Protocolo TCP/IP: Funcionamento e Arquitetura

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FACULDADE IDEAL 
CURSO DE TECNOLOGIA EM ANÁLISE DE 
SISTEMAS 
 
LABORATÓRIO DE REDES. 
 
Aula 3 – O protocolo TCP/IP 
 
Prof. Fábio Salame, M.Sc. 
Motivação 
¨  Criado para interconectar computadores através 
de sistemas de redes comutadas por pacotes. 
¨  Transmitindo datagramas de um host origem até 
um host destino através de um endereço lógico de 
tamanho fixo. 
¨  Permitindo fragmentação e remontagem 
 TCP/IP 
¨  O protocolo TCP/IP também tornou-se o protocolo 
mais usado em redes locais 
¨  Isso se deve principalmente devido a 
popularização da Internet, jé que esse protocolo 
foi criado para ser usado na Internet 
¨  Mesmo os SO's de rede que no passado usavam 
somente seu protocolos proprietarios , hoje 
suportam o TCP/IP 
¨  Ex: win nt( netBeui) e Novell( IPX/SPX) 
TCP/IP 
¨  Uma das grandes vantagens do TCP/IP é que ele é 
um protocolo do tipo roteavel 
¨  Isso significa que ele pode ser usado como solução 
em redes de qualquer tamanho (escalabilidade) 
¨  Mas o grande atrativo do TCP/IP é que ele é de 
arquitetura aberta, ou seja , seus protocolos são 
todos descritos pelas RFC's 
TCP/IP 
¨  Isso permite a qualquer fabricante ou desenvolvedor 
criar sua propria versão do TCP/IP sem ter que 
pagar licenças para isso 
¨  Dessa maneira qualquer um pode implementar sua 
propria pilha TCP/IP ajudando o protocolo a se 
tornar universal 
Arquitetura TCP/IP 
Aplicação 
Aplicação 
Apresentação 
Sessão 
Transporte 
Rede 
Enlace 
Física 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
Transporte 
Inter-rede 
Host 
(interface à 
Rede) 
1 
2 
3 
4 
Arquitetura TCP/IP 
¨  A arquitetura se chama TCP/IP mas a pilha contem 
varios outros protocolos que podem estar presentes 
ou não na pilha de acordo com a necessidade da 
rede 
¨  Dentre esses protocolos os dois mais utilizados são o 
TCP e o IP 
¨  TCP: Transmission control Protocol , roda na camada 
de transporte ( 3 da arquitetura TCP/IP) 
Arquitetura TCP/IP 
¨  IP: Internet Protocol, roda na camada de rede 
( camada 2 do modelo TCP/IP) 
¨  Todos os protocolos da arquitetura TCP/IP são 
documentados nas RFC's e mantidos pelo IETF , 
disponiveis na propria internet. 
Operação 
¨  O Internet Protocol implementa basicamente duas 
funções: 
¤ Endereçamento 
n Roteamento (interpretação do endereço Internet) 
¤ Fragmentação 
n É necessário quando mudar o tamanho do pacote (para um 
menor) para chegar a um host destino. 
Camada de aplicação 
¨  Equivale as camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI 
¨  Faz a comunicação entre os aplicativos e a 
camada de transporte 
¨  Existem varios protocolos que operam na camada 
de aplicação : 
¤ HTTP: Hyper Text Transmission Protocol 
¤ SMTP: Simple Mail Transference Protocol 
¤  FTP: File transference Protocol 
Camada de aplicação 
¨  Quando um programa de email (cliente) quer enviar um 
email para um servidor , acontece o seguinte: 
¤ O programa cliente faz uma solicitação a camada de 
aplicação utilizando o SMTP ( protocolo para envio de 
email's) 
¤ A camada de aplicação se comunica com a camada de 
transporte atraves de um SAP que aqui chamamos de 
“Porta” (door) 
Camada de aplicação 
¨  continuando... 
¤ As portas são numeradas e as aplicações padrão 
usam sempre as mesmas portas 
n SMTP : 25 HTTP: 80 
n FTP: 20 ( arquivos) 21 (controle) 
¤ O uso do numero de portas permite ao protocolo de 
transporte saber que tipo de dado está recebendo 
¤ Pelo lado do receptor o numero da porta permite 
saber a que protocolo da camada de aplicação 
entregar o pacote de dados 
Camada de aplicação 
¨  continuando... 
¤ Assim ao receber um pacote destinado a porta 25 o 
protocolo de transporte entrega o pacote ao protocolo 
que estiver conectado a esta porta , tipicamente o 
SMTP, este por sua vez entregará o dado a aplicação 
correta ( Servidor de Email) 
Camada de aplicação 
Email Browser www Programa de FTP 
SMTP HTTP FTP 
 
TCP 
Porta 
25 
Porta 
80 
Porta 
20-21 
Camada	de	aplicação
Camada de Transporte 
¨  Equivalente a camada 4 do modelo OSI 
¨  Responsavel em capturar os dados enviados da 
camada de aplicação e transforma-los em pacotes a 
serem repassados a camada de rede 
¨  No TCP/IP a camada de transporte usa um 
mecanismo de intercalamento de pacotes , onde é 
possivel transmitir simultaneamente dados das mais 
diferentes aplicações 
Camada de Transporte 
¨  Com esse mecanismo é possivel que varias aplicações utilizem 
a rede ao mesmo tempo sem que para isso seja necessario 
terminar uma aplicação para utilizar outra 
¨  Isso só é possivel graças ao conceito de portas 
¨  Cada pacote leva dentro de sí o numero da sua porta de 
destino 
¨  Os protocolos da camada de transporte só fazem transmitir 
os pacotes sem distinguir quem é quem 
Camada de Transporte 
¨  Digamos que eu tenha recebido 20 pacotes em 1 segundo 
¨  Os 3 primeiros pacotes podem ser para a porta 25 os 10 
proximos para a porta 80 e assim sucessivamente 
¨  Isso significa que os pacotes vem todos misturados e cabe ao 
protocolo da camada de transporte entregar cada um na sua 
devida porta ( o carteiro da Internet....) 
Camada de Transporte 
¨  Na recepção dos dados a camada de transporte pega os 
pacote passados pela camada de rede e trata de colocá-los 
em ordem 
¨  Verifica também se todos os pacotes da sequência chegaram 
pedindo retransmissão se necessario 
¨  Como vimos anteriormente em grandes redes ponto a ponto 
os pacotes podem chegar ao destino fora de ordem 
Camada de Transporte 
¨  Dois protocolos 
¤  TCP 
¤ UDP: User Datagram Protocol 
Camada de Rede 
¨  Equivale a camada 3 do modelo OSI 
¨  Protocolos que podem operar nessa camada: 
¤  IP: internet Protocol 
¤  ICMP: Internet Control Message Protocol 
¤ ARP: Adress Resolution Protocol 
¤ RARP: Reverse Adress Resolution Protocol 
¨  Quando a camada de rede recebe um pacote da 
camada de transporte é montado um datagrama 
Camada de Rede 
¨  Os datagramas são enviados a camada de 
ineterface com a rede de onde são montados os 
frames e enviados via meio fisico à maquina 
receptora 
¨  A camada de rede não verifica se os pacotes 
chegaram na outra ponta , por isso sua unidade é 
chamada de datagrama. 
¨  Quem verifica a chegada ou não do pacote é a 
camada de transporte . 
Camada de Rede 
¨  Por isso dizemos que a camada de transporte é 
orientada a conexão ( presta um serviço com 
conexão) e a camada de rede não é orientada a 
conexão 
¨  Essa camada se preocupa com o roteamento dos 
pacotes 
¨  Isso é , adicionar informações aos datagramas sobre 
o caminho que ele deve percorrer e sobre o seu 
destino final 
Camada de interface com a Rede 
¨  Essa camada equivale as camada 1 e 2 do modelo OSI 
¨  É responsavel por enviar o datagrama recebido pela 
camada de rede em forma de quadro, através da rede 
¨  Nós já estudamos anteriormente o funcionamento dessa 
camada (enlace) 
Pilha dos Protocolos 
Funcionamento do TCP/IP 
Aplicações 
Camada de aplicação 
(SMTP, HTTP, FTP...) 
Camada de Transporte 
TCP-UDP 
Camada de rede 
IP, ICMP, ARP, ARP 
LLC ( IEEE 802.2) 
Controle de acesso ao meio MAC 
Cabo de rede 
Ligação inter-redes 
¨  Apesar da incompatibilidade física entre as soluções, 
alguns pesquisadores inventaram um modelo que 
tornou a ligação inter-redes possível 
¨  A suite de protocolos TCP/IP é capaz de prover o 
serviço universal através do esquema chamado 
ligação inter-redes , utilizando tanto hardware 
quanto software para realizar a tarefa 
Ligação inter-redes 
¨  Sistemas que resultam em redes Físicas distintas 
ligadas entre si são conhecidos como uma inter-rede 
(internet) 
¨  As inter-redes não são limitadas a tamanhos , ou 
seja , ela é altamente escalavel 
¨  A maior das inter-redes é a Internet 
Internetworking com IP: exemplo 
¨  Exemplo de uma internet: 
Internetworking com IP: exemplo 
¨  Pilha de protocolos usado na comunicação 
entre H1 e H8 : 
¨  Todos os nós executam IP e têm um endereço 
IPúnico 
Conexão física com roteadores 
¨  O componente básico utilizado para ligar duas 
redes distintas é o roteador 
¨  O roteador é um computador de uso especifico 
dedicado a tarefa de conectar duas ou mais redes 
¨  O roteador possui duas ou mais interfaces de I/O 
uma para cada rede que ele conecta 
¤  Ex: uma interface para LAN (ethernet) e outra para 
WAN 
 
ENDEREÇOS IP 
Endereços IP 
Endereços IP são formados por quatro 
bytes. Cada byte pode representar um 
número decimal de 0 a 255. Portanto 
um endereço IP é formado por quatro 
números, entre 0 e 255. 
 
Por exemplo, na figura ao lado, o 
computador está usando o endereço IP: 
192.168.0.2 
 
Endereços IP na Internet 
Todos os computadores na 
Internet que operam como 
hosts, ou sejam que têm algum 
conteúdo hospedado ou cujas 
i n f o r m a ç õ e s p o s s a m s e r 
a c e s s a d a s p o r o u t r o s 
c o m p u t a d o r e s , u t i l i z a m 
endereços IP externos. Por 
exemplo, o site www.globo.com 
está hospedado em um servidor 
cujo endereço IP é: 
186.192.81.5 
OBS: Para descobrir o endereço IP do servidor onde 
está hospedado um site, use o comando PING: 
 
PING www.globo.com 
Endereços IP em rede local 
•  Nos anos 90 tornou-se 
comum o uso do protocolo 
TCP/IP em redes locais. A 
estrutura das redes locais 
passa a ser semelhante à 
estrutura da Internet, o 
que traz vários benefícios. 
 
 
•  Computadores de uma 
r e d e l o c a l u t i l i z a m 
endereços IP, porém com 
u m a d i f e r e n ç a : 
n o r m a l m e n t e u s a m 
endereços IP internos, 
que são válidos apenas na 
rede local. 
Hierarquia de Endereços IP 
¨  A hierarquia de endereços IP garantem duas 
propriedades muito importantes: 
¤ A cada computador é atribuído um único endereço 
¤  Embora as designações de números de redes devam ser 
coordenadas globalmente, os sufixos podem ser atribuídos 
localmente sem coordenação global 
Classes de endereços IP 
¨  Depois de escolher o tamanho dos endereços ip e 
dividi-lo em prefixo e sufixo, surge a seguinte 
pergunta: 
¤ Quantos bits colocar no prefixo e quantos no sufixo???? 
¨  Como o prefixo define a rede , um ip com um prefixo 
grande comporta muitas redes , mas poucas maquinas 
em cada rede 
Classes de endereços IP 
¨  Já um ip com sufixo grande , comporta poucas redes 
mas cada uma com muitas maquinas 
¨  Diante desse impasse os projetistas resolveram criar 
classes de IP's de forma que o numero IP pudesse ser 
escolhido de acordo com as necessidades da 
organização. 
Classes de endereços IP 
¨  Dessa forma foram criadas 3 classes primarias e mais 
duas classes especiais 
¨  Os 4 primeiros bits de cada IP definem a que classe ela 
pertence 
Classes de endereços IP 
O IP divide endereços de hosts em três classes primarias. As classes de um 
endereço determinam a divisão entre o prefixo de rede e o sufixo de host 
Computando a classe de um 
endereço 
Notação decimal pontilhada 
¨  A notação decimal pontilhada é uma forma sintática 
que o software IP usa para expressar valores binários 
de 32 bits quando está interagindo com as pessoas 
¨  A notação representa cada octeto em decimal e usa 
um ponto para separar os octetos 
Notação decimal pontilhada 
Classes em notação decimal 
pontilhada 
¨  A notação decimal pontilhada trabalha bem com 
endereços IP por que o IP usa limites de octetos 
para separar prefixo de sufixo 
¨  Em endereços classe A , os últimos 3 octetos definem 
o número do host 
¨  Em endereços classe B os últimos 2 octetos definem o 
número do host 
¨  Em endereços classe C o ultimo octeto define o 
número do host 
Classes em notação decimal 
pontilhada 
¨  Infelizmente como a notação decimal não mostra os 
bits individuais , a classe deve ser identificada pelo 
valor decimal do primeiro octeto. 
Divisão do espaço em 
endereçamento 
¨  O mecanismo de números IP não divide o espaço de 
endereçamentos de 32 bits em classes de tamanhos 
iguais 
¨  Por exemplo , metade de todos os endereços IP's 
estão na classe A, mas surpreendentemente só pode 
haver 128 redes do tipo classe A, por que o 
endereço classe A deve ser zero e o prefixo ocupa 
um octeto. 
Divisão do espaço em 
endereçamento 
¨  Como mostra a figura o numero de bits alocado determina 
quantos hosts/redes um prefixo/sufixo pode endereçar 
¨  Por exemplo um sufixo com n bits pode endereçar 2n hosts. 
Um exemplo de endereçamento 
A IANA 
A IANA (Internet Assigned Numbers 
Author i ty) é uma organ ização 
responsável pela regulamentação do 
uso da Internet em todo o mundo. 
 
Nela as diversas empresas reservam 
faixas de endereços IP. Também é 
feita a distribuição de IPs por países. 
Estão registradas por exemplo, 
diversas faixas de IP por empresas. 
Por exemplo, a General Electric é 
detentora da rede classe A número 3, 
que vai de 3.0.0.0 a 3.255.255.255. 
Podemos citar várias outras, como: 
12 – AT&T 
15 – Hewlett-Packard 
19 – Ford 
54 – Merck 
55 – Boeing 
 
Redes classe A 
Dentro do espaço completo de endereços IP, que vai de 0.0.0.0 a 
255.255.255.255, a IANA criou diversas faixas. 
 
As chamadas “redes classe A” vão de 1.0.0.0 a 126.0.0.0. São ao 
todo 126 redes classe A. Cada uma delas tem seu IP começando com 
um número fixo, e tem os demais três números variáveis. 
 
Por exemplo, a Ford é detentora da rede de número 19. Seus 
endereços vão de 19.0.0.0 a 19.255.255.255. O número 19 é fixo, 
registrado no IANA. 
 
Os demais três números são de responsabilidade da Ford, que pode 
atribuí-los livremente aos computadores de sua rede, seus 
servidores e sites. 
Cada rede classe A comporta até 16.777.216 endereços IP. 
Ford: 19.xx.xx.xx (19.0.0.0 a 19.255.255.255) 
 
Redes classe B 
A IANA criou também faixas de endereços para redes de pequeno e médio porte. 
As redes classe B são consideradas de médio porte, e seus IPs podem variar de 
128.1.0.0 a 191.254.255.255. São ao todo cerca de 16.000 redes classe B 
possíveis: 
 
128.1.0.0 a 128.1.255.255 
128.2.0.0 a 128.2.255.255 
128.3.0.0.a 128.3.255.255 
… 
191.253.0.0 a 191.253.255.255 
191.254.0.0 a 191.254.255.255 
Redes classe B são distribuídas pelo IANA a empresas de médio porte, 
universidades, centros de pesquisa e grandes provedores. 
Ao receber uma rede classe B, uma empresa recebe os dois primeiros números, 
que devem ser fixos. Os dois outros números podem variar livremente, sob 
responsabilidade da empresa. 
Uma rede classe B pode ter até 65.536 endereços IP. 
Por exemplo: 160.210.xx.xx (160.210.0.0 a 160.210.255.255) 
 
Redes classe C 
Finalmente, existe as faixas reservadas para redes classe C. Essas redes são 
pequenas, possuem até 256 IPs. 
A faixa reservada para essas redes vai de 192.0.1.0 a 223.255.254.255. São 
cerca de 2 milhões de redes possíveis, cada uma delas com 256 IPs. São elas: 
 
192.0.1.0 a 192.0.1.255 
192.0.2.0 a 192.0.2.255 
192.0.3.0 a 192.0.3.255 
… 
223.255.253.0 a 223.255.253.255 
223.255.254.0 a 223.255.254.255 
 
Redes classe C são distribuídas pelo IANA para pequenas corporações. O Brasil 
recebeu do IANA uma faixa de endereços classe C, cuja distribuição é de 
responsabilidade da FAPESP. Ao receber uma rede classe C, a empresa tem 
seus três primeiros números definidos e pode variar livremente o quarto 
número. 
Uma rede classe C pode ter até 256 endereços IP. 
Exemplo: 200.153.57.xx (200.153.57.0 a 200.153.57.255) 
 
 
Endereços internos e externos 
Todos os IPs da Internet podem ser 
então divididos por classes: 
Classe A: 16.777.256 IPs consecutivos 
Classe B: 65.536 IPs consecutivos 
Classe C: 256 IPs consecutivos 
 
Nos três casos, o IANA definiu 
endereços internos e endereços 
externos. Um endereço externo é 
aquele que pode ser “visto” por 
qualquer computador l igado na 
Internet. Por exemplo, se você digitar 
no seu navegador: 
http://200.147.67.142 
 
Chegará provavelmente ao site do UOL. 
Isto indica que este é um endereço 
externo, visível na Internet, de qualquer 
parte do mundo. 
 
Rede local classe A 
Existementretanto faixas de 
endereços que não são visíveis 
na Internet. Esses endereços são 
reservados para redes locais. A 
faixa reservada para redes locais 
classe A é: 
10.0.0.0 a 10.255.255.255 
 
Os IPs usados nas redes internas 
devem ser entendidos como os 
ramais internos de uma central 
telefônica. Por exemplo, se o 
ramal do seu colega na sala ao 
lado é 238, você pode pegar o 
seu telefone e ligar 238, e o 
telefone dele tocará. Mas se fizer 
isso de um telefone externo, não 
conseguirá fazer esta ligação. 
Rede local classe B 
Da mesma forma como o IANA reservou uma faixa de endereços para redes locais 
classe A, foram reservadas 16 faixas para redes locais classe B. São elas: 
 
172.16.0.0 a 172.16.255.255 
172.17.0.0 a 172.17.255.255 
172.18.0.0 a 172.18.255.255 
172.19.0.0 a 172.19.255.255 
… 
172.29.0.0 a 172.29.255.255 
172.30.0.0 a 172.30.255.255 
172.31.0.0 a 172.31.255.255 
 
Pode-se escolher livremente qualquer uma dessas faixas para criar uma rede local 
classe B. Assim como ocorre nas redes locais classe A, essas faixas de endereços 
são ignoradas na Internet, ou seja, nenhum pacote de dados pode ter um desses 
endereços como destinatário. Tais pacotes seriam ignorados pelos roteadores, 
que são os equipamentos que encaminham os pacotes IP através do mundo. Tais 
endereços podem trafegar apenas em redes locais. Às 16 faixas internas 
indicadas acima, podemos adicionar a faixa de endereços APIPA: 
 
169.254.0.0 a 169.254.255.255 
 
Rede local classe C 
Finalmente, existem faixas reservadas pelo IANA para formar redes locais classe C. 
São indicadas para redes pequenas, pois cada uma delas possui no máximo 256 
IPs. 
 
Foram reservadas 256 faixas para redes classe C. São elas: 
 
192.168.0.0 a 192.168.0.255 
192.168.1.0 a 192.168.1.255 
192.168.2.0 a 192.168.2.255 
… 
192.168.254.0 a 192.168.254.255 
192.168.255.0 a 192.168.255.255 
 
Você pode escolher livremente qualquer uma dessas faixas para criar uma rede 
local classe C. Assim como ocorre nas redes locais classe A e B, essas faixas de 
endereços são ignoradas na Internet, ou seja, nenhum pacote de dados pode ter 
um desses endereços como destinatário. Tais pacotes seriam ignorados pelos 
roteadores, que são os equipamentos que encaminham os pacotes IP através do 
mundo. Tais endereços podem trafegar apenas em redes locais. 
Endereços para redes internas 
A tabela abaixo resume os endereços usados pelas redes classes A, B e C, bem 
como as respectivas faixas reservadas para redes internas (locais): 
Redes 
Classe: 
Faixas de IPs Redes internas 
A 1.0.0.0 a 126.255.255.255 1 rede: 
10.0.0.0 a 10.255.255.255 
B 128.1.0.0 a 191.254.255.255 17 redes: 
172.16.0.0 a 172.31.255.255 e 
169.254.0.0 a 169.264.255.255 
C 192.0.1.0 a 223.255.254.255 256 redes: 
192.168.0.0 a 192.168.255.255 
Escolhendo a classe da rede 
Ao montar uma rede, você pode escolher livremente redes classe A, B 
e C, usando as faixas de endereços usadas para redes internas. 
Se a sua rede é muito pequena e tem não tem perspectivas de 
ultrapassar os 256 micros, pode escolher classe C. Por exemplo, 
192.168.0.1 a 192.168.0.255. 
 
Se sua rede tem chance de chegar a algumas centenas de máquinas, 
é recomendável não começar com classe C. Escolha então uma rede 
de classes A ou B. 
 
Em qualquer caso você sempre poderá escolher a rede interna classe 
A (10.0.0.0 a 10.255.255.255). Apesar de comportar até 16 milhões 
de máquinas, funcionará igualmente se o número de máquinas for 
pequeno. Podemos chegar ao cúmulo de ter uma rede com apenas 
dois micros, usando os endereços 10.0.0.1 e 10.0.0.2. 
 
A vantagem em superdimensionar a classe é que não será preciso 
mudar endereços caso a rede um dia venha a crescer.