Aprenda TCP IP Em 21 Dias - 397 Paginas

PARTE IFundamentos do TCP/IPHora

1 O que TCP/IP?2 Como funciona o TCP/IP

HORA 1O que TCP/IP?

Joe Casad

TCP/IP um sistema de protocolos um conjunto de protocolos que dsuporte comunicao em rede. E a resposta para a pergunta "O que umprotocolo?" deve comear com a pergunta "O que uma rede?"

Este captulo descreve o que uma rede e mostra por que as redesprecisam de protocolos. Voc tambm aprender o que TCP/IP, o que elefaz e onde comeou.

Objetivos para esta horaAo trmino desta hora, voc estar em condies de:

Definir o conceito de rede.Explicar o que um conjunto de protocolos de rede.Explicar o que TCP/IP.Discutir sobre a histria do TCP/IP.Listar algumas caractersticas importantes do TCP/IP.Identificar as organizaes que supervisionam o TCP/IP e a Internet.Explicar o que so RFCs e onde encontr-los.

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Redes e protocolosUma rede uma coleo de computadores ou dispositivos semelhantes aocomputador que podem se comunicar por um meio de transmisso comum,como mostra a Figura 1.1.

Em uma rede, pedidos e dados de um computador passam pelo meio detransmisso (que poderia ser um cabo de rede ou uma linha telefnica) atoutro computador. Na Figura 1.1, o Computador A deve ser capaz de enviaruma mensagem ou um pedido ao Computador B. O Computador B deve sercapaz de entender a mensagem do Computador A e respond-la, enviando umamensagem de volta ao Computador A.

Um computador interage com o mundo atravs de uma ou mais apli-caes que realizam tarefas especficas e gerenciam a entrada e a sada. Se essecomputador parte de uma rede, algumas dessas aplicaes devem ser capazesde se comunicar com aplicaes em outros computadores da rede. Um conjuntode protocolos de rede um sistema de regras comuns que ajuda a definir oprocesso complexo de transferir dados. Os dados trafegam de uma aplicaoem um computador, passam pelo hardware de rede do computador, pelo meiode transmisso at o destino correto e depois pelo hardware de rede docomputador de destino at uma aplicao receptora (veja a Figura 1.2).

FIGURA 1.2O papel de um conjunto deprotocolos de rede.

Aplicao Aplicao

Computador A Computador B

Hardwarede rede

Meio de transmisso

Meio detransmisso

Figura 1.1Uma rede local tpica.

Computador A Computador B

Aprenda em 24 horasTCP/IP

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Os protocolos do TCP/IP definem o processo de comunicao da redee, mais importante, definem como deve ser uma unidade de dados e quaisinformaes ela deve conter para que um computador receptor possa interpre-tar a mensagem corretamente. O TCP/IP e seus protocolos relacionadosformam um sistema completo que define como os dados devem ser processa-dos, transmitidos e recebidos atravs de uma rede TCP/IP. Um sistema deprotocolos relacionados, como os protocolos TCP/IP, chamado de conjuntode protocolos.

O ato real de formatar e processar transmisses TCP/IP realizado porum componente de software conhecido como implementao do fornecedordo TCP/IP. Por exemplo, Microsoft TCP/IP um componente de softwareque permite que o Windows NT processe dados formatados por TCP/IP e,assim, participe de uma rede TCP/IP. Ao ler este livro, lembre-se de distinguiro seguinte:

Um padro TCP/IP um sistema de regras que define a comunicaopor meio de redes TCP/IP.Uma implementao TCP/IP um componente de software querealiza as funes que permitem que um computador participe de umarede TCP/IP.

A finalidade dos padres TCP/IP garantir a compatibilidade de todasas implementaes TCP/IP, independente da verso ou do fornecedor.

A distino importante entre os padres TCP/IP e a implementao TCP/IPnormalmente confusa nas discusses populares sobre TCP/IP, e isso svezes fica confuso para os leitores. Por exemplo, os autores normalmentefalam sobre as camadas do modelo TCP/IP que fornecem servios paraoutras camadas. Na verdade, no o modelo TCP/IP que oferece osservios. O modelo TCP/IP define os servios que devem ser oferecidos.As implementaes de software do fornecedor do TCP/IP que realmenteoferecem esses servios.

O desenvolvimento do TCP/IPNos dias atuais, a rede TCP/IP representa a sntese dos desenvolvimentos quecomearam nos anos 70 e subseqentemente revolucionaram o mundo dacomputao:

A InternetA rede local

A InternetO projeto do TCP/IP o resultado de seu papel histrico como sistema deprotocolos para o que veio a ser a Internet. A Internet, como muitos outros

HORA 10 que TCP/IP?

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desenvolvimentos de alta tecnologia, surgiu a partir da pesquisa realizadainicialmente pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. No fim dadcada de 60, os oficiais do Departamento de Defesa comearam a notar queos militares estavam acumulando uma coleo de computadores grande ediversificada, sendo que alguns dos quais no estavam em rede e outros estavamagrupados em redes menores, fechadas, com protocolos patenteados incompa-tveis.

Patenteado, neste caso, significa que a tecnologia controlada por uma entidadeprivada, como uma empresa. Essa entidade pode no ter qualquer interesse em

divulgar informaes suficientes sobre o protocolo para que os usurios o utilizem a fim dese conectar a outros protocolos de rede (concorrentes).

NOVOTERMO

Os oficiais da defesa comearam a se perguntar se seria possvel que essecomputadores divergentes compartilhassem informaes. Por estarem acostimados a consideraes de segurana, o Departamento de Defesa raciocinoque, se tal rede fosse possvel, provavelmente ela se tornaria um alvo de ataqtmilitar. Um dos principais requisitos dessa nova rede, portanto, era que edeveria ser descentralizada. Os servios crticos no devem ser concentradcem alguns pontos de falha vulnerveis. Como cada ponto de falha vulnervna era do mssil, eles queriam uma rede sem qualquer ponto de falha oncuma bomba poderia cair em qualquer parte da infra-estrutura sem desativarrede inteira. Esses soldados visionrios criaram uma rede que se tornou conhicida como ARPAnet, devido ao nome da Advanced Research Projects Agenc(ARPA) do Departamento de Defesa. O sistema de protocolos que desuporte a essa rede interconectvel e descentralizada foi o incio do quconhecemos agora como TCP/IP.

Alguns anos depois, quando a National Science Foundation desejomontar uma rede para interconectar instituies de pesquisa, ela adotousistema de protocolos da ARPAnet e comeou a montar o que conhecemoagora como a Internet. Como veremos mais adiante neste livro, a visdescentralizada original da ARPAnet sobrevive at o dia de hoje no projeto dsistema de protocolos TCP/IP e uma grande parte do sucesso do TCP/IPda prpria Internet.

Dois recursos importantes do TCP/IP que permitem esse ambiendescentralizado so listados a seguir:

Verificao de n final Os dois computadores que esto realmentese comunicando (chamados ns finais, pois esto em cada extremo dacadeia que passa a mensagem) so responsveis por reconhecer everificar a transmisso. Todos os computadores basicamente operamda mesma forma, e no existe um esquema central para supervisionaras comunicaes.Roteamento dinmico Os ns so conectados por vrios caminhos,e os roteadores escolhem um caminho para os dados com base nas

H0RA 1O que TCP/IP?

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condies do momento. Voc aprender mais sobre roteamento ecaminhos de roteador nas prximas horas. 1

medida que a Internet comeou a crescer entre as universidades e instituiesde pesquisa, outro conceito de rede, a rede local (LAN) tambm foi tomandoforma. As LANs foram desenvolvidas ao longo da indstria de computadorese foram uma resposta necessidade de compartilhamento de recursos docomputador entre os escritrios.

Os primeiros protocolos de LAN no ofereciam acesso Internet e eramprojetados em torno de sistemas de protocolo patenteados. Muitos no acei-tavam roteamento de qualquer espcie. Posteriormente, algumas empresascomearam a desejar um protocolo que conectasse suas LANs incompatveis,descontnuas, e ento passaram a analisar o TCP/IP. Com a maior popularidadeda Internet, os usurios de LAN comearam a clamar por acesso Internet, ediversas solues comearam a surgir para conectar os usurios de LANs.Gateways especializados ofereciam a traduo de protocolos necessria paraque essas redes locais alcanassem a Internet. Gradualmente, os fornecedoresde software para LAN comearam a oferecer suporte mais completo paraTCP/IP. As verses recentes do NetWare, MacOS e Windows continuaram aexpandir o papel do TCP/IP na rede local.

O termo gateway usado de modo incoerente nas discusses sobre TCP/IP.Um gateway s vezes apenas um roteador comum (veja a discusso sobreroteadores, mais adiante nesta hora), mas s vezes o termo usado parase referir a um dispositivo de roteamento que realiza alguma forma detraduo de protocolo.

Como voc ver na Hora 3, a necessidade de acomodar as redes locaiscausou uma inovao considervel na implementao de protocolos conscien-tes do hardware, que se baseiam em TCP/IP.

Caractersticas do TCP/IPO TCP/IP possui muitas caractersticas importantes que voc aprenderenquanto estuda este livro. Em particular, preste muita ateno ao modo comoo conjunto de protocolos TCP/IP focaliza os seguintes problemas:

Endereamento lgicoRoteamentoServio de nomeVerificao de erro e controle de fluxoSuporte a aplicaes

A rede local (LAN)

8 Aprenda em 24 horasTCP/IP

Esses aspectos esto no centro do TCP/IP. As prximas sees apresen-tam esses recursos importantes. Voc tambm aprender mais sobre eles nodecorrer deste livro.

Um adaptador de rede possui um endereo fsico exclusivo e permanente. Oendereo fsico um nmero dado placa desde a fbrica. Em uma rede local,protocolos de baixo nvel, conscientes do hardware, fornecem dados pela redefsica usando o endereo fsico do adaptador. Existem muitos tipos de rede ecada um possui um meio diferente de entregar dados. Em uma rede Ethernet,por exemplo, um computador envia mensagens diretamente para o meio detransmisso. O adaptador de rede em cada computador ouve cada transmissona rede local para determinar se uma mensagem est endereada para o seuprprio endereo.

Em redes grandes, naturalmente, cada adaptador de rede no pode ouvircada mensagem. (Imagine seu computador ouvindo cada trecho de dadosenviado pela Internet.) A medida que o meio de transmisso se torna maisrepleto de computadores, esse tipo de esquema no pode funcionar de modoeficiente.

Os administradores de rede normalmente segmentam as redes usandodispositivos como roteadores a fim de reduzir o trfego na rede. Em redesroteadas, os administradores precisam de um meio de subdividir a rede empartes menores (chamadas sub-redes) e impor um projeto hierrquico para queuma mensagem possa trafegar de modo eficiente at o seu destino. O TCP/IPoferece essa capacidade de sub-rede por meio do endereamento lgico. Umendereo lgico um endereo configurado por meio do software da rede. EmTCP/IP, o endereo lgico de um computador chamado endereo IP. Comovoc ver na Hora 4, e na Hora 5, um endereo IP pode conter:

Um nmero de cdigo de rede, identificando uma rede.Um nmero de cdigo de sub-rede, identificando uma sub-rede narede.Um nmero de cdigo de host, identificando o computador na sub-rede.

O sistema de endereamento de IP tambm permite que o administradorda rede imponha um esquema de numerao sensvel na rede, para que aprogresso do endereo reflita a organizao interna da rede.

Se a sua rede estiver isolada da Internet, voc estar livre para usar qualquerendereo IP que desejar (desde que sua rede siga as regras bsicas paraendereamento IP). No entanto, se a sua rede fizer parte da Internet, aInternet Assigned Numbers Authority (IANA) atribuir um cdigo de redepara a sua rede, e esse cdigo formar a primeira parte do endereo IP.

Endereamento lgico

Em TCP/IP, um endereo lgico traduzido de e para o endereo fsicoespecfico do hardware correspondente, usando os protocolos ARP e RARP,que sero discutidos na Hora 4.

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H0RA10 que TCP/IP?

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Um roteador um dispositivo especial que pode ler informaes de enderea-mento lgico e direcionar os dados pela rede at o seu destino.

Ao nvel mais simples, um roteador divide uma sub-rede local da redemaior (veja a Figura 1.3). Os dados endereados para a sub-rede local noatravessam o roteador e, portanto, no enchem as linhas de transmisso da redemaior. Se os dados forem endereados para um computador fora da rede, oroteador encaminhar os dados de acordo. Como j dissemos neste captulo,redes muito grandes, como a Internet, incluem muitos roteadores e oferecemvrios caminhos da origem at o destino (veja a Figura 1.4).

Roteomento

Figura 1.3Um roteadorconectando uma LANa uma rede grande.

Figura 1.4Uma rede interligadacom roteadores.

Roteadores

A Z

Rede

B

CA

Encaminha dados?

Roteador

Rede maior

Z

A para Z

B para ZC para Z

A para BA para C

B para CC para A

No Sim

4 5

31 7

2 6


O TCP/IP contm protocolos que definem como os roteadores encon-traro um caminho pela rede. Voc aprender mais sobre o roteamento TCP/IPe protocolos de roteamento na Hora 9.

Traduo de nomesEmbora o endereo IP numrico provavelmente seja mais facilitado ao usuriodo que o endereo fsico pr-fabricado do adaptador de rede, o endereo IPainda basicamente projetado para a convenincia do computador, e no paraa convenincia do homem. As pessoas podem ter problema ao tentarem lembrarse o endereo de um computador 111.121.131.146 ou 111.121.131.156. OTCP/IP, portanto, oferece uma estrutura paralela de nomes alfanumricosorientados para o homem, chamados nomes de domnio ou nomes DNS(Domain Name Service). O mapeamento de nomes de domnio para umendereo IP chamado traduo de nomes. Computadores especiais, chamadosservidores de nomes, armazenam tabelas mostrando como mapear esses nomesde domnio de e para endereos IP.

Os endereos do computador normalmente associados a e-mail ou World Wide Web so expressos como nomes DNS (por exemplo, www.mi-crosoft.com, falcon.ukans.edu, idir.net). O sistema do servio de nomes doTCP/IP oferece uma hierarquia de servidores de nomes que alimentamapeamentos de nomes de domnio/endereos IP para computadores regis-trados no DNS na rede. Isso significa que o usurio raramente precisa informarou decifrar um endereo IP real.

Voc aprender mais sobre a traduo de nomes TCP/IP na Parte IV.

Verificao de erro e controle de fluxoO conjunto de protocolos TCP/IP oferece recursos que garantem o for-necimento confivel de dados pela rede. Esses recursos incluem verificao deerros de transmisso de dados (para certificar-se de que os dados que chegamso exatamente os que foram enviados) e confirmao do recebimento bem-sucedido de uma mensagem da rede. A camada Transport do TCP/IP (veja naHora 6) define muitas dessas funes de verificao de erro, controle de fluxoe confirmao para a rede interligada por meio do protocolo TCP. Mas osprotocolos de nvel inferior na camada Network Access do TCP/IP (veja naHora 3) tambm fazem parte do sistema geral de verificao de erros.

Como voc tambm ver na Hora 9, um dispositivo chamado pontetambm pode filtrar e reduzir o trfego da rede. Como uma ponte trabalhacom endereos fsicos em vez de endereos lgicos, ela no pode realizaras funes de roteamento complexas mostradas na Figura 1.4.

Apl1

Apl2

Apl 3

Apl 4

Apl 5

O conjunto de protocolos deve oferecer uma interface para aplicaes nocomputador, para que essas aplicaes possam acessar o software de protocoloe assim obter acesso rede. No TCP/IP, esta interface da rede para as aplicaesrodando no computador local realizada por meio de um sistema de canaislgicos chamados portas. Cada porta possui um nmero que usado paraidentific-la. Voc pode pensar nessas portas como canalizaes lgicas dentrodo computador, por meio das quais os dados podem fluir de uma aplicao parao software do protocolo e vice-versa (veja a Figura 1.5).

Suporte a aplicaces

A Hora 6 descreve as portas TCP e UDP na camada Transport doTCP/IP. Voc aprender mais sobre o suporte a aplicaes e a camada Appli-cation do TCP/IP na Hora 8.

O conjunto do TCP/IP tambm inclui diversas aplicaes prontas,preparadas para ajud-lo em vrias tarefas da rede. Alguns utilitrios comunsdo TCP/IP aparecem na Tabela 1.1. Voc aprender mais sobre esses utilitriosdo TCP/IP na Parte III.

Utilitrio Finalidadef tp Transferncia de arquivo1 pr Impressopi ng Configurao/diagnsticoroute Configurao/diagnsticotelnet Acesso remototraceroute Configurao/diagnstico

Tabela 1.1 Utilitrios tpicos do TCP/IP

Figura 1.5As aplicaes acessama rede por meio deendereos de porta.

H0RA10 que TCP/IP?

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Componentese hardware

TCP/IP

TCP UDP

Portas

Rede

Organizaces de padres e RFCsVrias organizaes foram instrumentos para o desenvolvimento do TCP/IPe da Internet em geral. Outra maneira como o TCP/IP revela suas razesmilitares est na quantidade e obscuridade de seus acrnimos. Ainda assim,algumas organizaes no passado e no presente do TCP/IP merecem meno.Veja esta lista:

Internet Advisory Board (IAB) A junta do governo que define asdiretrizes para a Internet e supervisiona o desenvolvimento posteriordos padres de TCP/IP.Internet Engineering Task Force (IETF) A diviso da IAB queestuda e rege os aspectos da engenharia. A IETF est dividida emgrupos de trabalho que estudam aspectos particulares do TCP/IP e aInternet, como Aplicaes, Roteamento, Gerenciamento de rede etc.Internet Research Task Force (IRTF) A diviso da IAB quepatrocina a pesquisa a longo prazo.Internet Assigned Numbers Authority (IANA) A agncia queatribui nmeros importantes da Internet, como endereos IP e nme-ros de porta TCP e UDP.InterNIC O servio de informaes da Internet. Voc pode regis-trar nomes de domnio da Internet atravs da InterNIC. Entre emcontato com a InterNIC atravs da World Wide Web pelo endereohttp://internic.net.

A maior parte da documentao oficial sobre TCP/IP est disponvelatravs de uma srie de Requests for Comment (RFCs). A biblioteca de RFCsinclui padres e relatrios da Internet vindos dos grupos de trabalho. Asespecificaes oficiais da IETF so publicadas como RFCs. Muitos RFCsservem para esclarecer algum aspecto do TCP/IP ou da Internet. Qualquer umpode submeter um RTC para anlise. Voc pode enviar um RTF proposto IETF ou pode submet-lo diretamente ao editor de RFC por e-mail, emrfc-edi [email protected].

Os RFCs oferecem uma base tcnica essencial para qualquer um quedeseja um conhecimento mais profundo do TCP/IP. A lista inclui vriostrabalhos tcnicos sobre protocolos, utilitrios e servios, alm de algunspoemas relacionados ao TCP/IP e trechos de Shakespeare que infelizmenteno correspondem clareza e economia do TCP/IP.

Voc poder encontrar os RFCs em vrios lugares na Internet. Expe-rimente www.rfc-editor.org. Alguns RFCs representativos aparecem naTabela 1.2.


Nmero

7917927937949681.1801.1881.5972.0002.001

Ttulo

Internet Protocol

Transmission Control ProtocolSimple Mail Transfer ProtocolFile Transfer Protocol

Twas the night before start-upTCP/IP TutorialProposed Standard for transmission of datagrams over FDDI networksAddress Allocation for Private Internets

Internet Official Protocol Standards 2/24/97The PPP NetBIOS Frames Control Protocol

ResumoEsta hora descreve o que so redes e por que as redes precisam de protocolos.Voc aprendeu que o TCP/IP comeou com a rede experimental ARPAnet doDepartamento de Defesa dos EUA e que o TCP/IP foi planejado para oferecerum ambiente de rede descentralizado em um ambiente diversificado.

Esta hora tambm aborda algumas caractersticas importantes do TCP/IP,como endereamento lgico, traduo de nomes e suporte a aplicaes, de-screve algumas das organizaes que supervisionam o TCP/IP e discute osRFCs os trabalhos tcnicos que servem como documentao oficial para oTCP/IP e a Internet em geral.

Perguntas e respostasQual a diferena entre um padro de protocolo e uma imple-mentao de protocolo?

O padro de um protocolo um sistema de regras. A implemen-tao de um protocolo um componente de software que aplicaessas regras a fim de fornecer a capacidade de rede a um com-putador.

Por que os projetistas da ARPAnet queriam uma rede descen-tralizada?

Tabela 1.2 Exemplo representativo dos mais de 2.000 RFCsda Internet 1

HORA10 que TCP/IP?

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Eles idealizaram uma rede que seria usada para fins militares, eno queriam centralizar servios crticos em um nico local quese tornaria o foco em um ataque.

Por que a verificao do n final foi um recurso importante daARPAnet?

Por projeto, a rede no deveria ser controlada em qualquer pontocentral. Portanto, os computadores enviando e recebendo tinhamque se encarregar de verificar suas prprias comunicaes.

Por que redes maiores empregam traduo de nomes?

Os endereos IP so difceis de se lembrar e fceis de se confun-dir. Os nomes de domnio no estilo do DNS so mais fceis dese lembrar, pois permitem a associao de uma palavra ou nomeao endereo.

Analise a lista de termos-chave a seguir:ARPAnet Uma rede experimental que deu origem ao TCP/IP.Nome de domnio Um nome alfanumrico associado a um ende-reo IP atravs do sistema de servio de nome DNS do TCP/IP.Gateway Um roteador que conecta uma LAN a uma rede maior.O termo gateway s vezes se aplica especificamente a um roteador querealiza algum tipo de converso de protocolo.Endereo IP Um endereo lgico usado para localizar um compu-tador em uma rede TCP/IP.Endereo lgico Um endereo da rede configurado por meio dosoftware de protocolo.Servio de nomes Um servio que associa nomes alfanumricos,facilitados para o homem, a endereos da rede.Endereo fsico Um endereo permanente, ligado a um adaptadorde rede desde a fbrica.Porta Um endereo interno que oferece uma interface entre umaaplicao e a camada Transport do TCP/IP.Sistema de protocolos Um sistema de padres e procedimentos quepermite aos computadores se comunicarem por uma rede.

Termos-chave

Workshop


H0RA1O que TCP/IP?

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1RFC Request for Comment Um trabalho tcnico oficial queoferece informaes relevantes sobre o TCP/IP ou a Internet.Roteador Um dispositivo da rede que encaminha dados por ende-reo lgico.TCP/IP Um sistema de protocolo de rede usado na Internet etambm em muitas outras redes no mundo inteiro.

HORA 2Como funciona o TCP/IP

Joe Casad

O TCP/IP um sistema (ou conjunto) de protocolos, e um protocolo umsistema de regras e procedimentos. Em sua maior parte, o hardware e o softwaredos computadores que se comunicam executam as regras das comunicaespor TCP/IP, e o usurio no precisa se envolver com os detalhes. Ainda assim,um conhecimento funcional do TCP/IP essencial se voc quiser navegar pelosproblemas de configurao e diagnstico que voc enfrentar com as redesTCP/IP.

Esta hora descreve o sistema de protocolos TCP/IP e mostra como oscomponentes do TCP/IP trabalham juntos para enviar e receber dados pelarede.

Ao trmino desta hora, voc poder:Descrever as camadas do sistema de protocolos TCP/IP e a finalidadede cada camada.Descrever as camadas do modelo de protocolo OSI e explicar comoas camadas OSI se relacionam ao TCP/IP.Explicar os cabealhos do protocolo TCP/IP e como os dados socontidos com informaes de cabealho em cada camada da pilha deprotocolos.

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Obietivos para esta hora

18 Aprendo em 24 horasTCP/IP

Nomear o pacote de dados em cada camada da pilha TCP/IP.Discutir os protocolos importantes TCP, UDP e IP e como elestrabalham juntos para oferecer a funcionalidade do TCP/IP.

O sistema de protocolos do TCP/IPAntes de verificar os elementos do TCP/IP, melhor comear com uma rpidareviso das responsabilidades de um sistema de protocolos.

Um sistema de protocolos como TCP/IP deve ser capaz de realizar asseguintes tarefas:

Dividir mensagens em pedaos gerenciveis de dados que sero pas-sados eficientemente pelo meio de transmisso.Realizar a interface com o hardware adaptador da rede.Fazer o endereamento O computador que envia deve ser capaz deenderear os dados a um computador receptor. O computador recep-tor deve ser capaz de reconhecer uma mensagem destinada a ele.Fazer o roteamento O sistema deve ser capaz de rotear os dados sub-rede do computador de destino, mesmo que a sub-rede de origeme a sub-rede de destino sejam redes fsicas distintas.Realizar a verificao de erros, controle de fluxo e confirmao Paraque haja uma comunicao confivel, os computadores emissor ereceptor devem ser capazes de identificar e corrigir falhas de trans-misso e controlar o fluxo dos dados.Aceitar dados fsicos de uma aplicao e pass-los para a rede.

Para realizar essas tarefas, os criadores do TCP/IP estabeleceram umprojeto modular. O sistema de protocolos TCP/IP dividido em componentesseparados que, teoricamente, funcionam de modo independente um do outro.Cada componente responsvel por uma parte do objetivo da comunicaoem rede.

A vantagem desse projeto modular que ele permite que os fornecedoresadaptem com facilidade o software do protocolo a hardware e sistemas opera-cionais especficos. Por exemplo, a camada Network Access (como veremosna Hora 3) inclui funes relacionadas a uma arquitetura de LAN especfica,como token ring ou Ethernet. Devido ao projeto modular do TCP/IP, umfornecedor como a Microsoft no precisa montar um pacote de softwarecompletamente diferente para redes TCP/IP em token ring (ao contrrio deTCP/IP em Ethernet). As camadas superiores no so afetadas, apenas acamada Network Access deve mudar. O sistema de protocolos TCP/IP subdividido em componentes, que por sua vez so divididos em camadas, cadaqual realizando tarefas especficas (veja a Figura 2.1). Esse modelo (ou pilha)surgiu nos primeiros dias do TCP/IP, e costuma ser chamado modelo TCP/IP.As camadas oficiais do protocolo TCP/IP so listadas a seguir. Compare as

funes nesta lista com as responsabilidades listadas anteriormente nesta seoe voc ver como as responsabilidades do sistema de protocolos so distribudasentre as camadas.

O modelo de quatro camadas mostrado na Figura 2.1 um modelocomum para descrever as redes TCP/IP, mas no o nico. O modeloARPAnet, por exemplo, conforme descrito no RFC 871 , descreve trscamadas: a camada Network Interface, a camada Host-to-Host e acamada Process-Ievel/Applications. Outras descries do TCP/IP pedemum modelo de cinco camadas, com as camadas Physical e Data link nolugar da camada Network Access (para corresponder ao modelo OSI).Ainda outros modelos podem excluir a camada Network Access ou Appli-cation, que so menos uniformes e mais difceis de se definir do que ascamadas intermedirias.Os nomes das camadas tambm variam. Os nomes de camada daARPAnet ainda aparecem em algumas discusses sobre TCP/IP, e acamada Internet s vezes chamada de camada Internetwork ou camadaNetwork.Este livro usa o modelo de quatro camadas, com os nomes que aparecemna Figura 2 .1 .

Camada Application

Camada Transport

Camada Internet

Camada NetworkAccess

Camada Network Access (acesso rede) Oferece uma interfacecom a rede fsica. Formata os dados para o meio de transmisso eenderea os dados para a sub-rede, com base nos endereos de hard-ware fsico. Oferece verificao de erro para os dados entregues narede fsica.Camada Internet Oferece endereamento lgico, independente dohardware, para que os dados possam passar entre as sub-redes comdiferentes arquiteturas fsicas. Oferece o roteamento para reduzir otrfego e o suporte para a interligao de redes. O termo interligaode redes refere-se a uma rede maior de LANs interconectadas, porexemplo, o que voc encontra em uma grande empresa ou na Internet.Relaciona os endereos fsicos (usados na camada Network Access)aos endereos lgicos.Camada Transport Oferece servios de controle de fluxo, verifi-cao de erro e confirmao para a interligao de redes. Serve deinterface para as aplicaes de rede.

As camadas de protocolo domodelo TCP/IP.

Figura 2.1

2


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Camada Application Oferece aplicaes para diagnstico de rede,transferncia de arquivo, controle remoto e atividades da Internet.Tambm oferece suporte para as APIs (Application ProgrammingInterfaces) da rede, que permitem que os programas escritos para umambiente operacional em particular acessem a rede.

As Horas de 3 a 8 oferecem descries mais detalhadas das atividades decada uma das camadas do protocolo TCP/IP.

Quando o sistema de protocolos TCP/IP prepara um dado para trans-misso pela rede, cada camada na mquina emissora inclui uma camada deinformaes aos dados, que ser relevante para a camada correspondente namquina receptora. Por exemplo, a camada Internet do computador que enviaos dados acrescenta um cabealho com algumas informaes significativas paraa camada Internet do computador que recebe a mensagem.

O termo camada usado na rea da informtica para os nveis compo-nentes do protocolo, como aqueles mostrados na Figura 2 .1 . As infor-maes de cabealho so na realidade aplicadas em camadas aos dados medida que passam pelos componentes da pilha de protocolos. (Vocaprender mais sobre isso adiante nesta hora.) Quando se trata dosprprios componentes, no entanto, o termo camada um tanto metafrico.Diagramas como a Figura 2.1 servem para mostrar que os dados passampor uma srie de interfaces, e enquanto as interfaces so mantidas, osprocessos dentro de um componente no so afetados pelos processos nosoutros componentes. Se voc virar a Figura 2.1 de lado, ela dever separecer mais com uma linha de montagem, e essa tambm uma analogiatil para o relacionamento dos componentes do protocolo. Os dadosparam a cada ponto na linha e, quando chegam em cada ponto especi-ficado, os componentes basicamente podem operar de forma indepen-dente.

TCP/IP e o modelo OSIO mercado de redes possui um modelo padro de sete camadas para a ar-quitetura de protocolo de rede, chamado modelo Open Systems Interconnec-tion (OSI). O modelo OSI representa um esforo da International StandardsOrganization (ISO) para padronizar o projeto dos sistemas de protocolo derede a fim de promover a interconectividade e abrir o acesso aos padres deprotocolo para os que desenvolvem software.

O TCP/IP j estava em desenvolvimento quando apareceu a arquiteturapadro OSI e, estritamente falando, o TCP/IP no est de acordo com omodelo OSI. No entanto, os dois modelos tiveram objetivos semelhantes, ehavia interao suficiente entre os projetistas desses padres para que ambossurgissem com uma certa compatibilidade. O modelo OSI tem influenciadobastante no crescimento e no desenvolvimento de implementaes de proto-


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colo, sendo bastante comum para ver a terminologia OSI aplicada ao TCP/IP.A Figura 2.2 mostra o relacionamento entre o padro TCP/IP de quatrocamadas e o modelo OSI de sete camadas. Observe que o modelo OSI divideas tarefas da camada Application em trs camadas: Application, Presentatione Session. OSI divide as atividades da camada Network Interface em umacamada Data Link e uma camada Physical. Essa subdiviso aumenta a com-plexidade, mas tambm oferece mais flexibilidade aos desenvolvedores, objeti-vando as camadas do protocolo para servios mais especficos.

2

Figura 2.2O modelo OSI emsete camadas.

Camada Application

Camada Transport

Camada Internet


Camada Application

Camada Presentation

Camada Session

Camada Transport

Camada Network

Camada Data Link

Camada Physical

TCP/IP OSI

As sete camadas do modelo OSI so as seguintes:Camada Physical Converte os dados para o fluxo de pulsos eltricosou anlogos que realmente cruzaro o meio de transmisso e supervi-siona a transmisso dos dados.Camada Data Link Oferece uma interface com o adaptador de rede,mantm os links lgicos para a sub-rede.Camada Network D suporte para o endereamento lgico e oroteamento.Camada Transport Oferece verificao de erros e controle de fluxopara a interligao de redes.Camada Session Estabelece sesses entre as aplicaes de comuni-cao nos computadores que esto se comunicando.Camada Presentation Traduz os dados para o formato padro;gerencia a criptografia e a compactao de dados.Camada Application Oferece uma interface de rede para as apli-caes; d suporte a aplicaes de rede para transferncia de arquivos,comunicaes etc.

importante lembrar que o modelo TCP/IP e o modelo OSI so padres,e no implementaes. As implementaes no mundo real nem sempre setraduzem exatamente nos modelos que aparecem nas Figuras 2.1 e 2.2, e acorrespondncia perfeita representada na Figura 2.2 tambm uma questoum tanto controversa no mercado.

Observe que os modelos OSI e TCP/IP so mais semelhantes nasimportantes camadas Transport e Internet (denominada Network no OSI).Essas camadas contm os componentes que mais identificam e distinguem osistema de protocolos, e no coincidncia que os sistemas de protocolo svezes so chamados por seus protocolos de camada Transport e Network.Como veremos mais adiante neste livro, o conjunto de protocolos TCP/IPpossui os componentes TCP (um protocolo da camada Transport) e IP (umprotocolo da camada Internet, ou Network).

A coisa importante a lembrar sobre a pilha de protocolos TCP/IP que cadacamada possui um papel no processo de comunicao geral. Cada camadaenvolve servios que so necessrios para essa camada realizar seu papel. medida que uma transmisso passa pela pilha, cada camada possui algumasinformaes relevantes, chamadas cabealho, junto com os dados reais. Opequeno pacote de dados, contendo o cabealho e os dados, torna-se ento osdados reempacotados no prximo nvel inferior com o cabealho da prximacamada inferior. Esse processo representado na Figura 2.3. O processoinverso ocorre quando os dados so recebidos no computador de destino. Osdados se movem pela pilha, com cada camada desempacotando o cabealhocorrespondente e usando a informao.

A medida que os dados descem pela pilha, o efeito semelhante s bonecasde madeira russas que voc talvez j tenha visto; a boneca mais interna encaixada em outra boneca, que depois encaixada em outra boneca, e assimpor diante. No extremo receptor, os pacotes de dados sero desempacotadosum a um medida que os dados chegam pilha do protocolo. A camada Internetna mquina receptora usar as informaes do cabealho da camada Internet.A camada Transport usar as informaes do cabealho da camada Transport.Em cada camada, o pacote de dados assume uma forma que dar as informaesnecessrias camada correspondente na mquina receptora. Como cadacamada responsvel por diferentes funes, a forma bsica do pacote de dados muito diferente em cada camada.

O mercado de redes possui muitas analogias, assim como acrnimos, e aanalogia da boneca russa, como qualquer uma das outras, ilustra um pontomas no pode ser levada muito adiante. Vale a pena notar que em umarede fsica, como a Ethernet, os dados geralmente so divididos em

Pacotes de dados

22 Aprendo em 24 horasTCP/IP

pedaos menores na camada Network Access. Uma analogia mais exataexigiria que essa camada inferior dividisse o sistema de bonecas concn-tricas em partes menores, encapsulasse essas partes em bonecas menorese depois transformasse essas pequeninas bonecas em um padro de unse zeros. Os uns e zeros sero recebidos, reconstitudos em pequenasbonecas e reconstrudos no sistema de bonecas concntricas. A complexi-dade desse cenrio faz com que muitos evitem a analogia das bonecas,que de outra forma seria promissora.

HORA 2Como funciono o TCP/IP

23

2

Em cada camada, osdados soreempacotados com ocabealho dessacamada.

Figura 2.3

Cabealhos

Dados

101011110010...

O pacote de dados parece diferente em cada camada, e em cada camadaele possui um nome diferente. Os nomes dos pacotes de dados criados em cadacamada so os seguintes:

O pacote de dados criado na camada Application chamado demensagem.O pacote de dados criado na camada Transport, que encapsula amensagem da camada Application, chamado segmento se vier doprotocolo TCP da camada Transport. Se o pacote de dados vier doprotocolo UDP da camada Transport, ele ser chamado datagrama.O pacote de dados na camada Internet, que encapsula o segmento dacamada Transport, chamado de datagrama.O pacote de dados na camada Network Access, que encapsula e podesubdividir o datagrama, chamado de frame. Esse frame entotransformado em um fluxo de bits na subcamada mais inferior dacamada Network Access.

Voc aprender mais sobre os pacotes de dados para cada camada nasHoras de 3 a 8.

Camada Application

Camada Transport

Camada Internet



Viso geral das redes TCP/IPA prtica de descrever sistemas de protocolo em termos de suas camadas bastante difundida e quase universal. O sistema de camadas oferece insights dosistema de protocolos, e impossvel descrever o TCP/IP sem primeiroapresentar sua arquitetura em camadas. No entanto, o foco simplesmente nascamadas do protocolo cria algumas limitaes.

Primeiro, falar sobre camadas de protocolo em vez de protocolos gera um nveladicional de abstrao para um assunto que j bastante abstrato. Segundo,classificar os vrios protocolos como subttulos dentro do tpico maior de umacamada de protocolo pode dar a falsa impresso de que todos os protocolos tma mesma importncia. De fato, embora cada protocolo tenha um papel a desem-penhar, a maior parte da funcionalidade do conjunto TCP/IP pode ser descritaem termos de apenas alguns de seus protocolos mais importantes. s vezes tilvisualizar esses protocolos importantes em segundo plano contra a tela de fundodo sistema de camadas descrito anteriormente nesta hora.

A Figura 2.4 descreve o sistema bsico de redes do protocolo TCP/IP.Naturalmente, existem outros protocolos e servios no pacote completo, masa Figura 2.4 mostra a maior parte do que est acontecendo.

O cenrio bsico o seguinte:1. Os dados passam por uma aplicao TCP/IP ou a partir de uma

interface de programa de aplicao da rede, uma porta TCP ou UDPe chegam a um dos dois protocolos da camada Transport (TCP ouUDP). Os programas podem acessar a rede por meio do TCP ou doUDP, dependendo dos requisitos do programa.

TCP um protocolo orientado para conexo. Como veremosna Hora 6, os protocolos orientados para conexo oferecemcontrole de fluxo e verificao de erro mais sofisticados do queos protocolos sem conexo. O TCP faz o mximo para garantira entrega dos dados. O TCP mais confivel do que UDP, masa verificao de erro e o controle de fluxo adicional significaque TCP mais lento do que UDP.UDP um protocolo sem conexo. Ele mais rpido do queTCP, mas no to confivel. UDP deixa mais responsabilidadesde verificao de erros para a aplicao.

2. O segmento de dados passa para o nvel Internet, onde o protocoloIP oferece as informaes de endereamento lgico e encerra os dadosem um datagrama.

3. O datagrama IP entra na camada Network Access, onde passa paraos componentes de software preparados para fazer a interface com arede fsica. A camada Network Access cria um ou mais frames dedados destinados entrada na rede fsica. No caso de um sistema de

LAN como o Ethernet, o frame pode conter informaes de en-dereo fsico obtidas em tabelas de pesquisa mantidas por meio dosprotocolos ARP e RARP da camada Internet. (ARP, Address Reso-lution Protocol, traduz endereos IP em endereos fsicos. RARP,Reverse Address Resolution Protocol, traduz endereos fsicos emendereos IP.)


25

2CornadaApplication Aplicaes

de rede

UDPTCP

IP ARPRARP

Rede fsica

CamadaNetworkAccess

CamadaInternet

CamadaTransport

EthernetToken Rinq

PPP (Modem)FDDI

FTS

Qualquer

4. O frame de dados convertido para um fluxo de bits que transmitidopelo meio da rede.

Naturalmente, existem inmeros detalhes descrevendo como cada pro-tocolo consegue realizar suas tarefas associadas. Por exemplo, como o TCPoferece controle de fluxo, como ARP e RARP mapeiam os endereos fsicospara endereos IP e como o IP sabe para onde deve enviar um datagramaendereado a uma sub-rede diferente? Responderemos a essas perguntas emoutras horas deste livro.

Nas prximas horas, voc tambm aprender mais sobre cada um dessesprotocolos e sobre os procedimentos descritos nesta seo.

Nesta hora, voc aprendeu sobre as camadas da pilha de protocolos TCP/IP ecomo essas camadas se relacionam entre si. Voc tambm aprendeu como omodelo TCP/IP clssico se relaciona ao modelo de rede OSI de sete camadas.Em cada camada da pilha de protocolos, os dados so empacotados no formatomais til para a camada correspondente no extremo receptor. Este captulodiscute o processo de encapsular informaes de cabealho em cada camada do

Resumo

Uma viso geral dosistema bsico dosredes TCP/IP.

Figura 2.4

protocolo e esboa os diferentes termos usados em cada camada para descrevero pacote de dados. Por fim, voc teve uma viso geral de como o sistema deprotocolos TCP/IP opera do ponto de vista de alguns de seus protocolos maisimportantes: TCP, UDP, IP, ARP e RARP.


26

Perguntas e respostasQual a principal vantagem do projeto modular do TCP/IP?

Devido ao projeto modular do TCP/IP, a pilha de protocolosdo TCP/IP pode se adaptar facilmente a hardware e ambientesoperacionais especficos.

Que funes so oferecidas na camada Network Access?

A camada Network Access oferece servios relacionados redefsica especfica.

Qual camada OSI corresponde camada Internet do TCP/IP?

A camada Internet do TCP/IP corresponde camada Networkdo modelo OSI.

Por que as informaes de cabealhos so encaixadas no fim dapilha de protocolos TCP/IP?

Como cada camada do protocolo na mquina receptora precisade informaes diferentes para processar os dados recebidos,cada camada na mquina emissora encaixa informaes de ca-bealho.

WorkshopTermos-chave

Analise a seguinte lista de termos-chave:Camada Application A camada da pilha TCP/IP que d suporte aaplicaes de rede e oferece uma interface para o ambiente operacionallocal.Datagrama O pacote de dados passado da camada Internet para acamada Network Access, ou o pacote de dados passado do protocoloUDP na camada Transport para a camada Internet.


27

Frame O pacote de dados criado na camada Network Access deacordo com a especificao da rede fsica.Cabealho Um grupo de informaes de protocolo embutido comos dados em cada camada da pilha de protocolos.Camada Internet A camada da pilha TCP/IP que oferece en-dereamento lgico e roteamento.IP O protocolo da camada Internet que oferece endereamentolgico.Mensagem Na rede TCP/IP, uma mensagem o pacote de dadospassado da camada Application para a camada Transport. O termotambm usado genericamente para descrever uma mensagem de umaentidade para outra na rede. O termo mensagem nem sempre refere-sea um pacote de dados da camada Application.Projeto modular Um projeto que exige que o sistema completo sejamontado a partir dos componentes individuais que passam infor-maes por interfaces bem definidas.Camada Network Access A camada da pilha TCP/IP que ofereceuma interface com a rede fsica.Segmento O pacote de dados passado do protocolo TCP na camadaTransport para a camada Internet.TCP Transmission Control Protocol: um protocolo da camadaTransport, orientado para conexo.Camada Transport A camada da pilha TCP/IP que oferece verifi-cao de erros e confirmao, servindo como interface para aplicaesde rede.UDP User Datagram Protocol: um protocolo sem conexo dacamada Transport.

2

PARTE IIO sistema do protocoloTCP/IP

3 A camada Network Access4 A camada Internet5 Camada Internet: sub-redes6 A camada Transport7 TCP e UDP8 A camada Application9 Roteadores, roteadores-ponte e pontes

10 TCP/IP discado

Hora

HORA 3A camada Network Access

Joe Casad

Na base da pilha de protocolos TCP/IP est a camada Network Access, oconjunto de servios e especificaes que oferece e gerencia o acesso aohardware da rede. Nesta hora, voc aprender sobre as tarefas da camadaNetwork Access e como essa camada se relaciona com o modelo OSI. Estahora tambm analisa algumas tecnologias comuns de rede fsica que vocencontrar na camada Network Access.

Ao trmino desta hora, voc poder:Explicar o que a camada Network Access.Discutir como a camada Network Access do TCP/IP se relaciona como modelo de rede OSI.Explicar o que uma arquitetura de rede.Listar o contedo de um frame Ethernet.Identificar os mtodos que as redes Ethernet, token ring e FDDIutilizam para controlar o acesso ao meio,de transmisso.

Obietivos para esta hora



Protocolos e hardwareA camada Network Access a mais misteriosa e menos uniforme das camadasdo TCP/IP. Basicamente, a camada Network Access gerencia todos os serviose funes necessrios para preparar os dados para a rede fsica. Estas res-ponsabilidades so:

Interface com o adaptador de rede do computador.Coordenao da transmisso de dados com as convenes do mtodode acesso apropriado. Voc aprender mais sobre os mtodos de acessomais adiante nesta hora.Formatao dos dados para uma unidade chamada frame e a conversodesse frame para o fluxo de pulsos eltricos ou anlogos que passa pelomeio de transmisso.Verificao de erros nos frames recebidos.Incluso de informaes de verificao de erro para frames emitidos,de modo que o computador receptor possa verificar se h erros.Confirmao do recebimento dos frames de dados e novo envio deframes se a confirmao no for recebida.

Naturalmente, quaisquer tarefas de formatao realizadas sobre um frameemitido devem ocorrer ao contrrio quando o frame chegar ao seu destino efor recebido pelo computador ao qual est endereado.

A camada Network Access define os procedimentos para a interface com ohardware da rede e o acesso ao meio de transmisso. Abaixo da superfcie da camadaNetwork Access do TCP/IP voc encontrar uma mistura intricada de especifi-caes de hardware, software e meio de transmisso. Infelizmente, pelo menos paraas finalidades de uma descrio concisa, existem tantos tipos diferentes de redesfsicas que todos possuem suas prprias convenes, e qualquer uma dessas redesfsicas pode formar a base para a camada Network Access. Voc aprender sobreesses tipos de rede fsica mais adiante, ainda nesta hora. Alguns exemplos so:

Token ringEthernetFDDIPPP (Point-to-Point Protocol; atravs de um modem e telefone)

Nem todo computador em rede est em uma LAN. O software de acesso rede pode oferecer suporte para algo diferente de um adaptador de redepadro e um cabo de LAN. Uma das alternativas mais comuns umaconexo por modem a uma rede remota, como a conexo que vocestabelece quando disca para um provedor de servios da Internet (1SP).Os padres de protocolo por modem, como Serial Line Internet Protocol(SLIP) e Point-to-Point Protocol (PPP), oferecem acesso rede para a pilhade protocolos TCP/IP por meio de uma conexo com modem. Vocaprender mais sobre esses protocolos na Hora 10.

A boa notcia que a camada Network Access quase totalmente invisvelao usurio do dia-a-dia. O driver do adaptador de rede, junto com os compo-nentes de baixo nvel do sistema operacional e software de protocolo, gerenciaa maioria das tarefas relegadas camada Network Access, e algumas etapas deconfigurao curtas normalmente so tudo o que exigido de um usurio. Essasetapas esto se tornando mais simples com os recursos avanados de plug-and-play nos sistemas operacionais de desktop.

Ao continuar lendo este captulo, lembre-se de que o endereamentolgico no estilo IP discutido nas Horas 1, 2, 4 e 5 existe inteiramente nosoftware. O sistema de protocolo requer outros servios para enviar os dadosatravs de um sistema de LAN especfico at que cheguem ao adaptador derede de um computador de destino. Esses servios so a esfera de ao dacamada Network Access.

Conforme mencionamos na Hora 2, o TCP/IP oficialmente independentedo modelo de redes OSI de sete camadas, mas o modelo OSI normalmente usado como estrutura geral para se entender os sistemas de protocolos. Aterminologia e os conceitos do modelo OSI so particularmente comuns nasdiscusses da camada Network Access, pois o modelo oferece subdivisesadicionais para a ampla categoria de acesso a redes. Essas subdivises revelamum pouco mais do funcionamento interno nessa camada. O modelo OSI teminfluenciado os fornecedores de redes de computador, e a tendncia recenteem direo a padres multiprotocolo como NDIS e ODI (discutidos maisadiante nesta seo) tem acentuado a necessidade de uma terminologia comumque o modelo OSI oferece para descrever os servios dos nveis mais baixos.

Como podemos ver na Figura 3.1, a camada Network Access do TCP/IPcorresponde aproximadamente s camadas Physical e Data Link do modeloOSI.

A camada Physical do OSI responsvel por transformar o frame dedados em um fluxo de bits adequado ao meio de transmisso. Em outraspalavras, a camada Physical do OSI gerencia e sincroniza os pulsos eltricos eanlogos que formam a transmisso real. No extremo receptor, a camada fsicatransforma esses pulsos, montando-os novamente em um frame de dados.

A camada Network Access e o modelo OSI


33

3

Vale a pena mencionar que a diversidade, a complexidade e a invisibilidadeda camada Network Access tm feito com que alguns autores a excluamtotalmente das discusses sobre TCP/IP, afirmando em vez disso que apilha se baseia em drivers de LAN abaixo da camada Internet Access. Esseponto de vista possui seu mrito, mas a camada Network Access realmentefaz parte do TCP/IP, e nenhuma discusso sobre o processo de comuni-cao em rede est completa sem ela.

A camada Data Link do OSI realiza duas funes separadas e estsubdividida de acordo com as seguintes subcamadas:

Media Access Control (MAC) Essa subcamada oferece uma inter-face com o adaptador de rede. O driver do adaptador de rede, naverdade, costuma ser chamado de driver MAC.Logical Link Control (LLC) Essa subcamada realiza as funes deverificao de erro para os frames enviados pela sub-rede e gerencia oslinks entre os dispositivos que se comunicam na sub-rede.

Nas implementaes reais do protocolo de rede, a distino entre ascamadas dos sistemas TCP/IP e OSI tornou-se ainda mais complicada pelodesenvolvimento das especificaes Network Driver Interface Specification(NDIS) e Open Data-Link Interface (ODI). NDIS (desenvolvida pela Mi-crosoft e 3Com Corp.) e ODI (desenvolvida pela Apple e Novell) soprojetadas para permitir que uma nica pilha de protocolos (como TCP/IP)utilize vrios adaptadores de rede e permita que um nico adaptador derede use vrios protocolos de camada superior. Isso efetivamente permiteque os protocolos da camada superior flutuem independentemente dosistema de acesso rede, o que aumenta bastante a funcionalidade darede, mas tambm aumenta a complexidade e torna ainda mais difciloferecer uma discusso sistemtica sobre como os componentes de soft-ware se relacionam nas camadas mais baixas.

Arquitetura de redeNa prtica, as redes locais no so realmente consideradas em termos decamadas de protocolos, mas sim do que chamamos arquitetura de LAN ouarquitetura de rede. (s vezes, uma arquitetura de rede chamada de tipo deLAN ou tecnologia de LAN.) Uma arquitetura de rede, como a Ethernet,oferece um grupo de especificaes que governa o acesso aos meios, o en-dereamento fsico e a interao dos computadores com o meio de transmisso.Quando voc decide sobre uma arquitetura de rede, com efeito voc estdecidindo sobre um projeto para a camada Network Access.

Network Access


34

Figura 3.1As camadas OSI eNetwork Access. Subcamada Media

Access Control

Subcamada LogicalLink Control

Data Link

Camadas

superiores

Data Link

Physical

OSITCP/IP

A arquitetura de rede um projeto para a rede fsica e uma coleo deespecificaes que define as comunicaes nessa rede fsica. Os detalhes decomunicao so dependentes dos detalhes fsicos, de modo que as especifi-caes normalmente se juntam como um pacote completo. Essas especificaespossuem consideraes como as seguintes:

Mtodo de acesso Um mtodo de acesso um conjunto de regrasque define como os computadores compartilharo o meio de trans-misso. Para evitar colises de dados, os computadores devem seguiressas regras ao transmitirem dados.Formato do frame de dados O datagrama em nvel de IP da camadaInternet encapsulado em um frame de dados com um formatopredefinido. Os dados embutidos no cabealho devem conter asinformaes necessrias para enviar os dados pela rede fsica. Vocaprender mais sobre frames de dados em outro ponto deste captulo.Tipo de cabeamento O tipo de cabo usado para uma rede possuiimplicaes sobre outros parmetros de projeto, como as proprie-dades eltricas do fluxo de bits transmitido pelo adaptador.Regras de cabeamento Os protocolos, o tipo de cabo e as pro-priedades eltricas da transmisso influenciam nos tamanhos mximoe mnimo do cabo e nas especificaes do conector do cabo.

Detalhes como tipo e conector do cabo no so a responsabilidade diretada camada Network Access, mas para projetar os componentes de software dacamada Network Access, os desenvolvedores devem considerar um conjuntoespecfico de caractersticas para a rede fsica. Assim, o software de acesso rede deve vir com um projeto especfico do hardware.

3

Como voc viu na Parte I, a camada Network Access necessria para relacionaro endereo IP lgico, que configurado atravs do software do protocolo, aoendereo fsico permanente e real do adaptador de rede. O endereo fsico embutido na placa desde a fbrica. Os frames de dados enviados pela LAN devemusar esse endereo fsico para identificar os adaptadores de origem e de destino,mas o extenso endereo fsico (48 bits no caso das redes Ethernet) to complexoque no prtico para que as pessoas o utilizem. Alm disso, a codificao doendereo fsico em nveis de protocolo superiores compromete a arquiteturamodular flexvel do TCP/IP, que requer que as camadas superiores permaneamindependentes dos detalhes fsicos. O TCP/IP usa o Address Resolution Protocol(ARP) e o Reverse Address Resolution Protocol (RARP) para relacionar en-dereos IP aos endereos fsicos dos adaptadores de rede na LAN. O ARP e oRARP oferecem um elo entre os endereos IP lgicos vistos pelo usurio e osendereos de hardware (efetivamente invisveis) usados na LAN.

Voc aprender sobre ARP e RARP na Hora 4.

Endereamento fsico


35


Anatomia de um FrameO software da camada Network Access aceita um datagrama da camadaInternet e converte esses dados para um formato que coerente com asespecificaes da rede fsica (veja a Figura 3.2). Como existem muitos formatosde redes fsicas, existem muitos formatos para dados na camada NetworkAccess, e no seria fcil ou til descrever todos esses formatos com detalhes.

Como exemplo do que acontece com os dados na camada NetworkAccess, considere o caso da rede Ethernet, a mais comum das arquiteturas deLAN. Quando o software Ethernet recebe um datagrama da camada Internet,ele realiza as seguintes etapas:

1. Desmembra os dados da camada IP em pedaos menores, se forpreciso, que sero enviados no campo de dados dos frames Ethernet.O tamanho total do frame Ethernet deve ser entre 64 e 1.518 bytes(sem incluir um prembulo).

Figura 3.2A camada NetworkAccess formata dadospara a rede fsica.

Dados dacamadaInternet

2. Empacota os pedaos de dados em frames. Cada frame possui dadose tambm outras informaes que os adaptadores da rede Ethernetprecisam para poder processar o frame. Um frame Ethernet IEEE802.3 possui:

Prembulo Uma seqncia de bits usada para marcar o inciodo frame (8 bytes, sendo que o ltimo o Start Frame Delimiterde 1 byte).Endereo do destinatrio O endereo fsico em 6 bytes (48 bits)do adaptador de rede que receber o frame.Endereo de origem O endereo fsico em 6 bytes (48 bits) doadaptador de rede que est enviando o frame.Comprimento Um campo de 2 bytes (16 bits) indicando otamanho do campo de dados.Dados Os dados que so transmitidos com o frame.

CamadaNetworkAccess

Meio de transmisso


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Cyclical Redundancy Check (CRC) Um valor de soma deverificao em 4 bytes (32 bits) para o frame. O CRC um meiocomum de verificar transmisses de dados. O computador queenvia calcula um valor de CRC para o frame e o codifica dentro doframe. O computador que recebe recalcula o CRC e verifica ocampo CRC para ver se os valores so iguais. Se os valores noforem iguais, algum dado foi perdido ou alterado durante a trans-misso.

3. Passa o frame de dados para os componentes de nvel inferior corres-pondentes camada Physical do OSI, que convertero o frame emum fluxo de bits e o enviaro pelo meio de transmisso.

Os outros adaptadores de rede na Ethernet recebem o frame e verificamo endereo de destino. Se o endereo de destino combinar com o endereo doadaptador de rede, o software do adaptador processar o frame recebido epassar os dados para as camadas superiores da pilha de protocolos.

3

IEEE 802.3 no o nico padro Ethernet. O padro Ethernet II, usadopor alguns fornecedores, possui um formato de frame ligeiramente dife-rente.

Tecnologias de LANAs arquiteturas de rede mais comuns so as seguintes:

Ethernet, incluindo variantes como as seguintes:10Base-2 Um padro Ethernet que utiliza cabo coaxial fino.10Base-5 Um padro Ethernet que utiliza cabo coaxialgrosso.10Base-T Um padro Ethernet que utiliza um par de fiostranados em uma configurao de estrela.100Base-TX Um padro semelhante ao 10Base-T, mas comvelocidade de transmisso maior (lOOMbps).

Token ringAs prximas sees examinaro as redes Ethernet e token ring com mais

detalhes, junto com outra tecnologia de LAN emergente: FDDI.

O Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) produziu umconjunto de padres para arquiteturas de LAN. Embora token ring eEthernet tenham sido criados antes dos padres do IEEE, as especificaesIEEE 802.3 (Ethernet) e IEEE 802.5 (token ring) agora oferecem padresindependentes do fornecedor para essas importantes tecnologias de LAN.


EthernetEthernet e seu parente mais novo, Fast Ethernet, so as tecnologias de LANmais usadas hoje. A Ethernet tornou-se popular devido ao seu preo modesto;um cabo Ethernet barato e fcil de ser instalado. Os adaptadores de redeEthernet e os componentes de hardware Ethernet tambm so relativamentebaratos.

Nas redes Ethernet, todos os computadores so ligados a um meio detransmisso comum. Ethernet usa um mtodo de acesso chamado CarrierSense Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD) para determinarquando um computador est livre para transmitir dados para o meio de acesso.Usando CSMA/CD, todos os computadores monitoram o meio de trans-misso e esperam at que a linha esteja disponvel antes de transmitir. Se doiscomputadores tentarem transmitir ao mesmo tempo, haver uma coliso. Oscomputadores ento param, esperam por um intervalo de tempo aleatrio etentam transmitir novamente.

CSMA/CD pode ser comparado ao protocolo seguido por uma sala cheiade pessoas educadas. Algum que deseja falar primeiro escuta para saber sealgum mais est falando atualmente (isso Carrier Sense). Se duas pessoascomeam a falar ao mesmo tempo, ento ambos detectam isso, param de falare esperam antes de comear novamente (isso Collision Detect).

A Ethernet funciona bem sob um uso pequeno a moderado, mas sob umuso intenso, ela sofre devido s altas taxas de coliso.

Ethernet capaz de usar diversos meios e pode operar em velocidades debanda-base de 10 ou 100 Mbps. A Tabela 3.1 lista os termos usados paraidentificar o meio de cabeamento, velocidades e distncias mximas.

Nome datecnologia10Base-2

10Base-5

10Base-T

10Base-F

1 OOBase-TX1 OOBase-FX

Tipo demeio

Coaxial finoCoaxial grossoCAT3 ou CAT5 UTPFibra ticaCAT 5 UTP ou STPFibra tica

Velocidade deoperao10Megabits1 0 Megabits1 0 Megabits10 Megabits1 00 Megabits100 Megabits

Distnciamxima

185 metros500 metros100 metros2.000 metros100 metros2.000 metros

Tabela 3.1 Tecnologia de meio Ethernet

Token RingA tecnologia token ring usa um conceito completamente diferente para per-mitir que os adaptadores de rede transmitam dados no meio. Esse mtodo deacesso conhecido como passagem de fichas (token passing).

Sob o mtodo de acesso de passagem de fichas, os computadores na LANso conectados de modo que os dados sejam passados em torno da rede em umanel lgico (veja a Figura 3.3). A configurao token ring exige que os compu-tadores sejam ligados a um hub central. Isso no se parece muito com um anel,mas os hubs so ligados de modo que os dados passem de um computador parao seguinte em um movimento circular. Os computadores passam um pacotede dados chamado ficha (token) ao redor da rede. Somente o computador quemantm a ficha pode transmitir uma mensagem para o anel.


39

3

Token ring tecnicamente mais sofisticada do que Ethernet, e inclui umasrie de mecanismos internos de diagnstico e correo que podem ajudar adiagnosticar problemas na rede. Alm disso, como os dados so transmitidosde uma forma mais ordenada, token ring no sofre tanto com um grande trfegode dados. Quase tudo sobre token ring , em comparao, mais caro do queEthernet o cabo, os adaptadores de rede e os outros componentes.

Token ring normalmente opera em 4 Mbps ou 16 Mbps. A IBM recen-temente anunciou uma rede token ring de 100 Mbps.

FDDIFiber Distributed Data Interface (FDDI) uma tecnologia de LAN relati-vamente nova e cara, que emprega um par de anis de fibra tica. Um anel considerado primrio e o outro existe principalmente para reparar o anelprimrio no caso de uma falha. FDDI utiliza um mtodo de acesso de passagemde fichas, semelhante ao mtodo do token ring.

Caminho lgico dos dadosFigura 3.3Um anel de fichas.


Assim como o token ring, FDDI tambm possui recursos de deteco ecorreo de erros. Em um anel FDDI operando normalmente, a ficha passadapor cada mquina com muita freqncia. Se a ficha no for vista dentro daquantidade mxima de tempo necessria para circular o anel maior, isso indicaque houve um problema, como um cabo partido.

O cabo de fibra tica, como o cabo usado com FDDI, pode aceitarvolumes muito grandes de dados por longas distncias. FDDI opera em100 Mbps por uma distncia de 100 quilmetros.

Nesta hora, voc aprendeu sobre a camada Network Access, a mais diversifi-cada e talvez a mais complexa camada na pilha de protocolos TCP/IP. A camadaNetwork Access define os procedimentos para a interface com o hardware darede e o acesso ao meio de transmisso. Existem muitos tipos de arquiteturasde LAN, e portanto muitas formas diferentes que a camada Network Accesspode assumir. Este captulo tambm descreve o contedo de um frameEthernet e esboa rapidamente as tecnologias de rede Ethernet, token ring e FDDI.

Que tipos de servios so definidos na camada Network Access?

A camada Network Access possui servios e especificaes quegerenciam a tarefa de acessar a rede fsica.

Quais camadas OSI correspondem camada Network Accessdo TCP/IP?

A camada Network Access corresponde aproximadamente scamadas Data Link e Physical do modelo OSI.

Quais so as arquiteturas de LAN mais comuns?

As arquiteturas de rede local mais comuns so Ethernet, comsuas variantes de cabeamento e token ring.

O que CSMA/CD?

CSMA/CD significa Carrier Sense Multiple Access with Colli-sion Detect, um mtodo de acesso rede usado em redes Ethernet.Sob CSMA/CD, os computadores de uma rede esperam um

Perguntas e respostas

Resumo

momento de silncio para transmitirem, e se dois computadorestentarem transmitir ao mesmo tempo, ento ambos param, es-peram por um intervalo aleatrio e transmitem novamente.

O que passagem de fichas?

Passagem de fichas um mtodo de acesso rede usado por redestoken ring e FDDI. Um pacote de dados, chamado ficha, circulaem torno da rede. Somente o computador que possui a ficha podetransmitir dados.

3


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WorkshopTermos-chave

Analise a seguinte lista de termos-chave:Mtodo de acesso Um procedimento para regular o acesso ao meiode transmisso.CRC Cyclical Redundancy Check, um clculo de soma de verifi-cao usado para verificar o contedo de um frame de dados.CSMA/CD O mtodo de acesso rede usado pela Ethernet.Frame de dados Um pacote de dados transmitido por uma redeEthernet.Camada Data Link A segunda camada do modelo OSI.Ethernet Uma arquitetura de LAN popular, usando o mtodo deacesso rede CSMA/CD.FDDI Uma arquitetura de rede com passagem de fichas, usandoum cabo de fibra tica.Subcamada Logical Link Control Uma subcamada da camada DataLink do modelo OSI, responsvel pela verificao de erros e gerencia-mento de links entre os dispositivos na sub-rede.Subcamada Media Access Control Uma subcamada da camada DataLink do modelo OSI, responsvel"pela interface com o adaptador derede.Arquitetura de rede Uma especificao completa para uma redefsica, incluindo especificaes para o mtodo de acesso, frame dedados e cabeamento de rede.Endereo fsico Um endereo de rede permanente embutido naplaca adaptadora pelo fabricante, usado para fornecer dados pela redefsica.

Camada Physical A primeira camada OSI, responsvel por trans-mitir o frame de dados em uma seqncia de bits adequada ao meio detransmisso.Prembulo Uma srie de bits marcando o incio da transmisso deum frame de dados.Passagem de fichas O mtodo de acesso rede usado pelas redestoken ring.Token ring Uma arquitetura de LAN que apresenta uma topologiade anel e um mtodo de acesso rede de passagem de fichas.


HORA 4A camada Internet

Bob Willsey

A camada Internet da pilha de protocolos TCP/IP onde residem trs proto-colos-chave do TCP/IP. Esses trs protocolos so IP, ARP e ICMP, e cada umpossui uma finalidade especfica. Existem dois outros protocolos menores nacamada Internet: RARP e IGMP. Dos cinco protocolos TCP/IP que operamna camada Internet, IP e ARP so os mais usados.

Nesta hora discutiremos sobre IP, ARP e ICMP, sua finalidade e comoeles funcionam. Mencionaremos rapidamente RARP e IGMP. Tambm discu-tiremos sobre endereamento de IP e classes de endereo, e explicaremos comoconverter nmeros binrios em decimais e vice-versa, alm de como converterum nmero binrio de 32 bits para um formato conhecido como notaodecimal pontuada.

Ao trmino desta hora, voc poder:Explicar a finalidade do IP, ARP e ICMP.Explicar o que so cdigos de rede e host.Explicar o que um octeto.Converter um nmero decimal para o seu equivalente binrio.Converter um endereo IP binrio de 32 bits para uma notao decimalpontuada.


Objetivos para esta hora

44 Aprenda em 24 horasTCP/lP

Descrever a construo de um cabealho IP.Explicar a finalidade do endereo IP.Listar as caractersticas e usos de endereos de Classe A, B, C, D e E.Identificar os campos de cdigo de rede e host para endereos deClasse A. B e C.

Internet Protocol (IP)TCP/IP opera em parte porque centenas de milhes, se no bilhes de com-putadores, usam um nico esquema de endereamento comum, chamadoendereamento IP. O protocolo IP usa endereos IP capazes de enviar dadosde modo rpido e eficaz na forma de datagramas para um computador es-pecfico, em qualquer lugar do mundo. Por exemplo, se eu estou no Rio deJaneiro lendo pginas da Web de um site em Hong Kong, os datagramastransportando o contedo da Web podem passar por dezenas de redes eroteadores enquanto trafegam de Hong Kong at o meu computador. Cadadatagrama pode ser transportado em diversos protocolos da camada NetworkAccess diferentes. O datagrama pode comear em uma rede Ethernet e depoispassar por um roteador para uma rede token ring e depois por outro roteadorpara uma rede Sonet e depois por outro roteador at uma rede X.25, e assimpor diante. Finalmente, o datagrama chega ao adaptador de rede no meucomputador e dado ao protocolo IP no seu destino.

Isso significa duas coisas. Primeiro, o protocolo IP usa um esquema deendereamento constante. Os protocolos (como Ethernet, X.25, token ring eSonet) que operam na camada mais baixa da pilha TCP/IP e realmente trans-portam os datagramas, possuem esquemas de endereamento incompatveis.Os esquemas de endereamento usados para transportar datagramas em cadasegmento da rede mudam conforme o datagrama passa de um segmento darede para outro. No entanto, o esquema de endereamento IP permanececonstante, isolado e inafetado pela implementao exclusiva de cada tecno-logia de rede bsica.

Segundo, ARP usado em cada segmento por onde um datagrama passa,a fim de traduzir endereos IP em endereos fsicos usados por esse segmentoda rede. Esses dois protocolos, IP e ARP, trabalham juntos e com a camadaNetwork Access para mover os datagramas entre os dois extremos. Umextremo o protocolo IP localizado no computador que envia o datagrama,normalmente designado pelo endereo Source IP. O outro extremo o proto-colo IP localizado no computador de destino final, definido pelo endereoDestination IP.

O Internet Protocol (IP) um software que realiza, diversas funes. Ele responsvel pelo modo como os datagramas so criados e movidos por umarede. O IP realiza um grupo de tarefas ao transmitir dados para um computadore um grupo diferente de tarefas quando recebe dados de outro computador.


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Trs campos (reas de informao) bsicos de 32 bits dentro do software deIP so fundamentais sua operao:

Campo IP Address Um endereo de 32 bits exclusivo atribudo aum computador ou, mais precisamente, a um n. (O termo n serdescrito mais adiante neste captulo.)Campo Subnet Mask Um padro de 32 bits usado para dizer ao IPcomo determinar qual parte do endereo IP a parte da rede e qual a parte do host.Campo Default Gateway Um endereo opcional de 32 bits que, seestiver presente, identifica o endereo de um roteador. Os datagramasdestinados a outra rede so enviados a esse endereo para seremroteados apropriadamente.

Ao enviar dados, o IP no computador de origem deve determinar se odestino est na mesma rede (local) ou se est em uma rede diferente (remota).O IP determina isso realizando dois clculos e comparando os resultados. Seos resultados forem idnticos, o destino ser determinado como local; casocontrrio, o destino ser remoto. Se o destino for local, o IP poder iniciar acomunicao direta. No entanto, se o destino for remoto, ento o IP devecomunicar-se por meio de um gateway (roteador), que na maioria dos casos o gateway padro. Quando o Source IP acaba de preparar o datagrama paratransmisso, ele passa o datagrama para a camada Network Access, que trans-mite o datagrama para o meio a fim de iniciar sua jornada at o computador dedestino.

Quando os dados chegam no computador de destino, a camada NetworkAccess os recebe inicialmente. A camada Network Access verifica se o framefoi modificado e se foi entregue ao endereo fsico correto. Supondo que oframe tenha chegado corretamente, a camada Network Access extrai a partedos dados do restante do frame e os passa para o protocolo designado pelocampo de tipo de nvel de frame. Neste caso, consideraremos que a parte dedados ser passada para o IP.

O IP, ao receber o datagrama da camada Network Access, primeiroverifica se o datagrama em si no foi modificado em trnsito. Em seguida, eleverifica se o datagrama foi entregue ao computador correto, comparando oendereo Destination IP contido no datagrama com o endereo IP do compu-tador. Se os dois endereos forem iguais, o datagrama foi entregue ao destinocorreto. O IP em seguida verifica os campos dentro do datagrama para ver asinstrues enviadas pelo Source IP. Essas instrues solicitam que o Destina-tion IP realize alguma funo; normalmente, as instrues so para entregar osdados ao TCP ou ao UDP, na prxima camada da pilha do TCP/IP.

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Campos de cabealho de IPNa interligao da rede, praticamente toda camada ou protocolo precisa incluirinformaes para o seu prprio uso. Essas informaes normalmente socolocadas antes dos dados e consideradas genericamente como cabealho. OIP utiliza cabealhos, assim como Ethernet e token ring na camada NetworkAccess, e UDP e TCP na camada Transport. Um cabealho possui vriasunidades de informao distintas, denominadas campos. Um campo podeconter o endereo de destino do datagrama ou pode descrever o que fazer comos dados quando eles chegarem ao seu destino.

Todo datagrama IP contm um cabealho IP alm da parte de dados queest transportando. Aparte de dados refere-se aos dados que qualquer camadatransporta. A parte de dados a estrutura de dados inteira que foi passada daprxima camada superior (na extremidade de envio) ou da prxima camadainferior (na extremidade de recepo).

O IP no computador de origem constri o cabealho IP. Como jdissemos, o IP no destino examina as instrues no cabealho IP para deter-minar o que deve fazer com os dados desse datagrama. Existem muitas infor-maes no cabealho IP, incluindo os endereos IP do host de origem e dedestino; pode at mesmo haver instrues para roteadores. Cada roteador queo datagrama atravessa, em seu caminho do computador de origem at o destino,tambm examina e at mesmo atualiza uma parte do cabealho IP.

Para obter informaes adicionais sobre cabealhos IP, consulte o RFC791.

O tamanho mnimo de um cabealho IP de 20 bytes. Um cabealhocontm as informaes que aparecem na Figura 4.1. A figura possui uma escalano alto para ajud-lo a identificar quantos bits so dedicados a cada campo. Oscampos no cabealho IP podem ter 4, 8, 16 ou 32 bits de extenso.

Verso Indica qual verso do IP est sendo usada. A verso atualdo IP 4. O padro binrio 0100.Internet Header Length (IHL) Corresponde ao tamanho do ca-bealho IP em palavras de 32 bits. O tamanho mnimo do cabealho de cinco palavras de 32 bits. O padro binrio mais comum para essecampo 0101.Tipo de servio O Source IP pode designar informaes especiaisde roteamento. As principais escolhas so Low ou Normal Delay,Normal ou High Throughput e Normal ou High Reliabilty. Existemoutras sete opes raramente usadas.Tamanho total Identifica o tamanho, em octetos, do datagrama IP.Esse tamanho inclui o cabealho IP e a parte de dados.


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Um campo decabealho IP.

Figura 4.1

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Identificao Um nmero seqencial incrementado e atribudo aosdatagramas pelo Source IP.Flags Flags indicam possibilidades de fragmentao. Existe um totalde trs flags, sendo que o primeiro deles no usado. Um flag DF(Don't Fragment) indicar se a fragmentao permitida e o flag MF(More Fragments) indicar se o datagrama um fragmento. Quandofor 0, o flag MF indicar que no existem mais fragmentos ou que elenunca foi fragmentado.

Deslocamento do fragmento Um valor numrico atribudo a cadafragmento sucessivo. O IP no destino usa o deslocamento do frag-mento para remontar os fragmentos na ordem correta.Tempo de vida Indica a quantidade de tempo em segundos ou hopsde roteador que o datagrama pode sobreviver antes de ser descartado.Cada roteador examina e decrementa esse campo em pelo menos 1, oupelo nmero de segundos em que o datagrama foi atrasado dentro doroteador. O datagrama descartado quando esse campo atinge zero.

A fragmentao ocorre quando a origem de um datagrama TCP/IP estem uma rede que permite grandes trechos de dados, como a token ring.Por exemplo, um datagrama TCP/IP poderia comear com uma parte dedados de 4.000 bytes. Se o datagrama for roteado por uma rede Ethernet,onde a parte de dados de IP mxima de 1.480 bytes, a fragmentaodever ocorrer. Se a fragmentao estiver permitida, o roteador dividir agrande parte de dados em vrios fragmentos de dados menores e osenviar pela rede Ethernet como vrios datagramas. No destino, osdatagramas fragmentados sero remontados.

0 12 3

Verso

4 56 7

IHL

Identif

Tempo de vida

1 1

8 90 1

Tipo de

cao

1 11 1

2 34 5

servio

Protocolo

Endereo IP

Endereo IP

Parte de dados de

1 11 1

6 78 9

2 22 2

0 12 3

2 22 2

4 56 7

2 23 3

8 90 1

Tamanho total

Flags

Soma

de origem

de destino

IP (muitos

Deslocamento do fragmento

de verificao do cabealho

(bytes)


Um hop ou um hop de roteador relaciona-se a um roteador pe lo qua l umdatagrama trafega em seu caminho at o destino. Se o da tagrama passa por

cinco roteadores antes de chegar ao seu dest ino, diz-se que o destino est a cinco hops(ou cinco hops de roteador) de distncia.

NOVOTERMO

Protocolo Este campo contm o endereo do protocolo ao qual oIP deve entregar a parte de dados.

Nome do protocolo Endereo do protocolo

ICMP 1TCP 6UDP 17

Soma de verificao do cabealho Este campo contm um valorcalculado de 16 bits para verificar a validade apenas do cabealho. Ocampo recalculado em cada roteador medida que o campo Tempode vida (TTL) decrementado.Endereo IP da origem Este endereo usado pelo Destination IPquando envia uma resposta.Endereo IP do destino Este endereo usado pelo Destination IPpara verificar se a entrega foi correta.Parte de dados do IP Este campo normalmente contm dadosdestinados remessa para TCP ou UDP na camada Transport, ICMPou IGMP. A quantidade de dados varivel, mas poderia incluirmilhares de bytes.

Endereamento de IPOs endereos de IP, como os endereos de rua, garantem que os itens podemser entregues no local correto. Um carteiro usa o nome da rua e o nmero dacasa para saber onde entregar a correspondncia. O endereo de IP tambm dividido em duas partes, o cdigo da rede e o cdigo do host. O cdigo darede relaciona-se ao nome de uma rua; cada casa na rua usa o mesmo nome derua. Da mesma forma, cada computador em uma rede usa o mesmo cdigo derede. Seguindo a mesma analogia, cada casa de uma rua possui um endereodiferente. Da mesma forma, cada computador em uma rede possui um cdigode host diferente.

Algumas ruas so curtas e possuem apenas alguns endereos, enquantooutras so longas e possuem muitos endereos. E para que a comparaofuncione, algumas ruas possuem tamanho mdio, com um nmero mdio deendereos. O cdigo da rede relaciona-se ao nmero de ruas (e o nmero deredes disponveis). Um cdigo de rede grande relaciona-se a muitas ruas (ouseja, redes), enquanto um cdigo de rede pequeno relaciona-se a um menornmero de ruas. O cdigo do host relaciona-se ao nmero dos endereos de

uma rua, ou endereos em uma rede. Um cdigo de host grande permite muitosendereos, enquanto um cdigo de host pequeno permite um pequeno nmerode endereos.

Cdigo de rede e hostTeoricamente, todo computador que usa TCP/IP dever ter um endereo de32 bits exclusivo.

Na prtica, o uso de software de servidor proxy muda a regra que exigeque todo computador tenha um endereo de 32 bits exclusivo, mas esse um tpico avanado, que seguramente pode ser ignorado neste momento.


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O endereo de 32 bits dividido em dois agrupamentos distintos. Umgrupo de bits o cdigo da rede. O grupo de bits restante o cdigo do host.O local exato onde o cdigo da rede termina e o cdigo do host inicia baseadona classe de endereos qual o cdigo da rede pertence. Isso explicado comdetalhes na seo "Classes de endereo", mais adiante neste captulo.

Em uma rede do tipo de uma LAN, todo computador usando TCP/IPdever ter o mesmo cdigo de rede, pois todos os computadores fazem parteda mesma rede. Alm disso, dentro da rede (LAN), todo computador deve terum cdigo de host exclusivo. Os administradores locais atribuem endereosque contm cdigos de host exclusivos quando instalam e configuram oTCP/IP nos computadores. Voc pode alugar um cdigo de rede no seuprovedor ou pode receber um cdigo de rede da Internet Assigned NumbersAuthority (IANA).

Como todos os endereos IP em uma rede compartilham o mesmocdigo de rede, os administradores locais devem atribuir cdigos de hostexclusivos, que quando combinados com o cdigo de rede criam endereos IPexclusivos. A palavra host usada para identificar um computador que estligado a uma rede. A maioria dos computadores configurada apenas com umendereo IP, e para esses computadores voc pode pensar no endereo IP comoo endereo IP do computador. No entanto, computadores, como os servidores,geralmente possuem vrios adaptadores de rede e, portanto, vrios endereosIP. possvel ainda atribuir vrios endereos IP a um nico adaptador de rede.Nessas situaes, voc no deseja relacionar um computador a um nicoendereo IP, pois na realidade possui vrios endereos. Assim, para sermosmais exatos, usamos o termo n, onde um n um ponto de contato como,por exemplo, uma placa de interface de rede (NIC). Resumindo, cada cdigode host corresponde a um n, e um nico computador host pode ter vrioscdigos de host e, portanto, vrios ns.

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Trabalho com octetosComo j dissemos, o IP utiliza um endereo de 32 bits, que um padro de 32Os e 1s. difcil que as pessoas se lembrem de 32 coisas quaisquer em ordem,muito menos um padro aparentemente insignificativo de Os e ls. Para tornaresse padro mais fcil de se trabalhar, ele dividido em quatro agrupamentosconhecidos como octetos. Cada octeto contm oito bits binrios que soconvertidos para um nico nmero decimal, para facilitar o uso. Com oito bits,existem exatamente 256 combinaes possveis; qualquer padro de octetosempre ser convertido para um nmero decimal de 0 a 255.

Para trabalhar com TCP/IP, voc precisa saber como converter um octetobinrio em um nmero decimal e tambm realizar a operao contrria, queconverte um nmero decimal para um octeto binrio. Embora essas conversessejam facilmente realizadas com uma calculadora cientfica, os tcnicos emTCP/IP devero saber como realizar a converso usando lpis e papel.

As prximas sees mostram como realizar as converses, alm decalcular uma variao da converso de octeto binrio para nmero decimal, emque um nmero binrio de 32 bits convertido para o que chamamos de notaodecimal pontuada.

Converso de um octeto binrio para um nmerodecimal

Antes de entrarmos na converso, voc deve primeiro aprender sobre aspotncias de 2, pois um nmero binrio baseado nas potncias de 2. AFigura 4.2 mostra as oito potncias diferentes de 2 que voc deve aprender. Osnmeros binrios sempre comeam com o nmero 1 e dobram a cada potncia.O padro o seguinte: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128. E pronto! Observe que onmero 1 est localizado no canto direito da figura, enquanto o nmero 128est localizado no canto esquerdo. Isso semelhante ao sistema decimal de 1,10, 100, 1.000 etc, que coloca os nmeros maiores esquerda e os menores direita.

Potncias de 2 e seusequivalentes decimais.

Figura 4.2

Se voc puder som-los, poder converter de binrio para decimal.Comece escrevendo os equivalentes decimais somente para as posies

de bit onde um bit est presente, ou seja, voc ignora as posies que possuem0. Depois some os nmeros que voc escreveu. Por exemplo, dado o padro10000001, com bits 1 em cada extremo do padro, o bit 1 no canto esquerdo

Binrio(potncias de 2

Equivalentedecimal

27

128

26

64

25

32

24

16

23

8

22

4

21

2

2o

1

do padro representa o nmero 128, e o bit 1 no canto direito do padrorepresenta o nmero 1. Para converter, some o nmero 128 ao nmero 1; oresultado 129. Voc poderia escrever isso como uma soma, por exemplo:128 + 1 = 129. Portanto, o padro binrio 10000001 equivalente ao nmerodecimal 129.

Agora vamos tentar um padro mais difcil. Dado o padro 10010100, osbits que so 1 representam os nmeros decimais 128, 16 e 8. Escrevendo essesnmeros como uma soma, o resultado 128 + 16 + 8 = 148. Portanto, o padrobinrio 10010100 equivalente ao nmero decimal 148.

Se voc acha que precisa de mais prtica para converter de binrio paradecimal, poder verificar a seo Workshop no fim desta hora, que possuidiversos problemas prticos com as respostas corretas. 4


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Na seo anterior voc aprendeu a converter um octeto de 8 bits para o seunmero decimal equivalente. Lembre-se de que o IP usa 32 bits, e no 8. Pararepresentar um nmero binrio de 32 bits inteiro, usamos o que conhecidocomo notao decimal pontuada, que basicamente quatro nmeros decimaisseparados por pontos. Um exemplo de notao decimal pontuada se parececom 192.59.66.200. Neste caso, os quatro nmeros so arbitrrios; cadanmero individual poderia ter sido qualquer nmero entre 0 e 255.

Converso de um nmero binrio de 32 bits para umanotao decimal pontuada

Como os nmeros nos quatro locais so variveis, s vezes as letras w, x,y e z so usadas para representar as quatro variveis. Voc tambm podervera notao decimal pontuada representada comow.x.y.z ou ainda comouma combinao de nmeros decimais e letras, como 172.10.y.z. Issopode ser confuso a princpio, mas far mais sentido conforme voc ganhaexperincia.

Para converter o padro binrio 11000000001110110100001011001000no formato muito mais utilizvel da notao decimal pontuada, siga estasetapas:

1. Escreva o padro binrio de 32 bits:11000000001110110100001011001000

2. Reescreva o padro como quatro padres de octeto (8 bits):11000000 00111011 01000010 11001000

3. Apanhe um octeto de cada vez e converta-o para o seu nmerodecimal equivalente:11000000 igual a 128 + 64 = 19200111011 igual a 32 + 16 + 8 + 2 + 1 = 59


01000010 igual a 64 + 2 = 6611001000 igual a 128 + 64 + 8 = 200

4. Escreva a notao decimal pontuada combinando os resultados daetapa 3:192.59.66.200

Converso de um nmero decimal para um octetobinrio

A converso de decimal para binrio exige diversas etapas, mas novamente issono difcil. No exemplo a seguir, convertemos o nmero decimal 207 para oseu equivalente binrio.

Para converter um nmero decimal para um octeto binrio, siga estasetapas:

1. Escreva o nmero decimal que voc deseja converter:207

2. Compare o nmero decimal (neste caso, 207) com o nmero 128. Seo nmero decimal for maior ou igual a 128, subtraia 128; casocontrrio, subtraia 0 para criar um novo nmero decimal.207 > = 128? Resposta = Sim 207 - 128 = 79

3. Apanhe o resultado da etapa 2 (neste caso, 79) e compare-o com onmero 64. Se o nmero decimal for maior ou igual a 64, subtraia 64;caso contrrio, subtraia 0 para criar um novo nmero decimal.79 >= 64? Resposta = Sim 79 - 64 = 15

4. Apanhe o resultado da etapa 3 (neste caso, 15) e compare-o com onmero 32. Se o nmero decimal for maior ou igual a 32, subtraia 32;caso contrrio, subtraia 0 para criar um novo nmero decimal.15>=32? Resposta = No 1 5 - 0 = 1 5

5. Compare o resultado da etapa 4 com cada potncia sucessivamentemenor de 2 (como voc fez at aqui). Se a resposta na comparaofor Sim, subtraia a potncia de 2 sendo comparada; se for No,subtraia 0.15>=16? Resposta = No 1 5 - 0 = 1 515>=8? Resposta = Sim 15-8 = 77 > = 4? Resposta = Sim 7 - 4 = 33 > = 2? Resposta = Sim 3 - 2 = 11 > = 1 ? Resposta = Sim 1 - 1 = 0

6. Escreva S de Sim e N de no para criar um padro de oito Ss e Ns quecorrespondem s oito comparaes que voc realizou.SSNNSSSS

7. Transforme cada S em 1 e cada N em 0.11001111

Voc j converteu o nmero decimal 207 pelo seu equivalente binrio,11001111. Com o tempo, voc poder desenvolver atalhos para reduzir onmero de etapas. Mas, at que voc possa converter com facilidade, use estemtodo. Ele muito fcil de acompanhar e funciona para qualquer nmerodecimal entre 0 e 255.

Classes de endereoQuando o TCP/IP estava em sua infncia, ningum imaginava a extenso qual ele cresceria. Um nmero binrio de 32 bits pode representar mais de4 bilhes de nmeros diferentes. Se os nmeros de 32 bits forem usados comoendereos, ento teoricamente eles devero aceitar mais de quatro bilhes decomputadores. Na prtica, no entanto, o nmero de computadores capazes deserem aceitos pelo TCP/IP no de quatro bilhes, mas mesmo assim umaquantidade muito gra

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