Arquitetura e Protocolos de Rede TCP-IP Glêdson Elias Luiz Carlos Lobato A RNP – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa – é qualificada como uma Organização Social (OS), sendo ligada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI) e responsável pelo Programa Interministerial RNP, que conta com a participação dos ministérios da Educação (MEC), da Saúde (MS) e da Cultura (MinC). Pioneira no acesso à Internet no Brasil, a RNP planeja e mantém a rede Ipê, a rede óptica nacional acadêmica de alto desempenho. Com Pontos de Presença nas 27 unidades da federação, a rede tem mais de 800 instituições conectadas. São aproximadamente 3,5 milhões de usuários usufruindo de uma infraestrutura de redes avançadas para comunicação, computação e experimentação, que contribui para a integração entre o sistema de Ciência e Tecnologia, Educação Superior, Saúde e Cultura. Ministério da Cultura Ministério da Saúde Ministério da Educação Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação Arquitetura e Protocolos de Rede TCP-IP Glêdson Elias Luiz Carlos Lobato Arquitetura e Protocolos de Rede TCP-IP Glêdson Elias Luiz Carlos Lobato Rio de Janeiro Escola Superior de Redes 2013 Copyright © 2013 – Rede Nacional de Ensino e Pesquisa – RNP Rua Lauro Müller, 116 sala 1103 22290-906 Rio de Janeiro, RJ Diretor Geral Nelson Simões Diretor de Serviços e Soluções José Luiz Ribeiro Filho Escola Superior de Redes Coordenação Luiz Coelho Edição Pedro Sangirardi Coordenação Acadêmica de Administração e Projeto de Redes Luiz Carlos Lobato Equipe ESR (em ordem alfabética) Celia Maciel, Cristiane Oliveira, Derlinéa Miranda, Edson Kowask, Elimária Barbosa, Evellyn Feitosa, Felipe Nascimento, Lourdes Soncin, Luciana Batista, Renato Duarte, Sérgio Souza e Yve Abel Marcial. Capa, projeto visual e diagramação Tecnodesign Versão 2.2.1 Este material didático foi elaborado com fins educacionais. Solicitamos que qualquer erro encon- trado ou dúvida com relação ao material ou seu uso seja enviado para a equipe de elaboração de conteúdo da Escola Superior de Redes, no e-mail [email protected]. A Rede Nacional de Ensino e Pesquisa e os autores não assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas, a pessoas ou bens, originados do uso deste material. As marcas registradas mencionadas neste material pertencem aos respectivos titulares. Distribuição Escola Superior de Redes Rua Lauro Müller, 116 – sala 1103 22290-906 Rio de Janeiro, RJ http://esr.rnp.br [email protected] Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) E42a Elias, Glêdson. Arquitetura e protocolo de rede TCP-IP / Glêdson Elias, Luiz Carlos Lobato. – 2. ed. – Rio de Janeiro: RNP/ESR, 2013. 414 p. : il. ; 28 cm. Bibliografia: p. 393-395. ISBN 978-85-63630-18-6 Arquitetura e protocolo de rede TCP-IP / Glêdson Elias, Luiz Carlos Lobato. – 2. ed. – Rio de Janeiro: RNP/ESR, 2013. CDD 004.6 Sumário 1. Conceitos básicos de redes Redes de computadores 1 Tipos de redes 2 Redes par-a-par 3 Redes cliente-servidor 4 Vantagens da rede cliente-servidor 5 Tipos de conexões 6 Conexão ponto-a-ponto 6 Conexão multiponto 7 Topologias de redes 7 Topologia Barramento 8 Topologia Anel 9 Topologia Estrela 10 Redes LAN, MAN e WAN 11 LAN 11 MAN 12 WAN 13 Meios de comunicação 15 Cabo metálico 15 Cabo coaxial 15 Cabo par trançado 17 Cabo fibra óptica 19 Cabeamento estruturado 22 Redes sem fio 24 Componentes da WLAN 24 Padrões WLAN IEEE 802.11 26 iii Equipamentos de rede 27 Placas de rede 27 Exercício de fixação 1 – Identificando as informações da interface de rede 29 Concentradores  29 Switches 30 Roteadores 32 Roteiro de Atividades 1 35 Atividade 1.1 – Montagem de uma rede par-a-par 35 Atividade 1.2 – Conectando a rede ao switch do laboratório 37 Atividade 1.3 – Teste de conectividade do grupo com a internet 37 Atividade 1.4 – Análise da troca de pacotes na rede 38 Atividade 1.5 – Montagem de uma rede sem fio ponto-a-ponto 40 2. Arquitetura de protocolos Conceito de protocolo 45 Arquitetura em camadas 45 Conceito de camada 46 Conceito de interface 46 Modelo de Referência OSI  46 Histórico do modelo OSI 47 Objetivos de um sistema aberto 47 Estrutura em camadas  47 Camadas do modelo OSI 48 Camada física 49 Camada de enlace de dados 50 Camada de rede 51 Camada de transporte 52 Camada de sessão 53 Camada de apresentação 53 Camada de aplicação 54 Encapsulamento de dados 54 Comunicação par-a-par 55 Arquitetura TCP/IP 56 Histórico 56 Família de protocolos TCP/IP 59 Tecnologia de inter-redes 60 iv Camadas da arquitetura TCP/IP 62 Camada de aplicação 63 Camada de transporte 63 Camada de rede 64 Camada de interface de rede  64 Encapsulamento 64 Exercício de fixação 1 – Demonstração do processo de encapsulamento 66 Desencapsulamento 68 Interação dos protocolos 69 Endereços físicos e lógicos 71 Comparação das arquiteturas TCP/IP e OSI 72 Roteiro de Atividades 2 73 Atividade 2.1 – Captura de pacotes 73 Atividade 2.2 – Caminhos de rede 74 Atividade 2.3 – Estações multihomed 75 Atividade 2.4 – Modelo OSI 75 3. Endereçamento IP (parte 1) Endereço IPv4 77 Notação decimal 77 Atribuição de endereços 78 Hierarquia de endereçamento 78 Regras de atribuição de endereços 78 Classes de endereços 79 Endereços especiais 81 Exercício de fixação 1 – Classes de endereçamento 82 Espaço de endereçamento e endereços permitidos 83 Máscara de rede 83 Exercício de fixação 2 – Formatos de representação 84 Resolução de endereços 85 Técnicas de resolução de endereços 86 Protocolo ARP 86 Tabela ARP 87 Protocolos para configuração automática de endereços IP 88 Protocolo DHCP 89 v Mecanismos de entrega 90 Entrega direta  90 Entrega indireta  90 Desperdício de endereços 92 Sub-redes 93 Arquiteturas de endereçamento 94 Diferenças entre arquiteturas  95 Endereçamento de sub-redes 95 Regras de atribuição de endereços 96 Endereços de sub-rede e broadcast direto 97 Máscara de sub-rede 98 Protocolo DHCP 99 Cálculo de máscara de sub-redes 101 Método BOX 102 Método binário 104 Método decimal 106 Exercício de fixação 3 – Verificando o endereço IP 107 Roteiro de Atividades 3 109 Atividade 3.1 – Validade de endereços 109 Atividade 3.2 – Atribuição de endereços 109 Atividade 3.3 – Expansão da rede 110 Atividade 3.4 – Configuração de endereços IPv4 111 Atividade 3.5 – Entrega direta e indireta 112 Atividade 3.6 – Protocolo ARP 113 Atividade 3.7 – Tabela ARP 114 Atividade 3.8 – Modificando a tabela ARP 115 Atividade 3.9 – Servidores DHCP 115 4. Endereçamento IP (parte 2) Super-redes 117 CIDR 119 Blocos de endereços 119 Hierarquia de endereçamento  120 Máscara do bloco 120 Endereço de bloco e de broadcast 121 Espaço de endereçamento e endereços permitidos 122 vi