Arquitetura TCP/IP: Camadas, Protocolos e Endereçamento IP

Protocolo TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol)

O protocolo TCP/IP foi criado visando atender à necessidade de endereçamento e de interconexão de redes. Podemos considerá-lo como uma arquitetura formada por um conjunto de protocolos de comunicação utilizados em redes locais (LANs) ou em redes externas (WANs).

Vários ambientes e sistemas operacionais suportam o TCP/IP, como Unix, DOS, Windows, OS/2, Novell Netware e IntranetWare, permitindo a integração de diferentes plataformas e disponibilizando uma gama extensa de endereçamentos.

Classes de Endereços IP (Definidas pela INTERNIC)

A INTERNIC definiu quatro classes de endereços IP na Internet:

Classe A

Nessa classe, o primeiro byte representa o número da rede e os outros três bytes, o número do host. Esta classe permite representar 126 redes e 16.777.214 hosts.

Classe B

Nessa classe, os dois primeiros bytes representam o número da rede e os outros dois bytes, o número do host. Permite representar 16.000 redes e 65.534 hosts para cada uma das redes.

Classe C

Nessa classe, os três primeiros bytes representam o número da rede e o último byte, o número do host.

Permite representar mais de dois milhões de redes (2.097.152 de redes) e 254 hosts para cada uma das redes.

Classe D/E

Nessa classe, todos os bytes representam um endereço broadcasting para envio de mensagens a toda a rede.

Os Quatro Níveis da Arquitetura TCP/IP

1. Nível de Enlace de Rede (Data Link e Interface de Rede [Físico]):

   Corresponde aos protocolos dos níveis 1 e 2 do modelo OSI, que carregam a informação a nível local ou entre pontos de uma rede, como Ethernet, Token Ring, PPP, X.25, Frame Relay. Sua unidade é o Bit e o Quadro (Frame).

2. Nível de Roteamento (Internetwork [Rede]):

   É onde ocorre o roteamento dos dados na rede, efetuado pelo Protocolo IP. O protocolo IP pega os dados da camada de transporte e roteia-os pelas redes, porém não possui os controles que checam e garantem a chegada dos dados ao destino (o que é feito pelo TCP). Ou seja, é um protocolo não orientado à conexão. Sua unidade é o Datagrama.

3. Nível de Transporte (Serviço):

   Aqui atuam os protocolos TCP e UDP, que pegam os dados roteados pelo Protocolo IP no nível anterior e os transmitem para o nível superior (Aplicação). O Protocolo TCP é responsável pela entrega dos dados ao seu destino da mesma forma que foram transmitidos pelo receptor, garantindo a sua ordem e integridade, ou seja, fazendo a correção de erros. É um protocolo orientado à conexão. Sua unidade é o Segmento.

4. Nível de Aplicação:

   Nesse nível, equivalente às camadas 5, 6 e 7 do modelo OSI, temos os protocolos de aplicação, como:

Protocolos de Aplicação

FTP (File Transfer Protocol)

Protocolo de aplicação que realiza a transferência de arquivos entre computadores.

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)

Protocolo de aplicação de correio eletrônico.

SNMP (Simple Network Management Protocol)

Protocolo de aplicação de gerenciamento de rede. Coleta e analisa ocorrências na rede.

TELNET (Terminal Emulation)

Protocolo de aplicação de emulação de terminais para acesso a sistemas em outros computadores.

NFS (Network File System)

Protocolo de aplicação que permite a utilização de disco e arquivos de um computador remoto como se estivesse localmente.

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol)

Protocolo que realiza a comunicação entre o browser e o servidor web.

Camada de Interface de Rede (Física)

A Camada de Interface de Rede é a primeira camada da pilha TCP/IP. Ela oferece a capacidade de aceder a uma rede física, independentemente do tipo, definindo os meios a implementar para transmitir dados através dessa rede.

Assim, a Camada de Interface de Rede contém todas as especificações relativas à transmissão de dados numa rede física, quer se trate de rede local (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, SLIP) ou de qualquer tipo de ligação a uma rede (como uma linha telefônica).

Funções asseguradas:

• Encaminhamento dos dados na ligação;
• Coordenação da transmissão de dados (sincronização);
• Formato dos dados;
• Conversão dos sinais (analógico/numérico);
• Controlo dos erros na chegada.

Camada de Inter-Rede (Internet)

A Camada de Inter-Rede, também chamada de Internet, é equivalente à camada de rede do modelo OSI. Nela são especificados vários protocolos, dentre os quais se destaca o IP (Internet Protocol).

Características do Protocolo IP

• Serviço de datagrama não confiável;
• Endereçamento hierárquico;
• Facilidade de fragmentação e remontagem de pacotes;
• Campo especial indicando qual o protocolo de transporte a ser utilizado no nível superior;
• Identificação da importância do datagrama e do nível de confiabilidade exigido;
• Descarte e controle de tempo de vida dos pacotes inter-redes no gateway.

Camada de Aplicação

As aplicações na arquitetura Internet, ao contrário do que ocorre no modelo OSI, são implementadas de maneira isolada. Ou seja, não existe um padrão que defina como deve ser estruturada uma aplicação. Cada aplicação possui seu próprio padrão, correspondente a um RFC (Request for Comments).

Camada de Transporte

A Camada de Transporte tem o objetivo de prover uma comunicação confiável entre dois processos, estando eles ocorrendo dentro da mesma rede ou não. Ela deve garantir que os dados sejam entregues livres de erros, em sequência e sem perdas ou duplicação.

Roteamento

O roteamento consiste no processo de escolha do caminho através do qual o dado deve ser enviado para o sistema destino.

O roteamento pode ser dividido em dois tipos:

• Roteamento Direto: quando o destino do datagrama se encontra na mesma sub-rede.
• Roteamento Indireto: quando o destino se encontra em outra sub-rede, necessitando de um gateway para o roteamento.

NAT (Network Address Translation)

Quando uma rede de computadores interna de uma empresa é ligada à Internet, é preciso que todos os computadores tenham um endereço válido para se comunicarem. Como a quantidade de endereços IP da Internet é limitada, e também para evitar conflitos de endereços entre as redes internas e endereços válidos da Internet, foram reservados três conjuntos de numeração para redes internas.