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Redes de Computadores

A it t M d l d A it t M d l d Arquitetura e Modelos de Arquitetura e Modelos de ReferênciaReferência

Modelo OSI/ISOM d l TCP/IP

Reinaldo Gomesreinaldo@cefet-al.br

Modelo TCP/IP

Evolução na comunicaçãoComunicação sempre foi uma necessidade humana, buscando aproximar comunidades humana, buscando aproximar comunidades distantes

Sinais de fumaçaPombo-correioTelégrafo (século XIX) - Código MorseRedes TelefônicasRedes de Distribuição: TV, Rádio, TV a cabo

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Redes são complexasMuitos componentes:

Camadas de Protocolos

pRoteadoresEnlaces de vários tiposAplicaçõesProtocolosHardware, softwareHardware, software

QUESTÃO:Há alguma esperança de organizar a arquitetura de uma rede?Ou pelo menos nossa discussão sobre redes?

Organização de uma viagem aérea

Uma série de passos

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Camadas de Funcionalidade da companhia aérea

Camadas: cada camada implementa um serviço

Via suas próprias ações internasConfiando em serviços fornecidos pela camada inferior

Convivendo com sistemas complexosA estrutura explícita permite identificação, o

Por que as Camadas?

A estrutura explícita permite identificação, o relacionamento das partes de um sistema complexo

Um modelo de referência em camadas permite a discussão da arquitetura

Modularização facilita a manutenção, atualização do i t sistema

As mudanças na implementação de uma camada são transparentes para o resto do sistemaEx.: novas regras para embarque de passageiros não afetam os procedimentos de decolagem

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Software de redesPor que projetar em camadas?

Para reduzir a complexidade do problema em Para reduzir a complexidade do problema em subproblemas menores

• Dividir para conquistar

Para permitir a substituição/evolução de tecnologias em um nível sem afetar os demaisPara permitir diferentes opções de configuração em a a pe t d e e tes opções de co gu ação ecada nível, de acordo com as necessidades da aplicação, custos, performance, fornecedores etc.

Software de redesArquitetura em camadas

Nível 4

Nível 3

Nível 2

Nível 4

Nível 3

Nível 2

Host A Host BProtocolo de nível 4

Protocolo de nível 3

Protocolo de nível 2

Interface 3/4

Interface 2/3Nível 2

Nível 1

Meio Físico

Nível 2

Nível 1Protocolo de nível 1Interface 1/2

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O conceito de camadas

Software de redes

M

Protocolo de nível 4

Protocolo de nível 3

M

H3 H4 M1 M2H4H3

MH4

Meio Físico

Protocolo de nível 2H3 H4 M1H2 T2 H3 H4 M2H2 T2

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Software de redes

M

Protocolo de nível 4

Protocolo de nível 3

M

H3 H4 M1 M2H4H3

MH4

Meio Físico

Protocolo de nível 2H3 H4 M1H2 T2 H3 H4 M2H2 T2

ArquiteturasArquiteturas de de RedesRedes de de ComputadoresComputadores

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O modelo RM-OSI da ISO

Aplicação Aplicação APDUAplicação

Apresentação

Transporte

Sessão

Aplicação

Apresentação

Transporte

Sessão

Fronteira da sub-rede

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

Rede

Física

Enlace

Rede

Física

Enlace

Rede

Física

Enlace

Rede

Física

Enlace

Host A Host BRoteadorRoteador

Pacote

Frame

Bit

Para reduzir a complexidade do projeto, redes de computadores são organizados em camadas

Arquiteturas de Redes de Computadores

computadores são organizados em camadas hierárquicas

Camada: programa ou processo, implementado por hardware ou software, que se comunica com o processo correspondente na outra máquina P t l j t d õ Protocolo: conjunto de regras e convenções que governam a conversação de processos de uma camadaInterface: limite entre as camadas adjacentesArquitetura da rede : conjunto de camadas, protocolos e interfaces

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AplicaçãoTrata das características

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

Trata das característicasMecânicas, eletro/óptica, funcionais e de procedimentos para conexão física entre entidades da camada de enlace

Transmite uma sequência de bits

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

Não se preocupa com o significado das informações

Física

AplicaçãoTrata o fluxo de dados no enlace

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

Trata o fluxo de dados no enlace entre transmissor e receptor:

Marcação/detecção de frames no fluxo de bits da camada físicaControle de fluxoDetecção e correção de erros

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

ç çAcesso ao meio compartilhado

Não permite ligação entre redes distintas

Física

9

AplicaçãoControla as operações na sub-rede:

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

Controla as operações na sub rede:Roteamento: estático ou dinâmicoControle de congestionamentoInterconexão de redesInformações sobre a contabilidade do tráfego

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

t á egoTratar problemas de tráfego inter-redes

Não garante que o pacote chegue ao destino

Física

AplicaçãoDivide as mensagens em pacotes

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

Divide as mensagens em pacotesÉ a primeira camada fim-a-fimDeve garantir:

Comunicação fim-a-fim confiávelMultiplexação/splitting de conexões

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

Controle de fluxo fim-a-fim

Física

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AplicaçãoPermite que aplicações em hosts

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

Permite que aplicações em hostsdiferentes partilhem uma sessãoProvê:

Sessões de trabalho (controle de diálogo)

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

Controle de tokenSincronizaçãoSessões de trabalho

Física

Aplicação Dar sintaxe e semântica aos dados

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

trocados entre os dois lados envolvidosRealiza transformações necessárias nos dados:

Tradução dos dados

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

Tradução dos dadosCompressão de textosCriptografiaConversão de padrõesFísica

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Aplicação Provê serviços que suportam

O modelo RM-OSI da ISO

Transporte

ç q pdiretamente as aplicações do usuário, como:

Correio eletrônicoTransferência de arquivosAcesso a banco de dados

Apresentação

Sessão

Rede

Enlace

Independência do Sistema OperacionalNão define as aplicações em si!

Física

Dado

O modelo RM-OSI da ISO

Aplicação

Apresentação

Transporte

Sessão

Aplicação

Apresentação

Transporte

Sessão

Dado

DadoAH

DadoPH

DadoSH

DadoTH

Rede

Física

Enlace

Host A Host B

Rede

Física

Enlace

DadoNH

DadoDH

Bits

DT

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aplicaçãotransporte

Cada camada:Distribuída

Divisão em camadas: comunicação lógica

predeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlace

redeenlacefísica

“Entidades” implementam as funções da camada em cada nó

física aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

Entidades realizam ações, trocam mensagens entre pares

aplicaçãotransport

dadosEx.: transporteApanha dados da aplicação transporte

Divisão em camadas: comunicação lógica

transportredeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlace

redeenlacefísica

d d

aplicaçãoAcrescenta endereço, verificação de erros e outras informações para montar um “datagrama”E i d t

dados

transporte

ack

enlacefísica aplicação

transporteredeenlacefísica

aplicaçãotransport

redeenlacefísica

dadosEnvia datagrama ao parceiroEspera pelo reconhecimento do parceiro Analogia: correio

transporte

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aplicaçãotransporte

rede

dados

Divisão em camadas: comunicação física

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

li ã li ã

redeenlacefísica

dadosfaplicaçãotransporte

redeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

Cada camada recebe dados de cimaAcrescenta um cabeçalho de informação para criar

Camadas de Protocolos e dados

ç ç puma nova unidade de dadosPassa a nova unidade de dados para a camada abaixo

l

fonte destinoM mensa emaplicação

transporteredeenlacefísica

aplicaçãotransporte

redeenlacefísica

MMMM

Ht

HtHnHtHnHl

MMMM

Ht

HtHnHtHnHl

mensagemsegmentodatagramaquadro

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O modelo TCP/IP

Aplicação

Transporte

Inter-redes

Enlace-Física

Inter-rede

Enlace-Física

Inter-rede

Enlace-Física

Aplicação

Transporte

Inter-redes

Enlace-Física

Fronteira da sub-rede

Host A Host BRoteadorRoteador

O modelo TCP/IP

TELNET

TCP

IP

DNS

UDP

FTP SMTPAplicação

Transporte

Inter-redes

LAN 802 X.25 ATMFísica/Enlace

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ArquiteturaArquitetura TCP/IPTCP/IP

É o modelo de referência usado pela ARPANET (sucessora de todas as WANs) e pela Internet.

O Modelo de Referência TCP/IP

(sucessora de todas as WANs) e pela Internet.ARPANET

Patrocinada pelo DoD (US Department of Defense)Conectava centenas de universidades e agências do governo através de linhas telefônicas alugadasRedes de satélite e de rádio dificuldade de conexão com protocolos existentes arquitetura de referência novaPrincipais objetivos do projeto: conectar múltiplas redes de forma eficiente e contínua (sem arestas)

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Nome do modelo de referência TCP/IP tem origem nos 2 principais protocolos Primeiramente definido

O Modelo de Referência TCP / IP

nos 2 principais protocolos. Primeiramente definido por Cerf e Kahn em 1974Outros objetivos:

Confiabilidade em caso de perda de HW da subrede (preocupação do DoD em caso de guerra. Destino e

i d d i l origem devem poder se comunicar mesmo que alguns roteadores intermediários caiamArquitetura flexível para atender aplicações diversas. Exs: transferência de arquivos e transmissão de voz em tempo real

OSI TCP / IPAplicação Aplicação

O Modelo de Referência TCP / IP

Apresentação

Sessão

Transporte Transpote

}Ausentes

Redes

Enlace

Física

Inter-Rede (Internet)

Host/Rede (Interface de Rede)

Enlace-Física

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Escolheu-se uma rede do tipo comutação de pacotes, baseada em uma camada inter-redes com

A Camada Inter-Rede (INTERNET)

pacotes, baseada em uma camada inter redes com serviços sem conexãoPermite aos hosts lançarem pacotes sobre a rede, sendo que cada um é transmitidoindependentemente para o destino (potencialmente

d dif t )numa rede diferente)Pacotes podem chegar numa ordem diferente dade envio. Camada superior ordena se necessário

Analogia com o correio comum. Caminho percorrido pelas cartas é transparente para o usuário

A Camada Inter-Rede (INTERNET)

pelas cartas é transparente para o usuárioCamada internet define formato oficial dos pacotes e o protocolo IP (Internet Protocol)Principal função é garantir a entrega no destino correto

RoteamentoÉ semelhante em funcionalidade à camada de Redes do modelo OSI.

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Projetada para permitir que entidades cooperadorasna origem e destino “conversem” entre si como na

A Camada de Transporte

na origem e destino conversem entre si como nacamada de transporte do modelo OSI

Define 2 protocolos fim-a-fimTCPUDP

TCP (Transfer Control Protocol)Protocolo que implementa serviço com conexão

A Camada de Tansporte

confiável

O fluxo de bits, dividido em pacotes, é enviado pela camada internet, reagrupado e ordenado pelo processo TCP no destino

Transmissão de dados sem erros

Também realiza controle de fluxo

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UDP (User Datagram Protocol)Oferece serviço sem conexão e não confiável para

A Camada de Tansporte

aplicações que não precisam do seqüenciamento e controle de fluxo do TCP e / ou providenciam isto por conta própria

Exs: serviços cliente – servidor do tipo pedido –resposta e transmissão de voz e vídeo (rapidez mais resposta e transmissão de voz e vídeo (rapidez mais importante que confiabilidade)

Não foi identificada a necessidade de camadas de sessão e de apresentação no modelo TCP / IP

A Camada de Aplicação

sessão e de apresentação no modelo TCP / IP. Experiência com modelo OSI mostrou que estascamadas são de pouca utilidade para a maioriadas aplicações

CContém protocolos de nível mais alto

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Terminal virtual (TELNET: serviço que permite login remoto de usuário),

A Camada de Aplicação

)

Transferência de arquivos (FTP: fornece meio para a transferência de dados entre máquinas), e

Correio eletrônico (SMTP: Simple Mail Transfer Protocol) – inicialmente, mail era tratado como tipo de transferência de arquivos, depois ganhou tratamento especial.

DNS (Domain Name Service): mapeia nome dos hosts para endereços na rede.

A Camada de Aplicação

p ç

NNTP (Network News Transfer Protocol): transferência de artigos de notícias.

HTTP (Hypertext Transfer Protocol): protocolo usado para acessar páginas da WWW.

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Modelo TCP / IP não especifica muito bem o queacontece abaixo da camada Inter-Rede

A Camada de Interface de Rede

acontece abaixo da camada Inter Rede

Host deve se conectar com rede usando algumprotocolo através do qual ele pode enviar pacotes IP

P t l ã d fi id i d h t h t d Protocolo não definido e varia de host para host e de rede para rede

Não é muito discutido na bibliografia

Modelos têm em comum:

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

Modelo de camadas de protocolos conceitualmenteindependentes

Funcionalidade das camadas é semelhante. Exs• Camadas abaixo e até a de transporte fornecem um serviço de

transferência fim a fim, independente de rede, para processosde aplicações que desejam se comunicar.

• Camadas acima são usuárias, ligadas às aplicações, dos serviços de transporte.

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Diferenças entre os modelos (não entre pilhas de protocolos):

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

p )3 conceitos centrais bem diferenciados pelo OSI (uma de suas principais contribuições)

• SERVIÇOS: Cada camada fornece serviços para camada superior. Modelo especifica o que cada camada faz, não como o serviço é implementado ou acessado

• INTERFACES: Especifica como camada superior acessa serviço p p çda inferior. Especifica parâmetros usados e resultados que podem ser esperados. Não especifica como o serviço é implementado

• PROTOCOLOS: entre os pares é questão decidida pelo projetista e não especificada pelo modelo. Protocolos de uma camada podem ser alterados sem alterar as outras camadas

Idéias comuns a programação orientada a objetos:Objeto (camada) tem conjunto de métodos (operações)

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

j ( ) j ( p ç )que processos externos à camada invocam.

As semânticas dos métodos definem o conjunto de serviços que o objeto oferece.

Os parâmetros e resultados formam a interface do objeto.

O código interno do objeto é seu protocolo e não é visível ou de interesse externamente ao objeto.

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O modelo TCP / IP originalmente não distingüia entre os conceitos I, II e III. Tentaram fazer isto

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

,posteriormente inspirados no OSI.

Ex: a camada inter-rede só fornece serviços ENVIE PACOTE IP e RECEBA PACOTE IP

P t l ã i b did OSI Protocolos são mais bem escondidos no OSI e podem ser alterados facilmente com mudança de tecnologia.

Este é o objetivo de uma arquitetura em camadas

Modelo de referência OSI projetado antes dos protocolos

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

pModelo não é ajustado a conjunto de protocolos específicosModelo mais geral

Por outro lado, projetistas do OSI não tinham muita experiência de implementação, e portanto não tinham b idéi d d i f i lid d d boa idéia de como deveriam ser as funcionalidades de cada camada

Ex: originalmente, camada de enlace só tratava de redes ponto a ponto. Surgimento de redes broadcast nova subcamada anexada ao modelo

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Projetistas de redes reais usando OSI e protocolos existentes descobriram que protocolos não

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

q pcorrespondiam às especificações de serviços

Anexar subcamadas ao modelo.

Comitê imaginou que cada país teria sua própria rede gerenciada pelo governo e usando protocolos OSI.

Não tratou conexão inter-redes. Não corresponde ao que aconteceu na prática.

No modelo TCP / IP:

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

1o protocolos: modelo foi ajustado para descrever protocolos existentes.

• Ajuste perfeito protocolo/modelo.

Problema: Modelo não descreve outras pilhas de Problema: Modelo não descreve outras pilhas de protocolos

• Não descreve bem redes não – TCP/IP.

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Diferenças práticas: OSI tem 7 camadas e TCP / IP tem 4

Comparação entre Modelos de Referência OSI e TCP/IP

OSI fornece serviço com e sem conexão na camada de Rede e só serviço com conexão na camada de Transporte (camada visível à aplicação - usuário)

TCP / IP fornece só serviço sem conexão na camada de Rede e ambos (com e sem conexão) na camada de Transporte

Hoje parece que projetistas do OSI foram atropelados

Criticas ao Modelo OSI e seus protocolos

Quando protocolos do padrão OSI apareceram, o TCP/IP já era usado de forma generalizada nas universidades (na época um “mercado” importante)

OSI apareceu: empresas só desenvolveriam novo conjunto de protocolos se pressionadas

Uma esperava pela outraOSI não aconteceu

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Tecnologia e Implementação RuimModelo e protocolos associados tinham defeitos

Criticas ao Modelo OSI e seus protocolos

pA escolha de 7 camadas foi mais política que técnicaCamadas de sessão e apresentação são praticamente vaziasAs camadas de enlace de dados e de redes estão tão cheias que foi necessário subdividí-las em subcamadas cheias que foi necessário subdividí las em subcamadas com funções diferenciadasModelo OSI com definições de serviços e protocolos muito complexo, difícil de implementar e ineficiente. Ex: Algumas funções como endereçamento, controle de fluxo e controle de erros, ocorrem em várias camadas

Decisão de colocar determinada função em camada específica nem sempre é óbvia.

Criticas ao Modelo OSI e seus protocolos

p pTerminal virtual originalmente estava na camada de apresentação. Foi para a camada de aplicação porque comitê teve dificuldade em determinar utilidade para camada de apresentação. Não houve acordo sobre as camadas onde segurança e criptografia e gerenciamento de redes deveriam estar ficaram fora do modelo.

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Projetos de SW requerem diferenciação entre especificação e implementação. TCP/IP não faz isto

Crítica ao Modelo TCP/IP

Modelo não distingüe bem conceitos de serviço, Interface e ProtocoloTCP/IP não é boa orientação para projetar novas redes com novas tecnologias

Não é geral e não descreve bem outras pilhasg pCamada de Interface de Rede não é uma camada no sentido usual do termo

É interface (entre camadas de Rede e Enlace)Distinção interface X camada é crucial

Modelo TCP / IP não distingüe (nem menciona) camadas Física e de Enlace que são completamente

Crítica ao Modelo TCP/IP

diferentes. Bom modelo deve incluí-las como camadas separadas

Camada Física: características de transmissão de fios de cobre, fibras óticas e comunicação sem fios

Camada de Enlace: delimita início e fim de quadros e os envia com grau desejado de confiabilidade

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Protocolos IP e TCP bem projetados e implementados, mas muitos dos outros foram

Crítica ao Modelo TCP/IP

desenvolvidos para fins muito específicos.Implementações destes protocolos distribuídas gratuitamente

Muito usados e difíceis de serem substituídosMuito usados e difíceis de serem substituídos