Módulo 9 Conjunto de Protocolos TCP/IP e endereçamento IP

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1 CCNA 1 Conceitos Básicos de Redes Módulo 9 Conjunto de Protocolos TCP/IP e endereçamento IP Introdução ao TCP/IP 2

2 Modelo TCP/IP O Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD) desenvolveu o modelo de referência TCP/IP de modo a criar uma rede de comunicação que pudesse funcionar sobre quaisquer condições. Algumas das camadas do modelo TCP/IP têm o mesmo nome das camadas do modelo OSI. É essencial não confundir as funções das camadas dos dois modelos, pois as camadas contêm diferentes funções em cada modelo 3 Camada de Aplicação A camada de aplicação do modelo TCP/IP trata dos protocolos de alto nível, das questões de representação, de codificação e de controlo de diálogos. Codificação Representação da informação Controlo de diálogo 4

3 Camada de Aplicação FTP - File Transfer Protocol Transfere ficheiros entre sistemas que suportem FTP. O FTP é um serviço fiável, orientado à ligação, que utiliza o protocolo TCP. Suporta transferências bidirecionais de ficheiros binários e ASCII. TFTP - Trivial File Transfer Protocol Transfere ficheiros entre sistemas que suportem TFTP. O TFTP é um serviço não orientado à ligação que utiliza o protocolo UDP. É utilizado nos routers Cisco para a transferência de configurações e de imagens do Sistema Operativo. NFS - Network File System É um conjunto de protocolos para sistemas de ficheiros distribuídos desenvolvido pela Sun Microsystems. Permite acesso a ficheiros de um dispositivo de armazenamento remoto, como um disco rígido, através da rede. SMTP - Simple Mail Transfer Protocol Administra a transmissão de correio electrónico através de redes de computadores. Só oferece suporte à transmissão de informação em texto simples. 5 Camada de Aplicação Telnet - Terminal emulation Permite o acesso remoto a outro computador. Ele permite a um utilizador fazer um login e a execução de comandos num computador remoto. Um cliente Telnet é chamado de host local. Um servidor Telnet é chamado de host remoto. SNMP - Simple Network Management Protocol Fornece uma forma de monitorizar e controlar dispositivos de rede. Permite também gerir configurações, recolha de dados estatísticos, de desempenho e de segurança. DNS - Domain Name System É utilizado na Internet para converter os nomes de domínios e seus respectivos nós de rede públicos em endereços IP 6

4 Camada de Transporte Forma uma ligação lógica entre os dois extremos comunicantes, o host emissor e o host receptor. Os protocolos de transporte segmentam e remontam os dados das aplicações Oferece serviços de transporte extremo-a-extremo. TCP - Transmission Control Protocol Orientado à ligação UDP User Datagram Protocol Não orientado à ligação 7 Camada de Transporte Serviços da camada de transporte: TCP e UDP Segmentação dos dados enviados pelas aplicações. Envio de segmentos do dispositivo num dos extremos para o dispositivo no outro extremo. Somente TCP Estabelecimento de operações extremo-a-extremo. Controlo de fluxo proporcionado pelas janelas móveis. Fiabilidade proporcionada pelos números de sequência e confirmações 8

5 Camada de Transporte Segmento #10 Estou à espera de receber o segmento #11 Segmento #10 Estou à espera de receber o segmento #11 9 Camada de Transporte Serviços da camada de transporte: Serviço de entrega de segmentos não fiável É como enviar uma carta pelo correio. Existe uma grande probabilidade de ser entregue mas não tenho a garantia da sua entrega. Serviço de entrega de segmentos fiável É como enviar uma carta pelo correio com aviso de recepção. Após a recepção do aviso de recepção tenho a certeza da entrega da carta. 10

6 Camada Internet A finalidade da camada de Internet é a escolha do melhor caminho para os pacotes viajarem através da rede. O principal protocolo que funciona nesta camada é o IP (Internet Protocol). A determinação do melhor caminho ocorre nesta camada. 11 Camada Internet Protocolos da camada Internet TCP/IP: O IP oferece: encaminhamento de pacotes. Serviço de entrega de melhor esforço. Não se preocupa com o conteúdo dos pacotes, apenas procura um caminho até o destino. ICMP - Internet Control Message Protocol Oferece capacidade de controlo e de mensagens. ARP - Address Resolution Protocol Determina o endereço da camada de dados (endereço MAC) a partir de um endereço IP conhecido. RARP - Reverse Address Resolution Protocol Determina o endereço IP quando o endereço MAC é conhecido. 12

7 Camada Internet Uma das funções da Camada Internet é a selecção do melhor caminho através da Rede 13 Camada Internet Endereços IPv4 e IPv6 14

8 Camada de Acesso à Rede A camada de acesso à rede é também denominada camada host-to-network. Permite o acesso dos pacotes IP ao meio de transmissão da rede. As funções da camada de acesso à rede incluem: Conversão dos endereços IP em endereços físicos (MAC). Encapsulamento dos pacotes IP em tramas. Os protocolos ARP e RARP trabalham nas camadas Internet e de Acesso à Rede 15 Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP 16

9 Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP Semelhanças entre os modelos OSI e TCP/IP: Estão divididos em camadas. Têm camadas de Aplicação, mas incluem serviços diferentes. Têm camadas de transporte e de rede comparáveis. Utilizam comutação de pacotes em vez de comutação de circuitos. 17 Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP Diferenças entre os modelos OSI e TCP/IP: O modelo TCP/IP combina as camadas OSI de Aplicação, Apresentação e de Sessão na sua camada de Aplicação. O modelo TCP/IP combina as camadas OSI de Ligação de Dados e Física na sua camada de Acesso à Rede. O modelo TCP/IP parece mais simples porque tem menos camadas. Quando a camada de Transporte do modelo TCP/IP utiliza UDP não garante fiabilidade na entrega de pacotes. A camada de Transporte do modelo OSI garante sempre. O modelo TCP é um modelo funcional que foi evoluindo à medida das necessidades. O modelo OSI normalmente só é utilizada como ajuda para a compreensão do processo de comunicação. 18

10 Arquitectura da Internet 19 Arquitectura da Internet 20

11 Arquitectura da Internet 21 Arquitectura da Internet 22

12 Endereços Internet 23 Endereços IP Para dois sistemas comunicarem, devem ser capazes de se identificarem e localizar um ao outro. 24

13 Endereçamento IP Um computador pode estar ligado a mais do que a uma rede. Nesta situação, o sistema deve receber mais de um endereço. Cada endereço identificará uma ligação do computador a uma rede diferente. Um endereço não identifica um dispositivo na rede, mas um ponto de ligação do dispositivo à rede. 2 NICs 2 Endereços MAC 2 endereços IP 25 Endereços IP Cada computador numa rede TCP/IP tem um identificador único ou endereço IP. Este endereço permite a um computador localizar outro na Internet. Os endereços IP pertencem à camada 3. Todos os computadores têm também um endereço físico exclusivo, o endereço MAC. Este endereço é atribuído pelo fabricante da placa de interface de rede. (NIC). Os endereços MAC pertencem à camada 2 do modelo OSI. 26

14 Endereços IP Um endereço IP é uma sequência de 32 bits. Para facilitar a utilização dos endereços IP, estes são escritos numa sequência de quatro números decimais separados por pontos. Formato decimal pontuado. O endereço IP será em notação binária. 27 Endereços IP Um router encaminha pacotes da rede de origem para a rede de destino utilizando o protocolo IP. Os pacotes devem incluir um identificador para a rede de origem e para a de destino. Utilizando o endereço IP da rede de destino, um router pode entregar um pacote na rede correcta. Quando o pacote chega a um router ligado à rede de destino, esse router utiliza o endereço IP para localizar o computador específico ligado a essa rede. 28

15 Endereços IP Todos os endereços IP têm duas partes. Uma parte identifica a rede à qual o sistema está conectado; a outra parte identifica um dispositivo na rede 29 Endereços IP Divisão entre Rede e Host 30

16 Endereços IP Endereçamento Hierárquico 31 Endereços IP Os endereços IP são divididos em classes. Os endereços de classe A são atribuídos a redes de grande dimensão. Os endereços de classe B são usados para redes de porte médio e os de classe C para redes pequenas. A primeira etapa para determinar qual parte do endereço identifica a rede e qual parte identifica o host é identificar a classe do endereço IP. 32

17 Classes de Endereços IP Endereçamento classful 33 Classes de Endereços IP Classe A Suporta redes extremamente grandes, com mais de 16 milhões de endereços de host disponíveis. O primeiro bit de um endereço de classe A é sempre 0. O menor número que pode ser representado é , que também é o 0 decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 127 em decimal. Os números 0 e 127 são reservados e não podem ser usados como endereços de rede. Qualquer endereço que comece com um valor entre 1 e 126 no primeiro octeto é um endereço de classe A. A rede é reservada para testes de loopback. As máquinas podem utilizar este endereço para enviar pacotes para si mesmos. Este endereço não pode ser atribuído a nenhuma rede. 34

18 Classes de Endereços IP Classe A 35 Classes de Endereços IP Classe B Utilizado para redes de médio e grande porte. Um endereço IP de classe B utiliza os dois primeiros octetos para indicar o endereço da rede. Os outros dois octetos especificam os endereços dos hosts. Os dois primeiros bits de um endereço classe B são sempre 10. O menor número que pode ser representado por um endereço classe B é , equivalente a 128 em decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 191 em decimal. Qualquer endereço que comece com um valor no intervalo de 128 a 191 é um endereço classe B. 36

19 Classes de Endereços IP Classe B 37 Classes de Endereços IP Classe C É a classe de endereços IP mais utilizada. Suporta redes pequenas com um máximo de 254 hosts. Os três primeiros bits de um endereço classe C são sempre 110. O menor número que pode ser representado é , equivalente a 192 em decimal. O maior número que pode ser representado é , equivalente a 223 em decimal. Qualquer endereço que comece com um valor no intervalo de 192 a 223 é um endereço classe C. 38

20 Classes de Endereços IP Classe C 39 Classes de Endereços IP Classe D A classe de endereços D foi criada para permitir multicasting com um endereço IP. Um endereço de multicast é um endereço de rede que direcciona os pacotes com esse endereço de destino para grupos predefinidos de endereços IP. Uma única estação pode transmitir simultaneamente um único fluxo de dados para vários destinatários. Os quatro primeiros bits de um endereço classe D são sempre O intervalo de valores do primeiro octeto dos endereços de classe D vai de a , ou de 224 a 239 em decimal. Um endereço IP que comece com um valor no intervalo de 224 a 239 é um endereço classe D. 40

21 Classes de Endereços IP Classe D 41 Classes de Endereços IP Classe E Endereços reservados Os primeiros quatro bits de um endereço classe E são sempre 1s. O intervalo de valores no primeiro octeto dos endereços de classe E vai de a , ou de 240 a 255 em decimal. 42

22 Endereços IP Reservados Endereço da rede Utilizado para identificar a própria rede. 43 Endereços IP Reservados Endereço de broadcast Utilizado para realizar um broadcast de pacotes para todos os dispositivos de uma rede. 44

23 Endereços IP Públicos e Privados A estabilidade da Internet depende da exclusividade dos endereços de rede usados. Na figura vemos que ambas as redes têm o mesmo endereço de rede. O router não é capaz de encaminhar os pacotes de dados correctamente. Para cada dispositivo de uma rede, é necessário um endereço exclusivo. 45 Endereços IP Públicos e Privados Atribuição de endereços IP: Inicialmente foi a InterNIC (Internet Network Information Center). Actualmente é a IANA (Internet Assigned Numbers Authority). Os endereços IP privados são uma solução para o problema da escassez iminente dos endereços IP públicos. As redes privadas que não estão ligadas à Internet podem utiliar quaisquer endereços de host, desde que cada host dentro da rede privada seja exclusivo 46

24 Endereços IP Públicos e Privados Ligar uma rede que utiliza endereços privados à Internet exige a conversão dos endereços privados em endereços públicos. Este processo de conversão é chamado de NAT (Network Address Translation). Geralmente, o router é o dispositivo que realiza o NAT. Os endereços IP privados podem ser utilizados em ligações série ponto-a-ponto não se desperdiçando endereços IP públicos 47 Sub-Redes Dividir uma rede em sub-redes significa utilizar a máscara de sub-rede para dividir a rede em segmentos menores ou sub-redes. É necessário saber quantas sub-redes são necessárias e quantos hosts serão necessários em cada sub-rede. Com as sub-redes a rede não fica limitada às máscaras de rede das classes A, B ou C. Os endereços incluem a parte da rede mais um campo de sub-rede e um campo do host. Para criar um endereço de sub-rede tomam-se emprestados alguns bits do campo do host. A quantidade mínima de bits que podem ser emprestados é 2. A quantidade máxima de bits que podem ser emprestados é qualquer valor que deixe pelo menos 2 bits para o número do host. 48

25 IPv4 verus IPV6 Os endereços classe A e B representam 75% do espaço de endereços do IPv4. Menos do que organizações podem receber endereços de classe A ou B. Os endereços de rede de classe C são muito mais numerosos do que os de classes A e B, embora representem somente 12,5% dos possíveis endereços IP. Os endereços de classe C estão limitados a 254 hosts. Isso não atende às necessidades de organizações maiores que não podem adquirir um endereço de classes A ou B. 49 IPv4 verus IPV6 Endereços IPv6 O IPv6 utiliza 128 bits em vez dos 32 bits utilizados pelo IPv4. O IPv6 utiliza números hexadecimais para representar os 128 bits. 50

26 Obtenção de Endereços IP 51 Obtenção de Endereços Internet Cada host necessita de um endereço único para poder funcionar na Internet. Os endereços MAC dos hosts têm apenas significado local, identificando o host dentro da Rede Local. Como é um endereço da camada 2, o router não o utiliza para encaminhamento fora da LAN. 52

27 Atribuição Estática de Endereços IP 53 Atribuição de Endereços IP com RARP O protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol) associa um endereço MAC conhecido a um endereço IP. É necessário a existência de um servidor RARP para o processamento dos pedidos. Um dispositivo ao arrancar pode desconhecer o seu endereço IP. O dispositivo conhece o endereço MAC associado à sua NIC. Envia uma mensagem de RARP Request para o endereço de broadcast. Todos os dispositivos da rede recebem processam o pedido mas só o servidor de RARP responde. Na mensagem de RARP reply vai a indicação do endereço IP atribuido. 54

28 Atribuição de Endereços IP com BOOTP O protocolo BOOTP (Bootstrap) permite além da obtenção do endereço IP, a obtenção do endereço IP de um router, do endereço IP de um servidor e de alguma informação especifica. Não fornece atribuição dinâmica de endereços. Um administrador de rede cria um arquivo de configuração que especifica os parâmetros de cada dispositivo. Significa que cada host tem de ter um perfil BOOTP com uma atribuição de endereço IP. Não pode haver dois perfis com o mesmo endereço IP. Utiliza o UDP para transportar as mensagens. 55 Atribuição de Endereços IP com DHCP O protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) é o sucessor do BOOTP. O DHCP permite a um host obter um endereço IP dinamicamente sem que o administrador tenha de configurar um perfil individual para cada dispositivo. Tudo o que é necessário ao usar o DHCP é um intervalo de endereços IP definido num servidor DHCP. Quando os hosts entram em contacto com o servidor DHCP e solicitam um endereço, o servidor DHCP escolhe um endereço e o atribui a esse host. Com o DHCP, toda a configuração de rede de um computador pode ser obtida em uma única mensagem. Inclui todos os dados fornecidos pela mensagem BOOTP, o endereço IP atribuído e uma máscara de sub-rede. 56

29 Atribuição de Endereços IP com BOOTP O computador AA:EC:F9:23:44:19 necessita de obter um endereço IP. 57 Atribuição de Endereços IP com DHCP O computador AA:EC:F9:23:44:19 gera um DHCP request. 58

30 Atribuição de Endereços IP com DHCP O DHCP request é transmitido. 59 Atribuição de Endereços IP com DHCP Todos os dispositivos com excepção dos servidores DHCP descartam o pedido. 60

31 Atribuição de Endereços IP com DHCP O servidor prepara um DHCP offer onde é incluído o endereço IP do cliente, o endereço IP do servidor DHCP e o endereço IP do gateway por omissão. 61 Atribuição de Endereços IP com DHCP O servidor DHCP envia o DHCP offer ao computador que enviou o pedido. 62

32 Atribuição de Endereços IP com DHCP Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama. 63 Atribuição de Endereços IP com DHCP O segundo servidor DHCP envia um DHCP offer. 64

33 Atribuição de Endereços IP com DHCP Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama. 65 Atribuição de Endereços IP com DHCP O computador envia um DHCP request endereçado ao servidor DHCP a indicar ter aceite a oferta. 66

34 Atribuição de Endereços IP com DHCP Só o servidor DHCP com o endereço MAC de destino processa a trama. 67 Atribuição de Endereços IP com DHCP O servidor DHCP seleccionado cria um DHCP ACK. 68

35 Atribuição de Endereços IP com DHCP O DHCP ACK é transmitido. 69 Atribuição de Endereços IP com DHCP Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama. 70

36 Atribuição de Endereços IP com DHCP A partir deste ponto, o computador pode começar a utilizar o endereço IP atribuído assim como a restante informação incluída no DHCP offer. 71 Resolução de Endereços Para se comunicar um dispositivo tem de se conhecer o endereço IP e o endereço MAC do destinatário. É necessário um método para se converter automaticamente endereços IP em endereços MAC. A criação manual de tabelas de conversão não é exequível. No TCP/IP existe um protocolo chamado ARP (Address Resolution Protocol) que obtém automaticamente os endereços MAC a partir dos endereços IP para transmissão local. Surgem outros problemas quando o destinatário se encontra fora da rede local. O TCP/IP tem uma variação do ARP chamada Proxy ARP, que fornece o endereço MAC de um dispositivo intermediário para transmissão fora da LAN para outro segmento da rede. 72

37 ARP Address Resolution Protocol Tabelas ARP Os dispositivos mantêm tabelas que contêm os endereços MAC e os endereços IP de outros dispositivos ligados à mesma LAN. As tabelas ARP são armazenadas na memória RAM As informações sobre cada um dos dispositivos são mantidas automaticamente. É muito raro que o utilizador tenha que criar uma entrada na tabela ARP manualmente. Cada dispositivo numa rede mantém sua própria tabela ARP. Quando um dispositivo pretende enviar informação utiliza a informação fornecida pela tabela ARP. 73 ARP Address Resolution Protocol Quando um dispositivo pretende enviar informação para um dispositivo com um determinado endereço IP, consulta a tabela ARP a fim de conhecer o endereço MAC do destinatário. A informação é então encapsulada numa trama e transmitida. Obtenção dos endereços MAC para a tabela ARP: Monitorar o tráfego que ocorre no segmento local da rede. Todas as estações de uma rede Ethernet analisarão todo o tráfego para determinar se os dados são para elas. Parte desse processo é gravar os endereços IP e MAC de origem do datagrama em uma tabela ARP. Conforme os dados são transmitidos pela rede, os pares de endereços preenchem a tabela ARP. Enviar uma uma mensagem de broadcast ARP Request. 74

38 ARP Address Resolution Protocol O processo ARP 75 ARP Address Resolution Protocol Um computador que necessita de um endereço MAC envia uma mensagem de broadcast ARP Request. Todos os outros dispositivos da rede local analisam o ARP request. Se um dos dispositivos locais tiver o endereço IP pretendido envia um ARP reply com o seu endereço MAC. Se o ARP request for para uma rede com outro identificador de rede (Net ID do endereço IP) existe um outro processo que pode ser utilizado. Os routers não encaminham pacotes de broadcast. Nesta variação, o router tem a função de proxy ARP. O router ao receber o ARP request envia o endereço MAC da sua interface que recebeu o pedido. O router responde com os seus endereços MAC aos pedidos cujo endereço IP não esteja no intervalo de endereços da subrede local. 76

39 ARP Address Resolution Protocol Gateway por omissão Outro método para o envio de informação para um endereço que se encontra noutro segmento de rede é a configuração de um gateway por omissão. O Gateway por omissão é o endereço IP de um router de saída da rede. O host emissor compara o endereço IP de destino com o seu próprio endereço IP. Se estiverem no mesmo segmento de rede, o emissor consulta a sua tabela ARP ou efectua um ARP request para a obtenção do endereço MAC do destinatário. Se não estiverem no mesmo segmento, a informação é enviada para o router. O endereço MAC do router é obtido a partir do endereço IP do gateway por omissão e da consulta da tabela ARP ou através de um ARP request. Se o gateway por omissão no host não estiver definido ou se a função proxy ARP não estiver activa no router, não pode sair nenhum tráfego da rede local. 77 ARP Address Resolution Protocol Tabela ARP Gateway por omissão 78