Protocolos e modelos

3.1.1 Protocolos de rede

O envio de uma mensagem, seja por comunicação presencial ou por rede, é regido por regras chamadas protocolos. Esses protocolos são específicos ao tipo de método de comunicação que está sendo usado. Em nossa comunicação pessoal do dia-a-dia, as regras que usamos para nos comunicar em uma mídia, como uma ligação telefônica, não são necessariamente as mesmas que as regras para o uso de outra mídia, como o envio de uma carta. O processo de envio de uma carta é semelhante à comunicação que ocorre em redes de computadores.

3.1.2 Fundamentos das Comunicações

As redes variam em tamanho, forma e função. No entanto, apenas ter a conexão física entre os dispositivos não é suficiente. Para que ocorra comunicação, os dispositivos devem saber "como" se comunicar. Todos os métodos de comunicação têm três elementos em comum:

3.1.3 Protocolos de comunicação

3.1.4 Estabelecimento de Regras

Observe como é difícil ler a mensagem porque ela não está formatada corretamente. A versão correta seria: "Rules govern communication between humans. It is very difficult to understand messages that are not correctly formatted."

Os protocolos devem ter em conta os seguintes requisitos para entregar com êxito uma mensagem compreendida pelo receptor:

• Um emissor e um receptor identificados
• Língua e gramática comum
• Velocidade e ritmo de transmissão
• Requisitos de confirmação ou recepção

3.1.5 Requisitos de protocolo de rede

Os protocolos usados nas comunicações de rede compartilham características fundamentais. Protocolos de computador comuns incluem os seguintes requisitos:

3.1.6 Codificação de Mensagens

A codificação é o processo de conversão de informações em outra forma aceitável para a transmissão. A decodificação reverte esse processo para interpretar as informações.

3.1.7 Formatação e Encapsulamento

Quando uma mensagem é enviada da origem para o destino, deve usar um formato ou estrutura específica. Os formatos dependem do tipo de mensagem e do canal usado.

+-------------------------------------------------+
|  CABEÇALHO IPv6 (40 bytes)                     |
|  Origem: 2001:db8::1                           |
|  Destino: 2001:db8::2                          |
+-------------------------------------------------+
|  CARGA ÚTIL (dados da mensagem)                |
+-------------------------------------------------+

3.1.8 Tamanho da Mensagem

Outra regra de comunicação é o tamanho da mensagem. Quando uma mensagem longa é enviada, é necessário dividi-la em partes menores. As regras que regem o tamanho das partes (quadros) são rígidas. Quadros muito longos ou muito curtos não são entregues.

3.1.9 Temporização de Mensagem

O tempo de mensagens também é muito importante. A temporização da mensagem inclui:

3.1.10 Opções de Envio de Mensagem

Uma mensagem pode ser entregue de diferentes maneiras. As comunicações em rede têm opções de entrega semelhantes:

📡 REPRESENTAÇÃO COM ÍCONES DE NÓ:

UNICAST      ●───────►●
MULTICAST    ●───────►●   ●   ●   (apenas membros do grupo)
BROADCAST    ●───────►●●●●●●●   (todos os nós da rede)

3.1.11 Uma Nota Sobre o Ícone de Nó

Documentos e topologias de rede geralmente representam dispositivos de rede e finais usando um ícone de nó. Os nós são tipicamente representados como um círculo.

3.1.12 Laboratório - Instalar Wireshark

$ sudo apt install wireshark   # Linux
ou acesse: https://www.wireshark.org/download.html

Após captura, filtre por "arp" para ver broadcasts, ou "icmp" para ver unicast (ping).

3.3.1 Conjuntos de protocolos de rede

Em muitos casos, os protocolos devem ser capazes de trabalhar com outros protocolos para que sua experiência on-line lhe dê tudo o que você precisa para comunicações de rede. Os conjuntos de protocolos (suítes) são projetados para trabalhar entre si sem problemas. Um conjunto de protocolos é um grupo de protocolos inter-relacionados necessários para executar uma função de comunicação.

3.3.2 Evolução dos conjuntos de protocolos

Uma suíte de protocolos é um grupo de protocolos que funciona em conjunto para fornecer serviços abrangentes de comunicação em redes. Desde a década de 1970 tem havido vários pacotes de protocolos diferentes, alguns desenvolvidos por organizações de padrões e outros por fornecedores.

3.3.3 Exemplo de Protocolo TCP/IP

Os protocolos TCP/IP estão disponíveis para as camadas de aplicativo, transporte e Internet. Não há protocolos TCP/IP específicos na camada de acesso à rede — os protocolos LAN mais comuns são Ethernet e WLAN, responsáveis por entregar o pacote IP pela mídia física.

3.3.4 Suíte de Protocolos TCP/IP

Hoje, o conjunto de protocolos TCP/IP inclui muitos protocolos e continua a evoluir para oferecer suporte a novos serviços. TCP/IP é um conjunto de protocolos de padrão aberto, disponível gratuitamente ao público, garantindo interoperabilidade entre produtos de diferentes fabricantes.

3.3.5 Processo de Comunicação TCP/IP

O processo completo de comunicação usando um exemplo de servidor Web que transmite dados para um cliente demonstra encapsulamento (servidor) e desencapsulamento (cliente).

3.3.6 Atividade em Classe - Quem é o vencedor?

🏆 FATORES DE VITÓRIA DO TCP/IP:

1. Padrão aberto (não proprietário)
2. Suporte da IETF e comunidade
3. Escalabilidade para a Internet global
4. Robustez e tolerância a falhas
5. Adoção massiva por fabricantes

3.4.1 Padrões Abertos

Assim como a indústria automotiva usa padrões para que pneus de diferentes fabricantes se encaixem em diferentes carros, as redes de computadores também dependem de padrões abertos. Como existem muitos fabricantes diferentes de componentes de rede, todos eles devem usar os mesmos padrões para garantir interoperabilidade.

3.4.2 Padrões da Internet

Várias organizações têm responsabilidades diferentes para promover e criar padrões para a Internet e o protocolo TCP/IP.

3.4.3 Padrões eletrônicos e de comunicações

Outras organizações de padrões têm responsabilidades em promover e criar os padrões eletrônicos e de comunicação usados para entregar os pacotes IP como sinais eletrônicos em um meio com ou sem fio.

3.4.4 IANA e ICANN

Organizações responsáveis pela alocação global de recursos da Internet, garantindo que endereços IP, números de porta e nomes de domínio sejam únicos e gerenciados corretamente.

3.4.5 Prática - Identificar organizações

📋 BANCO DE ORGANIZAÇÕES:

┌─────────────────────────────┐
│ ISOC    │ IETF    │ IEEE     │
│ ICANN   │ IANA    │ ITU-T    │
│ EIA/TIA │ IAB     │ IRTF     │
└─────────────────────────────┘

Respostas no verso do terminal 🎯

3.5.1 Os Benefícios de Se Usar um Modelo de Camadas

Você não pode realmente assistir pacotes reais viajando através de uma rede real. Por isso, um modelo em camadas é usado para modularizar as operações de uma rede em camadas gerenciáveis. Conceitos complexos se tornam mais fáceis de explicar e compreender.

3.5.2 O Modelo de Referência OSI

O modelo de referência OSI (Open System Interconnection) fornece uma extensa lista de funções que podem ocorrer em cada camada. Ele descreve o que deve ser feito, mas não prescreve como deve ser realizado.

3.5.3 O Modelo de Protocolo TCP/IP

O modelo TCP/IP foi criado no início dos anos 70 e às vezes é chamado de modelo da Internet. É um modelo de protocolo porque descreve as funções que ocorrem em cada camada dentro da suíte TCP/IP. As definições são discutidas em fórum público e definidas em RFCs (Request for Comments) da IETF.

3.5.4 Comparação de modelos OSI e TCP/IP

Os protocolos TCP/IP também podem ser descritos em termos do modelo OSI. No modelo OSI, as camadas de acesso à rede e aplicação do TCP/IP são divididas para descrever funções discretas.

3.5.5 Packet Tracer - Investigue os modelos TCP/IP e OSI em ação

O modo de simulação do Packet Tracer permite visualizar o conteúdo dos dados enviados pela rede em cada camada. Conforme os dados se movem pela rede, são divididos em pedaços menores chamados PDUs (Protocol Data Units) - cada um associado a uma camada específica dos modelos TCP/IP e OSI.

3.6.1 Segmentando Mensagens

Conhecer os modelos OSI e TCP/IP será útil quando você aprender sobre como os dados são encapsulados à medida que se movem através de uma rede. Em teoria, uma única comunicação poderia ser enviada como um fluxo maciço de bits, mas isso criaria problemas:

3.6.2 Sequenciamento

O desafio da segmentação é a complexidade adicionada. Imagine enviar uma carta de 100 páginas onde cada envelope cabe apenas uma página. Seriam necessários 100 envelopes, cada um endereçado individualmente, e as páginas poderiam chegar fora de ordem.

3.6.3 Unidades de Dados de Protocolo

À medida que os dados da aplicação são passados pela pilha de protocolos, várias informações são adicionadas em cada nível. Isso é conhecido como encapsulamento. O formato que uma parte de dados assume em qualquer camada é chamado de PDU (Protocol Data Unit).

3.6.4 Exemplo de Encapsulamento

Quando as mensagens estão sendo enviadas em uma rede, o processo de encapsulamento funciona de cima para baixo. Em cada camada, as informações da camada superior são consideradas dados encapsulados no protocolo. Por exemplo, o segmento TCP é considerado dados dentro do pacote IP.

3.6.5 Exemplo de Desencapsulamento

O processo é revertido no host de recebimento e é conhecido como desencapsulamento. O desencapsulamento é o processo usado por um dispositivo receptor para remover um ou mais cabeçalhos de protocolo. Os dados são desencapsulados à medida que se movem na pilha em direção à aplicação do usuário final.

3.6.6 Atividade em Classe - Construir uma mensagem

📋 EXEMPLO DE MENSAGEM ENCAPSULADA:

┌─────────────────────────────────┐
│ Quadro Ethernet                 │
│ ┌─────────────────────────────┐ │
│ │ Pacote IP                    │ │
│ │ ┌─────────────────────────┐ │ │
│ │ │ Segmento TCP            │ │ │
│ │ │ ┌─────────────────────┐ │ │ │
│ │ │ │ Dados: "Olá, rede!" │ │ │ │
│ │ │ └─────────────────────┘ │ │ │
│ │ └─────────────────────────┘ │ │
│ └─────────────────────────────┘ │
└─────────────────────────────────┘

Desencapsular na ordem inversa!

3.7.1 Endereços

As camadas de rede e de enlace de dados são responsáveis por entregar os dados do dispositivo origem ao dispositivo destino. Os protocolos nessas duas camadas contêm endereços de origem e destino, mas com finalidades diferentes:

3.7.2 Endereço Lógico da Camada 3 (IP)

Um endereço IP é o endereço lógico da camada de rede usado para entregar o pacote da origem original ao destino final, independentemente da rota percorrida.

3.7.3 Dispositivos na Mesma Rede

Quando PC1 (192.168.1.110) se comunica com um servidor FTP (192.168.1.9) na mesma rede IP:

3.7.4 Endereços MAC - Mesma rede

Em uma rede Ethernet, os endereços da camada de enlace são conhecidos como endereços MAC (Media Access Control).

3.7.5 Dispositivos em uma Rede Remota

Quando o remetente e o destinatário estão em redes IP diferentes, a comunicação requer um gateway padrão (roteador).

3.7.6 Endereços IP - Redes Diferentes

3.7.7 Endereços MAC - Gateway Padrão

Quando origem e destino estão em redes diferentes, o quadro Ethernet deve ser enviado ao gateway padrão (roteador), que então encaminha o pacote.

3.7.8 Endereços de Enlace de Dados - Mudança a cada salto

Conforme o pacote IP viaja do host para o roteador, de roteador para roteador e de roteador para host, em cada ponto o pacote é encapsulado em um novo quadro com novos endereços MAC.

3.7.9 Atividade em Classe - Endereçamento

📝 RESPOSTAS:

1. MAC destino: C3:C3:C3 (R1)
2. IP destino: 200.1.1.5 (WWW)
3. MAC origem MUDA a cada salto
   IP origem PERMANECE 192.168.1.10

3.7.10 Laboratório - Comandos de rede

# Windows / Linux - Verificar endereços IP e MAC

C:\> ipconfig /all          # Windows - Mostra IP, máscara, gateway, MAC
$ ifconfig                  # Linux - Endereços de todas as interfaces
$ ip addr show              # Linux (moderno)

# Ver tabela ARP (mapeamento IP → MAC)
C:\> arp -a
$ arp -n                   # Linux

# Testar conectividade
C:\> ping 192.168.1.1
$ ping 8.8.8.8

# Rastrear rota
C:\> tracert 8.8.8.8      # Windows
$ traceroute 8.8.8.8      # Linux/Mac

3.7.11 Verificação - Packet Tracer

3.8.1 O que eu aprendi neste módulo?

Parabéns! Você concluiu o Módulo 3 - Protocolos e modelos. Aqui está um resumo dos principais conceitos abordados: