Arquiteturas de Redes de Computadores ... Arquitetura de Rede. Arquitetura em Camadas (ou Níveis)

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1 Departamento de Ciência da Computação - U Arquiteturas de edes de Computadores Profa. Débora Christina Muchaluat Saade debora@midiacom.uff.br edes de Computadores Arquitetura de ede edes de Computadores w Conjunto de convenções para interconexão de equipamentos w Número, nome, conjunto de funções e serviços e o protocolo de cada nível definem uma arquitetura de rede w Inicialmente, os grandes fabricantes desenvolveram soluções proprietárias para a interconexão de seus equipamentos IBM - System Network Architecture (SNA) DC - Digital Network Architecture (DNA) 2 Arquitetura em Camadas (ou Níveis) w Princípio do Dividir para Conquistar w acilidade de modificação e validação w Projetar uma rede como um conjunto hierárquico de camadas cada nível utiliza os serviços oferecidos pelo nível imediatamente inferior para implementar e oferecer os seus serviços ao nível imediatamente superior o projeto de um nível está restrito a um contexto específico e supõe que os problemas fora deste contexto já estejam devidamente resolvidos edes de Computadores Camada n... Camada 3 Camada 2 Camada 1 Interface n-1/n Interface 3/4 Interface 2/3 Interface 1/2 Níveis, Protocolos e Interfaces Sistema A Nível n Protocolo de Nível n Sistema B Nível n Protocolo de Nível n-1 Nível n-1 Nível n Protocolo de Nível 4 Nível 4 Nível 4 Protocolo de Nível 3 Nível 3 Nível 3 Protocolo de Nível 2 Nível 2 Nível 2 Protocolo de Nível 1 Nível 1 Nível 1 edes de Computadores Interface n-1/n Interface 3/4 Interface 2/3 Interface 1/2 3 4 Padronização - Vantagens w Preservação de investimentos segurança de continuidade segurança de integração com tecnologias emergentes w Maior número de fabricantes menor preço maior qualidade maior competitividade edes de Computadores Padrões de Arquiteturas de edes w Modelo de eferência w Arquitetura I 802 w Arquitetura TCP/IP (Internet) edes de Computadores 5 6 1

2 Organizações Internacionais de Padronização edes de Computadores... DIN Deutsches Institut for Normung ISO/IC Joint Technical Committees 1 (JTC 1) on Information Technology BSI British Standards Institute... ANSI American National Standards Institute TIA Telecommunications Industries Association (S-232 ) edes de Computadores ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas... TSI uropean Telecommunications Standards Institute CMA uropean Computer Manufacturers Association (CMA-80 ) Companies and Nat. Org. (Cambridge ing) ISA Instrument Society of America (POWAY) SM Society of Manufacturers ngineers (MAP & TOP) ANSI X3T9.5 (DDI) I Institute of lectrical and letronics ngineers (I 802) 7 8 laboração de Padrões ISO edes de Computadores w Organização nacional submete proposta inicial, denominada WD (Working Document) w É formado um WG que gera um DP (Draft Proposal), o DP é divulgado para análise e votação w Se o DP for aprovado, transforma-se em um DIS (Draft International Standard) que é divulgado para novo período de análise e votação w Se o DIS for aprovado se torna um IS (International Standard) ITU (International Telecommunication Union) edes de Computadores w Organização intergovernamental responsável pela coordenação, desenvolvimento, regulamentação e padronização das telecomunicações, assim como organização de eventos regionais e mundiais w Dividido em três setores ITU- - adiocommunication Sector ITU-T - Telecommunication Standardization Sector ITU-D - Telecommunication Development Sector 9 10 Modelo de eferência edes de Computadores Modelo de eferência edes de Computadores ISO 7498 eference Model for Open Systems Interconnection M-/ISO w Necessidade de padrões para interconexão de sistemas heterogêneos w Modelo de referência para interconexão de sistemas abertos w Definição da estrutura básica para o desenvolvimento coordenado de padrões

3 Modelo de eferência edes de Computadores w O modelo de referência concentra-se apenas na questão de interconexão de sistemas transferência de informação (transmissão) interoperabilidade (ex. representação de dados, integridade, segurança, etc.) w O modelo de referência não especifica implementação, tecnologia, interconexão de sistemas particulares Modelo de eferência w Open System Interconection w ISO (International Organization for Standardization) edes de Computadores w ITU (International Telecommunication Union) ITU-T - Telecommunication Standardization Sector w Sete camadas funcionais Camadas do Modelo Camada 7 Camada 6 Camada 5 Camada 4 Camada 3 ede Camada 2 nlace edes de Computadores Modelo de eferência edes de Computadores w strutura em camadas permite o desenvolvimento simultâneo e independente de padrões w Interfaces bem definidas permitem que mudanças no padrão que define uma camada não afetem as demais w O M- é complementado com padrões que especificam o protocolo e o serviço de cada camada Camada 1 ísico Serviços edes de Computadores Provedores e Usuários de Serviços edes de Computadores Um serviço representa um conjunto de funções oferecidas a um usuário por um provedor (ou fornecedor), acessado através de um SAP (Service Access Point). usuário do serviço (N) pontos de acesso ao serviço (N) usuário do serviço (N) Provedor do Serviço N

4 Provedores e Usuários de Serviços usuário do serviço (N) pontos de acesso ao serviço (N) usuário do serviço (N) edes de Computadores Provedores e Usuários de Serviços usuário do serviço (N) pontos de acesso ao serviço (N) usuário do serviço (N) edes de Computadores entidade da camada (N) protocolo da camada (N) entidade da camada (N) Camada (N) entidade da camada (N) protocolo da camada (N) entidade da camada (N) Camada (N) provedor do serviço (N) provedor do serviço (N) pontos de acesso ao serviço (N-1) pontos de acesso ao serviço (N-1) Provedor do Serviço (N-1) Camada (N-1) entidade da protocolo da camada (N-1) camada (N-1) provedor do serviço (N-1) entidade da camada (N-1) Camada (N-1) Transmissão de Dados no Modelo Usuário Transmissor Dados A Dados Dados A Dados edes de Computadores Usuário eceptor Unidades de Interface PCI (N) SDU edes de Computadores A A Dados A A Dados (N) PDU S A A Dados S A A Dados Camada N Camada N-1 T S A A Dados T S A A Dados ede nlace T S A A Dados T S A A Dados T S A A Dados T S A A Dados ede nlace PCI (N-1) SDU SDU: Service Data Unit PCI: Protocol Control Information PDU: Protocol Data Unit ísico T S A A Dados T S A A Dados ísico (N-1) PDU Transmissão de Dados no Modelo edes de Computadores Camadas do Modelo edes de Computadores Usuário Transmissor Dados PDU do Nível de Dados Usuário eceptor PDU do Nível de A Dados SDU do Nível de A Dados Camada 7 A A Dados SDU do Nível de A A Dados Camada 6 S A A Dados S A A Dados Camada 5 T S A A Dados T S A A Dados Camada 4 ede T S A A Dados T S A A Dados ede Camada 3 ede nlace T S A A Dados T S A A Dados nlace Camada 2 nlace ísico T S A A Dados T S A A Dados ísico Camada 1 ísico

5 S B Nível ísico edes de Computadores S A IS 2 ede nlace ísico w Transmissão de bits através de um canal de comunicação w Características do meio físico e da transmissão do sinal características mecânicas características elétricas características funcionais características procedurais 26 Nível de nlace edes de Computadores S A S B ísico ede nlace ísico w Detecta e opcionalmente corrige erros que por ventura ocorram no nível físico w Transmissão e recepção de quadros (delimitação) w Se optar por corrigir correção de erro controle de fluxo ísico IS 2 28 S B S B nlace ísico nlace ísico S A S A nlace ísico IS 2 nlace ísico IS 2 5

6 ede nlace Nível de ede w oteamento w Controle de congestionamento w Serviços circuito virtual datagrama edes de Computadores S A S B ede nlace ísico ísico ede nlace ísico IS 2 31 S B ede nlace ísico S B ede nlace ísico S A S A ede nlace ísico IS 2 ede nlace ísico IS 2 S B ede nlace ísico S B ede nlace ísico S A S A ede nlace ísico IS 2 ede nlace ísico IS 2 6

7 1AB S B ede nlace ísico S B ede nlace ísico S A S A ede nlace ísico IS 2 ede nlace ísico IS 2 S A ede nlace ísico IS 2 S B ede nlace ísico ede nlace ísico Nível de edes de Computadores w ornece uma comunicação fim-a-fim verdadeiramente confiável detecção e recuperação de erros fim-afim controle de fluxo fim-a-fim w Segmentação e remontagem de mensagens w Blocagem e desblocagem de mensagens w Multiplexação e Splitting de conexões 40 ede nlace Nível de edes de Computadores ost A ost B comunicação fim-a-fim ede ede ede ede nlace nlace nlace nlace S A S B ede nlace ísico ísico ísico ísico ísico ísico ede nlace ísico IS

8 S A S B ede nlace ísico S A Circuito Virtual S B ede nlace ísico ede nlace ísico IS 2 ede nlace ísico IS 2 ede nlace ísico Nível de w Controle de Diálogo edes de Computadores pontos de sincronização recuperação da sessão em caso de falhas w Gerenciamento de Token half-duplex em conexões fullduplex w Controle de Atividade agrupamento lógico de diálogos cada atividade corresponde a uma tarefa que pode ser interrompida e posteriormente retomada S A ede nlace ísico IS 2 S B ede nlace ísico 45 ede nlace ísico Nível de w Permite a interoperabilidade de sistemas heterogêneos edes de Computadores w Coordena a conversão de dados e suas representações tradução de códigos compactação de dados criptografia S A ede nlace ísico IS 2 S B ede nlace ísico 47 8

9 ede nlace ísico Nível de edes de Computadores w Oferece serviços aos processos de aplicação: funções de gerenciamento mecanismos genéricos para construção de aplicações distribuídas associação entre um ou mais usuários (ACS) chamadas a procedimentos remotos (OS) transferência confiável de dados (TS) mecanismos específicos para construção de aplicações distribuídas transferência de arquivos (TAM) serviço de diretórios (DS) Correio eletrônico (MS) S A ede nlace ísico IS 2 S B ede nlace ísico 49 Perfil uncional w Grupos de opções de serviços e protocolos padronizados w MAP e TOP MAP - Manufacturing Automation Protocols TOP - Technical and Office Protocols w GP (Government Profile) w PG (Perfil do Governo Brasileiro) edes de Computadores Perfis uncionais MAP e TOP TOP TAM (ISO 8571) Directory Services (ISO 9594) MS ISO (10021), e VT (ISO 9040) ISO Presentation (ISO 8823) ISO Session (ISO 8372) ISO Transport Class 4 (ISO 8073) ISO Internet Conectionless (DIS 8473) X.25 SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) Logical Link Control (I 802.2, ISO ) ede nlace MAP Directory Services (ISO 9594) MMS (Manufac. Messaging Specification) TAM ISO (DP 8571) ISO Presentation (ISO 8823) ISO Session (ISO 8372) ISO Transport Class 4 (ISO 8073) ISO Internet Conectionless (DIS 8473) X.25 SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol) Logical Link Control (I 802.2, ISO ) CSMA-CD (I 802.3, ISO ) Token ing (I 802.5, ISO ) ísico Token Bus (I 802.4, ISO ) 51 edes de Computadores Arquitetura I 802 edes de Computadores Arquitetura I 802 w I - Institute of lectrical and lectronics ngineers w Conjunto de Padrões para edes Locais LAN Local Area Networks estações estão a poucos quilômetros umas das outras ISO/IC Joint Technical Committees 1 (JTC 1) on Information Technology ANSI American National Standards Institute ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas I Institute of lectrical and letronics ngineers I Project 802 Local and Metropolitan Area Networks Standards

10 Camadas da Arquitetura I 802 Camada ísica edes de Computadores edes de Computadores Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) Physical Layer (PY) Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) Physical Layer (PY) w Transmissão de bits através de um meio físico cabo coaxial par trançado fibra óptica w Método de codificação w Taxa de Transmissão Camada de Controle de Acesso ao Meio edes de Computadores Camada de Controle de nlace Lógico edes de Computadores Logical Link Control (LLC) w Organização do acesso ao meio físico compartilhado barra anel Logical Link Control (LLC) w Independência da camada MAC w LSAPs Medium Access Control (MAC) Physical Layer (PY) wireless w Técnicas CSMA-CD (802.3) CSMA-CA (802.11) Polling (802.15) Medium Access Control (MAC) Physical Layer (PY) w Multiplexação w Controle de erros e de fluxo Slotted Aloha ( ) Arquitetura I 802 (edes Locais de Computadores) Padrões I 802.X edes de Computadores edes de Computadores ost A ost B LLC ede nlace ísico ede LLC MAC ísico comunicação fim-a-fim ede LLC MAC ísico Interconexão entre os Padrões 802 (Bridging, VLAN,Prioridade) MAC PY

11 x I 802 edes de Computadores edes de Computadores Arquitetura Arquitetura TCP/IP (Internet) ede nlace ísico Arquitetura I LLC (802.2) MAC ísico Arquitetura TCP/IP (Internet) Conceito de inter-redes edes de Computadores edes de Computadores w Desenvolvido pelo Departamento de Defesa Americano (DAPA) w Padrão de fato w volução da APANT w Começo do projeto no início dos anos 70 w Arquitetura baseada no conceito de interconexão de redes (inter-redes) ede 1 G ede 4 inter-rede G G ede 3 G G ede 2 ede Por que inter-redes? edes de Computadores w As redes são entidades independentes que se adequam aos interesses de grupos específicos w A Internet é um exemplo de inter-rede que interliga várias redes espalhadas pelos cinco continentes Padronizações na Internet edes de Computadores w Internet ngineering Task orce (IT) dividido em grupos de trabalho (Working Groups) documentos propostos e padrões request for comments (C) internet-draft

12 Camadas da Arquitetura TCP/IP edes de Computadores Nós Intermediários na Arquitetura TCP/IP ost A Datagrama idêntico Mensagem idêntica Pacote idêntico oteador ost B Datagrama idêntico edes de Computadores Interface de ede Intra-ede ou ardware ede Interface de rede Quadro idêntico ede ísica 1 intra-rede Interface de rede Interface de rede Quadro idêntico ede ísica 2 intra-rede Interface de rede Internet Protocol (IP) ndereços IP edes de Computadores edes de Computadores ede w squema de roteamento entre redes w Interconexão e roteamento através de Gateways w ndereços IP únicos designados por uma autoridade central (ICANN - The Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) w ndereços IP são números de 32 bits (4 bytes) w ndereçamento hierárquico composto de parte de rede e parte de host ede ost Parte comum a todas as estações em uma mesma rede ede A nd. IP na ede A nd IP na ede B ede B ndereços IP: Notação de Ponto edes de Computadores ndereços IP edes de Computadores w Um endereço IP identifica um host em uma determinada rede física se uma máquina troca de rede então seu endereço IP muda endereços IP não têm relação com os endereços das estações dentro de cada uma das redes (endereçamento intrarede). ede A nd. IP na ede A nd IP na ede B ede B

13 Distribuição de ndereços na Internet 73 edes de Computadores w ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers AIN - American egistry for Internet Numbers ipe - ipe Network Coordination Centre APNIC - Asian Pacific Network Information Centre LACNIC - Latin American and Caribean Network Information Center (responsabilidade do Comitê Gestor da Internet no Brasil - AfriNIC - African Network Information Centre w strutura de distribuição dos endereços é hierárquica ISPs (Internet Service Providers) distribuem endereços para seus usuários, que podem ser outros provedores w No Brasil Distribuição de ndereços na Internet Top level ISPs: NP, mbratel, ISP ISP ICANN LACNIC ISP edes de Computadores ISP... ISP... Internet Protocol (IP) edes de Computadores Camada de edes de Computadores ede w oteamento baseado no endereço da rede e não do host w Serviço sem conexão e não confiável datagrama w strutura interna da rede física transparente TCP UDP User Datagram Protocol (UDP) edes de Computadores Multiplexação e Demultiplexação UDP edes de Computadores ede w Serviço sem conexão e não confiável algumas aplicações não precisam de conexão menor tráfego e maior eficiência w Multiplexação (portas) uma aplicação UDP é identificada por uma determinada porta em uma estação ndereço IP + Porta UDP 1 2 Porta 126 Porta 34 Porta 22 UDP IP

14 Transmission Control Protocol (TCP) edes de Computadores Conexão TCP edes de Computadores ede w Serviço confiável orientado a conexão (Circuito Virtual) seqüenciação detecção e correção de erros fim-afim controle de fluxo w Multiplexação ponto terminal = (stação, Porta) conexão identificada por um par de pontos terminais Porta 22 Porta 2340 TCP IP TCP IP ost TCP/IP ost Conexão = ( , 22) e ( , 2340) x TCP/IP edes de Computadores edes de Computadores ede w Protocolos baseados em TCP TP, SMTP, TTP, Telnet,... w Protocolos baseados em UDP DNS, SNMP, DCP,... w Interfaces para programação de aplicações TCP/IP w squema de endereçamento opcional baseado em nomes DNS (ex: ede nlace ísico Inter-ede ede TCP/IP x TCP/IP Modelo TCP/IP X edes de Computadores edes de Computadores ede nlace ísico Inter-ede ede TCP/IP w Prós: protocolos associados ao modelo TCP/IP são amplamente usados w Contras: camadas mais restritas do que no w O modelo é um modelo de referência w O modelo TCP/IP define os protocolos para implementação de cada camada