Arquitetura TCP/IP Apresentado por: Ricardo Quintão
Roteiro Conexões Inter-redes Serviço Universal Rede Virtual (inter-rede ou internet) Protocolos para ligação inter-redes (TCP/IP) Divisão em camadas da Arquitetura TCP/IP Endereçamento IP Organizado em redes e hosts Divisão em camadas Notação Decimal Pontilhada Endereços IPs Especiais Divisão do Espaço de Endereçamento
Definições Rede de Computadores: Interligação de equipamentos digitais através de algum meio físico (cabos de par trançado, cabos coaxiais, fibras ópticas, ondas de rádio, etc.). Uso de uma tecnologia de comunicação sobre este meio físico (CSMA, Token Pass, etc.). Definição de protocolos para reger a comunicação entre os equipamentos. Rede
Definições Conexões Inter-redes: Necessidade de estabelecer comunicação entre máquinas que estão em redes diferentes. Para estabelecer esta conexão, primeiramente precisamos conectar as redes que contem as máquinas que desejamos que se comuniquem. Para interligar estas redes, será utilizado um equipamento chamado roteador.
Exemplos de Conexão de Redes Rede A Roteador Rede B 2 redes e 1 roteador 4 redes e 3 roteadores Rede A Rede B Rede C Rede D Rede B 4 redes e 1 roteador Rede A Rede C Rede D
Definições Serviço Universal: O grande problema na comunicação entre as redes é a possibilidade do uso de tecnologias e topologias diferentes entre elas. Outra característica importantíssima é a forma como as máquinas são identificadas em cada rede. O endereçamento utilizado em uma rede pode ser diferente do endereçamento utilizado na(s) outra(s) rede(s). Como oferecer um serviço de comunicação entre estas diversas redes? Uma solução para este problema foi criar uma rede virtual totalmente homogênea que abrange todas as máquinas das redes físicas. A figura a seguir mostra esta ideia.
Definições Inter-rede ou internet Rede A Rede B Rede C Rede Física Roteador Rede E Rede D
TCP/IP O conjunto de protocolos amplamente usados para a criação da inter-rede é o TCP/IP. TCP Transfer Control Protocol. IP Internet Protocol. Com estes dois protocolos é possível conectar diversas redes dentro de uma mesma empresa, criando uma rede privada. Também foi possível conectar diversas redes ao redor do mundo criando a famosa Internet, só que neste caso existe um organização responsável pelo o seu controle, o IANA (Internet Assigned Number Authority Autoridade para Designação de Números de Internet).
TCP/IP Divisão em camadas da arquitetura TCP/IP. Na época em que o TCP/IP foi criado (década de 70), as máquinas eram muito lentas para suportarem o modelo OSI de referência. Este modelo possui 7 camadas, necessitando de muito processamento, tornando inviável a sua implementação. O modelo em camadas do TCP/IP foi derivado do modelo OSI, porém algumas de suas camadas foram agrupadas e simplificadas para viabilizar o projeto. Dependendo do autor, temos a representação da arquitetura TCP/IP sendo feita com 5 camadas ou com 4 camadas. A seguir temos uma comparação das camadas do modelo OSI com as camadas do TCP/IP.
Comparação dos Modelos em Camadas OSI TCP/IP de 5 camadas TCP/IP de 4 camadas 7 Aplicação 6 Apresentação 5 Aplicação 4 Aplicação 5 Sessão 4 Transporte 4 Transporte 3 Transporte 3 Redes 3 Inter-redes 2 Inter-redes 2 Enlace 1 Física 1 Física 2 Interface de Redes 1 Enlace
TCP/IP O protocolo IP é o responsável pelo envio das informações entre as redes. Sendo assim, ele é implementado na camada de inter-redes. O protocolo TCP se preocupa com a transferência dos dados entre a origem e o destino, isto é, comunicação fim-a-fim. Ele é implementado na camada de transporte. Como os roteadores são responsáveis pela comunicação entre redes, ele precisa trabalhar só até a camada de inter-redes. Ele não trabalha com o TCP. O TCP só é executado na máquina de origem e na máquina de destino.
TCP/IP Até o momento temos uma rede virtual criada, mas para ela funcionar, é necessário estabelecer o formato de endereçamento das máquinas (hosts) conectadas a esta rede. Não podemos esquecer que, apesar da rede ser virtual, nós temos dois níveis de endereçamento a ser criado: Endereçamento das redes físicas. Endereçamento dos hosts conectados a estas redes físicas. Este endereçamento tem que ser homogêneo em toda rede virtual. Como estabelecer estes dois níveis no mesmo endereço? Na versão 4 do IP, conhecido por IPv4, o endereço possui 32 bits e foi dividido em duas partes: A parte mais significativa (chamada de prefixo), vai representar as redes. A parte menos significativa (chamada de sufixo), vai representar os hosts.
TCP/IP Outro detalhe importante nesta divisão é em relação aos diferentes tamanhos que as redes podem possuir. A quantidade de bits estabelecida para a representação de redes vai definir quantas redes físicas são possíveis de existir na rede virtual. A quantidade de bits estabelecida para a representação dos hosts vai definir quantos hosts cada rede física pode conter. Infelizmente não existe um único tamanho que seja ideal para todos os casos. Se forem estabelecidas redes com muitos hosts, teremos poucas destas redes, já se criarmos redes com poucos hosts, poderemos ter muitas destas redes. Qual dos dois casos iremos escolher? Para solucionar este problema, os endereços foram agrupados em classes, onde estabelecemos uma quantidade diferente de redes físicas e de hosts para cada uma dessas classes. A seguir vemos como o endereço IPv4 foi definido para cada classe.
Formato do Endereço IPv4 32 bits Classe A 0 1º octeto 2º octeto 3º octeto 4º octeto Classe B Classe C Classe D Classe E 10 110 1110 1111 Multicast Reservado para uso Futuro Prefixo Endereço de Rede Sufixo Endereço de Host
Notação Decimal Pontilhada Com a divisão do endereço em 4 octetos, para simplificar a entrada e a apresentação destes endereços foi estabelecida a Notação Decimal Pontilhada. Esta notação converte cada octeto individualmente para a base 10 e os separam por um ponto. A seguir temos alguns exemplos desta notação. Número Binário de 32 bits Notação Decimal Pontilhada Equivalente 10000001.00110100.00000110.00000000 129.52.6.0 11000000.00000101.00110000.00000011 192.5.48.3 00001010.00000010.00000000.00100101 10.2.0.37 10000000.00001010.00000010.00000011 128.10.2.3 10000000.10000000.11111111.00000000 128.128.255.0
Notação Decimal Pontilhada Como identificar de forma prática a classe de um endereço IPv4 apresentado na Notação Decimal Pontilhada? Simples, como os bits representantes da classe são os mais significativos, basta olharmos o primeiro octeto. A tabela abaixo mostra como isso é feito. Classe Faixa de Valores Binário Decimal A 0000 0000 até 0111 1111 0 até 127 B 1000 0000 até 1011 1111 128 até 191 C 1100 0000 até 1101 1111 192 até 223 D 1110 0000 até 1110 1111 224 até 239 E 1111 0000 até 1111 1111 240 até 255
Exemplo de uma Rede Virtual usando IPv4 Roteador 128.10.0.0 128.211.0.0 128.10.0.1 128.10.0.2 128.211.6.115 128.211.28.4 10.0.0.0 192.5.48.0 10.0.0.37 10.0.0.49 192.5.48.3 192.5.48.85 Inter-rede de endereços privados.
Endereços IPv4 Especiais Prefixo Sufixo Tipo de endereço Propósito Tudo em 0 Tudo em 0 Este computador Usado durante o bootstrap Rede Tudo em 0 Rede Identifica uma rede Rede Tudo em 1 Broadcast Dirigido Broadcast em rede específica Tudo em 1 Tudo em 1 Broadcast Limitado Broadcast na rede local 127 Qualquer valor Loopback Testes
Divisão do Espaço de Endereçamento Para calcular o total de redes físicas que uma classe pode conter, é só pegar os r bits de rede (r) e aplicar na fórmula: T 2 Redes Para calcular o total de hosts que uma rede física pode conter, é só pegar o total de bits de hosts (h) e aplicar na fórmula: T 2 h 2 No caso dos hosts, como temos reservados o endereço de rede (todos os bits de hosts valendo zero) e o endereço de broadcast (todos os bits de hosts valendo um), temos que subtrair 2 do total fornecido pela potência. Abaixo temos a divisão do espaço de endereçamento entre as classes. Hosts Classe Bits no Prefixo Total de Redes Bits no Sufixo Total de Hosts A 7 128 24 16.777.214 B 14 16.384 16 65.534 C 21 2.097.152 8 254
Arquitetura TCP/IP Apresentado por: Ricardo Quintão