Arquitetura e Protocolos TCP/IP

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O conjunto de protocolos TCP/IP foi projetado especialmente para ser o protocolo utilizado na Internet. Sua característica principal é o suporte direto a comunicação entre redes de diversos tipos. Neste caso, a arquitetura TCP/IP é independente da infra-estrutura de rede física ou lógica empregada. De fato, qualquer tecnologia de rede pode ser empregada como meio de transporte dos protocolos TCP/IP, como será visto adiante.

Endereçamento IP

Existem duas versões dos protocolo IP: IPV4 e IPV6. A primeira é utilizada atualmente e está se esgotando devido a quantidade devido ao número de máquinas conectadas na Internet utilizando-o. Já o IPV6 está vindo para solucionar esse problema de escassez, sendo uma versão melhorada.

IPV4

Os endereços IP são compostos por 4 blocos de 8 bits (32 bits), sendo representados de 0 a 255, ou seja, as 256 possibilidades dos 8 bits. Cada bloco é chamado de “octeto”. A sua utilização em “octetos” é apenas para facilitar a visualização, mas quando processados, são apenas números binários. Total de endereços IP é de 4.294.967.296.

Existem algumas faixas de IP que são reservadas para redes locais, que são as que iniciam da seguinte forma:

  • 10.x.x.x
  • 192.168.x.x
  • 172.16.x.x até 172.31.x.x

O endereço IP é formado por duas informações principais: o endereço de rede e o endereço de host dentro da rede. Veja o exemplo do IP “10.0.0.4”, onde o primeiro octeto, o “10”, é o endereço de rede, já o segundo até o quarto octeto “0.0.4” é o endereço de host. Outro exemplo seria o IP “172.22.45.23”, onde “172.22” é o endereço de rede e “45.23” é o endereço de host.

Existe também algumas regras quanto a validade de um IP, sendo os listados abaixo como inválidos:

  • 0.xxx.xxx.xxx – Nenhum IP pode começar com zero. Somente utilizado é para responder às requisições DHCP de uma máquina que entrou na rede;
  • 127.xxx.xxx.xxx – Chamado de “loopback”. Seria o endereço reservado para testes e para interface chamada de “loopback”, ou seja, a própria máquina.
  • 255.xxx.xxx.xxx, xxx.255.255.255, xxx.xxx.255.255 – Nenhum identificador de rede pode ser 255 e nenhum endereço de host pode ser composto apenas de endereços 255, independente de classe do endereço.
  • xxx.0.0.0, xxx.xxx.0.0 – Nenhum identificador de host pode ser composto apenas de zeros, pois são endereços reservados da rede.
  • xxx.xxx.xxx.255, xxx.xxx.xxx.0 – Nenhum endereço de classe C pode terminar com 0 ou 255, pois são utilizados para envio de pacotes broadcast.

Classes de Endereçamento IP

Inicialmente os endereços IP foram divididos em classes que reservam um número diferente de octetos para o endereçamento da rede, sendo elas chamadas de A, B, C, D e E. Dentre elas, apenas as classes A, B e C são utilizadas realmente, pois a D e E são para utilização futura. Veja abaixo a separação das classes:

  • Classe A:
    • Com tamanho de 8 bits no endereço de rede;
    • Tamanho de 24 bits para endereços de hosts;
    • O primeiro octeto decimal entre 1 e 126;
    • Utiliza máscara de rede 255.0.0.0;
    • Total de redes de 27-2 = 126;
    • Total de hosts de 224-2 = 16.777.214;
  • Classe B:
    • Com tamanho de 16 bits no endereço de rede;
    • Tamanho de 16 bits para endereços de hosts;
    • O primeiro octeto decimal entre 128 e 191;
    • Utiliza máscara de rede 255.255.0.0;
    • Total de redes de 214-2 = 16.380;
    • Total de hosts de 216-2 = 65.532;
  • Classe C:
    • Com tamanho de 24 bits no endereço de rede;
    • Tamanho de 8 bits para endereços de hosts;
    • O primeiro octeto decimal entre 192 e 223;
    • Utiliza máscara de rede 255.255.255.0;
    • Total de redes de 221-2 = 2.097.150;
    • Total de hosts de 28-2 = 254;
  • Classe D:
    • Reservado para multicasting;
    • Sendo o primeiro octeto decimal entre 224 e 239;
  • Classe E:
    • Reservado para pesquisas;
    • Sendo o primeiro octeto decimal entre 240 e 247;

IPV6

Como já falei anteriormente, o IPV6 veio para resolver o problema da escassez de endereços IP do IPV4.

Os endereços IP são compostos por 8 blocos de 4 caracteres do sistema hexadecimal em cada bloco, ou seja, 16 caracteres, totalizando 128 bits, sendo representados de 0 à F, ou seja, as 16 possibilidades para cada caracter. Cada bloco é chamado de “octeto”. A sua utilização em “octetos” é apenas para facilitar a visualização, mas quando processados, são apenas números binários. Total de endereços IP é de 340.282.366.920.938.463.463.374.607.431.768.211.456.

Veja um exemplo de endereço: 2001:247f:6c24:17da:cd89:d4e2:bcd7:a36e

Algumas outras características:

  • Autoconfiguração do endereço, não sendo mais necessário o uso do DHCP;
  • Endereçamento hierárquico, o que simplifica as tabelas de encaminhamento das tabelas dos roteadores da rede, o que diminui a carga de processamento deles;
  • O cabeçalho foi totalmente remodelado;
  • Cabeçalhos de extensão para guardar detalhes adicionais;
  • Suporte a qualidade diferenciada para conexões diferenciadas para áudio e vídeo;
  • Capacidade de extensão, podendo adicionar novas especificações de forma simples;
  • Encriptação. Suporte a extensões que permitem opções de segurança.

Um detalhe curioso sobre o endereçamento no IPV6 é a sua capacidade de ser encurtado. Veja o seguinte exemplo de endereço: 2001:247f:0000:0000:cd89:d4e2:bcd7:a36e. Onde tem os blocos com 0000, podemos simplesmente substituir por um único zero, ficando 2001:247f:0:0:cd89:d4e2:bcd7:a36e ou até mesmo 2001:247f::cd89:d4e2:bcd7:a36e

Pode-se ainda:

  • Utilizar letras minúsculas e maiúsculas;
  • Utilizar as regras de abreviação, como omitir zeros à esquerda e representar zeros contínuos por “::

Tipos de endereços

Unicast – O endereço identifica apenas uma interface de rede. Desse modo, um pacote enviado a um endereço unicast é entregue a uma única interface. Cada endereço IPv4 unicast inclui uma ID de rede e uma ID de host.

Unicast

Unicast

Multicast – Multicast é a entrega de informação para múltiplos destinatários simultaneamente usando a estratégia mais eficiente onde as mensagens só passam por um link uma única vez e somente são duplicadas quando o link para os destinatários se divide em duas direções.

Multicast

Multicast

Anycast – Um pacote destinado a um endereço multicast é enviado para todas as interfaces do grupo, mas somente um deles é escolhido. Há também uns um-à-muitos associação entre endereços de rede e endpoints de rede: cada endereço de destino identifica um jogo de endpoints do receptor, mas somente um deles é escolhido em todo o tempo dado para receber a informação de qualquer remetente dado.

Anycast

Anycast

Broadcast – Permite que a informação seja enviada para todas as maquinas de uma LAN, MAN, WAN e TANS, redes de computadores e sub-redes.

Broadcast

Broadcast

Camadas TCP/IP

TCP/IP é um acrônimo para o termo Transmission Control Protocol/Internet Protocol Suite, ou seja é um conjunto de protocolos, onde dois dos mais importantes (o IP e o TCP) deram seus nomes à arquitetura. O protocolo IP, base da estrutura de comunicação da Internet é um protocolo baseado no paradigma de chaveamento de pacotes (packet-switching).

Os protocolos TCP/IP podem ser utilizados sobre qualquer estrutura de rede, seja ela simples como uma ligação ponto-a-ponto ou uma rede de pacotes complexa. Como exemplo, pode-se empregar estruturas de rede como Ethernet, Token-Ring, FDDI, PPP, ATM, X.25, Frame-Relay, barramentos SCSI, enlaces de satélite, ligações telefônicas discadas e várias outras como meio de comunicação do protocolo TCP/IP.

A arquitetura TCP/IP, assim como OSI realiza a divisão de funções do sistema de comunicação em estruturas de camadas. Em TCP/IP as camadas são:

  • Aplicação
  • Transporte
  • Inter-Rede
  • Rede
Modelo OSI e TCP/IP

Modelo OSI e TCP/IP

Vamos analisar cada uma das camadas da Arquitetura TCP/IP e vamos falar sobre os protocolos que são utilizados em cada uma delas.

1- Camada Física / Enlace / Host / Rede

A camada de rede é responsável pelo envio de datagramas construídos pela camada Inter-Rede. Esta camada realiza também o mapeamento entre um endereço de identificação de nível Inter-rede para um endereço físico ou lógico do nível de Rede. A camada Inter-Rede é independente do nível de Rede.
Também chamada camada de abstração de hardware, tem como função principal à interface do modelo TCP/IP com os diversos tipos de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, sistema de conexão ponto-a-ponto SLIP, etc.). Como há uma grande variedade de tecnologias de rede, que utilizam diferentes velocidades, protocolos, meios transmissão, etc.  esta camada não é normatizada pelo modelo, o que provê uma das grandes virtudes do modelo TCP/IP: a possibilidade de interconexão e interoperação de redes heterogêneas.

Os protocolos existentes nesta camada são:

  • Protocolos com estrutura de rede própria (X.25, Frame-Relay, ATM)
  • Protocolos de Enlace OSI (PPP, Ethernet, Token-Ring, FDDI, HDLC, SLIP, …)
  • Protocolos de Nível Físico (V.24, X.21)
  • Protocolos de barramento de alta-velocidade (SCSI, HIPPI, …)
  • Protocolos de mapeamento de endereços (ARP – Address Resolution Protocol) – Este protocolo pode ser considerado também como parte da camada Inter-Rede.

2-Camada de Rede / Inter-Rede / Internet

Esta camada realiza a comunicação entre máquinas vizinhas através do protocolo IP. Para identificar cada máquina e a própria rede onde estas estão situadas, é definido um identificador, chamado endereço IP, que é independente de outras formas de endereçamento que possam existir nos níveis inferiores. No caso de existir endereçamento nos níveis inferiores é realizado um mapeamento para possibilitar a conversão de um endereço IP em um endereço deste nível.

Os protocolos existentes nesta camada são:

  • Protocolo de transporte de dados: IP – Internet Protocol;
  • Protocolo de controle e erro: ICMP – Internet Control Message Protocol;
  • Protocolo de controle de grupo de endereços: IGMP – Internet Group Management Protocol;
  • Protocolos de controle de informações de roteamento como BGP, OSPF e o RIP;
  • Protocolo ARP “Address Resolution Protocol” – Permite certo computador se comunicar com outro computador em rede quando somente o endereço de IP é conhecido pelo destinatário.
  • Protocolo RARP “Reverse Address Resolution Protocol” – Faz o contrario do protocolo ARP, ao invés de obter o endereço MAC da maquina, o protocolo RARP requisita o endereço de IP.

O protocolo IP realiza a função mais importante desta camada que é a própria comunicação inter-redes. Para isto ele realiza a função de roteamento que consiste no transporte de mensagens entre redes e na decisão de qual rota uma mensagem deve seguir através da estrutura de rede para chegar ao destino.

O protocolo IP utiliza a própria estrutura de rede dos níveis inferiores para entregar uma mensagem destinada a uma máquina que está situada na mesma rede que a máquina origem. Por outro lado, para enviar mensagem para máquinas situadas em redes distintas, ele utiliza a função de roteamento IP. Isto ocorre através do envio da mensagem para uma máquina que executa a função de roteador. Esta, por sua vez, repassa a mensagem para o destino ou a repassa para outros roteadores até chegar no destino.

3-Camada de Transporte

Esta camada reúne os protocolos que realizam as funções de transporte de dados fim-a-fim, ou seja, considerando apenas a origem e o destino da comunicação, sem se preocupar com os elementos intermediários. A camada de transporte possui dois protocolos que são o UDP (User Datagram Protocol) e TCP (Transmission Control Protocol).

O protocolo UDP realiza apenas a multiplexação para que várias aplicações possam acessar o sistema de comunicação de forma coerente.

O protocolo TCP realiza, além da multiplexação, uma série de funções para tornar a comunicação entre origem e destino mais confiável. São responsabilidades do protocolo TCP: o controle de fluxo, o controle de erro (checksum), a sequenciação e a multiplexação de mensagens.

A camada de transporte oferece para o nível de aplicação um conjunto de funções e procedimentos para acesso ao sistema de comunicação de modo a permitir a criação e a utilização de aplicações de forma independente da implementação. Desta forma, as interfaces socket ou TLI (ambiente Unix) e Winsock (ambiente Windows) fornecem um conjunto de funções-padrão para permitir que as aplicações possam ser desenvolvidas independentemente do sistema operacional no qual rodarão.

4-Camada de Aplicação / Apresentação / Sessão

A camada de aplicação reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em protocolos de serviços básicos ou protocolos de serviços para o usuário:

Protocolos de serviços básicos, que fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, BOOTP, DHCP

Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP, TFTP, NFS, NIS, LPR, LPD, ICQ, RealAudio, Gopher, Archie, Finger, SNMP e outros

 

Questões de Concursos

(FGV – 2010 – CODESP-SP – Analista de Sistemas – Tipo 1) No que diz respeito ao Modelo de Referência OSI/ISO e arquitetura TCP/IP, são protocolos da camada de rede:
a) IP, ARP e ICMP.
b) TCP, RARP e IP.
c) BGP, FTP e UDP.
d) ICMP, UDP e FTP.
e) ARP, TCP e RARP.

(CESPE – 2007 – TRE-AP – Técnico Judiciário – Programação de Sistemas) Na arquitetura TCP/IP, entre os protocolos envolvidos na camada de rede encontram-se o IP e o
a) TCP.
b) UDP.
c) RSTP.
d) ICMP.
e) HTTP.

(CESPE – 2010 – INMETRO – Pesquisador – Ciência da Computação) Para interligar LAN, ou segmentos de LAN, são utilizados dispositivos de conexão, que podem operar em diferentes camadas da arquitetura TCP/IP. Assinale a opção que indica o dispositivo que opera em todas as cinco camadas do modelo TCP/IP.
a) Hub
b) Gateway
c) Bridge
d) Roteador
e) Switch

(CESPE – 2010 – INMETRO – Pesquisador – Ciência da Computação) O único serviço que é realizado tanto pelo protocolo TCP quanto pelo protocolo UDP da camada de transporte da arquitetura TCP/IP é 
a) controle de fluxo.
b) controle de envio.
c) controle de congestionamento.
d) controle de recebimento.
e) checksum.

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Engenheiro – Engenharia de Redes e Comunicação) Julgue os seguintes itens com base no modelo de referência TCP/IP. Os serviços DNS são imprescindíveis para a comunicação em redes TCP/IP, já que, sem eles, a camada de rede se torna totalmente inoperante, fazendo que, em nenhuma situação, ocorra comunicação IP.
( ) Certo      ( ) Errado

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Analista de Sistemas – Suporte de Sistemas) A camada física do protocolo TCP/IP mantém suporte a aplicações do usuário e interage com vários programas, para que estes se comuniquem via rede.
( ) Certo      ( ) Errado

(FCC – 2010 – TCE-SP – Agente da Fiscalização Financeira – Informática – Produção e Banco de Dados) Pela ordem, da mais baixa (1ª) até a mais alta (4ª), as camadas do modelo de referência TCP/IP são
a) Inter-redes, Rede, Transporte e Sessão.
b) Inter-redes, Host/rede, Transporte, e Aplicação.
c) Inter-redes, Transporte, Sessão e Aplicação.
d) Host/rede, Inter-redes, Transporte e Sessão.
e) Host/rede, Inter-redes, Transporte e Aplicação.

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Analista de Sistemas – Suporte de Sistemas) A camada de aplicação na arquitetura TCP/IP equivale às camadas de aplicação, apresentação e sessão da arquitetura OSI.
( ) Certo      ( ) Errado

(FCC – 2011 – TRT – 24ª REGIÃO (MS) – Analista Judiciário – Tecnologia da Informação) São protocolos da camada 3 (rede, inter-redes ou internet) do modelo TCP/IP de cinco camadas:
a) IPSec e DNS.
b) SMTP e TCP.
c) 802.11 Wi-Fi e SMTP.
d) SNMP e TCP.
e) IPSec e ICMP.

(IPAD – 2010 – Prefeitura de Goiana – PE – Administrador de Redes – 1) Os protocolos da arquitetura TCP/IP são organizados em camadas. Acerca desse assunto, analise as seguintes afirmativas: 
1. A camada física está relacionada a características elétricas e mecânicas do meio de transmissão.
2. Os protocolos TCP e UDP fazem parte da camada de rede. 
3. Os protocolos HTTP e FTP fazem parte da camada de transporte. 
Assinale a alternativa correta:
a) Apenas uma das afirmativas é falsa.
b) Apenas as afirmativas 1 e 2 são falsas.
c) Apenas as afirmativas 1 e 3 são falsas.
d) Apenas as afirmativas 2 e 3 são falsas.
e) As afirmativas 1, 2 e 3 são falsas.

Gabarito e Comentários das Questões

(FGV – 2010 – CODESP-SP – Analista de Sistemas – Tipo 1) No que diz respeito ao Modelo de Referência OSI/ISO e arquitetura TCP/IP, são protocolos da camada de rede:

Letra “A”. Veja aqui mesmo no artigo, onde informo os protocolos utilizados na camada de rede: IP, ARP, RARP, ICMP, IGMP.
Uma outra dica pra resolver essa questão era só lembrar que o protocolo TCP e UDP fazem parte da camada de Transporte, e por eliminação nos restaria a nossa resposta.

(CESPE – 2007 – TRE-AP – Técnico Judiciário – Programação de Sistemas) Na arquitetura TCP/IP, entre os protocolos envolvidos na camada de rede encontram-se o IP e o

Letra “D”. Praticamente serve a mesma explicação da questão acima.

(CESPE – 2010 – INMETRO – Pesquisador – Ciência da Computação) Para interligar LAN, ou segmentos de LAN, são utilizados dispositivos de conexão, que podem operar em diferentes camadas da arquitetura TCP/IP. Assinale a opção que indica o dispositivo que opera em todas as cinco camadas do modelo TCP/IP.

Letra “B”. O Hub trabalha na camada Física/Enlace. Switch na camada de Enlace, porque trabalha com o endereço MAC. Os Switch Layer 3 e Roteadores trabalham com o IP na camada de Rede.

(CESPE – 2010 – INMETRO – Pesquisador – Ciência da Computação) O único serviço que é realizado tanto pelo protocolo TCP quanto pelo protocolo UDP da camada de transporte da arquitetura TCP/IP é

Letra “E”. O protocolo TCP é baseado na conexão encapsulada no IP. Ele garante a entrega dos pacotes, sendo feito o envio de forma sequencial, realizando um checksum que valida tanto o cabeçalho, quanto os dados do pacote. Se houver perda do pacote ou ele estiver corrompido, será feita a retransmissão do que houve falha.

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Engenheiro – Engenharia de Redes e Comunicação) Julgue os seguintes itens com base no modelo de referência TCP/IP. Os serviços DNS são imprescindíveis para a comunicação em redes TCP/IP, já que, sem eles, a camada de rede se torna totalmente inoperante, fazendo que, em nenhuma situação, ocorra comunicação IP.

ERRADO. O DNS (Sistema de Nomes de Domínio) é um sistema para atribuição de nomes a computadores e serviços de rede, organizado numa hierarquia de domínios. As redes TCP/IP, tais como a Internet, utilizam o DNS para localizarem computadores e serviços através de nomes amigáveis. Sendo assim, se o usuário souber o endereço IP do que ele está querendo se comunicar, ele poderá utilizar a rede normalmente, só será mais “trabalhoso” ter que saber os IPs de todos em sua rede, o que torna inviável em redes corporativas.

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Analista de Sistemas – Suporte de Sistemas) A camada física do protocolo TCP/IP mantém suporte a aplicações do usuário e interage com vários programas, para que estes se comuniquem via rede.

ERRADO. Este é um trabalho da camada de Aplicação.

(FCC – 2010 – TCE-SP – Agente da Fiscalização Financeira – Informática – Produção e Banco de Dados) Pela ordem, da mais baixa (1ª) até a mais alta (4ª), as camadas do modelo de referência TCP/IP são

Letra “E”. Mostrei os diversos nomes para cada uma das camadas neste artigo. Baseada na questão, temos a resposta Host/rede, Inter-redes, Transporte e Aplicação.

(CESPE – 2011 – Correios – Analista de Correios – Analista de Sistemas – Suporte de Sistemas) A camada de aplicação na arquitetura TCP/IP equivale às camadas de aplicação, apresentação e sessão da arquitetura OSI.

CERTO. Veja a figura desta postagem.

(FCC – 2011 – TRT – 24ª REGIÃO (MS) – Analista Judiciário – Tecnologia da Informação) São protocolos da camada 3 (rede, inter-redes ou internet) do modelo TCP/IP de cinco camadas:

Letra “E”. Mas só para esclarecer quanto a quantidade de camadas. Alguns autores identificam um total 5 camadas, como citada na questão, que seriam: Físico, Link, Internet, Transporte e Aplicação. Mas Tannenbaum e a própria RFC adotam apenas 4.

(IPAD – 2010 – Prefeitura de Goiana – PE – Administrador de Redes – 1) Os protocolos da arquitetura TCP/IP são organizados em camadas. Acerca desse assunto, analise as seguintes afirmativas: 
1. A camada física está relacionada a características elétricas e mecânicas do meio de transmissão.
2. Os protocolos TCP e UDP fazem parte da camada de rede. 
3. Os protocolos HTTP e FTP fazem parte da camada de transporte. 
Assinale a alternativa correta:

Letra “D”. Analisando cada uma das afirmativas: 1-Correto; 2-Errado, pois o TCP e UDP fazem parte da camada de Transporte; 3-Errado, já que o HTTP e FTP são da camada de Aplicação.

Sou bacharel em Sistemas de Informação pela Estácio de Sá (Alagoas), especialista em Gestão Estratégica da Tecnologia da Informação pela Univ. Gama Filho (UGF) e pós-graduando em Gestão da Segurança da Informação pela Univ. do Sul de Santa Catarina (UNISUL). Tenho interesse por todas as áreas da informática, mas em especial em Gestão, Segurança da Informação, Ethical Hacking e Perícia Forense. Sempre disposto a receber sugestões de assuntos para criar uma postagem.

One Response to “Arquitetura e Protocolos TCP/IP”

  1. Weverson Pereira disse:

    Sou da área de análise de sistemas e desenvolvimento e nunca tinha achar uma síntese da definição de TCP/IP tão completa! Parabéns!

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