Fundamentos de Redes de
Computadores
Arquitetura TCP/IP
Endereçamento das Redes
Classes de redes
Principais protocolos
Histórico
O TCP/IP é um padrão de comunicação entre diferentes computadores e diferentes
sistemas operacionais e aplicativos.
A maioria dos sistemas operacionais e equipamentos de comunicação de dados
fabricados hoje possui interfaces para comunicação com redes TCP/IP, ou seja,
são capazes de se comunicar com outros equipamentos e redes que também
utilizam o padrão TCP/IP.
Cada computador deve ser um módulo de software ou protocolo de comunicação
TCP/IP, ou seja, um programa de comunicação TCP/IP em seu sistema operacional
e aplicativos, para se comunicar com outros dispositivos e redes TCP/IP.
O nome TCP/IP se refere a dois protocolos:
TCP – (Transmission Control Protocol ) é o protocolos
responsável pelo controle e qualidade da comunicação entre a
origem e o destino.
IP – (Internet Protocol) é protocolo responsável pelo
endereçamento nas redes, de forma que os dados cheguem a
seu destino de acordo com o endereçamento de rede fornecido.
2
Objetivo da arquitetura TCP/IP:
Interligar redes distintas de uma maneira:

Padronizada.

Simples.

Modular.
Nenhuma rede atende todas as necessidades de
todos os usuários.
Logo, cada um usa a sua estrutura física que for
melhor, e a arquitetura TCP/IP "por cima".
Camada física – semelhante às camadas física e
de enlace do modelo OSI.
3
Protocolos para internet
Os protocolos para internet formam o grupo de (PROTOCOLOS DE
COMUNICAÇÃO) que implementam a pilha de protocolos sobre a qual a
IINTERNET e a maioria das redes comerciais funcionam. Eles são
algumas vezes chamados de "protocolos TCP/IP", já que os dois
protocolos: o protocolo TCP - Transmission Control Protocol
(PROTOCOLO DE CONTROLE DA TRANSMISSÃO); e o IIP- Internet
Protocol (PROTOCOLO DA INTERNET) foram os primeiros a serem
definidos.
O modelo inicial do TCP/IP é baseado em 4 níveis: Host/rede (SubRede); nternet (Inter-rede); Transporte; e Aplicação.
Surgiu, então, um modelo híbrido, com 5 camadas, que retira o
excesso do modelo OSI e melhora o modelo TCP/IP: Física; Enlace;
Rede; Transporte; e Aplicação.
4
CAMADAS DE ARQUITETURA TCP/IP
Podemos dividir a arquitetura TCP/IP e seu processos em
cinco camadas, onde cada camada atuam determinados
protocolos que interagem com os protocolos das outras
camadas.
•Camada 5 : Aplicações – protocolos de aplicação ( FTP,
TELNET, DNS, SNMP, SMTP)
•Camada 4 : Transporte - protocolos de transporte (TCP, UDP)
•Camada 3 : Internet - protocolos de endereçamento (IP, ARP,
RARP, TCMP)
•Camada 2 : Enlace – acesso à rede, interface de rede –
protocolos de acesso ou enlace físico : CSMA/CD-Ethernet, PPP,
HDLC, Token-ring, FDDI, que interagem com hardware e o meio
de transmissão, permitindo que as camadas de cima
independam do meio de transmissão utilizado.
•Camada 1: Física – composta pelo hardware, meios de
transmissão e seus padrões. Modem, RDIS, RS-232, EIA-422, RS449, Bluetooth, USB, ...
5
Comparação entre os modelos
Segundo Tanenbaum o Modelo TCP/IP possui somente
quatro camadas : Host/rede (Sub-Rede); Internet (Interrede); Transporte; e Aplicação. Atualmente o modelo
mais aceito é das 5 camadas.
6
7
Navegação dos dados através da rede
8
PROTOCOLOS DE ENDEREÇAMENTO CAMADA 3
Protocolo ARP
Address Resolution Protocol ou ARP é um protocolo usado
para encontrar um endereço da camada de enlace (ETHERNET,
por exemplo) a partir do endereço da camada de rede (como um
endereço IP). O emissor difunde em broadcast um pacote ARP
contendo o endereço IP de outro host e espera uma resposta
com um endereço MAC respectivo. Cada máquina mantém uma
tabela de resolução em cache para reduzir a latência e carga na
rede. O ARP permite que o endereço IP seja independente do
endereço Ethernet, mas apenas funciona se todos os hosts o
suportarem.
O ARP foi implementado em vários tipos de redes; não é uma
protocolo restrito a redes IP ou Ethernet e pode ser utilizado
para resolver endereços de diferentes protocolos de rede. Porém
devido a prevalência de redes IPv4 e Ethernet, ARP é utilizado
primordialmente para traduzir Endereço IP para Endereço MAC.
Também é utilizado em outras tecnologias de IP sobre LAN,
como Token Ring, FDDI ou IEEE 802.11, e para redes IP sobre
ATM.
9
Protocolo RARP
Reverse Address Resolution Protocol (RARP) ou
Protocolo de Resolução Reversa de Endereços associa um
endereço MAC conhecido a um endereço IP. Permite que os
dispositivos de rede encapsulem os dados antes de enviá-los à
rede. Um dispositivo de rede, como uma estação de trabalho sem
disco, por exemplo, pode conhecer seu endereço MAC, mas não
seu endereço IP. O RARP permite que o dispositivo faça uma
solicitação para saber seu endereço IP. Os dispositivos que usam
o RARP exigem que haja um servidor RARP presente na rede para
responder às solicitações RARP.
Os protocolos ARP e RARP encontram-se na
camada de nível três (rede) do modelo OSI e na camada de nível
um (link layer) do modelo TCP/IP.
10
Protocolo ICMP
ICMP, sigla para o inglês Internet Control Message
Protocol, é um protocolo integrante do Protocolo IP, definido pelo RFC
792, e utilizado para fornecer relatórios de erros à fonte original.
Qualquer computador que utilize IP precisa aceitar as mensagens ICMP
e alterar o seu comportamento de acordo com o erro relatado. Os
gateways devem estar programados para enviar mensagens ICMP
quando receberem datagramas que provoquem algum erro.
As mensagens ICMP geralmente são enviadas
automaticamente em uma das seguintes situações:
Um pacote IP não consegue chegar ao seu destino
(i.e. Tempo de vida do pacote expirado)
O Gateway não consegue retransmitir os pacotes na
frequência adequada (i.e. Gateway congestionado)
O Roteador ou Encaminhador indica uma rota melhor
para a máquina a enviar pacotes.
Ferramentas comumente usadas em Windows
baseadas nesse protocolo são: Ping e Traceroute.
11
Protocolo ICMP
Algumas das possíveis mensagens são:
•
Rede fora de alcance;
•
Nó fora de alcance;
•
Porta fora de alcance;
•
Nó desconhecido;
•
Rede destino desconhecida;
•
Tempo de vida do pacote excedido;
•
Pedido de eco (ping);
•
Resposta de eco (pong);
etc.
O protocolo ICMP não detecta erros, leva a
informação apenas ao seu destino, não aos nós
intermediários.
12
Camada de rede
PROTOCOLO IP
Roteia pacotes de um nó para o outro, na mesma rede
ou em redes distintas.
Usa comutação por pacotes com datagrama nãoconfiável. Ou seja, não garante a entrega dos pacotes e é
não-orientado à conexão.
Define também o endereçamento dos nós, o endereço
IP.
IPv4 - 4 bytes (octetos)
IPv6 (em fase de adoção)
13
Conversão do endereço IP
Os endereços IP identificam um dispositivo em uma
rede e a rede à qual ele está ligado. Para tornálos fáceis de serem lembrados, os endereços IP
são geralmente escritos na notação decimal com
ponto (4 números decimais separados por
pontos, por exemplo, 166.122.23.130)
14
Endereço IP (IPv4)
.
15
Divisão em classes dos endereços IP
Cada classe de rede permite um número fixo de hosts.
Em uma rede de classe A, o primeiro octeto é atribuído à rede, restando os
três últimos octetos (24 bits) para serem atribuídos aos hosts, portanto o número
máximo de hosts é 224 (menos 2 endereços reservados para rede e broadcast),
ou seja, 16.777.214 hosts.
Em uma rede de classe B, os primeiros dois octetos são atribuídos à rede,
restando os dois últimos octetos (16 bits) para serem atribuídos aos hosts,
portanto o número máximo de hosts é 216 (menos 2), ou seja, 65.534 hosts.
Em uma rede de classe C, os primeiros três octetos são atribuídos à rede,
restando o último octeto (8 bits) para ser atribuído aos hosts, portanto o número
máximo de hosts é 28 (menos 2), ou seja, 254 hosts.
Lembre-se de que o primeiro endereço em cada rede é reservado para o
endereço de rede real (ou número de rede), e o endereço final em cada
rede é reservado para broadcast.
16
Classe A
Um modo fácil de reconhecer se um
dispositivo é parte de uma rede de classe A
é olhar o primeiro octeto do seu endereço
IP, que variará de 0 a 126. (127 na verdade
começa com um bit 0 mas, foi reservado
para propósitos especiais.)
Todos os endereços IP de classe A
usam apenas os oito primeiros bits para
identificar a parte da rede do endereço. Os
três octetos restantes podem ser usados
para a parte do host do endereço. Todas
os dispositivos que usam um endereço IP
de classe A podem ter atribuídos a ela até
2 elevado a 24 (224) (menos 2), ou seja,
16.777.214 endereços IP possíveis para os
dispositivos conectados à rede
17
Classe B
Os dois primeiros bits de um endereço de
classe B são sempre 10 (um e zero). Um
exemplo de um endereço IP de classe B
seria 151.10.13.28. Os dois primeiros
octetos identificam o número de rede
atribuído pelo ARIN. Os administradores
internos da rede atribuem os 16 bits
restantes. Um modo fácil de reconhecer se
um dispositivo é parte de uma rede de
classe B é olhar o primeiro octeto do seu
endereço IP. Os endereços IP de classe B
sempre têm valores variando de 128 a 191
no primeiro octeto.
Todos os endereços IP de classe B usam os
primeiros 16 bits para identificar a parte da
rede no endereço. Os dois octetos
restantes do endereço IP podem ser
usados para a parte do host do endereço.
Todas as redes que usam um endereço IP
de classe B podem ter atribuídos a ela até 2
elevado a 16 (216) (menos 2 novamente!), ou
seja, 65.534 endereços IP possíveis para os
dispositivos conectados à rede
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Classe C
Os três primeiros bits de um
endereço de classe C são sempre 110
(um, um e zero). Um exemplo de um
endereço IP de classe C seria
201.110.213.28. Os três primeiros
octetos identificam o número de rede
atribuído pelo ARIN. Os
administradores internos da rede
atribuem os 8 bits restantes. Um modo
fácil de reconhecer se um dispositivo é
parte de uma rede de classe C é olhar
o primeiro octeto do seu endereço IP.
Os endereços IP de classe C sempre
têm valores variando de 192 a 223 no
primeiro octeto.
Todos os endereços IP de classe
C usam os primeiros 24 bits para
identificar a parte da rede no endereço.
Apenas o último octeto de um
endereço IP de classe C pode ser
usado para a parte do host do
endereço. Todas as redes que usam
um endereço IP de classe B podem ter
atribuídos a ela até 28 (menos 2), ou
seja, 254 endereços IP possíveis para
os dispositivos conectados à rede
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Resumindo
Classe B: RRHH
REDES
= 2 16-2 ( 2 BITS UTILIZADOS) =214 - 2
=16.382 REDES
Classe A: RHHH
REDES
= -1BIT =( 2
7) -2=
HOSTS = 2 16 -2(End. Rede e end. Broadcast)
=65.534 hosts
126 REDES
HOSTS = 2 24 -2(End. Rede e
end.
broadcast)=1677721
4 hosts
Classe C: RRRH
REDES
= 2 24-3 ( 3 BITS UTILIZADOS=( 2 21) -2 =
2.097.150 REDES
HOSTS = 2 8 -2(End. Rede e end.
Broadcast) =254 hosts
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Máscara de sub-rede
A máscara de sub-rede aponta quais bits são
da rede, e quais são das máquinas.
Exemplo: Máscara:
255.255.255.0
3 octetos para rede (255.255.255) e 1 octeto para
máquinas (0) = 256 possibilidades.
21
C
L
A
S
S
E
INTERVALO
ID DE
REDE/ HOST
MÁSCARA
SUB-REDE PADRÃO
NÚMERO DE
REDES
HOSTS
END. UTILIZA
DOS
255.0.0.0
126 (2 7 -2
)
2 24 -2=
16.777.214
A
1 - 126
R,H.H.H
B
128-191
R.R.H.H 255.255.0.0
2 14-2=
16.382
2 16-2 =
65.534
C
192-223
R.R.R.H 255.255.255.0
2 21 -2 =
2.097.150
28 -2 = 254
D
224-239
E
240 - 254
RESERVADO PARA MULTIDIFUSÃO
EXPERIMENTAL, USADO PARA PESQUISA
22
Um endereço de
broadcast é um endereço
composto totalmente por
1s no campo do host.
Quando enviar um pacote
de broadcast por uma
rede, todos os dispositivos
da rede perceberão. Por
exemplo, em uma rede
com ID 176.10.0.0, um
broadcast que chegasse a
todos os hosts teria o
endereço 176.10.255.255.
23
ENDEREÇO SEM CLASSE
Esgotamento de Endereços
O imenso crescimento da Internet levaram ao rápido esgotamento dos
endereços disponíveis, embora o número de dispositivos na Internet seja
menor que os 2³² espaços de endereços. Ficamos sem endereços de classe
A e B, e um bloco de classe C é muito pequeno para a maioria das
organizações de porte médio. Uma solução que reduziu o problema é a idéia
de endereçamento sem classes.
Endereçamento sem Classes
Nesse método, não existem classes, mas os endereços ainda são
concedidos em blocos.
Blocos de Endereços
No endereçamento sem classes, quando uma entidade, pequena ou
grande, precisa ser conectada a Internet, lhe é concedido um bloco (intervalo)
de endereços. 0 tamanho do bloco (o framer° de endereços) varia tomando
como base a natureza e o tamanho da entidade. Por exemplo, um
eletrodoméstico pode receber apenas dois endereços; uma grande
organização, milhares de endereços. Um ISP (Internet Service Provider), ou
provedor de acesso a Internet, pode receber milhares ou centenas de
milhares de endereços com base no número de clientes que pretende
atender.
24
BLOCO DE ENDEREÇOS E MÁSCARAS
UTILIZAMOS O ESPAÇO DO HOST NAS MÁSCARAS E
TOMAMOS EMPRESTADOS BITS.
REPRESENTAMOS POR NOTAÇÃO EM BARRA OU CIDR.
EXEMPLO:
255.0.0.0 = /8
255.255.0.0 = /16
255.255.255.0= /24
/27= 11111111.11111111.11111111.11100000= 27 1”S
MÁSCARA=255.255.255.224
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EXERCÍCIO DE SUB-REDE
Calcule a máscara de sub-rede pedida na opção abaixo. Diga
também qual é o endereço de broadcast da primeira sub-rede:
REDE 192.168.0.0 – PRECISO DE 32 sub-redes.
R.R.R.H CLASSE C
Explicação: 32 sub-redes= 2 5 vou utilizar +5 bits para a máscara
255.255.255.11111000= 255.255.255.248
BROADCAST colocarei 1”s no host 000 --111=7 binário
192.168.0. 00000111
=
broadcast=192.168.0.7
Resposta:
255.255.255.248
192.168.0.7
26
EXEMPLO DE SUB-REDES
27
REDES PRIVADAS
Para separar os endereços usados internamente na
residência ou empresa daqueles utilizados para a Internet, os
provedores de Internet reservaram três conjuntos de endereços,
denominados privados
ENDEREÇOS DE REDES PRIVADAS:
INTERVALO
TOTAL
10.0.0.0
A
10.255.255.255.
2 24
172.16.0.0
A
172.31.255.255
2 20
2 16
192.168.0.0 A
192.168.255.255
28
Camada de Transporte
Protocolo TCP
Confiável e orientado à conexão.
Interface para a aplicação, tornando transparente
procedimentos como retransmissão, correção de
erros, etc.
Alguns dos serviços são:

Estabelecimento e liberação de conexões.

Transferência de dados.

Multiplexação e segmentação

Controles de erro e de fluxo.
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Camada de Transporte Protocolo UDP
Não confiável e não orientado à conexão.
Não há garantias da entrega de dados,
sequenciação, controles, etc.
Mais leve, mais rápido e menos confiável.
Cabeçalho resume-se a:

Endereços de origem e destino;

Tamanho da mensagem;

Soma de checagem (que é opcional).
Tamanho - no máximo 64 bits.
30
Protocolos da Camada de aplicação
TELNET - O Telecomunications Network possibilita a um usuário
trabalhar em um host distante. Ele emula um terminal especial que faz as
conversões necessárias entre dois terminais diferentes, permitindo que se
atue remotamente sobre um host sem a necessidade que ambos os hosts
tenham um terminal semelhante.
FTP - O File Transfer Protocol é uma poderosa ferramenta para
transmitir arquivos pela Internet. Ele define os procedimentos para gerenciar
a troca de informações entre os hosts do TCP.
Uma conexão do FTP passa por dois processos: Conexão de Controle e
Transferência de Dados.
A Conexão de Controle é a primeira etapa do processo de conexão
do FTP. Ela serve para realizar o login e definir níveis de segurança e de
manipulação de arquivos. FTP - Protocolo de transferência de arquivos Porta TCP 20 e 21,
Já a Transferência de dados é a etapa onde os arquivos são
transmitidos. Ela depende do sucesso da conexão de controle para ser
realizada. HTTP - Protocolo de transferência de hipertexto - base da Web,
junto com a linguagem HTML e os navegadores. Porta TCP 80.
31
Protocolos da Camada de aplicação
SMTP - O Simple Mail Transfer Protocol é um aplicativo de
nível superior que está ligado à transmissão de correio eletrônico
via Internet. Ele é um dos protocolos de nível superior mais
utilizados na Internet, que funciona da seguinte forma: O SMTP é
constituído de duas partes que são a origem e o destino, sendo
que cada uma delas possui acesso a um servidor de
armazenamento. Quando a origem envia uma mensagem para o
destino, essa mensagem é primeiramente armazenada no servidor
de armazenamento da origem. O servidor então tenta enviar as
mensagens e, se ocorrer algum problema com o destino, o servidor
tentará posteriormente reenviar a mensagem. Se não conseguir, a
mensagem será enviada de volta à origem ou ao postmaster. (
servidores de E-mail)
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DNS – Funcionamento
Analogia com o sistema postal:
Exemplo: lyric.labma.ufrj.br (lyrix incluído em labma, que está
incluído em ufrj, que está incluído em br).
br - domínio por país.
ufrj e labma - sub-domínios.
lyric - máquina.
Estrutura hierárquica dos servidores DNS:
Máquina pede resolução de nome ao DNS.
Se sim, volta o IP.
Se não, o DNS pede ao próximo DNS.
Pode chegar num dos DNS- raiz da Internet.
Se sim, o endereço resolvido volta no sentido contrário. Se não,
o DNS propaga uma mensagem de que o endereço não
existe.
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URL
Universal Resource Locator
Maneira simples e eficiente de apontar onde está um arquivo (rede ou
disco local).
Exemplo:
ftp://fab:[email protected]/pub/dados/beltrano.zip
1 2
3
4
5
6
1. Protocolo: http, ftp, wais, gopher, file, etc.
2. Separador.
3. Usuário e senha (quando necessário).
4. Nome de domínio
5. Caminho dentro do site
6. Nome do arquivo.
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Outros serviços
SNMP - O Simple Network Management Protocol é o
padrão mais expressivo em matéria de gerenciamento de redes.
Ele é um protocolo que serve para lidar com eventuais falhas nas
redes ou nos equipamentos. O SNMP ainda é utilizado para
monitoramento das redes. Ele é usado principalmente em redes
que utilizam TCP/IP.
HTTPS, DNSSEC, SMTPS, POPS, IMAPS, SSH - protocolos
que usam cifragem (criptografia) para aumentar a segurança no
diálogo cliente-servidor, desmotivando ataques do tipo "homem no
meio" (a informação que vai do cliente para o servidor é copiada
por um intruso).
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