1. Introdução às Comunicações e às Redes de Computadores Normas e o Modelo OSI. Secção de Redes de Comunicação de Dados

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1 1. Introdução às Comunicações e às Redes de Computadores Normas e o Modelo OSI Redes de Comunicações/Computadores I Secção de Redes de Comunicação de Dados

2 Normas de redes No início era o caos... cada fabricante tinha as suas tecnologias, topologias, protocolos, etc. No entanto os utilizadores queriam... poder comunicar com outros, mesmo que esses não tivessem máquinas do mesmo fabricante. Consequentemente os fabricantes criaram... normas (standards) de Redes de Comunicação de Dados Redes de Comunicações I 2

3 Organizações ligadas à normalização IEEE - Institution of Electrical and Electronics Engineers Redes locais ISO - International Standards Organization Organismo da ONU CCITT - International Telegraph and Telephone Consultive Committee Redes públicas de dados, modems, ligações ponto a ponto ITU - International Telecommunication Union Redes locais, redes globais Mais recente adoptou e/ou adaptou alguns dos standards de outras organizações Redes de Comunicações I 3

4 Organizações internacionais normalização Redes de Comunicações I 4

5 Normalização na Internet IAB (Internet Architecture Board): organismo do DoD, criado em Em 1989, IAB foi reorganizado (figura abaixo). Em 1992, foi criada a Internet Society, deixando de ser uma instituição governamental americana Redes de Comunicações I 5

6 Protocolos de comunicação Funções: Estabelecer ligações. Terminar ligações. Controlo de erros. Controlo de ordem das mensagens. Controlo de fluxo (assimetrias). Segmentação de mensagens grandes. Multiplexagem do meio físico. Transmissão através do meio físico. Escolha do caminho das mensagens Redes de Comunicações I 6

7 Arquitectura do sistema de comunicação É um bloco complexo de HW e SW Tem que realizar um conjunto muito diversificado de funções. Possíveis arquitecturas para o bloco: Monolítico. Difícil de testar, de corrigir e de melhorar. Por camadas (Layers). Ex.: Correio entre dois directores de empresas. Interface bem definida. Implementação independente. Fácil de reutilizar ou de trocar partes Redes de Comunicações I 7

8 Arquitectura hierárquica Ex.: empresa, exército 3 Location A I like rabbits Message Philosopher Location B J'aime bien les lapins 3 2 L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote translator Translator L: Dutch Ik vind konijnen leuk 2 1 Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk Information for the remote secretary Secretary Fax #--- L: Dutch Ik vind konijnen leuk Redes de Comunicações I 8

9 OSI: Modelo de referência da ISO OSI OPEN SYSTEMS INTERCONNECTION (Interligação de Sistemas Abertos) Primeiro passo em direcção a um modelo standard, a nível internacional, de protocolos de comunicação entre sistemas (abertos) O modelo é composto de 7 camadas, em que cada uma fornece um conjunto de funções à camada de cima, baseando-se nas funções que lhes são fornecidas pela camada de baixo Redes de Comunicações I 9

10 Organização do modelo OSI Funções Orientadas à Aplicação Funções Dependentes da Rede Redes de Comunicações I 10

11 Organização do modelo OSI Camadas dependentes da rede Física, Ligação de Dados, Rede Dependem do meio físico de transmissão, da topologia da rede Camada de Interface Transporte Fornece uma interface independente da rede para ser usada pelas camadas orientadas à aplicação. Camadas orientadas à aplicação Sessão, Apresentação, Aplicação Dependem da máquina e do sistema operativo Redes de Comunicações I 11

12 Organização do modelo OSI Camadas orientadas à Aplicação Camadas dependentes da Rede Redes de Comunicações I 12

13 Funcionamento do modelo OSI Redes de Comunicações I 13

14 Organização do modelo OSI funções de cada nível Aplicação do utilizador Serviços de informação distribuídos. Serviço de mensagens com sintaxe independente. Serviço de mensagens independentes da rede. Ligação física à rede Transferência de ficheiros, acesso e gestão... Negociação da sintaxe de dialogo, transformações de dados Diálogos e controlo de sincronização para as aplicações Transferência de dados end-to-end Encaminhamento na rede, endereçamento, estabelecimento e libertação de ligações Controlo da ligação de dados Definições mecânicas e eléctricas da interface com a rede 7 Nível de aplicação 6 - Nível de apresentação 5 Nível de sessão 4 Nível de transporte 3 Nível de rede 2 Nível de ligação 1 Nível de físico Rede de comunicação de dados Redes de Comunicações I 14

15 Nível físico Trata da comunicação de bits através de um canal. Define interfaces mecânicas: quantidade de pinos do conector. Define características eléctricas da interface: potenciais para representar o 1 e o 0, duração dos bits em s. Define características de procedimentos: maneira de utilização dos pinos, forma de estabelecer a conexão e de a terminar. Se a conexão é realizada nas duas direcções ou não. O meio de transmissão físico, fica abaixo da camada física Redes de Comunicações I 15

16 Funções do nível físico Definição dos sinais eléctricos. Tipos de conectores. Meio (e.g. coax, fibra). Débito binário. Modulação. Códigos de linha. Sincronização Redes de Comunicações I 16

17 Nível de ligação (ou lógico) Transformar um canal de transmissão numa linha livre de erros. Estruturar as mensagens em tramas (frames) usando padrões de bits especiais no seu inicio e fim. Retransmissão das tramas erradas, que pode levar a situações de tramas repetidas, se falhar o reconhecimento (ack) Ter mecanismo de controle de tráfego. Por vezes este controlo de fluxo e tratamento de erros são integrados. As redes de difusão lidam ainda com a questão de acesso ao canal compartilhado Redes de Comunicações I 17

18 Funções do nível de ligação Monitorização de trafego. Delimitação. Controlo de fluxo. Controlo de trafego. Sequência. Re-transmissão Redes de Comunicações I 18

19 Nível de rede Controla a operação da sub-rede Faz o encaminhamento dos pacotes O encaminhamento pode-se basear em tabelas estáticas, amarradas à rede e que raramente são alteradas, ou podem ser dinâmicas, de modo a reflectirem a carga actual da rede. Faz controle de congestionamento. Produz informação de modo a permitir tarifação. Permitir compatibilidade na interconexão de sub-redes entre si, porque podem ser heterogéneas. Nas redes de difusão (multiponto) o problema do encaminhamento é simples, pelo que esta camada torna-se bastante mais simples nestes casos Redes de Comunicações I 19

20 Funções do nível de rede Monitorização de trafego. Encaminhamento. Controlo de trafego. Sequência. Qualidade de Serviço Redes de Comunicações I 20

21 Nível de transporte Garante o isolamento das camadas superiores face às inevitáveis mudanças de tecnologias de hardware. É uma camada fim-a-fim e utiliza os cabeçalhos e mensagens de controlo para comunicar com a máquina de destino. nas camadas inferiores comunica-se entre máquinas vizinhas (nós ou routers) ou seja, são camadas encadeadas (de âmbito local). Determina a QoS que será oferecido à camada de sessão (existem 5 classes). Faz controlo de fluxo fim a fim (entre DTE- data terminal equipment ou hosts) (também existe esta funcionalidade no nível 2 mas é entre routers, embora os princípios sejam semelhantes. Estabelece e termina conexões de rede Redes de Comunicações I 21

22 Funções do nível de transporte Monitorização de trafego entre terminais. Recuperação de erros da camada de rede. Controlo de fluxo. Abstracção do nível de rede. Conceito SDU Redes de Comunicações I 22

23 Nível de sessão Gere o controlo de tráfego (especialmente se for half-duplex). Faz a gestão do testemunho (token), pois certas aplicações exigem que ambas os lados não executem uma determinada operação em simultâneo. Para gerir essas actividades, a camada de sessão oferece tokens para serem trocados. Só o lado que possuir o token poderá executar determinadas operações. Realiza o serviço de sincronização: Consiste num sistema de recuperação contra falhas que ocorram nas máquinas dos extremos (porque neste nível ainda não existe o conceito de segmento ou pacote, sobre o qual actua o controle de erros). Insere pontos de sincronização no fluxo de dados, de modo que, qd ocorrer uma falha, apenas os dados transferidos depois do ultimo ponto de sincronização tenham de ser repetidos Redes de Comunicações I 23

24 Funções do nível de sessão Gestão das sessões de aplicação. Checkpoints. Resincronização. Fecho de ligações ordenadamente Redes de Comunicações I 24

25 Nível de apresentação Preocupa-se com a sintaxe e a semântica das informações transmitidas: a maior parte dos programas faz um intercambio de dados, como datas, nomes, valores monetários. Estes itens são representados como texto, inteiros, números de ponto flutuante, estruturas de dados compostas: podem usar códigos ASCII, EBCDIC, Unicode, ou complemento para um versus complemento para dois entre outras coisas. Para permitir que computadores com diferentes representações comuniquem os dados são convertidos numa forma abstracta segundo uma codificação padrão de rede estabelecida, a qual também é transferida durante a conexão Redes de Comunicações I 25

26 Funções do nível de apresentação Descrição de ficheiros. Sintaxe para transferência de dados Redes de Comunicações I 26

27 Nível de aplicação Definir terminal virtual de rede, para o qual são desenvolvidos editores e outros programas (servidor). No cliente o nível de aplicação tem o elemento de software que permite realizar a correspondência entre as funções do terminal virtual e do terminal real. Cada terminal tem o seu layout de ecrã e sequências de escape para a inserção e exclusão de texto, movimentação de cursor, etc... Compatibilizar diferentes convenções de denominação de arquivos e diferentes formas de representação de linhas de texto, entre outras coisas, necessárias à aplicação de transferência de ficheiros. Servir de interface às aplicações de correio electrónico, de execução de tarefas remotas, de pesquisa de directórios e uma série de outros recursos específicos e genéricos Redes de Comunicações I 27

28 Funções do nível de aplicação Transferência de ficheiros. Mensagens. Serviços de terminal. Serviço de ficheiros. Suporte de bases de dados. Gestão de redes Redes de Comunicações I 28

29 Entidade/SAP (Service Access Point) Redes de Comunicações I 29

30 Interfaces/serviços/PDUs Redes de Comunicações I 30

31 Terminologia OSI Redes de Comunicações I 31

32 Formato das primitivas de serviço Redes de Comunicações I 32

33 Primitivas de serviço Representação espacial Redes de Comunicações I 33

34 Primitivas de serviço Representação temporal Redes de Comunicações I 34

35 Endereçamento-OSI AP address= PSAP + SSAP + NSAP Redes de Comunicações I 35

36 Alguns reparos ao modelo... A perfeição é inatingível! (será?) As camadas de baixo (ligação de dados e rede) são muito cheias de funcionalidade e em algumas implementações tiveram que ser divididas em várias sub-camadas. As camadas de cima (sessão e apresentação) são um pouco vazias de funcionalidade e em algumas implementações não existem. Há funcionalidades que se repetem em várias camadas. O modelo no seu conjunto é complexo e deixa muito a desejar em termos de eficiência. Surgiu muito tardiamente, e já existiam outros modelos no mercado: ex.: TCP/IP Redes de Comunicações I 36

37 Críticas ao modelo OSI (1) Surgiu muito tarde: As empresas já tinham investido no desenvolvimento de modelos e já haviam protocolos amplamente divulgados. Surgiu em Modelo inspirado pelo SNA da IBM; Camada de Sessão com poucas funções, camada Apresentação praticamente vazia, camadas 2 e 3 são sobrecarregadas. Protocolos implementados tiveram de subdividir essas camadas em várias subcamadas; Extraordinariamente complexo e de difícil implementação e de operação nada eficiente; Algumas funções como endereçamento, controle de fluxo e controle de erros, reaparecem em várias camadas; Redes de Comunicações I 37

38 Críticas ao modelo OSI (2) Implementações iniciais lentas, pesadas e gigantescas, aparecendo associada a baixa qualidade. Por outro lado o TCP/IP já fazia parte do sistema operativo UNIX (muito utilizado em ambientes académicos). O modelo OSI era tido como a criatura dos ministérios de telecomunicações europeus Redes de Comunicações I 38

39 Vantagens do modelo OSI Embora não tenha feito um sucesso retumbante, ainda é o preferido das operadores europeias. Houve uma actualização em 1994, mas poucos aspectos mudaram. O modelo OSI mostrou-se excepcionalmente útil para a discussão de redes de computadores Redes de Comunicações I 39

40 Normas do modelo de referência OSI ISO - normas para redes privadas. ITU-T normas para prestadores de serviços público: Séries T (PSTN). Séries X (PSDN). Séries I (RDIS) Redes de Comunicações I 40

41 Relação do modelo OSI com família TCP/IP Redes de Comunicações I 41

42 Sumário e bibliografia Sumário: Necessidade Identificação das funções de cada camada Interfaces / primitivas / terminologia Bibliografia: Fred Hallsal Redes de Comunicações I 42

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