seminário it 1-março-1999 © pedro veiga - fc/ul seminário it 1-março-1999 © pedro veiga -...

Seminário IT1-Março-1999

© Pedro Veiga - FC/UL



Tópicos - 1ª Parte

• O que são as redes de

computadores

• Que funcionalidades oferecem

• Quais os principais componentes

• Como são organizadas





Evolução Histórica

* Computadores centrais isolados

* Necessidade de um computador ter acesso a informação produzida noutro

* Redes experimentais (ARPANET)

* Avanços nas telecomunicações

* Avanços na tecnologia dos processadores (década de 80 - microprocessadores)





Rede de Computadores• conjunto de computadores

interligados através de linhas de comunicação e usando protocolos comuns

Sistema Distribuído• sistema constituído por vários

computadores, mas cuja realização física é transparente ao utilizador





Finalidades das Redes

- Partilha de Recursos (discos, impressoras, comunicações, ...)

- Sistemas dedicados (file-server, communication-server, ...)

- Alta fiabilidade

- Economia

- Natureza distribuída das organizações





Aplicações das Redes

• Reservas aéreas

• Informações meteorológicas

• Fábrica / Armazém / Administração

• Informação a nível mundial

• Troca rápida de informação entre empresas





Estruturas das Redes

• Computadores• Hardware• Software

• Rede de comunicação / linha de transmissão

• meios de transmissão• meios de comutação





Topologia das Redes

Modo como os elementos da rede estão interligados

• Centralizadas• Anel• Árvore• BUS• Irregulares





Taxonomia das Redes

• LAN (Local Area Network)

( > 1 Mbps)

• WAN (Wide Area Network)

( <= 64kbps)

• MAN (Metropolitan Area Network)





Tipos de Redes

LANs

• Velocidades grandes

• Distâncias geográficas pequenas

• Tempos de atraso pequenos

• Todos os computadores ligados directamente à rede

WANs

• Velocidades pequenas

• Distâncias geográficas grandes

• Tempos de atraso grandes

• Acesso através de nós de rede





Normalização

De Jure De

Facto

Necessidade• Evitar a multiplicação de protocolos incompatíveis• Criar plataforma de entendimento de conceitos

Vantagens• Independência dos utilizadores sobre os fabricantes• Investimento de longo prazo

Desvantagens• Processo moroso e pesado• Soluções atingidas nem sempre são as óptimas por se

terem de atingir compromissos





Organismos de Telecomunicações e

Normalização• CCITT - Comité Consultatif International de

Télégraphique et Téléphonique (ITU-T)

• ISO - International Standards Organization

• IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

• IETF - Internet Engineering Task Force





O Modelo de Referência

OSI





Protocolo

(Uma primeira definição

informal)

Conjunto de regras e estruturas de dados trocadas entre dois computadores para garantir uma comunicação coerente

- Estruturas de dados: formatos das mensagens trocadas entre os computadores, e seu significado

- Regras: sequenciamento das mensagens trocadas entre os computadores





Definições Fundamentais

(algumas)

- Rede ponto-a-ponto

(point-to-point)

- Rede de difusão

(broadcast)

- Rede de comutação de circuitos

- Rede de comutação de pacotes

- Armazenamento e envio (store and forward)





Conversoresde

Protocolos

Gateway - conversor ao nível 7 do modelo de

referência OSI





Tipos de Serviços

Connection Oriented Services

Modo de comunicação no qual as entidades, antes de

comunicarem, negoceiam o estabelecimento de uma

ligação, depois comunicam e, quando a comunicação

já não é necessária desactivam a ligação

Connectionless Services

Modo de comunicação no qual as entidades se limitam a trocar mensagens (datagramas) sempre que tal é necessário





Conceitos AdicionaisArquitectura de Rede

- Conjunto de camadas, suas funcionalidades e protocolos

Interface

- Unidade funcional que separa 2 níveis adjacentes

(Exº Interface Transporte <-> Rede )

API - Application Programming Interface

- Interface aplicacional (conjunto de funções) que dá acesso às facilidades de um determinado nível

(Exº TLI - Transport Layer Interface)





Processamento de Mensagens

Modelo de Referência OSI





Funções dos NíveisFísico (Physical)

• Transmissão de bits num canal de comunicação

• Interfaces físicas, eléctricas e mecanicas do meio de transmissão

Dados (Data Link)

• Usar os mecanismos do nível físico para fornecer ao nível de rede um canal de transmissão virtualmente sem erros

• Envia e recebe sequêncais de bits, detecta eventuais erros e assinala a recepção de sequencias correctas ao emissor

– Estabelece e reconhece limites de sequencias

– Reconhece erros

– Reconhece sequencais duplicadas





Funções dos NíveisRede (Network)

• Controlo da operação de transferência de dados• Como fazer chegar uma mensagem da origem ao destino• Controlo de fluxo• Contabilização

Transporte (Transport)• Transmissão fiável entre os 2 computadores de mensagens

arbitrárias e isolando características dos níveis inferiores• Assegurar ligação de dados origem/destino• Fragmenta a mensagem em pedaços aceitáveis pelos níveis

inferiores• Assegura multiplexagem de ligações caso seja necessário para

assegurar qualidade de serviço• Controlo de fluxo entre computadores





Funções dos Níveis

Sessão (Session)

• Permite estabelecimento de sessões entre aplicações que funcionam os sistemas que comunicam

– Promove controlo de interacção

(Exº Full-duplex, half-duplex, ...)

– Permite sincronização entre entidades remotas

Apresentação (Presentation)

• Faculta serviços comuns as diferentes aplicações, nomedamante as relativas à sintaxe e semântica da informação a transmitir





Funções dos Níveis

Aplicação (Application)

• Realiza os serviços realmente interessantes para o utilizador

– Terminal Virtual

– Transferência de ficheiros

– Correio Electrónico

– Directório

– Gestão da rede





Meios de Transmissão

Par entrançado

Conjunto de fios de cobre enrolados entre si, como uma helicoidal, e isolados electricamente

• Largura de banda depende da espessura dos fios (cobre e isolante) e do passo da helicóide.

• São um meio económico





Meios de Transmissão

Cabo Coaxial

• Velocidade de transmissão depende do tipo de cabo coaxial (diâmetros, ...)

• Ligações são dispendiosas (fichas especiais)

• Exigem terminações eléctricas

• Ligações são dispendiosas

• Limites de distância dependem de tipo de cabo e frequência de transmissão

• Ligações tem de respeitar certos limites (distância entre ligações, por exemplo





Meios de TransmissãoFibra Óptica

• Fio de sílica central, com protecção exterior

• Fibra mono-modo ou multi-modo

• Emissão de informação através de modulação de luz através de LEDs

• Ligações difíceis e dispendiosas

• Transmissão a grandes distâncias

• Alta capacidade de envio de informação

• Alta imunidade ao ruído

Ligação Satélite

• Feixe de micro-ondas para receber e enviar

• Atrasos grandes





Transmissão AnalógicaO Sistema Telefónico





Modos de TransmissãoTransmissão Assíncrona

O emissor só envia informação quando precisa

Necessários mecanismos para o receptor estar de acordo com o que o emissor envia

– Start bit

– Stop bit

– Acordo velocidade, dimensão caracter e paridade

Transmissão Síncrona

O emissor está sempre a enviar informação para o receptor

– Velocidade estabelecida por hardware

– Dimensão de caracter e paridade negociadas





ISDN / RDIS

ISDN / RDIS

Migração para uma rede totalmente digital até ao assinante, que integre todos os serviços

Redesenho do sistema telefónico para suportar serviços digitais integrados

Serviços telefónicos mais avançados (identificação originador, follow-me, bloqueio números, ...)

• ligação de computador

• fax Grupo IV





ISDN/RDIS

Tecnologia de Comutação de Circuitos

Circuitos Virtuais Múltiplos, com uma só interface

– D - sinalização

– B - dados (cada canal B são 64kbps)

CCITT I.430, I.431, Q.921, Q.931

Sistema de numeração semelhante ao telefónico (E.164)

• Tipos de Acessos

– Básico: 2B+D

– Primário: 30B+D





IEEE 802

Normas para Redes Locais

IEEE 802.3 - Ethernet (CSMA/CD)

IEEE 802.4 - Token Bus

IEEE 802.5 - Token Ring

também ISO 8802, ...

IEEE 802.1 - Introdução às normas seguintes e definição de primitivas

IEEE 802.2 - Define parte superior do Data Link Layer (LLC - Logical Link Control)





IEEE 802.3

Cabo Grosso (Cabo Coaxial)• Topologia em Bus• Comprimento até 500 m por segmento• Ligações de estações em cada 2,5 m• Ligação com Transceiver ligado ao cabo e com Drop

Cable até ao computador• Cabo com Terminações de 50 ohm nos extremos

Cabo Fino (Cabo Coaxial)• Topologia em Bus• Comprimento até 180 m por segmento• Ligação directa ao computador• Cabo com Terminações de 50 ohm nos extremos





IEEE 802.3Cabo UTP (Par entrançado)

• Topologia em estrela

• Baseada num repetidor de onde partem os cabos UTP, até 100 m de distância

• Fichas de ligação RJ-45

Alta fiabilidade relativamente ao cabo coaxial, pois interrupções ou curto circuitos num troço não perturbam os outros computadores





IEEE 802.3

7 1 2 ou 6 2 ou 6 2 0 a 1500 0-46 4

Preambulo End. Destino End. Origem Dados PAD ChecksumComp.Dados

Del.





Endereço Ethernet

• 6 bytes (80-34-F3-AA-01-0D, por exemplo)

Unívoco a nível mundial - está no hardware e é fornecido pelo fabricante

Endereços Especiais

• Bit mais significativo a 1 - acesso a um grupo de estações (multi-cast)

• Todos os bits a 1 - acesso a todas as estações (broadcast)

IEEE 802.3





Problemas a Resolver• Erros no Canal de Comunicação

• Tempos de comunicação não nulos

• Meio de comunicação half-duplex ou full-duplex

• Limites na dimensão das mensagens

• Limites físicos nos computadores da rede (buffers)

• Diferente velocidade de processamento dos 2 computadores envolvidos

Objectivo

• Facultar uma interface bem definida ao nível de rede, isolando-o das particularidades do nível físico em uso





Primitivas OSI

Pedido/Request

Indicação/Indication

Resposta/Response

Confirmação/Confirm

Utilizador do Serviço(Nível de rede)

Utilizador do Serviço(Nível de rede)

Fornecedor doServiço (nível dedados)





Primitivas OSIPedido/Request

Usada para pedir um serviço ao nível abaixo

Indicação/IndicationUsada para notificar o nível acima que há um pedido de

comunicação

Resposta/ResponseUsada para informar o nível abaixo que a comunicação foi aceite

Confirmação/ConfirmNível abaixo informa que o nível homólogo (peer layer) aceitou o

pedido





Controlo de Fluxo

O que acontece se o receptor não consegue aceitar os dados ao ritmo do sistema que envia?

Deve haver modo de o nível de rede ser avisado que deve parar de enviar dados (temporáriamente)

• Notificação explícita

• Notificação implícita





Como vimos há que tomar em consideração, entre outros problemas:

• Erros no Canal de Comunicação

• Tempos de comunicação não nulos

• Meio de comunicação half-duplex ou full-duplex

• Limites na dimensão das mensagens

– Um tipo de erro muito comum resulta do ruído impulsivo

• Longas sequências de bits totalmente erradas

Taxa de erro de uma linha pode ser medida através da taxa de erro

Exº 10-3 10-5 10-9

Detecção e Correcção de Erros





Técnicas de Tratamento de ErrosRecuperação de Erros

Transmitir, juntamente com a informação útil, informação redundante que permita o receptor recuperar os erros que eventualmente existam

• Técnica boa para erros simples (um só bit errado)

• Percentagem de informação redundante é elevada

Detecção de Erros

Transmitir, juntamente com a informação útil, informação redundante que permita o receptor saber se o que recebeu está certo ou errado.

• Bit de paridade

• CRC - Cyclic Redundancy Check





CRC - Cyclic Redundancy Check

Código polinomial

Tratar a sequência de bits a transmitir como a sequência de coeficientes de um polinómio

Técnica

Adicionar à sequência dos K bits a transmitir uma sequência de M bits calculados segundo um determinado polinómio

O receptor usa o mesmo polinómio sobre os K bits da sequência recebida e compara o resultado com os M bits recebidos

CRC-CCITT

x^16 + x^12 + x^5 + 1





Protocolos do Nível de Dados

O nível de dados aceita um pacote do nível de rede

• Junta-lhe um cabeçalho (header)

• Junta-lhe um terminador (trailer)

• Junta-lhe um CRC e envia-o para o nível físico.

Exº

ToData (BitSequence)

ToPhysical (BitSequence)

FromPhysical (BitSequence)

FromData (BitSequence)

Realização: software, hardware, firmware






Protocolo (Stop and Wait)

Emissor envia pacote

Fica à espera de sinalização de pacote bem recebido

Se não receber sinalização de sucesso retransmite ao fim de um tempo (timeout)

Se recebeu confirmação envia novo pacote

Resolve problema de pacotes destruídos parcial ou totalmente por erros

Funciona em canal half-duplex

E se o pacote original chegou bem, mas a confirmção se perdeu?





E se o tempo de propagação entre emissor e receptor é longo?

• Uso pouco eficiente do meio de transmissão !

Exº Duração envio pacote: 10ms

Tempo de propagação no canal: 500ms

Janela Deslizante

Cada pacote enviado vai numerado (entre 0 e um máximo: 2^n-1)

Em cada instante o emissor mantem uma lista dos números de pacotes, consecutivos, que pode enviar

Receptor confirma o número dos pacotes recebidos com sucesso







Envio de pacotes numerados desde que o número do pacote esteja dentro da janela disponível (pipelining)

Receptor assinalada número dos pacotes recebidos correctamente

E se há erro ?

• Voltar atrás n pacotes (Go back n)

• Repetição selectiva





SDLC (IBM)

ADCCP (ANSI)

HDLC (ISO)

LAP (CCITT - Link Access Procedure)

LAPB

Alguns pontos comuns

• Bit oriented

• Usam bit-stuffing

HDLC - High-level Data Link Control





HDLC

Endereço - Usado em ligações multi-ponto

Controlo - números de sequência, confirmações, ...

Dados - pode levar qualquer sequência arbitrária de dados (se for muito grande o CRC perde eficiência, i.e., a capacidade de detecção de erros do CRC diminui)

CRC - possibilita ao receptor a validação do pacote recebido

Trama (Frame) - Pacote (packet) embebido em informação de controlo





HDLCTipos de tramas HDLC (veiculadas no campo de

controlo)

• Informação

• Trama normal de dados

• Supervisão

– Transmissão de informação sobre o estado da transmissão

• Não numerada

– Usada para efeitos de comunicação de informação de controlo





HDLCTrama de informação

• Número de sequência da trama

• Número da última trama não recebida (próximo)

• P/F (Poll / Final ) é usado para solicitar uma trama ao receptor. As tramas enviadas pelo receptor tem o bit P/F a P excepto a última que o tem a F





HDLCTrama de supervisão

Tipo 0 - RECEIVE READY

Usado para indicar a nova trama esperada

Tipo 1 - REJECT

Indica que um erro foi detectado. Próximo indica a primeira trama da sequênica não correcta

Tipo 2 - RECEIVE NOT READY

Assinala recepção correcta da trama do campo próximo, mas solicita ao emissor para parar

Tipo 3 - SELECTIVE REJECT

Pede a transmissão só da trama assinalada





HDLCTrama não numerada

Semântica das mensagens depende das várias variantes do nível de dados (HDLC, LAP, ...)

DISC - disconnect, quando um sistema pretende informar o interlocutor que tem de parar a comunicação de imediato





O Nível de Rede

Resolve o problema do envio de pacotes de uma origem a um destinoPode envolver a passagem por diversos nós intermédios

É o nível mais baixo que envolve a ligação entre os sistemas terminais (os 2 computadores que constituem os sistemas comunicantes do modelo de referência OSI)

O nível de dados só tratava de enviar tramas ao longo de um fio.





O Nível de Rede

Serviços facultados ao Nível de Transporte

• Fornecer serviços independentes da(s) tecnologia(s) subjacentes

• Isolar o nível de transporte do número, tipo e topologia das redes existentes

• Fornecer um sistema de endereços uniforme através da rede

O Nível de Rede pode correr em equipamentos dedicados e o Nível de Transporte corre nos computadores ligados à rede





Nível de Rede

Orientado à Ligação (Connection Oriented - CO) Antes de trocar dados é estabelecida uma ligação, à qual é

atribuido um identificador especial que é usado daí para a frente

Se a rede não puder assegurar uma qualidade de serviço (QOS - Quality of Service) rejeita a ligação

A comunicação é bidireccional e os pacotes são entregues por ordem e sem erros

Após inicio da ligação os sistemas comunicantes podem negociar parâmetros da ligação

É efectuado controlo de fluxo para contemplar diferentes velocidades de acesso

Quando já não é necessário trocar dados a ligação é desfeita

Exº X.25





Nível de RedeLivre de Ligação(Connection Less - CL)

O originador limita-se a enviar dados para o destinatário

O nível de rede tenta fazer chegar os pacotes ao destinatário

Os pacotes podem ser perdidos

Os pacotes podem chegar fora de ordem

Os pacotes podem chegar duplicados

A rede reage a pacotes enviados a ritmo demasiado elevado, normalmente destruindo os pacotes que não consegue entregar

Exº IP





Endereços

Meio de identificar a fonte e o destino de um processo de comunicação

Endereço NSAP constituido por:

• AFI - Autority and Format Indicator

• IDI - Initial Domain Identifier

• DSP - Domain Specific Part

• IDP - Initial Domain Part





O Nível de Rede

Internamente o nível de rede está organizado como um conjunto de nós de comutação (ou nós intermediários) interligados entre si

A transferência de pacotes da entrada para a saída pode ser:

• Fixa (circuito virtual) - os pacotes seguem sempre o mesmo percurso entre os 2 sistemas comunicantes

• Adaptável (datagramas) - cada pacote segue um percurso que depende da situação da rede no momento





Encaminhamento - (routing)

Escolha do percurso que um pacote deve seguir da origem

ao destino

Algoritmo de encaminhamento - parte da rede que estabelece o percurso dos pacotes

Circuitos Virtuais - algoritmo de encaminhamento é calculado no instante em que a ligação é estabelecida

Datagramas - o algoritmo de encaminhamento é calculado para cada pacote





Congestão da Rede

Fenómeno que se verifica numa rede quando nesta são introduzidos pacotes a um ritmo superior à sua capacidade de transmissão

Idealmente a número de pacotes transmitidos pela rede deveria proporcionalmente ao número de pacotes que lhe são entregues, até se atingir a capacidade máxima da rede

Na prática verifica-se muitas vezes o seguinte fenómeno (congestão)





X.25Nível de Rede em Redes

Públicas

Normas de 1976, 1980, 1984, 1988

Exº X.25/1984

DTE - Data Terminal Equipment

DCE - Data Circuit Equipment





X.25

Nível 3 do X.25 faz a gestão das ligações entre dois DTEs

Tipos de ligações• Circuitos Virtuais• Circuitos Virtuais Permanentes

Uma ligação inicia-se com um pedido de estabelecimento de um circuito virtual

À ligação é atribuido um número (pequeno inteiro) que identifica o circuito virtual





X.25Endereçamento

Endereços X.121

• Código de País (DNIC)

• Endereço de Rede

• Sub-endereço

Exº 0268004010314





Ligação de Terminais assíncronos a sistemas

remotos acessíveis por X.25

Normas:

X.3, X.28 e

X.29 (XXX - triple X)

Modo PAD





Serviços FornecidosO Nível de Transporte fornece serviços ao Nível de Sessão

O Nível de Transporte usa os serviços que lhe são fornecidos pelo Nível de Rede

Os serviços são oferecidos a entidades residentes nos computadores que comunicam (aos processos que comunicam, um em cada computador)

Há dois tipos de serviços de transporte:

Connection-oriented

Connection-less





O Nível de Transporte

Nível de protocolos fundamental na arquitectura de rede

Promove um mecanismo de comunicação fiável entre os 2 sistemas que comunicam, de um modo independente das redes físicas em uso.

Este nível é usado em muitos casos em que é necessário o transporte de sequências de bits entre sistemas, mas não é preciso tudo o resto que lhe está sobreposto (exº pipes entre 2 sistemas UNIX ligados em rede)

A ARPANET assenta as aplicações directamente no seu nível de transporte

Tecnologias de rede (níveis 1 a 3) é de esperar que variem muito com a evolução tecnológica. O nível de transporte é (+ ou -) estável.





Serviços FornecidosO Nível de Transporte fornece serviços ao Nível de Sessão

O Nível de Transporte usa os serviços que lhe são fornecidos pelo Nível de Rede

Os serviços são oferecidos a entidades residentes nos computadores que comunicam (os processos que comunicam, um em cada computador)

Há dois tipos de serviços de transporte:

Connection-oriented

Connection-less





Qualidade de ServiçoQOS - Quality of Service

Se o serviço de rede fornece um serviço fiável o nível de transporte precisa de fazer pouco

Se o serviço de rede é pouco robusto o serviço de transporte precisa suprir este problema

Para medir o desempenho do nível de transporte define-se um

conjunto de objectivos que o permitem medir





Parâmetros

de Qualidade de ServiçoTempo de Estabelecimento de Ligação

Probabilidade de Falha de Estabelecimento de ligação

Throughtput

Atraso de Trânsito

Taxa de Erro Residual

Probabilidade de Falha de Transferência

Atraso de Libertação de Ligação

Probabilidade de Falha de Libertação de Ligação

Protecção

Prioridade





Protocolos de TransporteSemelhante aos protocolos do nível de rede mas:

No nível de rede há uma ligação ponto-a-ponto por baixo

No nível de transporte há uma rede inteira por baixo

O nível de rede tem capacidade de armazenar pacotes e entregá-los com atrasos, por vezes significativos

Tipos de Redes

A - Sem erros e sem RESETs

B - Sem erros mas com RESETs

C - Com erros, pacotes perdidos e/ou duplicados e com RESETs





Classes deProtocolos de

Transporte

seminário it 1-março-1999 © pedro veiga - fc/ul seminário it 1-março-1999 © pedro veiga -...

Documents