Como mencionado anteriormente, o modelo de referência OSI e o modelo TCP / IP são dois modelos de rede padrão abertos que são muito semelhantes. No entanto, o último encontrou mais aceitação, hoje e somente o conjunto de protocolos TCP / IP é usado. Assim como o modelo de referência OSI, o modelo TCP / IP leva uma abordagem em camadas. Nesta seção, examinaremos todas as camadas do modelo TCP / IP e vários protocolos usados nessas camadas.

O modelo TCP / IP é uma versão condensada do modelo de referência OSI que consiste nas 4 camadas: 
  • Camada de aplicação
  • Camada de transporte
  • Camada de Internet
  • Camada de Acesso à Rede 

As funções dessas quatro camadas são comparáveis às funções das sete camadas do modelo OSI. A Figura 1-9 mostra a comparação entre as camadas dos dois modelos. As seções a seguir abordam cada uma das quatro camadas e protocolos nessas camadas em detalhes.


Figura 1-9 Comparação entre modelos TCP / IP e OSI


Camada de aplicação 
A Camada de Aplicação do Modelo TCP / IP consiste em vários protocolos que executam todas as funções das camadas Aplicação, Apresentação e Sessão do Modelo OSI. Isso inclui a interação com o aplicativo, tradução e codificação de dados, controle de diálogo e coordenação de comunicação entre sistemas.

Abaixo são alguns dos protocolos de camada de aplicação mais comuns usados hoje:

Telnet - Telnet é um protocolo de emulação de terminal usado para acessar os recursos de um host remoto. Um host, chamado servidor Telnet, executa um aplicativo de servidor telnet (ou daemon em termos Unix) que recebe uma conexão de um host remoto chamado cliente Telnet. Esta conexão é apresentada ao sistema operacional do servidor telnet como se fosse uma conexão terminal conectada diretamente (usando teclado e mouse). É uma conexão baseada em texto e geralmente fornece acesso à interface de linha de comando do host. Lembre-se de que o aplicativo usado pelo cliente geralmente é chamado telnet também na maioria dos sistemas operacionais. Você não deve confundir o aplicativo telnet com o protocolo Telnet.

HTTP - O protocolo de transferência de hipertexto é o fundamento da World Wide Web. Ele é usado para transferir páginas da Web e recursos do Servidor Web ou servidor HTTP para o Cliente da Web ou o cliente HTTP. Quando você usa um navegador da Web, como o Internet Explorer ou o Firefox, você está usando um cliente da Web. Ele usa HTTP para transferir páginas da web que você solicita dos servidores remotos.

FTP - File Transfer Protocol é um protocolo usado para transferir arquivos entre dois hosts. Assim como telnet e HTTP, um host executa o aplicativo de servidor FTP (ou daemon) e é chamado de servidor FTP enquanto o cliente FTP executa o aplicativo cliente FTP. Um cliente que se conecta ao servidor FTP pode ser necessário para se autenticar antes de ter acesso à estrutura do arquivo. Uma vez autenticado, o cliente pode visualizar listas de diretórios, obter e enviar arquivos e executar algumas outras funções relacionadas a arquivos. Assim como o telnet, o aplicativo cliente FTP disponível na maioria dos sistemas operacionais é chamado de ftp. Portanto, o protocolo e o aplicativo não devem ser confundidos.

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol é usado para enviar e-mails. Quando você configura um cliente de e-mail para enviar e-mails, você está usando o SMTP. O cliente de correio atua como um cliente SMTP aqui. O SMTP também é usado entre dois servidores de e-mails para enviar e receber e-mails. No entanto, o cliente final não recebe emails usando SMTP. Os clientes finais usam o protocolo POP3 para fazer isso.

TFTP - Trivial File Transfer Protocol é uma versão simplificada do FTP. Onde FTP permite que um usuário veja uma listagem de diretório e execute algumas funções relacionadas ao diretório, o TFTP só permite o envio e recebimento de arquivos. É um protocolo pequeno e rápido, mas não suporta autenticação. Por causa desse risco de segurança inerente, não é amplamente utilizado.

DNS - Todo host em uma rede possui um endereço lógico chamado endereço IP (discutido mais adiante no capítulo). Esses endereços são um monte de números. Quando você vai para um site como www.cisco.com, você realmente está indo para um host que tem um endereço IP, mas você não precisa se lembrar do endereço IP de cada site que você visita. Isso ocorre porque o Serviço de Nomes de Domínio (DNS) ajuda a mapear um nome como www.cisco.com para o endereço IP do host onde o site reside. Isso obviamente torna mais fácil encontrar recursos em uma rede. Quando você digita o endereço de um site em seu navegador, o sistema primeiro envia uma consulta de DNS para o servidor DNS para resolver o nome para um endereço IP. Uma vez que o nome é resolvido, uma sessão HTTP é estabelecida com o endereço IP.

DHCP - Como você sabe, cada host requer um endereço lógico, como um endereço IP para se comunicar em uma rede. O host obtém esse endereço lógico, seja por configuração manual ou por um protocolo como DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Usando DHCP, um host pode ser fornecido com um endereço IP automaticamente. Para entender a importância do DHCP, imagine ter que gerenciar 5000 hosts em uma rede e atribuir-lhes o endereço IP manualmente! Além do endereço IP, um host precisa de outras informações, como o endereço do servidor DNS que precisa entrar em contato para resolver nomes, gateways, máscaras de sub-rede, etc. O DHCP pode ser usado para fornecer todas essas informações juntamente com o endereço IP.

Camada de transporte 
Os protocolos discutidos acima são poucos dos protocolos disponíveis na camada de Aplicação. Existem muitos mais protocolos disponíveis. Todos eles pegam os dados do usuário e adicionam um cabeçalho e passám para a camada de transporte a ser enviado pela rede para o destino. A função da camada de transporte TCP / IP é a mesma da camada de transporte do modelo OSI. Preocupa-se com o transporte de dados de ponta a ponta e configura uma conexão lógica entre os hosts.

Dois protocolos disponíveis nesta camada são Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) e Protocolo de Datagrama de Usuário (UDP). O TCP é um protocolo de conexão orientado e confiável que usa janelas para controlar o fluxo e fornece a entrega ordenada dos dados em segmentos. Por outro lado, o UDP simplesmente transfere os dados sem nenhum controle. Embora estes dois protocolos sejam diferentes de várias maneiras, eles desempenham a mesma função de transferência de dados e usam um conceito chamado de números de porta para fazer isso. As seções a seguir cobrem os números de porta usadas pelo TCP e UDP em detalhes.

Números de porta 
Um host em uma rede pode enviar tráfego ou receber de vários hosts ao mesmo tempo. O sistema não teria como saber quais dados pertencem a qual aplicativo. TCP e UDP solucionam este problema usando números de portas em seu cabeçalho. Os protocolos de camada de aplicação comuns foram atribuídos a números de portas no intervalo de 1 a 1024. Estas portas são chamadas de portas bem conhecidas. Os aplicativos que implementam esses protocolos escutam esses números de porta TCP e UDP no host receptor, reconhecem o aplicativo para enviar os dados com base nos números de porta recebidos nos cabeçalhos.

No host de origem, cada sessão de TCP ou UDP recebe um número de porta aleatória acima do intervalo de  até 1024. Para que o tráfego de retorno do destino possa ser identificado como pertencente ao aplicativo de origem. Combinando o endereço IP, protocolo (TCP ou UDP) e o número da porta é formado um soquete nos hosts de recepção e envio. Uma vez que cada soquete é exclusivo, um aplicativo pode enviar e receber dados de vários hosts.

A Figura 1-10 mostra dois hosts se comunicando usando o TCP. Observe que os hosts da esquerda e da direita estão enviando tráfego para o host no centro e ambos estão enviando o tráfego destinado à porta 80, mas a partir de diferentes portas de origem. O host no centro é capaz de lidar com ambas as conexões simultaneamente porque a combinação de endereço IP, números de porta e protocolos torna cada conexão diferente.


 Figura 1-10 Múltiplas sessões usando números de porta


A Tabela 1-1 mostra o protocolo da camada de transporte e os números de portas usados ​​por diferentes protocolos de camada de aplicação comuns.

Tabela 1-1 Números de Portas bem conhecidas

Application ProtocolTransport ProtocolPort Number
HTTPTCP80
HTTPSTCP443
FTP (control)TCP21
FTP (data)TCP20
SSHTCP22
TelnetTCP23
DNSTCP, UDP53
SMTPTCP25
TFTPUDP69









Alerta de exame: É importante lembrar os números de portas bem conhecidas e o protocolo de camada de aplicação ao qual são atribuídos, pois você verá isso em seu exame CCNA em uma questão de escolha múltipla ou uma questão de lista de comando.

Protocolo de Controle de Transporte (TCP) 
O TCP é um dos protocolos originais projetados no conjunto TCP / IP e, portanto, o nome do modelo. Quando a camada de aplicação precisa enviar uma grande quantidade de dados, ela envia os dados para a camada de transporte para o TCP ou UDP transportá-la pela rede. O TCP primeiro configura um circuito virtual entre a origem e o destino em um processo chamado handshake de três vias. Em seguida, quebra os dados em blocos chamados segmentos, adiciona um cabeçalho a cada segmento e os envia para a camada da Internet.

O cabeçalho TCP é de 20 a 24 bytes de tamanho e o formato é mostrado na Figura 1-11. Não é necessário lembrar todos os campos ou seu tamanho, mas a maioria dos campos são discutidos abaixo.

 Figura 1-11 cabeçalho TCP

Quando a camada de aplicação envia dados para a camada de transporte, o TCP envia os dados usando a seguinte seqüência:

Estabelecimento de conexão - TCP usa um processo chamado handshake de três vias para estabelecer uma conexão ou circuito virtual com o destino. O handshake de três vias usa os sinalizadores SYN e ACK na seção Bits de Código do cabeçalho. Este processo é necessário para inicializar os campos de seqüência e número de reconhecimento. Esses campos são importantes para TCP e serão discutidos abaixo.


 Figura 1-12 TCP handshake de três vias

Conforme mostrado na Figura 1-12, a fonte inicia o handshake de três vias enviando um cabeçalho TCP para o destino com o sinalizador SYN definido. O destino responde de volta com a sinalização SYN e ACK enviada. Observe na figura que o destino usa o número de seqüência recebido mais 1 como o número de confirmação. Isso ocorre porque é assumido que 1 byte de dados estava contido na troca. No passo final, a fonte responde de volta com apenas o conjunto de bits ACK. Depois disso, o fluxo de dados pode começar.

Segmentação de dados - O tamanho dos dados que podem ser enviados em uma única PDU de camada de Internet é limitado pelo protocolo usado nessa camada. Este limite é chamado de unidade de transmissão máxima (MTU). A camada de aplicação pode enviar dados muito maiores que esse limite; Portanto, TCP deve dividir os dados em mandris menores chamados de segmentos. Cada segmento é limitado ao MTU em tamanho. Os números de seqüência são usados ​​para identificar cada byte de dados. O número de sequência em cada cabeçalho significa o número de byte do primeiro byte nesse segmento.

Controle de fluxo - A fonte começa a enviar dados em grupos de segmentos. O bit Window no cabeçalho determina o número de segmentos que podem ser enviados por vez. Isso é feito para evitar sobrecarregar o destino. No início da sessão, a janela é pequena, mas aumenta ao longo do tempo. O host de destino também pode diminuir a janela para diminuir o fluxo. Daí a janela é chamada de janela deslizante. Quando a fonte enviou o número de segmentos permitidos pela janela, não pode enviar mais segmentos até que uma confirmação seja recebida do destino. A Figura 1-13 mostra como a janela aumenta durante a sessão. Observe o host de destino aumentando a janela de 1000 para 1100 e, em seguida, para 1200 quando ele envia um ACK de volta para a fonte.




Figura 1-13 Janela deslizante TCP e entrega confiável

Entrega confiável com recuperação de erro - Quando o destino recebe o último segmento na janela acordada, ele deve enviar uma confirmação para a origem. Ele define a sinalização ACK no cabeçalho e o número de confirmação é definido como o número de seqüência do próximo byte esperado. Se o destino não receber um segmento, ele não envia uma confirmação de volta. Isso diz à fonte que alguns segmentos foram perdidos e retransmitirão os segmentos. A Figura 1-13 mostra como o Windows e o reconhecimento são usados ​​pelo TCP. Observe que, quando a fonte não recebe confirmação para o segmento com número de seqüência 2000, retransmite os dados. Uma vez que recebe a confirmação, ele envia a próxima seqüência de acordo com o tamanho da janela.

Entrega ordenada - O TCP transmite dados na ordem em que é recebido da camada do aplicativo e usa o número de sequência para marcar a ordem. Os dados podem ser recebidos no destino na ordem errada devido às condições da rede. Assim, o TCP no destino ordena os dados de acordo com o número de seqüência antes de enviá-lo para a camada de aplicação no final. Esta entrega de pedidos faz parte do benefício do TCP e um dos propósitos do número de seqüência.

Terminação da conexão - Depois que todos os dados foram transferidos, a fonte inicia um handshake de quatro vias para fechar a sessão. Para fechar a sessão, as bandeiras FIN e ACK são usadas.

Alerta de exame: O TCP é um dos protocolos mais importantes que você aprenderá enquanto se prepara para o exame CCNA. Compreender como o TCP funciona é muito importante e você provavelmente verá mais de uma questão ACK no exame!

User Datagram Protocol (UDP) 
A única coisa comum entre TCP e UDP é que eles usam números de porta para transportar o tráfego. Ao contrário do TCP, o UDP não estabelece uma conexão nem fornece entrega confiável. UDP é um protocolo sem conexão e não confiável que fornece dados sem despesas gerais associadas ao TCP. O cabeçalho UDP contém apenas quatro parâmetros (Porta de origem, Porta de destino, Comprimento e Checksum) e tem 8 bytes de tamanho.

Nesta fase, você pode pensar que o TCP é um protocolo melhor do que o UDP, pois é confiável. No entanto, você deve considerar que as redes agora são muito mais estáveis ​​do que quando esses protocolos foram concebidos. TCP tem uma sobrecarga mais alta com um cabeçalho maior e confirmações. A fonte também contém dados até receber confirmação. Isso cria um atraso. Algumas aplicações, especialmente aquelas que lidam com voz e vídeo, requerem um transporte rápido e cuidam da própria confiabilidade na camada de aplicação. Portanto, em muitos casos, o UDP é uma escolha melhor do que o TCP.

Camada de Internet 
Uma vez que TCP e UDP segmentaram os dados e adicionaram seus cabeçalhos, eles enviam o segmento para a camada de rede. O host de destino pode residir em uma rede diferente do host dividida por vários roteadores. É tarefa da camada da Internet garantir que o segmento seja movido pelas redes para a rede de destino.

 A camada de Internet do modelo TCP / IP corresponde à camada de rede do modelo de referência OSI em função. Ele fornece endereçamento lógico, determinação de caminho e encaminhamento.

O protocolo Internet (IP) é o protocolo mais comum que fornece esses serviços. Também trabalhando nesta camada são protocolos de roteamento que ajudam os roteadores a aprender sobre as diferentes redes que podem alcançar e o Protocolo de mensagens de controle da Internet (ICMP) que é usado para enviar mensagens de erro nesta camada.

Quase metade do site são protocolos IP e Routing dedicados para que eles sejam discutidos em detalhes em capítulos posteriores, mas as seções a seguir discutem estes protocolos brevemente.

Protocolo nternet (IP) 
A camada de Internet no modelo TCP / IP é dominada pelo IP com outros protocolos que tem como função suporta-lo. Cada host em uma rede e todas as interfaces de um roteador possuem um endereço lógico chamado endereço IP. Todos os hosts em uma rede são agrupados em um único intervalo de endereço IP semelhante a um endereço de rua com cada host possuindo um endereço exclusivo desse intervalo semelhante a um endereço de casa ou caixa postal. Cada rede possui um intervalo de endereços diferente e os roteadores que operam na camada 3 conectando essas diferentes redes.

À medida que IP recebe segmentos de TCP ou UDP, ele adiciona um cabeçalho com endereço IP de origem e endereço IP de destino entre outras informações. Esta PDU é chamada de um pacote. Quando um roteador recebe um pacote, ele examina o endereço de destino no cabeçalho e o encaminha para a rede de destino. O pacote pode precisar passar por vários roteadores antes de chegar à rede de destino. Cada roteador que o pacote tem que passar é chamado de salto.


 Figura 1-14 Fluxo de pacotes em rede

Avalie a Internetwork mostrada na Figura 1-14 para entender melhor o processo de roteamento. Quando o Host1 precisa enviar dados para Host2, ele é encaminhado porque os hosts estão no mesmo intervalo de rede. A camada Data Link cuida disso. Agora considere o Host1 enviar dados para o Host3. O Host1 reconhecerá que precisa acessar um host em outra rede e encaminhará o pacote para o Roteador1. O roteador1 verifica o endereço de destino e sabe que a rede de destino é em direção ao roteador2 e, portanto, o encaminha para roteador2. Da mesma forma, o roteador 2 encaminha o pacote para o roteador3. O roteador3 está diretamente conectado à rede de destino. Aqui, a camada de enlace de dados cuida da entrega para o host de destino. Como você pode ver, os campos de endereço IP no cabeçalho IP desempenham um papel muito importante nesse processo. 

Na verdade, os endereços IP são tão importantes em uma rede que o próximo Capítulo é totalmente dedicado a ele!


 Figura 1-15 Cabeçalho IPv4

Existem várias versões do protocolo Internet. A versão 4 é a usada hoje e a versão 6 está começando lentamente a substituí-la, e é por isso que a cobrança aumentou no exame CCNA Routing & Switching 200-125 comparado às versões anteriores do exame CCNA. A Figura 1-15 mostra a estrutura de cabeçalho do IPv4. Os seguintes campos compõem o cabeçalho:

Versão - número de versão IP. Para IPv4, esse valor é 4.

Comprimento do cabeçalho - Especifica o tamanho do próprio cabeçalho. O tamanho mínimo é de 20 bytes. A figura não mostra o campo de opções raramente usado que é de um comprimento variável. A maioria dos cabeçalhos IPv4 tem 20 bytes de comprimento.

Campo DS - O campo Serviços diferenciados é usado para marcar pacotes. Diferentes níveis de qualidade de serviço (QoS) podem ser aplicados em diferentes marcas. Por exemplo, os dados pertencentes a protocolos de voz e vídeo não têm tolerância para atraso. O campo DS é usado para marcar os pacotes que transportam dados pertencentes a esses protocolos para que recebam tratamento prioritário através da rede. Por outro lado, o tráfego peer-to-peer é considerado um grande problema e pode ser marcado para dar o melhor tratamento de esforço.

Comprimento total - Este campo especifica o tamanho do pacote. Isso significa o tamanho do cabeçalho mais o tamanho dos dados.

Identificação - Quando IP recebe um segmento de TCP ou UDP; Talvez seja necessário quebrar o segmento em mandris chamados fragmentos antes de enviá-lo para a rede. Os campos de identificação servem para identificar os fragmentos que compõem o segmento original. Cada fragmento de um segmento terá o mesmo número de identificação.

Bandeiras - Usado para o processo de fragmentação.

Fragment Offset - Este campo identifica o número do fragmento e é usado pelos hosts para remontar os fragmentos na ordem correta.

Tempo para viver - O valor do tempo para viver (TTL) é definido no host de origem. Cada roteador que o pacote passa reduz o TTL por um. Se o TTL chegar a 0 antes de chegar ao destino, o pacote é descartado. Isso é feito para evitar que o pacote se mova sem fio pela rede.

Protocolo - Este campo identifica o protocolo ao qual pertencem os dados que ele carrega. Por exemplo, um valor de 6 implica que os dados contém um segmento TCP enquanto um valor de 17 significa um segmento UDP. Além de TCP e UDP, existem muitos protocolos cujos dados podem ser carregados em um pacote IP.

Heads Checksum - Este campo é usado para verificar erros no cabeçalho. Em cada roteador e no destino, uma verificação de redundância cíclica realizada no cabeçalho e o resultado devem corresponder ao valor armazenado neste campo. Se o valor não corresponder, o pacote será descartado.

 Endereço IP de origem - Este campo armazena o endereço IP da fonte do pacote.

 Endereço IP de Destino - Este campo armazena o endereço IP do destino do pacote.


  Figura 1-16 Origem e endereço IP de destino

A Figura 1-16 mostra como o endereço IP de Origem e Destino é usado em um pacote IP. Observe como os endereços de origem e de destino são trocados durante a transmissão entre HostA e HostB

Protocolos de Roteamento 
Na Figura 1-14, o Roteador1 sabia que precisava enviar o pacote destinado ao Host3 em direção ao Roteador2. O roteador2, por sua vez, sabia que o pacote precisava ir em direção ao Roteador3. Para tomar essas decisões, os roteadores precisam construir sua tabela de roteamento. Esta é uma tabela de todas as redes conhecidas por ele e todos os roteadores na rede. A tabela também lista o próximo roteador em direção à rede de destino. Para construir esta tabela dinamicamente, os roteadores usam protocolos de roteamento. Existem muitos protocolos de roteamento e seu único objetivo é garantir que os roteadores conheçam todas as redes e o melhor caminho para qualquer rede. O Capítulo 4 e o Capítulo 5 discutem o processo de roteamento e alguns protocolos de roteamento em detalhes.

Internet Control Message Protocol (ICMP) 
ICMP é essencialmente um protocolo de gerenciamento e serviço de mensagens para IP. Sempre que o IP encontrar um erro, ele envia dados ICMP como um pacote IP. Algumas das razões pelas quais uma mensagem ICMP podem ser gerada são:

Rede de destino inacessível - Se um pacote não puder ser encaminhado para a rede em que o endereço de destino reside, o roteador irá soltar o pacote e gerar uma mensagem ICMP de volta para a fonte, informando que a rede de destino não é acessível.

Tempo excedido - Se o TTL de um pacote expirar (reduz para zero), o roteador irá soltá-lo e gerar uma mensagem ICMP de volta para a fonte informando que o tempo foi excedido e o pacote não pode ser entregue.

Echo Reply - ICMP pode ser usado para verificar a conectividade de rede. O utilitário popular chamado Ping é usado para enviar solicitações de eco para um destino. Em resposta ao pedido, o destino enviará uma resposta Echo de volta para a origem. O recebimento bem sucedido da resposta Echo mostra que o host de destino está disponível e acessível a partir da fonte.

Camada de Acesso à Rede 
A camada de acesso à rede do modelo TCP / IP corresponde às camadas de ligação de dados e física do modelo de referência OSI. Ele define os protocolos e o hardware necessários para conectar um host a uma rede física e fornecer dados através dele. Os pacotes da camada da Internet são enviados para a camada de acesso à rede para entrega dentro da rede física. O destino pode ser outro host na rede, ou um roteador para encaminhamento adicional. Portanto, a camada de Internet tem uma visão de toda a Internet, enquanto a camada de acesso à rede está limitada ao limite da camada física, que geralmente é definido por um dispositivo da camada 3, como um roteador.

A camada de acesso à rede consiste em uma grande quantidade de protocolos. Quando a rede física é uma LAN, a Ethernet em suas muitas variações são os protocolos mais comuns usados. Por outro lado, quando a rede física é uma WAN, protocolos como o protocolo ponto-a-ponto (PPP) e Frame Relay são comuns. Nesta seção, examinamos profundamente a Ethernet e suas variações. Os protocolos WAN são abordados em detalhes no Capítulo 11.

Antes de explorar a Ethernet, lembre-se de que:

A camada de acesso à rede usa um endereço físico para identificar hosts e fornecer dados.

  • A PDU da camada de acesso à rede é chamada de quadro. Ele contém o pacote IP, bem como um cabeçalho de protocolo e um trailer desta camada.
  • O cabeçalho e o trailer da camada de acesso à rede são apenas relevantes na rede física. Quando um roteador recebe um quadro, tira do cabeçalho e do reboque e adiciona um novo cabeçalho e trailer antes de enviar a próxima rede física para o destino.


Alerta de exame: O trailer incluido na camada de acesso a rede calcula dos dados para o destino saber se o frame chegou integro ou não, porém essa camada não corrige um erro se encontra-lo, essa função fica para as camadas superiores.

1.04 Modelo TCP/IP


Como mencionado anteriormente, o modelo de referência OSI e o modelo TCP / IP são dois modelos de rede padrão abertos que são muito semelhantes. No entanto, o último encontrou mais aceitação, hoje e somente o conjunto de protocolos TCP / IP é usado. Assim como o modelo de referência OSI, o modelo TCP / IP leva uma abordagem em camadas. Nesta seção, examinaremos todas as camadas do modelo TCP / IP e vários protocolos usados nessas camadas.

O modelo TCP / IP é uma versão condensada do modelo de referência OSI que consiste nas 4 camadas: 
  • Camada de aplicação
  • Camada de transporte
  • Camada de Internet
  • Camada de Acesso à Rede 

As funções dessas quatro camadas são comparáveis às funções das sete camadas do modelo OSI. A Figura 1-9 mostra a comparação entre as camadas dos dois modelos. As seções a seguir abordam cada uma das quatro camadas e protocolos nessas camadas em detalhes.


Figura 1-9 Comparação entre modelos TCP / IP e OSI


Camada de aplicação 
A Camada de Aplicação do Modelo TCP / IP consiste em vários protocolos que executam todas as funções das camadas Aplicação, Apresentação e Sessão do Modelo OSI. Isso inclui a interação com o aplicativo, tradução e codificação de dados, controle de diálogo e coordenação de comunicação entre sistemas.

Abaixo são alguns dos protocolos de camada de aplicação mais comuns usados hoje:

Telnet - Telnet é um protocolo de emulação de terminal usado para acessar os recursos de um host remoto. Um host, chamado servidor Telnet, executa um aplicativo de servidor telnet (ou daemon em termos Unix) que recebe uma conexão de um host remoto chamado cliente Telnet. Esta conexão é apresentada ao sistema operacional do servidor telnet como se fosse uma conexão terminal conectada diretamente (usando teclado e mouse). É uma conexão baseada em texto e geralmente fornece acesso à interface de linha de comando do host. Lembre-se de que o aplicativo usado pelo cliente geralmente é chamado telnet também na maioria dos sistemas operacionais. Você não deve confundir o aplicativo telnet com o protocolo Telnet.

HTTP - O protocolo de transferência de hipertexto é o fundamento da World Wide Web. Ele é usado para transferir páginas da Web e recursos do Servidor Web ou servidor HTTP para o Cliente da Web ou o cliente HTTP. Quando você usa um navegador da Web, como o Internet Explorer ou o Firefox, você está usando um cliente da Web. Ele usa HTTP para transferir páginas da web que você solicita dos servidores remotos.

FTP - File Transfer Protocol é um protocolo usado para transferir arquivos entre dois hosts. Assim como telnet e HTTP, um host executa o aplicativo de servidor FTP (ou daemon) e é chamado de servidor FTP enquanto o cliente FTP executa o aplicativo cliente FTP. Um cliente que se conecta ao servidor FTP pode ser necessário para se autenticar antes de ter acesso à estrutura do arquivo. Uma vez autenticado, o cliente pode visualizar listas de diretórios, obter e enviar arquivos e executar algumas outras funções relacionadas a arquivos. Assim como o telnet, o aplicativo cliente FTP disponível na maioria dos sistemas operacionais é chamado de ftp. Portanto, o protocolo e o aplicativo não devem ser confundidos.

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol é usado para enviar e-mails. Quando você configura um cliente de e-mail para enviar e-mails, você está usando o SMTP. O cliente de correio atua como um cliente SMTP aqui. O SMTP também é usado entre dois servidores de e-mails para enviar e receber e-mails. No entanto, o cliente final não recebe emails usando SMTP. Os clientes finais usam o protocolo POP3 para fazer isso.

TFTP - Trivial File Transfer Protocol é uma versão simplificada do FTP. Onde FTP permite que um usuário veja uma listagem de diretório e execute algumas funções relacionadas ao diretório, o TFTP só permite o envio e recebimento de arquivos. É um protocolo pequeno e rápido, mas não suporta autenticação. Por causa desse risco de segurança inerente, não é amplamente utilizado.

DNS - Todo host em uma rede possui um endereço lógico chamado endereço IP (discutido mais adiante no capítulo). Esses endereços são um monte de números. Quando você vai para um site como www.cisco.com, você realmente está indo para um host que tem um endereço IP, mas você não precisa se lembrar do endereço IP de cada site que você visita. Isso ocorre porque o Serviço de Nomes de Domínio (DNS) ajuda a mapear um nome como www.cisco.com para o endereço IP do host onde o site reside. Isso obviamente torna mais fácil encontrar recursos em uma rede. Quando você digita o endereço de um site em seu navegador, o sistema primeiro envia uma consulta de DNS para o servidor DNS para resolver o nome para um endereço IP. Uma vez que o nome é resolvido, uma sessão HTTP é estabelecida com o endereço IP.

DHCP - Como você sabe, cada host requer um endereço lógico, como um endereço IP para se comunicar em uma rede. O host obtém esse endereço lógico, seja por configuração manual ou por um protocolo como DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol). Usando DHCP, um host pode ser fornecido com um endereço IP automaticamente. Para entender a importância do DHCP, imagine ter que gerenciar 5000 hosts em uma rede e atribuir-lhes o endereço IP manualmente! Além do endereço IP, um host precisa de outras informações, como o endereço do servidor DNS que precisa entrar em contato para resolver nomes, gateways, máscaras de sub-rede, etc. O DHCP pode ser usado para fornecer todas essas informações juntamente com o endereço IP.

Camada de transporte 
Os protocolos discutidos acima são poucos dos protocolos disponíveis na camada de Aplicação. Existem muitos mais protocolos disponíveis. Todos eles pegam os dados do usuário e adicionam um cabeçalho e passám para a camada de transporte a ser enviado pela rede para o destino. A função da camada de transporte TCP / IP é a mesma da camada de transporte do modelo OSI. Preocupa-se com o transporte de dados de ponta a ponta e configura uma conexão lógica entre os hosts.

Dois protocolos disponíveis nesta camada são Protocolo de Controle de Transmissão (TCP) e Protocolo de Datagrama de Usuário (UDP). O TCP é um protocolo de conexão orientado e confiável que usa janelas para controlar o fluxo e fornece a entrega ordenada dos dados em segmentos. Por outro lado, o UDP simplesmente transfere os dados sem nenhum controle. Embora estes dois protocolos sejam diferentes de várias maneiras, eles desempenham a mesma função de transferência de dados e usam um conceito chamado de números de porta para fazer isso. As seções a seguir cobrem os números de porta usadas pelo TCP e UDP em detalhes.

Números de porta 
Um host em uma rede pode enviar tráfego ou receber de vários hosts ao mesmo tempo. O sistema não teria como saber quais dados pertencem a qual aplicativo. TCP e UDP solucionam este problema usando números de portas em seu cabeçalho. Os protocolos de camada de aplicação comuns foram atribuídos a números de portas no intervalo de 1 a 1024. Estas portas são chamadas de portas bem conhecidas. Os aplicativos que implementam esses protocolos escutam esses números de porta TCP e UDP no host receptor, reconhecem o aplicativo para enviar os dados com base nos números de porta recebidos nos cabeçalhos.

No host de origem, cada sessão de TCP ou UDP recebe um número de porta aleatória acima do intervalo de  até 1024. Para que o tráfego de retorno do destino possa ser identificado como pertencente ao aplicativo de origem. Combinando o endereço IP, protocolo (TCP ou UDP) e o número da porta é formado um soquete nos hosts de recepção e envio. Uma vez que cada soquete é exclusivo, um aplicativo pode enviar e receber dados de vários hosts.

A Figura 1-10 mostra dois hosts se comunicando usando o TCP. Observe que os hosts da esquerda e da direita estão enviando tráfego para o host no centro e ambos estão enviando o tráfego destinado à porta 80, mas a partir de diferentes portas de origem. O host no centro é capaz de lidar com ambas as conexões simultaneamente porque a combinação de endereço IP, números de porta e protocolos torna cada conexão diferente.


 Figura 1-10 Múltiplas sessões usando números de porta


A Tabela 1-1 mostra o protocolo da camada de transporte e os números de portas usados ​​por diferentes protocolos de camada de aplicação comuns.

Tabela 1-1 Números de Portas bem conhecidas

Application ProtocolTransport ProtocolPort Number
HTTPTCP80
HTTPSTCP443
FTP (control)TCP21
FTP (data)TCP20
SSHTCP22
TelnetTCP23
DNSTCP, UDP53
SMTPTCP25
TFTPUDP69









Alerta de exame: É importante lembrar os números de portas bem conhecidas e o protocolo de camada de aplicação ao qual são atribuídos, pois você verá isso em seu exame CCNA em uma questão de escolha múltipla ou uma questão de lista de comando.

Protocolo de Controle de Transporte (TCP) 
O TCP é um dos protocolos originais projetados no conjunto TCP / IP e, portanto, o nome do modelo. Quando a camada de aplicação precisa enviar uma grande quantidade de dados, ela envia os dados para a camada de transporte para o TCP ou UDP transportá-la pela rede. O TCP primeiro configura um circuito virtual entre a origem e o destino em um processo chamado handshake de três vias. Em seguida, quebra os dados em blocos chamados segmentos, adiciona um cabeçalho a cada segmento e os envia para a camada da Internet.

O cabeçalho TCP é de 20 a 24 bytes de tamanho e o formato é mostrado na Figura 1-11. Não é necessário lembrar todos os campos ou seu tamanho, mas a maioria dos campos são discutidos abaixo.

 Figura 1-11 cabeçalho TCP

Quando a camada de aplicação envia dados para a camada de transporte, o TCP envia os dados usando a seguinte seqüência:

Estabelecimento de conexão - TCP usa um processo chamado handshake de três vias para estabelecer uma conexão ou circuito virtual com o destino. O handshake de três vias usa os sinalizadores SYN e ACK na seção Bits de Código do cabeçalho. Este processo é necessário para inicializar os campos de seqüência e número de reconhecimento. Esses campos são importantes para TCP e serão discutidos abaixo.


 Figura 1-12 TCP handshake de três vias

Conforme mostrado na Figura 1-12, a fonte inicia o handshake de três vias enviando um cabeçalho TCP para o destino com o sinalizador SYN definido. O destino responde de volta com a sinalização SYN e ACK enviada. Observe na figura que o destino usa o número de seqüência recebido mais 1 como o número de confirmação. Isso ocorre porque é assumido que 1 byte de dados estava contido na troca. No passo final, a fonte responde de volta com apenas o conjunto de bits ACK. Depois disso, o fluxo de dados pode começar.

Segmentação de dados - O tamanho dos dados que podem ser enviados em uma única PDU de camada de Internet é limitado pelo protocolo usado nessa camada. Este limite é chamado de unidade de transmissão máxima (MTU). A camada de aplicação pode enviar dados muito maiores que esse limite; Portanto, TCP deve dividir os dados em mandris menores chamados de segmentos. Cada segmento é limitado ao MTU em tamanho. Os números de seqüência são usados ​​para identificar cada byte de dados. O número de sequência em cada cabeçalho significa o número de byte do primeiro byte nesse segmento.

Controle de fluxo - A fonte começa a enviar dados em grupos de segmentos. O bit Window no cabeçalho determina o número de segmentos que podem ser enviados por vez. Isso é feito para evitar sobrecarregar o destino. No início da sessão, a janela é pequena, mas aumenta ao longo do tempo. O host de destino também pode diminuir a janela para diminuir o fluxo. Daí a janela é chamada de janela deslizante. Quando a fonte enviou o número de segmentos permitidos pela janela, não pode enviar mais segmentos até que uma confirmação seja recebida do destino. A Figura 1-13 mostra como a janela aumenta durante a sessão. Observe o host de destino aumentando a janela de 1000 para 1100 e, em seguida, para 1200 quando ele envia um ACK de volta para a fonte.




Figura 1-13 Janela deslizante TCP e entrega confiável

Entrega confiável com recuperação de erro - Quando o destino recebe o último segmento na janela acordada, ele deve enviar uma confirmação para a origem. Ele define a sinalização ACK no cabeçalho e o número de confirmação é definido como o número de seqüência do próximo byte esperado. Se o destino não receber um segmento, ele não envia uma confirmação de volta. Isso diz à fonte que alguns segmentos foram perdidos e retransmitirão os segmentos. A Figura 1-13 mostra como o Windows e o reconhecimento são usados ​​pelo TCP. Observe que, quando a fonte não recebe confirmação para o segmento com número de seqüência 2000, retransmite os dados. Uma vez que recebe a confirmação, ele envia a próxima seqüência de acordo com o tamanho da janela.

Entrega ordenada - O TCP transmite dados na ordem em que é recebido da camada do aplicativo e usa o número de sequência para marcar a ordem. Os dados podem ser recebidos no destino na ordem errada devido às condições da rede. Assim, o TCP no destino ordena os dados de acordo com o número de seqüência antes de enviá-lo para a camada de aplicação no final. Esta entrega de pedidos faz parte do benefício do TCP e um dos propósitos do número de seqüência.

Terminação da conexão - Depois que todos os dados foram transferidos, a fonte inicia um handshake de quatro vias para fechar a sessão. Para fechar a sessão, as bandeiras FIN e ACK são usadas.

Alerta de exame: O TCP é um dos protocolos mais importantes que você aprenderá enquanto se prepara para o exame CCNA. Compreender como o TCP funciona é muito importante e você provavelmente verá mais de uma questão ACK no exame!

User Datagram Protocol (UDP) 
A única coisa comum entre TCP e UDP é que eles usam números de porta para transportar o tráfego. Ao contrário do TCP, o UDP não estabelece uma conexão nem fornece entrega confiável. UDP é um protocolo sem conexão e não confiável que fornece dados sem despesas gerais associadas ao TCP. O cabeçalho UDP contém apenas quatro parâmetros (Porta de origem, Porta de destino, Comprimento e Checksum) e tem 8 bytes de tamanho.

Nesta fase, você pode pensar que o TCP é um protocolo melhor do que o UDP, pois é confiável. No entanto, você deve considerar que as redes agora são muito mais estáveis ​​do que quando esses protocolos foram concebidos. TCP tem uma sobrecarga mais alta com um cabeçalho maior e confirmações. A fonte também contém dados até receber confirmação. Isso cria um atraso. Algumas aplicações, especialmente aquelas que lidam com voz e vídeo, requerem um transporte rápido e cuidam da própria confiabilidade na camada de aplicação. Portanto, em muitos casos, o UDP é uma escolha melhor do que o TCP.

Camada de Internet 
Uma vez que TCP e UDP segmentaram os dados e adicionaram seus cabeçalhos, eles enviam o segmento para a camada de rede. O host de destino pode residir em uma rede diferente do host dividida por vários roteadores. É tarefa da camada da Internet garantir que o segmento seja movido pelas redes para a rede de destino.

 A camada de Internet do modelo TCP / IP corresponde à camada de rede do modelo de referência OSI em função. Ele fornece endereçamento lógico, determinação de caminho e encaminhamento.

O protocolo Internet (IP) é o protocolo mais comum que fornece esses serviços. Também trabalhando nesta camada são protocolos de roteamento que ajudam os roteadores a aprender sobre as diferentes redes que podem alcançar e o Protocolo de mensagens de controle da Internet (ICMP) que é usado para enviar mensagens de erro nesta camada.

Quase metade do site são protocolos IP e Routing dedicados para que eles sejam discutidos em detalhes em capítulos posteriores, mas as seções a seguir discutem estes protocolos brevemente.

Protocolo nternet (IP) 
A camada de Internet no modelo TCP / IP é dominada pelo IP com outros protocolos que tem como função suporta-lo. Cada host em uma rede e todas as interfaces de um roteador possuem um endereço lógico chamado endereço IP. Todos os hosts em uma rede são agrupados em um único intervalo de endereço IP semelhante a um endereço de rua com cada host possuindo um endereço exclusivo desse intervalo semelhante a um endereço de casa ou caixa postal. Cada rede possui um intervalo de endereços diferente e os roteadores que operam na camada 3 conectando essas diferentes redes.

À medida que IP recebe segmentos de TCP ou UDP, ele adiciona um cabeçalho com endereço IP de origem e endereço IP de destino entre outras informações. Esta PDU é chamada de um pacote. Quando um roteador recebe um pacote, ele examina o endereço de destino no cabeçalho e o encaminha para a rede de destino. O pacote pode precisar passar por vários roteadores antes de chegar à rede de destino. Cada roteador que o pacote tem que passar é chamado de salto.


 Figura 1-14 Fluxo de pacotes em rede

Avalie a Internetwork mostrada na Figura 1-14 para entender melhor o processo de roteamento. Quando o Host1 precisa enviar dados para Host2, ele é encaminhado porque os hosts estão no mesmo intervalo de rede. A camada Data Link cuida disso. Agora considere o Host1 enviar dados para o Host3. O Host1 reconhecerá que precisa acessar um host em outra rede e encaminhará o pacote para o Roteador1. O roteador1 verifica o endereço de destino e sabe que a rede de destino é em direção ao roteador2 e, portanto, o encaminha para roteador2. Da mesma forma, o roteador 2 encaminha o pacote para o roteador3. O roteador3 está diretamente conectado à rede de destino. Aqui, a camada de enlace de dados cuida da entrega para o host de destino. Como você pode ver, os campos de endereço IP no cabeçalho IP desempenham um papel muito importante nesse processo. 

Na verdade, os endereços IP são tão importantes em uma rede que o próximo Capítulo é totalmente dedicado a ele!


 Figura 1-15 Cabeçalho IPv4

Existem várias versões do protocolo Internet. A versão 4 é a usada hoje e a versão 6 está começando lentamente a substituí-la, e é por isso que a cobrança aumentou no exame CCNA Routing & Switching 200-125 comparado às versões anteriores do exame CCNA. A Figura 1-15 mostra a estrutura de cabeçalho do IPv4. Os seguintes campos compõem o cabeçalho:

Versão - número de versão IP. Para IPv4, esse valor é 4.

Comprimento do cabeçalho - Especifica o tamanho do próprio cabeçalho. O tamanho mínimo é de 20 bytes. A figura não mostra o campo de opções raramente usado que é de um comprimento variável. A maioria dos cabeçalhos IPv4 tem 20 bytes de comprimento.

Campo DS - O campo Serviços diferenciados é usado para marcar pacotes. Diferentes níveis de qualidade de serviço (QoS) podem ser aplicados em diferentes marcas. Por exemplo, os dados pertencentes a protocolos de voz e vídeo não têm tolerância para atraso. O campo DS é usado para marcar os pacotes que transportam dados pertencentes a esses protocolos para que recebam tratamento prioritário através da rede. Por outro lado, o tráfego peer-to-peer é considerado um grande problema e pode ser marcado para dar o melhor tratamento de esforço.

Comprimento total - Este campo especifica o tamanho do pacote. Isso significa o tamanho do cabeçalho mais o tamanho dos dados.

Identificação - Quando IP recebe um segmento de TCP ou UDP; Talvez seja necessário quebrar o segmento em mandris chamados fragmentos antes de enviá-lo para a rede. Os campos de identificação servem para identificar os fragmentos que compõem o segmento original. Cada fragmento de um segmento terá o mesmo número de identificação.

Bandeiras - Usado para o processo de fragmentação.

Fragment Offset - Este campo identifica o número do fragmento e é usado pelos hosts para remontar os fragmentos na ordem correta.

Tempo para viver - O valor do tempo para viver (TTL) é definido no host de origem. Cada roteador que o pacote passa reduz o TTL por um. Se o TTL chegar a 0 antes de chegar ao destino, o pacote é descartado. Isso é feito para evitar que o pacote se mova sem fio pela rede.

Protocolo - Este campo identifica o protocolo ao qual pertencem os dados que ele carrega. Por exemplo, um valor de 6 implica que os dados contém um segmento TCP enquanto um valor de 17 significa um segmento UDP. Além de TCP e UDP, existem muitos protocolos cujos dados podem ser carregados em um pacote IP.

Heads Checksum - Este campo é usado para verificar erros no cabeçalho. Em cada roteador e no destino, uma verificação de redundância cíclica realizada no cabeçalho e o resultado devem corresponder ao valor armazenado neste campo. Se o valor não corresponder, o pacote será descartado.

 Endereço IP de origem - Este campo armazena o endereço IP da fonte do pacote.

 Endereço IP de Destino - Este campo armazena o endereço IP do destino do pacote.


  Figura 1-16 Origem e endereço IP de destino

A Figura 1-16 mostra como o endereço IP de Origem e Destino é usado em um pacote IP. Observe como os endereços de origem e de destino são trocados durante a transmissão entre HostA e HostB

Protocolos de Roteamento 
Na Figura 1-14, o Roteador1 sabia que precisava enviar o pacote destinado ao Host3 em direção ao Roteador2. O roteador2, por sua vez, sabia que o pacote precisava ir em direção ao Roteador3. Para tomar essas decisões, os roteadores precisam construir sua tabela de roteamento. Esta é uma tabela de todas as redes conhecidas por ele e todos os roteadores na rede. A tabela também lista o próximo roteador em direção à rede de destino. Para construir esta tabela dinamicamente, os roteadores usam protocolos de roteamento. Existem muitos protocolos de roteamento e seu único objetivo é garantir que os roteadores conheçam todas as redes e o melhor caminho para qualquer rede. O Capítulo 4 e o Capítulo 5 discutem o processo de roteamento e alguns protocolos de roteamento em detalhes.

Internet Control Message Protocol (ICMP) 
ICMP é essencialmente um protocolo de gerenciamento e serviço de mensagens para IP. Sempre que o IP encontrar um erro, ele envia dados ICMP como um pacote IP. Algumas das razões pelas quais uma mensagem ICMP podem ser gerada são:

Rede de destino inacessível - Se um pacote não puder ser encaminhado para a rede em que o endereço de destino reside, o roteador irá soltar o pacote e gerar uma mensagem ICMP de volta para a fonte, informando que a rede de destino não é acessível.

Tempo excedido - Se o TTL de um pacote expirar (reduz para zero), o roteador irá soltá-lo e gerar uma mensagem ICMP de volta para a fonte informando que o tempo foi excedido e o pacote não pode ser entregue.

Echo Reply - ICMP pode ser usado para verificar a conectividade de rede. O utilitário popular chamado Ping é usado para enviar solicitações de eco para um destino. Em resposta ao pedido, o destino enviará uma resposta Echo de volta para a origem. O recebimento bem sucedido da resposta Echo mostra que o host de destino está disponível e acessível a partir da fonte.

Camada de Acesso à Rede 
A camada de acesso à rede do modelo TCP / IP corresponde às camadas de ligação de dados e física do modelo de referência OSI. Ele define os protocolos e o hardware necessários para conectar um host a uma rede física e fornecer dados através dele. Os pacotes da camada da Internet são enviados para a camada de acesso à rede para entrega dentro da rede física. O destino pode ser outro host na rede, ou um roteador para encaminhamento adicional. Portanto, a camada de Internet tem uma visão de toda a Internet, enquanto a camada de acesso à rede está limitada ao limite da camada física, que geralmente é definido por um dispositivo da camada 3, como um roteador.

A camada de acesso à rede consiste em uma grande quantidade de protocolos. Quando a rede física é uma LAN, a Ethernet em suas muitas variações são os protocolos mais comuns usados. Por outro lado, quando a rede física é uma WAN, protocolos como o protocolo ponto-a-ponto (PPP) e Frame Relay são comuns. Nesta seção, examinamos profundamente a Ethernet e suas variações. Os protocolos WAN são abordados em detalhes no Capítulo 11.

Antes de explorar a Ethernet, lembre-se de que:

A camada de acesso à rede usa um endereço físico para identificar hosts e fornecer dados.

  • A PDU da camada de acesso à rede é chamada de quadro. Ele contém o pacote IP, bem como um cabeçalho de protocolo e um trailer desta camada.
  • O cabeçalho e o trailer da camada de acesso à rede são apenas relevantes na rede física. Quando um roteador recebe um quadro, tira do cabeçalho e do reboque e adiciona um novo cabeçalho e trailer antes de enviar a próxima rede física para o destino.


Alerta de exame: O trailer incluido na camada de acesso a rede calcula dos dados para o destino saber se o frame chegou integro ou não, porém essa camada não corrige um erro se encontra-lo, essa função fica para as camadas superiores.

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