Protocolo IPv4. Protocolo SNMP (básico) O que é tcp ip para manequins

11.10.2023

No mundo moderno, a informação se espalha em questão de segundos. A notícia acaba de aparecer e um segundo depois já está disponível em algum site da Internet. A Internet é considerada um dos desenvolvimentos mais úteis da mente humana. Para usufruir de todos os benefícios que a Internet oferece, você precisa se conectar a esta rede.

Poucas pessoas sabem que o simples processo de visitar páginas web envolve um complexo sistema de ações, invisível ao usuário. Cada clique em um link ativa centenas de operações computacionais diferentes no coração do computador. Isso inclui o envio de solicitações, o recebimento de respostas e muito mais. Os chamados protocolos TCP/IP são responsáveis por todas as ações na rede. O que eles são?

Qualquer protocolo de Internet TCP/IP opera em seu próprio nível. Em outras palavras, cada um faz suas próprias coisas. Toda a família de protocolos TCP/IP realiza uma enorme quantidade de trabalho simultaneamente. E o usuário neste momento vê apenas imagens brilhantes e longas linhas de texto.

Conceito de pilha de protocolos

A pilha de protocolos TCP/IP é um conjunto organizado de protocolos básicos de rede, que é hierarquicamente dividido em quatro níveis e é um sistema para distribuição de transporte de pacotes em uma rede de computadores.

TCP/IP é a pilha de protocolos de rede mais famosa em uso atualmente. Os princípios da pilha TCP/IP aplicam-se a redes locais e de longa distância.

Princípios de uso de endereços na pilha de protocolos

A pilha de protocolos de rede TCP/IP descreve os caminhos e direções em que os pacotes são enviados. Esta é a principal tarefa de toda a pilha, realizada em quatro níveis que interagem entre si por meio de um algoritmo logado. Para garantir que o pacote fosse enviado corretamente e entregue exatamente no ponto que o solicitou, o endereçamento IP foi introduzido e padronizado. Isso ocorreu devido às seguintes tarefas:

Endereços de diferentes tipos devem ser consistentes. Por exemplo, converter o domínio de um site em um endereço IP de servidor e vice-versa, ou converter um nome de host em um endereço e vice-versa. Desta forma, torna-se possível acessar o ponto não apenas pelo endereço IP, mas também pelo seu nome intuitivo.
Os endereços devem ser exclusivos. Isto ocorre porque em alguns casos especiais o pacote deve atingir apenas um ponto específico.
A necessidade de configurar redes locais.

Em pequenas redes onde são utilizadas várias dezenas de nós, todas essas tarefas são realizadas de forma simples, usando as soluções mais simples: compilar uma tabela descrevendo a propriedade da máquina e seu endereço IP correspondente, ou você pode distribuir manualmente os endereços IP para todos os adaptadores de rede. Porém, para grandes redes com mil ou duas mil máquinas, a tarefa de emitir endereços manualmente não parece tão viável.

É por isso que foi inventada uma abordagem especial para redes TCP/IP, que se tornou uma característica distintiva da pilha de protocolos. O conceito de escalabilidade foi introduzido.

Camadas da pilha de protocolos TCP/IP

Há uma certa hierarquia aqui. A pilha de protocolos TCP/IP possui quatro camadas, cada uma das quais lida com seu próprio conjunto de protocolos:

Camada de aplicação: criado para permitir ao usuário interagir com a rede. Nesse nível, tudo o que o usuário vê e faz é processado. A camada permite ao usuário acessar diversos serviços de rede, por exemplo: acesso a bancos de dados, capacidade de ler uma lista de arquivos e abri-los, enviar uma mensagem de e-mail ou abrir uma página web. Junto com os dados e ações do usuário, as informações de serviço são transmitidas nesse nível.

Camada de transporte: Este é um mecanismo puro de transmissão de pacotes. Neste nível, nem o conteúdo do pacote nem a sua afiliação a qualquer ação importam. Neste nível, apenas o endereço do nó do qual o pacote é enviado e o endereço do nó ao qual o pacote deve ser entregue são importantes. Via de regra, o tamanho dos fragmentos transmitidos por diferentes protocolos pode mudar, portanto, neste nível, os blocos de informação podem ser divididos na saída e reunidos em um único todo no destino. Isso causa uma possível perda de dados se, no momento da transmissão do próximo fragmento, ocorrer uma interrupção de conexão de curto prazo.

A camada de transporte inclui diversos protocolos, que são divididos em classes, desde os mais simples, que simplesmente transmitem dados, até os complexos, que possuem a funcionalidade de confirmar o recebimento ou solicitar novamente um bloco de dados faltante.

Este nível fornece ao nível superior (aplicativo) dois tipos de serviços:

Fornece entrega garantida usando o protocolo TCP.
Entrega via UDP sempre que possível .

Para garantir a entrega garantida, é estabelecida uma conexão de acordo com o protocolo TCP, que permite que os pacotes sejam numerados na saída e confirmados na entrada. A numeração dos pacotes e a confirmação da recepção são as chamadas informações de serviço. Este protocolo suporta transmissão no modo “Duplex”. Além disso, graças aos regulamentos bem pensados do protocolo, é considerado muito confiável.

O protocolo UDP destina-se a momentos em que não é possível configurar a transmissão via protocolo TCP ou é necessário economizar no segmento de transmissão de dados da rede. Além disso, o protocolo UDP pode interagir com protocolos de nível superior para aumentar a confiabilidade da transmissão de pacotes.

Camada de rede ou "camada de Internet": a camada base para todo o modelo TCP/IP. A principal funcionalidade desta camada é idêntica à camada de mesmo nome no modelo OSI e descreve a movimentação de pacotes em uma rede composta composta por várias sub-redes menores. Ele conecta camadas adjacentes do protocolo TCP/IP.

A camada de rede é a camada de conexão entre a camada de transporte superior e o nível inferior de interfaces de rede. A camada de rede utiliza protocolos que recebem uma solicitação da camada de transporte e, por meio de endereçamento regulado, transmitem a solicitação processada para o protocolo de interface de rede, indicando para qual endereço enviar os dados.

Os seguintes protocolos de rede TCP/IP são usados neste nível: ICMP, IP, RIP, OSPF. O principal e mais popular no nível da rede é, obviamente, o IP (Internet Protocol). Sua principal tarefa é transmitir pacotes de um roteador para outro até que uma unidade de dados chegue à interface de rede do nó de destino. O protocolo IP é implantado não apenas em hosts, mas também em equipamentos de rede: roteadores e switches gerenciados. O protocolo IP opera com base no princípio do melhor esforço e entrega não garantida. Ou seja, não há necessidade de estabelecer conexão antecipadamente para enviar um pacote. Esta opção economiza tráfego e tempo na movimentação de pacotes de serviço desnecessários. O pacote é roteado em direção ao seu destino e é possível que o nó permaneça inacessível. Neste caso, uma mensagem de erro é retornada.

Nível de interface de rede:é responsável por garantir que sub-redes com diferentes tecnologias possam interagir entre si e transmitir informações no mesmo modo. Isso é feito em duas etapas simples:

Codificação de um pacote em uma unidade intermediária de dados de rede.
Converte as informações de destino nos padrões de sub-rede necessários e envia a unidade de dados.

Essa abordagem nos permite expandir constantemente o número de tecnologias de rede suportadas. Assim que surge uma nova tecnologia, ela cai imediatamente na pilha de protocolos TCP/IP e permite que redes com tecnologias mais antigas transfiram dados para redes construídas utilizando padrões e métodos mais modernos.

Unidades de dados transferidas

Durante a existência de um fenômeno como os protocolos TCP/IP, foram estabelecidos termos padrão para as unidades de dados transmitidos. Os dados durante a transmissão podem ser fragmentados de diferentes maneiras, dependendo das tecnologias utilizadas pela rede de destino.

Para se ter uma ideia do que está acontecendo com os dados e em que momento, foi necessário chegar à seguinte terminologia:

Fluxo de dados- dados que chegam à camada de transporte a partir de protocolos de uma camada de aplicação superior.
Um segmento é um fragmento de dados no qual um fluxo é dividido de acordo com os padrões do protocolo TCP.
Datagrama(especialmente os analfabetos pronunciam como “Datagrama”) - unidades de dados obtidas pela divisão de um fluxo usando protocolos sem conexão (UDP).
Saco de plástico- uma unidade de dados produzida através do protocolo IP.
Os protocolos TCP/IP empacotam pacotes IP em blocos de dados transmitidos por redes compostas, chamados pessoal ou quadros.

Tipos de endereços de pilha de protocolo TCP/IP

Qualquer protocolo de transferência de dados TCP/IP usa um dos seguintes tipos de endereço para identificar hosts:

Endereços locais (hardware).
Endereços de rede (endereços IP).
Nomes de domínio.

Endereços locais (endereços MAC) - usados na maioria das tecnologias de rede local para identificar interfaces de rede. Ao falar sobre TCP/IP, a palavra local significa uma interface que opera não em uma rede composta, mas dentro de uma sub-rede separada. Por exemplo, a sub-rede de uma interface conectada à Internet será local e a rede da Internet será composta. Uma rede local pode ser construída em qualquer tecnologia e, independentemente disso, do ponto de vista de uma rede composta, uma máquina localizada em uma sub-rede dedicada separadamente será chamada de local. Assim, quando um pacote entra na rede local, seu endereço IP é então associado ao endereço local e o pacote é enviado para o endereço MAC da interface de rede.

Endereços de rede (endereços IP). A tecnologia TCP/IP fornece seu próprio endereçamento global de nós para resolver um problema simples - combinar redes com diferentes tecnologias em uma grande estrutura de transmissão de dados. O endereçamento IP é completamente independente da tecnologia usada na rede local, mas um endereço IP permite que uma interface de rede represente uma máquina em uma rede composta.

Como resultado, foi desenvolvido um sistema no qual os hosts recebem um endereço IP e uma máscara de sub-rede. A máscara de sub-rede mostra quantos bits estão alocados ao número da rede e quantos ao número do host. Um endereço IP consiste em 32 bits, divididos em blocos de 8 bits.

Quando um pacote é transmitido, são atribuídas informações sobre o número da rede e o número do nó para o qual o pacote deve ser enviado. Primeiro, o roteador encaminha o pacote para a sub-rede desejada e, em seguida, é selecionado um host que está aguardando por ele. Este processo é realizado pelo Protocolo de Resolução de Endereço (ARP).

Os endereços de domínio em redes TCP/IP são gerenciados por um Sistema de Nomes de Domínio (DNS) especialmente projetado. Para isso, existem servidores que casam o nome de domínio, apresentado como uma sequência de texto, com o endereço IP, e enviam o pacote de acordo com o endereçamento global. Não há correspondência entre um nome de computador e um endereço IP, portanto, para converter um nome de domínio em um endereço IP, o dispositivo remetente deve acessar a tabela de roteamento criada no servidor DNS. Por exemplo, escrevemos o endereço do site no navegador, o servidor DNS combina-o com o endereço IP do servidor onde o site está localizado e o navegador lê as informações, recebendo uma resposta.

Além da Internet, é possível emitir nomes de domínio para computadores. Assim, o processo de trabalho em rede local é simplificado. Não há necessidade de lembrar todos os endereços IP. Em vez disso, você pode dar qualquer nome a cada computador e usá-lo.

Endereço de IP. Formatar. Componentes. Máscara de sub-rede

Um endereço IP é um número de 32 bits, que na representação tradicional é escrito como números de 1 a 255, separados por pontos.

Tipo de endereço IP em vários formatos de gravação:

Endereço IP decimal: 192.168.0.10.
Forma binária do mesmo endereço IP: 11000000.10101000.00000000.00001010.
Entrada de endereço no sistema de numeração hexadecimal: C0.A8.00.0A.

Não há separador entre o ID da rede e o número do ponto na entrada, mas o computador é capaz de separá-los. Existem três formas de fazer isso:

Borda fixa. Com este método, todo o endereço é condicionalmente dividido em duas partes de comprimento fixo, byte por byte. Assim, se dermos um byte para o número da rede, obteremos 2 8 redes de 2 24 nós cada. Se a borda for movida outro byte para a direita, haverá mais redes - 2 16 e menos nós - 2 16. Hoje, a abordagem é considerada obsoleta e não é utilizada.
Máscara de sub-rede. A máscara está emparelhada com um endereço IP. A máscara possui uma sequência de valores “1” nos bits que são alocados ao número da rede, e um certo número de zeros nos locais do endereço IP que são alocados ao número do nó. O limite entre uns e zeros na máscara é o limite entre o ID da rede e o ID do host no endereço IP.
Método de classes de endereço. Método de compromisso. Ao utilizá-lo, os tamanhos de rede não podem ser selecionados pelo usuário, mas existem cinco classes - A, B, C, D, E. Três classes - A, B e C - são destinadas a diversas redes, e D e E são reservadas para redes para fins especiais. Em um sistema de classes, cada classe possui seu próprio limite de número de rede e ID de nó.

Classes de endereços IP

PARA classe A Estes incluem redes nas quais a rede é identificada pelo primeiro byte e os três restantes são o número do nó. Todos os endereços IP que possuem um valor de primeiro byte de 1 a 126 em seu intervalo são redes de classe A. Existem muito poucas redes de classe A em quantidade, mas cada uma delas pode ter até 2 24 pontos.

Classe B- redes nas quais os dois bits mais altos são iguais a 10. Nelas são alocados 16 bits para o número da rede e identificador do ponto. Como resultado, verifica-se que o número de redes classe B é quantitativamente diferente do número de redes classe A, mas possuem um número menor de nós - até 65.536 (2 16) unidades.

Nas redes classe C- existem poucos nós - 2 8 em cada, mas o número de redes é enorme, devido ao fato de o identificador de rede nessas estruturas ocupar três bytes.

Redes classe D- já pertencem a redes especiais. Ele começa com a sequência 1110 e é chamado de endereço multicast. Interfaces com endereços de classe A, B e C podem fazer parte de um grupo e receber um endereço de grupo além do endereço individual.

Endereços classe E- em reserva para o futuro. Esses endereços começam com a sequência 11110. Muito provavelmente, esses endereços serão usados como endereços de grupo quando houver escassez de endereços IP na rede global.

Configurando o protocolo TCP/IP

A configuração do protocolo TCP/IP está disponível em todos os sistemas operacionais. Estes são Linux, CentOS, Mac OS X, Free BSD, Windows 7. O protocolo TCP/IP requer apenas um adaptador de rede. É claro que os sistemas operacionais de servidor são capazes de mais. O protocolo TCP/IP é amplamente configurado usando serviços de servidor. Os endereços IP em computadores desktop normais são definidos nas configurações de conexão de rede. Lá você configura o endereço de rede, o gateway – o endereço IP do ponto que tem acesso à rede global, e os endereços dos pontos onde está localizado o servidor DNS.

O protocolo de Internet TCP/IP pode ser configurado manualmente. Embora isso nem sempre seja necessário. Você pode receber parâmetros do protocolo TCP/IP automaticamente do endereço de distribuição dinâmica do servidor. Este método é usado em grandes redes corporativas. Em um servidor DHCP, você pode mapear um endereço local para um endereço de rede e, assim que uma máquina com um determinado endereço IP aparecer na rede, o servidor fornecerá imediatamente um endereço IP pré-preparado. Este processo é chamado de reserva.

Protocolo de resolução de endereço TCP/IP

A única maneira de estabelecer uma relação entre um endereço MAC e um endereço IP é mantendo uma tabela. Se houver uma tabela de roteamento, cada interface de rede conhece seus endereços (locais e de rede), mas surge a questão de como organizar adequadamente a troca de pacotes entre nós usando o protocolo TCP/IP 4.

Por que foi inventado o Protocolo de Resolução de Endereço (ARP)? Para vincular a família de protocolos TCP/IP e outros sistemas de endereçamento. Uma tabela de mapeamento ARP é criada em cada nó e preenchida pesquisando toda a rede. Isso acontece sempre que o computador é desligado.

Tabela ARP

Esta é a aparência de um exemplo de tabela ARP compilada.

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Endereços IP (Protocolo de Internet versão 4, Internet Protocol versão 4) - são os principais tipos de endereços usados na camada de rede do modelo OSI para transferir pacotes entre redes. Os endereços IP consistem em quatro bytes, por exemplo 192.168.100.111.

A atribuição de endereços IP aos hosts é realizada:

manualmente, configurado pelo administrador do sistema durante a configuração da rede;
automaticamente, usando protocolos especiais (em particular, usando o protocolo DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol, protocolo de configuração dinâmica de host).

Protocolo IPv4 desenvolvido em setembro de 1981.

Protocolo IPv4 opera no nível da rede (rede) da pilha de protocolos TCP/IP. A principal tarefa do protocolo é transferir blocos de dados (datagramas) do host remetente para o host destino, onde os remetentes e destinatários são computadores identificados exclusivamente por endereços de comprimento fixo (endereços IP). Além disso, o Internet Protocol IP realiza, se necessário, a fragmentação e coleta dos datagramas enviados para transmissão de dados através de outras redes com pacotes menores.

A desvantagem do protocolo IP é a falta de confiabilidade do protocolo, ou seja, antes do início da transmissão não é estabelecida uma conexão, isso significa que a entrega dos pacotes não é confirmada, a exatidão dos dados recebidos não é monitorada (usando um checksum) e a operação de reconhecimento não é realizada (troca de mensagens de serviço com o nó -destino e sua prontidão para receber pacotes).

O protocolo IP envia e processa cada datagrama como um dado independente, ou seja, sem quaisquer outras conexões com outros datagramas na Internet global.

Depois de enviar um datagrama via IP para a rede, outras ações com este datagrama não são de forma alguma controladas pelo remetente. Acontece que se um datagrama, por algum motivo, não puder ser transmitido pela rede, ele será destruído. Embora o nó que destruiu o datagrama tenha a oportunidade de informar o motivo da falha ao remetente, através do endereço de retorno (em particular, utilizando o protocolo ICMP). A garantia da entrega dos dados é confiada a protocolos de nível superior (camada de transporte), que são dotados de mecanismos especiais para isso (protocolo TCP).

Como você sabe, os roteadores operam na camada de rede do modelo OSI. Portanto, uma das tarefas mais básicas do protocolo IP é a implementação do roteamento de datagramas, ou seja, determinar o caminho ideal para datagramas (usando algoritmos de roteamento) do nó emissor da rede para qualquer outro nó da rede com base em o endereço IP.

Em qualquer nó da rede que recebe um datagrama da rede, fica assim:

Formato de cabeçalho IP

A estrutura dos pacotes IP versão 4 é mostrada na figura

Versão – para IPv4 o valor do campo deve ser 4.
IHL - (Internet Header Length) o comprimento do cabeçalho do pacote IP em palavras de 32 bits (dword). É este campo que indica o início do bloco de dados no pacote. O valor mínimo válido para este campo é 5.
Tipo de Serviço (sigla TOS) - byte que contém um conjunto de critérios que determina o tipo de serviço dos pacotes IP, mostrado na figura.

Descrição do byte de serviço bit a bit:

0-2 – prioridade (precedência) deste segmento IP
3 - requisito de tempo de atraso para transmissão do segmento IP (0 - normal, 1 - atraso baixo)
4 - requisito de throughput da rota ao longo da qual o segmento IP deve ser enviado (0 - baixo, 1 - alto throughput)
5 - requisito de confiabilidade (confiabilidade) de transmissão do segmento IP (0 - normal, 1 - alta confiabilidade)
6-7 - ECN - mensagem de atraso explícita (controle de fluxo IP).

Comprimento do pacote – O comprimento do pacote em octetos, incluindo cabeçalho e dados. O valor mínimo válido para este campo é 20, o máximo é 65535.
Identificador é um valor atribuído pelo remetente da embalagem e tem como objetivo determinar a sequência correta de fragmentos na montagem da embalagem. Para um pacote fragmentado, todos os fragmentos possuem o mesmo ID.
3 bits de bandeira. O primeiro bit deve ser sempre zero, o segundo bit DF (não fragmentar) determina se o pacote pode ser fragmentado e o terceiro bit MF (mais fragmentos) indica se este pacote é o último em uma cadeia de pacotes.
O deslocamento do fragmento é um valor que determina a posição do fragmento no fluxo de dados. O deslocamento é especificado pelo número de blocos de oito bytes, portanto, esse valor requer multiplicação por 8 para ser convertido em bytes.
Time to Live (TTL) é o número de roteadores pelos quais esse pacote deve passar. À medida que o roteador passa, esse número diminuirá em um. Se o valor deste campo for zero, então o pacote DEVE ser descartado e uma mensagem de Tempo Excedido (código ICMP 11 tipo 0) poderá ser enviada ao remetente do pacote.
Protocolo - O identificador de protocolo da Internet da próxima camada indica quais dados de protocolo o pacote contém, como TCP ou ICMP.
Soma de verificação do cabeçalho - calculada de acordo com RFC 1071

Pacote IPv4 interceptado usando o sniffer Wireshark:

Fragmentação de pacotes IP

No caminho de um pacote do remetente ao destinatário, podem existir redes locais e globais de diferentes tipos, com diferentes tamanhos permitidos de campos de dados de quadros de nível de link (Unidade Máxima de Transferência - MTU). Assim, as redes Ethernet podem transmitir quadros transportando até 1.500 bytes de dados, as redes X.25 são caracterizadas por um tamanho de campo de dados de quadro de 128 bytes, as redes FDDI podem transmitir quadros de 4.500 bytes de tamanho e outras redes têm suas próprias limitações. O protocolo IP é capaz de transmitir datagramas cujo comprimento é maior que o MTU da rede intermediária, devido à fragmentação - quebra de um “pacote grande” em um número de partes (fragmentos), cujo tamanho de cada uma delas satisfaz a rede intermediária . Após todos os fragmentos terem sido transmitidos pela rede intermediária, eles serão coletados no nó destinatário pelo módulo de protocolo IP de volta em um “grande pacote”. Observe que o pacote é montado a partir de fragmentos apenas pelo destinatário e não por qualquer um dos roteadores intermediários. Os roteadores só podem fragmentar pacotes, não remontá-los. Isso ocorre porque diferentes fragmentos do mesmo pacote não passarão necessariamente pelos mesmos roteadores.

Para não confundir fragmentos de pacotes diferentes, é utilizado o campo Identificação, cujo valor deve ser o mesmo para todos os fragmentos de um pacote e não repetido para pacotes diferentes até que o tempo de vida de ambos os pacotes expire. Ao dividir dados em pacotes, o tamanho de todos os fragmentos, exceto o último, deve ser múltiplo de 8 bytes. Isso permite alocar menos espaço no cabeçalho para o campo Deslocamento do fragmento.

O segundo bit do campo Mais fragmentos, se igual a um, indica que este fragmento não é o último do pacote. Se o pacote for enviado sem fragmentação, o sinalizador “Mais fragmentos” será definido como 0 e o campo Fragment Offset será preenchido com zero bits.

Se o primeiro bit do campo Flags (Don’t fragment) for igual a um, então a fragmentação do pacote é proibida. Se este pacote fosse enviado através de uma rede com MTU insuficiente, o roteador seria forçado a descartá-lo (e reportar isso ao remetente via ICMP). Este sinalizador é usado nos casos em que o remetente sabe que o destinatário não possui recursos suficientes para reconstruir pacotes a partir de fragmentos.

Todos os endereços IP podem ser divididos em duas partes lógicas - números de rede e números de nós de rede (número de host). Para determinar qual parte do endereço IP pertence ao número da rede e qual parte pertence ao número do host, é determinado pelos valores dos primeiros bits do endereço. Além disso, os primeiros bits de um endereço IP são usados para determinar a qual classe pertence um determinado endereço IP.

A figura mostra a estrutura do endereço IP de diferentes classes.

Se o endereço começar com 0, então a rede é classificada como classe A e o número da rede ocupa um byte, os 3 bytes restantes são interpretados como o número do nó da rede. As redes Classe A têm números que variam de 1 a 126. (O número 0 não é usado e o número 127 é reservado para fins especiais, como será discutido abaixo.) As redes Classe A são poucas, mas o número de nós nelas pode chegar a 2. 24, são 16.777.216 nós.

Se os dois primeiros bits do endereço forem iguais a 10, então a rede pertence à classe B. Nas redes da classe B, 16 bits, ou seja, 2 bytes, são alocados para o número da rede e o número do nó. Assim, uma rede classe B é uma rede de médio porte com um número máximo de nós de 2 16, ou seja, 65.536 nós.

Se o endereço começar com a sequência 110, então esta é uma rede classe C. Neste caso, 24 bits são alocados para o número da rede e 8 bits para o número do nó. As redes desta classe são as mais comuns; o número de nós nelas é limitado a 2 8, ou seja, 256 nós.

Se o endereço começar com a sequência 1110, então é um endereço de classe D e denota um endereço multicast especial. Se um pacote contiver um endereço de classe D como endereço de destino, todos os nós aos quais esse endereço for atribuído deverão receber tal pacote.

Se o endereço começar com a sequência 11110, isso significa que este endereço pertence à classe E. Os endereços desta classe são reservados para uso futuro.

A tabela mostra os intervalos de números de rede e o número máximo de nós correspondentes a cada classe de rede.

As redes grandes recebem endereços de classe A, as redes de médio porte recebem endereços de classe B e as redes pequenas recebem endereços de classe C.

Usando máscaras no endereçamento IP

Para obter uma determinada gama de endereços IP, foi solicitado às empresas que preenchessem um formulário de registo, que listava o número actual de computadores e o aumento planeado do número de computadores, e como resultado, a empresa recebeu uma classe de Endereços IP: A, B, C, dependendo dos dados especificados no formulário de registro.

Este mecanismo de emissão de intervalos de endereços IP funcionou normalmente, isto se deveu ao facto de inicialmente as organizações possuírem um pequeno número de computadores e, consequentemente, pequenas redes informáticas. Mas devido ao rápido crescimento da Internet e das tecnologias de rede, a abordagem descrita para a distribuição de endereços IP começou a produzir falhas, principalmente associadas a redes de classe “B”. Na verdade, as organizações nas quais o número de computadores não excedia várias centenas (digamos, 500) tiveram que registrar para si uma rede inteira de classe “B” (uma vez que a classe “C” é apenas para 254 computadores, e a classe “B” é para 65534). Por causa disso, simplesmente não havia redes Classe B disponíveis suficientes, mas ao mesmo tempo foram desperdiçadas grandes faixas de endereços IP.

O esquema tradicional de divisão de um endereço IP em um número de rede (NetID) e um número de host (HostID) é baseado no conceito de classe, que é determinado pelos valores dos primeiros bits do endereço. É precisamente porque o primeiro byte do endereço 185.23.44.206 está no intervalo 128-191 que podemos dizer que este endereço pertence à classe B, o que significa que o número da rede são os dois primeiros bytes, complementados por dois bytes zero - 185.23.0.0 e o nó numérico - 0.0.44.206.

E se usássemos algum outro recurso que pudesse ser usado para definir com mais flexibilidade o limite entre o número da rede e o número do nó? As máscaras são agora amplamente utilizadas como tal sinal.

mascarar- este é o número usado em conjunto com o endereço IP; A entrada da máscara binária contém aqueles bits que devem ser interpretados como um número de rede no endereço IP. Como o número da rede é parte integrante do endereço, os números da máscara também devem representar uma sequência contínua.

Para classes de rede padrão, as máscaras têm os seguintes significados:

classe A - 11111111.00000000.00000000.00000000 (255.0.0.0);
classe B - 11111111.11111111.00000000.00000000 (255.255.0.0);
classe C - 11111111. 11111111.11111111. 00000000 (255.255.255.0).

Ao fornecer uma máscara a cada endereço IP, você pode abandonar o conceito de classes de endereço e tornar o sistema de endereçamento mais flexível. Por exemplo, se o endereço 185.23.44.206 discutido acima estiver associado à máscara 255.255.255.0, então o número da rede será 185.23.44.0, e não 185.23.0.0, conforme definido pelo sistema de classes.

Cálculo do número da rede e do número do nó usando máscara:

Nas máscaras, o número de uns na sequência que define o limite do número da rede não precisa ser múltiplo de 8 para repetir a divisão do endereço em bytes. Deixe, por exemplo, para o endereço IP 129.64.134.5 ser especificada a máscara 255.255.128.0, ou seja, na forma binária:

Endereço IP 129.64.134.5 - 10000001.01000000.10000110. 00000101
Máscara 255.255.128.0 - 11111111.11111111.10000000. 00000000

Se ignorarmos a máscara, então, de acordo com o sistema de classes, o endereço 129.64.134.5 pertence à classe B, o que significa que o número da rede são os primeiros 2 bytes - 129.64.0.0, e o número do nó é 0.0.134.5.

Se você usar uma máscara para determinar o limite do número da rede, então 17 unidades consecutivas na máscara, “sobrepostas” (multiplicação lógica) ao endereço IP, determinam o número como o número da rede em expressão binária:

ou em notação decimal - o número da rede é 129.64.128.0 e o número do nó é 0.0.6.5.

Há também uma versão curta da notação de máscara chamada prefixo ou uma máscara curta. Em particular, a rede 80.255.147.32 com máscara 255.255.255.252 pode ser escrita como 80.255.147.32/30, onde “/30” indica o número de unidades binárias na máscara, ou seja, trinta unidades binárias (contadas da esquerda para a direita).

Para maior clareza, a tabela mostra a correspondência entre o prefixo e a máscara:

O mecanismo de máscara é difundido no roteamento IP e as máscaras podem ser usadas para diversos fins. Com a ajuda deles, o administrador pode estruturar sua rede sem exigir números de rede adicionais do provedor de serviços. Com base no mesmo mecanismo, os provedores de serviços podem combinar espaços de endereços de várias redes, introduzindo os chamados “ prefixos"para reduzir o tamanho das tabelas de roteamento e, assim, aumentar o desempenho dos roteadores. Além disso, escrever uma máscara como prefixo é muito mais curto.

Endereços IP especiais

O protocolo IP possui diversas convenções para interpretar endereços IP de maneira diferente:

0.0.0.0 - representa o endereço do gateway padrão, ou seja, o endereço do computador para o qual os pacotes de informações devem ser enviados caso não encontrem destino na rede local (tabela de roteamento);
255.255.255.255 – endereço de transmissão. As mensagens enviadas para este endereço são recebidas por todos os nós da rede local que contém o computador fonte da mensagem (não é transmitida para outras redes locais);
“Número da rede.” “todos zeros” – endereço da rede (por exemplo 192.168.10.0);
“Todos zeros.” “número do nó” – um nó nesta rede (por exemplo 0.0.0.23). Pode ser usado para transmitir mensagens para um nó específico dentro de uma rede local;
Se o campo do número do nó de destino contiver apenas alguns, um pacote com esse endereço será enviado a todos os nós da rede com o número de rede fornecido. Por exemplo, um pacote com o endereço 192.190.21.255 é entregue a todos os nós da rede 192.190.21.0. Este tipo de distribuição é chamado de mensagem de difusão. Ao endereçar, é necessário levar em consideração as restrições introduzidas pela finalidade especial de alguns endereços IP. Assim, nem o número da rede nem o número do nó podem consistir apenas em uns binários ou apenas em zeros binários. Conclui-se que o número máximo de nós indicado na tabela para redes de cada classe deve, na prática, ser reduzido em 2. Por exemplo, em redes de classe C, são atribuídos 8 bits para o número do nó, o que permite especificar 256 números: de 0 a 255. Porém, na prática, o número máximo de nós em uma rede classe C não pode ultrapassar 254, pois os endereços 0 e 255 têm uma finalidade especial. Das mesmas considerações, segue-se que o nó final não pode ter um endereço como 98.255.255.255, uma vez que o número do nó neste endereço de classe A consiste apenas em números binários.
O endereço IP tem um significado especial, cujo primeiro octeto é 127.x.x.x. É usado para testar programas e processar interações dentro da mesma máquina. Quando um programa envia dados para o endereço IP 127.0.0.1, um “loop” é formado. Os dados não são transmitidos pela rede, mas retornam aos módulos de nível superior conforme recém-recebidos. Portanto, em uma rede IP, é proibido atribuir endereços IP a máquinas começando com 127. Esse endereço é chamado de loopback. Você pode atribuir o endereço 127.0.0.0 à rede interna do módulo de roteamento host e o endereço 127.0.0.1 ao endereço deste módulo na rede interna. Na verdade, qualquer endereço de rede 127.0.0.0 serve para designar seu módulo de roteamento, e não apenas 127.0.0.1, por exemplo 127.0.0.3.

O protocolo IP não possui o conceito de radiodifusão no sentido em que é utilizado em protocolos de camada de enlace de redes locais, quando os dados devem ser entregues a absolutamente todos os nós. Tanto o endereço IP de transmissão restrito quanto o endereço IP de transmissão têm limites de propagação na Internet - eles são limitados à rede à qual pertence o host de origem do pacote ou à rede cujo número é especificado no endereço de destino. Portanto, dividir a rede em partes usando roteadores localiza a tempestade de transmissão nos limites de uma das partes que compõem a rede geral, simplesmente porque não há como endereçar simultaneamente o pacote a todos os nós de todas as redes da rede composta.

Endereços IP usados em redes locais

Todos os endereços utilizados na Internet devem ser registados, o que garante a sua singularidade à escala global. Esses endereços são chamados de endereços IP reais ou públicos.

Para redes locais não ligadas à Internet, naturalmente não é necessário o registo de endereços IP, uma vez que, em princípio, quaisquer endereços possíveis podem ser aqui utilizados. No entanto, para evitar a possibilidade de conflitos quando tal rede for posteriormente ligada à Internet, recomenda-se utilizar apenas os seguintes intervalos dos chamados endereços IP privados em redes locais (estes endereços não existem na Internet e não é possível utilizá-los lá), apresentados na tabela.

Os protocolos TCP/IP são a base da Internet global. Para ser mais preciso, TCP/IP é uma lista ou pilha de protocolos e, na verdade, um conjunto de regras pelas quais as informações são trocadas (o modelo de comutação de pacotes é implementado).

Neste artigo analisaremos os princípios de operação da pilha de protocolos TCP/IP e tentaremos compreender os princípios de sua operação.

Nota: Muitas vezes, a abreviatura TCP/IP refere-se a toda a rede que opera com base nestes dois protocolos, TCP e IP.

No modelo dessa rede, além dos principais protocolos TCP (camada de transporte) e IP (protocolo de camada de rede) inclui protocolos de aplicação e camada de rede (ver foto). Mas voltemos diretamente aos protocolos TCP e IP.

O que são protocolos TCP/IP

TCP - Protocolo de Controle de Transferência. Protocolo de Controle de Transmissão. Serve para garantir e estabelecer uma conexão confiável entre dois dispositivos e uma transferência confiável de dados. Nesse caso, o protocolo TCP controla o tamanho ideal do pacote de dados transmitido, enviando um novo caso a transmissão falhe.

IP - Protocolo de Internet. O Protocolo da Internet ou Protocolo de Endereço é a base de toda a arquitetura de transmissão de dados. O protocolo IP é usado para entregar um pacote de dados de rede ao endereço desejado. Nesse caso, as informações são divididas em pacotes, que se movem de forma independente pela rede até o destino desejado.

Formatos de protocolo TCP/IP

Formato do protocolo IP

Existem dois formatos para endereços IP de protocolo IP.

Formato IPv4. Este é um número binário de 32 bits. Uma forma conveniente de escrever um endereço IP (IPv4) é como quatro grupos de números decimais (de 0 a 255), separados por pontos. Por exemplo: 193.178.0.1.

Formato IPv6. Este é um número binário de 128 bits. Via de regra, os endereços IPv6 são escritos na forma de oito grupos. Cada grupo contém quatro dígitos hexadecimais separados por dois pontos. Exemplo de endereço IPv6 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7889.

Como funcionam os protocolos TCP/IP

Se for conveniente, pense em enviar pacotes de dados pela rede como enviar uma carta pelo correio.

Se for inconveniente, imagine dois computadores conectados por uma rede. Além disso, a rede de conexão pode ser qualquer, tanto local quanto global. Não há diferença no princípio da transferência de dados. Um computador em uma rede também pode ser considerado um host ou um nó.

Protocolo IP

Cada computador na rede possui seu próprio endereço exclusivo. Na Internet global, um computador possui esse endereço, que é chamado de endereço IP (Endereço de Protocolo de Internet).

Por analogia com o correio, um endereço IP é um número de casa. Mas o número da casa não é suficiente para receber uma carta.

As informações transmitidas pela rede não são transmitidas pelo próprio computador, mas pelos aplicativos nele instalados. Esses aplicativos são servidor de correio, servidor web, FTP, etc. Para identificar o pacote de informações transmitidas, cada aplicação é anexada a uma porta específica. Por exemplo: o servidor web escuta na porta 80, o FTP escuta na porta 21, o servidor de correio SMTP escuta na porta 25, o servidor POP3 lê caixas de correio na porta 110.

Assim, no pacote de endereços do protocolo TCP/IP, outra linha aparece nos destinatários: porta. Análogo ao correio - a porta é o número do apartamento do remetente e do destinatário.

Exemplo:

Endereço de Origem:

IP: 82.146.47.66

Endereço de destino:

IP: 195.34.31.236

Vale lembrar: endereço IP + número da porta é chamado de “soquete”. No exemplo acima: do soquete 82.146.47.66:2049 um pacote é enviado para o soquete 195.34.31.236:53.

Protocolo TCP

O protocolo TCP é o protocolo da próxima camada após o protocolo IP. Este protocolo tem como objetivo controlar a transferência de informações e sua integridade.

Por exemplo, as informações transmitidas são divididas em pacotes separados. Os pacotes serão entregues ao destinatário de forma independente. Durante o processo de transmissão, um dos pacotes não foi transmitido. O protocolo TCP fornece retransmissões até que o destinatário receba o pacote.

O protocolo de transporte TCP oculta todos os problemas e detalhes da transferência de dados de protocolos de nível superior (físico, canal, rede IP).

A interação entre computadores na Internet é realizada por meio de protocolos de rede, que são um conjunto acordado de regras específicas segundo as quais diferentes dispositivos de transmissão de dados trocam informações. Existem protocolos para formatos de controle de erros e outros tipos de protocolos. O protocolo mais comumente usado na rede global é o TCP-IP.

Que tipo de tecnologia é essa? O nome TCP-IP vem de dois protocolos de rede: TCP e IP. É claro que a construção de redes não se limita a estes dois protocolos, mas são básicos no que diz respeito à organização da transmissão de dados. Na verdade, o TCP-IP é um conjunto de protocolos que permite que redes individuais se unam para formar

O protocolo TCP-IP, que não pode ser descrito apenas pelas definições de IP e TCP, também inclui os protocolos UDP, SMTP, ICMP, FTP, telnet e muito mais. Esses e outros protocolos TCP-IP fornecem o funcionamento mais completo da Internet.

Abaixo fornecemos uma descrição detalhada de cada protocolo incluído no conceito geral de TCP-IP.

. Protocolo de internet(IP) é responsável pela transmissão direta de informações na rede. A informação é dividida em partes (em outras palavras, pacotes) e transmitida ao destinatário pelo remetente. Para um endereçamento preciso, você precisa especificar o endereço exato ou as coordenadas do destinatário. Esses endereços consistem em quatro bytes, separados uns dos outros por pontos. O endereço de cada computador é único.

Porém, a utilização apenas do protocolo IP pode não ser suficiente para a correta transmissão dos dados, pois o volume da maior parte das informações transmitidas é superior a 1.500 caracteres, que não cabem mais em um pacote, e alguns pacotes podem ser perdidos durante a transmissão ou enviados em a ordem errada, o que é necessário.

. protocolo de Controle de Transmissão(TCP) é usado em um nível superior ao anterior. Com base na capacidade do protocolo IP de transportar informações de um host para outro, o protocolo TCP permite o envio de grandes quantidades de informações. O TCP também é responsável por dividir as informações transmitidas em partes separadas - pacotes - e recuperar corretamente os dados dos pacotes recebidos após a transmissão. Neste caso, este protocolo repete automaticamente a transmissão de pacotes que contêm erros.

O gerenciamento da organização da transferência de dados em grandes volumes pode ser realizado por meio de diversos protocolos que possuem finalidades funcionais especiais. Em particular, existem os seguintes tipos de protocolos TCP.

1. FTP(File Transfer Protocol) organiza a transferência de arquivos e é usado para transferir informações entre dois nós da Internet usando conexões TCP na forma de um arquivo de texto binário ou simples, como uma área nomeada na memória do computador. Nesse caso, não importa onde esses nós estão localizados e como estão conectados entre si.

2. Protocolo de datagrama de usuário, ou User Datagram Protocol, é independente da conexão e transmite dados em pacotes chamados datagramas UDP. Contudo, este protocolo não é tão confiável quanto o TCP porque o remetente não sabe se o pacote foi realmente recebido.

3. ICMP(Internet Control Message Protocol) existe para transmitir mensagens de erro que ocorrem durante a troca de dados na Internet. Porém, o protocolo ICMP apenas relata erros, mas não elimina os motivos que levaram a esses erros.

4. Telnet- que é usado para implementar uma interface de texto em uma rede usando o transporte TCP.

5. SMTP(Simple Mail Transfer Protocol) é uma mensagem eletrônica especial que define o formato das mensagens enviadas de um computador, denominado cliente SMTP, para outro computador executando um servidor SMTP. Neste caso, esta transferência pode ser adiada por algum tempo até que o trabalho do cliente e do servidor seja ativado.

Esquema de transmissão de dados via protocolo TCP-IP

1. O protocolo TCP divide toda a quantidade de dados em pacotes e os numera, empacotando-os em envelopes TCP, o que permite restaurar a ordem em que partes das informações são recebidas. Quando os dados são colocados nesse envelope, uma soma de verificação é calculada, que é então gravada no cabeçalho TCP.

3. O TCP então verifica se todos os pacotes foram recebidos. Se durante a recepção o recém-calculado não coincidir com o indicado no envelope, isso indica que alguma informação foi perdida ou distorcida durante a transmissão, o protocolo TCP-IP solicita novamente o encaminhamento deste pacote. Também é necessária a confirmação do recebimento dos dados do destinatário.

4. Após confirmar o recebimento de todos os pacotes, o protocolo TCP os ordena adequadamente e os remonta em um único todo.

O protocolo TCP utiliza transmissões repetidas de dados e períodos de espera (ou tempos limite) para garantir a entrega confiável de informações. Os pacotes podem ser transmitidos em duas direções simultaneamente.

Assim, o TCP-IP elimina a necessidade de retransmissões e espera por processos de aplicação (como Telnet e FTP).

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