Problemas da Arquitetura TCP/IP

Introdução

• Esse documento tem como objetivo expor alguns dos diversos problemas existentes na arquitetura TCP/IP. Os problemas serão divididos em três categorias: Endereçamento, que se trata da limitação de endereços ips válidos e da impossibilidade de mobilidade, Qualidade de Serviço, referente as falhas existentes que remetem um baixo QoS da rede e Segurança, expondo as vulnerabilidades presentes na arquitetura.

Endereçamento

• O endereço ip, na versão 4, é um número de 32 bits representado oficialmente por 4 octetos (bytes). A quantidade máxima de endereços IP válidos é 2^32 = 4.294.967.296, ou seja, cerca de 4,2 bilhões de endereços. A ideia inicial era que cada dispositivo que fosse utilizar a internet, tivesse um IP válido para que o mesmo possa ser reconhecido pelos outros dispositivos conectados.

• Em 1981, ano da criação do Protocolo IP, 4,2 bilhões de endereços era uma quantidade considerada infinita comparado com as expectativas de implementação do mesmo. Contudo, o avanço da tecnologia possibilitou maior acessibilidade de recursos tecnológicos para a população, fazendo com que a quantidade de endereços IP disponíveis fosse insuficiente para suprir a demanda mundial de acessos à internet.

• É fato que a quantidade de endereços não atende à nossa necessidade. A medida que percebemos que 4,2 bilhões de endereços seriam insuficientes, fizeram uma divisão dos endereços entre válidos e privados. Basicamente, os endereços válidos são os que a internet reconhece, já os endereços privados são aqueles que a mesma não reconhece de forma direta. Dessa afirmação vem uma questão: Se nosso dispositivos utilizam ips privados e a internet não os reconhece, como realizamos acesso à internet? A resposta para essa questão é respondida através do Network Address Translation (NAT), um protocolo criado que basicamente tem a função de reescrever os endereços privados para que eles tenham acesso à internet. Através desse protocolo que os nossos computadores são capazes de enviar e receber pacotes da rede mundial.

• A distribuição mundial de faixas de endereços IP é responsabilidade da Internet Assigned Numbers Authority (IANA). Com isso temos um problema, pois não é permitido mobilidade visto que um endereço destinado para a África, nunca poderá ser utilizado no Brasil. Para exemplificar o que aconteceria caso um endereço ip destinado para o Brasil fosse utilizado na África: Os roteadores entendem através de suas tabelas de rotas que esse endereço pertence à faixa destinada ao Brasil. Com isso todos os pacotes não alcançaria o real destino (África), pois sempre seriam encaminhados para o Brasil.

Qualidade de Serviço

• A seguir temos uma breve explicação feita pela CISCO sobre o conceito de Qualidade de Serviço (QoS)

O objetivo da QoS é fornecer serviço de rede melhor e mais previsível, fornecendo largura de banda dedicada, jitter controlado e latência, e perda de características melhoradas. QoS atinge esses objetivos, fornecendo ferramentas para gerenciar o congestionamento da rede, formação de rede tráfego, utilizando-se de maneira ampla área de links de forma mais eficiente, e definindo políticas de tráfego em toda a rede. QoS oferece serviços de rede inteligente que, quando corretamente aplicadas, ajudam a fornecer desempenho consistente e previsível. (CISCO SYSTEMS, 2006).

• A arquitetura TCP/IP não fornece um bom QoS. O motivo para essa afirmação é devido essa ser, ou seja, não é possível prever a rota que um pacote seguirá nem o tempo que o mesmo trafegará pela rede. Para serviços como telefonia e videoconferência essas duas informações são cruciais para garantir um serviço de qualidade.

• A seguir vamos expor algumas consequências devido aos problemas acima descritos:

• Supondo uma empresa A que está com um projeto de fornecer Voz sobre IP (VoIP) para seus clientes. O engenheiro responsável pela operação levanta algumas questões:

Pergunta 1: Como garantiremos uma chamada ao vivo, sabendo que não poderemos prever o atraso, nem a rota que o pacote percorrerá ate o destino?

• Resposta: Com a arquitetura atual não é possível garantir uma chamada perfeita, mas utilizando algumas técnicas de QoS como priorizar os pacotes sensíveis ao atraso para transmissão, poderemos fazer com que o tempo gasto seja o menor possível, melhorando assim a qualidade da ligação.

Pergunta 2: Mas e se em um link tivermos um grande fluxo de dados sensíveis ao atraso? Com isso teremos uma grande concorrência do meio e assim nossa qualidade de serviço cairá.

• Resposta: Tendo um fluxo superior a capacidade de um meio, podemos superdimensionar os elementos para que eles suportem um aumento do fluxo de dados. Temos também uma técnica utilizada que é o armazenamento em buffer, que basicamente não transmite a demanda de dados de uma vez para congestionar a rede, mas os armazenam em buffers e dentro dos limites do meio transmite-os.

Pergunta 3: Mas com os projetos como Internet of Things e Machine to Machine (M2M) teremos uma quantidade absurda de transmissão de dados, qual o custo para ficar superdimensionando os projetos? Onde vamos parar com esse superdimensionamento? Quanto ao armazenamento em buffer, as aplicações que precisamos de entrega imediata das informações ficariam muito prejudicadas e assim novamente teremos uma queda na qualidade de serviço.

• Resposta: Devemos mudar a arquitetura de rede, pois são tantas falhas que por mais que possuam técnicas de QoS, sempre teremos algum problema que incapacitará a rede de fornecer um serviço de qualidade.

Problemas Gerais

• O TCP/IP sempre exigiu muita memória quando utilizado, sendo um protocolo pesado. Entretanto, as tecnologias foram evoluindo, tornando-se mais potente, assim sua prática ficou facilitada. Tomando em base essa afirmação, devemos utilizar melhor nossos recursos, implementando uma nova arquitetura de reda mais otimizada.