Camada de Rede

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Faculdade Estácio Sá – PE
SISTEMAS DE INFORMAÇÃO 
REDES DE COMPUTADORES 
PROF :DJACIR MACIEL
maciel.estacio@gmail.com
Aula 6 – CAMADA DE REDE 
CAMADA DE REDE 
 Roteamento
Para onde devo enviar este Pacote ? 
CAMADA DE REDE 
E o Percurso ? 
Qual a importância do caminho ?
O que encontramos no caminho ?
Qual o melhor caminho ?
E como o encontramos ? 
CAMADA DE REDE 
O Caminho a seguir
Meio de Transporte
Velocidade
Distância
Estado 
CAMADA DE REDE 
Funções :
Tem como função básica o roteamento da informação;
Endereçamento Lógico;
Algoritmos de roteamento;
Responsável pelo entrega dos pacotes da origem para qualquer destino na rede, para este processo chamamos de roteamento. 
CAMADA DE REDE 
Funções
O roteamento tem por finalidade enviar pacotes de uma origem para um destino por um “bom” caminho; 
Se deve considerar custos dos caminhos; 
O melhor caminho nem sempre tem menor custo.
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Os caminhos podem ser vários ,mas apenas um será escolhido, de acordo com alguns critérios.
CAMADA DE REDE 
Funções
Comutação: mover pacotes da entrada do roteador para a saída apropriada do roteador; 
 Roteamento: determinar a rota a ser seguida pelos pacotes desde a origem até o destino. 
CAMADA DE REDE 
Entidade de Redes em Roteadores ou Hosts
Necessidade da Camada de Rede 
CAMADA DE REDE 
CAMADA DE REDE 
As camadas física e de enlace de dados de uma rede operam localmente; 
Juntas, essas duas camadas são responsáveis pela entrega de dados na rede de um nó para o seguinte; 
CAMADA DE REDE 
O exemplo da rede mostrada é composta por cinco redes: quatro LANs e uma WAN;
Se o host A precisar enviar um pacote de dados para o host D, o pacote precisa ir primeiro de A a S1 (um switch ou roteador), em seguida, de S1 a S3 e, finalmente, de S3 para o host D; 
Dizemos que o pacote de dados passa por três links; 
 Em cada link estão envolvidas duas interfaces de camadas físicas e duas camadas de enlace de dados.
CAMADA DE REDE 
Entretanto, existe um grande problema nesse caso : 
Quando os dados chegam na interface f1 de S1, como S1 fica sabendo que a interface f3 é a interface de saída? 
Não há nenhuma informação na camada de enlace de dados (ou na camada física) para auxiliar S1 a tomar a decisão correta. 
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O frame também não transporta qualquer informação de roteamento; 
O frame contém o endereço MAC de A como origem e o endereço MAC de S1 como destino;
Para uma LAN ou WAN, entregar significa transportar o frame por meio de um link e não além disso.
Necessidade da Camada de Rede 
CAMADA DE REDE 
A camada de rede na origem é responsável pela criação de um pacote com dados provenientes de outro protocolo; 
O cabeçalho do pacote contém, entre outras informações, os endereços lógicos da origem e do destino; 
 A camada de rede é responsável por consultar sua tabela de rotas para encontrar informações de roteamento (como a interface de saída do pacote ou o endereço físico do nó seguinte). 
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A camada de rede no destino é responsável pela verificação de endereços;
Ela se certifica que o endereço de destino do pacote é o mesmo que o endereço do host; 
Se o pacote chegar, a camada de rede espera até, que todos os fragmentos tenham chegado e então os remonta e entrega o pacote remontado para a camada de transporte.
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Origem e Destino 
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Datagramas : 
Na Internet, a camada de rede, é uma rede de comutação de pacotes; 
Dizemos que, em geral, a comutação pode ser dividida em três grandes categorias: comutação de circuitos, comutação de pacotes e comutação de mensagens. 
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A comutação de pacotes pode usar tanto o método de circuitos virtuais como o de datagramas.
A Internet optou pelo método de datagramas para a comutação na camada de rede;
Ela usa os endereços universais definidos na camada de rede para direcionar pacotes, da origem ao destino.
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Tipos de Entregas do Datagrama: 
Unicast 
Broadcast;
Multicast; 
Anycast.
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Unicast 
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Broadcast
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Multicast
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Anycast 
Um pacote é entregue a um membro mais próximo de um grupo; 
Anycast é utilizado em modelos de atualização de grupos de DNS; 
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O IPv4 é um protocolo de datagrama sem conexão e não confiável; 
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Redes de Dados 
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É o conhecido como serviço de entrega Best-effort,não prevê mecanismo de controle de fluxo ou erros; 
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O protocolo IP não onera o serviço IP ao proporcionar confiabilidade; 
Em comparação com um protocolo confiável, o cabeçalho IP é menor; 
O transporte destes cabeçalhos menores requer menos overhead. 
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Menos overhead significa menos atraso na entrega; 
Esta característica é desejável para um protocolo da camada 3; 
O IP geralmente é considerado um protocolo não confiável; 
 Neste contexto, não confiável não significa que o IP trabalhe adequadamente algumas vezes e não funcione bem outras vezes
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Isso também não quer dizer que ele não seja adequado como protocolo de comunicação de dados; 
O significado de não confiável é simplesmente que o IP não possui a capacidade de gerenciar e recuperar pacotes não entregues ou corrompidos.
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O cabeçalho de um pacote IP não inclui campos necessários para uma entrega de dados confiável;
Não há confirmações da entrega de pacotes. Não há controle de erros para os dados;
Também não existe nenhuma forma de rastreamento de pacotes, e por isso não há possibilidade de retransmissão de pacotes. 
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Independente do Meio Físico 
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A camada de rede também não fica sobrecarregada com as características do meio físico em que os pacotes serão transportados;
O IPv4 e o IPv6 operam independentemente do meio físico que transporta os dados nas camadas inferiores da pilha de protocolo;
É responsabilidade da camada de Enlace de Dados do OSI pegar um pacote IP e prepará-lo para transmissão pelo meio físico de comunicação;
Isso quer dizer que o transporte de pacote IP não está limitado a nenhum meio físico particular.
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O IPv4 pressupõem a falta de confiabilidade das camadas inferiores e faz o máximo para entregar a informação ao seu destino; 
 Se por acaso a confiabilidade do serviço for imprescindível, ele pode ser usado em conjunto com o protocolo TCP; 
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Pacote IPV4 – Empacotando a pdu da camada de Transporte.
O IPv4 encapsula ou empacota o segmento ou datagrama da camada de tranpsorte para que a rede possa entregá-lo ao host de destino.
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Pacote IPV4 – Empacotando a pdu da camada de Transporte
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Pacote IPV4 – Empacotando a pdu da camada de Transporte
Estrutura do IPv4
O endereço IP, na versão 4 do IP (IPv4), é um número de 32 bits oficialmente escrito com quatro octetos (Bytes) representados no formato decimal como, por exemplo, "192.168.1.3“; 
A primeira parte do endereço identifica uma rede específica na internet, a segunda parte identifica um host dentro dessa rede. 
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Estrutura do IPv4
Devemos notar que um endereço IP não identifica uma máquina individual, mas uma conexão à internet; 
Assim, um gateway conectando à n redes tem n endereços IP diferentes, um para cada conexão.
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Estrutura do IPv4
Porção de Rede e Host 
Para cada endereço IPv4, uma porção dos bits mais significativos representa o endereço de rede; 
Na Camada 3, definimos uma rede como grupo de hosts que têm padrões de bits idênticos na porção de endereço de rede de seus endereços. 
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Formato do Datagrama IP e seus Campos
 
CAMADA DE REDE 
CAMADA DE REDE 
Formato do Datagrama IP e seus Campos
Um datagrama é um pacote de comprimento variável constituído de duas partes: 
Cabeçalho e dados ; 
O cabeçalho tem
comprimento de 20 a60 bytes e contém informações essenciais para o roteamento e a entrega.
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Versão (VER) : Esse campo de 4 bits define a versão do protocolo lpv4; 
Comprimento do cabeçalho (HLEN) : Esse campo de 4 bits define o comprimento total do cabeçalho do datagrama em palavras de 4 bytes; 
Serviços: O IETF mudou a interpretação e o nome deste campo de 8 bits; 
Esse campo, anteriormente denominação tipo de serviço, agora se chama serviços diferenciados. 
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Serviços diferenciados 
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Comprimento Total : Trata-se de um campo com 16 bits que define o comprimento total de um datagrama IPv4 e bytes;
Identificação : Trata do processo de fragmentação;
Flags : Esse também é usado na fragmentação; 
Tempo de Vida : Um datagrama tem uma vida útil limitada na sua transmissão por uma internet.
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Protocolo : Define o protocolo de nível superior que está utilizando os serviços da camada IPv4;
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Checksum : Utilizado para verificação de possíveis erros no cabeçalho;
Endereço de Origem : Esse campo de 32 bits define o endereço IPv4 de origem;
Endereço de Destino : Esse campo de 32 bits define o endereço IPv4 de destino; 
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Datagrama IP
Endereçamento IPv4 – Classfull 
Classe D : Reservada para Multicast
Classe E : Reservada para Estudos Futuros 
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Exemplo de um IP Classe C 
Definições Importantes 
Endereço de Rede :Possuem todos os bits de Host iguais a Zero ;
 192.18.1.0
Endereço de Broadcast :Possuem todos os bits de host iguais a um.
 192.168.1.255 
Endereço de Host :Possui pelo menos um bit de Host diferente de zero: 
 192.168.1.2
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Endereçamento IPv4 – Classfull 
Endereçamento de IPV4 – Classfull 
Máscara de rede 
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Endereçamento de IPV4 – Públicos 
Endereçamento públicos são determinados pelo Internic e consistem em identificações de rede com base na classe ou em blocos de endereços com em CIDR que são únicos na internet;
São os ip's (IP internet), que poderão ser acessados na internet (ex: o IP de um site publicado na internet).
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Endereçamento de IPV4 – Privados 
Embora a maioria dos endereços de host IPv4 sejam endereços públicos designados para uso em redes que são acessíveis pela Internet, há intervalos de endereços que são usados em redes que precisam acesso limitado ou nenhum acesso à Internet;
Esses endereços são chamados de endereços privados.
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Endereços Privados
Os intervalos de endereços privados são:
de 10.0.0.0 a 10.255.255.255 (10.0.0.0 /8)
172.16.0.0 a 172.31.255.255 (172.16.0.0 /12)
92.168.0.0 a 192.168.255.255 (192.168.0.0 /16)
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Endereços Privados
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Endereçamento de IPV4 – Reservados 
Endereços de Rede e de Broadcast
O endereço de rede é o primeiro endereço de uma rede e não deve ser usado nas configurações dos host;
192.168.1.0 
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Endereçamento de IPV4 – Reservados 
Endereços de Rede e de Broadcast
O endereço de Broadcast possuem o último octeto do campo correspondente do host ,preenchido com 1 e também não deve ser utilizada na rede.
192.168.1.255 
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Conceito de Rota 
É um caminho por um onde um pacote trafega até chegar aos seu destino; 
Existem alguns tipos de rotas, como : Estáticas,padrão e dinâmica; 
Endereçamento de IPV4 – Reservados 
Rota Padrão
A rota padrão IPv4 é representada da seguinte forma : 0.0.0.0.; 
A rota padrão é usada como rota geral quando uma rota mais específica não está disponível; 
O uso desse endereço também reserva todos os endereços no intervalo de endereço 0.0.0.0 - 0.255.255.255 (0.0.0.0 /8). 
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Endereçamento de IPV4 – Reservados 
Um outro endereço reservado é o endereço de loopback IPv4 127.0.0.1; 
O loopback é um endereço especial que os hosts usam para direcionar o tráfego para si mesmos; 
Embora apenas um único endereço 127.0.0.1 seja usado, os endereços no intervalo de 127.0.0.0 a 127.255.255.255 são reservados. 
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Endereçamento de IPV4 – Reservados 
Endereços Locais de Link 
Os endereços IPv4 no intervalo de endereços de 169.254.0.0 a 169.254.255.255 (169.254.0.0 /16) são designados como endereços locais de link; 
Esses endereços podem ser automaticamente designados ao host local pelo sistema operacional nos ambientes em que não houver configuração IP disponível. 
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CAMADA DE REDE 
Pacotes IP – transportando Dados de uma extremidade a outra.
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Máscara de Sub-Rede – Definição da Rede e das porções de Host; 
Um endereço IPv4 tem uma porção de rede e uma porção de host; 
Nós nos referimos ao tamanho do prefixo como o número de bits no endereço que nos dá a porção de rede; 
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Máscara de Sub-Rede – Definição da Rede e das porções de Host; 
O prefixo é um modo de definir a porção de rede e que é legível para nós; 
 A rede de dados também deve ter sua porção de rede dos endereços definida. 
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Para definir as porções de rede e de host de um Endereço, os dispositivos usam um padrão separado de 32 bits chamado de máscara de sub-rede; 
 
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O prefixo e a máscara de sub-rede são modos diferentes de representar a mesma coisa - a porção de rede de um endereço. 
Como mostrado na figura, um prefixo /24 é expresso na máscara de sub-rede 255.255.255.0 ou (11111111.11111111.11111111.00000000);
Os bits restantes (do último octeto) da máscara de sub-rede são zeros, indicando o endereço de host dentro da rede.
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Criação de uma sub-rede básica 
Com o endereço de Rede 192.168.1.0 /24 
Criar uma estrutura de endereços para quatro sub redes diferentes. 
Para se calcular o número de sub redes deve-se retirar do octeto referente ao host quantos bits forem necessários para o número de sub redes requeridos
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Criação de uma sub-rede básica 
Deve-se utilizar a seguinte fórmula para calcular o número de sub redes : 
 n 
 Nsr = 2 - 2 = 
Com o apoio desta fórmula também pode-se calcular o número de host que irá ser configurado em cada sub rede; 
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Criação de uma sub-rede básica 
Deve-se pegar o número de bits que sobraram no octeto de host e calcular o número de estações; 
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Operação AND
O endereço de host é tratado logicamente pelo uso da operação AND com sua máscara de sub-rede para determinar o endereço de rede ao qual o host é associado;
 Quando se usa a operação AND entre o endereço e a máscara de sub-rede, o resultado é o Endereço de Rede. 
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Operação AND
O AND lógico é a comparação de dois bits que geram os seguintes resultados:
1 AND 1 = 1
1 AND 0 = 0
0 AND 1 = 0
0 AND 0 = 0
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Quando uma solicitação de uma determinada estação chega ao roteador, este realizar uma operação de AND, descobre à qual rede ela pertence;
Caso o roteador não tenha o registro da rede em sua tabela,ele encaminha para o próximo roteador; 
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Exemplo : 
 O roteador deseja descobrir a que rede pertence o endereço IP 192.170.1.39 com máscara 255.255.255.0
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Protocolo ARP 
CAMADA DE REDE – Protocolos 
Protocolo ARP 
O pacote IP é transmitido dentro da parte de dados do quadro utilizado pela placa de rede;
Assim sendo, para que o pacote IP seja entregue à máquina desejada, precisamos colocar no campo de endereço MAC de destino do quadro, o endereço MAC desta máquina;
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Protocolo ARP 
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Protocolo ARP – Funcionamento 
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Protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol )
O endereço IP de diversas máquinas é conservado em uma área de armazenamento secundário, no disco rígido; 
Quando uma máquina sem disco necessitar seu endereço IP ela utiliza o RARP. 
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Protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol
)
Máquinas sem disco precisam saber seu IP 
Servidores RARP possuem um banco de dados com mapeamento IP x Ethernet 
Enviam requisição broadcast 
Recebe endereço IP fornecido por um servidor RARP 
Armazena em memória até o próximo reboot
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BOOTP
Este serviço permite uma máquina local obter seu endereço de Internet de um servidor de boot designado; 
O servidor bootp tem uma lista de endereços de Ethernet e Endereços IP armazenada em um arquivo (bootptab). 
 
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BOOTP
O servidor de bootp usa tabelas estáticas para manter um vínculo entre o endereço Ethernet e endereço IP para computadores na rede. 
Obviamente, isto requer continua atualização,caso ocorra mudanças nas placas de rede e computadores movidos dentro da organização. 
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DHCP 
O DHCP tem como principal vantagem em relação ao BOOTP a sua capacidade de configuração automática de estações, sem necessidade de criação de uma tabela de configuração para cada máquina (com seus parâmetros e endereços MAC respectivos, como é o caso de BOOTP);
Desta forma, um administrador de rede pode configurar as diversas estações IP existentes na rede de modo genérico, sem especificar uma tabela para cada uma. 
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O DHCP tem a capacidade de distribuir endereços de forma dinâmica para as estações, usando três métodos de fornecimento distintos:
Empréstimo (leasing) de endereço aleatório por tempo limitado;
Empréstimo de endereço aleatório por tempo infinito;
Empréstimo de endereço fixo(bootp).
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Protocolo ICMP 
O protocolo ICMP é um protocolo auxiliar ao IP, que carrega informações de controle e diagnóstico, informando falhas como TTL do pacote IP expirou, erros de fragmentação, roteadores intermediários congestionados e outros; 
Uma mensagem ICMP é encapsulada no protocolo IP;
Apesar de encapsulado dentro do pacote IP, o protocolo ICMP não é considerado um protocolo de nível mais alto.
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A mensagem ICMP é sempre destinada ao host origem da mensagem, não existindo nenhum mecanismo para informar erros aos roteadores no caminho ou ao host destino;
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Ferramentas de Análise e Diagnósticos 
Ping 
Quando queremos determinar se um determinado host está disponível na rede interna ou mesmo na Internet, frequentemente utilizamos o utilitário ping como um dos primeiros recursos de troubleshooting; 
O fato de um host não responder ao ping não quer dizer que ele esteja realmente fora da rede, pois este serviço pode estar desabilitado neste host por questões de segurança.
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Ferramentas de Análise e Diagnósticos 
Ping 
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Ferramentas de Análise e Diagnósticos 
Traceroute 
Um dos campos do cabeçalho IP é chamado TTL - Time to Live - e determina por quantas passagens em roteadores este pacote pode sobreviver. A cada passagem em um roteador ou host este campo é decrementado de 1;
Este mecanismo é utilizado para evitar que pacotes percorram a rede eternamente, rodando de um lado para outro. 
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Traceroute 
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Traceroute 
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SmokePing
É uma ferramenta sofisticada para a medida de latência escrita em Perl e pode medir, armazenar e exibir a latência, a distribuição da latência e a perda de pacotes num único gráfico; 
Ele utiliza o RRDtool para o armazenamento de dados e pode produzir gráficos bastante informativos que apresentam a informação quase em tempo real do estado de sua ligação de rede. 
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Analisadores de Protocolos 
Wireshark 
É um programa que analisa os dados que os protocolos de rede trocam quando estão ativos; 
 Ele é o sucessor do famoso Ethereal, que fez muito sucesso entre internautas e especialistas em rede.
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Wireshark
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TCPDUMP 
O tcpdump é  um analisador de pacotes que roda em modo texto( e também um dos sniffers mais famosos que existe); 
Sua utilização é simples e sem mistérios, bastando apenas ter os conhecimentos básicos de redes TCP/IP e basta roda-lo com o root que ele começa a fazer o serviço;
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Continua ....