Conjunto de protocolos TCP/IP e endereçamento IP

CCNA 1
Conceitos Básicos de Redes
Módulo 9
Conjunto de Protocolos TCP/IP e
endereçamento IP
Introdução ao TCP/IP
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Modelo TCP/IP
O Departamento de Defesa dos Estados
Unidos (DoD) desenvolveu o modelo de
referência TCP/IP de modo a criar uma
rede de comunicação que pudesse
funcionar sobre quaisquer condições.
Algumas das camadas do modelo
TCP/IP têm o mesmo nome das
camadas do modelo OSI.
É essencial não confundir as funções das
camadas dos dois modelos, pois as camadas
contêm diferentes funções em cada modelo
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Camada de Aplicação
A camada de aplicação do modelo TCP/IP trata dos
protocolos de alto nível, das questões de representação, de
codificação e de controlo de diálogos.
Codificação
Representação
da informação
Controlo
de diálogo
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Camada de Aplicação
FTP - File Transfer Protocol
Transfere ficheiros entre sistemas que suportem FTP.
O FTP é um serviço fiável, orientado à ligação, que utiliza o protocolo TCP.
Suporta transferências bidirecionais de ficheiros binários e ASCII.
TFTP - Trivial File Transfer Protocol
Transfere ficheiros entre sistemas que suportem TFTP.
O TFTP é um serviço não orientado à ligação que utiliza o protocolo UDP.
É utilizado nos routers Cisco para a transferência de configurações e de imagens
do Sistema Operativo.
NFS - Network File System
É um conjunto de protocolos para sistemas de ficheiros distribuídos
desenvolvido pela Sun Microsystems.
Permite acesso a ficheiros de um dispositivo de armazenamento remoto, como
um disco rígido, através da rede.
SMTP - Simple Mail Transfer Protocol
Administra a transmissão de correio electrónico através de redes de
computadores.
Só oferece suporte à transmissão de informação em texto simples.
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Camada de Aplicação
Telnet - Terminal emulation
Permite o acesso remoto a outro computador.
Ele permite a um utilizador fazer um login e a execução de
comandos num computador remoto.
Um cliente Telnet é chamado de host local.
Um servidor Telnet é chamado de host remoto.
SNMP - Simple Network Management Protocol
Fornece uma forma de monitorizar e controlar dispositivos de
rede.
Permite também gerir configurações, recolha de dados
estatísticos, de desempenho e de segurança.
DNS - Domain Name System
É utilizado na Internet para converter os nomes de domínios e
seus respectivos nós de rede públicos em endereços IP
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Camada de Transporte
Forma uma ligação lógica entre os dois extremos
comunicantes, o host emissor e o host receptor.
Os protocolos de transporte segmentam e remontam
os dados das aplicações
Oferece serviços de transporte extremo-a-extremo.
TCP - Transmission Control Protocol
Orientado à ligação
UDP – User Datagram Protocol
Não orientado à ligação
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Camada de Transporte
Serviços da camada de transporte:
TCP e UDP
Segmentação dos dados enviados pelas aplicações.
Envio de segmentos do dispositivo num dos extremos
para o dispositivo no outro extremo.
Somente TCP
Estabelecimento de operações extremo-a-extremo.
Controlo de fluxo proporcionado pelas janelas móveis.
Fiabilidade proporcionada pelos números de sequência
e confirmações
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Camada de Transporte
Segmento
#10
Segmento
#10
Estou à espera de
receber o segmento #11
Estou à espera de
receber o segmento #11
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Camada de Transporte
Serviços da camada de transporte:
Serviço de entrega de segmentos não fiável
É como enviar uma carta pelo correio.
Existe uma grande probabilidade de ser entregue mas
não tenho a garantia da sua entrega.
Serviço de entrega de segmentos fiável
É como enviar uma carta pelo correio com aviso de
recepção.
Após a recepção do aviso de recepção tenho a certeza da
entrega da carta.
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Camada Internet
A finalidade da camada de Internet é a escolha do
melhor caminho para os pacotes viajarem através
da rede.
O principal protocolo que funciona nesta camada é o
IP (Internet Protocol).
A determinação do melhor caminho ocorre nesta
camada.
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Camada Internet
Protocolos da camada Internet TCP/IP:
O IP oferece:
encaminhamento de pacotes.
Serviço de entrega de melhor esforço.
Não se preocupa com o conteúdo dos pacotes, apenas procura
um caminho até o destino.
ICMP - Internet Control Message Protocol
Oferece capacidade de controlo e de mensagens.
ARP - Address Resolution Protocol
Determina o endereço da camada de dados (endereço MAC)
a partir de um endereço IP conhecido.
RARP - Reverse Address Resolution Protocol
Determina o endereço IP quando o endereço MAC é
conhecido.
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Camada Internet
Uma das funções da Camada Internet é a selecção
do melhor caminho através da Rede
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Camada Internet
Endereços IPv4 e IPv6
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Camada de Acesso à Rede
A camada de acesso à rede é também denominada camada
host-to-network.
Permite o acesso dos pacotes IP ao meio de transmissão da rede.
As funções da camada de acesso à rede incluem:
Conversão dos endereços IP em endereços físicos (MAC).
Encapsulamento dos pacotes IP em tramas.
Os protocolos ARP e RARP
trabalham nas camadas
Internet e de Acesso à Rede
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Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP
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Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP
Semelhanças entre os modelos OSI e TCP/IP:
Estão divididos em camadas.
Têm camadas de Aplicação, mas incluem serviços
diferentes.
Têm camadas de transporte e de rede comparáveis.
Utilizam comutação de pacotes em vez de comutação
de circuitos.
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Comparação entre o Modelo OSI e o Modelo TCP/IP
Diferenças entre os modelos OSI e TCP/IP:
O modelo TCP/IP combina as camadas OSI de Aplicação,
Apresentação e de Sessão na sua camada de Aplicação.
O modelo TCP/IP combina as camadas OSI de Ligação de
Dados e Física na sua camada de Acesso à Rede.
O modelo TCP/IP parece mais simples porque tem menos
camadas.
Quando a camada de Transporte do modelo TCP/IP utiliza UDP
não garante fiabilidade na entrega de pacotes. A camada de
Transporte do modelo OSI garante sempre.
O modelo TCP é um modelo funcional que foi evoluindo à
medida das necessidades.
O modelo OSI normalmente só é utilizada como ajuda para a
compreensão do processo de comunicação.
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Arquitectura da Internet
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Arquitectura da Internet
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Arquitectura da Internet
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Arquitectura da Internet
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Endereços Internet
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Endereços IP
Para dois sistemas comunicarem, devem ser
capazes de se identificarem e localizar um ao
outro.
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Endereçamento IP
Um computador pode estar ligado a mais do que a uma
rede.
Nesta situação, o sistema deve receber mais de um endereço.
Cada endereço identificará uma ligação do computador a uma
rede diferente.
Um endereço não identifica um dispositivo na rede, mas um
ponto de ligação do dispositivo à rede.
2 NICs
2 Endereços MAC
2 endereços IP
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Endereços IP
Cada computador numa rede TCP/IP tem um
identificador único ou endereço IP.
Este endereço permite a um computador localizar
outro na Internet.
Os endereços IP pertencem à camada 3.
Todos os computadores têm também um endereço
físico exclusivo, o endereço MAC.
Este endereço é atribuído pelo fabricante da placa de
interface de rede. (NIC).
Os endereços MAC pertencem à camada 2 do modelo
OSI.
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Endereços IP
Um endereço IP é uma sequência de 32 bits.
Para facilitar a utilização dos endereços IP, estes são
escritos numa sequência de quatro números decimais
separados por pontos.
Formato decimal pontuado.
O endereço IP 192.168.1.8 será
11000000.10101000.00000001.00001000 em notação
binária.
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Endereços IP
Um router encaminha pacotes da rede de origem
para a rede de destino utilizando o protocolo IP.
Os pacotes devem incluir um identificador para a
rede de origem e para a de destino.
Utilizando o endereço IP da rede de destino, um
router pode entregar um pacote na rede correcta.
Quando o pacote chega a um router ligado à rede de
destino, esse router utiliza o endereço IP para localizar
o computador específico ligado a essa rede.
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Endereços IP
Todos os endereços IP têm duas partes.
Uma parte identifica a rede à qual o sistema está
conectado;
a outra parte identifica um dispositivo na rede
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Endereços IP
Divisão entre Rede e Host
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Endereços IP
Endereçamento Hierárquico
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Endereços IP
Os endereços IP são
divididos em classes.
Os endereços de classe A
são atribuídos a redes de
grande dimensão.
Os endereços de classe B
são usados para redes de
porte médio e os de classe C
para redes pequenas.
A primeira etapa para
determinar qual parte do
endereço identifica a rede e
qual parte identifica o host é
identificar a classe do
endereço IP.
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Classes de Endereços IP
Endereçamento classful
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Classes de Endereços IP
Classe A
Suporta redes extremamente grandes, com mais de 16 milhões
de endereços de host disponíveis.
O primeiro bit de um endereço de classe A é sempre 0.
O menor número que pode ser representado é 00000000, que
também é o 0 decimal.
O maior número que pode ser representado é 01111111,
equivalente a 127 em decimal.
Os números 0 e 127 são reservados e não podem ser usados
como endereços de rede.
Qualquer endereço que comece com um valor entre 1 e 126
no primeiro octeto é um endereço de classe A.
A rede 127.0.0.0 é reservada para testes de loopback.
As máquinas podem utilizar este endereço para enviar
pacotes para si mesmos.
Este endereço não pode ser atribuído a nenhuma
rede.
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Classes de Endereços IP
Classe A
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Classes de Endereços IP
Classe B
Utilizado para redes de médio e grande porte.
Um endereço IP de classe B utiliza os dois primeiros octetos
para indicar o endereço da rede.
Os outros dois octetos especificam os endereços dos hosts.
Os dois primeiros bits de um endereço classe B são sempre 10.
O menor número que pode ser representado por um endereço
classe B é 10000000, equivalente a 128 em decimal.
O maior número que pode ser representado é 10111111,
equivalente a 191 em decimal.
Qualquer endereço que comece com um valor no intervalo
de 128 a 191 é um endereço classe B.
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Classes de Endereços IP
Classe B
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Classes de Endereços IP
Classe C
É a classe de endereços IP mais utilizada.
Suporta redes pequenas com um máximo de 254
hosts.
Os três primeiros bits de um endereço classe C são
sempre 110.
O menor número que pode ser representado é
11000000, equivalente a 192 em decimal.
O maior número que pode ser representado é
11011111, equivalente a 223 em decimal.
Qualquer endereço que comece com um valor
no intervalo de 192 a 223 é um endereço classe C.
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Classes de Endereços IP
Classe C
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Classes de Endereços IP
Classe D
A classe de endereços D foi criada para permitir
multicasting com um endereço IP.
Um endereço de multicast é um endereço de rede
que direcciona os pacotes com esse endereço de
destino para grupos predefinidos de endereços IP.
Uma única estação pode transmitir
simultaneamente um único fluxo de dados para
vários destinatários.
Os quatro primeiros bits de um endereço classe D
são sempre 1110.
O intervalo de valores do primeiro octeto dos
endereços de classe D vai de 11100000 a 11101111,
ou de 224 a 239 em decimal.
Um endereço IP que comece com um valor no
intervalo de 224 a 239 é um endereço classe D.
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Classes de Endereços IP
Classe D
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Classes de Endereços IP
Classe E
Endereços reservados
Os primeiros quatro bits de um endereço classe E são
sempre 1s.
O intervalo de valores no primeiro octeto dos
endereços de classe E vai de 11110000 a 11111111,
ou de 240 a 255 em decimal.
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Endereços IP Reservados
Endereço da rede
Utilizado para
identificar a própria
rede.
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Endereços IP Reservados
Endereço de broadcast
Utilizado para realizar um
broadcast de pacotes para todos os
dispositivos de uma rede.
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Endereços IP Públicos e Privados
A estabilidade da Internet depende da exclusividade dos
endereços de rede usados.
Na figura vemos que ambas as redes têm o mesmo
endereço de rede.
O router não é capaz de encaminhar os pacotes de
dados correctamente.
Para cada dispositivo de uma rede, é necessário um
endereço exclusivo.
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Endereços IP Públicos e Privados
Atribuição de endereços IP:
Inicialmente foi a InterNIC (Internet Network
Information Center).
Actualmente é a IANA (Internet Assigned Numbers
Authority).
Os endereços IP privados são uma solução para o
problema da escassez iminente dos endereços IP
públicos.
As redes privadas que não estão ligadas à Internet
podem utiliar quaisquer endereços de host, desde que
cada host dentro da rede privada seja exclusivo
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Endereços IP Públicos e Privados
Ligar uma rede que utiliza endereços privados à Internet
exige a conversão dos endereços privados em endereços
públicos.
Este processo de conversão é chamado de NAT
(Network Address Translation).
Geralmente, o router é o dispositivo que realiza o
NAT.
Os endereços IP privados
podem ser utilizados em
ligações série ponto-a-ponto não
se desperdiçando endereços IP
públicos
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Sub-Redes
Dividir uma rede em sub-redes significa utilizar a máscara
de sub-rede para dividir a rede em segmentos menores ou
sub-redes.
É necessário saber quantas sub-redes são necessárias e quantos
hosts serão necessários em cada sub-rede.
Com as sub-redes a rede não fica limitada às máscaras de
rede das classes A, B ou C.
Os endereços incluem a parte da rede mais um campo de
sub-rede e um campo do host.
Para criar um endereço de sub-rede tomam-se emprestados
alguns bits do campo do host.
A quantidade mínima de bits que podem ser emprestados é 2.
A quantidade máxima de bits que podem ser emprestados é
qualquer valor que deixe pelo menos 2 bits para o número do host.
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IPv4 verus IPV6
Os endereços classe A e B representam 75% do
espaço de endereços do IPv4.
Menos do que 17.000 organizações podem receber
endereços de classe A ou B.
Os endereços de rede de classe C são muito mais
numerosos do que os de classes A e B, embora
representem somente 12,5% dos possíveis endereços IP.
Os endereços de classe C estão
limitados a 254 hosts.
Isso não atende às necessidades de
organizações maiores que não podem
adquirir um endereço de classes A ou
B.
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IPv4 verus IPV6
Endereços IPv6
O IPv6 utiliza 128 bits em vez dos 32 bits utilizados pelo IPv4.
O IPv6 utiliza números hexadecimais para representar os 128 bits.
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Obtenção de Endereços IP
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Obtenção de Endereços Internet
Cada host necessita de um endereço único para poder funcionar na
Internet.
Os endereços MAC dos hosts têm apenas significado local,
identificando o host dentro da Rede Local.
Como é um endereço da camada 2, o router não o utiliza para
encaminhamento fora da LAN.
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Atribuição Estática de Endereços IP
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Atribuição de Endereços IP com RARP
O protocolo RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
associa um endereço MAC conhecido a um endereço IP.
É necessário a existência de um servidor RARP para o
processamento dos pedidos.
Um dispositivo ao arrancar pode desconhecer o seu
endereço IP.
O dispositivo conhece o endereço MAC associado à sua NIC.
Envia uma mensagem de RARP Request para o endereço de
broadcast.
Todos os dispositivos da rede recebem processam o pedido
mas só o servidor de RARP responde.
Na mensagem de RARP reply vai a indicação do endereço
IP atribuido.
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Atribuição de Endereços IP com BOOTP
O protocolo BOOTP (Bootstrap) permite além da
obtenção do endereço IP, a obtenção do endereço IP de um
router, do endereço IP de um servidor e de alguma
informação especifica.
Não fornece atribuição dinâmica de endereços.
Um administrador de rede cria um arquivo de
configuração que especifica os parâmetros de cada
dispositivo.
Significa que cada host tem de ter um perfil BOOTP
com uma atribuição de endereço IP.
Não pode haver dois perfis com o mesmo endereço IP.
Utiliza o UDP para transportar as mensagens.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O protocolo DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) é o
sucessor do BOOTP.
O DHCP permite a um host obter um endereço IP
dinamicamente sem que o administrador tenha de configurar um
perfil individual para cada dispositivo.
Tudo o que é necessário ao usar o DHCP é um intervalo de
endereços IP definido num servidor DHCP.
Quando os hosts entram em contacto com o servidor DHCP e
solicitam um endereço, o servidor DHCP escolhe um endereço e o
atribui a esse host.
Com o DHCP, toda a configuração de rede de um computador
pode ser obtida em uma única mensagem.
Inclui todos os dados fornecidos pela mensagem BOOTP, o
endereço IP atribuído e uma máscara de sub-rede.
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Atribuição de Endereços IP com BOOTP
O computador AA:EC:F9:23:44:19 necessita de obter um endereço IP.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O computador AA:EC:F9:23:44:19 gera um DHCP request.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O DHCP request é transmitido.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
Todos os dispositivos com excepção dos servidores DHCP descartam o
pedido.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O servidor prepara um DHCP offer onde é incluído o endereço IP do
cliente, o endereço IP do servidor DHCP e o endereço IP do gateway por
omissão.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O servidor DHCP envia o DHCP offer ao computador que enviou o
pedido.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O segundo servidor DHCP envia um DHCP offer.
64
Atribuição de Endereços IP com DHCP
Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O computador envia um DHCP request endereçado ao servidor DHCP a
indicar ter aceite a oferta.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
Só o servidor DHCP com o endereço MAC de destino processa a trama.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O servidor DHCP seleccionado cria um DHCP ACK.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
O DHCP ACK é transmitido.
69
Atribuição de Endereços IP com DHCP
Só o computador com o endereço MAC de destino processa a trama.
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Atribuição de Endereços IP com DHCP
A partir deste ponto, o computador pode começar a utilizar o endereço IP
atribuído assim como a restante informação incluída no DHCP offer.
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Resolução de Endereços
Para se comunicar um dispositivo tem de se conhecer o endereço IP e
o endereço MAC do destinatário.
É necessário um método para se converter automaticamente
endereços IP em endereços MAC.
A criação manual de tabelas de conversão não é exequível.
No TCP/IP existe um protocolo chamado ARP (Address Resolution
Protocol) que obtém automaticamente os endereços MAC a partir dos
endereços IP para transmissão local.
Surgem outros problemas quando o destinatário se encontra fora
da rede local.
O TCP/IP tem uma variação do ARP chamada Proxy ARP, que
fornece o endereço MAC de um dispositivo intermediário para
transmissão fora da LAN para outro segmento da rede.
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ARP – Address Resolution Protocol
Tabelas ARP
Os dispositivos mantêm tabelas que contêm os endereços MAC e os
endereços IP de outros dispositivos ligados à mesma LAN.
As tabelas ARP são armazenadas na memória RAM
As informações sobre cada um dos dispositivos são mantidas
automaticamente.
É muito raro que o utilizador tenha que criar uma entrada na tabela
ARP manualmente.
Cada dispositivo numa rede mantém sua própria tabela ARP.
Quando um dispositivo pretende enviar informação utiliza a informação
fornecida pela tabela ARP.
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ARP – Address Resolution Protocol
Quando um dispositivo pretende enviar informação para
um dispositivo com um determinado endereço IP, consulta
a tabela ARP a fim de conhecer o endereço MAC do
destinatário.
A informação é então encapsulada numa trama e transmitida.
Obtenção dos endereços MAC para a tabela ARP:
Monitorar o tráfego que ocorre no segmento local da rede.
Todas as estações de uma rede Ethernet analisarão todo o
tráfego para determinar se os dados são para elas.
Parte desse processo é gravar os endereços IP e MAC de
origem do datagrama em uma tabela ARP.
Conforme os dados são transmitidos pela rede, os pares de
endereços preenchem a tabela ARP.
Enviar uma uma mensagem de broadcast ARP Request.
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ARP – Address Resolution Protocol
O processo ARP
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ARP – Address Resolution Protocol
Um computador que necessita de um endereço MAC envia
uma mensagem de broadcast ARP Request.
Todos os outros dispositivos da rede local analisam o ARP
request.
Se um dos dispositivos locais tiver o endereço IP pretendido
envia um ARP reply com o seu endereço MAC.
Se o ARP request for para uma rede com outro identificador de
rede (Net ID do endereço IP) existe um outro processo que pode
ser utilizado.
Os routers não encaminham pacotes de broadcast.
Nesta variação, o router tem a função de proxy ARP.
O router ao receber o ARP request envia o endereço MAC
da sua interface que recebeu o pedido.
O router responde com os seus endereços MAC aos pedidos
cujo endereço IP não esteja no intervalo de endereços da subrede local.
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ARP – Address Resolution Protocol
Gateway por omissão
Outro método para o envio de informação para um endereço que
se encontra noutro segmento de rede é a configuração de um
gateway por omissão.
O Gateway por omissão é o endereço IP de um router de saída
da rede.
O host emissor compara o endereço IP de destino com o seu
próprio endereço IP.
Se estiverem no mesmo segmento de rede, o emissor
consulta a sua tabela ARP ou efectua um ARP request para a
obtenção do endereço MAC do destinatário.
Se não estiverem no mesmo segmento, a informação é
enviada para o router.
O endereço MAC do router é obtido a partir do endereço IP
do gateway por omissão e da consulta da tabela ARP ou
através de um ARP request.
Se o gateway por omissão no host não estiver definido ou se a
função proxy ARP não estiver activa no router, não pode sair
nenhum tráfego da rede local.
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ARP – Address Resolution Protocol
Tabela ARP
Gateway por omissão
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