Camada de Rede
Nessa camada podemos começar a falar de Internet, pois ela é baseada nas camadas TCP/IP, na verdade, elas são as diretrizes práticas para a implementação da camada de transporte e de rede respectivamente. A camada de rede (a teórica do modelo OSI) é responsável por garantir o envio e roteamento de pacotes entre computadores em redes distintas. Para realizar esse tarefa, ela implementa os seguintes mecanismos:
- Endereçamento lógico e hierárquico
- Roteamento de pacotes
- Interfaces de rede
Endereçamento 'virtual' de cada nó (aparelho, como um computador ou um celular) na rede. Esse endereçamento não é fixo como o MAC address, que é intrínseco ao Hardware, mas sim alocado de acordo com algum protocolo especificado. Adicionalmente pode ser alocado estaticamente (fixo) ou dinamicamente (um servidor designa os endereços conforme necessário).
Vale salientar também que o endereço dessa camada possui duas partes com funções diferentes. A primeira parte é a identificação da rede a qual o nó pertence, dessa forma podemos identificar quais computadores estão interligados pela mesma rede. A segunda parte é a identificação do computador propriamente dito. Podemos fazer um paralelo com o cotidiano, imagine um conjunto de casas em uma rua, elas possuem duas partes no endereço, o nome da rua (parte de rede) e o número da casa (parte do host).
Concebido em 1983, o IPv4 (Internet Protocol version 4) foi o primeiro protocolo amplamente adotado para endereçamento lógico. Ele descreve cada endereço usando 32 bits dividos em 4 seções de 1 byte, ou seja 4 octetos.
Dessa forma, permite 2³² = 4.294.967.296 (4 bilhões) endereços únicos, o que rapidamente se tornou insuficiente para acomodar a grande quantidade de aparelhos com acesso a internet.
Exemplo de endereço IPv4
Criado em 1995, o protocolo IPv6 (Internet Protocol version 6) veio para expandir a quantidade de endereços cobertos pelo IPv4. Ele descreve os endereços usando 128 bits ou 8 grupos de 4 digitos hexadecimais.
Isso nos dá 2¹²⁸ ou, aproximadamente 3,4 ⋅ 10³⁸ endereços. Comparativamente, temos 79 milhões de bilhões de trilhões de vezes a quantidade de endereços possiveis com o IPv4.
Exemplo de endereço IPv6
Além de expandir imensamente a quantidade de endereços possíveis, o IPv6 possui duas características muito úteis:
- Retrocompatibilidade com IPv4
- IPv4: 192.0.2.33
- IPv6: ::ffff:192.0.2.33 (basta usar o prefixo ::ffff:)
- Compressão de endereços por omissão de zeros à esquerda
- IPv6: 2001:0db8:c9d2:0012:0000:0000:0000:0051
- IPv6 comprimido: 2001:db8:c9d2:12::51
As máscaras de rede ou Network masks são, também, uma sequencia formada por 4 octetos e servem para dividir um IP em duas porções:
- Rede
- Host
Para descobrimos a porção da rede a partir de um IP, realiza-se um bitwise & (AND) entre o IP e a máscara. Vamos exemplificar o procedimento abaixo usando uma máscara de 24 bits (3 octetos), mas lembre-se que ela pode ter outros tamanhos a depender da configuração da rede.
11000000 00000000 00000010 00001100 (192.0.2.12) IP
11111111 11111111 11111111 00000000 & (255.255.255.0) Netmask
-----------------------------------
11000000 00000000 00000010 00000000 (192.0.2.0) Endereço do IP
Efetivamente, selecionamos apenas os 3 primeiros octetos para endereçar nossa rede e separamos o octeto restante para identificar os 256 (ou 2⁸) possíveis hosts nessa rede. Dessa forma teremos, nessa rede, os hosts:
- 192.0.2.1
- 192.0.2.2
- 192.0.2.3
- ...
- 192.0.2.254
Você deve ter percebido que falamos 256 hosts possíveis, mas somente listamos 254. Isto acontece porque o primeiro endereço é reservado como endereço de rede (neste caso, 192.0.2.0) e o último, como endereço de broadcast ou difusão (neste caso, 192.0.2.255).
Porém, como a tradução de uma máscara para sua forma binária não é algo tão natural, existe uma notação muito mais amigável:
- 192.0.2.12/24
- 2001:db8::/32
Nessa notação, teremos um IP seguido de quantos bits estão reservados para o endereço de rede (no caso acima 24 bits e 32 bits, respectivamente).
O roteamento consiste em transportar pacotes de dados entre redes distintas, tentando ao mesmo tempo descobrir a melhor rota e entregar integralmente os dados. Para isso, vão ser utilizados endereços que identificam quais nós da rede receberão a chamada. Cada propagação de pacote, de um roteador para outro, é chamado de hop.
Nesse momento, trabalha-se quase exclusivamente com a parte de rede do endereço. O roteador é um equipamento especializado para fazer esse encaminhamento de pacotes e, por isso, deve estar conectado em mais de uma rede. Quando ele recebe um pacote, verifica qual o endereço de destino do pacote e procura na sua tabela de roteamento se ele está conectado nessa rede. Se ele estiver, já pode enviar o pacote para o host certo (o destinatário do pacote). Caso não esteja, ele envia o pacote para alguém que tenha mais conhecimento, esta pessoa é o chamado default gateway.
Geralmente associada à hardware, como à Placa de rede, a interface é essencial para estabelecer conexões - sem ela isso não é possivel. Cada interface identifica um aparelho para as tabelas de rota e armazena suas configurações como o IP.
Um computador pode ter mais de uma interface, o que possibilita distribuir o tráfego entre as interfaces ou simplesmente oferecer serviços diferentes.
Um exemplo extremamente importante de interface virtual é a interface loopback ou lo , que endereça a própria máquina - permitindo a comunicação entre aplicações ou processos de um computador com outras aplicações ou processos nesse mesmo computador.
Para vermos quais interfaces estão atualmente presentes, usamos o comando:
ip address
listando as interfaces
Assim, conseguimos visualizar que a interface loopback ou lo tem o endereço 127.0.0.1/8 para o IPv4 e ::1/128 para o IPv6.
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