1. O documento discute a camada de rede OSI e seus principais conceitos como endereçamento, encapsulamento, roteamento e protocolos como IP.
2. É explicado como as redes são divididas em sub-redes menores para melhor gerenciamento e desempenho, usando endereçamento hierárquico.
3. Os conceitos de gateway padrão e roteamento são introduzidos para explicar como os pacotes são encaminhados entre redes diferentes.
2. Objetivos
Ao final deste capítulo, você será capaz de:
✔Identificar o papel da camada de rede quando ela descreve a comunicação de um dispositivo final com outro dispositivo
final.
✔Analisar o protocolo mais comum da camada de rede, o Internet Protocol (IP), e seus recursos para proporcionar
serviços melhores e sem conexão.
✔Entender os princípios usados para orientar a divisão, ou agrupamento, dos dispositivos em redes.
✔Entender o endereçamento hierárquico dos dispositivos e como isso possibilita a comunicação entre as redes.
✔Entender os fundamentos das rotas, endereços de próximo salto e encaminhamento de pacotes a uma rede de destino.
3. A camada de rede, ou Camada 3 do OSI, fornece serviços para
realizar trocas de fragmentos individuais de dados na rede entre
dispositivos finais identificados.
Aqui estão os processos que a camada de rede usa:
✔Endereçamento
✔Encapsulamento - Quando se cria um pacote, o cabeçalho deve conter, entre outras informações, o endereço do host para
o qual ele está sendo enviado (endereço de destino e endereço de origem).
✔Roteamento
Os dispositivos intermediários que conectam as redes são chamados roteadores. O papel do roteador é selecionar o
caminho e direcionar os pacotes a seus destinos.
✔Decapsulamento
Cada rota que um pacote toma para chegar
ao próximo dispositivo é chamada de
salto.
Comunicação Host à Host
Protocolos da Camada de Rede
4. IPv4
O IP (internet Protocol) é o único protocolo da camada 3 usado para levar dados de usuários através da Internet.
Atualmente, a versão 4 do IP (IPv4) é a versão mais utilizada.
A versão 6 do IP (IPv6) foi desenvolvida e está sendo implementada em algumas áreas. O IPv6 vai operar
simultaneamente com o IPv4 e poderá substituí-lo no futuro.
Estes serviços e estrutura de pacotes são usados para
encapsular os datagramas UDP ou segmentos TCP para
seu transporte através de uma conexão entre redes.
Características básicas do IPv4:
5. Serviço sem conexão
Nas comunicações de dados sem conexão os pacotes IP são enviados sem notificar o host final de que eles estão
chegando.
Os protocolos orientados a conexão, como o TCP, requerem que sejam trocados dados de controle para estabelecer a
conexão, assim como campos adicionais no cabeçalho da PDU.
6. Serviço de Melhor Esforço (não confiável)
A missão da camada 3 é transportar os pacotes entre os hosts, e ao mesmo tempo sobrecarregar a rede o menos
possível. A camada 3 não tem preocupações nem ciência sobre o tipo de comunicação contida dentro de um pacote.
Esta responsabilidade é papel das camadas superiores, conforme necessário.
O IP geralmente é considerado um protocolo não confiável.
7. Independência do meio físico
Porém, existe uma característica de grande importância do meio físico que a camada de rede considera: o tamanho
máximo da PDU que cada meio físico consegue transportar. Esta característica é chamada de Maximum Transmition
Unit (MTU).
A camada de enlace de dados envia a MTU para cima para a camada de rede.
A camada de rede determina então o tamanho de criação dos pacotes.
Em alguns casos, um dispositivo intermediário (geralmente um roteador) precisará dividir o pacote ao enviá-lo de
um meio físico para outro com uma MTU menor.
Processo conhecido por fragmentação do pacote ou fragmentação.
10. A flag Mais Fragmentos (MF) é um único bit no campo Flag usado com o
Deslocamento de Fragmentos na fragmentação e reconstrução de pacotes,
exemplo: Quando um host de destino vê um pacote chegar com MF = 1, ele
examina o Deslocamento de Fragmentos para ver onde este fragmento deve
ser colocado no pacote reconstruído.
A flag Não Fragmentar (DF) é um único bit no campo Flag que indica que a
fragmentação do pacote não é permitida. Se o bit da flag Não Fragmentar for
configurado, a fragmentação do pacote NÃO será permitida.
11. Outros campos do cabeçalho
Versão - Contém o número da versão IP (4).
Comprimento do Cabeçalho (IHL) - Especifica o tamanho do cabeçalho do pacote.
Comprimento do Pacote - Este campo fornece o tamanho total do pacote em bytes, incluindo o cabeçalho e os
dados.
Identificação - Este campo é usado principalmente para identificar unicamente os fragmentos de um pacote IP
original.
Checksum do Cabeçalho - O campo de checksum é usado para a verificação de erros no cabeçalho do pacote.
Opções - Há uma provisão para campos adicionais no cabeçalho IPv4 para oferecer outros serviços, mas eles
raramente são utilizados.
12. Pacote Típico IPv4
Versão = 4; versão IP.
IHL = 5; tamanho do cabeçalho em palavras de 32 bits (4 bytes). Este cabeçalho é de 5*4 = 20 bytes, o tamanho
mínimo válido.
Comprimento Total = 472; tamanho do pacote (cabeçalho e dados) é de 472 bytes.
Identificação = 111; identificador do pacote original (necessário se ele for fragmentado mais tarde).
Flag = 0; denota um pacote que pode ser fragmentado se necessário.
Deslocamento de Fragmento = 0; denota que o pacote não está fragmentado atualmente (não há deslocamento).
Tempo de Vida = 123; significa o tempo de processamento da camada 3 em segundos antes do pacote ser
descartado (reduzido em pelo menos 1 a cada vez que um dispositivo processa o cabeçalho do pacote).
Protocolo = 6; significa que os dados carregados por este pacote são um segmento TCP.
13. Separando host em grupos comuns
As redes podem ser agrupadas com base em fatores que
incluem:
✔Localização geográfica
✔Finalidade
✔Propriedade As redes baseadas em IP têm suas raízes em uma grande rede. Conforme esta rede única cresceu,
cresceram também os problemas associados a esse crescimento. Para aliviar estes problemas, a
grande rede foi separada em redes menores que foram interconectadas. Estas redes menores
geralmente são chamadas sub-redes.
14. Agrupando hosts Geográficamente
O agrupamento de hosts de mesma localização, como cada edifício de um campus universitário ou cada andar de
um edifício, em redes separadas pode melhorar o gerenciamento e o funcionamento da rede.
15. Agrupando hosts por finalidade
Os usuários que possuem tarefas semelhantes normalmente usam os mesmos softwares, ferramentas e possuem
padrões comuns de tráfego.
A divisão de redes com base no uso facilita a alocação eficiente dos recursos de rede, bem como o acesso
autorizado a estes recursos. Os profissionais da área de redes precisam equilibrar o número de hosts em uma rede
com a quantidade de tráfego gerado pelos usuários.
16. Agrupando hosts por propriedade
Em uma rede grande, é muito mais difícil definir e limitar a resposabilidade das pessoas nas redes. A divisão dos
hosts em redes separadas fornece um limite para o reforço e o gerenciamento da segurança de cada rede.
17. Porque esta divisão de hosts?
1 domínio de brodcast
2 domínios de brodcast
Os problemas comuns com grandes redes são:
✔Deterioração do desempenho
✔Problemas de segurança
✔Gerenciamento de Endereços
A segurança de redes é implementada em um dispositivo
intermediário (um roteador ou aplicação de firewall) no
perímetro da rede. A função de firewall realizada por este
dispositivo permite que somente os dados confiáveis e
conhecidos acessem a rede.
Um broadcast é uma mensagem enviada de um host para
todos os outros hosts da rede.
Os broadcasts ficam contidos dentro de uma rede. Neste
contexto, uma rede também é conhecida como um domínio
de broadcast.
Por exemplo, uma rede universitária pode ser dividida em
sub-redes, uma de pesquisa e outra de estudantes. A
divisão de uma rede com base no acesso dos usuários é um
meio de assegurar a comunicação
18. Como endereço a minha rede?
Para conseguir dividir as redes, precisamos do endereçamento hierárquico. Um endereço hierárquico identifica cada
host de maneira única.
O endereço lógico IPv4 de 32 bits é hierárquico e é composto de duas partes. A primeira parte identifica a rede e a
segunda parte identifica um host nesta rede. As duas partes são necessárias para um endereço IP completo.
19.
20. Gateway, o que é?
Os hosts em uma rede precisam saber apenas o endereço de um dispositivo intermediário para se comunicar com os
demais hosts.
Este dispositivo é o que chamamos de gateway.
21. Gateway padrão
O gateway, também conhecido como gateway padrão, é necessário para enviar um pacote para fora da rede local.
Se a porção de rede do endereço de destino do pacote for diferente da rede do host de origem, o pacote terá que ser
roteado para fora da rede original.
O gateway padrão é configurado em um host. Cada
host na rede possui o mesmo endereço do gateway
padrão – o endereço da interface do gateway da
nossa rede.
Use os comandos ipconfig no windows, e route
no Linux para visualizar o IP do gateway
padrão.
22. Gateway padrão
O gateway, também conhecido como gateway padrão, é necessário para enviar um pacote para fora da rede local.
Se a porção de rede do endereço de destino do pacote for diferente da rede do host de origem, o pacote terá que ser
roteado para fora da rede original.
O gateway padrão é configurado em um host. Cada
host na rede possui o mesmo endereço do gateway
padrão – o endereço da interface do gateway da
nossa rede.
Use os comandos ipconfig no windows, e route
no Linux para visualizar o IP do gateway
padrão.
23. Como sair da minha rede?
Um host precisa encaminhar um pacote para o host na rede local ou para o gateway, conforme apropriado. Para
encaminhar os pacotes, um roteador toma uma decisão de encaminhamento para cada pacote que chega à interface
de gateway.
Este processo de encaminhamento é chamado de roteamento.
A rede de destino pode estar a alguns roteadores ou saltos de distância do gateway. A rota para essa rede indicaria
somente o roteador de próximo salto para o qual o pacote deve ser encaminhado, e não o roteador final.
24. Caminho para uma rede
A tabela de roteamento de um roteador Cisco pode ser verificada com o comando show ip route.
As rotas para essas redes podem ser configuradas manualmente no roteador pelo administrador da rede, ou então
aprendidas automaticamente com o uso de protocolos de roteamento.
As rotas da tabela de roteamento possuem três atributos principais:
✔Rede de destino
✔Próximo salto
✔Métrica
O processo de roteamento e a função da métrica são o assunto de um curso posterior, no
qual serão explorados em detalhes.
26. Que tratamento tem o meu pacote?
O roteamento é feito pacote por pacote e salto a salto. Cada pacote é tratado independentemente em cada roteador
ao longo do caminho.
O roteador fará uma destas três coisas com o pacote:
❖Encaminhá-lo para o roteador de próximo salto
❖Encaminhá-lo para o host de destino
❖Descartá-lo
27. Que tratamento tem o meu pacote?
O IP não possui meios para devolver um pacote ao roteador
anterior se um roteador específico não tiver para onde enviar
o pacote.
