Endereços de transporte TPDU. Nível de Rede Endereço de rede. Figura 1. Entidade de transporte

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1 24 A CAMADA DE TRANSPORTE O nível de transporte é o coração da pilha de protocolos Sua tarefa é prover transporte confiável e eficiente de dados de uma máquina origem para uma máquina destino, independente da (ou das) rede física existente O hardware e software no nível de transporte que desempenha essa função é chamado de entidade de transporte, podendo se localizar no núcleo do sistema operacional, em um processo separado ou mesmo na placa de interface de rede Máquina 1 Nível de Superior Endereços de transporte Máquina 2 Nível de Superior Entidade de Transporte TPDU Entidade de Transporte Nível de Rede Endereço de rede Nível de Rede Figura 1 Entidade de transporte UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 1

2 O nível de transporte, de modo semelhante ao nível de rede, oferece o serviço com conexão e sem conexão Por esse fato, levanta-se a questão: Por que existir o nível de transporte? A resposta é sutil, mas crucial O nível de rede é parte da subrede de comunicação e é implementado (pelo menos em MANs e WANs) pelas operadoras de telecomunicação O que ocorre se o nível de rede oferece serviço orientado à conexão, mas não confiável? Se ele perde pacotes com freqüência? Se os roteadores envolvidos entram em pane com alguma freqüência? Problemas ocorrem na subrede de comunicação, sobre a qual os usuários finais não têm controle total A solução do problema é colocar mais um nível sobre o nível de rede (o nível de transporte!) para melhorar a qualidade do serviço (Quality of Service QoS) QoS de transporte pode permitir ao usuário especificar valores desejáveis, aceitáveis e mínimos para vários parâmetros na hora da abertura de uma conexão (quando se usa o serviço com conexão) UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 2

3 Os principais parâmetros de QoS são descritos na tabela a seguir QoS Atraso no estabelecimento de conexão Probabilidade de falha no estabelecimento de conexão Taxa de transferência Atraso de trânsito Taxa de erro residual Comentário Quanto menor, melhor Quanto menor, melhor Quantidade de bytes transportados por segundo (nos dois sentidos) Quanto tempo leva para chegar no nível de transporte da máquina destino (nos dois sentidos) Relação da quantidade de dados perdidos pela quantidade de dados transportados Em tese deveria ser zero, mas na prática pode ter algum valor pequeno Proteção Proteção contra interceptação e/ou adulteração dos dados transportados Flexibilidade (Elasticidade) Probabilidade do próprio nível de transporte encerrar uma conexão devido à problemas internos e/ou de congestionamento UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 3

4 241 Primitivas de Transporte Fundamentalmente, o nível de transporte (nas várias arquiteturas de rede) oferece as primitivas mostradas na tabela a seguir Primitiva TPDU Enviado Significado LISTEN (nenhum) Bloqueia até algum usuário tentar uma conexão CONNECT abertura de Usuário tentando estabelecer conexão conexão SEND dados envio de informação RECEIVE (nenhum) bloqueia até a chegada de um TPDU de dados DISCONNECT fechamento de conexão Usuário encerrando conexão UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 4

5 Para se ter uma idéia de funcionamento, considere uma aplicação de rede com um programa servidor e vários programas clientes (pex, o IRC) As primitivas usadas por cada elemento envolvido na comunicação seriam: De início, o servidor executa um LISTEN (chamando uma rotina de biblioteca que faz uma chamada ao sistema operacional que bloqueia o programa servidor) para ficar aguardando solicitações de abertura de conexão feitas por clientes; Um cliente, desejando "falar" com o servidor, executa um CONNECT, sendo bloqueado até obter uma resposta do servidor (ou até esgotar um temporizador); O servidor recebe o pedido de abertura de conexão, responde confirmando, e libera o fluxo de comunicação com o cliente; Cliente e servidor trocam dados entre si com chamadas a SEND e RECEIVE; O cliente encerra a conexão com DISCONNECT; O servidor aceita a desconexão e continua a aguardar pedidos de abertura de conexão UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 5

6 242 Elementos de Protocolos de Transporte A camada de transporte guarda algumas semelhanças com a camada de enlace de dados: Controle de erro; Controle de sequenciamento; Controle de fluxo Apresenta, porém, algumas diferenças importantes: Endereçamento de aplicação (processos) no emissor e receptor; Abertura/ Encerramento de conexão mais elaborado com tratamento de dados "em trânsito" na subrede; Armazenamento temporário de segmentos no emissor e receptor; Grande quantidade de conexões simultâneas, necessitando de maior controle de fluxo UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 6

7 Endereçamento de aplicação ao nível de transporte Como um programa cliente que deseja abrir uma conexão com um programa servidor identifica de forma única o servidor? Como o próprio cliente se identifica para o servidor? Normalmente são usados endereços de transporte, a partir dos quais os servidores ficam aguardando ("escutando") pedidos de abertura de conexão São os chamados Pontos de Acesso do Serviço de Transport (Transporte Service Access Point TSAP), que são análogos aos Pontos de Acesso do Serviço de Rede (Network Service Access Point NSAP) Em muitas arquiteturas de rede, endereços de transporte são números inteiros (padronizados em uma dada arquitetura) que identificam programas servidores e programas clientes em máquinas da rede A figura a seguir ilustra a utilização desses endereços de transporte UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 7

8 Máquina 1 Máquina 2 Aplicação Cliente TSAP 6 Nível de Aplicação Aplicação Servidor Conexão de transporte começa aqui Nível de Transporte TSAP 122 NSAP Conexão de rede começa aqui Nível de Rede NSAP Nível de Enlace Nível Físico Figura 2 Endereçamento de programas (TSAPs) e máquinas (NSAPs) UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 8

9 Estabelecimento de Conexão Teoricamente simples: Origem envia solicitação (TPDU) de abertura de conexão (CONNECT REQUEST - CR) Destino recebe CR e envia resposta favorável (ACCEPT ACK) ou desfavorável (REJECT) Origem inicia transmissão se recebe ACCEPT ACK O problema é que solicitações ou respostas podem se perder (ou serem duplicadas) no caminho: Pode haver duplicação de solicitação quando uma confirmação demora muito a chegar A subrede pode reter um pacote por um tempo relativamente longo, gerando instabilidades Como resolver o problema? Usando um mecanismo Conhecido por Threeway Handshake (ou Aperto de mão em três vias) UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 9

10 Emissor Receptor CR(seq=X) tempo ACK(seq=Y, ack=x) DATA(seq=X, ack=y) Figura 3 Threeway handshake Theeway Handshake em situação normal Emissor envia CONNECT com número de sequência X Receptor envia ACK com sequência Y, e reconhecendo sequência X Emissor recebe ACK e inicia envio de dados (DATA) com sequência X, reconhecendo sequência Y UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 10

11 Emissor CR duplicado CR(seq=X) Receptor ACK(seq=Y, ack=x) tempo REJECT( ack=y) Figura 4 Threeway Handshake com duplicação de CR Threeway Handshake com duplicação de CR Receptor recebe CR duplicado, ignora a segunda ocorrência porque a conexão já foi aberta e reenvia ACK Emissor recebe ACK, ignora porque a conexão já foi aberta e envia REJECT Receptor recebe REJECT e fica sabendo que a conexão também já está aberta no emissor (cai na real, descobrindo que foi enganado por um CR duplo) UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 11

12 Encerramento de Conexão Não é tão simples quanto possa parecer Pode ser: Assimétrico, quando emissor ou receptor fecha a conexão e a comunicação física é interrompida (como no sistema telefônico) Simétrico, quando a comunicação é vista como duas conexões unidirecionais e o emissor e o receptor devem ser liberados separadamente Problema dos dois exércitos Como sincronizar os ataques da tropa A com a tropa B, para vencer a tropa C, sendo que A e B juntas vencem a tropa C, mas A e B isoladas perdem da tropa C? UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 12

13 Tropa A Tropa B Tropa C Figura 5 Problema dos dois exércitos Se cada tropa esperar a confirmação do parceiro, nunca se fará nada! Com rede é bem mais fácil, usando-se técnicas de retransmissão temporizada e desconexão temporizada, como mostrado nas figuras a seguir UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 13

14 Emissor Receptor tempo Encerra conexão Envia ACK ACK Encerra conexão Figura 6 Encerramento normal de conexão UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 14

15 Emissor Receptor tempo Encerra conexão Envia ACK ACK -relógio toca Encerra conexão Figura 7 Encerramento de conexão com perda de ACK UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 15

16 Emissor Receptor tempo -relógio toca Encerra conexão Envia ACK ACK Encerra conexão Figura 8 Encerramento de conexão com perda de resposta UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 16

17 Emissor Receptor tempo -relógio toca -relógio toca Encerra conexão N-ésima vez -relógio toca Encerra conexão Figura 9 Encerramento de conexão com perda de resposta e seguintes UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 17

18 Controle de Fluxo e Armazenamento Temporário Controle de fluxo é facilmente resolvido com o uso de protocolos de janela deslizante (slide window), como o visto na camada de enlace Quando um emissor não pode (ou não quer) receber mais segmentos do receptor, envia para o mesmo uma mensagem definindo tamanho 0 (zero) para a janela deslizante de recepção Posteriormente, envia mensagem de controle indicando um novo N para o reinicio da transmissão emissor receptor Basta ter bits para window size no TPDU UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 18

19 Armazenamento temporário é necessário porque durante a transmissão de uma mensagem dividida em vários segmentos, a camada de transporte guardar os segmentos enviados e ainda não confirmados (ACK) pelo receptor, para poder fazer eventuais retransmissões É preciso haver área de armazenamento temporários para diversos segmentos de diversas conexões em andamento A gerência dessa área de armazenamento pode ser feita de várias formas, sendo bastante comum a utilização de listas encadeadas com elementos de tamanho fixo ou variável e listas circulares Esse armazenamento temporário é necessário para o emissor e para o receptor (que deve armazenar segmentos até poder recompor a mensagem original e entrega-lá para as camadas superiores) UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 19

20 (a) Lista encadeada com blocos de tamanho fixo (b) Lista encadeada com blocos de tamanho variável (c) Lista encadeada circular com blocos de tamanho variável Espaço livre Figura 10 Gerência de armazenamento temporário UFPB / CCT / DSC / PSN, 2001 * Parte 2: Arquitetura - Camada de Transporte * Pág 20