Redes Básico – Parte XVIII

 

4- O Modelo TCP/IP

 

O modelo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) na realidade é uma evolução de um protocolo de uma rede criada em 1969 pelo ARPA (Agency Research and Projects Agency), a ARPANET. A ARPANET tinha como propósito inicial evitar que a rede de comunicação dos Estados Unidos ficasse inoperante por conta de um ataque nuclear, já que todas as informações dessa rede passavam por um computador central localizado no Pentágono. A ARPANET tornaria possível portanto, a interligação de centros de pesquisa e militares do governo sem ter um ponto central definido nem rota única de informações. Mas com o passar do tempo a ameaça da guerra fria passou e no inicio dos anos 70 o governo americano abriu o acesso a ARPANET permitindo que universidades e outras organizações acessassem  a rede. Porém no final dos anos 70, com o crescimento continuo da rede, seu protocolo de comutação de pacotes conhecido como NCP (Network Control Protocol) tornou-se inadequado. Se tornava necessário então a criação de um protocolo que permitisse esse crescimento de uma forma transparente e livre de problemas. A ARPA desenvolveu então o TCP/IP para o lugar do NCP. O novo protocolo não só resolvia os problemas de seu antecessor, como permitiu o crescimento ilimitado da rede. Composto de uma família de protocolos, o TCP/IP é a pedra fundamental que permitiu o surgimento da Internet. O sucesso do TCP/IP foi tamanho, que rapidamente ele se tornou um padrão de mercado. Diferentemente do modelo OSI, o TCP/IP foi um modelo implementado. Hoje em dia o modelo OSI serve apenas como um modelo conceitual.

 

4.1 – Características

 

Entre algumas características do TCP/IP poderíamos citar:

 

» Os protocolos são abertos e independentes de hardware ou software.

 

» Sistema comum de endereçamento.

 

» Rotavel.

 

» Robusto.

 

» Escalável.

 

4.2 – Padrões

 

Os padrões do TCP/IP são publicados em uma série de documentos conhecidos como RFC(Request for Comments). O propósito das RFCs é fornecer informação ou descrever trabalhos em andamento. O comitê responsável pela publicação das RFCs é o IETF(Internet Engineering Task Force). As RFCs podem ser encontradas no site do IETF em www.ietf.org ou no site do INTERNIC em www.internic.com.

 

4.3 – OSI e TCP/IP

 

Diferentemente do modelo OSI que usa 7 camadas, o TCP/IP usa somente 4. São elas:

 

» Rede.

 

» Internet.

 

» Transporte.

 

» Aplicação.

 

Cada uma dessas camadas pode corresponder a uma ou mais camadas do modelo OSI.

 

A tabela abaixo ilustra essa correspondência.

 

 

4.3.1 - Aplicação

 

Corresponde as camadas de aplicação, apresentação e sessão do modelo OSI. Essa camada conecta as aplicações a rede e nela se encontram os protocolos das aplicações clientes e servidoras O processo de transmissão de dados se inicia nessa camada. Duas interfaces de programação dão acesso aos protocolos da camada de transporte. Windows Sockets e NETBIOS. Eis alguns protocolos que compõem essa camada: SMTP, http, FTP, POP.

 

4.3.2 - Transporte

 

Corresponde a camada de transporte do modelo OSI. Garante a comunicação entre os hosts e passa os dados entre a camada de aplicação e a camada internet. Tem como características:

 

» Reconhecimento de recebimento de pacotes.

 

» Controle de fluxo.

 

» Sequenciamento de pacotes.

 

» Retransmissão de pacotes.

 

Dois protocolos compõem essa camada, o UDP (User Datagram Protocol) e o TCP (Transmission Control Protocol).

 

4.3.2.1 – TCP

 

Fornece serviço de entrega de dados orientado a conexão de maneira confiável e full-duplex. Ou seja, antes de transmitir os dados os computadores devem estabelecer uma conexão. Há garantia de que os dados enviados foram recebidos. O processo de conexão é conhecido como Three-Way-Handshake, eis como o processo ocorre.

 

» A origem inicia a conexão enviando um pacote SYN que contém o número da porta que ele planeja usar e o número de seqüência inicial.

 

» O destino reconhece com um ACK que consiste do SYN de origem +1.

 

» A origem reconhece o ACK com o número SYN do destino +1.

 

Para ficar mais claro, vamos ver na prática a conexão entre dois hosts, João e Maria.

 

» João manda um SYN=100.

 

» Maria manda um SYN=300 e um ACK=101.

 

» João responde com um ACK=301.

 

A transmissão de pacotes é feita em grupos. A cada pacote é atribuído um número seqüencial e uma confirmação de recebimento é usada para certificar que o destino recebeu o pacote. Se a origem não receber essa confirmação, os dados são retransmitidos. Pode acontecer e é muito comum que os pacotes cheguem fora de ordem ao destino. Aí é que entra a importância da numeração dos pacotes. O destino então reordena  os pacotes e recria o dado original. Simples não?

 

O TCP adiciona aos pacotes também informações de porta das aplicações origem e destino. Em suma, um pacote TCP contém:

 

» Número da porta TCP origem e destino.

 

» Um número seqüencial.

 

» Um verificador para garantir que a informação é enviada sem erro.

 

» Um número de reconhecimento que informa a origem que o pacote foi recebido.

 

» Janelamento TCP.

 

4.3.2.1.1 – Janelamento TCP

 

Anteriormente havíamos mencionado que uma das características da camada de transporte era o controle de fluxo e isso ocorre graças ao janelamento. O janelamento regula quanta informação pode ser passada por uma conexão TCP antes de um ACK ser recebido. Tanto a origem quanto o destino possuem janelas de transmissão e recepção que utiliza bufferização para tornar o processo mais eficiente. Assim, a origem pode mandar os pacotes em um fluxo sem ter que esperar cada pacote ser reconhecido. Isso permite que o destino receba os pacotes fora de ordem e os reordene, enquanto espera por mais pacotes.

 

A grande vantagem do TCP é a confiabilidade.

 

4.3.2.2 – UDP

 

Fornece serviço de entrega de dados não orientado a conexão e logo de forma não confiável. Ou seja, não há garantia de que os dados foram realmente recebidos. Aqui não há estabelecimento de conexão como no TCP. Os dados são enviados e não há qualquer tentativa de verificar se o destino realmente os recebeu, nem se houve algum erro que impediu a recepção dos mesmos, logo não existe re-transmissão dos dados. O UDP é mais adequado para transmissão de pequenas quantidades de dados em que a garantia de entrega não é uma necessidade. Um bom exemplo disso, são aplicativos que transmitem usando broadcast e multicast tais como uma vídeoconferência.

 

O UDP também usa portas, mas elas são diferentes das portas usadas pelo TCP.

 

A grande vantagem do UDP é a velocidade.

 

4.3.2.3 – Portas

 

As portas são uma referência da localização de uma aplicação ou processo em cada máquina identificando aquela aplicação para a camada de transporte dessa forma fornecendo uma conexão completa entre aplicações de computadores diferentes. Existem portas UDP e TCP. Cada protocolo tem um número de porta associado a ele. Por exemplo imagine uma situação em que estamos acessando um site na internet. A aplicação cliente é o nosso navegador e a aplicação servidora é o servidor web que abriga aquele site que estamos acessando. Quando digitamos, http://www.sitequalquer.com.br,  onde http é o protocolo, estamos na verdade fazendo referência a porta 80 do servidor web em questão e na nossa máquina cria-se uma outra porta que identifica o nosso navegador referente ao nosso endereço IP. As tabela ilustra algumas portas TCP.

 

 

4.3.3 – Internet

 

Corresponde a camada de rede do modelo OSI. Responsável pelo endereçamento e roteamento dos dados que devem ser transmitidos. São usados para encaminhar pacotes entre segmentos de redes. Quatro protocolos fazem parte dessa camada: IP, ICMP, IGMP e ARP.

 

4.3.3.1 – IP (Internet Protocol)

 

Responsável pelo endereçamento e seleção de rota. Quando um pacote é transmitido, é adicionado ao pacote um cabeçalho, de modo que modo que ele possa ser roteado através da rede usando tabelas de roteamento. Para identificar os hosts e as redes das  quais fazem parte, é definido um número identificador conhecido como endereço IP. O endereço IP é composto de duas partes o endereço de rede e o endereço de host. Eis o que está incluído em um pacote IP:

 

» Endereço IP origem e destino.

 

» Um identificador de protocolo.

 

» Um valor calculado para verificação de erro.

 

» Um TTL.

 

O TTL é uma informação importante do pacote IP. Expresso em segundos, ele diz quanto tempo o pacote poderá permanecer na rede. Quanto o pacote passa de uma rede para outra o valor do TTL é decrescido de um. A finalidade disso é evitar que o pacote fique em loop trafegando infinitamente na rede.

 

4.3.3.2 - ICMP

 

Usado para emitir informações de controle e erro quando acontecerem problemas na rede. São geradas na impossibilidade de rotear um datagrama ou quando houver um congestionamento na rede. Utiliza o IP para o transporte da mensagem, não oferecendo portanto garantia de entrega. Dois utilitários de diagnóstico usam o ICMP, o ping e o tracert. Uma das mensagens que o ICMP pode enviar é Destino Inalcançável que pode ser dos seguintes tipos:

 

» Rede inalcançável.

 

» Host inalcançável.

 

» Porta Inalcançável.

 

» Host de destino desconhecido.

 

» Rede de destino desconhecida.

 

4.3.3.3 – IGMP

 

Usado para enviar pacotes a vários destinos simultaneamente. Essa prática é conhecida como multicast. Usado por roteadores para comunicação entre eles.

 

4.3.3.4 – ARP

 

Responsável pela obtenção do endereço de hardware que se refere aquele endereço IP. Todos os endereços resolvidos são armazenados em cache. A cache nada mais é que uma tabela que mapeia endereços IP a endereços MAC. As entradas são incluídas dinamicamente, mas é possível criar entradas estáticas.

 

Mas como ocorre esse processo? Vamos ilustrar através de um exemplo. Suponha que duas máquinas que estão em uma rede queiram se comunicar.

 

Alpha – IP: 192.168.0.1  e MAC:0702

 

Delta – IP:192.168.0.2 e MAC: 0703

 

» Alpha quer se comunicar com Delta e consulta a sua tabela para saber qual o endereço MAC de Delta. Mas não existem entradas para o host em questão.

 

» Alpha manda um ARP broadcast para todos os hosts da rede, contendo seu endereço IP e MAC e endereço IP de Delta.

 

» Somente Delta processa o pacote e armazena o endereço MAC de Alpha em sua tabela.

 

» Delta responde a Alpha com seu endereço MAC.

 

» Alpha armazena o endereço MAC de Delta em sua tabela.

 

4.3.4 – Rede

 

Corresponde as camadas Link de dados e física do modelo OSI. Responsável pelo envio de datagramas construídos na camada internet, através do meio físico. Essa camada é totalmente independente do nível de rede. Entre os protocolos que fazem parte dessa camada poderíamos citar: ATM, X25, Frame-Relay, PPP, Ethernet, FDDI.

 

4.4 – Classes de Endereços

 

Conforme mencionamos anteriormente um endereço IP é composto de duas partes, a da rede e a de host. Todos os equipamentos pertencentes a uma mesma rede, possuem o mesmo endereço de rede. Um endereço IP é composto por 4 octetos (32 bits) e é representado na forma decimal. Por exemplo, 192.168.0.1. Onde 192.168.0.1 seria o endereço do host e 192.168.0 seria o endereço de rede. Cada equipamento tem um endereço IP que o identifica na rede. Para facilitar a organização de distribuição desses endereços a diversas entidades espalhadas pelo mundo, eles foram divididos em classes.  A diferença entre cada uma das classes é o número de bits utilizado para identificar a rede e o número de bits utilizado para identificar os hosts.

 

Assim pelo primeiro octeto do IP podemos identificar a que classe ele pertence.

 

Classe A – IPs que tem seu inicio variando de 0 a 126. Se caracterizam por poder ter até 126 redes e 16.777.214 hosts.

 

Classe B – Ips que tem seu inicio variando de 128 a 191. Se caracterizam poder ter até 16.384 redes e 65.534 hosts.

 

Classe C – Ips que tem seu inicio variando de 192 a 223. Se caracterizam por poder ter até 2.095.152 redes e 254 hosts.

 

Como pode-se notar o Classe C é o inverso do Classe A.

 

Assim teríamos:

 

10.0.0.1 – Classe A

 

172.16.0.30 – Classe B

 

192.168.0.40 – Classe C

 

4.4.1 – Endereços Reservados

 

Visando evitar a escassez de endereços, separou-se uma gama de endereços que poderiam ser usados em redes internas e que poderiam ser repetidos em redes distintas. Porém esses endereços não são endereços válidos para trafegar na internet. Os roteadores quando identificam um pacote em que consta algum desses endereços, bloqueiam a sua passagem para a internet.

 

Os endereços são os seguintes:

 

» 10.0.0.1 até 10.255.255.255 na classe A.

 

» 172.16.0.0 até 172.31.255.255 na classe B.

 

» 192.168.0.0 até 192.168.255.255 na classe C.

 

Logo, supondo que estamos montando uma rede em nosso escritório, podemos usar qualquer um desses endereços para os equipamentos de nossa rede interna sem qualquer problema.

 

4.4.2 – Considerações

 

» O endereço 127.x.x.x não está disponível para uso. O endereço de rede 127 é reservado para diagnóstico em redes.

 

Os números 0 e 255 também tem uso reservado quando se trata de endereço de rede ou de host. O primeiro é interpretado como a própria rede e o segundo como endereço de broadcast. Por exemplo: 192.168.0.0 , é o endereço de uma rede, enquanto que 255.255.255.255 seria um endereço de broadcast.