Camada Internet parte escrita (1)

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Camada de internet
Igor,Paulo Vitor Oliveira Santiago
Prof.Ênio Prates Vasconcelos Brito
14 de novembro de 2017
1
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
INSTITUTO FEDERAL DE GOIÁS
Departamento de Áreas Acadêmicas IV
Coordenação de Eletrotécnica
Redes Industriais
.
Resumo
A proposta deste trabalho é explicar sobre o funcionamento da camada de in-
ternet, analisar os protocolos e interfaces que essa camada implementa e quais os
serviços que ela presta para a camada superior do protocolo TCP/IP. Além disso,
será explicado o funcionamento do roteamento entre Lans, IPv4 (formação do IP,
IPs válidos e inválidos),máscara de Rede e endereços de rede.
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INSTITUTO FEDERAL DE GOIÁS
Departamento de Áreas Acadêmicas IV
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1 Modelo TCP/IP
O modelo de referência TCP/IP foi dividido em camadas bem definidas; cada camada
realiza uma tarefa de comunicação. Para estudar uma tecnologia, é importante apren-
der a sua história. A Advanced Research and Projects Agency ou Agência de Pesquisas
em Projetos Avançados, mais conhecida como ARPANET, é tida como a propulsora da
internet atual. Ela foi uma rede de pesquisa criada pelo Departamento de Defesa dos
Estados Unidos em 1969. De acordo com Tanenbaum (2003, p. 44), pouco a pouco, cen-
tenas de universidades e repartições públicas foram conectadas, usando linhas telefônicas
dedicadas.
Quando foram criadas as redes de rádio e satélite, começaram a surgir problemas
com os protocolos existentes, o que forçou uma nova arquitetura de referência. Mais
tarde, essa arquitetura ficou conhecida como modelo de referência TCP/IP, esse modelo
foi definido pela primeira vez em 1974.
O nome TCP/IP vem dos nomes dos protocolos mais utilizados deste modelo de refe-
rência, sendo eles, o Internet Protocol ou Protocolo de Internet, mais conhecido como IP.
E o Transmission Control Protocol ou Protocolo de Controle de Transmissão, usualmente
chamado de TCP.
O modelo TCP/IP é dividido em quatro camadas: aplicação, transporte, internet
e rede. Os protocolos das várias camadas são denominados pilha de protocolos. Cada
camada interage somente com as camadas acima e abaixo. A divisão em camadas tem
como objetivo dividir em etapas menores e específicas o processo de comunicação de dados
para facilitar o controle e o desenvolvimento de produtos e sistemas.
2 Camada de internet
No TCP-IP, cada computador na rede é identificado com um único endereço virtual,
chamado de endereço IP. A camada de Rede ou Internet é a responsável por adicionar
o cabeçalho no pacote de dado recebido da camada de Transporte onde, onde além de
outros dados de controle, será adicionado o endereço IP fonte e o endereço IP de destino,
ou melhor, o endereço IP do computador que está enviado o dado e o endereço IP do
computador que vai receber o dado.
Se não estiver sendo utilizado nenhum endereço virtual, você deve saber o endereço
MAC do computador de destino, que além de ser uma tarefa difícil, não ajuda no ro-
teamento dos pacotes, devido ao fato de que não utilizar a estrutura de nomenclatura
tipo árvore. Em outras palavras, com o endereço IP, os computadores de uma mesma
rede pertencerão a endereços IPs sequenciais (Ex.: 192.168.1.10 e 192.168.1.12). Já com
endereços MAC, como cada máquina conectada na rede tem um único endereço físico,
não podemos identificar sequencialmente (Ex.: 00-14-22-01-23-45 e 01-24-10-12-14-54).
O roteamento é o caminho que o pacote de dado deve utilizar para chegar ao seu
destino e quando há uma requisição de dado para um servidor, este dado, antes de chegar
no seu computador, passa por vários locais (chamados roteadores). Você quer ver como
funciona? Basta clicar no menu iniciar do Windows –> Acessórios –> CMD. Depois que
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abrir o prompt de comando, tente ver qual o caminho percorrido pelo dado quando você
tenta acessar o google digitando o comando tracert www.google.com. Veja Figura abaixo:
Figura 1: Caminho percorrido pelo dado quando acessa o Google
Veja pela figura que no meu caso, o dado passa por 17 pontos diferentes até chegar
ao seu destino.
Em todas as redes que estão conectadas na internet, existe um dispositivo chamado
roteador, que faz a ponte entre os computadores da sua rede local e a internet. To-
dos os roteadores possuem uma tabela com redes conhecidas e também uma configuração
chamada gateway padrão apontando para outro roteador na internet. Quando um compu-
tador envia um pacote de dados pela internet, o roteador conectado na sua rede primeiro
tenta verificar se o computador de destino é conhecido, em outras palavras, se o outro
computador está na mesma rede ou em uma rede que o roteador conhece o caminho.
Se não conhece, envia um pacote de dados para o gateway padrão (outro roteador) e o
processo se repete até que o pacote de dado chegue no seu destino e foi isso que aconteceu
no exemplo acima.
Existem vários protocolos que trabalham na camada da Internet e podemos citar os
seguintes:
• ARP – Address Resolution Protocol habilita o empacotamento do dado do IP em
pacotes ethernet e é o sistema e protocolo de mensagem que é usado para encontrar
a ethernet (hardware) através de um número específico de IP. Sem este protocolo, o
pacote de ethernet pode não ser gerado do pacote de IP porque o endereço ethernet
pode não ser determinado.
• RARP – Reverse address resolution. Este protocolo é utilizado a fim de permitir que
um computador sem um armazenamento de dado permanente tenha um endereço
IP a partir do seu endereço ethernet.
• IP – Internet Protocol. Exceto para ARP e RARP todos os pacotes de dados de
todos os protocolos serão empacotados em um pacote de dados IP sendo que o IP
fornece o mecanismo para usar o software para endereçar e gerenciar pacotes de
dados sendo enviados por computadores.
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Como o IP é o mais utilizado, vamos falar um pouquinho sobre ele. O IP é o responsá-
vel por pegar o pacote de dados recebido pela camada de Transporte e dividir este pacote
em datagramas, que é definido como um pacote sem nenhum sistema de verificação de in-
tegridade de dados, ou seja, um protocolo não confiável. Devemos frisar aqui que quando
o dado vai ser transferido, o TCP sim implementa este reconhecimento de integridade
(acknowledge), fazendo com que mesmo que o IP não seja capaz de reconhecer erros, o
TCP o faz, tornando a conexão confiável.
Cada datagrama IP pode ter no máximo 65.535 bytes, incluindo o cabeçalho, que
pode utilizar 20 ou 24 bytes dependendo se o campo do cabeçalho denominado opções for
utilizado ou não. Assim, datagramas IP podem possuir 65.515 ou 65.511 bytes de dado e
caso o pacote recebido pela camada de Transporte for maior do que isto, o protocolo IP
vai dividir o pacote em vários datagramas o quanto for necessário.
Figura 2: Inclusão do cabeçalho IP
Na Figura 2, nós podemos visualizar o datagrama gerado na camada de Internet pelo
protocolo IP e é interessante frisar que o que a camada de Internet enxerga como dado
é o pacote todo pego da camada de Transporte, incluindo o cabeçalho TCP ou UDP.
Este datagrama vai estar sendo enviado para a camada de Interface de Rede (se estamos
transmitindo o dado) ou vai ser pego pela camada de Interface de Rede (se estivermos
recebendo o dado).
Por muitos anos a internet utilizou o IP versão 4 (IPv4). Porém, a quantidade de
computadores cresceu ao redor da Terra e o número IPv4 está escasso.A solução foi criar
o IP versão 6 (IPv6). Com essa nova solução não haverá escassez de números IPs no
mercado. Muitas empresas estão migrando aos poucos do IPv4 para o IPv6.
3Roteamento entre Lans
O processo de roteamento permite que mensagens sejam enviadas de um nó em uma
rede para um nó em outra rede, usando o caminho mais apropriado e eficiente (ou rota).
O roteador usa protocolos de roteamento, um conjunto de regras que gerenciam a troca
de informações entre nós, para direcionar os pacotes de dados para seus destinos. O nó
remetente (origem) e o nó destinatário (destino) devem usar os mesmos protocolos (ou um
conversor de protocolos - gateway) para se comunicar. Os roteadores também permitem
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que pacotes de dados sejam transmitidos em redes diferentes, tais como Ethernet, FDDI,
Token Ring. O roteamento é um processo típico da camada Rede (camada 3) do RM-OSI.
Em um ambiente de roteamento, cada destino físico deve ser identificado de forma
única. A maioria dos protocolos de roteamento é baseada em um esquema de endereça-
mento que usa um número para identificar cada rede e um número para identificar cada
nó dentro daquela rede.
Quando um computador em uma rede quer se comunicar com um nó em outra rede,
o software da camada de rede cria um pacote. O pacote contém dados a serem enviados,
o endereço do remetente (da origem) e o endereço do destinatário (do destino). O pacote
é então colocado dentro do frame para ser transmitido fisicamente pela rede.
O software da camada de rede também determina se o destino está localizado na rede
local ou em outra rede. Se estiver na mesma rede, temos o roteamento direto. Caso esteja
em outra rede, o pacote é enviado para um roteador que possa alcançar a rede destino, e
então temo o roteamento indireto.
Quando o roteador recebe o pacote de dados, ele examina o endereço destino para
saber se ele está conectado à rede destino ou se necessita enviar a mensagem para outro
roteador. Isso é feito através da análise da tabela de roteamento, que contém entradas
indicando como alcançar as diversas redes. Se o nó destino estiver em uma rede na qual o
roteador também está conectado o pacote é enviado diretamente para este nó destino. Se
o nó destino estiver em outra rede, o roteador seleciona um roteador vizinho (conectado
em uma rede na qual o roteador também esteja conectado) e então repassa o pacote de
dados. Cada roteador na rede realiza o mesmo processo, até que o pacote chegue ao nó
destino.
Como visto, a determinação do caminho mais apropriado e eficiente é tarefa do proto-
colo de roteamento. Alguns protocolos determinam o caminho pelo hop count (contagem
de pontos), que é o número de roteadores intermediários entre a origem e o destino; outros
protocolos determinam o caminho analisando a largura de banda disponível e calculando
qual o roteador que oferece a melhor qualidade de serviço. Por outro lado, distingue-se o
roteamento, também, por estático e dinâmico.
O roteamento estático é mais indicado para redes pequenas, subredes ou sistemas
onde o número de máquinas é pequeno. A tabela de roteamento permanece fixa, tendo
manutenção manual, mais fácil e confiável. Geralmente estas redes utilizam apenas um
roteador para alcançar a Internet ou outra rede vizinha e os protocolos de roteamento são
bastante simples. No roteamento dinâmico, o roteador é programado para que faça uma
escolha da melhor rota, de forma automática, utilizando-se de algoritmos de roteamento
mais complexos.
3.1 Roteamento direto
Uma máquina ou rede física pode transmitir pacotes para outra máquina de uma
mesma rede sem que seja requerido o uso de roteadores, conforme a figura 3. Para
transmitir um pacote, o nó origem encapsula o mesmo num frame físico, mapea o endereço
de rede e entrega o pacote diretamente ao nó destino.
Para determinar se um nó está conectado diretamente à rede, o nó origem compara
seu endereço de rede ao endereço de rede do destino. Encontrando o destino na mesma
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rede, o pacote é enviado diretamente. Caso contrário, utilizará roteamento indireto para
o envio do pacote.
Figura 3: Roteamento Direto
3.2 Roteamento indireto
O roteamento indireto será usado quando não se encontra o endereço de destino na
mesma rede do nó origem, como na Figura 4. Ele requer que o nó origem envie o pacote
para um roteador de modo que o mesmo seja transferido.
Este roteador irá usar, então, algoritmos específicos para a busca do endereço de
destino, preocupando-se sempre em utilizar o método que tenha menor custo. O trabalho
do roteador consiste em encontrar um caminho até o endereço destino e enviar os pacotes
através da rede, pelos caminhos escolhidos pelos algoritmos de roteamento, usando as
tabelas de roteamento e os protocolos específicos.
Figura 4: Roteamento Indireto
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4 IPv4 (formação do IP, Ips válidos e inválidos)
O IPv4 é a versão de IP atual que utiliza um endereço de 32 bits (0s e 1s), divididos
em 4 blocos de 8 bits separados por ponto, existindo 256 combinações possíveis que
convertidos, geram um número decimal de 0 à 255. Com 32 bits é possível gerar quase
4,3 bilhões de valores diferentes.
Alguns endereços de IPs são para redes locais e outros para Internet. Não podemos
escolher a sequência de IPs que queremos utilizar, pois os endereços estão divididos em
classes e atende as necessidades em cada caso, uma empresa de grande ou pequeno porte
por exemplo. O responsável pela distribuição desses endereços é a Internet Assigned
Numbers Authority ou IANA.
O padrão IANA divide os endereços IPs em cinco classes, sendo A, B e C as mais
importantes. Existe também uma faixa de endereços IPs em cada uma dessas classes,
segundo o livro TCP/IP – A Bíblia:
• Os endereços de Classe A são atribuídos a entidades (organizações, empresas ou
países) que demandam um número grande de endereços IP. Podem aceitar aproxi-
madamente 16.777.216 computadores na rede. Faixa de endereços: de 1.x.x.x até
126.x.x.x.
• Os endereços de Classe B são atribuídos a entidades que demandam um número
médio de endereços. Podem aceitar aproximadamente 65.536 computadores na rede.
Faixa de endereços: de 128.x.x.x até 191.x.x.x.
• Os endereços de Classe C são atribuídos a entidades que demandam um pequeno
número de endereços IP. Podem aceitar aproximadamente 256 computadores na
rede. Faixa de endereços: de 192.x.x.x até 233.x.x.x.
• Os endereços de Classe D são usados para multicast. Faixa de endereços: de
224.x.x.x até 239.x.x.x.
• Os endereços de Classe E são experimentais. Faixa de endereços: de 240.x.x.x até
244.x.x.x.
As faixas de endereços começadas com "10", com "192.168"ou com de "172.16"até
"172.31"são reservadas para uso em redes locais e por isso não são usados na internet.
Os roteadores que compõe a grande rede são configurados para ignorar estes pacotes,
de forma que as inúmeras redes locais que utilizam endereços na faixa "192.168.0.x"(por
exemplo) podem conviver pacificamente.
No caso dos endereços válidos na internet as regras são mais estritas. A entidade
responsável pelo registro e atribuição dos endereços é a ARIN (http://www.arin.net/).
As operadoras, carriers e provedores de acesso pagam uma taxa anual, que varia de
US1.250aUS 18.000 (de acordo com o volume de endereços requisitados) e embutem o
custo nos links revendidos aos clientes.
Ao conectar via ADSL ou oura modalidade de acesso doméstico, você recebe um único
IP válido. Ao alugar um servidor dedicado você recebe uma faixa com 5 ou mais endereços
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Redes Industriaise, ao alugar um link empresarial você pode conseguir uma faixa de classe C inteira. Mas,
de qualquer forma, os endereços são definidos "de cima para baixo"de acordo com o plano
ou serviço contratado e você não pode escolher quais endereços utilizar.
Embora aparentem ser uma coisa só, os endereços IP incluem duas informações. O
endereço da rede e o endereço do host dentro dela. Em uma rede doméstica, por exemplo,
você poderia utilizar os endereços "192.168.1.1", "192.168.1.2"e "192.168.1.3", onde o
"192.168.1."é o endereço da rede (e por isso não muda) e o último número (1, 2 e 3)
identifica os três micros que fazem parte dela.
Os micros da rede local podem acessar a internet através de um roteador, que pode
ser tanto um servidor com duas placas de rede, quando um modem ADSL ou outro
dispositivo que ofereça a opção de compartilhar a conexão. Neste caso, o roteador passa
a ser o gateway da rede e utiliza seu endereço IP válido para encaminhar as requisições
feitas pelos micros da rede interna. Este recurso é chamado de NAT (Network Address
Translation).
Endereços de 32 bits permitem cerca de 4 bilhões de endereços diferentes, quase o
suficiente para dar um endereço IP exclusivo para cada habitante do planeta. O grande
problema é que os endereços são sempre divididos em duas partes, rede e host. Nos
endereços de classe A, o primeiro octeto se refere à rede e os três octetos seguintes referem-
se ao host. Temos apenas 126 faixas de endereços classe A disponíveis no mundo, dadas a
governos, instituições e até mesmo algumas empresas privadas, como por exemplo a IBM.
As faixas de endereços classe A consomem cerca de metade dos endereços IP disponíveis,
representando um gigantesco desperdício, já que nenhuma das faixas é completamente
utilizada. Será que a IBM utiliza todos os 16 milhões de endereços IP a que tem direito?
Certamente não.
Mesmo nos endereços classe B (dois octetos para a rede, dois para o host, garantindo
65 mil endereços) e nos classe C (três octetos para a rede e um para o host, ou seja,
apenas 256 endereços) o desperdício é muito grande. Muitas empresas alugam faixas de
endereços classe C para utilizar apenas dois ou três endereços por exemplo.
Para piorar, parte dos endereços estão reservados para as classes D e E, que jamais
foram implementadas. Isto faz com que já haja uma grande falta de endereços, princi-
palmente os de classe A e B, que já estão todos ocupados. No ritmo atual, é provável que
em poucos anos não existirão mais endereços disponíveis.
Mais uma séria limitação do protocolo IPv4 é a falta de uma camada de segurança. Ele
foi "desenvolvido para ser usado em redes onde as pessoas confiam umas nas outras"e não
em um ambiente anárquico como a internet atual. Camadas de autenticação e encriptação
precisam ser adicionadas através de protocolos implantados sobre o TCP/IP, como no
CHAP, SSH e assim por diante.
O problema da falta de endereços pode ser contornada de diversas formas, como por
exemplo através do NAT, onde um único endereço IP pode ser compartilhado entre vários
hosts (em teoria até 16 milhões, usando um endereço da faixa 10.x.x.x na rede interna).
Quase todos já utilizamos o NAT ao compartilhar a conexão usando o ICQ do Windows,
o IP Masquerading no Linux, ou mesmo mini-distribuições como o Coyote e o Freesco.
A maior limitação do NAT é que os hosts sob a conexão compartilhada não recebem
conexões entrantes, impedindo que os usuários utilizem programas de compartilhamento
de arquivos, servidores Web ou FTP, muitos jogos multiplayer e assim por diante. Numa
rede pequena ainda é possível redirecionar algumas portas do servidor para o host que for
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rodar estas aplicações, mas esta não seria uma opção para por exemplo um provedor de
acesso que resolvesse, por falta de endereços IP, oferecer conexões NAT para seus clientes.
5 Máscara de rede
Máscara de rede ou Netmask é um termo que encontrará com facilidade ao configurar
redes baseadas no protocolo TCP/IP. A máscara é formada por 32 bits no mesmo formato
que o endereçamento IP e cada bit 1 da máscara informa a parte do endereço IP que é
usada para o endereçamento da rede, cada bit 0 informa a parte do endereço IP que é
usada para o endereçamento das máquinas.
Abaixo estão listados os padrões da máscara de rede:
• Classe A: 255.0.0.0
• Classe B: 255.255.0.0
• Classe C: 255.255.255.0
A máscara de rede padrão segue a classe do endereço IP: num endereço de classe
A, a máscara será 255.0.0.0, indicando que o primeiro octeto se refere à rede e os três
últimos ao host. Num endereço classe B, a máscara padrão será 255.255.0.0, onde os dois
primeiros octetos referem-se à rede e os dois últimos ao host, e num endereço classe C, a
máscara padrão será 255.255.255.0 onde apenas o último octeto refere-se ao host.
Figura 5: Número de hosts
A mais usada é a máscara 255.255.255.0, tanto que muitos nem imaginam que ela pode
ter outro valor e não apenas este. Esta é uma máscara também comumente chamada
de /24 ou “barra vinte e quatro“, que na prática significa que ela possui 24 bits, ou
simplificando: que esta rede pode comportar ao todo 254 hosts dentro de uma rede (onde
cada host corresponde a uma máquina).
Para entender melhor a questão quantos hosts por rede cada configuração de máscara
comporta, vamos a alguns exemplos, um comando primordial de rede em computadores
com SO Windows é o ipconfig, vejamos abaixo sua saída:
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Figura 6: Exemplo de máscara de subrede
No exemplo em questão, vamos nos atentar às primeiras informações, onde temos:
• Endereço IPv4: 192.168.1.3
• Máscara de sub-rede: 255.255.255.0
Nesta rede em particular, identificando a máscara de sub-rede como sendo 255.255.255.0,
sabemos que ela pode comportar até 254 hosts (computadores, smartphones, impresso-
ras, etc. . . ), cada uma identificada com um endereço IP único. As 3 primeiras “casas”
do endereço IP possuem a função de identificar a rede, então deverão ser sempre iguais:
192.168.1, enquanto que a última “casa” identificará cada equipamento conectado nesta
rede, começando de 1, podendo ir até 254. No caso desta máscara /24 o ip 192.168.1.0
serve para identificar a rede, enquanto que o IP 192.168.1.255 serve para broadcast.
Outra máscara de sub-rede, as vezes nem tão conhecida é a /29, que em nossas
configurações de IP é representada por 255.255.255.248. Neste caso o /29 corresponde ao
número de bits da máscara.
6 Endereços de rede
Todos os computadores de uma rede lógica tem o mesmo Net-ID (Para cada endereço
IP em questão, uma parte representa o endereço de rede) e eles são diferenciados uns
dos outros pelo Host-ID (É a parte do endereço IP destinada a informar quantos hosts
pode-se ter em uma determinada rede.). endereço de rede e o endereço de broadcast.
Endereço de rede é um endereço utilizado para identificar uma rede lógica sem citar
nenhum host. Corresponde à terminação com o bit 0. Para saber qual o endereço de rede
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de uma rede lógica, deve-se separar o número de Net-ID do de Host-ID. Exemplo:Com o
IP 192.168.1.195, percebe-se que é um endereço da classe C, segundo a tabela mostrada
acima. Se for um endereço da classe C, sabemos que por padrão a máscara de sub-
rede assume o valor 255.255.255.0. Então, também por padrão, sabemos que o valor de
Host-ID é somente o último octeto do IP. Para ser um endereço de rede, o valor 0 deve
ser assumido nos valores que corresponderiam o Host-ID. No caso do IP 192.168.1.195 o
endereço de rede será 192.168.1.0.7 Referências
https://www.profissionaisti.com.br/2012/09/redes-de-computadores-entendendo-a-camada-
de-rede/
https://faqinformatica.com/o-que-e-uma-mascara-de-rede/
https://www.google.com.br/url?sa=trct=jq=esrc=ssource=webcd=35cad=rjauact=8ved=0ahUKEwikg8TForbXAhXLf5AKHb9LBNs4HhAWCD4wBAurl=http
https://faqinformatica.com/o-que-e-o-tcpip-e-as-camadas/
http://lyceumonline.usf.edu.br/salavirtual/documentos/1374.pdf
http://www.hardware.com.br/termos/ipv4
https://www.citisystems.com.br/protocolo-tcp-ip/
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	Modelo TCP/IP
	Camada de internet
	Roteamento entre Lans
	Roteamento direto
	Roteamento indireto
	IPv4 (formação do IP, Ips válidos e inválidos)
	Máscara de rede
	Endereços de rede
	Referências