Curso Online de Arquitetura TCP/IP

arquitetura tcp/ip

luiz felipe david

a arquitetura internet foi criada pelo departamento de defesa dos estados unidos, com o objetivo de se ter uma rede interligando várias universidades e órgãos do governo de maneira descentralizada, para evitar a sua destruição no caso de ocorrência de uma guerra. com o passar do tempo, esta idéia inicial perdeu o sentido e a infra-estrutura foi aproveitada para se tornar o que hoje é a maior rede de computadores do mundo, a internet.

tcp/ip

o corpo técnico que coordena a elaboração de protocolo e padrões da internet é o iab (internet activity board). qualquer pessoa pode criar um protocolo para ser utilizado pela rede internet. para isto, basta que ela documente este protocolo através de um rfc (request for comments), que pode ser acessado na internet. estes rfc's são analisados pelos membros da iab que poderão sugerir mudanças e publicá-lo. se após seis meses da publicação não houver nenhuma objeção, este protocolo se torna um internet standard.
a arquitetura internet se destaca pela simplicidade de seus protocolos e pela eficiência com que atinge o seu objetivo de interconectar sistemas heterogêneos.
a arquitetura internet se baseia praticamente no internet protocol (ip) e em transmission control protocol (tcp). juntos, estes protocolos se completam, oferecendo um serviço confiável de uma forma simples e eficiente.

tcp/ip

a arquitetura internet se baseia em um modelo com quatro camadas, onde cada uma executa um conjunto bem definido de funções de comunicação. no modelo em camadas da internet, não existe uma estruturação formal para cada camada, conforme ocorre no rm/osi. ela procura definir um protocolo próprio para cada camada, assim como a interface de comunicação entre duas camadas adjacentes. suas quatro camadas são:

tcp/ip

a camada interface da rede é responsável pela transmissão de dados por meio de uma facilidade física comumente chamado meio físico. exemplos de conceitos tratados nesta camada incluem definições para as tecnologias de redes locais como ethernet e token-ring ou especificações para os drivers de sistemas operacional e suas correspondentes placas de interface de rede.
a arquitetura internet tcp/ip não faz nenhuma restrição às redes que são interligadas para formar a inter-rede. portanto, qualquer tipo de rede pode ser ligada, bastando para isso que seja desenvolvida uma interface que compatibilize a tecnologia específica da rede com um protocolo ip. essa compatibilização é a principal função do nível de interface de rede, que recebe os datagramas ip do nível inter-rede e os transmite através de uma rede específica. para realizar essa tarefa, nesse nível, os endereços ip, que são endereços lógicos, são traduzidos para os endereços físicos dos hosts ou gatways conectados à rede.

camada interface da rede

para que todas estas tecnologias possam ser "vistas" pela rede internet, existe a necessidade de uma conversão de endereçamentos do formato utilizado pela sub-rede e o formato ip. esta conversão é realizada pelos gateways, que tornam a interconexão das redes transparente para o usuário. além das conversões de protocolos, os gateways são responsáveis pela função de roteamento das informações entre as sub-redes.

camada interface da rede

a camada de rede, também chamada de inter-rede, é equivalente à camada de rede do rm/osi. sua responsabilidade é pela transferência de dados através da inter-rede, desde a máquina de origem até a máquina de destino. esse nível recebe pedidos do nível de transporte para transmitir pacotes que, ao solicitar transmissão, informa o endereço da máquina onde o pacote deverá ser entregue. nela são especificados vários protocolos, dentre os quais se destaca o ip.
o ip é um protocolo, cuja função é transferir blocos de dados denominados datagramas da origem até o destino, podendo passar inclusive por várias sub-redes (a origem e o destino são hosts identificados por endereços ip). duas máquinas nunca tem o mesmo endereço ip.

obs.: nenhum mecanismo de controle de erro de dados é utilizado, apenas um controle de verificação do cabeçalho, para garantir que os gateways encaminhem as mensagens corretamente.

camada rede

os endereços ip são números com 32 bits, normalmente escritos como quatro octetos (em decimal) por exemplo 128.6.4.7. a primeira parte do endereço identifica uma rede específica na inter-rede, a segunda a parte identifica um host dentro dessa rede. devemos notar que um endereço ip não identifica uma máquina individual ou isolada, mas sim uma conexão à inter-rede (uma união de várias redes, no caso específico a internet). assim, um gateway conectando a n redes tem n endereços ip diferentes, um para cada conexão.
vamos associar o porque dos endereços ip serem números de 32 bits:

camada rede – endereço ip

por isso a delimitação quanto ao maior número de endereçamento ip, sendo permitido até então a seqüência 255.255.255.255.
cada nó (host ou computador) em uma rede deve ter um endereço internet (ou endereço ip) único, os mesmos devem ser ajustado para as diversas configurações de redes possíveis. as classes de endereçamento ip estão divididas da seguinte maneira:

camada rede – endereço ip

por exemplo, o endereço 13.1.17.1 pertence à classe a; o endereço 135.203.5.17 pertence a classe b; o endereço 210.1.3.10 pertence a classe c.
os endereços ip indicam o número da rede e o número do host, sendo que a classe a suporta até 128 redes com 16 milhões de hosts cada uma, a classe b 16.384 redes com até 64 mil hosts cada uma, a classe c 2 milhões de redes com até 256 hosts cada uma. a classe d identifica endereços para grupos pré-definidos e a classe e serve par uso futuro.

obs.: o número 127.0.0.0 é reservado para teste e comunicação entre processos da mesma máquina (comumente chamado de loopback), portanto, o seu uso não é permitido.

camada rede – endereço ip

o roteamento consiste no processo de escolha do caminho através do qual deve ser enviado o dado para o sistema destino. caso o destino esteja localizado na mesma sub-rede, esta é uma tarefa fácil. porém quando o destino se encontra em uma sub-rede diferente, a transmissão dos dados é feita através de um gateway. o gateway faz o roteamento baseado no endereço ip de destino do datagrama.
os roteadores são equipamentos com algoritmo interno, projetados especificamente para executar a tarefa de roteamento entre as redes. a figura a seguir mostra um exemplo de uma intra-rede que possui dois gateways: g1 interligando 200.1.2, 200.1.2.5 e 200.1.3 e g2 interligando as redes 200.1.3 e 200.1.4

camada rede – roteamento