Introdução às Redes de Computadores

Introdução

Redes de Computadores ! Comunicação de dados envolve diferentes entidades
Instituto de Informática - UFRGS

" Entidade=qualquer dispositivo com capacidade de enviar/receber dados
" Heterogeneidade tanto em nível de software como de hardware
Arquitetura de redes e ! Solução para heterogeneidade: uso de convenções (protocolo)
protocolos ! Protocolo = conjunto de regras e de convenções para permitir a
troca de informações entre entidades

A. Carissimi -4-mar-08
Aula 02
Redes de Computadores 2

Princípio de funcionamento (analogia) Conceitos básicos

! Hierarquia
" Atividades diferentes, com responsabilidades diferentes realizadas e
organizadas em uma determinada ordem→ camadas funcionais
! Serviços
" Procedimentos que uma camada funcional oferece para uma outra camada
# Emissor : camada N usa serviços da camada N-1


# Receptor : camada N-1 usa serviços da camada N

! Interface
" Descrição dos serviços providos por uma camada


! Peer (pares)
" Entidades, em máquinas distintas, que correspondem a uma mesma camada
de protocolo

Redes de Computadores 3 Redes de Computadores 4

Arquitetura de redes Modelo de referência OSI (MR-OSI)

! Conjunto de camadas e de protocolos
! Open Systems Interconnection (OSI)
! Objetivo:
! Desenvolvido pela International Organization for Standardization (ISO)
" Reduzir complexidade do projeto (“Dividir para vencer” Júlio Cesar)
" Tarefa de comunicação é quebrada em módulos
! Três conceitos básicos:
" Serviços
! Cada módulo:
" Interfaces
" Implementado por uma camada cuja função oferecer serviços e primitivas de

" Protocolo
comunicação as camadas superiores.
" A camada N de uma máquina se comunica com a camada N da outra, ! Organizado em sete camadas (níveis)
utilizando os serviços da camada N-1. " Físico, enlace, rede, transporte, sessão, apresentação e aplicação

Comunicação N Camada N
(Protocolo = regras)

Serviços Serviços Camada N-1

Serviço Modelo de base de serviços

! Conjunto de primitivas e eventos disponibilizados por uma camada Usuário do serviço N Usuário do serviço N
a outra (service user) (service user)
! Fornece a semântica de funcionamento camada Request Confirm Response Indication
" Informa o que a camada faz e não como é feito
Fornecedor do serviço N (service provider)
! Formalmente possui quatro primitivas:


" Emissor: request e confirmation
" Receptor: indication e reponse
Camada N+1 Service user Service user
! Define:
Request Confirm Response Indication
" Serviços confirmados: seqüência request-indication-reponse-confirm
Camada N Service provider Service provider


Service provider
" Serviços não-confirmados: seqüência request-indication
Controle + dados

Controle + dados


Tipos de serviços (semântica de associação) Interface

! Orientados a conexão (connection oriented) ! Forma de identificar o serviço e fornecer parâmetros
" Analogia ao sistema telefônico " Formalmente: SAP + Estrutura de dados
! Não orientados a conexão (connectionless) ! Service Access Point (SAP)
" Analogia ao sistema postal (correio) " Situado na “fronteira” das camadas
! O que é uma conexão ? " Ponto de entrada para acessar o serviço Camada
" Identificador único de um serviço N N+1

" É um tipo de serviço que oferece garantia de (1) entrega dos dados; (2)
ordem de recepção é igual a da emissão e; (3) não haver duplicação ! Estrutura de dados
" Passagem de parâmetros entre camadas
Camada N-SAP
N


Estrutura de dados de serviços Esquema de estrutura de dados

! Service Data Unit (SDU) N - PCI N-SDU
! Protocol Control Information (PCI)
Camada N-ICI N-PDU
! Protocol Data Unit (PDU) N
N-IDU
! Interface Data Unit (IDU)
! Interface Control Information (ICI) SAP


N-IDU

N-ICI (N-1) - PCI (N-1) -SDU

(N-1)-ICI (N-1) - PDU


(N-1)-IDU


Protocolos Funções genéricas de um protocolo

! Elementos chaves: sintaxe, semântica e temporização ! Encapsulamento
! Sintaxe: ! Segmentação (fragmentação) e remontagem
" Estrutura ou formato dos dados e a ordem com que são apresentados ! Controle de conexão
# e.g.: endereço de destino + endereço fonte + mensagem
! Controle de fluxo
! Semântica ! Controle de erro

" Como deve ser interpretado um determinado conjunto de bits e qual a ação a
ser executada ! Endereçamento
! Temporização ! Multiplexação
" Determinação de quando que os dados podem ser enviados e quão rápido

isso pode ser feito


Encapsulamento Fragmentação (segmentação) e remontagem

! Inserção de informações de controle de uma camada N junto aos ! PDU possuem um tamanho máximo pré-definido
dados " Restrições de tecnologia (e.g. quadros IEEE 802.3 possuem 1500 bytes)
" Exemplo: endereços, códigos para detecção de erro, bits de controle etc " Fornecer acesso equitável a rede
" Executar um controle de erro mais eficiente
N-PDU = N-PCI + N-SDU " Facilitar dimensionamento e gerenciamento de buffers
! O que fazer quando N-PDU > (N-1)-PDU?


(N-1)-PDU = (N-1)-PCI + (N-1)-SDU " Solução: quebrá-la em várias (fragmentação)
! Fragmentação deve ser transparente à camada N
" Remontagem antes de entregá-la a camada N no destino



Fragmentação e encapsulamento de PDUs Fragmentação e encapsulamento de PDUs

N-IDU

SAP

N-IDU

(N-1) - PCI (N-1) -SDU (N-1) - PCI (N-1) -SDU

(N-1)-ICI (N-1) - PDU (N-1)-ICI (N-1) - PDU

(N-1)-IDU (N-1)-IDU


Endereçamento Controle de fluxo

! Identificação de entidades, serviços e abstrações empregadas na ! Mecanismo empregado para o receptor limitar a quantidade de
comunicação informação enviada por um transmissor
! Escopo: local versus global ! O objetivo é evitar que o transmissor sature o receptor de dados
! Modos de endereçamento: fazendo com que ele perca dados
" Unicast: uma única entidade ! Exemplos: stop-and-wait, go back-N, créditos etc


" Multicast: um sub-conjunto das entidades
" Broadcast: todas entidades



Controle de erro Controle de conexão

! Forma de evitar perdas ou alterações por erros de transmissão ! Conexão é um serviço que visa:
! Baseado em dois mecanismos: " Garantia de entrega de PDUs (sem perdas)
" Detecção do erro seguida de sua correção " Ordenamento (PDUs são entregues na mesma ordem que foram emitadas)
" Detecção do erro seguido por um pedido de retransmissão (ou retransmissão " Sem duplicação de PDUs
por time-out) ! Implementando com controles negociados em três etapas:
" Estabelecimento da conexão: negociação dos parâmetros de controle

" Transferência de dados: troca de dados garantindo a entrega, não duplicação
e ordenamento
" Encerramento


Mais sobre o modelo de referência OSI (MR-OSI) As camadas OSI

! Padrão para organização de arquitetura de protocolos que chegou ! Aplicação 7 Aplicação
muito tarde!! ! Apresentação
6 Apresentação
! Atraso gerou outras soluções (sistemas abertos) ! Sessão
" Netware (Novell), Appletalk (apple), DECNET (DEC), etc Sessão
! Transporte 5
" TCP/IP se tornou um padrão de facto
! Rede Transporte
4


! Enlace
Rede
! Físico 3
Enlace
2


Físico
1


Nível físico Nível de Enlace

! Responsável pela transmissão da informação sobre o 7 Aplicação ! Transformar o canal de comunicação em uma linha 7 Aplicação
meio físico livre de erros de transmissão
! São definidos: 6 Apresentação ! Funções específicas são: 6 Apresentação
" Características físicas das interfaces e dos meios (ex. " Enquadramento: agrupamento de um conjunto de
conectores, pinagem, semântica de sinais de controle etc) Sessão bits em uma unidade gerenciável (quadros) para Sessão
5 5
" Representação dos dados: codificação dos dados em transmissão e/ou recepção.
sinais elétricos ou ópticos 4 Transporte " Endereçamento físico: define o transmissor e/ou o 4 Transporte

" Taxa de transmissão (9600bps, 10Mbps, etc) receptor de um quadro específico
Rede " Controle de fluxo: cadencia o volume de dados Rede
" Tipo de Transmissão (Banda base, larga) 3 3
" Sincronização de bits (delimitação do que é um bit) enviados do transmissor ao receptor
Enlace " Controle de erro: mecanismos de detecção de erros, Enlace
! Exemplo: 2 2

de perdas e retransmissão de dados
" RS-232, X-21, RS-485 , Ethernet
Físico " Disciplina acesso ao meio físico em redes de Físico
1 difusão (broadcast)
1


Nível de Rede Nível de Transporte

! Realiza a entrega de dados ao seu destino 7 Aplicação ! Camada fim-a-fim 7 Aplicação
! Duas funções essenciais: " Comunicação entre entidades de um mesmo nível nos
Apresentação sistemas finais Apresentação
" Definição de uma rede lógica: cria uma independência 6 6
em relação as tecnologias empregas para transmissão ! Funções específicas incluem:
e interconexão entre sistemas Sessão Sessão
5 " Aceitar dados da camada superior e repassar a camada 5
" Roteamento: determina como os pacotes acham o de rede, segmentado-a, se necessário.
caminho até seu destino Transporte " Tipo de serviço: confiável ou não Transporte
4 4


# Trata dos problemas de congestionamento e de # Confiabilidade=informação chegar no destino sem
conversão de endereços entre sub-redes diferentes Rede erros, perdas, duplicação e na ordem da emissão Rede
3 3
! Exemplos: ! Exemplos:
" IP, ISSO-8473, X25 Enlace Enlace
2 " TCP, UDP, SPX, ISO8072 2


Físico Físico
1 1


Nível de Sessão Nível de Apresentação

! Camada controladora de diálogo entre processos dos 7 Aplicação ! Oferece uma independência as aplicações quanto a 7 Aplicação
sistemas finais representação interna de dados
! Estabelece, mantém e sincroniza a interação entre 6 Apresentação ! Tratamento da sintaxe e da semântica dos dados 6 Apresentação
sistemas de computação trocados entres dois sistemas
Sessão Sessão
! Funções específicas incluem: 5 ! Tarefas específicas: 5
" Controle de diálogo: permite que dois sistemas finais " Conversão de formatos de dados (ASCII, Unicode, big ou
Transporte Transporte
iniciem uma comunicação em modo half ou full-duplex 4 little endian) em uma seqüência de bits em um formato 4

" Adiciona pontos de verificação e sincronização para universal (e.g. eXternal Data Representation - XDR)
Rede Rede
retomar procedimentos 3 " Compressão de dados: objetivo de reduzir a qtde. de bits a 3
# e.g: facilidades para recuperação de falhas como o serem transmitidos
Enlace Enlace
que é feito no programa aplicativo wget para tratar 2 " Criptografia: oferecer segurança aos dados transmitidos 2

ftp interrompido
Físico Físico
1 1


Nível de Aplicação MR-OSI versus TCP/IP

! Permitir a usuários finais (processos ou pessoas) 7 Aplicação OSI TCP/IP
acessar a rede
Os serviços de aplicação ao usuário, como por exemplo: Apresentação 7 Aplicação 7 Aplicação
! 6
" Termina virtual para acesso remoto (telnet, ssh, rlogin, ...) Aplicação
6 Apresentação 6
Sessão
" Correio eletrônico (smtp, pop, imap, ...) 5
" Web (http) Sessão
Transporte 5 5
Transferência de arquivos (scp, ftp, rcp, ...) 4


"
" Compartilhamento de arquivos e recursos (ex: smb, cifs) Transporte TCP/UDP
Rede 4 4
" etc... 3
Rede IP
Enlace 3 3
2


Enlace Acesso
Físico 2 2 Interface
1 de rede
Físico Físico
1 1

Leituras adicionais

! Stallings, W. Data and Computer Communications (6th edition),
Prentice Hall 1999
" Capítulo 2
! Tanenbaum, A. Redes de Computadores (4a edição), Campus 2003
" Capítulo 1

Redes de Computadores 33

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