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). Certificações que possuo: CompTIA Security+, EXIN EHF, MCSO, MCRM, ITIL v3. Tenho interesse por todas as áreas da informática, mas em especial em Gestão e Governança de TI, Segurança da Informação, Ethical Hacking e Perícia Forense.

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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