Arquitetura de Redes TCP/IP

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Serviços de Nomeação

Até agora nós estamos vendo a comunicação em rede utilizando apenas os endereços IP. Imagine o seu cartão de visitas, indicando a sua home-page como: "164.85.31.230". Imagine-se ainda com uma lista contendo dezenas de números como esse pendurada na parede junto ao seu computador, para quando você precisar se conectar a um dos servidores da sua empresa.

No início do desenvolvimento do TCP/IP, cada computador tinha um arquivo de hosts que listava os nomes dos computadores e os endereços IP correspondentes. Na Internet, certamente seria inviável manter estes arquivos, não só pelo tamanho que eles teriam mas também pela dificuldade em se manter milhões de cópias atualizadas. Logo foi desenvolvido o DNS, pelo qual diversos servidores mantém um banco de dados distribuído com este mapeamento de nomes lógicos para endereços IP.

O DNS funciona de forma hierárquica. Vejam um endereço Internet típico, como www.petrobras.com.br. Inicialmente, separamos o primeiro nome (até o primeiro ponto), "www", que é o nome de um computador ou host, e o restante do endereço, "petrobras.com.br", que é o nome da organização, ou o nome do domínio. Por favor, não confundam o conceito de domínios em endereços Internet com o conceito de domínios em uma Rede Microsoft. Não existe nenhuma relação entre eles.

O domínio petrobras.com.br possui o seu servidor DNS, que contém os nomes dos computadores (e endereços IP correspondentes) sob a sua autoridade. E ele sabe o endereço IP do servidor DNS do domínio que está acima dele, .com.br. Os computadores na Petrobras fazem todas as consultas por endereços IP ao servidor do seu domínio, e ele repassa as consultas a outros servidores DNS quando necessário. Os clientes necessitam saber apenas sobre o servidor do seu domínio, e mais nada.

Já o servidor DNS do domínio .com.br sabe os endereços IP de todos os servidores dos domínios a ele subordinados (por exemplo, texaco.com.br, mantel.com.br, etc) e o endereço IP do servidor acima dele (domínio .br, o domínio que engloba todo o Brasil). Por fim, o servidor DNS do domínio br sabe os endereços de todos os servidores dos domínios a ele subordinados (.com.br, .gov.br, etc) e o endereço do servidor DNS do InterNIC, que é o servidor DNS raiz de toda a Internet.

Uma consulta de uma aplicação por um endereço IP sobe por toda a hierarquia de servidores DNS, até o domínio comum de nível mais baixo que seja comum a origem e destino, ou até chegar ao servidor do InterNIC, e depois desce na hierarquia até o domínio onde está o computador destino. A resposta volta pelo caminho inverso, porém cada servidor DNS mantém um cache das respostas recebidas, de modo que uma nova requisição pelo mesmo nome não necessitará percorrer novamente todos os servidores DNS.

Pode parecer que é realizado um trabalho muito grande somente para obter um endereço IP, mas o processo como um todo é rápido (quem navega na Web sabe bem disso), e ele possibilita que milhares de organizações integrem suas redes a um custo aceitável e com grande autonomia. Quando você acrescenta uma máquina no seu domínio, você não precisa comunicar ao InterNIC e às redes vizinhas, basta registrar o novo computador no seu servidor DNS.

O protocolo DHCP

Recapitulando, cada estação ou servidor em uma rede TCP/IP típica deverá ser configurada com os seguintes parâmetros:

Endereço IP

Máscara de Rede

Default Gateway

Além disso, caso a sua rede utilize um servidor DNS o seu endereço IP também deve ser configurado em cada host.

Em uma rede com dezenas ou mesmo centenas de computadores, manter o controle dos endereços IP já utilizados pelas máquinas pode ser um pesadelo. É muito fácil errar o endereço IP de uma máquina, ou errar a máscara de rede ou endereço do default gateway, e geralmente é muito difícil identificar qual a máquina onde existe um erro de configuração do TCP/IP.

Para resolver esses problemas você poderá instalar um servidor DHCP na sua rede local (ou melhor, um servidor DHCP para cada subnet, logo veremos porque) e deixar que ele forneça estes parâmetros para as estações da rede.

Se você tem uma pilha TCP/IP instalada que suporta o protocolo DHCP, você pode configurar cada estação para usar o DHCP e ignorar todos esses parâmetros. Na inicialização da pilha TCP/IP, a estação irá enviar um pacote de broadcast para a rede (um broadcast é um pacote que é recebido por toda a rede) e o servidor DHCP, ao receber este pacote, enviará os parâmetros de configuração para a estação.

Aqui temos comunicação apenas no nível de enlace (pois o TCP/IP ainda não foi completamente inicializado), e portanto não temos a função de roteamento habilitada. Por isso o servidor DHCP deve estar na mesma LAN física onde está a estação que será inicializada. Normalmente os servidores tem sua configuração realizada manualmente, pois o endereço IP deve concordar com o endereço IP cadastrado no servidor DNS.

O servidor DHCP é configurado com uma faixa de endereços IP que ele pode fornecer aos clientes. Inicialmente, todos os endereços estão disponíveis. Quando uma estação é inicializada, ela envia o broadcast pedindo pela sua configuração, e o servidor DHCP reserva um endereço para ela (que deixa de estar disponível) e registra o endereço Ethernet para o qual o endereço foi reservado. Então ele envia uma resposta contendo este endereço e os demais parâmetros listados acima.

O endereço é apenas "emprestado" pelo servidor DHCP, que registra também o momento do empréstimo e a validade deste empréstimo. No próximo boot, a estação verifica se o empréstimo ainda é válido e se não pede um novo endereço (que pode até ser o mesmo, por coincidência). Se o empréstimo estiver em metade da sua validade, o cliente pede uma renovação do empréstimo, o que aumenta a sua validade. E a cada inicialização, o cliente verifica se o endereço emprestado ainda é dela, pois ela pode ter sido deslocada para uma outra LAN, onde a configuração do TCP/IP é diferente, ou por qualquer motivo o Administrador da Rede pode ter forçado a liberação do endereço que havia sido emprestado.

O servidor verifica periodicamente se o empréstimo não expirou, e caso afirmativo coloca o endereço novamente em disponibilidade. Desta forma, a não ser que você tenha um número de estações muito próximo ao número de endereços IP reservados para o servidor DHCP, você pode acrescentar, retirar ou mover estações pela sua rede sem se preocupar em configurar manualmente as pilhas TCP/IP a cada mudança.

Geralmente o DHCP é utilizado somente para configurar estações cliente da rede, enquanto que os servidores são configurados manualmente. Isso porque o endereço IP do servidor deve ser conhecido previamente (para configuração do default gateway, para configuração do arquivo de hosts, para configuração de DNS, configuração de firewall, etc). Se fosse utilizado o DHCP, o endereço do servidor poderia ser diferente em cada boot, obrigando a uma série de mudanças de configuração em diversos nós da rede.

Você também pode configurar o servidor DHCP para entregar aos clientes outras informações de configuração, como o endereço do servidor DNS da rede. O Linux pode operar tanto como cliente quanto como servidor DHCP, entretanto não veremos estas configurações no nosso curso.

* Fernando Lozano é analista de sistemas especialista em redes locais e consultor do Clube do Hardware. Seu site pessoal, com várias informações sobre Linux, pode ser acessado em http://www.lozano.eti.br.