das Características da Conexão 73 Tabela 5 - Descrição dos Enlaces 74 Tabela 6 - Script de Configuração dos Enlaces 75 Tabela 7 - Definição de Conexões e Tráfego UDP 76 Tabela 8 - Definição de uma Conexão e Tráfego TCP de Dados 77 Tabela 9 - Simulação IP 78 Tabela 10 - Simulação MPLS 81

12 xi LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ARPANET - Advanced Research Projects Agency Network ATM - Asynchronous Transfer Mode BA - Bahia BGP - Border Gateway Protocol CBR - Constant Bit Rate CPU - Central Processing Unit CR-LDP Constraint-based Label Distribution Protocol DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency Diffserv - Differentiated Services DNS - Domain Name Server DoD - Department of Defense DS - Differentiated Service ES Espirito Santo FEC - Forwarding Equivalence Class FIFO - First In First Out FTN - FEC to NHLFE FTP - File Transfer Protocol GNOME GNU Object Model Environment HTTP - HyperText Transfer Protocol IETF - Internet Engineering Task Force ILM Incoming Label Map IntServ - Integrated Services IP - Internet Protocol IPv4 - Internet Protocol version 4 IPv6 - Internet Protocol version 6 ISI - Information Sciences Institute ISO - International Organization for Standardization ISP - Internet Service Provider LAN - Local Área Network LBNL - Lawrence Berkeley National Laboratory LDP - Label Distribution Protocol LER - Label Edge Router

13 xii LSP - Label Switched Path LSR - Label Switching Router MG Minas Gerais MPLS - Multiprotocol Label Switching MSS - Maximum Segment Size MTU - Maximum Transfer Unit NAM - Network Animator NHLFE - Next Hop Label Forwarding Entry NS - Network Simulator OSI - Open Systems Interconnection OSPF Open Shortest Path First OTcl - Object Tool Command Language PARC - Palo Alto Research Center PHB - Per-Hop Behavior PoP - Point of Presence PPP - Point-to-Point Protocol QoS - Quality of Service RJ Rio de Janeiro RFC - Request For Comments RSVP - Resource reservation Protocol RSVP-TE - Resource reservation Protocol with Traffic Engineering SMTP - Simple Mail Transfer Protocol SP - São Paulo Tcl - Tool Command Language TCP - Transmission Control Protocol TE - Traffic Engineering TTL - Time to Live UDP - User Datagram Protocol USC - University of Southern California VCR - Videocassette recorder VINT - Virtual InternetWork Testbed VPN - Virtual Private Network WWW - World Wide Web

14 xiii LISTA DE ANEXOS Anexo 1 Protótipo de Rede IP 101 Anexo 2 Protótipo de Rede MPLS 110

15 xiv SUMÁRIO 1- INTRODUÇÃO Motivação Objetivos Objetivo Geral Objetivos Específicos Metodologia Organização REFERENCIAL TEÓRICO A Arquitetura TCP/IP Introdução Modelos de Referência Modelo ISO/OSI Modelo TCP/IP Comparação Entre os Modelos OSI e TCP/IP Protocolo IP Protocolo TCP Protocolo UDP A Arquitetura MPLS Introdução Arquitetura Componentes Básicos Detalhes da Arquitetura Ligação Rótulo FEC Label Distribution Protocol Construção Dinâmica de um LSP Next Hop Label Forwarding Entry (NHLFE) Qualidade de Serviço Introdução Requisitos Modelos de Classificação de Qualidade de Serviço Técnicas para a QoS Tecnologias de Suporte Serviços Integrados Serviços Diferenciados Resource reservation Protocol Resource reservation Protocol with Traffic Engineering (RSVP TE) MPLS Engenharia de Tráfego Introdução 54

16 xv Objetivos de Desempenho Estilos Requisitos Simulação Introdução Tipos de Simulação Simulação de Monte Carlo Simulação Baseada em Traces Simulação Baseada em Eventos Planejamento da Simulação Definição dos Objetivos Escolha das Métricas Adequadas Escolha dos Parâmetros, Fatores e Níveis Quantidade de Replicações METODOLOGIA Etapas do Trabalho Ferramentas Utilizadas Sistema Operacional Linux Windows Virtual PC Planilha Eletrônica Gnumeric Microsoft Office Excel Simulador Network Simulator (NS) Introdução Programação Vantagens do NS Limitações do NS Network Animator (NAM) Modelagem Elementos Básicos da Simulação Planejamento da Simulação IMPLEMENTAÇÃO Topologia de Rede Protótipo de Rede IP Protótipo de Rede MPLS Tráfego Realizando as Simulações Protótipo IP Protótipo MPLS 80

17 xvi 5- TESTES E RESULTADOS Análise do Fluxo CBR de Áudio Atraso Protocolo IP Protocolo MPLS Descarte Protocolo IP Protocolo MPLS Resultados Tráfego CBR de Áudio Análise do Fluxo CBR de Vídeo Atraso Protocolo IP Protocolo MPLS Descarte Protocolo IP Protocolo MPLS Resultados Tráfego CBR de Vídeo CONSIDERAÇÕES FINAIS Contribuições e Conclusões Trabalhos Futuros REFERÊNCIAS 98

18 17 1. INTRODUÇÃO O Capítulo aborda a introdução sobre a pesquisa desenvolvida. 1.1 Motivação Inegavelmente, a alta carga tecnológica utilizada e o aumento do uso das redes de computadores exigiram que fossem desenvolvidas tecnologias inovadoras para que possam suprir tamanho aumento de carga de dados passante, processamento e garantias quanto ao emprego da qualidade de serviço. Logo, esta explosão crescente tecnológica não implica apenas no desenvolvimento de novas tecnologias, mas também cria a necessidade de melhorar as que já existem (ANDRADE, 2003). Aplicações multimídia e de tempo real continuam a alcançar grande crescimento e, para suprir tamanho volume de informações, reservar recursos torna-se essencial para alcançar qualidade de serviço e, logo, cresce a demanda de soluções baseadas em reserva de recursos (VIEIRA, 2005). Ao final da década de 1990, houve grande carga de trabalho da indústria para que fosse desenvolvida alguma tecnologia que provesse otimização em relação a velocidade de comutação de roteadores IP. Logo, foi utilizado, para o desenvolvimento da tecnologia, um conceito básico de redes de circuitos virtuais. A Comutação de Rótulos Multiprotocolos (MPLS) emprega o conceito de comutação de rótulos de tamanho fixo, com a finalidade de aumentar a já existente arquitetura das redes IP (datagramas repassados). Para isto, datagramas são rotulados seletivamente, fazendo com que roteadores repassem os datagramas baseados em rótulos com um tamanho fixo, quando permitido. Logo, o repasse baseia-se nestes rótulos, e não em endereços de destino IP. Características IP são observadas fortemente em uma rede MPLS, como rotear e endereçar os datagramas (KUROSE, 2006). A Comutação de Rótulos Multiprotocolos torna possível obter inovadora capacidade de gerenciamento de tráfego de uma rede. Ela faz com que pacotes sejam repassados por rotas antes de uso impossível, se empregadas nestas rotas técnicas de roteamento utilizadas por protocolos que usam roteamento IP. Imagine uma bifurcação em uma estrada, a qual 2 (ou mais) caminhos são possíveis. Com protocolos de roteamento IP, o repasse é feito somente por um caminho de menor custo especificado. Já com MPLS, é possível fazer com que parte do tráfego remetido a um destino especifico siga por um caminho, e a outra parte do tráfego, com o mesmo destino, siga

19 18 por outro caminho. A escolha de qual caminho seguir pode ser baseada por alguma política determinada (KUROSE, 2006). O exemplo citado anteriormente é simplório e remete à engenharia de tráfego usando MPLS (RFC 3346; XIAO, 2000, apud KUROSE, 2006). Na prática, aplicar engenharia de tráfego consiste em realizar o mapeamento do fluxo IP na topologia física determinada. Por intermédio desse mapeamento, o caminho mais eficiente é usado para atingir um ou diversos objetivos operacionais do sistema (RFC 3346). O repasse de pacotes IP comuns é bem limitado: Tem baixa capacidade de tratar informações de endereçamento apenas pelo IP destino marcado no pacote. Isso ocorre pois todo o tráfego que é destinado ao mesmo prefixo IP recebe tratamento igual, tornando extremamente difícil aplicar a engenharia de tráfego nas redes IP (CISCO SYSTEMS, 2000). A Comutação de Rótulos Multiprotocolos possui diversos usos. Pode ser utilizada para emprego da arquitetura de serviço diferenciado (conhecida como Diffserv ) (RFC 4124). Este serviço torna possível manipular diferentes classes de tráfego dentro da internet, de maneiras diferenciadas (KUROSE, 2006). Outro grande uso do protocolo MPLS é na implementação das redes virtuais privadas (em inglês, Virtual Private Networks VPN) (KUROSE, 2006). Propicia também que os recursos e o endereçamento de um determinado cliente podem ser isolados dos demais que estão utilizando a rede do ISP. Empresas já implementam as redes VPN com protocolo MPLS. Fatores como maior capacidade de escalabilidade e capacidade de emprego de QoS usando técnicas de Diffserv fazem com que esta tecnologia apareça como alternativa excelente ao uso de redes VPN que usam ATM e aos circuitos virtuais permanentes do Frame Relay (PINHEIRO, 2000), (KUROSE, 2006). Definitivamente, MPLS possui muitas utilizações e finalidades. O trabalho propõe a implementação de um domínio MPLS sobre uma rede IP. Em seguida, realizar avaliação do funcionamento da rede com tecnologia IP e a tecnologia MPLS, provendo dados que possam tornar possíveis comparações e conclusões. Assim, pretende-se evidenciar a efetividade e o comportamento do MPLS.

20 Objetivos Descreve os objetivos da pesquisa Objetivo Geral Implementar e avaliar a tecnologia MPLS sobre um domínio IP Objetivos Específicos Descrição e compreensão da tecnologia. Criação de uma rede IP utilizando o simulador Network Simulator. Implementação de um domínio IP, e posteriormente um domínio MPLS sobre a estrutura da rede IP utilizando o Network Simulator. Obtenção e comparação dos resultados obtidos com ambas as implementações. 1.3 Metodologia Primeiramente, será apresentada uma base sólida para que o leitor possa adentrar e compreender as questões relativas aos assuntos e tópicos acerca da tecnologia base para o trabalho, o MPLS, inclusive sobre a própria. Serão abordados também estudos complementares sobre outros protocolos e serviços que podem ser adicionados ou substituídos pelo MPLS. Em seguida, a proposta é a de apresentar um estudo sobre a tecnologia, fazendo medições em relação a seu comportamento e desempenho. Assim, poderão ser definidas as características do protocolo, permitindo então comparações com outras tecnologias semelhantes. Para tal experimento, haverá a necessidade de se implementar um domínio que funcione com a tecnologia IP. Em seguida, será feita a inserção de um domínio MPLS dentro da rede IP. Por intermédio da criação de ambos domínios, testes envolvendo softwares para medição e/ou simulação (como o Network Simulator) serão usados na rede, como ferramenta para traçar o comportamento do protocolo MPLS e realizar comparações. Demais ferramentas complementares serão utilizadas para a montagem de gráficos, cálculos e demais funções necessárias durante o experimento.

21 Organização Este trabalho está dividido nos seguintes capítulos: 2 Referencial Teórico: o embasamento necessário para a realização do trabalho, composto por conceitos gerais e específicos, inclusive da própria tecnologia. 3 Metodologia: os métodos utilizados para a elaboração da solução, baseado nos objetivos do trabalho. Compreende as etapas de trabalho, ferramentas utilizadas e o planejamento das simulações. 4 Implementação: modelagem e execução dos protótipos de pesquisa, baseado no objetivo do trabalho. 5 - Testes e Resultados: demonstra o resultado da implementação da solução para análise. 6 - Considerações Finais: considerações finais sobre a pesquisa e solução, baseado no objetivo do trabalho.

22 21 2 REFERENCIAL TEÓRICO O capítulo aborda o referencial teórico em relação às tecnologias utilizadas para realizar o projeto de pesquisa. 2.1 A Arquitetura TCP/IP Introdução O início desta arquitetura remete à criação da mãe de todas as redes de computadores existentes até hoje: a ARPANET. O modelo tem sido usado desde esta rede primordial até a sua sucessora, a Internet dos dias de hoje. A ARPANET era uma rede patrocinada pelo DoD (ou Departamento de Defesa dos Estados Unidos). Em pouco tempo, órgãos do governo e universidades estavam conectados por intermédio de linhas telefônicas dedicadas. Mas, com o advento das redes de rádio e satélite, problemas envolvendo protocolos começaram a ocorrer. Assim, motivado pela necessidade de desenvolver uma nova arquitetura de conexão uniforme entre diversas redes, surgiu a arquitetura TCP/IP, nome ganho pelo uso dos principais protocolos: TCP e IP. Como requisitos, o DoD definiu que, mesmo que os meios de interconexão (hosts, roteadores e gateways) e as sub-redes fossem destruídos repentinamente, a rede teria de continuar operando, transmitindo as conversações, mediante o funcionamento das máquinas de origem e destino. Outra exigência era uma arquitetura flexível, com alta adaptabilidade a aplicações com distintos requisitos. Os protocolos que a ARPANET utilizava eram inaptos para uso em redes inter-redes. O TCP/IP foi concebido objetivamente para manipular a comunicação inter-redes (TANENBAUM, 2003). O crescimento da ARPANET foi muito rápido após oficialmente o TCP/IP se tornar o protocolo-chave da rede. Evolui até se tornar a Internet como a conhecemos, e a base dessa enorme rede são o Modelo de Referência ISO/OSI e a pilha de protocolos TCP/IP. Quando um host executa a pilha TCP/IP, recebe um endereço IP e pode transmitir pacotes IP para todas as máquinas conectadas na enorme rede Internet. (TANENBAUM, 2003)

23 Modelos de Referência Modelo ISO/OSI O modelo OSI é foi definido em uma proposta desenvolvida pela ISO (International Standard Organization) a fim de alcançar a padronização internacional dos protocolos contidos em suas diversas camadas (DAY e ZIMMERMAN, 1983 apud TANENBAUM, 2003), sofrendo uma revisão em 1995 (DAY, 1995 apud TANENBAUM, 2003). Intitulado Modelo de Referência ISO OSI (Open System Interconnection), porque ele aborda da interconexão de sistemas abertos. O modelo consiste em sete camadas: Física (camada 1), Enlace de dados (camada 2), Rede (camada 3), Transporte (camada 4), Sessão (camada 5), Apresentação (camada 6) e Aplicação (camada 7). (TANENBAUM, 2003). A seguir, a descrição breve de cada camada. Camada 1: Física É a camada que tem como tarefa a transmissão de bits brutos ( zeros e uns ) por um canal de comunicação. Deverão existir garantias em relação a que, quando uma ponta da comunicação enviar um bit 0, o outro lado receberá como bit 0, ao contrário de bit 1. Questões abordadas nesta camada são desde a voltagem a ser estabelecida para representar bit 1 e bit 0, passando pelo suporte a direções que a comunicação pode tomar ao mesmo tempo (comunicação simultânea entre os dois lados ou não) e estipulando a maneira de como uma conexão inicial será estabelecida e como esta será encerrada após as duas extremidades tiverem terminado a comunicação, até quanto ao número de pinos o conector de rede deverá possuir e quanto à função de cada pino. Interfaces elétricas, mecânicas e de sincronização tomam atenção sobre requisitos do projeto (TANENBAUM, 2003). Camada 2: Enlace de Dados A camada de Enlace de Dados trata de transformar um canal de transmissão bruto em uma linha com aparência de que está livre de erros de transmissão que não foram percebidos para a camada de nível 3 (Rede). Em uma subcamada especial da camada de Enlace de Dados (controle de acesso ao meio), é fornecido um modo de controle de acesso ao meio compartilhado (TANENBAUM, 2003).

24 23 Camada 3: Rede Em suma, esta camada faz o controle da operação da sub-rede. É responsável por questões de controle de congestionamento, qualidade de serviço (instabilidade, retardo, entre outros), torna possível que redes diferentes (heterogêneas) possam se comunicar, entre demais funcionalidades (TANENBAUM, 2003). Camada 4: Transporte Esta camada tem como função trivial garantir a comunicação entre as extremidades. Ela aceita dados da camada de cima, faz a divisão destes dados em unidades diminutas se preciso, repassa à camada de rede e garante a entrega correta dos fragmentos à outra ponta da comunicação. É uma camada fim a fim nata, fazendo a ligação da origem ao destino. Também tem como responsabilidade definir o tipo de serviço que deve ser entregue para a camada de sessão (TANENBAUM, 2003). Camada 5: Sessão Basicamente, a camada de sessão faz com que os usuários de diversas máquinas firmem uma sessão entre si. Tem diversos serviços: controla a transmissão, definindo quem vai efetuar a transmissão no instante, impede que duas pontas da comunicação façam alguma atividade crítica simultaneamente e sincroniza a comunicação, possibilitando que esta possa ser retomada do ponto que estavam caso ocorra alguma falha na transmissão (TANENBAUM, 2003). Camada 6: Apresentação A camada de Apresentação faz as mudanças e conversões das informações enviadas. Traduz os diferentes formatos de dados presentes na comunicação (TANENBAUM, 2003). Camada 7: Aplicação Estão contidos nesta camada diversos protocolos triviais e necessários aos usuários. Um grande exemplo destes protocolos é o HTTP (HyperText Transfer Protocol) que permite que sistemas cliente e servidor se comuniquem por troca de mensagens HTTP, que é a base para o mundo www, além de protocolos que tratam de envio de arquivos, , entre outros (TANENBAUM, 2003), (KUROSE,2006).

25 24 Figura 1 - Modelo de Referência ISO/OSI Modelo TCP/IP Na criação das redes de rádio e satélite, problemas envolvendo os protocolos existentes emergiram com o tempo, criando a necessidade de criação de um novo modelo de referência. Como principal objetivo do projeto estava à conexão uniforme de redes heterogêneas. Esta arquitetura foi definida como Modelo de Referência TCP/IP, nome ganho em influência dos dois principais protocolos. Esta arquitetura foi estabelecida primeiramente em Cerf e Kahn (1974) (TANENBAUM, 2003). Este modelo é constituído de 4 camadas: Inter-Redes, Transporte, Aplicação e Host-Rede (TANENBAUM, 2003). A camada Inter-Redes Esta camada não tem o papel de permitir o envio de pacotes por hosts em qualquer rede e garantir que estes pacotes percorrerão a rede independentemente até alcançar seu destino. Não necessariamente chegarão na ordem exata de envio ao destino, exigindo que as camadas superiores tenham a função de reorganizar estes pacotes, se houver a obrigação de ordenação na entrega. Nela é definido também o protocolo IP, o qual é entregue pela camada de rede nos lugares em que for preciso. O roteamento dos pacotes é questão imprescindível para esta camada, assim como evitar congestionamentos. Não é nenhum absurdo dizer que a função desta camada é muito

26 25 semelhante à função da camada de Rede do Modelo de Referência OSI (TANENBAUM, 2003). A Camada de Transporte Localizada sobre a camada de Inter-Redes, a Camada de Transporte tem como função fazer com que as entidades pares estabeleçam uma comunicação (entre host origem e host destino), da mesma maneira como ocorre na camada de Transporte do Modelo de Referência OSI. Para isto, foram definidos nesta camada dois protocolos fim a fim: o TCP (Transmission Control Protocol) e o UDP (User Datagram Protocol). O TCP é um protocolo orientado a conexões e confiável, e o UDP é um protocolo não orientado a conexões e não confiável. (TANENBAUM, 2003). A camada de Aplicação A camada de Aplicação fica sobre a camada de Transporte. Nesta camada estão contidos todos os protocolos de destinados as aplicações. Pode-se citar o protocolo de terminal virtual, ou TELNET, o protocolo FTP, ou protocolo de transferência de arquivos e o protocolo de correio eletrônico, ou SMTP. Com o passar dos anos, novos protocolos foram desenvolvidos e incluídos nesta camada, como o protocolo que resolve o nome de hosts para seus endereços de rede, respectivamente, ou DNS, e também o HTTP, usado para busca por páginas da World Wide Web (TANENBAUM, 2003). A camada Host-Rede A camada Host-Rede fica sob a camada de Inter-Rede. Tecnologias como LAN, SATNET e ARPANET são contidas nesta camada. Não há muita especificação no modelo TCP/IP sobre esta camada. Apenas é explicito que o host deve se conectar a rede por intermédio de algum protocolo para que o envio de pacotes IP seja possível. O protocolo não tem definição exata, e sofre variação, dependendo das redes e hosts (TANENBAUM, 2003).

27 26 Figura 2 - Modelo de Referência TCP/IP Comparação Entre os Modelos OSI e TCP/IP Brevemente, percebe-se que os dois modelos têm diversas coisas em comum. Ambos tomam como base o conceito de uma pilha de protocolos. As funções extremamente semelhantes, senão iguais, também compõem as semelhanças. Por exemplo, em ambas as camadas de Transporte dos modelos, a função de estabelecer conversação entre as entidades pares é a mesma. Por fim, nota-se que as camadas que se localizam sobre a camada de Transporte, nos dois modelos, são orientadas a aplicações do serviço de transporte (TANENBAUM, 2003). Contudo, observam-se também diferenças entre os dois modelos. O modelo OSI foi criado antes dos protocolos correspondentes. Isto adicionou flexibilidade ao modelo, pois não foi feito com base em uma série de protocolos definida. Já o modelo TCP/IP foi concebido depois dos protocolos. O modelo foi feito com base nestes protocolos. Os protocolos não tiveram que sofrer adaptação ao modelo. Porém, o modelo descrevia apenas redes que utilizavam o protocolo TCP/IP, pois ele não se adaptava a pilhas de protocolos diferentes (TANENBAUM, 2003). Obviamente, percebe-se outra diferença básica entre os modelos: o modelo OSI tem sete camadas, já o modelo TCP/IP possui apenas quatro, sendo que apenas as camadas de Rede (equivalente a camada de Inter-Rede), Aplicação e Transporte são comuns. As outras são diferentes (como a camada Host-Rede do modelo TCP/IP que equivale às camadas Física e Enlace de dados do modelo OSI), ou inexistentes (como as

28 27 camadas de Sessão e Apresentação que não existem no modelo TCP/IP, apesar de constarem no modelo OSI) (TANENBAUM, 2003). Figura 3 - Comparação Modelo OSI e Modelo TCP/IP Protocolo IP O IP (Internet Protocol) é o protocolo de camada de rede responsável por manter a Internet unida. Foi projetado para interligar redes. Sua tarefa é prover a melhor forma de transportar datagramas entre a origem e o destino, não importando se as máquinas estão em uma mesma rede ou entre redes distintas. Atualmente, existem duas versões em uso do protocolo IP: IPv4 e IPv6. Este último foi concebido para substituir o IPv4 (KUROSE, 2006) (TANENBAUM, 2003). Um datagrama é definido como um pacote de camada de rede. Um datagrama IP é formado em partes por cabeçalho e por texto. O cabeçalho é composto por uma parte permanente de 20 bytes e uma parte opcional, sem tamanho fixo (KUROSE, 2006) (TANENBAUM, 2003). O cabeçalho IPv4 é demonstrado na Figura 4: