Como funciona a camada de rede?

• A CAMADA DE REDE
  • PROTOCOLOS DE CAMADA DE REDE
• ENCAPSULAÇÃO IP
• CARACTERÍSTICAS DE IP
• SEM CONEXÃO
  • SEM CONEXÃO – ANALOGIA
  • SEM CONEXÃO – REDE
• MELHOR ESFORÇO
• MÍDIA INDEPENDENTE

A CAMADA DE REDE

A camada de rede, ou OSI Layer 3, fornece serviços para permitir que dispositivos finais troquem dados entre redes. Conforme mostrado na figura, o IP versão 4 (IPv4) e o IP versão 6 (IPv6) são os principais protocolos de comunicação da camada de rede. Outros protocolos de camada de rede incluem protocolos de roteamento, como o Open Shortest Path First (OSPF) e protocolos de mensagens, como o Internet Control Message Protocol (ICMP).

PROTOCOLOS DE CAMADA DE REDE

Para realizar comunicações ponta a ponta através dos limites da rede, os protocolos da camada de rede realizam quatro operações básicas:

• Endereçamento de dispositivos finais – Os dispositivos finais devem ser configurados com um endereço IP exclusivo para identificação na rede.
• Encapsulamento – A camada de rede encapsula a unidade de dados de protocolo (PDU) da camada de transporte em um pacote. O processo de encapsulamento adiciona informações de cabeçalho IP, como o endereço IP dos hosts de origem (envio) e destino (recebimento). O processo de encapsulamento é executado pela fonte do pacote IP.
• Roteamento – A camada de rede fornece serviços para direcionar os pacotes a um host de destino em outra rede. Para viajar para outras redes, o pacote deve ser processado por um roteador. A função do roteador é selecionar o melhor caminho e direcionar os pacotes para o host de destino em um processo conhecido como roteamento. Um pacote pode cruzar muitos roteadores antes de chegar ao host de destino. Cada roteador que um pacote atravessa para alcançar o host de destino é chamado de salto.
• Desencapsulamento – Quando o pacote chega à camada de rede do host de destino, o host verifica o cabeçalho IP do pacote. Se o endereço IP de destino dentro do cabeçalho corresponder ao seu próprio endereço IP, o cabeçalho IP será removido do pacote. Depois que o pacote é desencapsulado pela camada de rede, o PDU da Camada 4 resultante é passado para o serviço apropriado na camada de transporte. O processo de desencapsulamento é executado pelo host de destino do pacote IP.

Ao contrário da camada de transporte (OSI Layer 4), que gerencia o transporte de dados entre os processos em execução em cada host, os protocolos de comunicação da camada de rede (ou seja, IPv4 e IPv6) especificam a estrutura do pacote e o processamento usado para transportar os dados de um host para outro hospedeiro. Operar sem levar em conta os dados transportados em cada pacote permite que a camada de rede transporte pacotes para vários tipos de comunicações entre vários hosts.

Clique em Reproduzir na figura para ver uma animação que demonstra a troca de dados.

ENCAPSULAÇÃO IP

O IP encapsula o segmento da camada de transporte (a camada logo acima da camada de rede) ou outros dados adicionando um cabeçalho IP. O cabeçalho IP é usado para entregar o pacote ao host de destino.

A figura ilustra como a PDU da camada de transporte é encapsulada pela PDU da camada de rede para criar um pacote IP.

O processo de encapsular dados camada por camada permite que os serviços nas diferentes camadas se desenvolvam e escalem sem afetar as outras camadas. Isso significa que os segmentos da camada de transporte podem ser prontamente empacotados por IPv4 ou IPv6 ou por qualquer novo protocolo que possa ser desenvolvido no futuro.

O cabeçalho IP é examinado por dispositivos da Camada 3 (ou seja, roteadores e switches da Camada 3) à medida que viaja por uma rede até seu destino. É importante observar que as informações de endereçamento IP permanecem as mesmas desde o momento em que o pacote sai do host de origem até chegar ao host de destino, exceto quando traduzido pelo dispositivo que executa a Tradução de Endereço de Rede (NAT) para IPv4.

Nota: NAT é discutido em módulos posteriores.

Os roteadores implementam protocolos de roteamento para rotear pacotes entre redes. O roteamento executado por esses dispositivos intermediários examina o endereçamento da camada de rede no cabeçalho do pacote. Em todos os casos, a porção de dados do pacote, ou seja, a PDU da camada de transporte encapsulada ou outros dados, permanece inalterada durante os processos da camada de rede.

CARACTERÍSTICAS DE IP

O IP foi projetado como um protocolo com baixa sobrecarga. Ele fornece apenas as funções necessárias para entregar um pacote de uma origem a um destino por meio de um sistema interconectado de redes. O protocolo não foi projetado para rastrear e gerenciar o fluxo de pacotes. Essas funções, se necessárias, são realizadas por outros protocolos em outras camadas, principalmente TCP na camada 4.

Estas são as características básicas do IP:

• Sem conexão – Não há conexão com o destino estabelecida antes do envio dos pacotes de dados.
• Melhor esforço – O IP não é inerentemente confiável porque a entrega do pacote não é garantida.
• Independente de mídia – A operação é independente do meio (ou seja, cobre, fibra óptica ou sem fio) que transporta os dados.

SEM CONEXÃO

O IP não tem conexão, o que significa que nenhuma conexão ponta a ponta dedicada é criada pelo IP antes do envio dos dados. A comunicação sem conexão é conceitualmente semelhante a enviar uma carta a alguém sem notificar o destinatário com antecedência. A figura resume esse ponto-chave.

SEM CONEXÃO – ANALOGIA

As comunicações de dados sem conexão funcionam com o mesmo princípio. Conforme mostrado na figura, o IP não requer troca inicial de informações de controle para estabelecer uma conexão ponta a ponta antes que os pacotes sejam encaminhados.

SEM CONEXÃO – REDE

MELHOR ESFORÇO

O IP também não requer campos adicionais no cabeçalho para manter uma conexão estabelecida. Esse processo reduz muito a sobrecarga do IP. No entanto, sem uma conexão ponta a ponta pré-estabelecida, os remetentes não sabem se os dispositivos de destino estão presentes e funcionais ao enviar pacotes, nem se o destino recebe o pacote ou se o dispositivo de destino é capaz de acessar e ler o pacote.

O protocolo IP não garante que todos os pacotes entregues sejam, de fato, recebidos. A figura ilustra a característica de entrega não confiável ou de melhor esforço do protocolo IP.

Como um protocolo de camada de rede não confiável, o IP não garante que todos os pacotes enviados serão recebidos. Outros protocolos gerenciam o processo de rastreamento de pacotes e garantia de sua entrega.

MÍDIA INDEPENDENTE

Não confiável significa que o IP não tem a capacidade de gerenciar e recuperar pacotes não entregues ou corrompidos. Isso ocorre porque, embora os pacotes IP sejam enviados com informações sobre o local de entrega, eles não contêm informações que possam ser processadas para informar ao remetente se a entrega foi bem-sucedida. Os pacotes podem chegar ao destino corrompidos, fora de seqüência ou não chegam. O IP não oferece capacidade de retransmissão de pacotes se ocorrerem erros.

Se pacotes fora de ordem forem entregues, ou pacotes estiverem faltando, os aplicativos que usam os dados, ou serviços da camada superior, devem resolver esses problemas. Isso permite que o IP funcione de forma muito eficiente. No conjunto de protocolos TCP / IP, a confiabilidade é a função do protocolo TCP na camada de transporte.

O IP opera independentemente da mídia que transporta os dados nas camadas inferiores da pilha de protocolo. Conforme mostrado na figura, os pacotes IP podem ser comunicados como sinais eletrônicos por cabo de cobre, como sinais ópticos por fibra ou sem fio como sinais de rádio.

Os pacotes IP podem viajar por diferentes meios.

A camada de enlace de dados OSI é responsável por pegar um pacote IP e prepará-lo para transmissão pelo meio de comunicação. Isso significa que a entrega de pacotes IP não está limitada a nenhum meio específico.

Há, no entanto, uma característica principal da mídia que a camada de rede considera: o tamanho máximo da PDU que cada mídia pode transportar. Essa característica é conhecida como unidade de transmissão máxima (MTU). Parte do controle de comunicação entre a camada de enlace de dados e a camada de rede é o estabelecimento de um tamanho máximo para o pacote. A camada de enlace de dados passa o valor MTU para a camada de rede. A camada de rede determina então o quão grandes os pacotes podem ser.

Em alguns casos, um dispositivo intermediário, geralmente um roteador, deve dividir um pacote IPv4 ao encaminhá-lo de um meio para outro com um MTU menor. Esse processo é chamado de fragmentação do pacote ou fragmentação. A fragmentação causa latência. Os pacotes IPv6 não podem ser fragmentados pelo roteador.

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