Tópicos em redes e sistemas distribuídos

Carlos Oberdan Rolim

Ciência da Computação

Sistemas de Informação

Modelos de referência

OSI e TCP/IP

Analogia

Visão do mundo real

Deslocamento de objetos, físico ou lógico chamado de fluxo

Questões envolvidos no fluxo dos objetos

Analogia

Fluxo da mensagem

Remetente

MensagemEscrita

Envelope

Agência

Rodovia/Malote

Envelope

Agência

MensagemEscrita

Destinatário

Conceito de camadas

Meios de transmissão

Um meio é um “material” através do qual os pacotes de dados trafegam.

Cabo coaxial

UTP e STP

Fibra Óptica

Ar (wireless)

Protocolo

É uma descrição formal de um conjunto de regras e convenções que governam a maneira de comunicação entre os dispositivos em uma rede.

Linguagem comum: PortuguêsPortuguês

Camadas, meio físico e protocolos

Comunicação em rede

O modelo OSI

Modelo de referência OSI

A ISO (International Standards Organization) reconheceu a necessidade das redes trabalharem juntas e se comunicarem

Por isso, a ISO lança em 1984, o modelo de referência OSI (Open System Interconnection)

O Modelo de referência OSI é o modelo fundamental para comunicações em rede

OSI – Modelo em camadas

Permite a visualização das funções de rede que acontecem em

cada camada

Decompõe as comunicações de rede em partes menores e mais

simples.

Padroniza os componentes de rede, permitindo o desenvolvimento e o suporte por parte de vários fabricantes.

OSI – Modelo em camadas

Possibilita a comunicação entre tipos diferentes de hardware e

de software de rede.

Evita que as modificações em uma camada afetem as outras,

possibilitando maior rapidez no seu desenvolvimento.

Cada camada OSI individual tem um conjunto de funções que ela

deve executar para que os pacotes de dados trafeguem de uma

origem a um destino em uma rede.

OSI – Modelo em camadas

O modelo possui 3 conceitos fundamentais:

Serviços: aquilo que a camada faz

Interfaces: como os processos acima dela podem acessá-la

Protocolos: aqueles usados são de responsabilidade da camada. Pode ser usado qualquer um desde que viabilize a realização do trabalho

Contribuição mais importante do modelo OSI

As 7 camadas do modelo OSI

Camada Física (Physical)

Compreende as especificações de hardware (mecânicos, elétricos, físicos) todos documentados em padrões internacionais.

É a camada onde efetivamente ocorre a comunicação entre emissor e receptor;

Domínio do cabeamento estruturado,

Normas sobre conectores, placas de rede, cabos, terminadores, etc.

Ex. : Repetidor, HUB, Transceptores;

Unidade de dados : BIT.

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada enlace (Data link)

Responsável pelo acesso lógico ao ambiente físico, como transmissão e reconhecimento de erros.

Transforma a camada física em um ambiente livre de erros

Detecção e correção de erros nos frames;

Delimita e estabelece campos

Delimitadores por padrão físico, tamanho ou codificação

Subdividida nas redes IEEE802 (LLC e MAC);

Controle de fluxo;

Ex.: Placa de Rede, bridge, switch convencional;

Unidade de dados : QUADRO (frame).

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada rede (Network)

Cuida do tráfego e roteamento dos dados na rede

É a camada da interligação entre “padrões de rede” diferentes;

Controle de operação e contabilização de recursos;

Roteamento de pacotes e controle de transmissão entre estações;

Ex. : Roteadores, switchs de camada 3, protocolo IP;

Unidade de dados : PACOTE.

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada transporte (Transport)

Controla a transferência dos dados e transmissões

isto é executado pelo protocolo utilizado.

Primeira camada fim a fim !

Confiabilidade na entrega de dados no destino;

Estabelece qualidade de serviço (QoS);

Estabelecimento de conexões & multiplexação;

Protocolos: TCP, UDP;

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada sessão (Session)

Estabelece as sessões entre os usuários de diferentes máquinas.

Determina pontos de checagem intermediária

Em caso de problema conexão continua a partir do último ponto

Controle de fluxo (quem pode transmistir em que momento);

Gerenciamento de tokens, sincronização;

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada apresentação (Presentation)

Sintaxe e semântica;

Representação da informação;

Criptografia, compactação;

Estruturas de dados.

Ex.: protocolo NFS

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Camada aplicação (Application)

É representada pelo usuário final.

Faz a interface entre o protocolo de comunicação e a aplicação

Aplicações associadas à comunicação de dados :

Telnet

Correio eletrônico

Serviços de Sistemas Operacionais de Rede

Serviços de Arquivo, FTP

WEB Server

Física

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

O modelo TCP/IP

História

1969 – DARPA (Departament of Defense Advanced Research Projects Agency) projeto ARPANET

Universidade da Califórnia (Los Angeles + Santa Bárbara) + UTAH + Instituto de Pesquisa de Stanford

TCP/IP sobre UNIX (Universidade da Califórnia de Berkeley)

Anos 85 – National Science Foundation – NSFNET interconectou ARPANET e outras comunidades de pesquisa – padronizou TCP/IP

1990 – Brasil se conecta a NFSNET

1993 – Internet uso comercial = popularização

Responsável pelo TCP/IP

ISOC – Internet Society

Padronização do TCP/IPRFC - Request for Comments (Pedidos para Comentários)

O IAB (Internet Activities Board) é o comitê responsável por definir os padrões e por gerenciar o processo de publicação dos RFCs.

O IAB coordena dois grupos

IRTF (Internet Research Task Force)

Pesquisa sobre o TCP/IP

IETF (Internet Engineering Task Force)

Problemas ocorridos na Internet

Camada rede

Camada de abstração de hardware

interface com os diversos tipos de redes (X.25, ATM, FDDI, Ethernet, Token Ring, Frame Relay, etc).

Equivalente às camadas 1 e 2 (física e

enlace) do modelo OSI

Funções de identificação do meio e acesso ao meio

LAN: IEEE 802.3, 802.4, 802.5, etc.

WAN: X.25, HDLC, etc.

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

Camada internet

Estabelece a troca de pacotes sem conexão através da malha da rede física.

Roteamento entre as diferentes sub-redes, assim como funções para evitar congestionamento.

Padronizado em um formato de pacote e protocolo IP - Internet Protocol.

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

Camada transporte

Permite a dois pontos da rede estabelecerem uma conversação.

Exatamente igual OSI

TCP (Transmission Control Protocol) provê um serviço confiável e orientado à conexão. Implementa um mecanismo de checksum.

UDP (User Datagram Protocol) provê um serviço não-confiável e não orientado a conexão, com melhor tempo de resposta

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

Camada aplicação

Reúne os protocolos que fornecem serviços de comunicação ao sistema ou ao usuário. Pode-se separar os protocolos de aplicação em:

Protocolos de serviços básicos: fornecem serviços para atender as próprias necessidades do sistema de comunicação TCP/IP: DNS, DHCP

Protocolos de serviços para o usuário: FTP, HTTP, Telnet, SMTP, POP3, IMAP e outros

AplicaçãoAplicação

TransporteTransporte

Internet

Rede

Comparação

Arquitetura OSI

Físico

Enlace

Rede

Transporte

Sessão

Apresentação

Aplicação

Arquitetura TCP/IP

Rede

Internet

Transporte

Aplicação

Comparação

Há diversas semelhanças com o modelo conceitual OSI da ISO, mas o TCP/IP é anterior à formalização deste modelo e portanto possui algumas diferenças

Quantidade de camadas

OSI = 7 TCP/IP = 4

OSI descreve apenas os serviços prestados em cada camada, não definindo os protocolos que atuam nela, o que pode levar inclusive dois sistemas que seguem o modelo a não se comunicarem

Maior contribuição do OSI: serviço, interface e protocolo

Comparação

O Modelo OSI é um modelo conceitual, e não a arquitetura de uma implementação real de protocolos de rede.

TCP/IP foi desenvolvido com o objetivo de resolver um problema prático: interligar redes com tecnologias distintas

O TCP/IP foi projetado segundo uma arquitetura de pilha, onde diversas camadas de software interagem somente com as camadas acima e abaixo.

Comparação

O TCP/IP parece ser mais simples por ter menos camadas

Os protocolos do TCP/IP são os padrões em torno dos quais a Internet se desenvolveu, portanto o modelo TCP/IP ganha credibilidade

Em contraste, nenhuma rede foi criada em torno de protocolos específicos relacionados ao OSI, embora todos usem o modelo OSI para guiar seu raciocínio

Praticamente todos os sistemas operacionais do mercado implementam a pilha TCP/IP

Análise final

Crítica ao modelo OSI

Momento ruim

Tecnologia ruim

Camadas vazias

Funções repetidas

Implementação ruim

Inicio x TCP/IP já em uso (Unix)

Crítica ao TCP/IP

Não define claramente interface, serviço e protocolo

Não faz distinção entre camada física e de enlace

Análise final

OSI ótimo modelo – protocolos não populares

TCP/IP modelo praticamente não existe - protocolos populares