Fundamentos de Redes de Dados e Comunicação. Modelo OSI. Prof. Dr. Alexandre L. Rangel

Transcrição

1 Fundamentos de Redes de Dados e Comunicação Modelo OSI Prof. Dr. Alexandre L. Rangel

2 Objetivos Modelo de Referência OSI, Física Enlace Rede Sessão Apresentação Aplicação

3 Objetivos Modelo de Referência OSI, visão geral e introdutória de modelo de camadas, induzindo às arquiteturas IEEE8O2 e INTERNET Física e enlace apresentando pontos mais relevantes dos diversos padrões para redes locais e metropolitanas, tais como, 802.3, 802.5, e FDDI e também padrões emergentes como Fast Ethernet, FDDI II, 100UG, etc. Rede, com destaque para roteamento, endereçamento, controle de congestionamento, tipos de serviços orientados à conexão e não orientados à conexão (arquitetura Internet) Sessão, apresentando os serviços deste nível com os conceitos de gerenciamento de token e sincronização de conexões Apresentação: são introduzidos os conceitos de sintaxe abstrata, concreta, de transferência, criptografia e compressão de dados Aplicação: são discutidos os diversos serviços associados a esta camada, tanto do padrão ISO como a Internet, como, ftp, telnet, smtp, snmp, dns, etc.

4 Modelo OSI

5 Modelo OSI

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7 Modelo OSI

8 Modelo OSI O modelo é chamado de Modelo de Referência ISO OSI(Open Systems Interconnection), pois ele trata da interconexão de sistemas abertos ou seja, sistemas que estão abertos à comunicação com outros sistemas. Para abreviar, geralmente é chamado simplesmente de modelo OSI. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

9 Modelo OSI O Modelo OSI (criado em 1970 e formalizado em 1983) é um modelo de referência da ISO que tinha como principal objetivo ser um modelo standard, para protocolos de comunicação entre os mais diversos sistemas, e assim garantir a comunicação end-to-end. Este modelo divide as redes de computadores em 7 camadas, de forma a se obter camadas de abstração. Cada protocolo implementa uma funcionalidade assinalada a uma determinada camada. Segundo Tanenbaum o Modelo OSI não é uma arquitetura de redes, pois não especifica os serviços e protocolos exatos que devem ser usados em cada camada. Ele apenas informa oque cada camada deve fazer, O Modelo OSI permite comunicação entre máquinas heterogêneas e define diretivas genéricas para a construção de redes de computadores (seja de curta, média ou longa distância) independente da tecnologia utilizada. (WIKIPEDIA, 2004)

10 Modelo OSI O modelo OSI tem sete camadas. Veja a seguir um resumo dos princípios aplicados para se chegar às sete camadas. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

11 Modelo OSI 1. Uma camada deve ser criada onde houver necessidade de outro grau de abstração. 2. Cada camada deve executar uma função bem definida. 3. A função de cada camada deve ser escolhida tendo em vista a definição de protocolos padronizados internacionalmente. 4. Os limites de camadas devem ser escolhidos minimizar o fluxo de informações pelas interfaces. 5. O número de camadas deve ser grande o bastante para que funções distintas não precisem ser desnecessariamente colocadas na mesma camada e pequeno o suficiente para que a arquitetura não se torne difícil de controlar. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) para

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13 A camada física A camada física trata da transmissão de bits brutos por um canal de comunicação. O projeto da rede deve garantir que, quando um lado enviar um bit 1, o outro lado o receberá como um bit 1, não como um bit 0. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

14 A camada física Nesse caso, as questões mais comuns são a voltagem a ser usada para representar um bit 1 e um bit 0, a quantidade de nanossegundos que um bit deve durar, o fato de a transmissão poder ser ou não realizada nos dois sentidos simultaneamente, a forma como a conexão inicial será esta estabelecida e de que maneira ela será encerrada quando ambos os lados tiverem terminado, e ainda quantos pinos o conector de rede terá e qual será a finalidade de cada pino. Nessa situação, as questões de projeto lidam em grande parte com interfaces mecânicas, elétricas e de sincronização, com o meio físico de transmissão que se situa abaixo da camada física. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

15 A camada física A camada física define especificações elétricas e físicas dos dispositivos. Em especial, define a relação entre um dispositivo e um meio de transmissão, tal como um cabo de cobre ou um cabo de fibra óptica. Isso inclui o layout de pinos, tensões, impedância da linha, especificações do cabo, temporização, hubs, repetidores, adaptadores de rede, adaptadores de barramento de host (HBA usado em redes de área de armazenamento) e muito mais. A camada física é responsável por definir se a transmissão pode ser ou não realizada nos dois sentidos simultaneamente. Sendo a camada mais baixa do modelo OSI, diz respeito a transmissão e recepção do fluxo de bits brutos não-estruturados em um meio físico. Ela descreve as interfaces elétricas, ópticas, mecânicas e funcionais para o meio físico e transporta sinais para todas as camadas superiores. (WIKIPEDIA, 2004)

16 A camada de enlace de dados A principal tarefa da camada de enlace de dados é transformar um canal de transmissão bruta em uma linha que pareça livre de erros de transmissão não detectados para a camada de rede. Para executar essa tarefa, a camada de enlace de dados faz com que transmissor divida os dados de entrada em quadros de dados (que, em geral, têm algumas centenas ou alguns milhares de bytes), e transmita os quadros seqüencialmente. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

17 A camada de enlace de dados Se o serviço for confiável, o receptor confirmará a recepção correta de cada quadro, enviando de volta um quadro de confirmação. Outra questão que surge na camada de enlace de dados (e na maioria das camadas mais altas) é como impedir que um transmissor rápido envie uma quantidade excessiva de dados a um receptor lento. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

18 A camada de enlace de dados Com freqüência, é necessário algum mecanismo que regule o tráfego para informar ao transmissor quanto espaço o buffer do receptor tem no momento. Muitas vezes, esse controle de fluxo e o tratamento de erros estão integrados. As redes de difusão têm uma questão adicional a ser esolvida na camada de enlace de dados, como controlar o acesso ao canal compartilhado. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

19 A camada de enlace de dados Uma subcamada especial da camada de enlace de dados, a subcamada de controle de acesso ao meio, cuida desse problema. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) Esta camada detecta e, opcionalmente, corrige erros que possam acontecer no nível físico. É responsável por controlar o fluxo (recepção, delimitação e transmissão de quadros) e também estabelece um protocolo de comunicação entre sistemas diretamente conectados. (WIKIPEDIA, 2004)

20 A camada de rede A camada subrede. de rede controla a operação da Uma questão fundamental de projeto é determinar a maneira como os pacotes são roteados da origem até o destino. As rotas podem se basear em tabelas estáticas, "amarradas" à rede e raramente alteradas. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

21 A camada de rede Elas também podem ser determinadas no início de cada conversação; por exemplo, uma sessão de terminal (como um logon em uma máquina remota). Por fim, elas podem ser altamente dinâmicas, sendo determinadas para cada pacote, com o objetivo de refletir a carga atual da rede. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

22 A camada de rede Se houver muitos pacotes na sub-rede ao mesmo tempo, eles dividirão o mesmo caminho, provocando gargalos. O controle desse congestionamento pertence à camada de rede. De modo mais geral, a qualidade do serviço fornecido (retardo, tempo em trânsito, instabilidade etc.) também é uma questão da camada de rede. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) também

23 A camada de rede Quando um pacote tem de viajar de uma rede para outra até chegar a seu destino, podem surgir muitos problemas. O endereçamento utilizado pela segunda rede pode ser diferente do que é empregado pela primeira rede. Talvez a segunda rede não aceite o pacote devido a seu tamanho excessivo. Os protocolos podem ser diferentes e assim por diante. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

24 A camada de rede Cabe à camada de rede superar todos esses problemas, a fim de permitir que redes heterogêneas sejam interconectadas. Nas redes de difusão, o problema de roteamento é simples, e assim a camada de rede com freqüência é estreita, ou mesmo inexistente. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

25 A camada de rede A camada de rede pode ser dividida em três subcamadas: Sub-rede de acesso - considera protocolos que lidam com a interface para redes, tais como X.25; Sub-rede dependente de convergência - necessária para elevar o nível de uma rede de trânsito, até ao nível de redes em cada lado; Sub-rede independente de convergência - lida com a transferência através de múltiplas redes. Controla a operação da sub rede roteamento de pacotes, controle de congestionamento, tarifação e permite que redes heterogêneas sejam interconectadas. (WIKIPEDIA, 2004)

26 A camada de transporte A função básica da camada de transporte é aceitar dados da camada acima dela, dividi-los em unidades menores caso necessário, repassar essas unidades à camada de rede e assegurar que todos os fragmentos chegarão corretamente à outra extremidade. Além do mais, tudo isso deve ser feito com eficiência e de forma que as camadas superiores fiquem isoladas das inevitáveis mudanças na tecnologia de hardware. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

27 A camada de transporte A camada de transporte também determina que tipo de serviço deve ser fornecido à camada de sessão e, em última análise, aos usuários da rede. O tipo de conexão de transporte mais popular é um canal ponto a ponto livre de erros que entrega mensagens ou bytes na ordem em que eles foram enviados. No entanto, outros tipos possíveis de serviço de transporte são as mensagens isoladas sem nenhuma garantia relativa à ordem de entrega e à difusão de mensagens para muitos destinos. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

28 A camada de transporte O tipo de serviço é determinado quando a conexão é estabelecida. Observe que é impossível conseguir um canal livre de erros; o que as pessoas realmente entendem por essa expressão é que a taxa de erros é baixa o suficiente para ser ignorada na prática. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

29 A camada de transporte A camada de transporte é uma verdadeira camada fim a fim, que liga a origem ao destino. Em outras palavras, um programa da máquina de origem mantém uma conversação com um programa semelhante instalado na máquina de destino, utilizando os cabeçalhos de mensagens e as mensagens de controle. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

30 A camada de transporte Nas camadas inferiores, os protocolos são trocados entre cada uma das máquinas e seus vizinhos imediatos, e não entre as máquinas de origem e de destino, que podem estar separadas por muitos roteadores. A diferença entre as camadas de 1 a 3, que são encadeadas, e as camadas de 4 a 7, que são camadas fim a fim, é ilustrada na Figura a seguir. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

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33 A camada de sessão A camada de sessão permite que os usuários de diferentes máquinas estabeleçam sessões entre eles. Uma sessão oferece diversos serviços, inclusive o controle de diálogo (mantendo o controle de quem deve transmitir em cada momento), o gerenciamento de símbolos (impedindo que duas partes tentem executar a mesma operação crítica ao mesmo tempo) e a sincronização (realizando a verificação periódica de transmissões longas para permitir que elas continuem a partir do ponto em que estavam ao ocorrer uma falha). (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

34 A camada de sessão Em outras palavras, é responsável pela troca de dados e a comunicação entre hosts, a camada de Sessão permite que duas aplicações em computadores diferentes estabeleçam uma comunicação, definindo como será feita a transmissão de dados, pondo marcações nos dados que serão transmitidos. Se porventura a rede falhar, os computadores reiniciam a transmissão dos dados a partir da última marcação recebida pelo computador receptor. (WIKIPEDIA, 2004)

35 A camada de apresentação Diferente das camadas mais baixas, que se preocupam principalmente com a movimentação de bits, a camada de apresentação está relacionada à sintaxe e à semântica das informações transmitidas. Para tornar possível a comunicação entre computadores com diferentes representações de dados, as estruturas de dados a serem intercambiadas podem ser definidas de maneira abstrata, juntamente com uma codificação padrão que será usada durante a conexão. A camada de apresentação gerencia essas estruturas de dados abstratas e permite a definição e o intercâmbio de estruturas de dados de nível mais alto. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2004)

36 A camada de apresentação Também chamada camada de Tradução, converte o formato do dado recebido pela camada de Aplicação em um formato comum a ser usado na transmissão desse dado, ou seja, um formato entendido pelo protocolo usado. Um exemplo comum é a conversão do padrão de caracteres (código de página) quando o dispositivo transmissor usa um padrão diferente do ASCII. Pode ter outros usos, como compressão de dados e criptografia. Os dados recebidos da camada 6 estão descomprimidos, e a camada 6 do dispositivo receptor fica responsável por comprimir esses dados. A transmissão dos dados torna-se mais rápida, já que haverá menos dados a serem transmitidos: os dados recebidos da camada 4 foram "encolhidos" e enviados à camada 1. (WIKIPEDIA, 2004)

37 A camada de apresentação Para aumentar a segurança, pode-se usar algum esquema de criptografia neste nível, sendo que os dados só serão decodificados na camada 6 do dispositivo receptor. Ela trabalha transformando os dados em um formato no qual a camada de aplicação possa aceitar, minimizando todo tipo de interferência. (WIKIPEDIA, 2004)

38 A camada de aplicação A camada de aplicação contém uma série de protocolos comumente necessários para os usuários. Um protocolo de aplicação amplamente utilizado é o HTTP(HyperText Transfer Protocol), que constitui a base para a World Wide Web. Quando um navegador deseja uma página da Web, ele envia o nome da página desejada ao servidor, utilizando o HTTP. Então, o servidor transmite a página de volta. Outros protocolos de aplicação são usados para transferências de arquivos, correio eletrônico e transmissão de notícias pela rede. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995)

39 A camada de aplicação A camada de aplicação corresponde às aplicações (programas) no topo da camada OSI que serão utilizadas para promover uma interação entre a máquina-usuário (máquina destinatária e o usuário da aplicação). Esta camada também disponibiliza os recursos (protocolo) para que tal comunicação aconteça, por exemplo, ao solicitar a recepção de através do aplicativo de , este entrará em contato com a camada de Aplicação do protocolo de rede efetuando tal solicitação (POP3 ou IMAP). Tudo nesta camada é relacionado ao software. Alguns protocolos utilizados nesta camada são: HTTP, SMTP, FTP, SSH, Telnet, SIP, RDP, IRC, SNMP, NNTP, POP3, IMAP, BitTorrent, DNS, ICMP, etc. (WIKIPEDIA, 2004)

40 TCP/IP

41 TCP/IP Na verdade, o termo TCP/IP (Transmission Control Protocol and Internet Protocol) se refere a dois protocolos que não são protocolos independetes. Em vez disso, pertencem ao conjunto de protocolos do TCP/IP. Um cojunto de protocolos e uma coleção hierárquica de protocolos relacionados. Por causa do seu papel revolucionário que o TCP e o IP desempenham no avanço da rede, o conjunto inteiro é referido como conjunto de protocolo TCP/IP. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

42 Arquitetura TCP/IP de 5 camadas O desenvolvimento do TCP/IP sempre foi executado em um ambiente aberto, assim o TCP/IP ainda é considerado o verdadeiro protocolo de interconexão de sistema. Apesar das tentativas do governo norte-americano de popularizar os protocolos OSI, com o passar dos anos, um modelo contemporâneo de arquitetura TCP/IP de cinco camadas evoluiu como resposta ao modelo OSI. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

43 OSI vs TCP/IP

44 OSI vs TCP/IP As vezes, você pode se depara com um modelo de arquitetura TCP/IP de quatro camadas em vez de um modelo de cinco camadas. No modelo de quatro camadas, as duas primeiras camadas Física e a camada de Interface de Rede, são combinadas e chamadas de Acesso de rede ou simplesmente de camadas Física. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

45 OSI vs TCP/IP Um modelo de referência desempenha um papel muito importante servindo como uma diretriz funcional para dividir os processo e tarefas de comunicação de redes das seguintes maneiras: Permite que compatíveis; os fornecedores desenvolvam produtos Facilitam o entendimento de operação complexas; Categoriza as tecnologia de rede e suas implementações de protocolo, o que permite um desenvolvimento de um design especializado das funções modulares (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

46 OSI vs TCP/IP Como o modelo OSI de referência, o modelo de arquitetura TCP/IP é um conjunto de camadas, onde cada camada representa um grupo de tarefas específicas da comunicação. Uma vez que o mode TCP/IP é teórico, essas camadas não existem físicamente nem realizam qualquer (quaisquer) função(ões). As implementações de protocolo, que são uma combinação de hardware e software, na verdde realizam as funções associadas com cada camada correspondente. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

47 TCP/IP - Camada Física Camada Física- fornece o meio físico (cabos) para a transmissão de dados de um computador para o outro. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

48 TCP/IP - Camada interface de rede Camada de inteface de Rede - responsável por identificar os dispositivos em uma rede com base nos seus endereços de hardware e desse modo, controlar o fluxo de dados e organizar os bits da camada fisica em quadros (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

49 TCP/IP - Camada de transporte Camada de Transporte - organizar as mensagens recebidas de camadas mais altas nos segmentos, por controlar os erros e por controlar o fluxo de fim a fim. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

50 TCP/IP - Camada de aplicativo Camada de aplicativo - fonece a inteface do usuário de rede na forma de aplicativo e seriço de rede. (SOARES; LEMOS; COLCHER, 1995) (WIKIPEDIA, 2003)

51 Bibliografia

52 SOARES, Luiz Fernando Gomes; LEMOS, Guido; COLCHER, Sérgio. Redes de Computadores: Das LANs, MANs e WANs às Redes ATM. 2. ed. Rio de Janeiro: Campus, p. WIKIPEDIA. Modelo OSI Disponível em: < Acesso em: 15 set WIKIPEDIA. TCP/IP Disponível em: < Acesso em: 15 set

53 Obrigado Prof. Dr. Alexandre L. Rangel Agradecimento especial ao Prof. Marcelo Gomes pela disponibilização do material da disciplina