Aula 6- Camada 2 (modelo TCP/IP)

Prof. João Paulo de Toledo Gomes

Modelos de referência

ETHERNET, frame relay, PPPXDSL, 802.11, FDDI …

ARP, IP, ICMP, IGMP

TCP, UDP

HTTP, FTP, SMTP, POPDNS, DHCP, TELNET …

Camada de rede (Internet)

Define o mecanismo utilizado para que o computador de origem localize o computador de destino, definindo a rota que as mensagens deverão percorrer.

Os protocolos da camada de rede recebem datagramas da camada de transporte e analisam para definir que rota será utilizada.

Protocolos da camada de rede

- IP: define os mecanismos de endereçamento e roteamento de pacotes na rede.

- ARP: fornece o endereço de hardware para hosts localizados na mesma rede física.

- ICMP: fornece informações sobre as condições de transmissão de datagramas na rede ou sobre erros.

- IGMP: utilizado para especificar quais computadores pertencem a um grupo multicast.

Protocolo IP

É um dos protocolos mais importantes da Internet, porque permite a elaboração e o transporte dos datagramas IP (os pacotes de dados), sem contudo assegurar a “entrega”. Na realidade, o protocolo IP trata os datagramas IP independentemente uns dos outros, definindo a sua representação, o seu encaminhamento e a sua expedição.

IPv4 e IPv6

- IPv4: versão mais utilizada para endereçamento, utiliza 4 bytes, e pode criar redes com aproximadamente 4 bilhões de hosts.

Principais limitações: esgotamento de endereços IP e ausência de suporte a qualidade de serviço e segurança de dados.

Exemplo: 200.176.30.1

IPv4 e IPv6

- IPv6: devido as limitações do IPv4, foi criado esta nova versão de protocolo IP, que está sendo gradualmente implantada, coexistindo com a versão 4.

Principais características: endereçamento expandido, 128 bits, suporte a segurança e qualidade de serviço, e formato de cabeçalho simplificado.

Exemplo: fe80:0000:0000:0000:260:97ff:fefe:9ced

Datagramas

Os dados circulam na Internet sob a forma de datagramas (pacotes). Os datagramas são dados encapsulados, isto é, são dados aos quais se acrescentaram cabeçalhos que correspondem a informações sobre o seu transporte (como o endereço IP de destino).

Estrutura do cabeçalho IPv4

- versão: protocolo IP usado para criar o datagrama, neste caso, versão 4.

- Tamanho: tamanho do cabeçalho IP em palavras de 32 bits, com tamanho mínimo de 5 palavras de 32 bits.

- Tipo de serviço: informações especiais de roteamento.

- Tamanho total: identifica o tamanho total do datagrama IP (em bytes), incluindo cabeçalho e dados.

- identificação: número de cada datagrama enviado, e útil para remontagem dos fragmentos.

- Flags: controlam a fragmentação- Offset: é um valor numérico sucessivo

atribuído a cada fragmento do datagrama, onde o IP no destino utiliza este campo para remontar os fragmentos na ordem correta. É medido em unidades de 8 bytes e o primeiro fragmento tem offset zero.

- TTL: número máximo de roteadores (hops) que um datagrama pode passar, é decrementado de 1 a cada roteador e quando o datagrama atinge TTL zero, ele é descartado.

- Protocolo: especifica qual protocolo foi utilizado para criar a mensagem que está sendo transportada na área de dados. Ex.: ICMP, TCP ou UDP.

- Checksum: verifica a validade do cabeçalho, é recalculado toda vez que o TTL é decrementado.

- end. de origem: é o endereço de origem do datagrama, e também utilizado pelo destino para enviar respostas.

- End. de destino: endereço do host de destino do datagrama.

- Opções: possui tamanho variável, e pode conter informações de segurança, roteamento, relatórios de erro. É opcional em um datagrama.

- Dados: contém os dados do datagrama IP.

Fragmentação e remontagem

• Enlace da rede possui tamanho máximo de transferência –MTU– Maior quadro possível no enlace– Diferentes tipos de enlace, diferentes MTUs

• Fragmentação– Datagrama IP maior dividido em datagramas menores – Divisão ocorre dentro da rede

• Remontagem– Datagrama é remontado no destino final– Bits do cabeçalho IP usados para identificar e ordenar

fragmentos relacionados

Exemplo

Protocolo ARP Protocolo de resolução de endereços (Address

resolution protocol), é responsável pela “tradução” de endereços IP em endereços MAC (endereço físico)

192.168.0.1

192.168.0.2

192.168.0.3

192.168.0.4

Hub

Quem é 192.168.0.4?

ARP request

ARP reply

Monta uma tabela ARP192.168.0.4

Protocolo ICMP

INTERNET CONTROL MESSAGE PROTOCOL: é utilizado internamente pelo protocolo IP para fornecer informações sobre condições de transmissão de pacotes numa rede TCP/IP, ou sobre erros ocorridos no envio desses pacotes. O ICMP somente reporta condições de erros ao host que origina a mensagem e não a intermediários.

Principais funções (ICMP)

- indicar erros na rede: reportar situações como um host da rede que não pode ser localizado. Normalmente roteadores fazem uso do protocolo ICMP para informar ao computador que originou uma mensagem os eventuais problemas na transmissão.

- indicar congestionamento da rede: quando um roteador

recebe pacotes com uma taxa maior do que pode retransmitir, ele poderá enviar uma mensagem ICMP para diminuir o envio dos pacotes.

- suporte a procedimentos de eliminação de erros: onde um

pacote é enviado a um host com fins de teste.

Protocolo IGMP

É um protocolo de gerenciamento de grupo (Internet Group Management Protocol), e usado por hosts para geranciar grupos multicast.

Ex.: jogos em rede Como o ICMP, IGMP é uma parte integral do IP. Por questões de segurança, este protocolo

pode ser desabilitado pelo administrador da rede.

Endereçamento IP

Introdução

Em uma rede de computadores interligadas fisicamente, cada computador é identificado como host.

As placas de rede recebem uma numeração única de fabrica. Essa numeração é o endereço físico chamado MAC (Media Access Control). E é composto por seis bytes exibidos na notação hexadecimal.

Exemplo: 00-10-B5-E5-33-11

Em redes cada host além de possuir um endereço físico possui também um endereço lógico que o identifica em uma rede.

Esse endereço lógico é o endereço IP que por sua vez é divido em duas partes.

Endereço da rede (Network ID) - Identifica a rede no qual o computador faz parte

Endereço do host (Host ID) - identifica o endereço do computador nessa rede.

Quando dois computadores estiverem no mesmo Network ID, podemos dizer que eles estão no mesmo segmento e que são hosts locais.

Quando não forem do mesmo segmento serão designados hosts remotos.

Na figura podemos notar que existe uma máquina que está com o endereço IP diferente. Esta maquina é um host remoto, mesmo estando fisicamente conectada a rede.

Para que essa maquina possa comunicar com as demais (segmento 192.168.2.0)

É necessário um roteador, assim como mostra a seguir:

Vamos tomar como exemplo o endereço 192.168.2.204, fazendo uma analogia com os correios:

192.168.2 seria o CEP e 204 seria o numero da casa.

192.168.2 é o Network ID e deve ser completo (ter 32 bits) para identificar a rede, assim ele deve ser completado com zero 192.168.2.0.

204 é o Host ID, ele identifica um computador em uma rede, neste caso na rede 192.168.2.0.

• Unicast - Quando um computador envia um pacote de dados diretamente para outro computador, basta saber qual é a rede e o numero do host.

• Multicast – Quando um grupo selecionado de computadores recebe a mesma informação simultaneamente. (usando um endereço de multicast)

• Broadcast – Quando todos os computadores em uma rede recebem a mesma informação.

• Anycast – Quando os dados são encaminhados para o mais próximo ou o melhor destino na topologia (roteamento)

Na internet A IANA (Internet Assiigned Numbers Authority) é responsável pelo controle de todos os números IPs, e atualmente, ela realiza suas operações através da ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers).

Em alguns paises, há também o Registro Regional de Internet (NIR – National Internet Registry), responsavel pela distribuição nacional dos endereços. No Brasil, o Núcleo de Informação e Coordenação do Ponto BR – NIC.br – cumpre essa função.

Entendendo os números binários

Normalmente usamos a notação decimal para representar um endereço de Ipv4.

Exemplo: 192.168.2.200 Porém um computador ou um ativo de rede

(roteador) enxerga o endereço Ipv4 como numero binário (32 bits)

32 bits = 4 bytes e esses são separados por pontos.

Um endereço Ipv4 pode ser representado da seguinte forma:

Decimal: 192.168.4.2 Binário: 11000000101010000000010000000010

Para entendermos melhor vamos utilizar a notação binária.

O numero IP consiste em um valor de 32 bits, nos quais podem receber dois valores 0 ou 1.

• 00000000.00000000.00000000.00000000 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos

• 11111111.11111111.11111111.11111111 = 32 bits = 4 bytes = 4 octetos

Cada oito bits, ou seja, cada octeto pode ir de 0 a 255 em decimal. (Oito bits podem conter 256 combinações).

De decimal para binário

Como exemplo, tomaremos um octeto de valor em binário igual 11000000 e somaremos apenas os resultados onde o bit for igual a um (1).

• Acompanhe no exemplo a seguir:

Classes de Endereços

Os endereços IP´s são divididos em cinco classes, A, B, C, D e E. iremos estudar apenas as classes A, B e C, pois a classe D é reservada para Broadcast e a classe E para futuras utilizações.

O que define a classe é o primeiro octeto (ou seja, os oito primeiros bits).

Obs: 127 é um valor reservado para loopback (auto teste). Mas nem por isso deixa de ser classe A. Determinando a quantidade de redes por classe:

• Classe A – Usa apenas o primeiro octeto para identificar a rede e os seguintes 3 octetos (24 bits) para identificar hosts.

• Classe B – Usa os dois primeiros octetos para rede e os últimos dois octetos (16 bits) para hosts.

• Classe C – Usa os três primeiros octetos para a rede e o ultimo octeto (8 bits) para hosts.

Classes

• Classe A Usa o primeiro bit para sua identificação Como na classe A são 8 bits para identificar a

rede, e 1 bit é reservado para identificar a classe

• 8-1=7 • Então 27 –2 = 126 redes • Porque não se usa o 0.x.y.z. e o endereço

127.x.y.z é para auto teste (loopback)

• Classe B Usa os dois primeiros bits para sua

identificação. Na classe B são 16 bits para identificar a rede,

então 16 bits de rede –2 bits de identificação da classe = 14

• 214=16.384 redes

• Classe C Usa os três primeiros bits para identificar a

classe, e 24 bits para identificar a rede. • 24-3=21 • 221=2.097.152 redes

A mascara de sub-rede

A Mascara de subrede é um mecanismo usado para distinguir qual parte do endereço IP é destinado a host e qual parte é destinada rede (network).

A mascara de subrede é constituída de uns seguidos de zeros.

• Classe A - define a mascara de subrede é o primeiro octeto

• Classe B - define a mascara de subrede é o primeiro e o segundo octeto

• Classe C - define a mascara de subrede é o primeiro, o segundo e o terceiro octeto.

Endereços de rede privados

• Classe A 10.0.0.0 até 10.255.255.255 • Classe B 172.16.0.0 até 172.31.255.255 • Classe C 192.168.0.0 até 192.168.255.255

Esses endereços acima definidos no RFC 1627 devem ser usados exclusivamente em redes privadas e não devem ser roteados para a Internet. Mesmo que ocorra o roteamento esses endereços serão descartados pelos roteadores da Internet.

Identificando o endereço de rede através do operador lógico “AND”.

Para identificar o endereço de rede devemos converter os valores em decimais do endereço IP e da mascara de subrede.

CIDR

O Classless Inter-Domain Routing é a maneira de dividir o endereço IP em endereço de rede e host. Sendo assim a definição de endereços não é mais determinada pela classe e sim pelos bits que compõe a mascar de sub-rede.

Fornecendo maior flexibilidade e melhor aproveitamento do endereçamento IP, além de diminuir a complexidade nas tabelas de roteamento.

Resumindo o CIDR aperfeiçoa a alocação de endereços IP através da divisão em subrede e a combinação de redes.

Exemplo:

Para o IP: 192.168.0.37/29, temos:Rede: 192.168.0.32Host: 7Broadcast: 192.168.0.39Sub-redes: 25 = 32

Vamos verificar!

Referência

DONDA, Daniel. Guia do TCP/IP – Entendendo o IPV4 e IPV6. 3ª Ed. 2010 . Disponível em: www.mcsesolution.com. Acesso em: 08/12/2010.