Nesta unidade temática, você vai aprender

• Funções da Camada de Rede;

• Protocolo IP;

• Endereçamento IP.

Camada de Rede - Protocolo e Endereçamento IP

Em particular, a camada de rede movimenta segmentos da camada de transporte de um hospedeiro para outro. No hospedeiro remeten­te, o segmento da camada de transporte é passado à camada de rede. Então, fica a cargo da camada de rede levar o segmento ao hospedeiro destinatário e passá-lo pilha de protocolos acima até a camada de transporte. É exatamente o modo como a camada de rede movimenta um segmento da camada de transporte de um hos­pedeiro de origem até a camada de transporte de um hospedeiro de destino o assunto deste material. Veremos que, diferentemente da camada de transporte, a camada de rede envolve todos os hospedeiros e roteadores pre­sentes na rede. Por causa disso, os protocolos de camada de rede estão entre os mais desafiadores da pilha de protocolos.

A figura a seguir, mostra uma rede simples com dois hospedeiros (Host) um roteador (camada de inter-rede) no caminho. O papel da camada de rede no hospedeiro remetente é dar início à jornada do pacote até o hospedeiro receptor. Por exemplo, se H1 estiver enviando pacotes a H2, a camada de rede do hospedeiro H1 transferirá esses pacotes para seu roteador vizinho. No hospedeiro receptor, a camada de rede recebe o pacote de seu roteador vizinho e o entrega à camada de transporte em H2. O papel primordial dos roteadores é “comutar” pacotes de enlaces de entrada para enlaces de saída. Note que o roteador da figura é mostrado com a pilha de protocolos truncada, isto é, sem as camadas supe­riores acima da camada de rede, porque (exceto para finalidades de controle) os roteadores não rodam proto­colos de camada de transporte e de aplicação.

Os protocolos que não tenham camada de rede poderão ser usados apenas em pequenas redes internas. Esses protocolos normalmente usam apenas um nome (ou seja, endereço MAC) para identificar o computador em uma rede. O problema dessa abordagem é que, à medida que a rede cresce em tamanho, torna-se cada vez mais difícil organizar todos os nomes, como, por exemplo, certificar-se de que dois computadores não estão usando o mesmo nome.

Os protocolos que suportam a camada de rede usam uma técnica de identificação para os dispositivos que garante um identificador exclusivo. Sendo assim, como esse identificador se diferencia de um endereço MAC, que também é exclusivo?

Os endereços MAC usam um esquema de endereçamento contínuo que torna difícil localizar os dispositivos em outras redes. Os endereços da camada de rede usam um esquema de endereçamento hierárquico que permite que endereços exclusivos atravessem os limites das redes, tendo, juntamente com isso, um método para encontrar um caminho para os dados trafegarem entre as redes.

Os esquemas de endereçamento hierárquico permitem que as informações atravessem uma internetwork, juntamente com um método para encontrar o destino de modo eficiente. A rede de telefone é um exemplo do uso de endereçamento hierárquico. O sistema telefônico usa um código de área que designa uma área geográfica para a primeira parada das chamadas (salto). Os três dígitos seguintes representam a troca local (segundo salto). Os dígitos finais representam o telefone de destino individual (o salto final).

Os dispositivos de rede precisam de um esquema de endereçamento que permita que eles encaminhem pacotes de dados através de internetwork. Existem vários protocolos de camada de rede com esquemas de endereçamento diferentes que permitem que os dispositivos encaminhem os dados através de uma internetwork (IPX, IP, X.25 e etc).

O único jeito do host B alcançar o host A é usando um plano de endereçamento que permita ao host B alcançar o host A. Sem a ajuda da camada de rede, o host B não consegue determinar onde reside o host A.

Segmentação das Redes

Há dois motivos principais para a necessidade de se ter várias redes:

• Crescimento do tamanho das redes;

• Número de redes.

Quando uma LAN, MAN ou WAN se expandir, poderá tornar-se necessário ou conveniente para o controle do tráfego na rede dividi-la em pedaços menores chamados de segmentos de rede (ou apenas segmentos). O resultado é que a rede torna-se um grupo de redes, cada uma exigindo um endereço separado.

Já existe um grande número de redes: redes isoladas de computadores são comuns em escritórios, escolas, empresas, negócios e países.

Os roteadores tomam decisões lógicas relativas ao melhor caminho para a entrega dos dados em uma internetwork e depois direcionam os pacotes para a porta de saída e segmento apropriados. Os roteadores pegam os pacotes dos dispositivos da LAN (por exemplo, estações de trabalho) e, baseados nas informações da camada 3, os encaminham através da rede. Na verdade, o roteamento, algumas vezes, é chamado de switching da camada 3.

A determinação do caminho ocorre na camada 3 (camada de rede) e permite que um roteador avalie os caminhos disponíveis para um destino e estabeleça a forma preferível de lidar com um pacote. Os serviços de roteamento usarão as informações da topologia da rede quando estiverem avaliando os caminhos da rede. A determinação do caminho é o processo que o roteador usa para escolher o próximo salto no caminho para que o pacote trafegue em direção ao seu destino. Esse processo é também chamado de rotear o pacote.

A determinação do caminho para um pacote pode ser comparada a uma pessoa dirigindo um carro de um lado de uma cidade ao outro. O motorista tem um mapa que mostra as ruas por onde precisa seguir para chegar ao seu destino. O caminho de um cruzamento a outro é um salto. De forma semelhante, um roteador usa um mapa que mostra os caminhos disponíveis para um destino.

Os roteadores também podem tomar suas decisões baseados na densidade do tráfego e na velocidade do link (largura de banda), como um motorista pode optar por um caminho mais rápido (uma estrada) ou usar uma rua com menos movimento.

O endereço de rede ajuda o roteador a identificar um caminho dentro da nuvem da rede. O roteador usa o endereço de rede para identificar a rede de destino de um pacote dentro de uma internetwork.

Para alguns protocolos da camada de rede, um administrador de rede atribui endereços de rede de acordo com algum plano predeterminado de endereçamento da internetwork.

Para outros protocolos da camada de rede, a atribuição dos endereços é parcialmente, ou completamente, dinâmica/automática. Além do endereço de rede, os protocolos de rede usam algum tipo de endereço de host ou nó.

O endereçamento ocorre na camada de rede. As analogias anteriores de um endereço de rede incluem as primeiras partes (o código de área e os primeiros três dígitos) de um número de telefone. Os dígitos restantes (os quatro últimos) de um número telefônico, que dizem ao equipamento da companhia telefônica que telefone específico ligar, são como a parte do host de um endereço, que diz a um roteador para que dispositivo específico ele deve entregar o pacote.

Protocolo IP – Datagramas da Camada de Rede

O Internet Protocol (IP) é a implementação mais popular de um esquema de endereçamento de rede hierárquico. O IP é o protocolo de rede que a Internet usa.

À medida que as informações fluem pelas camadas do modelo OSI, os dados são encapsulados em cada camada. Na camada de rede, os dados são encapsulados dentro de pacotes (também conhecidos como datagramas). O IP determina a forma do cabeçalho IP do pacote (que inclui o endereçamento e outras informações de controle) mas, não se preocupa com os dados reais: aceita tudo que é passado pelas camadas superiores.

O pacote/datagrama da camada 3 torna-se os dados da camada 2, que são encapsulados em quadros. Analogamente, o pacote IP consiste em dados de camadas superiores mais um cabeçalho IP, que consiste em uma parte fixa de 20 bytes e uma parte opcional de tamanho variável, podendo chegar a 40 bytes, totalizando 60 bytes de cabeçalho.

O cabeçalho é ilustrado a seguir.

O endereço IP

O endereço IP contém as informações que são necessárias para rotear um pacote através da rede. Todos os campos de endereços de origem e destino contém um endereço de 32 bits. O campo do endereço de origem contém o endereço IP do dispositivo que envia o pacote. O campo de destino contém o endereço IP do dispositivo que recebe o pacote.

Estrutura do Endereço IP

Um endereço IP é representado por um número binário de 32 bits. Para uma breve revisão, lembre-se de que cada dígito binário pode ser apenas 0 ou 1. Em um número binário, o valor do bit mais à direita (também chamado de bit menos significativo) é 0 ou 1. O valor decimal correspondente a cada bit dobra conforme você se move para a esquerda no número binário. Portanto, o valor decimal do 2º bit da direita é 0 ou 2. O terceiro bit é 0 ou 4, o quarto bit é 0 ou 8 etc.

Os endereços IP são expressos como números decimais com pontos: divide-se os 32 bits do endereço em quatro octetos (um octeto é um grupo de 8 bits). O valor decimal máximo de cada octeto é 255 (o maior número binário de 8 bits é 11111111, e esses bits, da direita para esquerda, têm os valores decimais 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 e 128, totalizando 255).

Qual é o valor decimal do octeto realçado na figura anterior? Qual é o valor do bit da extremidade esquerda? E do próximo bit? Como esses são os 2 únicos bits ativados (ou definidos), o valor decimal é, então, 128+64 = 192.

O número de rede de um endereço IP identifica a rede à qual um dispositivo está conectado, enquanto a parte do host de um endereço IP identifica o dispositivo específico na rede. Como os endereços IP consistem em quatro octetos separados por pontos, um, dois ou três desses octetos podem ser usados para identificar o número de rede. De forma semelhante, até três desses octetos podem ser usados para identificar a parte do host de um endereço IP.