Aula 07 24/03/ Laboratório de Redes 7ª Fase Universidade do Contestado - UnC Sistemas de Informação Prof. Carlos Guerber APOSTILA TCP/IP

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1 Aula 07 24/03/ Laboratório de Redes 7ª Fase Universidade do Contestado - UnC Sistemas de Informação Prof. Carlos Guerber APOSTILA TCP/IP 1. HISTÓRICO O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP A CAMADA INTER-REDES A CAMADA DE TRANSPORTE A CAMADA DE APLICAÇÃO A CAMADA HOST/REDE POSICIONAMENTO DO NÍVEL OSI EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DE REDES COM ARQUITETURA TCP/IP COMPARAÇÃO ENTRE OS MODELOS DE REFERÊNCIA OSI E TCP/IP UMA CRÍTICA AO MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP IPv4 - A VERSÃO ATUAL DO IP O DATAGRAMA IPV ENDEREÇAMENTO IP IDENTIFICADORES UNIVERSAIS TRÊS CLASSES PRIMÁRIAS DE ENDEREÇO ENDEREÇO DE UMA REDE E ENDEREÇO DE DIFUSÃO (BROADCAST) DIFUSÃO LOCAL ENDEREÇOS DE REFERÊNCIA À PRÓPRIA REDE E AO PRÓPRIO HOST ENDEREÇO DE MULTICAST FRAQUEZAS DO ENDEREÇAMENTO IP NOTAÇÃO DECIMAL ENDEREÇO DE LOOPBACK ENDEREÇAMENTO DE SUB-REDE Distribuição Geográfica de Endereços Implementação de Sub-redes com Máscara Super-redes Exemplo de Redes SUB-REDES PLANEJAMENTO DE UM ESQUEMA DE ENDEREÇAMENTO PROTOCOLOS DE ROTEAMENTO CONCEITO RIP RIP II OSPF COMPARAÇÃO ENTRE OS PROTOCOLOS DE ROTEAMENTO RIP E OSPF EGP PROTOCOLO ARP E RARP INTRODUÇÃO PROBLEMA DE CONVERSÃO... 50

2 6.2.1 Conversão Através do Mapeamento Direto: Conversão Através de Vinculação Dinâmica: Cache de Conversão de Endereço: APRIMORAMENTO DE ARP Definição ARP Implementação ARP Encapsulamento e Identificação ARP Formato do Protocolo ARP PROTOCOLO RARP Introdução PROTOCOLO ICMP MENSAGEMS ICMP Echo Request e Echo Reply Destination Unreacheable Source Quench Redirect TTL Expired ICMP Router Solicitation/Advertisement Aquisição de informações de Roteamento PROTOCOLOS DA CAMADA DE TRANSPORTE CAMADA DE TRANSPORTE PROTOCOLO UDP Formato da Mensagem UDP Encapsulamento de UDP e Colocação de Protocolos em Camadas Organização em camadas Multiplexação e Demultiplexação UDP e Portas Números de portas UDP reservadas e disponíveis PROTOCOLO TCP Serviços TCP Serviços TCP: transferência de dados Serviços TCP: confiabilidade Serviços TCP: controle de fluxo Serviços TCP: multiplexação Serviços TCP: conexão Estabelecimento de conexão Transferência de Dados Encerramento da Conexão Desempenho TCP... 87

3 3 1 HISTÓRICO A história do TCP/IP está intimamente interligada com a da Internet. O conjunto de protocolos TCP/IP resultou de pesquisas fundadas pelo ARPA (Advanced Research Projects Agent) para conectar redes dos seus departamentos de pesquisas, a esta rede denominou-se ARPANET. Os primeiros projetos de pesquisas originaram-se da idéia de comutação de pacote, considerada radical na época, em meados de No final da década de 60, precisamente em dezembro de 69, entrou no ar uma rede experimental com quatro nós interligando as instituições UCLA (Universidade de Los Angeles), UCSB (Universidade de Santa Barbara), SRI (Instituto de Pesquisa de Stanford) e Universidade de Utah. Através da experiência conseguida nesta rede, alavancou-se grandes pesquisas sobre protocolos, culminando com a criação dos protocolos e do modelo TCP/IP. Em 1983 o TCP/IP tornou-se o protocolo oficial da ARPANET, levando a uma das primeiras definições de Internet, como sendo um conjunto de rede conectadas via TCP/IP; nessa mesma época foi feita na Universidade de Berkeley, a implantação do protocolo ao sistema operacional Unix, conhecido como BSD. Em adição aos protocolos foram oferecidas um conjunto de aplicações que passaria a expandir os serviços do Unix a mais de uma máquina. Com esta implantação o protocolo aumentou sua popularidade. Conjuntamente a estas aplicações, o BSD ofereceu uma abstração ao seu sistema operacional que permitia acesso aos protocolos TCP/IP, chamada sockets. Isto aumentou a utilização dos protocolos pelos programadores que passaram a enxergá-los num mais alto nível que antes. A partir daí pesquisas foram alavancadas e novas aplicações foram surgindo. Em 1985 a entidade americana NSF ( National Science Foundation) interligou os supercomputadores de seus centros de pesquisas em rede, que passaram a ser conhecida como NSFNET. Em 1986 esta rede conectou-se a ARPANET. O conjunto de todos os computadores desta rede e sua espinha dorsal passaram a ser conhecidas oficialmente como Internet.

4 4 Em 1988 a NSFNET passou a ser mantida pela IBM, MCI ( empresa de telecomunicações americana) e MERIT ( instituição responsável por uma rede pertencente a instituições de Michigan, EUA) estas criaram a ANS ( Advanced Network and Services). Em 1990 o backbone ( espinha dorsal) ARPANET deixou de existir e no seu lugar foi criado uma outra espinha dorsal conhecida como DRI ( Defense Research Internet ). Em 1990/1993 a ANS criou a ANSNET, que passou a ser a nova espinha dorsal da Internet; paralelamente foi criado a espinha dorsal européia (EBONE), que interligou alguns países da Europa a Internet. A partir de 1993 a rede deixou de ser puramente acadêmica para ser explorada comercialmente. Desde 1991, membros da IETF ( Internet Engineering Task Force ) chegaram a conclusão que o crescimento exponencial da rede levaria em poucos anos a exaustão dos endereços utilizados para identificar os computadores na Internet. Isto se os equipamentos da época não esgotassem toda a sua capacidade. Soluções paliativas então foram criadas para resolver temporariamente este problema. Foi criado um grupo de trabalho pela IETF, para definir uma nova versão do IP ( Internet Protocol ), protocolo utilizado para endereçar e enviar dados que trafegam pela rede. O intuito deste grupo era criar uma nova versão mais eficiente e flexível, e que fosse capaz de resolver os problemas relacionados com a questão do esgotamento de endereços e outros mais. Os principais objetivos foram : aceitar bilhões de hosts, mesmo com alocação de espaço de endereço ineficiente; reduzir o tamanho das tabelas de roteamento; simplificar o protocolo de modo a permitir que os roteadores processem os pacotes com mais rapidez; oferecer mais segurança ( autenticidade e privacidade ) do que o IP atual; dar mais importância ao tipo de serviço, particularmente para os dados em tempo real;

5 5 permitir multicast, possibilitando a especificação de escopos; permitir que um host mude de lugar sem precisar mudar de endereço; permitir que o protocolo evolua no futuro; permitir a coexistência entre o novo e o antigo protocolo durante anos. Foram submetidos 21 trabalhos ao grupo, estes propuseram desde pequenos ajustes do IP, até a eliminação completa com o surgimento de um novo protocolo. Três propostas foram utilizadas como base, e uma versão ajustada foi criada e manteve características da versão atual, possuindo ainda uma transição melhor. Depois de muita discussão, revisão e disputas, foi produzida a recomendação para a nova versão do IP em novembro de 1994, chamada de SIPP ( Simple Internet Protocol Plus), e lhe foi atribuída a designação de Ipv6.

6 6 2 O MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP Vamos deixar de lado temporariamente o modelo de referência OSI para nos concentrarmos no modelo de referência usado na "avó" de todas as redes de computadores, a ARPANET, e sua sucessora, a Internet. A ARPANET era uma rede de pesquisa que foi criada pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. Pouco a pouco, centenas de universidades e repartições públicas foram sendo conectadas a ela através de linhas telefônicas privadas. Quando foram criadas as redes de rádio e satélite, começaram a surgir problemas com os protocolos então existentes, o que forçou a criação de uma nova arquitetura de referência. Seu objetivo era conectar várias redes ao mesmo tempo. Essa arquitetura veio a ficar conhecida como o Modelo de Referência TCP/IP, graças a seus dois principais protocolos. Esse modelo foi definido pela primeira vez por Cerf e Kahn, Uma nova perspectiva foi oferecida em Leiner et ai-, A filosofia de projeto na qual se baseia o modelo é discutida em Clark, Diante da preocupação do Pentágono de que seus preciosos hosts, roteadores e gateways de inter-rede fossem destruídos de uma hora para outra, definiu-se também que a rede fosse capaz de sobreviver à perda de hardwares da sub-rede, impedindo que as conversas que estivessem sendo travadas fossem interrompidas. Em outras palavras, o Pentágono queria que as conexões permanecessem intactas enquanto as máquinas de origem e de destino estivessem funcionando, mesmo que algumas máquinas ou linhas de transmissão intermediárias deixassem de operar repentinamente. Por essa razão, era preciso criar uma arquitetura flexível, capaz de se adaptar a aplicações com necessidades divergentes, como por exemplo a transferência de arquivos e a transmissão de dados de voz em tempo real. 2.1 A CAMADA INTER-REDES Todas essas necessidades levaram à escolha de uma rede de comutação de pacotes baseada em uma camada de ligação inter-rede. Esse

7 7 camada, chamada de camada inter-redes, integra toda a arquitetura. Sua tarefa é permitir que os hosts injetem pacotes em qualquer rede e garantir que eles sejam transmitidos independentemente do destino (que pode ser outra rede). É possível, inclusive, que esses pacotes cheguem em outra ordem diferente daquela em que foram enviados, obrigando as camadas superiores a reorganizá-los, caso a entrega tenha de respeitar algum tipo de ordem. Observe que, nesse caso, a expressão inter-rede é usada no sentido genérico, muito embora essa camada esteja presente na Internet, analogia usada nesse caso diz respeito ao sistema do correio. Uma pessoa pode soltar uma seqüência de cartas internacionais em uma caixa de correio em um pais e, com um pouco de sorte, a maioria delas será entregue no endereço correto no pais de destino. Provavelmente as cartas atravessarão um ou mais gateways internacionais, mas esse processo é transparente para os usuários. Por essa razão, cada pais (ou seja, cada rede) tem seus próprios selos, tamanhos de envelope preferidos e regras de entrega escondidas dos usuários. A camada inter-redes define um formato de pacote oficial e um protocolo chamado de IP (Internet Protocol). A tarefa da camada inter-redes é entregar pacotes IP onde eles são necessários. O roteamento é uma questão de grande importância nessa camada, assim como evitar congestionamentos. Por essas razões, é razoável dizer que a função da camada inter-redes TCP/IP é muito parecida com a da camada de rede OSI. Host A Aplicação Mensagem idêntica Host A Aplicação Transporte Pacote idêntico Roteador Transporte Inter-Rede Datagrama idêntico Inter-rede Datagrama idêntico Inter-Rede Rede Quadro idêntico Rede Rede Quadro idêntico Rede Rede Física 1 Rede Física 2

8 8 2.2 A CAMADA DE TRANSPORTE No modelo TCP/IP, a camada localizada acima da camada inter-redes é chamada de camada de transporte. A finalidade dessa camada é permitir que as entidades par (peer entity) dos hosts de origem e de destino mantenham uma conversação, exatamente como acontece na camada de transporte OSI. Dois protocolos fim a fim foram definidos aqui. O primeiro deles, o TCP (Transmission Control Protocol), é um protocolo orientado à conexão confiável que permite a entrega sem erros de um fluxo de bytes originado de uma determinada máquina em qualquer computador da inter-rede. Esse protocolo fragmenta o fluxo de bytes de entrada em mensagens e passa cada uma delas para a camada inter-redes No destino, o processo TCP remonta as mensagens recebidas no fluxo de saída. O TCP cuida também do controle de fluxo, impedindo que um transmissor rápido sobrecarregue um receptor lento com um volume de mensagens muito grande. O segundo protocolo dessa camada, o UDP (User Datagram Protocol), é um protocolo sem conexão não confiável para aplicações que não necessitam nem de controle de fluxo, nem da manutenção da seqüência das mensagens enviadas. Ele é amplamente usado em aplicações em que a entrega imediata é mais importante do que a entrega precisa, como a transmissão de dados de voz ou de vídeo. Desde que o modelo foi desenvolvido, o IP foi implementado

9 9 em muitas outras redes. 2.3 A CAMADA DE APLICAÇÃO O modelo TCP/IP não tem as camadas de sessão e de apresentação. Como não foi percebida qualquer necessidade, elas não foram incluídas. A experiência com o modelo OSI provou a seguinte tese: elas são pouco usadas na maioria das aplicações. Acima da camada,de transporte, está a camada de aplicação Ela contêm os protocolos de alto nível. Dentre eles estão o protocolo de terminal virtual (TELNET), o protocolo de transferência de arquivos (FTP) e o protocolo de correio eletrônico (SMTP), como mostra a Figura 1 anterior o protocolo do terminal virtual permite que um usuário de um Computador estabeleça login em uma máquina remota e trabalhe nela. O protocolo de transferência de arquivos permite mover dados com eficiência de uma máquina para outra. Originalmente, o correio eletrônico era um tipo de transferência de arquivo. No entanto, posteriormente um protocolo especializado foi desenvolvido para essa função. Muitos outros protocolos foram incluídos com o decorrer dos anos, como o DNS (Domain Name Service), que mapeia os nomes de host para seus respectivos endereços de rede, o NNTP, o protocolo usado para mover novos artigos, e o HTTP, o protocolo usado para buscar páginas na WWW (World Wide Wcb). entre outros. 2.4 A CAMADA HOST/REDE Abaixo da camada inter-redes, encontra-se um grande vácuo. O modelo de referência T'CP/IP não especifica coisa alguma, exceto pelo fato de que o host tem de se conectar com a rede utilizando um protocolo, para que seja possível enviar pacotes. Esse protocolo não é definido e varia de host para host e de rede para rede. Os livros e a documentação que tratam do modelo TCP/IP raramente descrevem esse protocolo.

10 POSICIONAMENTO DO NÍVEL OSI A arquitetura TCP/IP possui uma série de diferenças em relação à arquitetura OSI. Elas se resumem principalmente nos níveis de aplicação e Inter-rede da arquitetura TCP/IP. Como principais diferenças pode-se citar: OSI trata todos os níveis, enquanto TCP/IP só trata a partir do nível de Rede OSI OSI tem opções de modelos incompatíveis. TCP/IP é sempre compatível entre as várias implementações OSI oferece serviços orientados a conexão no nível de rede, o que necessita de inteligência adicional em cada equipamento componente da estrutura de rede. Em TCP/IP a função de roteamento é bem simples e não necessita de manutenção de informações complexas TCP/IP tem função mínima (roteamento IP) nos nós intermediários (roteadores) Aplicações TCP/IP tratam os níveis superiores de forma monolítica, Desta forma OSI é mais eficiente pois permite reaproveitar funções comuns a diversos tipos de aplicações. Em TCP/IP, cada aplicação tem que implementar suas necessidades de forma completa. A Figura 22 ilustra a comparação entre TCP/IP e OSI. Note que a camada Inter-rede de TCP/IP apresenta uma altura menor que o correspondente nível de Rede OSI. Isto representa o fato de que uma das funções do nível de Rede OSI é realizada pelo nível de Rede TCP/IP. Esta função é a entrega local de mensagens dentro da mesma rede. O IP só trata a entrega e a decisão de roteamento quando o origem e o destino da mensagem estão situados em redes distintas.

11 11 Arquitetura OSI Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Físico Arquitetura TCP/IP Aplicação Transporte Inter-rede Rede Figura 22- OSI e TCP/IP A Figura 23 abaixo ilustra um posicionamento geral de diversos protocolos nas arquiteturas OSI, TCP/IP e Novell Netware: Aplicação Apresentação Sessão Transporte DS, MHS FTAM ISO Presentation ISO Session ISO Transport C4 Shell NCP SPX DNS S M T P F T P ping H T T P TCP, UDP N F S POP Winsock socket TLI T e l n e t Rede X.25 SNDCP IPX IP, ICMP Enlace LLC IEEE LSL DD MLID Binding DD NDIS A R P Unix X.25 PPP Físico IEEE IEEE Ethernet Ethernet Ethernet Serial Figura 23 Posicionamento protocolos 2.6 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DE REDES COM ARQUITETURA TCP/IP Seguem abaixo, alguns exemplos de aplicações da arquiteturas distintas de rede baseadas em TCP/IP, como por exemplo, redes internas de empresas

12 12 baseadas em transporte TCP/IP, serviços de redes de empresas conectados à Internet, provedores de acesso à Internet. Exemplo 1: Redes internas à empresa utilizando protocolos TCP/IP para formar a estrutura de comunicação e a base das aplicações de rede (correioeletrônico), compartilhamento de arquivos, distribuição de informação via hipertexto, etc e chamadas de intranet: M M Roteador B M M Hub ou switch Servidor HTTP Servidor DNS Roteador principal Servidor NFS, NIS Servidor LPD Servidor SMTP POP3/ IMAP4 Servidor FTP Servidor News Gerência SNMP Exemplo 2: Uma estrutura de rede TCP/IP conectada à Internet de forma segura, através da utilização de um firewall, que realiza o filtro de pacotes IP e o transporte de protocolo de aplicações por meio de um gateway (proxy): Servidor Externo HTTP, FTP, DNS Roteador Firewall Filtros, NAT Proxy HTTP, FTP, Telnet Gateways seguros Acesso Remoto Clientes Servidor Proxy Servidor HTTP DNS, FTP Servidor SMTP/POP3 Correio corporativo

13 13 Exemplo 3: Um provedor de acesso à Internet, fornecendo serviços de conexão a usuários discados e empresas por meio de ligação dedicada, além de oferecer os serviços básicos de Internet como HTTP, SMTP, POP3, FTP, etc M M Roteador B Roteador A M Acesso IP Dedicado M Hub ou switch Internet Gerência Servidor HTTP Servidor DNS Servidor SMTP POP3/ IMAP4 Radius/Tacacs M M M M... M Acesso IP Discado Servidor FTP Servidor News Sistema Telefônico M

14 COMPARAÇÃO ENTRE OS MODELOS DE REFERÊNCIA OSI E TCP/IP Os modelos de referência OSI e TCP/IP têm muito em comum. Os dois se baseiam no conceito de uma pilha de protocolos independentes. Além disso, as camadas têm praticamente as mesmas funções. Em ambos os modelos, por exemplo, estão presentes as camadas que englobam até a camada de transporte. Nesses modelos, são oferecidos aos processos que desejam se comunicar um serviço de transporte fim a fim independente do tipo de rede que está sendo usado. Essas camadas formam o provedor de transporte. Mais uma vez em ambos os modelos, as camadas acima da camada de transporte dizem respeito aos usuários orientados à aplicação do serviço de transporte. Apesar dessas semelhanças fundamentais, os dois modelos também têm muitas diferenças. É importante notar que estamos comparando modelos de referência, independente das pilhas de protocolos correspondentes. O modelo OSI tem três conceitos fundamentais, que são os seguintes: 1. Serviços 2. Interfaces 3. Protocolos Provavelmente a maior contribuição do modelo OSI é tornar explicita a distinção entre esses três conceitos. Cada camada executa alguns serviços para a camada acima dela. A definição do serviço informa o que a camada faz, e não a forma como as entidades acima dela o acessam ou como a camada funciona. A interface de uma camada informa como os processos acima dela podem acessá-la. A interface especifica quais são os parâmetros e resultados a serem esperados. Ela também não revela o funcionamento interno da camada. Finalmente, os protocolos utilizados em uma camada são de responsabilidade dessa camada A camada pode usar os protocolos que quiser, desde que eles viabilizem a realização do trabalho (ou seja, forneçam os

15 15 serviços oferecidos). Ela também pode alterar esses protocolos sem influenciar o software das camadas superiores. Essas idéias se adaptam perfeitamente aos novos conceitos da programação orientada a objetos. Um objeto, assim como uma camada, tem um conjunto de métodos (operações) que processos externos ao objeto podem ativar. A semântica desses métodos define o conjunto de serviços que o objeto oferece. Os parâmetros e os resultados do método formam a interface do objeto. O código interno do objeto e seu protocolo, que não e visível nem interessa aos elementos que estão fora do objeto. Originalmente, o modelo TCP/IP não distinguiu com clareza a diferença entre serviço, interface e protocolo, embora as pessoas tenham tentado adaptá-lo ao modelo OSI. Por exemplo, os únicos serviços reais oferecidos pela camada inter-redes são SEND IP PACKET (enviar pacote IP) e RECEIVE IP PACKET (receber pacote IP). Por essa razão, os protocolos do modelo OSI são mais bem encapsulados do que no modelo TCP/IP e podem ser substituídos com relativa facilidade, acompanhando as tendências dos eventuais avanços tecnológicos. Um dos principais objetivos das diversas camadas de protocolo são as possibilidades que elas oferecem no que diz respeito a essas mudanças. O modelo de referência OSI foi concebido antes de os protocolos terem sido inventados. Conseqüentemente, o modelo não foi criado com base em um determinado conjunto de protocolos, o que o deixou bastante flexível. No entanto, há o inconveniente de os projetistas não terem experiência com o assunto e não terem muita noção sobre a funcionalidade que deve ser colocada em cada camada. Por exemplo, a camada de enlace de dados originalmente lidava com redes ponto a ponto. Quando surgiram as redes de difusão, uma nova camada teve de ser criada no modelo. Quando as pessoas começaram a criar redes com base no modelo OSI e nos protocolos existentes, elas perceberam que as especificações de serviço obrigatórias não eram compatíveis. Portanto, foi necessário enxertar no modelo sub-camadas de convergência que permitissem atenuar as diferenças. Como acreditava que cada país teria uma rede, controlada pelo governo e baseada nos protocolos OSI, o comitê não se preocupou com as conexões inter-redes. Resumindo: na prática, foi tudo muito

16 16 diferente. Com o TCP/IP, aconteceu exatamente o contrário: como os protocolos vieram primeiro, o modelo foi criado com base neles. Os protocolos não tiveram problemas para se adaptar ao modelo. Foi um casamento perfeito. O único problema foi o seguinte: o modelo não se adaptava às outras pilhas de protocolos. Conseqüentemente, ele não era de muita utilidade quando havia necessidade de se escrever redes que não faziam uso do protocolo TCP/IP. Deixando a filosofia de lado e entrando em questões mais práticas, uma das maiores diferenças entre os dois modelos está no número de camadas: o modelo OSI tem sete camadas e o TCP/IP, quatro. Ambos têm as camadas de inter-rede, transporte e aplicação, mas as outras são diferentes. Outra diferença está na área da comunicação sem conexão e da comunicação orientada à conexão. Na camada de rede, o modelo OSI é compatível com a comunicação sem conexão e com a comunicação orientada à conexão no entanto, na camada de transporte, o modelo aceita apenas a comunicação orientada à conexão, onde ela de fato é mais importante (pois o serviço de transporte é visível para os usuários). O modelo TCP/IP tem apenas um modo na camada de rede (sem conexão), mas aceita ambos os modelos na camada de transporte, oferecendo aos usuários uma opção de escolha. Essa escolha é especialmente importante para os protocolos simples de solicitação/resposta.

17 UMA CRÍTICA AO MODELO DE REFERÊNCIA TCP/IP Os protocolos e o modelo TCP/IP também tiveram os seus problemas. Em primeiro lugar, o modelo não diferencia com a necessária clareza os conceitos de serviço, interface e protocolo. A boa prática da engenharia de software exige uma diferenciação entre especificação e implementação, o que, ao contrário do que acontece com o OSI, não acontece com o TCP/IP. consequentemente, o modelo TCP/IP não é o melhor dos guias para se estruturar novas redes com base em novas tecnologias. Em segundo lugar, o modelo TCP/IP não é nem um pouco abrangente e não consegue descrever outras pilhas de protocolos que não a TCP/IP. Seria praticamente impossível, por exemplo, tentar descrever a SNA usando o modelo TCP/IP. Em terceiro lugar, a camada host/rede não é realmente uma camada no sentido em que o termo é usado no contexto dos protocolos hierarquizado.s Trata-se, na verdade, de uma interface (entre as camadas de rede e de enlace de dados). A distinção entre uma interface e uma camada é crucial e você deve considerá-la com cuidado. Em quarto lugar, o modelo TCP/IP não faz distinção (nem menciona) entre as camadas física e de enlace de dados. Elas são complemente diferentes. A camada física está relacionada às características de transmissão do fio de cobre, dos cabos de fibra óptica e da comunicação sem fio. A tarefa da camada de enlace de dados é delimitar o início e o final dos quadros e enviá-los de um lado a outro com o grau de confiabilidade desejado. Um modelo mais adequado incluiria as duas camadas como elementos distintos. O modelo TCP/IP não faz isso. Por fim, apesar de os protocolos IP e TCP terem sido cuidadosamente projetados e bem implementados, o mesmo não aconteceu com muitos outros protocolos produzidos pela comunidade acadêmica. As implementações desses protocolos eram gratuitamente distribuídas, o que acabava difundindo seu uso de tal forma que acabava ficando difícil substituí-las- A fidelidade a esse produtos é, atualmente, motivo de alguns embaraços. O protocolo de

18 18 terminal virtual, o TELNET, por exemplo, foi projetado para um vídeo TTY mecânico, capaz de processar 10 caracteres por segundo. Ele não reconhece mouses e interfaces gráficas No entanto, esse protocolo é usado em larga escala ainda hoje, 25 anos depois de seu surgimento. Em resumo, apesar de seus problemas, o modelo OSI (menos as camadas de sessão e apresentação) mostrou-se excepcionalmente útil para a discussão das redes de computador. Por outro lado, os protocolos OSI jamais conseguiram se tornar populares. É exatamente o contrário o que acontece com o TCP/IP: o modelo é praticamente ignorado, mas os protocolos são usados cm larga escala.

19 19 3 IPv4 - A VERSÃO ATUAL DO IP O protocolo IP foi projetado tendo como principal objetivo a ligação interredes. Por isto ele é considerado como elemento integrador da Internet, através dele é possível a conexão de diversas sub-redes. A internet é composta de diversos backbones construídos através linhas de alta velocidades de diversos tipos de tecnologia. A cada um destes backbones estão conectados várias redes locais de muitas outras instituições cada uma com suas características de sub-rede. Em muitas empresas é comum utilizar o IP, e outros protocolos de sua família, para interligar computadores de tecnologia diferentes. O protocolo IP providencia duas importantes definições de serviço. Uma define a unidade básica de transferência de dados chamada de datagrama IP. A outra define uma função de roteamento, preocupando-se como os pacotes são endereçados e quais caminhos terão que seguir para chegarem a seu destino. 3.1 O DATAGRAMA IPV4 Antes de começar a desenvolver sobre o Protocolo IP propriamente dito, explicar-se-á sobre o conceito do termo datagrama. Como foi visto anteriormente, existem dois tipos de serviços a serem disponibilizado em uma rede: o orientado a conexão e o não orientado. No primeiro, o fluxo de dados é feito como se existisse um duto, onde uma vez feito a conexão inicial, os dados são colocados neste, garantindo assim uma entrega confiável dos dados e a sua seqüencialização. Para a camada de rede, um serviço equivalente a este tipo, costuma ser chamado de circuito virtual, em analogia aos sistemas telefônicos. Neste serviço é necessário, então, uma configuração obrigatória do circuito e a rota por onde os pacotes fluem é escolhida previamente. Cada pacote é endereçado através da identificação do circuito virtual, seguindo esta rota. No segundo, temos um fluxo de pacotes independes chamados de datagramas. No serviço de datagrama, nenhuma rota é preestabelecida e cada pacote é enviado independentemente. Neste

20 20 caso, cada pacote contém os endereços completos da origem e do destino sem se preocupar com a ordem de chegada dos mesmos. Uma outra característica inerente ao serviço de datagrama é que este limita o tamanho dos dados a serem transmitidos. Um datagrama IP consiste em duas partes: o cabeçalho e a área útil de dados. O cabeçalho, como já foi mencionado, inclui campos adicionais a mensagem a ser transmitida de maneira que o protocolo IP possa ser executado. Este é composto de uma parte fixa e uma parte opcional variável. A Figura 4 mostra o formato de um datagrama IP. Logo a seguir é feita uma descrição de cada um dos campos que formam o seu cabeçalho.

21 21 32 BITS VERSIO N IHL TYPE SERVICE OF TOTAL LENGTH IDENTIFICATION D F M F FRAGMENT OFFSET LIVE TIME TO L PROTOCO HEADER CHECKSUM SOURCE ADDRESS DESTINATION ADDRESS OPTIONS DATA Figura 4 - Formato do datagrama IPv4 O campo VERSION ( 4 bits) contém a versão do IP que foi usado para criar o datagrama. Desta maneira checa-se a versão antes de processá-lo, evitando-se que formato de pacotes diferentes sejam usados. O campo HLEN ( header length ) possui quatro bits que indicam o comprimento do datagrama em palavras de 32 bits. O seu valor mínimo é 5, o que indica um cabeçalho variando de 20 octetos ( sem o campo OPTIONS que é opcional ) a 60 octetos. O TYPE OF SERVICE ( 8 bits) indica o tipo de serviço de rede que se deseja. Como pode ser visto na Figura 5, o campo pode ser quebrado em 5 ( cinco) sub-campos. Os três primeiros bits correspondem ao sub-campo PRECEDENCE que diz a prioridade de cada datagrama àquele que enviará os

22 22 dados. O valor 1 indica prioridade normal, e 7 a mais alta prioridade que é utilizada para pacotes de controle de rede. Os bits D, T e R especificam respectivamente, o que é mais importante no envio do pacote: retardo, taxa de envio e confiabilidade. Desta maneira pode-se escolher prioridades de tipos de links diferentes de acordo com o desejado. Os dois últimos bits não são utilizados. Na prática os roteadores ( equipamentos utilizados para especificar rotas aos datagramas ) ignoram totalmente todas as opções do campo TYPE OF SERVICE, pois é necessário um conhecimento prévio da tecnologia dos links utilizados PRECEDENCE D T R Não Usados Figura 5 - Os cinco sub-campos do campo SERVICE TYPE O campo TOTAL LENGTH indica o tamanho total do datagrama, incluindo cabeçalho e dados, em octetos. O valor máximo que lhe é atribuído é de bytes. Nas tecnologias de redes existentes este valor é suficiente, porém, com a utilização de redes de altíssima velocidade é um fator limitante. Antes de falar sobre os próximos campos, seria interessante visualizar como os datagrama relacionam-se com os quadros da sub-rede. Verificou-se anteriormente que o datagrama poderia ter um tamanho de até octetos, porém na prática, existem outros limites fundamentais. Sabe-se que os datagramas, movem-se de uma máquina para outra, e que estes devem ser transportados pela camada de sub-rede. Para fazer um transporte eficiente é preciso que cada datagrama seja transportado em um quadro distinto desta camada. Este processo denomina-se encapsulamento. Ao tamanho máximo do quadro suportado por uma camada de sub-rede denomina-se MTU ( maximum transfer unit ). O protocolo IP implementa uma maneira dos datagramas trafegarem em meios físicos que não podem contê-lo completamente. O datagrama é fragmentado em pedaços menores que serão logo depois remontados, com